用于超声马达的压电执行单元的制作方法

专利名称：用于超声马达的压电执行单元的制作方法
用于超声马达的压电执行单元
本发明涉及一种用于旋转超声和线性马达的压电执行单元。其可 以被应用到线性和旋转运动的驱动马达中。另外，其可以用于驱动仪 器底盘、光学透镜、光学写入和读取头以及其他类似的需要很高的定 位精度、小尺寸的驱动系统以及低供电电压的设备。
已知的用于超声马达的压电执行单元包括用于声波的金属谐振 器，其上粘贴有片状的压电元件，该元件在谐振器内激励声波(参见
US5，665，918; US5，672，930 )。
这些执行单元的缺陷在于尺寸较大，这由金属谐振腔的尺寸所限 定。另外，这些执行单元的压电活动部分的体积很小，而压电元件厚 度很大，这大大降低了机电耦合系数，使得激励电压相当高。这类执 行单元还具有复杂的结构，这需要手工装配组件，因此增加了制造成 本。
其他已知的用于超声马达的压电执行单元(参见US5，134,334; US5，416,375 )，其压电元件作为薄的层体组连接到金属谐振腔。这些 执行单元的缺陷在于尺寸较大、结构复杂并且制造成本高。
另外已知的用于超声马达的压电执行单元由压电板构成，所述板 的两个主表面上安装了电极(参见US6，384，515; US7，714，833 )。
其缺陷是这些执行单元需要很高的激励电压。这是由于使用了低 机电耦合系数的弯曲谐振腔。该类执行单元的最大激励电压达到 300Veff。另一个显著的缺点是在弯曲谐振腔内存在第二个纵向谐振 腔。这使得执行单元的控制更加困难，其结果是很难构造基于自激励 原理工作(即激励频率由执行单元本身预先确定)的简单激励电路。 这导致显著降低了驱动器的热稳定性，降低了执行单元的操作安全， 并使得制造更加昂贵。另外还已知用于超声马达的小型压电执行单元，其中多层压电元
件被按压到金属谐振腔的主体内(参见US2004/0256954A1)。这些 执行单元尺寸减小，并且具有低激励电压。
这些执行单元的操作原理是基于在谐振腔内激励谐振频率互相 接近的两种类型的驻波。因此，为了反转移动元件的移动，激励电路 的频率必须从一个谐振频率调谐到另一个。这不允许设置基于自激励 原理的激励电路，其频率由执行单元的机械参数预先确定。因此降低 了执行单元的操作稳定性，激励电路的结构变得更加复杂，并且驱动 系统整体也更加昂贵。
本发明的目标是提供一种改进的通用类型的压电执行单元，其特 征是具有更小的尺寸、较低的激励电压、更高的操作稳定性和安全性， 以及简易控制和低廉的制造成本。
该目标通过包含权利要求1所述特征的设备来实现。本发明的构 思的有用实施例在从属权利要求中进行限定。
本发明还包括在构造实施例中构造一个用于超声马达的压电执 行单元，其具有一个用于该执行单元的控制单元，其能够在控制单元 内实现根据自激励原理工作的简化构造的激励设备，其激励频率由执 行单元的机械参数预先确定。
提供了一种用于超声马达的压电执行单元，其由带有多层声学驻 波发生器的声波谐振腔构成，所述声波谐振腔被构造为带有两个主表 面、两个侧表面以及两个端面的矩形压电板，其内部具有多层结构。 该多层结构表现为激励电极层，这些激励电极层与公共电极层和极化 压电陶瓷层交替设置，极化矢量相对于电极表面垂直延伸。所有的激 励电极纟皮分成两个互不连接的组，这两组电极相对于所述板的对称面 对称地放置。其中该对称面相对于板的主表面和侧表面垂直延伸，即 通过这些表面的中心位置，每組激励电极与公共电极以及位于其之间 的压电陶瓷层一起构成了该多层声波发生器，所述发生器相对于压电 板的对称面对称设置。在压电执行单元的优选一个实施例中，公共电极可以由两个部分 组成，这两个部分的设置和激励电极的设置相同。这增加了使用上述 执行单元的可行性。
在执行单元的各个实施例的修正方式中，激励电极和公共电极可 设置成平行于压电板的端面。这增加了执行单元变形的纵向分量。
在用于超声马达的执行单元的其他修正方式中，激励电极和公共 电极可设置成平行于压电板的侧向边缘。这增加了执行单元变形的垂 直分量。
在执行单元的下述优选实施例中，激励电极和公共电极可设置成 平行于压电板的主表面。这补偿了执行单元的纵向和垂直变形分量之 间的不同激励强度。
在上述执行单元中，在超声马达的压电板的至少一个侧表面上安 装导电电极，所述导电电极将激励电极和公共电极彼此连接。
将激励电极和公共电极彼此连接的导电电极也可以安装在压电 板的至少一个主表面上。
将激励电极和公共电极彼此连接的导电电极还可以安装在压电 板的各端面上。
所有这些设置增强了根据本发明的执行单元的构造可行性。
在上述压电执行单元的一些修正方式中，可以在所述执行单元的 压电板的至少 一个侧表面上设置摩擦元件。这允许上述执行单元使用 具有移动摩擦轨道的马达。
在本发明的压电执行单元的其他实施例中，可以在所述执行单元 的压电板的至少一个侧表面上设置摩擦层。这允许上述执行单元使用 具有滑块的马达。
根据本发明，执行单元的控制单元可包括一个单通道自动发生 器，该单通道自动发生器具有一个功率放大器和一个反馈环，所述反 馈环具有反馈元件以及反向开关，所述反向开关交替地将功率放大器 耦合到相应的声波发生器。这简化了控制单元。
压电执行单元的控制单元还可包括双通道自动发生器，该双通道自动发生器具有两个功率放大器和一个反馈环，所述反馈环具有反馈 元件以及反向开关，所述反向开关交替地将反馈环耦合到自动发生器 的相应通道。这增加了执行单元的效率。
在执行单元的控制单元内，反馈元件可由电阻器、电容器或者这 两种元件构成，这些元件并联连接，并连接到压电执行单元的公共电 极组。这简化了反馈元件。
在执行单元的控制单元的任一修正方式中，反馈元件均可包括串
联LC电路形式的变频滤波器的电容，其连接到压电执行单元的公共 电极组。这增加了反馈环内的电压。
在上述执行单元的控制单元内，带有变频滤波器的串联LC电路 的反馈环的电容器的电容值可等于一组激励电极和一组公共电极组 之间的执行单元的电容值。这优化了变频滤波器的参数。
另外，根据本发明的执行单元的控制单元还可包括一个宽脉冲电 压控制器，其输出端连接到所述单通道或双通道自动发生器的电源的 输入端，其控制输入端构成了用于控制执行单元激励电平的模拟输 入。这允许对执行单元进行模拟控制。
执行单元的控制单元中的宽脉冲电压控制器的同步输入端可直 接连接或通过倍频器连接到所述单通道或双通道自动发生器的信号 电路。这增强了组件的串扰保护及其操作速度。
本发明的优点和效果将借助于附图对优选实施例的下述具体说 明而变得更加明显。附图示出了


图1 所述执行单元的主要改进形式，
图2 所述执行单元的基本改进形式的电极设置，
图3 执行单元的压电陶瓷的极化方向，
图4 所述执行单元的一个改进实施例，
图5 图4所示执行单元电极的一个改进实施例，
图6 本发明的执行单元的实现，
图7 图6的执行单元的电极设置，图8所述执行单元的一个改进实施例，
图9图8的执行单元的电极设置的一个改进形式，
图10图8的执行单元的电极设置的一个改进形式，
图11所述执行单元的一个改进实施例，
图12图11的执行单元的电极设置的一个改进形式，
图13具有 一 个摩擦元件的执行单元，
图14具有两个摩擦元件的执行单元，
图15具有一个摩擦层的执行单元，
图16具有两个摩擦层的执行单元，
图17具有控制单元的执行单元，
图18阐释所述执行单元工作原理的附图，
图19，20 包含所述执行单元的超声马达的改进实施例，
图21所述执行单元的频率特性，
图22具有单通道自动发生器的执行单元的控制单元电路，
图23具有双通道自动发生器的执行单元的控制单元电路，
图24具有宽脉沖电压控制器的执行单元的控制单元电路，
图25所述执行单元的一个应用实例。
图1示出了用于超声马达的压电执行单元1。其包括一个声波谐
振腔2。该谐振腔2 ^皮构造为带有两个主表面4、两个侧表面5以及 两个端面6的矩形压电板3，压电板3沿着侧表面5的长度为L，沿 着端表面6的高度是H。所述执行单元1的L/H之比在2和3之间。
压电板3的内部具有多层结构，该多层结构由平行的激励电极层 7构成，这些激励电极层与平行的公共电极层8 (见图3)和位于其之 间的极化压电陶瓷层9交替设置，极化矢量相对于电极表面7和8垂 直延伸，如图3中位置10和11处的箭头所示。极化矢量的方向与压 电板3的极化轴一致，参见图3和其他附图中的点划线12。
所有的激励电极7被分成两组互不连接的电极13和14，这两组 电极相对于一个对称面15对称放置，该对称面相对于板3的主表面4和侧表面5垂直延伸，即通过这些边缘的中心位置。图l和所有其他 附图中的虛线16示出了表面15和表面4及5的相交线。每个相交线 都构成了相应表面的中心线。
激励电极组13和14与公共电极4的一部分以及位于其之间的压 电陶瓷层9一起构成了多层声学驻波发生器17和18。每个发生器17 或18相对于对称面15对称设置。
多层压电陶资板3采用的多层技术来制造。通常，该技术如下所 述首先，生成一个低温压电原材料的薄带，其中的微粒用有机粘结 剂互相粘结。接下来，从所述带上切割出薄板。随后敷设用钯骨制成 的电极。然后，这些薄板被一起压制成密实的块以形成板3，并在炉 内烘烤。在烘烤期间，有机粘结剂从压电陶瓷挥发，压电陶瓷被烧结， 从而由钯骨形成了金属电极。使用该技术制造的层的通常厚度达到30 到50孩￡米。
公共电极8可以由两个相似的部分19和20构成，其构造与图 10所示的激励电极7相同。
每个电极7， 8或电极的各个部分19， 20具有一个导电肩21 (参 见图1， 2， 4, 5， 6， 7， 8， 9, 10， 11， 12)，其电连接到导电电极 22， 23和24 (参见图1， 4, 6， 8， 11， 13, 14, 15， 16)。
通过离子溅镀铬、铜、镍、银以及之后的烧焊，可以将导电电极 敷设到板3的烧结表面上。
在所述的执行单元中，激励电极7和公共电极8可以与板的端面 6平行设置(参见图1， 4)。电极7和8可以与板3的侧表面5平行 设置(参见图6)。此外，电极7和8可以与板3的主表面4平行设 置(参见图8， 11)。
导电电极22， 23, 24可以敷设到板3的一个侧表面5上(参见 图1， 8， 13, 15)或两个侧表面上(图中未示出)。导电电极22， 23， 24还可以敷设到板3的端面6上(参见图6， 11， 14， 16)。
如图13， 14所示，所述振荡器的改进实例可具有固定在板3的 一个或两个侧表面5上的摩擦元件25。摩擦元件用硬质抗磨损材料制成，例如氧化铝A1203、氧化锆 Zr02、氮化硅SbN4、碳化硅SiC、氮化硼BN、碳化硼B4C、碳化鴒 WC、碳化钛TiC或类似的材料。
这些抗磨损元件可以借助于化学粘结到庄电陶瓷板3上的材料 而被固定到板3上。这可以通过含铅玻璃或类似材料来实现。并且， 这些元件还可以通过环氧树脂胶粘合到板3上。
塑料材料制成。这些填充物包括基于具有半晶状结构的聚芳氨基材料 以及玻璃光纤、石墨纤维、金属粉末、氧化物陶瓷粉末或其他能够固 化塑料材料并且提高导热性的填充物材料。
这些摩擦元件可以借助于固化变硬的环氧树脂胶粘合到板3上。
在所述执行单元的其他实施例中，摩擦层26可以设置在板3的 一个或两个侧表面5上，如图15, 16所示。
摩擦层26可用硬质抗磨损玻璃制成，其被熔融到板3的表面上。 在该玻璃中，铝粉、氧化锆粉或任何其他抗磨损材料可被用作填充物。 层26可以通过汽相沉积一个薄层来形成，该薄层是钛Ti、铬Cr、氮 化钛TiN 、碳化钛TiC 、氮碳化钛TiCN 、氮化铬CrN 、氮化钛铝TiAlN 、 氮化锆ZrN、氮化钛锆TiZrN、氮化钛铬TiCrN或任何其他材料。
为了防止执行单元1的板3的表面潮湿，其可以镀上一个薄层， 该薄层是有机漆、玻璃、陶瓷或任何其他电绝缘^N"料(图中未示出)。
一个有用的实施例包括一个控制单元27 (参见图17),该控制 单元包含具有方向选择开关29的自动发生器28。
图18示出了板30和连接到自动发生器28的声波发生器17。交 流电压被施加到电极7和8上使得电流I流过执行单元。
图18中，标记31， 32表示板3的变形模式。位置33示出了位 于侧表面5的表面上的点35的移动路径34以及移动路径34的包络 曲线36。
图19示出了超声马达和执行单元1，后者包含与移动摩擦轨道 37相互起作用的摩擦元件26。执行单元1 ;故弹簧38压向移动摩擦轨道37。
图20示出了超声马达和执行单元1,后者包含与滑块39相互起 作用的两个摩擦元件26，滑块被拉簧40按压到执行单元1的侧表面 5上。
图21中的位置41示出了执行单元1的输入阻抗Z和激励电压U 的频率f之间的关系，而位置42示出了激励电压U之间的相移V和 电流I之间的关系。执行单元l的工作频率等于频率fa。
在图22所示的自动发生器28的创造性实施例中，控制单元27 可以被配置成一个单通道自动发生器43。该自动发生器可包含具有电 源电压输入端45的电源开关44、反馈环46、反馈元件47、具有控制 输入端49的反向开关48以及变频滤波器50。电源电压U被提供给 电源电压输入端45。功率放大器44可包含半电桥末级放大器51和驱 动器52。反馈环46可包括放大部分53、滤波部分54和具有控制输 入端56的断路器55。反馈元件47可包括电阻器57、电容器58或这 两者，它们随后并联连接，并连接到公共电极8。变频滤波器50由包 含感应线圈59和电容器60的串联LC电路组成。
在图23所示的自动发生器28的又一个创造性实施例中，控制单 元27可以被设置成一个双通道自动发生器61。该自动发生器61由构 成两个通道62和63的功率放大器44组成。
在自动发生器的所有改进形式中，变频滤波器50的电容器60 可以用来替代反馈元件47,而且反馈环46还可以附带地包括一个移 相部分64 (参见图23)。
在所有改进实施例中，变频滤波器50的电容器60的电容值可以 等于激励电极13或14中的一组与公共电极组之间的电容值。
在下述实施例中，控制单元27可包括一个具有电源电压输入端 66的宽脉冲电压控制器65,其输出端67连接到自动发生器28的电 源电压输入端45。
宽脉冲电压控制器65包括功率放大器68、滤波器69以及具有 模拟控制输入端71并且用于宽脉冲信号的模拟信号转换器70。该转换器还包括一个同步输入端72。
同步输入端72可以直接连接或通过倍频器74连接到自动发生器 28的信号电路73。
图20示出了根据本发明用于驱动光学聚焦单元75的执行单元。 执行单元1被容纳在聚焦单元75的外壳76内，其上附有导轨77，透 镜组79的夹具78可以在导轨上滑动。执行单元1借助于异形弹簧80 被挤压向滑块39的侧表面5，其中滑块为半球体。
所述压电执行单元1如下工作当电源电压施加到控制单元27 上时，自动发生器28生成一个电压，其频率等于执行单元1的工作 频率f。(参见图17， 18,位置30)。该电压被提供给公共电极8和 激励电极7的组13或14，与压电陶瓷层9 一起构成了多层声学驻波 发生器17和18。
由此，在电极组8和7之间产生了作用到压电陶瓷层9上(参见 图3)的时变电场E,电场矢量沿着压电陶瓷的极化方向取向，即沿 着压电陶瓷板3的极轴12。因为压电陶瓷层9很薄(30-50微米)， 能够以小电压在执行单元内产生足够大的电场。因此，可以显著降低 驱动执行单元1所需的电压。
作用在压电陶资上的交流电场E的效果在于，压电陶瓷板3在 频率fo处沿着极轴12、并在互相垂直的两个方向上交替扩张和收缩。 压电模块d33限定了板3沿着极轴变形的效率，而压电模块(131限定了 沿着互相垂直的两个其他方向上的变形效率。
极轴15可垂直于端面6延伸(参见图1， 4 )、垂直于侧表面5 延伸(参见图6)、还可以垂直于其主表面4延伸(参见图ll)。
控制单元27以下面的方式实现，电源电压U生成的工作频率fo 自动保持与谐振频率fa相等(或接近)，所述谐振频率等于执行单元 1的板3非对称振荡的谐振频率(参见图19，位置37)，此时由发生 器17或18在执行单元1内生成了非对称驻波。这个波与其他类型的 波的区别在于，在其激励期间位于板3的侧表面5上的点的移动路径 具有占优势的倾度。板3的长度L和高度H代表受激波的谐振维度。板3的厚度并 不代表谐振维度。因此，激励波的主要变形分量总是相对于板3的主 表面4平行设置。板3在厚度方向上基本不变形。因此所生成的波代 表相对于板3的主表面4平行延伸的"表面，，波。
图18中，位置31和32表示在执行单元1内生成非对称驻波时 所形成的压电板3的主表面4的两个变形阶段。该图示在时间上偏移 了半个振荡周期。非对称驻波如图18、位置33所示，其除了点34的 移动路径之外还示出了板3的侧表面5上的点35的移动路径。线36 代表移动34的包络曲线。这条非对称地重复了表面15的移动。位置 33示出了点34的移动路径从发生器17或18离开的占优势的倾度。
非对称驻波自身谐振的发生和谐振频率由所选择的L/H之比以 及声波振荡发生器17， 18的结构实现方式所确定，其中这些发生器 相对于板3的对称面15(发生器17， 18相对于对称面15相互对称地 放置)非对称地放置(参见图18，位置30)。最优L/H之比大约是 2.25。具有最优L/H之比的板的谐振频率fa可以根据公式fa=N/L来 确定，其中N是针对各种类型驻波以及所使用压电陶瓷材料的压电陶 乾的频率常数。对于PI陶资公司的压电陶瓷PIC 181, N=4352kHz mm。
图19示出了超声马达的修正实施例，其中摩擦元件25被固定在 板3的侧表面5上。通过在板3内生成非对称的驻波，摩擦元件25 和表面5在相对于移动摩擦轨道37倾斜的移动路径上一起振荡，这 迫使摩擦元件在远离发生器17或18的方向上移动，并遵照施加有电 压的发生器。
图20示出了超声马达的修正实施例，其具有敷设到板3的侧表 面5上的摩擦层26。通过在板3内生成一个非对称驻波，点在倾斜路 径上的摩擦层26的中心位置移动，迫使滑块移动远离被驱动的发生 器17和18。
图21中，位置41示出了执行单元1的输入阻抗Z和激励电压U 在50到550kHz范围内的频率之间的关系。该曲线图示出了由PI陶瓷公司的压电陶瓷PIC 181所制成的执行单元1,其尺寸是 16x6.6x3mm。位置38示出了激励电压U的相移V和该执行单元1 的电流I之间的关系(参见图18,位置30)。
阻抗Z和频率之间的关系(位置.41)表明仅在频率fa的范围内 出现特别好的谐振。这种谐振在这样的宽范围内特别好，其中在频率 fa处，执行单元1的电阻大约比其他谐振频率范围时小10倍。
当频率fa时的相移V的角度等于0时，能够对基于自激励原理
的执行单元1构建结构简单的激励单元，其中执行单元1的激励电压 的频率由执行单元的机械参数预先确定。
这可以通过执行单元1在谐振频率fa时的电抗由机械容量的电
抗所补偿的事实来解释，使得该频率时的相移V变为0。即频率尺度
上的相移的零点位置由执行单元1的重量和硬度来确定。
为了自动调整电压U的频率f。，其近似等于谐振频率fa,所述控 制单元27的实施方式包括一个自动发生器28 (图17)。
通常，自动发生器29的电路包括具有正反馈的各部分的闭合电 路，其中频率fa处的相移分别等于0或360。，该频率处的放大系数大于1。
图22示出了自动发生器28的单通道改进形式的电路。该改进形 式中，各部分的闭合电路包括具有反馈元件47的执行单元1、具有放 大部分53的反馈环46、滤波部分54、断路器55、功率放大器44和 变频滤波器50。
在自动发生器的改进形式中，电阻器57代表反馈元件，其上的 电压与流过执行单元的电流I成正比。放大部分53在反馈环46内起 到信号放大的作用。滤波部分54对反馈环46内通过放大元件53所 形成的反馈信号进行一次谐波的滤波。该放大器是用于执行单元1的 功率放大器44。变频滤波器50用于调谐执行单元1上的半电桥末级 放大器51。
滤波部分54和变频滤波器是具有大的通带带宽的带通滤波器， 其谐振频率被调谐到执行单元1的频率fa。这些滤波器的通带带宽是频率fa的10...30%。具有反馈元件47的电阻器57的执行单元1代表 窄带滤波器，其通带带宽是0.5..丄0%。
元件50和54不会引起频率fa处的任何相移，但会引起所有其他 频率处的相移。频率f;处不产生相移意味着如果相应选择放大部分53 的放大系数，其中自动发生器28的整体电路在频率fa处的放大系数
大于l，则自动发生器28总是在频率fa处开始振荡。由于具有反馈元
件57的执行单元1的通带带宽远小于元件54和50的通带带宽，执 行单元l基本确定了自动发生器28的激励频率。
断路器55允许反馈环46与功率放大器44的驱动器52分离，由 此停止了发生器28的自激。
如果自动发生器28到频率fa所需的相移4艮小，则使用电容器58 作为反馈元件47。
图23示出了自动发生器28的双通道改进形式61。自动发生器 28包括通过反向开关48连接到反馈环46的通道62和63。通道62， 63和反向开关48被设置为一旦将通道62或63连接到反馈环46，导 电电极22或23就与零线导体和电源电压输入端45相分离。这提高 了执行单元1的效率。
在自动发生器28的所有改进形式中，变频滤波器50的电容器 60可以被用作反馈元件47。这增加了反馈信号电平。
施加到电容器60的电压相对于流过执4亍单元的电流I相移90°。 相移元件64在反馈环内起到相位补偿的作用，使信号在相反方向上 偏移90°。
变频滤波器50的串联LC电路的电容器60的电容值等于在一个 激励电极组和公共电极组之间形成的执行单元的电容值。这改善了变 频滤波器的特性，使得其特征电阻相对于执行单元1的电阻最优。
图24示出了控制单元27的一个改进实施例，其还包括一个宽脉 冲电压控制器65。宽脉冲电压控制器65包括具有模拟控制输入端71 并用于宽脉沖信号70的模拟信号转换器。该转换器生成通过功率放 大器68送往滤波器69的宽脉冲信号。施加到转换器65的输出端67处的电压与输出端71处的模拟电 压成正比。电压从输出端67净皮送往功率放大器44的电源电压输入端 45。输入端45处的电压变化导致执行单元1的激励电平增大或减小。
转换器70可包括一个同步输入端72,后者直接连接到自动发生 器28的信号电路73,或通过倍频器74连接到信号电路。
图20中执行单元的改进形式如下工作只要来自控制单元27 的激励电压被施加到发生器17或18，执行单元1使滑块39移动，滑 块通过弹簧80按按压向执行单元1的侧表面5。滑块的移动通过弹簧 80传递到夹具，从而移动导轨77上的透镜组79。
由于本发明不再使用金属声波谐振腔，能够将执行单元的尺寸减 小3到5倍。而且，本发明能够将执行单元的激励电压减小大约100 倍。由于声波谐振腔和压电转换器之间放弃使用粘合连接，执行单元 的工作稳定性显著提高。本发明可以构造简单的执行单元控制单元， 其中激励执行单元的电压的频率由执行单元自身生成。这导致在很大 的温度范围和机械应力范围内显著增强了执行单元的操作稳定性。多 层技术使得制造工艺自动化，从而降低了制造成本。而且，控制单元 的简单构造能够大幅降低其成本。
附图标记列表 1执行单元 2声波谐振腔 3矩形压电板 4板3的主表面 5板3的侧表面 6板3的端面 7激励电极 8公共电极 9压电陶资层
10, 11 压电陶瓷的极4匕方向12压电陶资板3的极轴 13, 14 激励电极组7 15对称面
16对称面和边缘4及5的相交线 17， 18多层声学驻波发生器 19， 20 7>共电极8的部分 21导电肩
22, 23， 24 导电电极
25摩擦元件
26摩擦层
27控制单元
28自动发生器
29控制单元27的方向选择开关
30板3的示意表示
31， 32 板3的变形模式
33点的移动路径
34点35的移动路径
35侧表面5的表面点
36移动路径34的包络曲线
37移动摩擦轨道
38弹簧
39滑块
40拉簧
41执行单元1的阻抗/频率关系
42执行单元1的相位/频率关系
43单通道自动发生器
44自动发生器28的功率放大器
45功率放大器44的电源电压输入端
46反馈环47反馈元件
48自动发生器28的反向开关
49反向开关48的控制输入端
50变频滤波器
51半电桥末级放大器
52驱动器
53放大部分
54滤波部分
55断路器
56断路器55的控制输入端 57作为反馈元件47的电阻器 58作为反馈元件47的电容器 59变频滤波器50的感应线圏 60变频滤波器50的电容器 61双通道自动发生器 62， 63自动发生器61的通道 64反馈环46的相移元件 65宽脉冲电压控制器
66宽脉冲电压控制器65的电源电压输入端
67宽脉冲电压控制器65的输出端
68宽脉冲电压控制器65的功率放大器
69宽脉冲电压控制器65的滤波器
70用于宽脉冲信号的模拟信号转换器
71模拟信号转换器70的模拟控制输入端
72模拟信号转换器70的同步输入端
73自动发生器28的信号电路
74倍频器
75光学聚焦单元
76单元75的外壳77导轨
78光学透镜组的夹具
79光学透镜组
80异形弹簧
权利要求
1、尤其用于超声马达的压电执行单元，其包括声波谐振腔，其特征在于，所述声波谐振腔基本上被构造为带有两个主表面、两个侧表面以及两个端面的矩形压电板，在其内部具有多层结构，所述多层结构表现为激励电极层，所述激励电极与公共电极层和位于其之间的极化压电陶瓷层交替设置，极化矢量相对于电极表面垂直延伸，所有激励电极被分成两个互不连接的组，这两组电极相对于所述板的对称面对称放置，其中该对称面相对于板的主表面和侧表面垂直延伸，即通过这些表面的中心位置，每组激励电极与公共电极以及位于其之间的压电陶瓷层一起构成了一个多层声波发生器，所述发生器相对于压电板的对称面对称设置。
2、 如权利要求1的压电执行单元，其特征在于，公共电极由两 个部分组成，这两个部分的设置和激励电极的设置相同。
3、 如权利要求1或2的压电执行单元，其特征在于，激励电极 和公共电极被设置成平行于压电板的端面。
4、 如权利要求1或2的压电执行单元，其特征在于，激励电极 和7>共电极被设置成平行于压电板的侧表面。
5、 如权利要求1或2的压电执行单元，其特征在于，激励电极 和公共电极被设置成平行于压电板的主表面。
6、 如前述任一权利要求的压电执行单元，其特征在于，在压电 板的至少一个侧表面上安装导电电极，所述导电电极将激励电极和公 共电极彼此连接。
7、 如权利要求1到5之一的压电执行单元，其特征在于，在压 电板的至少一个主表面上安装导电电极，所述导电电极将激励电极和 />共电极彼此连接。
8、 如权利要求1到5之一的压电执行单元，其特征在于，在压 电板的各端面上安装导电电极，所述导电电极将激励电极和公共电极彼此连接。
9、 如权利要求1到8之一的压电执行单元，其特征在于，在压 电板的至少一个侧表面上设置摩擦元件。
10、 如权利要求1到8之一的压电执行单元，其特征在于，在压 电板的至少一个侧表面上设置摩擦层。
11、 如前述任一权利要求的压电执行单元，其特征在于， 一个控 制单元具有单通道或双通道自动发生器。
12、 如权利要求11的压电执行单元，其特征在于，所述控制单 元包括单通道自动发生器，所述单通道自动发生器具有带有变频滤波 器的功率放大器、与反馈元件和反向开关相连接的反馈环，所述反向 开关交替地将功率放大器耦合到相应的声波发生器。
13、 如权利要求11的压电执行单元，其特征在于，所述控制单 元包括双通道自动发生器，所述双通道自动发生器具有两个功率放大 器、与反馈元件和反向开关相连接的反馈环，所述反向开关交替地将 反馈环耦合到自动发生器的相应通道。
14、 如权利要求12或13的压电执行单元，其特征在于，反馈元 件由电阻器、电容器或者这两个并联连接的元件构成，并且所述反馈 元件连接到压电执行单元的公共电极组。
15、 如权利要求12或13的压电执行单元，其特征在于，反馈元 件包括串联LC电路形式的变频滤波器的电容，其连接到压电执行单 元的z^共电极组。
16、 如权利要求15的压电执行单元，其特征在于，所述串联LC 电路的电容器的电容值等于 一组激励电极与 一组公共电极之间的执 行单元的电容值。
17、 如权利要求ll到16之一的压电执行单元，其特征在于，控 制单元还包括宽脉冲电压控制器，其输出端连接到所述单通道或双通 道自动发生器的电压源的输入端，其控制输入端构成了用于控制执行 单元激励电平的模拟输入。
18、 如权利要求17的压电执行单元，其特征在于，所述宽脉冲电压控制器的同步输入端直接连接或通过倍频器连接到所述单通道 或双通道自动发生器的信号电路。
全文摘要
本发明涉及一种尤其用于超声马达压电执行单元，其包括声波谐振腔，其中所述声波谐振腔基本上被构造为带有两个主表面、两个侧表面以及两个端面的矩形压电板的形式，其内部具有多层结构，该多层结构表现为激励电极层，其与公共电极层以及位于其之间的极化压电陶瓷层交替设置，极化矢量相对于电极表面垂直延伸，所有激励电极被分成两个互不连接的组，这两组电极相对于所述板的对称面对称放置，其中该对称面相对于板的主表面和侧表面垂直延伸，即通过这些表面的中心位置，每组激励电极组与公共电极以及位于其之间的压电陶瓷层一起构成了多层声学驻波发生器，所述发生器相对于压电板的对称面对称设置。
文档编号H01L41/04GK101288185SQ200680030007
公开日2008年10月15日 申请日期2006年7月31日 优先权日2005年8月19日
发明者沃拉迪米尔·韦什纽斯基, 阿里克斯·韦什纽斯基 申请人:物理设备(Pi)两合公司