[发明专利]一种电马达

说明书

本发明涉及一种电马达，它包括一个转轴和与之相联的可控制的压电剪切应变致动器，特别涉及一种电马达装置，它通过施加在物体上的拉力和解脱力使得物体产生运动。

一些装有用于其致动的压电组件的装置已为人所知。”科学仪器评论”（Rev.Sci.Instrum.）58（1），1987年1月期上，详述了一种动态压电平移装置，其运动由一个压电元件的锯齿状周期加速作用及平移阶段的惯性作用所引起。

另一个装有称为Inohworm^TM的压电直线致动装置（美国专利3，902，084和3，902，085）叙述了一种拉伸式压电管状元件的组件，在该组件中通过端部管子交替改变同轴棒的抓取和释放以及定时地使中心管伸长和收缩，来实现该棒的平移。更具体地，该Inchworm（纽约Burleigh Instruments公司的商标）产品通过周期地释放、拉伸、抓取、释放、收缩和抓取一个棒状物体来实现定位，让该棒状物体沿着一个轴移动。用一个拉伸动作部分和两个抓取动作部分不可能使棒状物以恒定速度运动。厚度的压电形变被用在抓取动作部分中;拉伸压电形变被用于拉伸和收缩部分。在一个周期的释放部分期间，抓取垂直力被减小至零。周期性的抓取和释放引起储存的弹性势能周期性地转换动能及其相反转换过程。周期性的能量转换以声学方式动态地激励棒状物体、压电致动器及所有与其相联的结构。棒状物体的位置随着温度的变化而变化。棒状物体的摩擦发生在每周期的抓取和释放动作部分的起始和终止阶段，除非棒状物体的速度为零之时。电能与机械能的转换效率受到摩擦的限制。In-ohworm的与棒状物体相接触的表面部分的使用寿命受到摩擦的限制。Inchworm的延伸部分在每一周期的收缩部分要经受拉伸应力。拉伸应力限定了移动质量、收缩力及周期频率的组合范围。厚度形变压电部分的抓取行程限制了受周期性作用的径向作用于棒状物体上的力的大小。当去掉压电部分的电荷时，失去了由Inchworm得到的棒状物体的上一个位置，因为棒状物体是不受约束的。在正常运行时，Inchworm不能制止棒状物体围绕它的轴转动。

在美国专利第4，775，815号中，马达运动部分以一个方向上直线移动。运动部分是通过机械联接装置固定在可移动物体上的。可移动物体的平移范围不大于由压电行程导出的移动部分的平移范围加上任何机械联接的杠杆机构的平移范围。通过增加层状的致动器主体部分的高度来增大压电行程。增加了主体部分的高度便增加了电容量。在给定作用力和行程范围时电容量的增加便减小了平移速度，并且在给定速度和行程范围而其他部件保持不变时便减小了作用力。压电主体的高度随着主体温度的变化而变化。在平移时压电主体受到弯曲引起的拉伸应力和由施国于或存在于运动部分的力引起的剪切应力，所说的这些应力对速度、行程和力的组合都有限制。压电层的板面之间是相互电绝缘的。由于压电主体的横截面在运动部分和安装座之间是恒定的，所以靠近运动部分的质量也被平移;所说质量的惯性反作用力迭加在由可移动物体及相联的机械联结机构所施加的力上，从而限定了速度行程和力的组合范围。

这些压电致动器很容易在某些方面与本发明区别开，例如在产生平移运动的最初瞬间，必须向压电管上施加一个锯齿形电波以便克服装置内的静摩擦力的限制，从而表明了平台惯性原理。就Ino-hworm组件而言，由于抓取和释放而使平移运动是间歇性的，并且每一步中有两次未加抓取力。

正如随后要更加详细地叙述的，本发明的压电剪切应变装置（或者说致动器）为既平稳又连续的平移运动提供保持轴向加载的压电压力。并且垂直力是恒定的面没有前述压电装置所受到的振荡干扰。

本发明的一个目的是提供一种电马达，它含有作为精密定位器和致动器的具有广泛应用的压电剪切应变装置。

另一个目的是通过压电装置提供的牵引和释放的综合作用，利用压电装置在物体中激励或产生运动。

再一个目的是提供一种含有压电装置的电马达，该压电装置不仅作为原动力而且还取代了众所周知的装置中机械部件如轴承、联接件、支撑结构以及其它类似部件。

本发明的其它目的、优点及新颖特征将通过下述详细叙述并参考附图而变得更清楚。

通过一个含有压电剪切应变装置的电马达实现了本发明的目的和优点，以便给机械组件，诸如圆盘，驱动轴杆以及类似的装置提供动力。

该压电剪切应变装置包括至少一个压电元件。元件的冠顶部或顶端是一个摩擦表面，同时一个相对的表面由支撑结构所支撑。