旋转致动装置和用于操作该旋转致动装置的方法与流程

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明涉及一种根据权利要求1所述的旋转致动装置。本发明还涉及一种根据权利要求9所述的用于操作此种旋转致动装置的方法。背景技术：2.申请人的w02017/158017a1于图7中描述了一种旋转致动装置，该装置使用具有驱动装置2的压电行走驱动器1，其中，参考该公开的图2，四个压电致动体213、214、223、224成对地以v形布置插入框架20中。相对于彼此以v形布置的每一对致动体通过相关联的驱动部分21、22和布置在驱动部分和框架20的基底201之间的弹性弹簧部分211、221而被压抵于基座201的固态接头212、222，其结果特别是在致动体上实现了预应力。3.通过将驱动装置2布置在具有固态接头形式的可弹性变形部分的基底框架4上(未示于wo2017/158017a1的图7)，驱动部分以圆盘的形式被压抵于转子3上；另一方面，框架的弹性特性允许若当合作的致动体对和与其耦接的驱动部分的相应运动的情况下进行控制，另一个相互作用的致动体对的驱动部分或者完全被动地，即没有电致动且仅依靠机械布置或条件，或者另外地主动地，即通过相应的致动体对的适当电致动而抬升转子，这支承或帮助该驱动部分从转子上抬升。4.根据wo2017/158017a1的图7公开的旋转致动装置的缺点为特别是当使用围绕转子的外圆周布置的多个驱动装置2时，其相对大的空间需求。5.为了解决上述问题，根据本技术的图5(其并非本发明的主题)，例如将三个根据wo2017/158017a1的驱动装置布置在设计为环形盘的转子的内圆周上，其中在这方面，仅使用一个驱动装置或使用两个或多于三个驱动装置也是可能的。基于驱动装置或多个驱动装置的这种类型的布置，其另外有利于驱动装置的非从动致动体对的驱动部分的被动抬升，能够实现具有小的调节表面的相对较小的旋转致动装置。然而，缺点是转子的制造或内圆周表面的加工相对复杂，因为对于驱动器而言，必须非常精确地以高精度制造并且同时保持低公差。此外，在这样的解决方案中，需要在转子的定向或其旋转轴线方面付出很大的努力。6.us4613782在其图3和图4中公开了一种旋转致动装置，其包括三个驱动单元，每个驱动单元包括两个压电致动体1和2，它们相对于彼此以v形布置，它们的一个端部被支承于一个共同的基座17上且通过移动机构18在相对的端部耦接，其中移动机构18包括驱动元件10，驱动元件10通过连接于基底17的螺钉压抵在移动机构18上，且其中压缩力或预应力作为运动机构的结果施加在致动体1和2上。7.三个驱动单元均匀地布置在实现为环形盘的从动元件11的圆周上，从而三个驱动元件10相对于彼此具有大约120°的圆周角距离。由于它们布置在基座和从动元件之间，旋转致动装置的外部尺寸基本上由固定壁20或外壳28限定。8.在操作中，驱动单元的致动体以如下方式被电控制，即，使得耦接于致动体的驱动元件10以椭圆移动路径执行高频振动，其中这些振动的频率根据美国专利第4613782号的第9栏第13行为20khz，也就是说在超声波范围内。所有三个驱动单元都由相同的高频电压信号作用，从而同步地运行。9.三个驱动单元的同步控制导致三个驱动单元均未与从动元件11接触的时间阶段，从而在这些阶段中发生驱动的中断。驱动中断的时间阶段是在驱动单元的致动体的高控制频率下，即在从动元件的高转速下，该时间阶段于该速度状态内为只有非常短且可为可接受的的时间。然而，控制频率越低或转速越低，驱动中断就越明显，因此来自us 4613782的已知的旋转致动装置被排除在某些应用之外。10.基于该背景，本发明的目的是提供一种旋转致动装置，其允许具有紧凑尺寸的高度精确且不间断的调节移动。技术实现要素：11.该目的通过根据权利要求1所述的旋转致动装置实现。旋转致动装置包括至少四个驱动单元，所述驱动单元以周向方式布置在基座上且在所布置的基座与转子之间。驱动单元可以分配至第一组和第二组，从而两组中的每一组都包括至少两个驱动单元。在本发明的含义内，每组包括多于两个驱动单元，其中每组优选地包括三个驱动单元。12.每个驱动单元包括相对于彼此以v形布置的两个致动体，其中由此形成的v形的尖端区域由将两个致动体彼此连接或耦接的摩擦元件实现。因此v形的尖端以及摩擦元件面向旋转致动装置的转子。13.由于v形布置，驱动单元的两个致动体之间的角度可在宽广的范围内变化。角度可在10°和160°之间。然而，优选地，55°和125°之间的角度范围为优选的，其中角度范围特别优选为85°至95°。14.驱动单元的摩擦元件和转子通过居中布置于驱动单元之间的弹簧装置在一个方向上朝向另一者推压，从而所有摩擦元件在致动体的非致动或未偏转的状态下与转子接触。在这种情况下，相应的接触点或接触面共同跨越接触平面k。驱动单元在其中以圆周方式围绕弹簧装置的弹簧装置的中央布置实现了旋转致动装置的特别紧凑的结构。15.有利的是，弹簧装置与转子一体成型。由于弹簧装置与转子的一体式或整合式实现，实现了旋转致动装置的更简单的结构以及改进的组装特性。在这种情况下，特别有利的是，弹簧装置包括狭缝状的凹部，通过该凹部实现弹簧装置的弹簧作用。16.此外，有利的是，在各种情况下，致动体都由一个支承部分支承在基座上，该支承部分经由接头或接头部分连接于基座。支承部分和接头或接头部分优选地与基部一件式或整合式地形成。由于以铰接方式布置的支承部分的支承，可抵消致动体的横向力负载。此外，通过这种方式可以补偿由生产或组装引起的机械公差。17.此外，有利的是，致动体具有机电材料并且优选地由其组成。当施加电压并实现相应的电场时，机电材料执行机械变形，所述机械变形可用于致动或驱动移动。由机电材料制成的致动体没有机械部件，且可非常有效地以非常高的动力将电能转换为机械变形或移动。还可以想到，致动体包括或由具有电致伸缩(electrostrictive)特性的材料组成。18.致动体优选由压电材料构成，特别优选由压电陶瓷材料构成。压电或压电陶瓷材料很容易获得，并且能够以非常明确的方式操作。还可以想到致动体具有具备电致伸缩特性的材料。19.本发明还涉及一种用于操作上述旋转致动装置的方法，其中不同组的驱动单元以相对于彼此相位偏移的方式被控制。例如，在包括两组驱动单元的旋转致动装置的情况下，第一组的驱动单元相对于相应的第二组的驱动单元以相位偏移的方式被控制。20.在这种情况下，有利的是，相应的组的驱动单元的控制以如下方式进行，即产生分配给这些驱动单元的摩擦元件的限定移动路径，该移动路径包括基本上垂直于接触平面k布置的垂直移动分量和基本上平行于接触平面k布置的水平移动分量，并且结果发生由于作用在弹簧装置的力的垂直移动分量，相应的另一组驱动单元的致动体的摩擦元件与转子脱离接触，并且由于垂直移动分量，产生转子在驱动方向上的限定驱动步骤。附图说明21.以下是根据本发明的旋转致动装置的实施方式的关于对应附图的描述，其中相同的附图标记表示不同附图的相同部分。22.图1是根据本发明的旋转致动装置的透视图。23.图2是根据图1的旋转致动装置在不同视图中的透视图。24.图3a和3b是关于根据图1或图2的旋转致动装置的平面图和截面图。25.图4a和4b是与根据本发明的旋转致动装置的驱动单元组有关的示意图。26.图5是不属于本发明的旋转致动装置的透视图。具体实施方式27.图1以透视图示出根据本发明的旋转致动装置1。在与底台200连接的基本上呈环形的不锈钢制基座2上，总共四个驱动单元4以圆周方式布置并且相对于彼此呈基本上90°而以如下方式布置，即它们成对地径向地相对并彼此重叠。28.每个驱动单元4由两个细长的压电致动体5形成，它们相对于彼此且以如下方式布置，即它们通常基本上形成v形，其中驱动单元4的两个致动体5的远离基座2的端部经由基本上三角形的摩擦元件6相互连接或耦接。指向基座2的驱动单元4的每个致动体5的相应另一端支承在支承部分20上，支承部分20经由固态接头连接于基座2。支承部分20和固态接头与基座2一体成型或整合地成型。29.分配给驱动单元4并且相对于彼此以v形布置的两个致动体5的中央平面跨越了一个平面，该平面限定了驱动单元中央平面a，其中，彼此径向地相对布置的驱动单元4的驱动单元中央平面a彼此基本上平行，且其中相邻的驱动单元4的驱动单元中央平面a彼此基本上垂直地布置。30.柱形压电致动体由压电陶瓷材料组成。它们分别与相关联的接头20和相关联的摩擦元件6以材料结合的方式连接，特别是通过粘接。与驱动单元4相关联的两个致动体5的两者之间形成大约90°的角度。31.在图1所示的旋转致动装置的静止状态下，四个驱动单元4的致动体5都没有被电驱动或受到电压，所有四个摩擦元件6都与环形摩擦盘60接触，环形摩擦盘60以材料粘合的方式连接于转子3。32.摩擦盘60与基座2基本上平行并与其间隔开，驱动单元4位于基座2和摩擦盘60之间。摩擦元件6与摩擦盘60的接触点或接触面基本上位于接触平面k中(参见图3b)，其中驱动单元中央平面a布置成基本上垂直于接触平面k。33.底台200用于容纳导向驱动单元4的致动体5的电缆，通过该电缆确保致动体5的电压供应。这些内部电缆连接至电源线220。底台200还用于将旋转致动装置安装在更高级别的单元上。可以想到将电子元件集成至底台200中以用于控制旋转致动装置1，例如传感器、接收器、控制器、驱动器等。此外，可以想到提供电池或蓄电池以用于底台200中的旋转致动装置的独立的能量供应。34.转子3相对于固定的基座2可转动地安装。弹簧装置30在转子的内圆周上与转子一体成型或整合地形成，其中弹簧装置30居中设置在驱动单元4之间，从而驱动单元4以圆周方式围绕或框住弹簧装置30。弹簧装置30的弹性动作通过狭缝状的凹部32来实现，这些凹部32指向转子3的圆周方向并在转子3的轴向上间隔开。转子3的弹簧装置30使转子3或摩擦盘60被弹性地压抵在驱动单元4的所有摩擦元件6上。35.图2以不同的视图示出根据图1的旋转致动装置1，其中在此处可以看到图1中被挡住的后侧，因此可以看到布置于该处且在图1中看不到的驱动单元4。由于在图2中没有其他在图1中看不到的特征，因此在此省略对图2的更详细描述。36.图3a以平面图(垂直于基座2或转子3的观察方向)示出根据图1或图2的根据本发明的旋转致动装置，而图3b涉及图3a中标记的截面。在根据图3b的截面图中，可以清楚地看到，在此处所示的静止状态下，其中没有对驱动单元的致动体进行电控制，两个可辨识的摩擦元件6与摩擦盘60接触，而这也适用于在图3b中看不到的另外两个摩擦元件6。在摩擦元件6和摩擦盘60之间产生的四个接触点或接触面基本上位于限定接触平面k的平面中。驱动单元中央平面a基本上垂直于接触平面k布置，其中径向地相对的驱动单元4的驱动单元中央平面a布置成基本上彼此平行。37.此外，从图3b中可以看出，轴34与转子3一体成型，并突出穿过基底2和底台200两者，且相对于底台200的表面突出，从而要通过旋转致动装置1来定位的元件可附接或连接至轴34的突出部分。38.为了调节使转子3或摩擦盘60弹性地压抵在驱动单元4的摩擦元件6上的弹簧力，夹紧螺母7作用在轴34的相应螺纹部分上并且被支承于轴承8上。通过将夹紧螺母7旋转至轴34的螺纹部分上，轴34和转子3于夹紧螺母7的方向上移动(在图3b中因此被拉向左侧)，从而与其连接的摩擦盘60经由转子3弹性地压抵于驱动单元4的摩擦元件6。39.轴承8是角接触球轴承(angular ball bearing)，其通过旋紧在轴34的螺纹部分上的夹紧螺母7而被施加预应力。第二角接触球轴承8'通过卡环与第一角接触球轴承8间隔开，并通过设置在转子3和后者之间的板簧9被施加预应力。40.图4a和4b示意性地示出相对于驱动单元4的两种可能的布置变化。此处图4a对应于根据图1至图3的根据本发明的旋转致动装置的示例性实施方式的驱动单元4的布置，其中四个驱动单元4沿圆周布置为彼此间各自的角距离基本上为90°。以此方式，两个驱动单元彼此径向地相对布置，其中对应的一对驱动单元4可被分配给一组。图4a中，以未填充框架为特征的一对驱动单元4形成驱动单元4的第一组40，而以填充框架为特征的另一对驱动单元4形成驱动单元4的第二组42。41.在根据本发明的用于操作根据图1至图3的相应旋转致动装置的方法中，驱动单元4或其致动体5的两组40和42以相位偏移方式，优选地通过相位偏移180°被电控制。各驱动单元4中，控制信号优选导致分配给驱动单元4的摩擦元件6的椭圆移动路径，其中分配给组40、42的驱动单元4的摩擦元件6执行同步的动作路径。如此，例如驱动单元组40首先致使转子3进行已定义的旋转前进或移动步骤调整，并且紧接着，即在组40的驱动单元4已完成它们的前进步骤之后，驱动单元4的组42致使此一前进或移动步骤调整。驱动单元4的组40、42因此交替地执行定义的前进步骤，其中在这种情况下驱动移动中的某些重叠也是可能的，即一组驱动单元已开始下一个前进步骤，同时另一组驱动单元尚未完全完成其进给步骤。42.由于驱动单元4的摩擦元件6的移动路径的形状，其优选为椭圆形且因此包括基本上平行于接触平面k的水平移动分量和基本上垂直于接触平面k且基本上平行于驱动单元中央平面a的垂直移动分量两者，驱动单元4的组40、42的驱动移动或各自的摩擦元件6的垂直移动分量对转子3的弹簧装置30上施力，该力抵消由所述弹簧装置施加的弹簧力，其中弹簧力确保转子3或摩擦盘60于摩擦元件6的方向上移动，由此以纯机械或被动方式产生的效果为相应的另一组驱动单元4的未用于推进的摩擦元件6被抬升或脱离接触。因此确保在前进步骤期间，通过一组驱动单元4或通过分配给它们的摩擦元件的移动路径的水平分量来实现如下情形，即相应的另一组的驱动单元4的摩擦元件不会通过它们与转子3的摩擦盘60的接触而阻碍该前进步骤。43.有利的是，前文描述的机械性地引起的一组驱动单元的摩擦元件的抬升过程是由该组驱动单元的致动体的相应电致动支承，其中同样经历一定的长度减小。44.根据图4b，可以想到一个驱动单元组40、42包括三个驱动单元4，其中总共六个驱动单元沿圆周布置，其中相邻的驱动单元之间存在大约60°的角距离。在这种情况下，一个组的驱动单元总是布置在另一组的两个驱动单元之间，从而一个组内的驱动单元相对于彼此具有大约120°的角距离。当使用每三个驱动单元的两组驱动单元时，其具体优点是在由另一组驱动单元引起的前进步骤期间，不用于推进的驱动单元的摩擦元件的机械性提升得到了改善。45.除了图4a和4b中所示的驱动单元的两种布置之外，另外的配置是可能的，其中两组驱动单元中的每一组包括多于三个驱动单元。也可以考虑提供多于两组的驱动单元，其中各组的驱动单元彼此相位偏移。例如，根据图4b配置的六个驱动单元可以被分配三组径向地相对的驱动单元，并且能够以圆周方式控制三组驱动单元。附图标记46.1旋转驱动装置2基底3转子4驱动单元5(驱动单元4的)致动体6(驱动单元4)摩擦元件7夹紧螺母8、8′角接触球轴承9盘簧20支承部分30弹簧装置32 (弹簧装置30的)狭缝状凹部34 (转子3的)轴40 第一组驱动单元442 第二组驱动单元460 摩擦盘200 底台220 电源线a 驱动单元中央平面k 接触平面。









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