超声谐振马达的制作方法

所提出的技术总体上涉及机电马达，并且特别地涉及利用包括机电材料、在超声区域中振动的振动元件的机电马达和用于驱动这样的马达的方法。

背景技术：

机电驱动元件在现有技术中已用于许多类型的微型马达应用。这些马达中的大部分基于机电驱动元件的超声操作。机电材料的典型的示例是压电材料、电致伸缩材料以及反铁电材料，并且，这些材料可为单晶以及多晶或非晶的。

压电材料由于触发压电效应的相对简单性而被普遍使用。许多不同的设计是可用的。在piezowave^®马达中，压电杆处于谐振状态。杆上的驱动垫与将移动的主体接触，并且，驱动垫的运动转变成相对于将移动的主体的移动动作。这是已在许多类型的应用中有利地使用的紧凑的解决方案。然而，该方法的一个微小缺陷是，马达在压电元件可处置的预载荷的量上受限。太高的预载荷将增加使元件断裂的风险。这可限制可用的输出力。

在所公布的国际专利申请wo2004/112232和wo2005/031888a1中，公开了包括通过刚性较小的部分而形成金属板的振动的压电元件的马达。该连接部分因而作为谐振器之间的联结件而工作，并且可通过适当的设计而承受高预载荷，而不涉及压电元件。

例如，如在us2011/0025169a1、cn203039613u或us8013496b2中公开的，还存在使用振动元件之间的联结件的许多其它设计。

压电元件可处于相移振动状态，这些相移振动用于使得中心联结件区段具有椭圆形轨迹。然而，沿驱动方向和提升方向两者的该轨迹的幅度以及联结件可通过其而驱动主体的力典型地受到许多不同的设计和/或操作参数的影响。已难以找到可再现、稳健且可控制并且同时提供高力或高速度或低功耗的构造。

技术实现要素：

总体目标是改进在振动主体之间具有联结件的超声机电马达的操作的稳健性。

上文中的目标通过根据独立权利要求的方法和设备而实现。优选实施例在从属权利要求中限定。

总体而言，在第一方面，一种超声机电定子包括：两个振动主体；联结件部件，其沿着连接方向连接两个振动主体；以及定子支承件。振动主体中的各个包括相应的机电元件。振动主体中的各个构造成在交变电压施加到相应的机电元件时沿横向于连接方向的弯曲方向执行弯曲振动。联结件部件具有旨在用于接触将移动的主体的表面的接触部分。联结件部件具有沿连接方向连接到振动主体的相应的机械联结件连接部分。机械联结件连接部分是联结件部件的仅有的附接到超声机电定子的任何其它部分的机械附接部。联结件部件和两个振动主体一起构成振动组件。振动主体中的各个通过相应的振动主体的沿横向于连接方向和弯曲方向两者的方向的至少一侧上的至少两个附接突出部而机械地附接到定子支承件。附接突出部沿横向于连接方向和弯曲方向两者的方向设置，由此阻碍振动主体沿横向于连接方向和弯曲方向两者的方向的机械平移。

在第二方面，一种超声机电马达包括根据第一方面的超声机电定子。超声机电马达进一步包括将移动的主体、用于提供法向力的装置以及电压供应装置。将移动的主体布置有抵靠联结件部件的接触部分的接触表面。用于提供法向力的装置构造成用于在将移动的主体与超声机电定子之间提供法向力。电压供应装置构造成独立地并且可控制地将电压提供给两个振动主体。

所提出的技术的一个优点是，马达提供以可再现的方式达到较高的输出力、较高的输出速度和/或降低的功耗的可能性。当阅读详细描述时，将认识到其它优点。

附图说明

可通过参考连同附图得到的以下描述而最佳地理解本发明连同其另外的目标和优点，在附图中：

图1a-1e图示了振动组件的实施例的振动主体主导的对称振动谐振模式；

图2是超声机电定子的实施例的立视图；

图3是超声机电定子的另一实施例的立视图；

图4是具有渐缩振动主体的超声机电定子的又一实施例的立视图；

图5a-5d图示了振动组件的实施例的联结件主导的对称振动谐振模式；

图6a-6e是振动组件的实施例的立视图；

图7示意性地图示了超声机电马达的实施例；

图8示意性地图示了超声机电旋转马达的实施例；以及

图9是图示振动组件的实施例的机械谐振特性的图表。

具体实施方式

在所有附图中，相同的参考编号用于类似或对应的元件。

在此呈现的技术涉及一种基于机电活性(active)致动器材料的作用的机电马达。致动器材料被表征为机电材料，但在本公开中，我们意指在施加电压或电流时改变其形状的材料。机电材料的典型示例是压电材料、电致伸缩材料以及反铁电材料，并且，这些材料可为单晶以及多晶或非晶的。

在下文中所呈现的实施例中，假定压电材料，但压电材料仅仅作为示例。

下文中所描述的定子和马达大体上可用于实现线性或旋转运动。典型地，在超声区域中通过施加ac电压而操作机电材料。

为了更好地理解所提出的技术，以基本运动原理的简要综述开始可为有用的。

图1a以横截面视图图示了振动组件50的实施例。振动组件50包括两个振动主体20，这两个振动主体20由联结件部件30沿着连接方向x连接。联结件部件30包括驱动垫38，驱动垫38具有接触部分34，接触部分34旨在用于接触将移动的主体的表面(在此未示出)。联结件部件具有机械联结件连接部分32，机械联结件连接部分32沿连接方向x连接到相应的振动主体。机械联结件连接部分32是仅有的附接到超声机电定子(振动组件50是其中的部分)的任何其它部分的机械附接部。振动主体20包括相应的机电元件23。振动主体20中的各个构造成在交变电压施加到相应的机电元件23时沿横向于连接方向x的弯曲方向z执行弯曲振动。换而言之，弯曲方向z不平行于连接方向x。

图1b图示了图1a的振动组件的如下的情形：机电元件23已被相应的电压激励，以引起各个振动主体30弯曲。在此情形下，如图中所图示的，两个振动主体20的自由端25以及连接端27向上略微弯曲，而两个振动主体20的中心部分26向下略微弯曲。连接端27的向上的行程将引起整个联结件部件30沿z方向向上(即，朝向预期的将移动的主体(在此未示出))平移。由于振动主体20的弯曲基本上相同，因而联结件部件30的运动将基本上是沿z方向的纯平移。机械联结件连接部分32弯曲以补偿连接端27的旋转，而联结件部件30的主要部分基本上不弯曲。

图1c图示了类似情形，但其中，两个振动主体30的自由端25和连接端27指向下(即，远离将移动的主体)。连接端27的向下的行程将引起整个联结件部件30沿z方向向下(即，远离预期的将移动的主体(在此未示出))平移。由于振动主体20的弯曲在此也基本上相同，因而联结件部件30的运动将基本上是沿z方向的纯平移。机械联结件连接部分32沿与图1b相比而相反的方向弯曲以补偿连接端27的旋转，而联结件部件30的主要部分基本上不弯曲。

图1b和图1c两者都是振动组件的谐振模式的典型的瞬时情形。该谐振模式在此被称为振动主体主导的对称振动谐振模式，这是因为在该谐振模式下的大部分的运动由振动主体执行，并且，振动主体的振动基本上对称。该谐振模式造成接触部分34沿z方向(即，在图中向上和向下)或朝向和远离将移动的主体移动。

注意到，出于图示目的，图中的振动的行程被极大地放大，以便以可理解的方式使状况可视化。

图1d图示了图1a的振动组件的如下的情形：机电元件23已被相反的相应的电压激励，以引起各个振动主体30弯曲。在此情形下，如左侧部分的图中所图示的，一个振动主体20的自由端25以及连接端27向上略微弯曲，而左侧振动主体20的中心部分26向下略微弯曲。同样地，如右侧部分的图中所图示的，另一个振动主体20的自由端25以及连接端27向下略微弯曲，而左侧振动主体20的中心部分26向上略微弯曲。连接端27中的一个的向上的行程和连接端27中的另一个的向下的行程将引起整个联结件部件30沿x方向向右(即，沿将移动的主体(在此未示出)的预期的运动方向)倾斜。由于振动主体20的弯曲基本上不对称，因而联结件部件30的运动将基本上是沿x方向的纯倾斜。机械联结件连接部分32弯曲以补偿相应的连接端27的旋转，而联结件部件30的主要部分基本上不弯曲。

图1e图示了类似情形，但其中，振动主体30以相反的方式被激励。连接端27的行程将引起整个联结件部件30沿x方向、沿与图1d相比而相反的方向倾斜。机械联结件连接部分32沿与图1d相比而相反的方向弯曲以补偿连接端27的旋转，而联结件部件30的主要部分基本上不弯曲。

图1d和图1e两者都是振动组件的另一谐振模式的典型的瞬时情形。该谐振模式在此被称为振动主体主导的反对称振动谐振模式，这是因为在该谐振模式下的大部分的运动由振动主体执行，并且，振动主体的振动基本上反对称。该谐振模式造成接触部分34沿x方向(即，在图中向右和向左)或沿着将移动的主体移动。

在图1b-e中，已去除剖面线，以便使得这些图更易读。

当具有针对自由振动的谐振模式的两个振动主体彼此连接时，该连接将引起运动和能量在两个振动主体之间传递。针对自由振动的谐振模式将组合成总组件的两种谐振模式，一种谐振模式具有振动主体的对称振动，并且另一种谐振模式具有振动主体的反对称振动(参见上文中的所图示的模式)。典型的情况是，对称谐振模式将在比反对称谐振模式更低的频率下出现。在上文中的示例中，因而典型的情况是，振动主体主导的对称振动谐振模式具有比振动主体主导的反对称振动谐振模式的谐振频率更低的谐振频率。大体上，联结件刚性越大，两种谐振模式的谐振频率的差就越大。

在呈现在此的技术中，上文中所呈现的两种振动模式用于形成运动。机电马达基于定子和将由定子通过摩擦接触而移动的主体。定子可处于在超声频率范围中的振动状态，并且具有将以椭圆形轨迹振动的接触区域。

振动主体通过到达两个振动主体的至少两个相移信号的ac电压而处于振动状态。操作频率可选取成接近振动主体的振动组件的谐振模式的自然谐振频率，从而引起接触部分执行椭圆运动。接触部分可使该椭圆运动转变成将移动的主体的平移，其中，沿z方向的运动负责使接触部分接触到将移动的主体并且从将移动的主体释放接触部分，并且，沿x方向的运动负责实际平移并且负责使接触部分在不与将移动的主体接触的情况下缩回。照此，这样的原理在本领域中是熟知的。

为了实现该运动，法向力必须施加于振动组件与将移动的主体之间。换而言之，在振动主体或其之间的联结件与法向力施加装置之间必须存在某种机械连接。这样的附接布置将在某种程度上对振动行为造成影响。附接布置必须足够强以能够调解(mediate)法向力。同时，附接布置必须足够弱和/或以尽可能少地干扰谐振行为的方式布置。

图2图示了超声机电定子10的实施例的示意性图示。超声机电定子10包括由联结件部件30连接的两个振动主体20。联结件部件30沿着连接方向x连接两个振动主体20。联结件部件30具有沿连接方向x连接到相应的振动主体20的机械联结件连接部分32。机械联结件连接部分32是仅有的附接到超声机电定子10的任何其它部分的机械附接部。然而，联结件部件30具有接触部分34，接触部分34旨在用于接触将移动的主体的表面(未示出)。在该实施例中，接触部分设于联结件部件30的驱动垫38处。驱动垫38横向于机械联结件连接部分32之间的连接线而延伸。

联结件部件30和两个振动主体20一起构成振动组件50。超声机电定子10进一步包括定子支承件40，在该实施例中，定子支承件40图示为位于振动组件50的两侧上的板部分。

振动主体20中的各个包括相应的机电元件23(典型地，压电体(volume)22)。振动主体20中的各个构造成在交变电压施加到相应的机电元件时沿横向于连接方向x的弯曲方向z执行弯曲振动。

在该实施例中，振动主体20中的各个包括压电体22和振动元件弹性体24(在此情况下，金属板)的组件。压电体22在至少两个在空间上分开的位置处并且典型地连续地沿着整个接触区域附接到金属板。因而，这样的布置产生单压电晶片(unimorph)部件21。换而言之，压电体22的尺寸改变引起单压电晶片部件21(即，在此，压电体22和振动元件弹性体24(即，金属板)的组件)的弯曲。

换而言之，在此情境下，“单压电晶片”用作机电元件23和非机电元件(例如，金属板)的组合的表示，而用语“双压电晶片(bimorph)”用作至少两个机电元件的组合的表示。

振动主体20中的各个通过附接突出部12而机械地附接到定子支承件40。附接突出部12设于相应的振动主体20的沿横向于连接方向x和弯曲方向z两者的方向的至少一侧上。换而言之，附接突出部12沿不平行于连接方向x以及不平行于弯曲方向z的方向设置。振动主体20中的各个通过相应的振动主体的同一侧上的两个附接突出部12而机械地附接到定子支承件40。在本实施例(其中，定子支承件存在于振动组件50的两侧上)中，两个附接突出部12设于振动主体20的两侧上。换而言之，振动主体20中的各个通过相应的振动主体20的沿横向于连接方向x和弯曲方向z两者的方向的相反的侧部中的各个上的至少两个附接突出部12而机械地附接到定子支承件40。附接突出部12沿横向于连接方向x和弯曲方向z两者的方向设置。这导致阻碍振动主体沿横向于连接方向x和弯曲方向z两者的方向的机械平移。如果忽略线材和/或用于将电压供应到机电元件23的其它电路系统，则附接突出部12和联结件部件30的机械联结件连接部分32是振动主体20的仅有的附接到超声机电定子10的任何其它部分的机械附接部。换而言之，在此情境下，“机械附接部”被限定为对振动组件的机械振动性质造成影响的附接部。大体上，电气布线并不作为“机械附接部”而被包括。

附接突出部12的设置对振动组件50的振动行为施加了一些限制。如果附接突出部12相对短(这通常是针对减小总体体积的情况)，则振动主体的接近于附接突出部的部分沿连接方向x和弯曲方向z的平移移动受到严格限制。然而，如果附接突出部12被制得合理地窄并且薄，则基本上允许振动主体的接近于附接突出部的部分围绕横向于连接方向x和弯曲方向z两者的轴线旋转，而没有显著影响。

将两个附接突出部在同一侧上设于振动主体20与定子支承件之间的效果是，如在上文中进一步描述的振动主体主导的对称振动谐振模式和振动主体主导的反对称振动谐振模式的发生和稳定性增强。因而，在设有在同一侧上位于振动主体20与定子支承件之间的两个附接突出部的定子中，振动组件具有明确限定的振动谐振模式。振动谐振模式中的振动主体主导的对称振动谐振模式呈现两个振动主体20的在振动主体主导的对称振动谐振频率下围绕联结件部件30对称的弯曲振动。同样地，振动谐振模式中的振动主体主导的反对称振动谐振模式呈现两个振动主体20的在振动主体主导的反对称振动谐振频率下围绕联结件部件30反对称的弯曲振动。

在优选实施例中，附接突出部12定位于振动主体主导的对称振动谐振模式和振动主体主导的反对称振动谐振模式中的至少一个的节点处。如果联结件部件30与振动主体相比而相对弱，则两种振动模式的这些节点基本上重合。

处于第一谐振弯曲振动模式的自由均匀梁理论上以距各个端部22.4%的点实现节点。在振动组件(其中，两个这样的梁由联结件连接)中，节点沿联结件的方向稍微移动。精确位置取决于联结件的特定设计。最接近于联结件的节点大体上比最接近于自由端的节点更大程度地移位。

已在不同实施例中对不同的联结件部件设计进行测试。太弱的联结件部件在在驱动垫上提供足够的力的能力上具有缺点。太硬的联结件部件反而缩短连接端的行程。发现最有希望的实施例处于中间范围中。直梁振动主体的这样的优选振动组件具有如下的共同之处：对于振动主体中的各个，节点以及因此附接突出部的优选位置与机械联结件连接部分中的最接近的一个之间的距离处于振动主体的沿连接方向的长度的7-20%的范围中。

在一些应用中，定子支承件40可仅设于振动组件50的一侧处。图3示意性地图示了这样的超声机电定子10的一个实施例。在此，振动主体20通过仅设于振动主体20的一侧处的附接突出部12而附接到定子支承件40。还在下文中进一步参见示例，这样的实施例可例如在提供旋转移动的方面是有用的。不对称附接部将对振动行为略微造成影响。然而，主要操作状况基本上相同。

在备选实施例中，振动主体的形状可用于修改振动性质。在图4中，图示了超声机电定子10的实施例。在该实施例中，振动主体20在正交于弯曲方向z的平面中具有渐缩形状。相应的窄端用作振动主体20的连接端27，并且因而连接到联结件部件30。相应的宽端用作振动主体20的自由端25。渐缩形状在此图示为沿着振动主体20线性地变化的宽度，然而，存在也有可能使用的许多其它渐缩形状。与直梁实施例相比，渐缩形状的振动主体20大体上在窄端处赋予更大的行程幅度。

在备选实施例中，振动主体的渐缩可沿相反方向设置，即，相应的宽端用作振动主体的连接端，并且因而连接到联结件部件。相应的窄端用作振动主体的自由端。

通常，如果使用振动部分的不同的谐振行为，则改进超声马达的能量效率。因此，通常有益的是，选择处于或接近定子的自然谐振频率的操作频率。在本类型的马达中，通过使两种谐振振动模式(即，振动主体主导的对称振动谐振模式和振动主体主导的反对称振动谐振模式)组合而实现接触部分的椭圆形运动。优选操作频率选择成接近于相关联的谐振频率中的至少一个。如在上文中进一步提到的，两个振动主体的联结将使单个自由振动主体的第一谐振模式分成具有略微不同的谐振频率的一个对称谐振模式和一个反对称谐振模式。

图9作为示出接触部分的行程随频率的变化的图表而示意性地图示根据上文中的描述的超声马达的实施例的谐振行为。曲线101旨在图示振动主体主导的对称振动谐振模式，并且，曲线102旨在图示振动主体主导的反对称振动谐振模式。振动主体的联结形成产生谐振频率的一定的差103的依赖性。

这些谐振频率之间的大的差将造成在各个时刻谐振频率中的至多一个可接近于所选择的操作频率。如果另一方面，谐振频率彼此相对接近，则可使用来自两种谐振模式的一些谐振贡献。

因此，在优选实施例中，振动主体主导的对称振动谐振频率与振动主体主导的反对称振动谐振频率的差小于10%。换而言之，差103小于振动主体主导的对称振动谐振模式的频率的10%。

如在上文中简要地讨论的，振动主体之间的牢固连接将引起两个振动主体的振动行为之间的强相互作用，并且，谐振频率的分开程度将大体上相对地大。通过减小联结件的“弯曲刚度”，振动主体之间的相互作用将减弱，并且，对称谐振频率与反对称谐振频率之间的差将大体上更小。

然而，在减小联结件部件的弯曲刚度时，还出现其它效果。如果主体的两个谐振频率彼此非常接近，则谐振模式将彼此耦合，并且产生不同种类的混合行为。这样的混合行为可能在不同场景下非常难以控制和预测，并且，为了在这样的情形下实现可再现的结果，因此应当优选地避免混合谐振模式。

总之，在一些应用中，振动主体之间的弱耦合将是优选的。然而，耦合不可太弱，这是因为可能对实用性造成不利影响。因此，重要的是，在振动主体之间具有某种程度的机械耦合。由此，需要将振动主体设置成彼此弱依赖。这意味着，优选地，谐振频率差不应当太小。

因此，在一个实施例中，振动主体主导的对称振动谐振频率与振动主体主导的反对称振动谐振频率的差大于0.2%。换而言之，差103大于振动主体主导的对称振动谐振模式的频率的0.2%。

如上文中所归纳的，联结件部件的性质促成由振动主体主导的振动的耦合。这不是联结件部件对振动性质造成的仅有的影响。具有延伸部和质量的每一个参与的机械部分将以不同方式促成振动。联结件部件与其两个机械联结件连接部分一起也将以其它弯曲模式参与。没有连接到任何振动主体的连接部的自由联结件部件将针对不同弯曲模式而具有其自然谐振频率。于是，当然，由于在两侧上连接到振动主体，因而将对这些谐振模式造成很大影响。对于从与将移动的主体的接触缩回的联结件部件和对于与将移动的主体进行机械接触的联结件部件，谐振模式也将是不同的。

在第一联结件部件自由振动谐振弯曲模式下，联结件部件弯曲，其中机械联结件连接部分具有沿相同方向的行程，并且在中心部分中具有沿相反方向的行程。使这样的模式与两个连接的振动主体组合将赋予联结件主导的对称振动谐振模式。该联结件主导的对称振动谐振模式呈现两个振动主体的如下的弯曲振动：围绕联结件部件具有沿相同方向的行程，因而在某种意义上“对称”。在图5a中示意性地图示了这样的谐振模式。联结件部件30的机械联结件连接部分32主要沿弯曲方向的移位引起整个联结件部件30的移位。除此之外，如图中所图示的，联结件部件本身的弯曲还将使联结件部件30的中心部分(特别地，接触部分34)向上更进一步移动。注意到，机械联结件连接部分32的弯曲比在两种先前讨论的谐振模式下的弯曲更小，并且，该弯曲的较大部分在联结件部件30的整个长度内进行。在图5b中图示了半周期后的类似情形。由于联结件部件本身的不可忽略的贡献，该模式在此被称为联结件主导的对称振动谐振模式，并且在联结件主导的对称振动谐振频率下发生。

在第二联结件部件自由振动谐振弯曲模式下，联结件部件弯曲，其中机械联结件连接部分具有沿相反方向的行程，并且在中心部分中具有节点。使这样的模式与两个连接的振动主体组合将赋予联结件主导的反对称振动谐振模式，联结件主导的反对称振动谐振模式呈现两个振动主体的如下的弯曲振动：围绕联结件部件具有沿相反方向的行程，因而在某种意义上反对称。在图5c中示意性地图示了这样的谐振模式。联结件部件30的机械联结件连接部分32沿相反的弯曲方向的移位仅引起整个联结件部件30沿z方向的微小移位。相反，实现了整个联结件部件30的倾斜。除此之外，如图中所图示的，联结件部件本身的弯曲还将使联结件部件30的中心部分(特别地，接触部分34)向侧部更进一步移动。注意到，机械联结件连接部分32的弯曲比在两种首先讨论的谐振模式下的弯曲更小，并且，该弯曲的较大部分在联结件部件30的整个长度内进行。在图5d中图示了半周期后的类似情形。由于联结件部件本身的不可忽略的贡献，该模式在此被称为联结件主导的反对称振动谐振模式，并且在联结件主导的反对称振动谐振频率下发生。

在图5a-d中，已去除剖面线，以便使得这些图更易读。

可注意到，使用这样的联结件主导的谐振模式的沿z方向和x方向的行程大体上小于振动主体主导的谐振模式的对应的行程。因此，在这样的联结件主导的谐振模式下激励的能量的大部分被认为是作为驻波的能量而留在联结件部件内。这样的驻波最终将作为在联结件部件中耗散的热而丧失其能量，并且由此未促成任何运动活动。因此，有益的是，将这些联结件主导的谐振模式的谐振频率布置成处于比振动主体主导的谐振模式的谐振频率明显更高的频率，以避免在这些模式下激励任何可观的能量。

在图9中，联结件主导的对称振动谐振由曲线104表示，并且，联结件主导的反对称振动谐振由曲线105表示。联结件主导的对称振动谐振的谐振频率和联结件主导的反对称振动谐振的谐振频率中的最低的一个以频率差106超过振动主体主导的反对称振动谐振和振动主体主导的对称振动谐振的谐振频率中的最高的一个。

在一个实施例中，联结件主导的对称振动谐振频率和联结件主导的反对称振动谐振频率两者都以大于5%并且优选地大于20%超过振动主体主导的反对称振动谐振频率和振动主体主导的对称振动谐振频率两者。换而言之，差106大于振动主体主导的反对称振动谐振模式的频率和振动主体主导的对称振动谐振模式的频率中的最高的一个的5%，优选地大于其20%。

如可预计的，联结件主导的谐振模式的谐振频率受到联结件部件的不同性质的显著影响。薄的联结件部件将大体上赋予比较厚的联结件部件更低的谐振频率。类似地，长的联结件部件将大体上赋予比短的联结件部件更低的谐振频率。机械联结件连接部分的弯曲刚度也将对谐振频率造成影响。弱的机械联结件连接部分(即，具有低弯曲刚度的机械联结件连接部分)将大体上赋予比具有高弯曲刚度的机械联结件连接部分更低的谐振频率。

在此，人们可注意到，低弯曲刚度有利于减小振动主体主导的谐振模式之间的谐振频率差，然而，不利于维持力并且不利于使联结件主导的谐振模式的频率与振动主体主导的谐振模式的频率分开。关于联结件部件的长度和厚度，振动主体主导的谐振模式与联结件主导的谐振模式相比而受到更小影响。

其它因素(诸如，联结件部件的质量，并且特别地，驱动垫的质量)也对不同的谐振模式频率之间的差造成影响。

实际设计选择优选地适于马达的特定应用。对于对所施加的力的高需求，不应当将机械联结件连接部分制得太弱。然而，如果能量效率更重要，则可将机械联结件连接部分制得相对地弱，并且相反可将其它联结件部件部分制得较硬，以便确保联结件主导的谐振模式不干涉。

在大部分应用中，要求机械联结件连接部分与联结件部件的剩余部分相比而在一定程度上减弱。因此，在一个实施例中，机械联结件连接部分中的至少一个并且优选地两者具有沿弯曲振动方向的弯曲刚度，该弯曲刚度小于不包括联结件连接部分的联结件部件的沿弯曲振动方向的弯曲刚度的50%。

然而，太弱的机械联结件连接部分在许多应用中是无益的。因此，在一个实施例中，机械联结件连接部分中的至少一个并且优选地两者具有沿弯曲振动方向的弯曲刚度，该弯曲刚度高于不包括联结件连接部分的联结件部件的沿弯曲振动方向的弯曲刚度的5%。

机械联结件连接部分的减弱可以以不同方式实现。图6a图示了如下的一个实施例：机械联结件连接部分中的至少一个并且优选地两者的弯曲刚度是适应的，这是因为联结件连接部分沿弯曲振动方向比振动主体和联结件部件的主要部分更薄。换而言之，在该实施例中，通过从机械联结件连接部分的上表面和/或下表面挖空材料而实现减弱。

图6b图示了如下的另一实施例：联结件连接部分中的至少一个并且优选地两者沿垂直于弯曲振动的方向比振动主体和联结件部件的主要部分更窄。换而言之，在该实施例中，通过从机械联结件连接部分的侧表面去除材料而实现减弱。

其又一变型是使机械联结件连接部分设有孔，由此减小机械联结件连接部分的有效宽度。图6c图示了如下的另一实施例：联结件连接部分中的至少一个并且优选地两者设有孔，从而使得沿垂直于弯曲振动的方向的有效宽度比振动主体和联结件部件的主要部分更窄。

图6d图示了如下的另一实施例：联结件连接部分中的至少一个并且优选地两者包括与振动主体和联结件部件的主要部分的材料相比而刚性更小的材料。换而言之，在该实施例中，通过由相对较软的材料连接振动主体和联结件部件的主要部分而实现减弱。

振动主体和联结件部件的其它设计选择也可用于使操作适于所要求的应用。例如，已注意到，较薄的振动主体大体上增大接触部分可通过其而对将移动的主体进行致动的力。沿连接方向的力与沿弯曲方向的力相比而受到大得多的影响。薄的振动主体大体上还赋予针对接触部分的移动的较大的幅度。由薄的振动主体主导的模式的谐振频率大体上也比针对较厚的振动主体的谐振频率更低。还可注意到，联结件主导的模式的频率也受到影响，然而，并非受到相同程度的影响。

类似地，如果联结件部件的厚度改变，则振动性质也变更。对于相对厚的联结件部件，可用的力变得明显更高，然而，同时，幅度减小。变更联结件部件厚度可因此有可能改变接触部分的幅度与力之间的关系。当将联结件部件制得较薄时，振动主体主导的模式的谐振频率大体上减小。对于联结件主导的模式，该效果甚至更明显。因此，人们必须意识到，通过将联结件部件制得较薄，针对联结件主导的模式的谐振频率可更接近于振动主体主导的模式的谐振频率。

对于许多应用，已发现，有利的是，具有比振动主体的沿弯曲方向的平均厚度更大的联结件部件的沿弯曲方向的平均厚度。图6e图示了如下的另一实施例：联结件部件的平均厚度大于振动主体的厚度。

在许多应用中，振动主体和联结件部件的长度也是所关心的。在大部分情况下，较短的联结件部件将赋予较大的可用的力(特别地，沿弯曲方向)，而且沿连接方向的力表现出增大。较长的联结件部件将典型地沿弯曲方向赋予较大的幅度，但沿连接方向赋予较短的幅度。因此，联结件部件长度可用于有效地改变沿x方向的行程与沿z方向的行程之间的比。较长的联结件部件降低联结件主导的谐振模式的谐振频率。然而，对振动主体主导的模式的谐振频率的影响相对小。

在大部分应用中，力典型地是最突出的参数，并且，在这样的应用中，短的联结件将是优选的。

然而，长度还与弯曲刚度有关。对于许多应用，已发现，振动主体和联结件部件的长度的比可与相应的弯曲刚度有关。因而，在一个实施例中，两个振动主体中的各个沿连接方向的长度比联结件部件沿连接方向的长度长至少50%。在另外的实施例中，两个振动主体中的各个沿连接方向的长度大于联结件部件沿连接方向的长度的两倍。

在到目前为止图示的实施例中，振动主体具有大体上平坦的形状，其中主要表面横向于弯曲振动的行程。

然而，在备选实施例中，也可使用其它类型的振动主体(例如，具有变化的厚度的振动主体)。

在上文中所图示的实施例中，接触部分设于联结件部件的驱动垫处。如特别地可在图6a-e中看到的，驱动垫横向于相应的机械联结件连接部之间的连接线而延伸。

图7示意性地图示了超声机电马达1的实施例。超声机电马达1包括根据在此已在上文中描述的内容的超声机电定子10。

在一个特定实施例中，超声机电定子10包括：两个振动主体20；联结件部件30，其沿着连接方向x连接两个振动主体20；以及定子支承件40。振动主体20中的各个包括相应的机电元件23。振动主体20中的各个构造成在交变电压施加到相应的机电元件23时沿横向于连接方向x的弯曲方向z执行弯曲振动。联结件部件30具有接触部分34，接触部分34旨在用于接触将移动的主体60的表面。联结件部件30具有沿连接方向x连接到相应的振动主体20的机械联结件连接部分32。机械联结件连接部分32是仅有的附接到超声机电定子的任何其它部分的机械附接部，并且，接触部分是仅有的与将移动的主体60接触的接触部。联结件部件30和两个振动主体20一起构成振动组件50。振动主体20中的各个通过相应的振动主体20的沿横向于连接方向x和弯曲方向z两者的方向的至少一侧上的附接突出部12而机械地附接到定子支承件40。振动主体20中的各个通过相应的振动主体20的至少一侧上的至少两个附接突出部而机械地附接到定子支承件40。附接突出部12至少沿横向于连接方向x和弯曲方向z两者的方向设置，由此阻碍振动主体20沿横向于连接方向x和弯曲方向z两者的方向的机械平移。换而言之，形成实际连接的方向不平行于连接方向x以及不平行于弯曲方向z。如在上文中进一步讨论的，如果忽略线材和/或用于将电压供应到机电元件23的其它电路系统，则附接突出部12和联结件部件30的机械联结件连接部分32是振动主体20的仅有的附接到超声机电马达1或超声机电定子10的任何其它部分的机械附接部。

超声机电马达1进一步包括将移动的主体60，将移动的主体60布置有抵靠联结件部件30的接触部分34的接触表面。在本图示中，将移动的主体60示出为梁。然而，本领域技术人员认识到，将移动的主体60可为具有能够由接触部分34接触的相互作用表面的任何类型的固体结构。

为了提供操作力，超声机电定子10必须通过法向力而抵靠将移动的主体60被按压。照此，这是本领域中的任何技术人员所熟知的，并且因此，在本公开中未作出对法向力的进一步的讨论。在图中示意性地图示了用于在将移动的主体60与超声机电定子10之间提供这样的法向力的装置70。

如上文中所提到的，通过在机电元件上施加交变电压而执行超声机电马达1的操作。因此，在图中示意性地图示了电压供应装置80，电压供应装置80构造成独立地并且可控制地将电压提供给两个振动主体20。施加电压的方式取决于机电元件的实际设计，并且照此是本领域中的任何技术人员所熟知的。

当相移电压施加到机电元件(例如，压电元件)时，振动主体将开始以所施加的电压的频率(优选地，接近于振动主体的机械谐振频率)振动。这还将引起联结件部件30连同其驱动垫38中的振动。位于驱动垫38的顶部上的接触部分34将开始以椭圆形轨迹移动。

在所图示的实施例中，振动主体20中的各个包括压电体22和金属板55的组件。压电体22在至少两个在空间上分开的位置处附接到金属板55。这造成压电体22的尺寸改变引起压电体22和金属板55的组件的弯曲。优选地，压电体22沿着整个共同的表面附接到金属板55。

在一个实施例中，连续的金属板55构成两个振动主体20的至少部分和联结件部件30的至少部分。

在图7的实施例中，超声机电定子10基于既是承载件又是弹性振动体24的金属板55。该金属板55连接到与金属部分55一起形成振动主体的至少两个压电(机电)元件22。

如上文中所提到的，机电部分可由压电材料制成。具有较高的静态偏转的较软的压电材料用于得到宽频操作的马达。具有较低的静态偏转但具有较高的q值的较硬的压电材料优选地用于得到较高的效率、较少的热，但变得更大程度地依赖于驱动频率。

金属部分优选地需要以将不会由于机器的所预计的载荷而发生塑性变形或在临界区域中的材料中达到疲劳的金属制成。

在其它实施例中，有可能将除了金属之外的其它坚固但具有弹性的材料用作振动主体的弹性体。

驱动垫以及移动物体优选地以耐磨损的硬质材料制成。

本领域技术人员获知设计可能性大。在一个实施例中，马达可在至少两个超声机电定子位于共同的将移动的主体的相反的侧部上的情况下制成。

在一个实施例中，马达可为旋转马达。这可通过使得致动器部分与盘而非杆进行摩擦接触来实现。

在图8中图示了利用上文中所描述的技术来形成旋转马达的一个实施例。在此，两个振动组件50设于将移动的主体60(在此，呈盘的形状)的各个侧部上。在此，用于提供法向力的装置70可在两个定子支承件40之间起作用。两个振动组件50的协调的操作将引起盘围绕轴线62旋转。

上文中所描述的实施例将被理解为本发明的若干说明性示例。本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可对实施例作出多种修改、组合以及改变。特别地，在技术上可能的情况下，不同实施例中的不同的部分解决方案可以以其它构造组合。然而，本发明的范围由所附权利要求书限定。