用于汽车驱动、执行机构等的压电式电机
2019-11-22

用于汽车驱动、执行机构等的压电式电机

一种压电式电机,带有设置在基准部分(2)和输出部分(1)之间的、可交替电加载的夹紧压电叠片(8),并且优选具有两个配属于各夹紧压电叠片的、相反设置的步进压电叠片(9、10)或者一夹紧压电叠片和一支座(16),它们在夹紧压电叠片的纵向相互相隔的、并且与所述输出部分(1)相隔的位置与类似-铰链地与所述夹紧压电叠片(8)连接的底座连接。两个对称布置的电机装置作用在汽车驱动盘或者制动盘的两侧,特别在混合动力汽车领域里。

按照本发明,该技术问题通过一种压电式驱动装置的设计解决,其具有多个设置在所述基准部分和所述输出部分之间的夹紧压电叠片,所述夹紧压电叠片大约垂直于所述输出部分和所述基准部分之间的相对运动方向地取向,并且,分别以一端固定在所述基准部分上,并且以另一端通过一底座摩擦传递地支撑在所述输出部分上,其中,所述夹紧压电叠片包括至少两个交替电加载的组,还具有一被预压紧地支撑在所述基准部分上的桥,在所述桥上支撑有所述夹紧压电叠片的固定端,其中,所述桥“半刚性”地设计,“半刚性”意味着桥在静止状态足够柔软地平衡所述夹紧压电叠片的长度公差,但在动态下在压电加载频率下是刚性的,并且具有多个步进压电叠片,其分别配设有一夹紧压电叠片,并且大约平行于所述输出部分和所述基准部分之间的相对运动的方向设置,以及分别以其一端固定在所述基准部分上,并且以另一端与所配属的夹紧压电叠片的底座相连接,其中,所述夹紧压电叠片和其分别配属的底座通过一准铰链相连接,此外,所述底座在一与所配置的夹紧压电叠片的连接位置相隔的位置通过另一准铰链和一支座相连接,并且,所述分别配设的步进压电叠片在一位于与所述支座的连接位置和所述底座的输出部分侧端部之间的位置或者在与所述支座的连接位置和与所述夹紧压电叠片的连接位置之间的位置上与所述底座相连接。 本发明包括了在WO03/005553里原理上公开的、结构为分离的、依靠摩擦力结合在一起的桥元件也或结构为一体地通过材料桥连接在一起的桥元件,所述桥元件分别配

在图1和图2中示出的压电式双重传动装置由两个镜面对称地设置在制动盘1两侧的单传动装置组成,它们通过一公共的、钳形框架2相互连接。

图4A和图4B按本发明的压电传动装置的正面视图和侧视图,其用作输出轴的转动驱动,

对于作为汽车驱动装置的应用,按本发明尤其设计为,S卩,夹紧压电叠片分别配置有两个步进压电叠片,所述步进压电叠片相反地设置,使得在夹紧压电叠片的堆垛方向上作用线和各夹紧压电叠片的底座上的作用点具有短的间距,并且其中,步进压电叠片在夹紧叠片的底座上的作用点之间的间距是输出部分侧的底座端和最靠近该底座端的作用点之间间距的多倍。通过步进压电叠片的反向偏转运动和两个作用点之间以及输出部分和最靠近其的作用点之间的间距的间距比例实现一机械的杠杆传动比,该传动比使得输出部分的步进行程相对于步进压电叠片的偏移行程放大。由此可以在压电叠片在用作汽车驱动装置时在相应的工作频率下,通过直接传动在车轮轴上例如通过制动盘达到明显高于200km/h的速度。此外,可以通过相反运动的步进压电叠片的控制的相位移动以简单的方式实现速度控制。

前面所说的发明任务的重要观点在于,如此地设计压电式电机的布置,S卩,根据使用目的可提供低或高的驱动速度,如果需要的话,产生可在很大范围内变化的驱动速度,或者可在低速的情况下产生极其高的驱动力。

每个支撑元件3包含有三个压电叠片装置,即一个夹紧压电叠片8、一个第一步进压电叠片9和一个第二步紧压电叠片10。压电叠片8、9、10只分别示意性地示出。

在按图9的实施形式中,尽管相对图1所示装置损失了最大的运行速度,并且给出了通过其中的两个步进压电叠片9和10的偏转的相位偏移的速度调节能力,然而,这种简化的装置更经济,更小,并且对于许多应用是足够的。

当汽车通过压电式电机20驱动时,该压电式电机也作为脚制动器工作,然后作为发电机工作,其产生电能而不是消耗电能。在制动管路25上连接有一个制动压力传感器26,该传感器通过信号线路27和控制器观相连接。控制器观响应制动压力,并且还从检测制动盘1的转速的转速测量装置四得到的转速信号,并且据此调节压电式电机20的运行,即,特别是调节步进压电叠片的控制的相位。图3中还用框图示意性地绘出,在控制器28里有一电池30或者一电池装置,当然,电池本身并不一定在控制器内,而是可以设置在任意位置,用来为压电式电动机20提供能量或者接收并储存在制动过程中在制动盘1被推动时由作为发电机工作的压电式电机20所产生的电能。

在图4A、图4B和图5A、图5B中,压电叠片装置并没有被完整地示出,而是被分开示出,因为,它们在装置中与按图1的各单个驱动装置的布置一致。可以理解为:对于用于转动轴和转动心轴的应用中可以发现结构为2个径向对置的压电式驱动装置的双重驱动装置的应用,这样便可以抵消夹紧压电叠片在轴圆周或心轴圆周上的压力。

在所有的实施形式中,速度调节可以通过对夹紧压电叠片和步进压电叠片的控制频率的频率改变实现,当然只在“半刚性”的板桥的允许范围内,或者也可以通过改变步进压电叠片的行程,通过改变步进压电叠片的控制电压改变其膨胀来实现。按本发明也可能的是,借助于在附图中没有示出的调节机构改变“半刚性”板桥的刚度,以便使该刚度例如和压电叠片的控制频率或其它的驱动要求相适应。半刚性的板桥的刚度的调整也可以通过形成桥元件的支撑元件3来实现,只要再次通过应用压电机构的夹紧力来代替固定的机械的夹紧机构(例如:夹紧螺栓、蝶形弹簧组等),压电机构由于导致改变其偏转的负载的电压或多或少的膨胀,因此,向桥元件施加或强或弱得夹紧压力。因为,对于电压变化非常小的程度就已经足够,所以借助于压电机构的调节机构是非常适合的。

如由图1中清楚可见的剖面图可知,底座11在和步进压电叠片10的连接位置的区域内通过一截面收缩形成的“铰链”和夹紧压电堆垛8的底端相连。该铰链使得底座11可以相对夹紧压电叠片8的堆垛轴一定角度地偏转。

前面所说的发明任务的重要观点在于,如此地设计压电式电机的布置,S卩,根据使用目的可提供低或高的驱动速度,如果需要的话,产生可在很大范围内变化的驱动速度,或者可在低速的情况下产生极其高的驱动力。

图8是用于按本发明的压电驱动装置的压电叠片的压电元件堆垛的压电元件的电连接装置的示意图,