专利名称：电动机械马达的精密控制的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电动机械的控制，特别是涉及运动是基于重复小步进的这种马达。
背景技术：
小的电动机械马达，例如压电马达通常用于需要极其精密控制定位的应用。这种应用常出现在例如便携式用户产品，实验室设备等中。而且常存在对低功率消耗，低重量和价格的附加要求。所需的运动典型的是线性的，但常常采用与运动转换机构例如导螺杆相结合的旋转马达。运动范围常常约为毫米级。实际上至今不存在能够满足上述所有要求的微型马达。
电动机械马达可以由许多不同的驱动机构构成。一种方式采用不同的成套致动器的相移操作。以这种方式，一套致动器可与将移动的物体无滑动机械接触，而另一套致动器可自由移动到适当位置，以便夹持物体。这样，通过频繁的重复小的步进，物体以低于共振频率的频率向前移动。这样的运动是非动态或准静态运动。非动态运动的一种典型机构是“尺蠖”机构，首先公开于美国专利3902084中。从动部件以夹紧-伸展-脱开的方式通过机械步进移动，这可参见US5751090。
在美国专利6184609中，公开了一种基于非动态驱动机构的压电马达。该机构是“尺蠖”机构的一种替代，可命名为“机械行走式机构”。该马达由电机材料制成，形成整体的多层单元，其中至少两组独立的驱动元件可二维移动。每组的运动特点在于包括夹持，移动，释放和返回的四个序列(或程序)。
在美国专利6184609中，正弦电压信号用来激励驱动元件，这导致驱动元件的接触部分的椭圆运动。在不同组驱动元件之间的夹持传递在驱动方向基本上以零速产生，这意味着被移动的整个物体将在每个步进内加速和减速。而且，驱动元件的接触部分可能外露从而导致磨损。
一般问题是要发现与在主位移方向上速度变化相关的降低噪音和磨损的波形。而且，移动物体在法线方向的振动与发声非常相关。这些性能的分析和改进在美国专利6337532中已公开。
由于定子和/或移动物体的不同的共振现象，准静态运动限制在一定频率之下。根据现有技术，准静态马达的典型的设计准则是使频率保持在至少小于fr的数量级，fr是系统中最低的共振频率。尽管没有达到共振频率，但增加频率还将典型的带来位置精度的问题。这样，移动物体的绝对速度严格的收到限制。
当使电动机械马达停止在某个任意位置时，元件一般处在一定的外加电压下，该外加电压恒定。当保持这些恒定条件时，可能会发生蠕动现象，从而可能在某种程度上改变移动物体的实际位置。
总之，现有技术的电动机械马达存在的一般问题例如是精度问题，噪音问题，磨损问题，速度问题和某种程度上还包括效率问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种降低噪音和磨损的改进的方法，控制装置和马达。本发明的另一个目的是提供无论是静态和动态的增加定位精度的改进的方法，控制装置和马达。而本发明的又一个目的是提供有可能在较高频率下以准静态方式操作的马达。而本发明的另一个目的是改进功率效率和降低制造成本。
上述目的通过附后的权利要求限定的方法，装置和马达来实现。一般来说，马达受驱动，以便驱动元件的接触部分沿平滑的轨道移动。沿轨道的速度以如下方式变化，即平均速度在元件与移动物体接触期间比在元件与移动物体脱离接触期间更低。最好，当一组元件夹持移动物体，而另一组释放移动物体时的情况下，在主位移方向的速度分量是不可忽视的。实现这种运动的电压信号最好选择为时间的非线性自变量的正弦函数。而且，最好在元件与移动物体机械接触期间使主位移速度基本上保持恒定。
当根据本发明使马达停止时，成组致动元件进入无电压状态，同时一组不会改变移动物体在主位移方向上的位置。
元件的接触部分和移动物体交迭成一定精度，以致移动物体和定子之间施加的法向力足够大，从而导致元件的弹性变形具有相同的数量级或者比交迭精度大。这允许以非常接近马达的共振频率的频率来驱动马达，同时保持准静态运动。
最好，在主位移方向上，驱动元件的接触部分比驱动元件本身窄。替代的，驱动元件通过逐次布置双压电晶片形成，电压以相反方式施加，从而总是赋予s形行程。接触部分有利的设有齿结构。
结合附图，通过下面的说明，可以更好的理解本发明及其的其它目的和优点，附图中图1a-c表示根据本发明的马达的一个实施例；图2是驱动元件的高度误差和弹性变形的示意图；图3a-d是根据本发明的简单运动的示意图；图4是驱动元件的椭圆轨道的视图；图5是在本发明的一个实施例中使用的电压信号的波形图；图6是表示椭圆轨道分成许多点，根据本发明的一个实施例，必须以有规则的时间经过这些点；图7表示适合本发明的电驱动装置；图8是根据本发明的一个实施例的停放序列(或程序)的轨道视图；图9是表示根据本发明的停放序列的一个实施例的流程图；图10a-b表示使驱动元件相对于物体倾斜移动的效果；图11a-b是根据本发明的一个实施例的驱动元件几何形状的示意图；图12a-b是根据本发明的两个双压电晶片驱动元件的一个实施例的示意图；图13a-c是根据本发明的的驱动元件的齿结构和物体移动的示意图；图14a-b是增加步长的驱动元件几何形状的示意图；和图15表示根据本发明的一个实施例的马达的设计，该马达适合低质量移动物体。
具体实施例方式
大多数致动器材料取自电动机械材料，但在本发明中，我们想要当施加电压或电流时形状可改变的材料。电动机械材料的典型的例子是压电的，电致伸缩的和反铁电的材料，这些材料可以是简单的结晶体的以及多晶体的或非晶形的。
电动机械马达和致动器，特别是压电马达和致动器有可能根据其驱动机构分类。在本发明中，考虑具有非动态或伪静态驱动机构的电动机械装置。非动态机构和伪静态机构的共同性能是可以实现受控制的准静态行走，下面可参考“行走机构”。这样，行走机构特点在于利用元件与移动物体的直接接触，至少两组驱动元件通过元件的形状变化来顺序的移动一个物体，与移动物体接触的该组驱动元件准静态的操作。
在本发明中，电动机械马达或致动器包括至少两组致动元件。每组包括至少一个元件。该元件最好是能够在两个独立方向上定位其接触点的双压电晶片元件。最好，该元件是整体的一部分，这正如US 6184609中一样，但其它方案也是可以的。首先，描述基本结构，然后简要描述这种单元的制造，最后更详细的描述典型的运动。
在图1a-c所示的根据本发明的马达的一个实施例中，压电马达包括基本的七个部件，包含压电双压电晶片驱动元件14的整体驱动单元10，在驱动元件14的顶部上的接触部分28，安装有整体驱动单元10的外壳2，电载体3，连接器5，被移动的物体22和弹簧单元4。
图1c中详细表示了整体多层单元10。单元10包括中性(或无源)背衬12和驱动元件，在这种情况下，四个驱动元件14a-d由切口20分隔。每个驱动元件14a-d分成两个独立的可控制的相片段11a-h。许多相电极层19和在后侧的接地电极层(不可见)交替设在驱动元件14a-d内，电极18与驱动元件14内的活性区域内的相电极层19接触。每个相电极18对应一个相片段(11a-h)。类似的接地电极13设在中间，与后侧上的接地电极层(未图示)连接。利用该电极层13，从而还有可能从单元10的“前”侧与位于后侧的接地电极接触。由于接地电极层13垂直定位在中央切口处，如下所述，这便于制造，因为掩模的数量有限。通过给连接器5内选定的电极赋予适当的电压，电场将作用在驱动元件内，这导致相电极层19和接地电极层之间的材料膨胀或收缩。这将导致驱动元件14a-d弯曲和/或膨胀/收缩。下面更详细的描述该驱动元件运动如何转变成与单元10接触的物体的运动。
通过现有技术例如压电陶瓷浆的湿法建造与电极糊的丝网印刷结合，有可能制造所述单元，但也可以使用其它制造技术。简单说，如下描述其制造；在玻璃板上，包括压电陶瓷粉，粘合剂，分散剂和溶剂的浆层例如用刮刀浇注。通过强制对流使浆干燥。由于该结构应分成中性背衬12和驱动元件14，对于这些部件，浇注略有不同。第一层将成为中性背衬12，在正常情况下，该区域不需要电极，因此，另一层浆浇注在先前浇注的干燥层的顶部。使浆干燥，这种工艺重复，直到浇注足够厚的典型的约1-3mm的中性背衬。在下列层之间，电极图形例如Pt或AgPd糊浆利用两个不同的掩模丝网印刷。一个掩模用于相电极层19，而另一个掩模用于接地电极层，它们交替使用。浇注典型的在一定的平方公寸的表面上进行，掩模可通过中心销对齐。在浇注完成后，整个未烧试样利用如切割锯分成单元10，同时，驱动元件14由切口20分隔，其深度与驱动元件14的期望深度相同。单元10首先在约600-700℃下热处理，以便去除有机材料，然后，在1000-1300℃下使材料烧结成整体单元。在烧结后，例如银电极13和18印刷在两面上。八个电极18与驱动元件14内的活性区域内的相电极层19接触。电极13与接地电极接触。接地侧没有图示，但除了各层连接外它与相电极侧类似。驱动元件象双压电晶片一样操作，因此，在每个驱动元件14内存在两个不同的活性区域，这如虚线所示。银膏经热处理，以便在单元10的侧面上形成固体Ag电极。
在每个驱动元件内的电极至少在两侧通常伸展到驱动元件的外侧。因此，为了保护驱动元件不致放电，采用适当的树脂或一些其它类型的保形的涂层材料。
一般来说，压电陶瓷与硬的材料接触容易磨损。因此，为了保护压电陶瓷材料不致磨损，在驱动元件14的顶部上装配耐磨材料的接触部分28，例如铝。通常，驱动表面28涂胶，但也可采用其它类型的安装技术例如焊接。
电载体3可由柔性或硬材料制成，它采用一些导电树脂与整体驱动单元10或者焊接或者胶接。
为了与电子仪器电连接，电连接器5与电载体3焊接或胶接。对于某些马达设计，电连接器5可直接安装在驱动单元上，因此，减少了马达中部件的数量。
外壳2典型的为金属，例如钢或铝，并可利用标准的制造技术例如磨铣制造。外壳2具有空腔27，这里具有电载体3和连接器5的驱动单元10典型的安装有适当的树脂。在外壳2的外部的螺纹孔16用来使马达与其它机械标准组件连接。为了保护驱动单元10，空腔填满一些适当的柔性材料例如硅橡胶。
弹簧单元4包括旋拧在球轴承支架6，球轴承7和sprints 9上的弹簧8组成。球轴承7借助穿过球轴承7中心的sprints 9并通过弹簧8抵压移动物体22，以便在移动物体22和驱动单元10之间施加正常负载。弹簧8可以若干方式用若干技术制造。为便于装配和最少数量的部件，弹簧8最好通过由大的金属板蚀刻而成一个单体的元件。
通过所述单元移动物体的机构是非动态类型。为了描述，参考图1b。我们认为图1b中的整体单元10包括独立操作的两组驱动元件。让我们选择驱动元件14a和14c作为第一组驱动元件。这样，这些驱动元件14a和14c同步工作。这些驱动元件14a和14c与移动物体，在所述情况下为物体22接触。类似的，驱动元件14b和14d属于第二组。这样，这些驱动元件14b和14d也同步工作。这些驱动元件14b和14d在图示情况下不与物体22接触。驱动元件14是双压电晶片，独立可控制的电压施加在双压电晶片的两侧。因此，如果不存在负载，驱动元件14的顶部，接触部分28在一定区域内随机移动。对于理想的双压电晶片和小的行程，该区域为菱形。对于两组驱动元件的某种移相位运动，根据箭头26所示的移动物体22的运动有可能实现。如果重复的电压信号施加在驱动元件上，接触部分28将在允许的运动区域内沿一定轨道移动。
在本发明公开文本的其余部分，“移动物体”指抵靠驱动元件以便相对于这些驱动元件移动的任意物体。为了应用，要求线性运动，“移动物体”最好基本上从宏观大小看是平的，然而，对于旋转应用，“移动物体”可以弯曲，并且甚至具有圆形横截面。
在现有技术中，真正的准静态运动被认为其频率低于定子和移动物体的装配的共振频率的约40％之下。低，表示通过不同的驱动元件之间的高度差导致了限制到这种程度。为了简单起见，与驱动元件之间的高差相比，移动物体被认为理想的是平的。实际上，这通常是正常情况。
为了在合理的高频率下获得有控制的准静态步进，移动物体必须一直与驱动元件接触。为了在上升方向(与接触表面和主位移方向正交)不脱开接触，部件例如移动物体的动能应小于定子部件特别是驱动元件的势能。这可表示成Wk≤Wp其中Wk是动能，而Wp是势能。如果在一组中存在所有驱动元件的总弹簧常数k，且法向力N在上升方向作用在移动物体上，然后，势能可表示为Wp=NΔz2=N22k]]>这里Δz＝N/K是在所述组驱动元件的上升方向的弹性压缩。在该简化计算中，该模型忽略了定子单元的其余部分。然而，在大多数情况下，其主要原理总是有效的。
动能取决于在上升方向的相对速度差，Δv，如果我们忽略在驱动元件组之间转换过程中的能量损失，动能可表示为Wk=12m(Δv)2]]>其中m是在上升方向移动的所有部件的等效质量。然后，控制步进的条件可表示为
m(Δv)2≤N2k]]>这里方便的是将与驱动元件组连接的质量m的共振频率引入
fr=12πkm]]>接着，上述条件重新用公式表示Δv≤2πfrNk]]>大的速度差；夹持冲击和运动轨道存在两个来源。二者可类似处理。最临界的情况典型的是当一个驱动元件组转换到另一个组时。在一个驱动元件组转换到另一个组期间，一个元件将以速度Vz向上移动，另一组典型的以另一个速度-Vz(对于驱动元件接触部分的合理的对称移动轨道)移动。然后，速度差Δv是2Vz。Δt是转换时间，Δh是驱动元件组之间的高度误差，上升速度可表示为Δv=2vz=2Δz+ΔhΔt]]>Δz和Δh的定义用表2表示。在表2中，物体22通过力N抵靠住定子10。在该图中，驱动元件14a，b设有等电压，在理想情况下，驱动元件14a，b的长度应相同。然而，实际上，高度差Δh总是存在的，这导致驱动元件14b不与机械接触。力N导致驱动元件14b的弹性压缩Δz。利用Δz＝N/k，控制运动的条件可表示为πfrNk≥Δz+ΔhΔt=NkΔt+ΔhΔt.]]>转换时间总是总步进时间T的一部分b。步进频率f利用参数b与转换时间相关
∫=1T=bΔt]]>上述条件可表示为f(Δz+Δh)≤πbΔzfr在传统的压电马达中，高度误差公知的是非常一般的问题。通常，由于弹性变形带来的压缩Δz相对于Δh较小。接着，传统的压电马达根据下列公式定尺寸f≤πbΔzΔhfr<<fr.]]>代替的，如果微型马达的驱动元件组非常小心的交迭，或者施加显著大的法向力，高度误差将变得比弹性变形小，上述条件可估计为f≤πbfr系数b乘以π典型的是整体的一小部分，上述条件近似为f＜0,4fr。因此，如果弹性压缩调节为小于或大于接触部分之间的高差，则操作间隔基本上增加。
在该简化的实例中，仅讨论一个振动模式，一般来说，硬考虑若干模式。围绕y轴的倾斜振动特别重要。为简化起见，在图2中采用局部坐标系29。然后，计算时包含惯性矩，移动物体相对于驱动元件之间距离的大小将输入公式中。致动器元件之间的大的距离结合小的移动物体增加了倾斜振动的频率。通常，高度误差，弹性变形，马达设计和包含的其它参数必须优化，以获得尽可能大的操作频率范围。
为获得很高的的准静态操作频率，移动部件的质量m应减少，同时弹簧常数应增加，从而获得恒定的弹性变形。因此，在上升方向的法向力应增加，以获得马达的较高力的能力。
典型的，通过驱动元件的较大的面积和较短的长度，可获得较高的弹簧常数。例如，如果电场强度翻倍，则驱动元件可缩短成初始长度的一半。这种尺寸变化对于驱动较大的质量来说也是有利的。典型的，对应的从动质量md是不同的，并大于在上升方向所考虑的质量。在许多应用中，所移动的物体的小部分直接与驱动元件相互作用。然而，在给定应用中，从动单元的整个质量需要在主位移方向移动。然而，在上升方向，仅小部分需要通过驱动元件来移动。在驱动方向的弹簧常数kx也与在上升方向的弹簧常数不同。即使选择下面进一步描述的波形，以便使在主位移方向的速度差最小，也可能在步长频率方面存在一些微小的变化。这种在主位移方向的变化导致与md和kx相关的共振现象。
通常，不容易避免这种类型的共振，因此，选择的步长频率小于f<0,412πkxmd]]>因此，在一些应用中的步长频率很低，当然这是不希望有的。
这种情况下的可能的解决方案是脱开主应用质量和马达的共振特性之间的联系。这可利用与驱动元件相互作用的部分和主应用荷载之间的非刚性连接来实现。在这些情况下，最好使用弹簧，最好还有减震部件例如硅橡胶。
根据本发明的马达基于行走机构。图3a和3d表示了运动的基本特点。在这些图中，明显放大了驱动元件的所有运动，以便看到所述机构，同理，根据任意优选的实施例，驱动元件的实际形状和尺寸不可见。在图3a中，图示了所有驱动元件14与移动物体22接触的情况。第一组元件14a和14c向左弯曲，第二组元件14b和14d向右弯曲。第一组元件在箭头30的方向即上右方向移动。第二组元件替代的在箭头32的方向即下左方向移动。这意味着第二组驱动元件与移动物体22脱开接触，移动物体22跟随第一组驱动元件的接触部分运动。
在一段时间后，达到图3b的情况。元件14改变了其运动。第一组元件14a和14c在箭头34的方向即下右方向移动。第二组元件14b和14d替代的在箭头36的方向即上左方向移动。这意味着第二组驱动元件最终再次与移动物体22接触。
这种情况在图3c中表示，即所有元件再次与移动物体22接触，但第二组在略微不同的位置。在这种情况下，第二组元件14b和14d在箭头30的方向即上右方向移动。第一组元件14a和14c替代的在箭头32的方向即下左方向移动。这意味着第一组驱动元件与移动物体22脱开接触，移动物体22跟随第二组驱动元件的接触部分运动。
在一段时间后，达到图3d的情况。元件14已经改变了其运动。第二组元件14b和14d在箭头34的方向即下右方向移动。第一组元件14a和14c替代的在箭头36的方向即上左方向移动。这意味着第二组驱动元件最终再次与移动物体22接触，这个循环重复。结果是移动物体22输送到图中的右侧。
运动的四个特征序列(或程序)很容易辨别。在图3a的情况，第一组驱动元件处于夹持序列。移动序列发生在图3a经过图3b到图3c之间。在图3c的情况下，第一组驱动元件处于释放序列。最终，返回序列发生在图3c经过图3d至图3a。理论上，夹持和释放序列几乎为不确定的较短，但实际上，握紧和释放发生在一定时间段内。
在现有技术的许多系统中，采用相移纯正弦波形以控制驱动元件。驱动元件的偏转x和膨胀/收缩z可表示为x(t)＝k1(u1(t)-u2(t))z(t)＝k2(u1(t)+u2(t))，这里k1和k2是取决于材料，几何形状等的常数。用于控制驱动元件的两个相移正弦波形可表示为u1＝0.5u最大+0.5u最大sin(ωt)u2＝0.5u最大+0.5u最大sin(ωt+s)，
这里u最大是最大的驱动电压，s是施加电压之间的相移，ω是角频率，t是时间。驱动电压有偏差的原因是避免驱动元件上有负电压。如果负电压作用在接入的压电陶瓷材料上，则存在材料脱芯的风险。然而，应注意如果采用适当的材料和驱动条件，有可能利用负电压运行压电陶瓷材料。结合上述方程得出一个表达式，它表明元件尖端即驱动元件的接触部分将沿椭圆轨道移动x＝x0+acos(ωt)z＝z0+bsin(ωt)，这里常数x0和z0取决于几何形状，材料等。常数a和b表示为a＝k1′sin(s/2)b＝k2′cos(s/2)，其中k1′＝k1u最大k2′＝k2u最大。
这里可以看到相移s影响轨道的几何形状，在这种情况下，分别影响长轴和短轴的大小。在极端情况下，其中是s0或π，元件分别仅在主位移方向上前后移动，或在法线方向上上下移动。优选的相移取决于驱动条件，元件的几何形状和材料等，并且必须适合每个单独的应用。椭圆轨道42，44在图4中表示。
这种类型的波形的缺点是元件的主位移速度取决于接触部分在轨道中的位置。而且，在两组元件之间的夹持传递发生在主位移速度为零或接近零的位置。如果驱动元件存在任意几何形状缺陷，主位移速度可以甚至为负，即，驱动元件向后移动。因此，很难实现平稳的夹持传递。而且，在一个完整的步长期间，在主位移方向连续改变速度经常是不期望的。
在US6337532中，通过在夹持和释放序列过程中，通过设显著的主方向速度分量，在切线方向的速度变化即在移动物体22的主位移方向的速度变化降低。最好，切线速度分量在整个夹持，移动和释放序列期间保持恒定。驱动元件的接触部分沿一个轨道受驱动，调节该轨道速度以便获得夹持和释放序列之间的交迭，并在整个驱动周期保持移动物体的恒速度。垂直于主位移方向的振动也记录，优选梯形轨道而非菱形轨道。
当然，类似于外推力，带有锐角转角的轨道倾向于以突然方式改变驱动元件的移动。自然的，在轨道的驱动部分，这是特别不利的，但在驱动周期的所有部分这是优选的。
根据本发明，选择具有平滑形状的轨道。沿轨道在空间坐标中的梯度是连续的，即不存在边缘或角。换句话说，轨道在空间中的各点具有连续导数。数学上没有角的简单的轨道是椭圆轨道，它有利的用于本发明的实施例中。
在x-z平面内的区域限制在菱形区域40内，在该x-z平面内的区域中，每个驱动元件的接触部分不移动。因此，所有的轨道限制在该菱形区域内。线46表示在两组驱动元件之间的用于交换z位置的一个不确定的范围。如果选择在z方向窄的椭圆轨道，见图4的轨道42，可获得的步长可能相当大，但由于接触部分之间未对准，对于在夹持和释放期间在主位移方向的显著的负速度来说，这是危险的。轨道在z方向较宽，见轨道44，降低了在夹持传递期间负的切向速度的危险，但替代的降低了获得的步长。应指出对于所有的驱动条件，椭圆可能不是轨道方程的优先选择。
与在先使用的电源电压的纯正弦函数明显对照的是，本发明引入了沿位移方向的速度的增强控制。根据本发明，与在返回序列期间速度分量的平均幅度相比，在夹持，驱动和释放物体期间，在主位移方向的速度分量的平均幅度降低。换句话说，这意味着驱动元件的接触部分当与移动物体接触时移动相对较慢，当不接触时移动相对较快。如果使用两组等效的驱动元件，即在相等的时间段内，每组驱动元件与移动物体接触，使用椭圆轨道，驱动元件在上半部比在下半部花费更多的时间。这依次导致在发生夹持和释放期间部件可以定位在刚好水平对称线之上。在该区域内，在主位移方向总是存在非零速度分量。而且，即使有效的几何形状缺陷，夹持传递点总是容易保持在椭圆的上半部。
在根据上述观点的第一实施例中，使用正弦信号，但在不同的角区域具有不同的有效的角速度。考虑到常数Cα，0＜Cα＜1，控制驱动元件的接触部分的角速度，α是0＜α＜π之间的间隔，其中使用Cα。在驱动周期的其它部分，速度代替的增加对应量。这种波形导致驱动周期的返回部分比驱动部分具有较高的速度。由于驱动部分的速度低于驱动周期的其它部分，与移动物体接触的元件在接触之前在主位移方向增进速度。在图5中，视图表示一个纯正弦图形50和根据上述原理52的波形。波形52在角范围α1-α2内呈现较慢变化的形式，并在该范围外保证更快变化的形式。在连接点，存在速度的突然变化。最好，在驱动元件仍自由移动的同时，该变化发生，这避免了在移动物体内直接产生振动。然而，在略微更精巧的结构中，可引入转变范围，其中沿轨道的速度在两个不同的角范围内平稳变化。最好从一个驱动元件组转变到另一个驱动元件组发生在一个区域内，成对的驱动元件组在该区域的速度相同或类似。这降低了在转变期间滑动和夹持不受控制的风险。
电压信号可以例如以数学方式表述u1＝0.5u最大+0.5u最大sin(Cωt+)u2＝0.5u最大+0.5u最大sin(Cωt++s)，这里C＝Cβ，＝0用于0≤t＜t1C＝Cα，＝α用于t1≤t＜t2C＝Cβ，＝β用于t2≤t＜2π其中s是电压信号之间的相对漂移，
Cβ=2π-(α2-α1)2πCα-(α2-α1)]]>
t1=α1Cβω]]>t2=1ωCα(α2-α1(1-CαCβ)).]]>α1和α2分别是轨道的“慢部分”的起始和结束相，并分别对应于t1和t2。因此，α1和α2是在0和π之间的预定角，Cα是在“慢部分”期间的预定的相对角速度。Cα不能任意的选择，但必须在(α2-α1)/2π至(α2-α1)/π的范围内。
通过选择驱动部分例如位于π/4＜α＜3π/4之间，在驱动部分内并在主位移方向的速度变化降低。然而，同时，移动物体的平均位移速度降低一半。因此，在物体的平稳运动和它能移动的位移速度之间存在折衷选择。
表达平稳转换和降低的切线速度变化的另一种方式是限定基于时间的函数α(t)。接着波形可表达为u1＝0.5u最大+0.5u最大sin(α(t))u2＝0.5u最大+0.5u最大sin(α(t)+s)。
例如，如果角速度(ω(t)＝α’(t))选择作为余弦函数，其中最大速度在椭圆轨道的最低点，最低速度在椭圆轨道的最高点，函数α(t)成为下列形式的正弦函数
α(t)＝3π/2+2πft(1+Asin(2πft))，这里A(0＜A＜1)是对应于角速度调节的幅度的常数。通过选择A的适当值，在驱动相期间的主位移速度保持十分恒定。而且，在驱动元件组之间的转换发生在椭圆轨道上部，这确保驱动元件在主位移方向具有增进的速度。利用连续函数求三阶导数，驱动元件的加速度平稳，这依次导致机械振动和声发射的减小。
而且，在驱动部分的主位移速度数学上不是恒定的。根据逐段逼近可采用另一种方法。首先选择特定的轨道，其形状依据上面显示的一般观点。理想的，移动物体不应该在上升方向存在任意移动，但在这不可能实现的情况下，在上升方向的正弦移动是优选的。然后，如下在驱动相阶段有可能将主位移速度限定为恒定。对应周期的驱动部分的波形被认为是由有限量的n个点组成。在一个第一实施例中，在其之间的时间间隔总是相同的。波形中的每个点对应于轨道方程T(x，z)即n点(xn，zn)中的一个位置。定义驱动部分，其中位移速度保持恒定，即xi+1-xi＝Δt.v，对于驱动部分内的任意指数，i∈[1，n-1]。轨道中的每个点xi可如下计算xi＝x1+k(i-1)这里k是驱动间隔的长度和其中点n的数量定义的常数，k=xn-x1n-1]]>当计算每个点xi时，对应的点yi由选择的轨道方程给出。这种轨道方程的一个实例是椭圆方程。波形形成，以便在规则的时间间隔Δt赋予对应不同点的电压。
在图6a中，这些原理示意表示。这里使用了椭圆轨道，在驱动角范围56内的许多点54限定为沿主位移方向X均匀分布ΔX。如图6b所示，电压信号或波形以这种方式调节，以致在相等的时间间隔经过这些点Δt。然后，如图6c，在x方向的速度，即在主位移方向的速度变化。在驱动范围56内，在x方向内的速度分量几乎恒定。
替代的，使不同点之间的时间间隔变化，给出一组轨道点，它具有与后续的轨道点相关的时间间隔。以这种方式，在主位移速度变化最大的轨道的部分设有比主位移速度变化很少的轨道部分更多的点。
所有这些涉及轨道的驱动部分。在驱动周期的其余部分，角速度的调节应尽可能平稳，并最好具有比驱动部分短的持续时间。在夹持和释放序列之间的交迭由驱动周期的驱动部分内的微步点的数量给出。考虑例如在一个完整周期内共256个点，而两组驱动元件的128点的相移，则一组在微步0位于轨道的底部，而另一组在轨道的顶部。如果周期的限定的驱动部分外部的微步数量相对很少，则在两组夹持和释放序列之间存在显著的交迭。
图7表示根据上述适合控制目的的放大器电路的一个实施例。线性放大器63驱动马达(或电动机)相，图示为电容器64。线性放大器63通常本身是一个电路。最好，放大器64具有装在内的或外部的低通滤波器，以避免马达或其它部件内的共振。线性放大器由数模转换器62驱动，数模转换器从集成电路61获得电压波的数字定义。IC最好是可编程逻辑电路例如FPGA(现场可编程门阵列)，以便很容易优化马达的每个应用。马达的电压控制的选择具有若干优点，包括稳定性和简单性。一个重要的优点是电路可用于使不同的不希望的运动模式衰减，因为在给定的电压下，马达相被认为与短路相关。通过适当的选择放大器的阻抗，可使不同的不期望的运动模式衰减。FPGA的并行结构很容易运行复杂的优化的序列，在此，在每个周期或者更频繁的，所有的相必须改变。今天可获得的更经济的电路能够在100kHz周期频率下驱动马达，每个全周期有超过256个微步点的周期分辨率。这对应于约25.6MHz的时钟频率。电压定义更好，这不会限制马达的分辨率。对于500MHz的时钟频率，今天这会花费略高的成本，微步分辨率通过倍增器20改进。
当在一定的任意位置使电动机械马达停止时，元件通常处于一定的施加的恒定电压下。如果保持这种条件，蠕变现象可能发生，这依次会改变元件的实际位置和/或使未来的性能恶化。当马达停止时，最终的情况以如下方式选择，即对基于时间的过程的影响最小。在美国专利6337532中，公开一种方法，它将马达带入到一个位置，在此驱动元件处于对称的对抗平衡。
根据本发明，提出一种替代的方法。该方法的目的在于发现驱动元件的一个位置，在此电压完全关闭。不改变移动物体的位置，应能达到该位置。
图8表示驱动元件的轨道，根据这些原理来表现一个典型的程序。作为实例使用的轨道是椭圆轨道。然而，相同的原理可以用于本发明提出的各种轨道。马达在一定位置停止。第一组驱动元件现在与移动物体接触。这在图中由点70表示。第二组位于轨道的返回相，由点72表示，现在不与移动物体接触。因此，当运动停止时，这种情况保持。如果驱动元件的电压为零，驱动元件移动到图中底部，点74。这是优选的停止状态，但必须不改变移动物体沿主位移方向的位置即到达。根据优选的程序，第二组驱动元件，即现在不与移动物体接触的驱动元件移动到位于零电压位置74或正上方的一个位置。这可通过沿法线运动轨道或沿任意其它路径78连续76来实现，这不会导致与移动物体的任何接触。如果两组处于夹持/释放程序中，任意选择其中一组首先移动。
第二组驱动元件随后直线向上71即沿图中的z轴移动，直到它与移动物体接触。第一组现在替代的不再移动。第一组首先沿在图中的垂直路径73直线向下移动，以便不改变移动物体在主位移方向的位置。当第一组驱动元件已经不再与移动物体有任何机械接触时，它可沿任意无接触路径75向无电压位置74移动。最后，第二组直线向下77移动，直到第二组驱动元件也无电压。
在该停止过程中，移动物体仅在基本上上下方向即垂直于主位移方向x移动。因此可保持移动物体的位置。
两组驱动元件所移动的路径的精确形状应尽可能类似，以防止受到例如取决于时间的蠕变的影响，蠕变具有不应导致任何与移动物体相互作用的限制。如果存在与移动物体接触的任何风险，所有运动必须基本上垂直实施(如图8限定)。换句话说，当与移动物体机械接触时，在运动基本上是垂直即垂直于主位移方向的约束下，通过向无电压位置移动成组驱动元件，一次一组，可实现停放。
现在将有效的使两组驱动元件的任何蠕变，老化等的发生最小。元件的受控定位开始接近无电压位置，以便基本上停止或保持，从而精确定位。为了进一步减少在无电压位置的运动，两组驱动元件应以对抗方式并尽可能经过类似的途径接近最终位置。
图9表示对应上述程序的流程图。程序从步骤200开始。在步骤202中，移动物体根据行走机构移动。在步骤204中，运动被中断，在主位移方向在预定位置保持移动物体。驱动元件组在步骤206-210向对应的无电压停放位置移动，一次一组。当与移动物体接触时，这些停放移动在基本上垂直于主位移方向的方向上实施。程序终止于步骤212。
这里假定第一组驱动元件与移动物体机械接触。在步骤206中，第二组驱动元件在经过最终的无电压停放位置的直线上向保持位置移动，该直线垂直于主位移方向。在步骤208中，第一组驱动元件导入无电压停放位置。在步骤210中，第二组驱动元件在垂直于主位移方向上向无电压停放位置移动。
通过下列的两个替代的方法，可在一个完整的步进的行程长度内进行移动物体的位置细调。在第一个方法中，一组驱动元件上的驱动电压被调节至中性点，例如图8中的点74。因此，另一组驱动元件可使用其全部的行程，即菱形区域的整个宽度，以便在不干涉另一组驱动元件的情况下对移动物体精细定位。
替代的，根据第二个方法，在细调位置时，所有的元件受相同组的驱动电压控制。因此，所有驱动元件将以相同方式移动。该方法在高载荷条件下当需要高刚度时是有利的。当已经实施停放程序时，并且由于例如在机械系统中的热漂移或老化，因此，需要精细定位，此时这两种方法是有价值的。如果细调的需要超过行程长度，可实施停放程序，元件启动以便细调行程的中心位置。以这种方式，在具有高分辨率的不定距离上可进行细调。
当涉及微马达具有很高的定位精度时，上述控制程序非常重要。然而，设计由该控制程序驱动的实在硬件也是至关重要的。
图10a-b表示促动移动物体的驱动元件。致动器的所有运动在这些图中明显放大，以便看见其重大影响。图10a中的致动器处于直的状态。接触部分28的中心点91与移动物体22的参考点90接触。当向左弯曲时，如图10b所示，接触部分28的中心点根据某个向量92移动。然而，在该运动期间，在驱动元件14和移动物体22之间的接触点向侧面平移，现在，在驱动元件14的顶部的接触部分28右角93与移动物体22接触。但根据不同的矢量94，移动物体22的参考点90也移动。通过控制驱动元件14的电压，可精细控制接触部分28的运动。然而，移动物体22的实际运动不可以相同方式控制。而且，接触点的改变还导致磨损增加。
根据本发明的优选实施例，基于行走机构的马达中的驱动元件设有接触部分，该接触部分在主位移方向具有延伸部分，该延伸部分显著小于在相同方向的驱动元件本身的有效部分的尺寸。图11a-b表示了两个这样的实施例。在图11a中，接触部分28设有三角横截面。上表面15的斜面最好比驱动元件14的最大倾角陡。以这种方式，移动物体22和驱动元件14之间的接触总是发生在中心91。然而，在一些应用中，需要驱动元件和移动物体之间具有较大的接触面积。这可以例如是需要显著大的力的情况。接着选择图11b的接触部分28。隆脊17在驱动元件14的顶部形成，这减少了在主位移方向的延伸，但仍能承受较高的载荷。隆脊的宽度可根据位置精度和在驱动元件14与移动物体22之间传递的力之间的权衡来调节。
在根据本发明的另一个优选的实施例中，基于行走机构的马达中的驱动元件具有一个改变的形状，该形状保持了接触部分的方向。在图12a-b中，图示了驱动元件，它总是具有在相同方向导向的接触部分，而不论驱动元件的形状改变。这里，驱动元件由串连连接即基本上垂直于弯曲方向的两个双压电晶片片段95，96构成。下部95和上部96的双压电晶片片段以相反方式设有激发电压，这意味着当下部双压电晶片片段96呈现向左弯曲时，上部双压电晶片片段95向右弯曲，这如图12b所示。这样，针对每种弯曲情况(除了元件完全笔直时，如图12a所示)形成S形驱动元件。以这种方式，接触部分28总是保持与移动物体22的基本平行，而精度和磨损问题显著减少。以前没有使用过直接垂直接触移动物体的两个双压电晶片致动器。
要想获得具有高驱动载荷的受控的步长很难，因为可能发生驱动元件和移动物体之间的相对运动。这个问题的一个解决方案是在移动物体和驱动元件的接触部分上设齿。这样，致动部分设有几何结构，它具有相对于主位移方向倾斜的表面。而且，物体具有与接触部分的几何结构互补的对应的几何结构。齿结构将显著增加摩擦系数，这某种程度上取决于几何结构。为了获得尽可能高的摩擦系数，齿97应理想的具有直立壁。这种结构示意表示在图13a中。为了允许实际的步长或较小的倾角不同，齿的上部需要设一些齿腹98。图13b给出了一个实例。齿腹甚至可以向下伸展到底部，从而看起来象锯齿表面，这如图13c表示。本领域的普通技术人员可以理解还可能采用其它类型的几何形状。
由于隆脊或几何形状齿之间的空间约为几个微米，因此，非常需要高度和横向的安装精度。通过在安装前使驱动元件的接触部分交迭，可获得适当的高度精度。通过用隆脊或其它结构对接触部分施压可获得横向定位精度，该隆脊或其它结构伸展到整个驱动单元上抵靠移动物体，并在该位置胶粘到驱动元件上。在胶凝固后，例如通过切割成片，接触部分相互分开。
利用现有的制造技术例如光刻法结合蚀刻或高精度精加工可制造隆脊或其它齿结构。为了降低成本，利用制造压缩光盘(CD)的技术可制造母盘。通过电镀由微电子制造技术形成的图案来制造母盘。然后，母盘用于注射模塑机器中，在此，采用适当的材料。使用的用于制造齿形几何结构的材料例如是聚合物，增强的聚合物，金属或陶瓷。
齿结构的其它优点是可获得绝对的定位。精度取决于隆脊之间的空间，即较窄的空间允许较高的定位精度。
当使用例如图11a-b所示的驱动元件时，齿结构的使用略微受到限制，因为在驱动方向的减少的延伸部很难采用多齿结构。然而，图11a-b的接触部分的几何结构本身将导致类似的效果，因为在接触部分设有直立或倾斜的表面。这样，这些表面用于夹持到移动物体的几何结构中，这样，接触部分的几何形状被认为具有带一个齿的几何结构。然而，应注意，如果齿结构弯曲半径允许驱动元件运动，有可能制造用于图11a-b所示的驱动元件的多齿结构。
然而，利用上述基于两个双压电晶片的驱动元件的设计，齿结构很容易用在接触部分。实际上，使用与S弯曲的两个双压电晶片结合的齿的确非常有用，因为接触部分总是使移动物体表面保持平行。由齿的齿腹提供的倾角范围可以降低，这样可以获得更精确的定位。
在一些情况下，例如细调时，和使用齿结构的情况，有利的是设有大的步长。在细调的情况下，增加的步长给出更大的细调范围。利用齿结构，当制造这些结构时，增加的步长降低了分辨率的要求，从而降低了制造成本。增加步长致动器可以若干方式形成，如果活性物质的体积保持尽可能低，这也是有利的，因为电流消耗在激活期间保持较低。一种方法是使用很少的活性物质，该活性物质需要用来有效运行马达。如图14a所示，通过在驱动元件14的活性物质81的顶部使用杠杆部分82可获得增加的步长。杠杆部分82的材料可与无电极的活性物质81或其它一些材料相同。在许多情况下，最好采用刚性致动器的材料。如果使用杠杆设计，由于致动器的长度增加，刚度通常降低，但利用适当的设计，该问题可以解决。最好使用氧化铝，因为在这种情况下，接触表面几何形状直接一体形成于杠杆部分82中。
如果需要高度的高控制精度，在驱动元件14顶部的杠杆部分82可由活性物质制成，并设有电极。以这种方式，杠杆部分82的高度可独立于其它驱动元件14精细控制。
在使用两个双压电晶片驱动元件的情况下，图14b表示了一个类似解决方案的实施例。这里，驱动元件14具有通过杠杆部分83相互连接的下部96和上部95双压电晶片片段。致动表面的平行性仍保持。但在主位移方向的行程增加。在上述相同的方式下，如果需要高度的高控制精度，杠杆部分83可以是活性部分，有可能从外部控制。
在许多应用中，希望减少待移动的移动物体的质量。该质量与例如在驱动方向的振动有关。因此，移动物体可做的更薄。然而，当移动物体的弹性弯曲变的约与驱动元件的上升能力量相同时可能发生严重的问题。换句话说，移动物体变的太软和使行走机构挠曲。图15表示其解决方案，它形成极低质量的移动物体。在这里制造的移动物体的两侧，移动物体22为与接触部分平行的平面。两个实质上相同的定子单元10a，10b定位成从相对侧压住移动物体22。如果定子单元10a，10b的操作协调，则两个定子单元10a，10b实施准确相同的程序，但颠倒。这导致移动物体22在两个定子单元10a，10b的驱动元件之间夹紧，并且移动物体基本上没有垂直于主位移方向的弯曲发生。因此，移动物体22可以制造成极薄，这意味着质量可以降低到一侧致动定子所需要的一部分。
本领域的普通技术人员可以理解在不超出由附后的权利要求书所限定的本发明范围的前提下，本发明可做不同的修改和变化。
权利要求
1.一种驱动电动机械马达的方法，该电动机械马达具有定子(10；10a，10b)，定子通过驱动元件(14；14a-d)致动物体(22)在主位移方向(26)上移动，该方法的步骤包括向第一组所述驱动元件(14a，14c)提供第一组电压信号，所述第一组电压信号包括至少一个电压信号；向第二组所述驱动元件(14b，14d)提供第二组电压信号，所述第二组电压信号包括至少一个电压信号；控制所述第一组电压信号，从而使所述第一组所述驱动元件(14a，14c)的接触部分(28)沿第一轨道移动；控制所述第二组电压信号，从而使所述第二组所述驱动元件(14b，14d)的接触部分(28)沿第二轨道移动；所述第一和第二轨道布置成借助重复小步进使所述移动物体(22)相对于所述定子(10；10a，10b)运动，从而保证在每个瞬间在所述定子(10；10a，10b)和所述移动物体(22)之间机械接触；和在所述定子(10；10a，10b)和所述移动物体(22)之间施加法向力(N)；所述法向力(N)的量足以使所述定子(10；10a，10b)的弹性变形与垂直于所述移动物体(22)的所述主位移方向(26)的所述定子(10；10a，10b)的高度不确定性至少具有相同数量级。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重复小步进具有与fr相同数量级的驱动频率，fr为布置的所述定子(10；10a，10b)和移动物体(22)的共振频率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述重复小步进具有大于0.3fr的驱动频率。
4.一种驱动电动机械马达的方法，该电动机械马达具有定子(10；10a，10b)，定子通过驱动元件(14；14a-d)致动物体(22)在主位移方向(26)上移动，该方法的步骤包括向第一组所述驱动元件(14a，14c)提供第一组电压信号，所述第一组电压信号包括至少一个电压信号；向第二组所述驱动元件(14b，14d)提供第二组电压信号，所述第二组电压信号包括至少一个电压信号；控制所述第一组电压信号，从而使所述第一组所述驱动元件(14a，14c)的接触部分(28)沿第一轨道移动；控制所述第二组电压信号，从而使所述第二组所述驱动元件(14b，14d)的接触部分(28)沿第二轨道移动；所述第一和第二轨道布置成借助重复小步进使所述移动物体(22)相对于所述定子(10；10a，10b)运动，从而保证在每个瞬间在所述定子(10；10a，10b)和所述移动物体(22)之间机械接触；所述第一和第二轨道在空间的各点具有连续导数；沿相应的轨道改变所述接触部分(28)的速度，当所述接触部分(28)与所述移动物体(22)机械接触期间，其平均速度低于在所述接触部分(28)没有机械接触期间的平均速度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，其步骤还包括控制所述第一和第二组电压信号，以便在所述接触部分(28)与所述移动物体(22)机械接触期间或脱开所述非滑动机械接触期间，在所述主位移方向(26)施加显著的速度分量。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述第一和第二轨道为椭圆(42)，而所述第一和第二组电压信号包括具有相对于时间为非线性的自变量的正弦信号。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述正弦信号为sin(C(ωt)ωt)，其中，C(ωt)为非常数函数。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，C(ωt)是在主位移方向(26)给出恒速度的分段函数。
9.如权利要求4至8中任一项所述的方法，其特征在于，改变所述速度的步骤依次包括在所述接触部分(28)与所述移动物体(22)机械接触期间利用分段恒速度移动所述接触部分(28)的步骤，在所述接触部分(28)与所述移动物体(22)机械接触的基本上整个时间段内，所述分段恒速度在所述主位移方向(26)中的分量保持基本上恒定。
10.一种驱动电动机械马达的方法，该电动机械马达具有定子(10；10a，10b)，定子通过驱动元件(14；14a-d)致动物体(22)在主位移方向(26)上移动，该方法的步骤包括向第一组所述驱动元件(14a，14c)提供第一组电压信号，所述第一组电压信号包括至少一个电压信号；向第二组所述驱动元件(14b，14d)提供第二组电压信号，所述第二组电压信号包括至少一个电压信号；控制所述第一组电压信号，从而使所述第一组所述驱动元件(14a，14c)的接触部分(28)沿第一轨道移动；控制所述第二组电压信号，从而使所述第二组所述驱动元件(14b，14d)的接触部分(28)沿第二轨道移动；所述第一和第二轨道布置成借助重复小步进使所述移动物体(22)相对于所述定子(10；10a，10b)运动，从而保证在每个瞬间在所述定子(10；10a，10b)和所述移动物体(22)之间机械接触；使所述移动物体(22)相对于所述定子(10；10a，10b)停放，这依次包括如下步骤通过在所述第一组所述驱动元件(14a，14c)上保持恒定电压来中断所述第一组电压信号，所述第一组所述驱动元件(14a，14c)与所述移动物体(22)机械接触；在保持位置，使所述第二组驱动元件(14b，14d)移动至与所述移动物体(22)接触；使所述第一组所述驱动元件(14a，14c)移动至第一停放位置，该停放位置定义为在所述第一组所述驱动元件(14a，14c)上施加零电压的位置；使所述第二组驱动元件(14b，14d)从所述保持位置移位到第二停放位置，该第二停放位置定义为在所述第二组所述驱动元件(14b，14d)上施加零电压的位置；所述平移基本上垂直于所述移动物体(22)的主位移方向(26)。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，移动所述第二组所述驱动元件(14b，14d)的所述步骤依次包括如下步骤不与所述移动物体(22)机械接触，将所述第二组所述驱动元件(14b，14d)移动到夹持准备位置；和将所述第二组所述驱动元件(14b，14d)从所述夹持准备位置移动到所述保持位置，该保持位置基本上垂直于所述移动物体(22)的所述主位移方向(26)。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，移动所述第一组所述驱动元件(14a，14c)的所述步骤依次包括如下步骤将所述第一组所述驱动元件(14a，14c)在基本上垂直于所述移动物体(22)的所述主位移方向(26)移动到释放位置，在此保持不与所述移动物体(22)机械接触；和不与所述移动物体(22)机械接触，将所述第一组所述驱动元件(14a，14c)从所述释放位置移动到所述第一停放位置。
13.一种驱动电动机械马达的装置，该电动机械马达具有定子(10；10a，10b)，定子通过驱动元件(14；14a-d)致动物体(22)在主位移方向(26)上移动，该装置包括具有接到第一组所述驱动元件(14a，14c)的连接部的第一电压信号提供装置；具有接到第二组所述驱动元件(14b，14d)的连接部的第二电压信号提供装置；第一控制装置(61)，用于使所述第一电压信号提供装置提供第一组电压信号，从而使所述第一组所述驱动元件(14a，14c)的接触部分(28)沿第一轨道移动；第二控制装置(61)，用于使所述第二电压信号提供装置提供第二组电压信号，从而使所述第二组所述驱动元件(14b，14d)的接触部分(28)沿第二轨道移动；所述第一和第二轨道布置成借助重复小步进使所述移动物体(22)相对于所述定子(10；10a，10b)运动，从而保证在每个瞬间在所述定子(10；10a，10b)和所述移动物体(22)之间机械接触；所述第一和第二轨道在空间的各点具有连续导数；用于沿相应的轨道改变所述接触部分(28)的速度的装置，由此，当所述接触部分(28)与所述移动物体(22)机械接触期间，其平均速度低于在所述接触部分(28)没有机械接触期间的平均速度。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，其还包括用于控制所述第一和第二组电压信号的装置，以便在所述接触部分(28)与所述移动物体(22)机械接触期间或脱开所述机械接触期间，在所述主位移方向(26)施加显著的速度分量。
15.如权利要求13或14所述的设备，其特征在于，所述第一和第二轨道为椭圆，而所述第一和第二组电压信号包括具有相对于时间为非线性的自变量的正弦信号。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述正弦信号为sin(C(ωt)ωt)，其中，C(ωt)为非常数函数。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，C(ωt)是在分段常数函数。
18.如权利要求13至17中任一项所述的设备，其特征在于，用于改变所述速度的所述装置依次包括用于在所述接触部分(28)与所述移动物体(22)机械接触期间利用分段恒速度移动所述接触部分(28)的装置，在所述接触部分(28)与所述移动物体(22)机械接触的基本上整个时间段内，所述分段恒速度在所述主位移方向(26)中的分量保持基本上恒定。
19.一种压电马达，它包括具有驱动元件(14；14a-d)的定子(10；10a，10b)；通过所述驱动元件(14；14a-d)的驱动在主位移方向(26)上移动的物体(22)；驱动装置，该驱动装置依次包括连接到第一组所述驱动元件(14a，14c)的第一电压信号提供装置；连接到第二组所述驱动元件(14b，14d)的第二电压信号提供装置；第一控制装置(61)，用于使所述第一电压信号提供装置提供第一组电压信号，从而使所述第一组所述驱动元件(14a，14c)的接触部分(28)沿第一轨道移动；第二控制装置(61)，用于使所述第二电压信号提供装置提供第二组电压信号，从而使所述第二组所述驱动元件(14b，14d)的接触部分(28)沿第二轨道移动；所述第一和第二轨道布置成借助重复小步进使所述移动物体(22)相对于所述定子(10；10a，10b)运动，从而保证在每个瞬间在所述定子(10；10a，10b)和所述移动物体(22)之间机械接触；所述电动机械马达还包括用于在所述定子(10；10a，10b)和所述移动物体(22)之间施加法向力(N)的装置；所述法向力(N)的量足以使所述定子(10；10a，10b)的弹性变形至少与垂直于所述移动物体(22)的所述主位移方向(26)的所述接触部分(28)的高度不确定性具有相同数量级。
20.如权利要求19所述的电动机械马达，其特征在于，所述重复小步进具有与fr相同的数量级的驱动频率，fr为布置的所述定子(10；10a，10b)和移动物体(22)的共振频率。
21.如权利要求20所述的电动机械马达，其特征在于，所述重复小步进具有大于0.3fr的驱动频率。
22.如权利要求19至21中任一项所述的电动机械马达，其特征在于，至少其中一个所述接触部分(28)在所述主位移方向(26)具有延伸部，该延伸部显著小于在所述主位移方向(26)的对应的驱动元件(14；14a-d)的平均宽度。
23.如权利要求19至22中任一项所述的电动机械马达，其特征在于，至少其中一个所述驱动元件(14；14a-d)包括端与端连接的两个双压电晶片片段(95，96)，所述双压电晶片片段(95，96)设有相反的电压信号，因此，所述至少其中一个所述驱动元件(14；14a-d)在激活时假定为s形。
24.如权利要求23所述的电动机械马达，其特征在于，所述至少其中一个所述驱动元件(14；14a-d)的至少其中一个所述接触部分(28)设有第一几何结构(97)，该第一几何结构具有相对于所述主位移方向(26)倾斜的表面(15)，其中所述移动物体(22)具有与所述第一几何结构(97)互补的第二几何结构(98)。
25.如权利要求24所述的电动机械马达，其特征在于，所述接触部分(28)设有带齿表面，带齿表面的曲率半径符合对应的驱动元件(14；14a-d)的运动。
26.如权利要求19至25中任一项所述的电动机械马达，其特征在于，所述移动物体(22)具有由所述驱动元件(14；14a-d)驱动的第一部分，第二部分，和将所述第一部分和第二部分连接的连接部分，所述连接部分包括非刚性连接。
27.如权利要求26所述的电动机械马达，其特征在于，所述非刚性连接包括弹簧。
28.如权利要求26或27所述的电动机械马达，其特征在于，所述非刚性连接还包括减震部件。
29.如权利要求19至28中任一项所述的电动机械马达，其特征在于，所述定子(10；10a，10b)包括单体块(10)，该单体块包括通过从动部分(12)连接的至少两个所述驱动元件(14；14a-d)，所述从动部分(12)包括与所述至少两个驱动元件(14；14a-d)的电极(18)连接的导电通路，因此，电极(18)可与所述单体块(10)的相反侧接触。
30.如权利要求19至29中任一项所述的电动机械马达，其特征在于，所述定子(10；10a，10b)包括至少一对(10a，10b)所述驱动元件(14；14a-d)组，它在相反侧驱动所述移动物体(22)。
全文摘要
一种电动机械马达，其以驱动元件的接触部分沿平滑轨道移动的方式受驱动。速度变化，在元件与移动物体(22)接触期间比无接触期间，其平均速度较低。最好，当在成组元件之间转换时，主位移速度分量不可忽视。当马达停止时，致动元件组处于无电压状态，一次一组。元件的接触部分交迭成这样的精度，以致在移动物体和定子(10)之间施加的法向力足够大，从而导致定子(10)的弹性变形与交迭的精度相比具有相同的数量级或比之更大。
文档编号H01L41/04GK1669210SQ03816317
公开日2005年9月14日 申请日期2003年6月18日 优先权日2002年7月10日
发明者S·约翰松, M·贝克赛尔, A·扬松 申请人:高压马达乌普萨拉有限公司