アクチュエータ
本発明は、プレート型のアクチュエータに関し、アクチュエータにおいて定常音波を励起させるための少なくとも２つの発生器を備える。アクチュエータは、少なくとも２つの主面と主面に対して垂直に延在する対称面Ｓとを含む。発生器は、対称面Ｓに対して対称に配置され、アクチュエータの実質的に平坦な第一の側面領域に配置される。アクチュエータはさらに、被駆動要素に対して摩擦接触するように設けられた少なくとも一つの摩擦要素および／または少なくとも一つの摩擦層を有する。第一の側面領域は、アクチュエータにおいて励起された定常音波の波長に実質的に対応する長さＬを有する。本発明によれば、アクチュエータの第二の側面領域の長さＢは、アクチュエータにおいて励起された定常音波の波長より大きく、励起された定常音波の波長の半分の倍数に等しくない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関し、好ましくはプレートの形状の圧電アクチュエータに関する。アクチュエータは、アクチュエータにおいて定常音波を励起させるための少なくとも２つの発生器を含む。アクチュエータは、少なくとも２つの主面と、主面に対して垂直に延在する対称面Ｓとを有する。発生器は、この対称面に対して対称に配置され、アクチュエータの実質的に平坦な第一の側面領域に配置される。少なくとも一つの摩擦要素および／または少なくとも一つの摩擦層が、被駆動要素と摩擦接触するように設けられる。第一の側面領域は、アクチュエータにおいて励起される定常音波の波長に実質的に対応する長さＬを有する。
【背景技術】
【０００２】
このような矩形圧電プレート形のアクチュエータは、ドイツ出願公開ＤＥ１０２００４０２４６５６Ａ１により公知である。アクチュエータにおいて励起された定常音波は、アクチュエータの２つの長い表面に沿って伝搬する。なぜなら、上記の表面の長さが定常音波の共振長に相当するためである。このモータのアクチュエータの歪みは、このアクチュエータの縦方向の対称面に対して対称に起こる。これは、モータのアクチュエータが、内部摩擦によって縦方向の対称面に対して対称に加熱されることを意味する。摩擦要素が配置されていないアクチュエータの面は、摩擦要素が配置されている面と全く同じように加熱される。このような理由から、内部摩擦によってアクチュエータ内に明瞭なエネルギー損失が起こる。
【０００３】
対応するモータにおいてアクチュエータが使用されると、アクチュエータが外から支持される点、すなわち接着点または支持点において、外部摩擦が生じる。ここでもアクチュエータの振動がかなり速いことから、上記の外部摩擦によって、さらなる熱が少なくとも部分的にアクチュエータ内に導入される結果となる。
【０００４】
アクチュエータの内部摩擦および外部摩擦によって引き起こされる機械的損失により、アクチュエータの全体的な振動速度が落ち、その結果として、アクチュエータによって駆動される要素の動作速度も落ちる。これにより、対応するモータの効率が落ちる。同時に、内部摩擦および外部摩擦によって引き起こされるアクチュエータの加熱が機械的損失につながり、その結果として、アクチュエータの動作の信頼性が落ちる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、作動時における内部摩擦と外部摩擦を明らかに減らし、自己加熱が少なく、効率の向上およびより良好な動作信頼性を実現するアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、冒頭で言及した種類のアクチュエータにおいて、さらにアクチュエータの第二の側面領域の長さＢが、アクチュエータにおいて励起される定常音波の波長よりも大きく、励起される定常音波の波長の半分の倍数に等しくならないように形成することにより、達成される。
【０００７】
アクチュエータは、第一の側面領域の縦振動における第二モードの共振周波数に実質的に対応する周波数を以て、少なくとも一つの発生器が作動して振動するように電気的に制御されるのが好ましい。この結果、第一の側面領域の長さＬに対応する長さを有する音波が、第一の側面領域またはその表面（共振面）に沿って伝搬する。
【０００８】
第二の側面領域の長さＢは、アクチュエータにおいて励起される波の波長の半分の倍数に対応しないので、音波は第二の側面領域またはその表面に沿って伝搬しない。この周波数では、第二の側面領域の表面は、共振面に相当しない（非共振面）。
【０００９】
これは、共振面に位置するアクチュエータの質点が、非共振面に位置する質点よりも大きな平均振幅を有することを意味する。本発明によるアクチュエータの場合、アクチュエータの共鳴振動が起こる共振領域は、結果として実質的に特定することができる。アクチュエータの非共振領域は、この共振領域の外に位置する。共振領域内において、質点における平均振動振幅は、アクチュエータの他の領域よりも大きい。これにより、内部摩擦によって引き起こされる機械的損失または加熱は、非共振領域の方が共振領域よりも小さいといえる。
【００１０】
本発明によるアクチュエータが非共振領域の所定の場所または点に支持または固定される場合、この面における質点の振動速度が低いため、外部摩擦による機械的損失は減少する。
【００１１】
内部摩擦および外部摩擦による機械的損失が非共振領域において減少するため、アクチュエータの全体的な加熱が減り、その結果として、有効性の向上および動作信頼性の向上が達成される。
【００１２】
さらなる利点として、所与の共振長Ｌに関して、本発明によるアクチュエータは、ドイツ公報ＤＥ１０２００４０２４６５６Ａ１による技術から公知のアクチュエータよりも大きさがかなり小さい。このような状況により、アクチュエータにおける機械的損失が同様に減少する。
【００１３】
所与の励起電圧において、機械的損失を減らすことによって摩擦要素の振動速度を速くすることができる。これにより、アクチュエータにより駆動される要素の動作速度を高めることができる。結果として、対応するモータの効率が上がる。
【００１４】
本発明のアクチュエータにおいては、内部摩擦および外部摩擦による機械的損失を減少させることによって、アクチュエータの電気入力インピーダンスの活性成分がこのインピーダンスの容量性成分に比例して減少する。これにより、アクチュエータの入力容量の充電電流および容量性電流が、アクチュエータを流れる電流の活性成分に比例して減少する。
【００１５】
これら両方によって、アクチュエータの電気的励起に使用される電力増幅器における損失が低くなり、その結果として、電力増幅器におけるトランジスタの加熱が減少する。これにより、本発明によるアクチュエータでは、他の慣用の分離フィルタを使用することなく、例えば、音波発生器を直接的にブリッジ電力増幅器に接続することができる。これにより、電気的励起装置の構成が簡素化され、同装置の加熱が減少し、モータの動作信頼性が向上する。
【００１６】
本発明によるアクチュエータの好ましい形態は、従属請求項の対象である。
第二の側面領域は、以下の要件のうち少なくとも一つを満たすと都合が良い。
【００１７】
ａ）第二の側面領域は、少なくとも部分的に湾曲している。
ｂ）第二の側面領域は、少なくとも１つの凹部および／または少なくとも１つの凸部を含む。
【００１８】
ｃ）第二の側面領域は、少なくとも部分的に平坦である。
ｄ）第二の側面領域は、第一の側面領域とは別に配列される２つ以上の平坦部からなる。
【００１９】
ｅ）第二の側面領域は、平坦部と湾曲部とからなる。
アクチュエータのこのような形態により、設計の可能性が広がり、例えば、アクチュエータが構成または使用される形状的または構造的状態に対して選択的に適合させることができる。これに関連し、第二の側面領域を単一の面または複数の面として構成することが考えられる。多面構成の場合、第二の側面領域が一連の平坦部と湾曲部とを有することがさらに考えられる。
【００２０】
特に、ここでアクチュエータが以下の要件のうち少なくとも一つを満たすと都合が良い。
【００２１】
ａ）上から見て、アクチュエータは、円形部分または楕円形部分の形成を有する。
ｂ）上から見て、アクチュエータは、二等辺台形の形状を有する。
【００２２】
これらの幾何学的形状は、製造が比較的容易である。
第二の側面領域の上には少なくとも１つの点があり、この点から第一の側面領域と対称面Ｓとの交点への距離が、アクチュエータにおいて励起される波の波長の半分に実質的に対応すると、より都合が良い。これにより、モータの効率が向上する。
【００２３】
摩擦要素および／または摩擦層は、以下の要件のうち少なくとも一つを満たすとさらに都合が良い。
【００２４】
ａ）摩擦要素および／または摩擦層の配置は、対称面Ｓに対して対称である。
ｂ）摩擦要素および／または摩擦層の配置は、第一の側面領域の全体に沿う。
【００２５】
これにより、アクチュエータの設計可能性が広がる。
作動時において超音波範囲でアクチュエータの振動を行うと、より好ましい。これにより、アクチュエータの適用範囲が広がる。
【００２６】
同様に、アクチュエータを単層または多層とし、層が圧電材料、好ましくは圧電セラミック材料からなると都合が良い。単層構造は、比較的実施しやすい。多層構造の場合、電気的励起電圧を単層構造の場合よりもかなり小さくすることができる。一般に、圧電材料は比較的高い（逆性の）圧電効果を有し、特に効果的である。
【００２７】
本発明は、さらに上述の好都合な実施例のいずれか１つに係るアクチュエータを少なくとも１つ有するモータに関する。モータは、被駆動要素と、電気的励起装置とをさらに有する。
【００２８】
これに関連し、モータが４つのアクチュエータを有し、アクチュエータの各々が二等辺台形の形状であり、これらがマルタ十字架を形成するように配置されると都合が良い。ここで、アクチュエータが接続要素によって互いに接続され、接続要素が少なくとも部分的に各アクチュエータの第二の側面領域に接触していると都合が良い。接続部材は、遮音材料を有する、好ましくは遮音材料からなると都合が良い。遮音材料は、酸化物セラミックまたはアクチュエータと同じ材料からなることが好ましい。これにより、特に効果的かつ動作信頼性の高いモータが得られる。
【００２９】
モータのアクチュエータは、フィードバック要素を有すると都合が良い。好ましい構成においては、フィードバック要素の出力は、入力電圧の第一の調波のためのフィルタに接続される。これにより、モータのアクチュエータのための励起電圧の周波数を最適に設定することができる。
【００３０】
同様に、モータの電気的励起装置は、以下の要件のうち少なくとも１つを満たすと都合が良い。
【００３１】
ａ）電気的励起装置は、アクチュエータにおいて右に傾斜する非対称定常波または左に傾斜する非対称定常波を励起するための発生器の１つに電気的励起装置を接続するために使用される切換えスイッチを有する。
【００３２】
ｂ）電気的励起装置は、周期的な非対称電圧を供給し、発生器は逆相で互いに接続されている。
【００３３】
ｃ）電気的励起装置は、１つの発生器または両方の発生器に対して直接的に、または昇圧器（Ａｕｆｓｐａｎｎｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｏｒ）を用いて接続された半ブリッジ電力増幅器またはブリッジ電力増幅器を有する。
【００３４】
ｄ）電気的励起装置は、出力が電力増幅器の入力に接続された電圧励起用の制御発生器を有する。制御発生器の制御入力は、相検出器の出力に接続される。この相検出器の測定入力は、電力増幅器の出力に対して直接的に、またはフィルタを用いて接続され、支持入力は、フィードバック回路要素の出力に対して直接的に、または第一の調波のフィルタを用いて接続される。
【００３５】
ｅ）電気的励起装置は、電力増幅器の電圧供給のためのＰＷＭ制御部を有する。
ｆ）電気的励起装置は、第一の調波のための１つまたは２つのフィルタと、相検出器と、電気的励起装置のための制御発生器と、電力増幅器の供給電圧のＰＷＭ制御部のＰＷＭ変調器とをソフトウェアで実施するためのデジタル演算ユニットを有する。
【００３６】
切換えスイッチは、被駆動要素の動きの方向を変更することを可能にする。１つの発生器または両方の発生器に対して直接的に、または昇圧器によって接続された半ブリッジ電力増幅器またはブリッジ電力増幅器を設けることにより、電気的励起装置における損失が大幅に減少する。制御発生器を上述の方法によって設けることで、励起電圧の周波数を安定させることができる。電力増幅器の供給電圧のためのＰＷＭ制御部を電気的励起装置に配備することにより、被駆動要素の動作速度を制御することができる。上述の方法によってデジタル演算ユニットを設けることにより、電気的励起装置の電気回路構成が簡素化される。
【００３７】
被駆動要素の位置または動作速度のためのエンコーダを被駆動要素に設け、被駆動要素の位置または動作速度のためのデジタル制御部を電気的励起装置に配備すると都合が良い。被駆動要素の位置または動作速度のためのデジタル制御部を、デジタル演算ユニットのソフトウェアにより実施すると都合が良い。この方法により、モータの機能を正確に制御することができる。
【００３８】
本発明の好ましい更なる構成は、従属請求項の組み合わせまたはその一部により得られる。
【００３９】
概略的であって、尺度どおりでない態様で以下に示される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】摩擦要素を有する本発明に係るアクチュエータを含むモータを示す図である。
【図２】摩擦層を有する本発明に係るアクチュエータを含むモータを示す図である。
【図３】斜視図（描写１３）および上面図（描写１４）における本発明に係るアクチュエータの実施例を示す図である。
【図４】描写１８：本発明に係る単層アクチュエータの断面図であり、描写１９：本発明に係る多層アクチュエータの断面図である。
【図５】描写２２、２５、および２６：本発明に係るアクチュエータの実施例を示す図である。
【図６】描写２８および２９：湾曲した第二の側面領域を有する本発明に係るアクチュエータを示す図である。
【図７】描写３２および３３：複数の平坦部が形成された第二の側面領域を有する本発明に係るアクチュエータを示す図である。
【図８】描写３４：第一の側面領域の全体に沿って摩擦層が配置された本発明に係るアクチュエータを示す図であり、描写３５：対称的に配置された摩擦要素を有する本発明に係るアクチュエータを示す図である。
【図９】描写３６および３７：上面視において台形形状を有する本発明に係るアクチュエータを示す図である。
【図１０】描写４１：上面視において台形形状を有する本発明に係るアクチュエータを示す図であり、描写４２：接続要素を用いて互いに音響的に接続された、描写４１の本発明に係る４つのアクチュエータの配置を示す図である。
【図１１】描写４５：実質的に三角形状を有し、接続要素によって互いに接続された本発明に係る４つのアクチュエータの配置を示す上面図であり、描写４６：描写４５の配置を示す斜視図である。
【図１２】描写４７：接続要素によって接続され、摩擦層を有する本発明に係る４つのアクチュエータの配置を示す上面図であり、描写４８：描写４７の配置を示す斜視図である。
【図１３】円盤形状を有する被駆動要素を回転駆動させるための本発明に係るアクチュエータを有するモータを示す図である。
【図１４】互いに対向して配置され、その間に配置された棒状の被駆動要素を動かすための本発明に係る２つのアクチュエータを有するモータを示す図である。
【図１５】各々が摩擦要素を有する本発明に係る４つのアクチュエータを含むモータの実施例を示す図である。
【図１６】各々が摩擦要素を有する、本発明に係る４つのアクチュエータを含むモータのさらなる実施例を示す図である。
【図１７】各々が摩擦層を有する、本発明に係る４つのアクチュエータを含むモータの実施例である。
【図１８】モータのアクチュエータに対する電気的励起装置の接続を説明するためのブロック図である。
【図１９】描写５４：非励起状態（ｕｎｅｒｒｅｇｔｅｎ Ｚｕｓｔａｎｄ）における本発明に係るアクチュエータの上面図である。描写５５および５６：異なる時点において描写５４の本発明に係る励起されたアクチュエータが変形した状態を示す図である。
【図２０】描写５７：基底状態において台形形状を有する本発明に係るアクチュエータの上面図であり、描写５８および５９：異なる時点において描写５７の本発明に係る励起したアクチュエータが変形した状態を説明するための図である。
【図２１】モータの機能的原理を説明するための図である。
【図２２】音響的に分離された本発明に係る複数のアクチュエータに対する電気的励起装置の接続を説明するためのブロック図である。
【図２３】互いに音響的に接続された本発明に係る複数のアクチュエータに対する電気的励起装置の接続を説明するためのブロック図である。
【図２４】電気的励起装置の実施例を示すブロック図である。
【図２５】電気的励起装置のさらなる実施例を示すブロック図である。
【図２６】本発明に係るアクチュエータに対する電気的励起装置の接続を示すためのブロック図であって、発生器が逆相で接続された状態（描写７５）または異なる極性を有する状態（描写７９）を示す図である。
【図２７】モータのさらなる機能的原理を説明するための図である。
【図２８】電気的励起装置のさらなる実施例を示すブロック図である。
【図２９】電気的励起装置のさらなる実施例を示すブロック図である。
【図３０】描写８８〜描写９１：本発明に係るアクチュエータのフィードバック要素の実施例を示すブロック図である。
【図３１】第一の調波のためのフィルタに対するフィードバック要素の接続を示すブロック図である。
【図３２】相検出器の設置について説明するためのブロック図である。
【図３３】電気的励起装置のさらなる実施例を示すブロック図である。
【図３４】電気的励起装置のさらなる実施例を示すブロック図である。
【図３５】電気的励起装置のさらなる実施例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１および図２は、本発明に係るアクチュエータを有するモータの変形例を示す。モータは、それぞれアクチュエータ１を有する。アクチュエータ１は、２つの定常音波発生器２を有する圧電プレートとして構成され、摩擦要素３（図１）または摩擦層４（図２）が設けられる。摩擦要素３または摩擦層４は、ばね要素６を用いて、被駆動要素５に対して押し当てられる。被駆動要素５は、２つ（図１）または１つ（図２）のボールベアリング７によって保持され、可動な態様で支持される。取付要素９は、ハウジング８に対してアクチュエータ１が動かないように、アクチュエータ１を所定位置に固定する。
【００４２】
アクチュエータ１は、２つの主面１０と、第一の側面領域１１と、第二の側面領域１２とを含む。第一の側面領域１１の面は共振面に相当し、第二の側面領域１２の面は非共振面に相当する。第一の側面領域は平坦な形状を有する、すなわち、対応面が平坦である。第一の側面領域または共振面の長さはＬである。第二の側面領域１２は曲面を有し、平坦ではない。第二の側面領域または非共振面の長さはＢである。共振面１１の長さＬは、アクチュエータ１において励起された音波の波長に等しい。非共振面１２の長さＢは、アクチュエータ１において励起された音波よりも長く、励起された波の波長の半分の倍数とは等しくない。
【００４３】
摩擦要素３（図１）および摩擦層４（図２）は、アクチュエータ１の非共振面１１の上に配置される。すなわち、いずれの場合においても、主面１０に対して垂直に延在する（図示しない）対称面Ｓに対して対称となる。定常波発生器２も、同様に上述の対称面（Ｓ）の２つの面に対して対称に配置される。
【００４４】
図３に示される本発明に係るアクチュエータの実施例によれば、共振面１１に対して垂直な方向におけるアクチュエータ１の寸法Ｌは変更され、図３の描写１４に示されるように、値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を伴って延在する。アクチュエータ１において励起された波の共振は、長さＬを有する第一の側面領域または共振面に沿って引き起こされる。この共振は、アクチュエータ１の共振領域２３を含む。共振長Ｌと共振領域２３とによって、アクチュエータ１の主な共振長および共振領域が形成される。本発明は、１つの共振長Ｌおよび１つの共振領域２３のみが存在するアクチュエータ１の構造的設計を提供する。アクチュエータ１の厚さｈは、例えば共振長Ｌの５分の１から１０分の１よりも小さい。アクチュエータ１は、共振面１１の中央部に延在して共振面１１および主面１０に対して垂直な面Ｓに対して対称となるように適用される。図３の描写１３および描写１４において、線ｐは、面Ｓとアクチュエータ１との交差線を示す。
【００４５】
図４の描写１８によれば、各定常音波発生器２は、励起電極層１５と、一般電極層１６と、これらの間に設けられる圧電セラミック層１７とを含む三層構造を有することができる。図４の描写１９に示されるように、各定常波発生器２は、多数の層１５、１６、１７が交互に設けられた多層構造を有してもよい。ここで、２つの一般電極１６を組み合わせて１つの一般電極としてもよい。電極１５と電極１６との間の圧電セラミック層１７の分極は、これらの電極に対して垂直に延在する。図４の矢印は、分極方向を示す。電極１５と電極１６とは、接続点または接続線２０および２１によって励起電圧または対応する電子機器に接続される。
【００４６】
図５の描写２２によれば、アクチュエータ１の幾何学的形状は、アクチュエータ１において励起された波の波長の半分に等しい共振長Ｈをアクチュエータが有するように形成してもよい。アクチュエータ１の共振領域２４は、長さＨで囲う領域にある。長さＨは、アクチュエータ１の突出部分の高さに等しくすることができる。アクチュエータ１は、さらに２つの更なる共振長Ｇを有することができる（図５の描写２５および描写２６を参照）。長さＧは、アクチュエータにおいて励起される波の波長の半分に等しくなるように選択される。この場合、アクチュエータ１は、２つのさらなる共振領域２７を有する。
【００４７】
アクチュエータ１の第二の側面領域または非共振領域１２は、図６の描写２８による円形または円弧の幾何学的形状を有する部分を含むことができる。図６の描写２９によれば、非共振面１２は、楕円形状または長円形状を有することもできる。共振面１２は、さらに非角形状を有することができる。
【００４８】
図７の描写３２および描写３３に示される非共振面１２は、各々が長さｎおよびｍを有する複数の平坦面３０および３１によって形成される多面（折れ線）形状をさらに有することができる。この場合、非共振面１２の長さＢは、全ての面３０および３１の長さｎおよびｍの和である。これにより、長さＢはアクチュエータ１で励起された音波の長さよりも大きくなり、かつ各長さｎおよびｍは励起された波の半分に等しくならないと言える。
【００４９】
図８の描写３４および描写３５に示されるように、非共振面１２は、長さｃおよびｇを有する１つ以上の筒状、長円状、または他の形状の非角面３２および３３と、長さｎおよびｍを有する複数の平坦面３０および３１とによって形成される多面（折れ線）形状を有することができる。これにより、長さＢは、アクチュエータ１において励起される音波の波長より大きくなり、かつ各長さｎ、ｍ、ｃ、ｇは、アクチュエータ１において励起される波の波長の半分に等しくならない。
【００５０】
図９の描写３６および３７に示されるように、本発明に係るアクチュエータ１は、同様に二等辺台形の形状を有することができる。このようなアクチュエータ１は、２つの前面３８と、長い側面３９と、短い側面４０とを有する。このようなアクチュエータの高さＨは、励起される波の波長の半分に等しい。このようなアクチュエータ１に関しては、２つの変形例が考えられる。第一の場合として、図９の描写３６によれば、長い側面３９は共振面であるのに対して、非共振面は、２つの前面３８と短い側面４０とによって形成される。第二の場合として、図９の描写３７によれば、短い側面４０は共振面１１である。ここで、非共振面は、２つの前面３８と長い側面３９とによって形成される。
【００５１】
図１０の描写４１は、長い側面３９が共振面１１を形成する不等辺四角形のアクチュエータ１の上面図である。図１０の描写４２によれば、例えば、４つのアクチュエータは、対応するドライブまたはモータへの使用のために、接続要素４３によって音響的に互いに接続することができる。この場合、長い側面３９は共振面１１である。接続要素４３は、ポリマー材料などの遮音材料から製造することができる。接続要素４３は、酸化物セラミックまたは圧電セラミックなどの導音材料から製造することもできる。アクチュエータと接続要素４３との接続は、側面４０に対する接着または溶接によって行うことができる。接続要素４３は、一体型の部品として製造されるアクチュエータ装置４４の製造過程において、プレス加工によって製造することもできる。
【００５２】
図１１の描写４５および描写４６は、実質的に三角形状を有する４つのアクチュエータ１を含むアクチュエータ装置４４を示し、各アクチュエータ１はそれぞれの共振面１１に摩擦要素３を有する。摩擦要素３は、対称面（図示せず）に対して対称となるように共振面１１の中央部に配置される。
【００５３】
図１２の描写４７および描写４８は、実質的に三角形状を有する４つのアクチュエータ１を同様に含むアクチュエータ装置４４を示し、各アクチュエータ１は、ぞれぞれの共振面１１上に摩擦層４を有する。この場合、摩擦層４は、共振面１１の全長さＬに渡って延在する。
【００５４】
図１３は、短い側面４０によって共振面１１が形成され、台形の態様である本発明に係るアクチュエータ１を有するモータを示す。このモータの被駆動要素５は、円盤の形状を有する。
【００５５】
図１４に示されるモータは、互いに対向して配置された２つのアクチュエータ１を有する。
【００５６】
図１５は、図１１のアクチュエータ装置４４を有するモータを示し、４つの摩擦要素３に対して、個々に駆動される４つの要素５が押し当てられている。
【００５７】
図１６は、図１１のアクチュエータ装置を有するモータを示し、被駆動要素５は、互いに対となってＵ字ばね要素６により接続されている。
【００５８】
図１７は、図１２のアクチュエータ装置を有するモータを示し、Ｕ字ばね要素は、ガイドレール４９として構成され、このガイドレール４９に沿ってプラットフォーム５０が移動する。
【００５９】
図１８は、電気的励起装置５１とモータのアクチュエータ１との接続を説明するためのブロック図である。励起装置は、定常音波発生器２の１つに対する接続に使用される切換えスイッチ５２と１つ以上の制御入力５３とを有する。アクチュエータ１の定常波発生器２の１つを励起するために、電気的励起装置５１は、モータの作動周波数Ｆａに等しい周波数を持つ交流電圧Ｕａをもたらす。この電圧は、正弦曲線、不等辺四角形、または矩形の形状を有することができる。
【００６０】
図１９の描写５４は、図８の描写３４のアクチュエータに対応する形状を有するアクチュエータ１を概略的に示す。図１９の描写５５および５６は、定常波発生器２（描写５４の斜線部）によって励起が行われる間におけるアクチュエータの最大の変形状態を示す。
【００６１】
図２０の描写５７は、図９の描写３６のアクチュエータに対応する形状を有するアクチュエータ１を概略的に示す。図２０の描写５８および描写５９は、定常波発生器２（描写５７のアクチュエータの斜線部）によって励起が行われる間のアクチュエータの最大の変形状態を示す。
【００６２】
図２１は、共振面１１上に点６０を有する本発明に係るアクチュエータ１の拡大詳細図である。アクチュエータ１が定常波発生器２（斜線部）によって励起されると、この点６０は、線形軌道６１または円形もしくは楕円形軌道６２の上を移動する。
【００６３】
図２２のブロック図は、電気的励起装置５１と十字架形状に配置された４つのアクチュエータ１との接続を示し、アクチュエータ１は、互いに音響的に分離される、または互いに弱い力で接続される。
【００６４】
図２３のブロック図は、互いに音響的に接続された４つのアクチュエータ１を含む図１１、図１２、図１５、図１６、および図１７のアクチュエータ装置４４と電気的励起装置５１との接続を示す。
【００６５】
電気的励起装置５１は、半ブリッジまたはブリッジ電力増幅器６３を有することができる。電力増幅器６３のある出力、または出力６４および６５は、直接的にまたは昇圧器６６によってアクチュエータ１の定常音波発生器２に接続される。
【００６６】
電力増幅器６３は、線形増幅器またはスイッチング電力増幅器として構成することができる。電力増幅器６３の入力６７または出力６８は、制御入力７２を有する制御発生器７１のある出力または出力６９および７０に接続することができる。出力６９に作用する信号周波数は、制御入力７２を用いて調整される。制御発生器７１は、電圧を調整された制御発生器として構成することができ、またはデジタルで調整された制御発生器を含むことができる。このため、制御発生器７１は、制御入力７２によってアナログ信号またはデジタル信号を用いて制御することができる。電力増幅器６３は、供給電圧Ｅとの接続のために別個の入力７３を有することができる。
【００６７】
図２６の描写７５を参照すると、アクチュエータ１の定常波発生器２は、逆相で接続され、電気的励起装置７４に接続されている。この場合、電気的励起装置７４は、矩形または鋸歯形状、または図２６の描写７６および描写７７に示される以外の他の形態の非対称電圧＋Ｕａまたは−Ｕａを有することができる。
【００６８】
このような電気的励起装置７４は、制御入力７８を有する。制御入力７８によって、電圧の形状は、線ｙに対して鏡写しの形状で、時間軸ｔに対して平行な状態で変更することができる。電圧＋Ｕａまたは−Ｕａの周波数は、周波数Ｆａに等しい。
【００６９】
図２６の描写７９に示されるように、定常波発生器２の逆相接続は、電極１５および電極１６をクロスさせて接続することによって、または圧電セラミックの別個に配列された分極によってもたらされる。
【００７０】
図２７の描写８０は、共振面１１に質点６０を有する本発明に係るアクチュエータ１の中央部分を示す。逆相で接続された２つの定常波発生器２を用いてアクチュエータ１を制御する際、描写８３に示されるように、この点は線形軌道８１または若干湾曲した軌道８２の上を−ｘからｘへ移動する。軌道は、面Ｓおよび線ｐに対して対称に延在する。
【００７１】
図２７の描写８４は、質点６０の移動の時系列の変化を示す。これによれば、一方向へ移動する間、質点６０は時間ｔ１をかけて距離２ｘを進み、他の方向への移動は、時間ｔ２をかけて進む。これは、質点６０が移動方向に応じて異なる速度（ｖ１およびｖ２）で移動することを意味する。
【００７２】
図２８および図２９によれば、電気的励起装置７４は、非対称電圧を提供する発生器８５を含む。非対称電圧の形状は、制御入力７８を用いて鏡写しの形状に変更することができ、その周波数は制御入力７２によって調整することができる。発生器８５は、電圧が調整された発生器として構成することができる、またはデジタルで調整された制御発生器を含むことができる。このため、制御発生器８５は、制御入力７２によるアナログ信号またはデジタル信号を用いて調整することができる。
【００７３】
図３０の描写８８から９１によれば、アクチュエータ１は、出力８７を有するフィードバック要素８６を含むことができる。フィードバック要素の信号電圧Ｕｓは、出力８７において提供される。図３０の描写８８によれば、フィードバック要素８６は、定常波発生器２に直列で接続されたアクチュエータ１を含むことができる。この場合、抵抗器９２、コンデンサ９３、またはインダクタ９４は、フィードバック要素に相当する。これらの部品は、個別の状態、対の状態、または他の組み合わせにより接続することができる。
【００７４】
図３０の描写８９によれば、アクチュエータ１の電極１５または１６は、フィードバック要素としても機能することができる。
【００７５】
図３０の描写９０によれば、フィードバック要素８６として構成されるさらなる予備電極９５は、アクチュエータ１に配置することができる。
【００７６】
図３０の描写９１によるさらなる変形例においては、フィードバック要素８６として構成される予備圧電要素９６は、アクチュエータ１の上に配置することができる。
【００７７】
図３１によれば、励起装置５１および７４において、フィードバック要素８６は、出力電圧Ｕｓの第一の調波のフィルタ９７に接続することができる。フィルタ９７は、簡易なＬＣバンドフィルタに相当し、低周波数のための活性フィルタまたは活性バンドフィルタとして構成することができる。フィルタ９７は、デジタルフィルタとすることもできる。フィルタ９７の役割は、フィードバック要素の電圧Ｕｓの第一の調波を取り除くことである。フィルタ９７の出力には、正弦曲線の電圧Ｕｒが表れる。
【００７８】
電気的励起装置５１および７４は、支持入力９９と測定入力１００とを有する相検出器９８（図３２を参照）をさらに含むことができる。アクチュエータ１の定常派発生器２を励起する電圧である励起電圧Ｕａ、またはこの電圧と同調する電圧は、支持入力９９に印加される。電圧ＵｓまたはＵｒは、測定入力１００に印加される。相検出器９８は、立ち上がり電圧ＵａおよびＵｒを形成するコンパレータ１０１および１０２を含むことができる。相検出器９８は、その出力において、電圧ＵａとＵｒとの間の相移行φの角度に関する情報を含むアナログまたは個別の信号をもたらす。
【００７９】
図３３は、本発明に係るアクチュエータ１を有する１つのモータのための励起装置を示すブロック図である。電気的励起装置５１および７４は、モータの始動および停止に使用される制御入力１０５を有する電源スイッチ１０４を含むことができる。電気的励起装置５１および７４は、フィルタ９７と同様に、電圧Ｕａの第一の調波のためのフィルタ１０６をさらに含むことができる。
【００８０】
図３４によれば、電気的励起装置５１および７４は、電力増幅器６３の電圧Ｅのための制御部１０７を含むことができる。このような制御部は、電力増幅器１０９を有するＰＷＭ変調器１０８を含むことができる。変調器１０８は、アナログまたはデジタル制御入力１１０と同期入力１１１とを有することができる。ＰＷＭパルスの幅は、制御入力１１０により変更される。電力増幅器１０９は、フィルタ１１２を含む。
【００８１】
第一の調波のためのフィルタ９７および１０６、相検出器９８、制御発生器７１および７５、およびＰＷＭ変調器１０８は、デジタル演算ユニット１１３の対応するプログラミングによって実施することができる。デジタル演算ユニット１１３は、集積ＤＳＰマイクロプロセッサ回路または集積ＦＰＧＡマイクロプロセッサ回路とすることができる。
【００８２】
図３５によれば、本発明によるアクチュエータによって駆動されるモータの要素は、位置または速度エンコーダ１１４を有することができ、電気的励起装置５１および７４は、被駆動要素５の位置または速度のための制御部１１５を含むことができる。制御部１１５は、基準入力１１６と、移動方向を制御するための出力１１７と、被駆動要素５の移動速度を制御するための出力１１８とを有することができる。他の変形例において、出力１１７と出力１１８とは互いに接続することができる。制御部１１５は、たとえば、ＤＳＰまたはＦＰＧＡのような別個のデジタルコンピュータ組立体として構成することができる。制御部１１６は、さらにデジタル演算ユニット１１３であってもよい。
【００８３】
本発明に係るアクチュエータの制御は、原理として２つの方法により行うことができる。
【００８４】
第一の機能的原理によれば、電気的励起装置５１は、定常音波発生器２の１つに設けられる励起電極層１５および一般電極層１６に対して励起交流電圧Ｕａを印加する。逆圧電効果により、電極１５と電極１６との間に形成される電界は、圧電セラミック層１７に影響を与え、アクチュエータ１の変形を引き起こす。変形振幅の大きさは、電界強度によって定められ、電界強度は、電圧Ｕａのレベルおよび圧電セラミック層１７の厚さに依存する。
【００８５】
電圧Ｕａのレベルは、定常波発生器２を複数の部分、すなわち複数の層（たとえば、多層構造）に分割することによって、必要に応じて減少させることができる。
【００８６】
励起電圧Ｕａの周波数Ｆａは、共振面１１の縦振動における第二のモードの共振周波数に対応する周波数Ｆｏに等しくなるように選択することができる、または、周波数Ｆａはこの周波数Ｆｏに近づけることができる。周波数Ｆｏ（Ｆａ）において、長さＬに等しい長さを有する音波は、アクチュエータ１の共振面１１に沿って伝搬する。
【００８７】
共振面１２は、この周波数においては共振面に相当しないため（長さＢがアクチュエータ１で励起された波の波長の半分の倍数でない）、この場合においても、音波はこの面に沿って伝搬しない。
【００８８】
これは、共振面１１に位置するアクチュエータ１の質点の平均振幅が、非共振面１２上に存在する質点の平均振幅よりも大きいことを意味する。これにより、アクチュエータ１の共鳴振動が起こる一方の共振領域２３は、本発明に係るアクチュエータ１において実質的に特定される。アクチュエータ１の非共振領域は、この共振領域２３の外に位置する。
【００８９】
周波数Ｆｏは、式Ｆｏ＝Ｎ／Ｌによって概算することができる。Ｎは、圧電セラミックの種類およびアクチュエータ１の形状にある程度依存する周波数定数である。図８の描写３４に示され、ＰＩセラミック社によって製造されている圧電セラミックＰＩＣ１８１からなるアクチュエータについては、Ｌ＝５０ｍｍ、ｎ＝８ｍｍ、ｃ＝６０ｍｍ、およびｈ＝１０ｍｍ、Ｎ＝４６９４．９ｋＨｚｍｍである。
【００９０】
本発明に係るアクチュエータ１は、対称面Ｓ（ｐ）に対して対称に構成され、定常音波発生器２は、この面Ｓおよびこの面の両側に対して対称に配置される。
【００９１】
考察されるこの場合においては、電気的励起電圧Ｕａは一方の定常波発生器２のみに印加されるため、この定常波発生器２が配置される場所のみにおいてアクチュエータ１を変形させる。この変形の結果として、音波はアクチュエータ１内で引き起こされる。アクチュエータ１は、定常波発生器２が配置される場所および電気的励起電圧Ｕａが印加されない場所への音波の伝搬に対抗する。
【００９２】
結果として、非対称定常波がアクチュエータ１において形成される。非対称波が伝搬することによって、共振面１１の中心部に存在するアクチュエータ１の質点は、傾斜した線形軌道６１または楕円軌道６２の上を移動する（図２１に示される質点６０）。共振面１１に対する軌道６１および６２の傾斜角度は、アクチュエータ１の形状に依存する。図２１は、共振面１１に向かって傾斜した軌道６１および６２が上昇する音波を示し、これらは右傾波ということができる。
【００９３】
本発明に係るアクチュエータ１は、共振面１１の中央側に配置されたさらなる共振長Ｈまたは２つのさらなる共振長Ｇ（図５の描写２２、２５、および２６）を有することができる。図１９の描写５５および描写５６は、長さＧに対してさらに共振が発生したアクチュエータ１の変形を示す。さらなる共振と基本的な共振とが併せて励起されることによって、図２１に示される楕円軌道６２がより幅広くなるように様々に変化させることができる。
【００９４】
摩擦要素３または摩擦層４は、共振面１１において対称面Ｓ（ｐ）に対して対称に配置される。これにより、摩擦要素３の質点または摩擦層４の質点が類似の軌道６１および６２の上を移動する。
【００９５】
摩擦要素３または摩擦層４が傾斜した軌道６１または楕円軌道６２の上を移動することによって、図２１において矢印で示される被駆動要素５の動きが引き起こされる。
【００９６】
定常波発生器２の切換えスイッチ５２を切り替えることにより、右傾定常波（図２０、２１）または左傾定常波（図示せず）をアクチュエータ１内にもたらすことができる。この態様で、被駆動要素５の移動方向を逆転させることができる。
【００９７】
第二の機能的原理によれば、両方の定常波発生器２は同相で接続される。これにより、電気的励起装置７４により提供される非対称電圧＋Ｕａ（または−Ｕａ）は、両方の定常波発生器２（図２６の描写７５から７７）に印加される。電圧Ｕａの周波数は、共振面１１に沿った縦方向の波における第二モードの共振周波数に対応する周波数Ｆｏと等しくなるように選択される。この電圧の影響により、質点６０（図２７の描写８０および８３）は、線形軌道８１または若干湾曲した軌道８２の上を移動する。
【００９８】
定常波発生器２が逆相で接続され、異なる長さＬ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３（図３を参照）を有するアクチュエータ１に対して非対称電圧が作用することにより、質点６０の移動が時間の経過とともに非対称となる。図２７の描写８４に示されるように、この非対称は、質点６０が期間の前半（ｔ１、ｖ１）において期間の後半（ｔ２、ｖ２）よりも早く移動する点において表わされる。アクチュエータ１の摩擦要素３もまた、同様に移動する。
【００９９】
時間経過に伴う非対称な質点６０の移動は、励起電圧＋Ｕａ（または−Ｕａ）の調波の大部分において長さ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）が共振長に相当するという事実により説明することができる。
【０１００】
摩擦要素３と被駆動要素５との間の摩擦接触が非線形であることにより、図２７の矢印に示される方向に被駆動要素５を押す力が引き起こされる。
【０１０１】
切換えスイッチ７８によって電圧の形状＋Ｕａが鏡写しの形状−Ｕａ（図２６の描写７５から描写７７）に変化することにより、力の作用方向が変わる、すなわち、被駆動要素５の移動方向の変化が引き起こされる。
【０１０２】
上述の機能的原理の両方は、少なくとも図６から図１０に示されるアクチュエータの種類に対して適用される。
【０１０３】
本発明に係るアクチュエータは、被駆動要素５が縦方向の移動または回転動作を行うモータに使用することができる。
【０１０４】
長い側面３９が長さＬを有する共振面１１を形成する二等辺台形（図９の描写３６および図１９の描写５７）としてアクチュエータ１が構成される場合、アクチュエータ１は、図２０の描写５８および描写５９に示される態様で振動する。この場合、側面３９と前面３８との間の角度として、４５°を選択することができる（図１０の描写４１を参照）。
【０１０５】
モータは、例えば、マルタ十字架を形成するように配置された本発明に係るアクチュエータ１を４つ有することができる（図１０の描写４２）。この場合、アクチュエータ１は、音響的に分離することができる。
【０１０６】
アクチュエータは、さらに導電材料を有する、または導電材料からなる接続要素４３を用いて互いに音響的に接続することができる。この場合、４つのアクチュエータ１の全ては、一体型アクチュエータのように振動する、音響的に結合したアクチュエータ装置４４を形成する（図１０の描写４２を参照）。
【０１０７】
上記のアクチュエータ装置４４は、側面３９の各々に摩擦要素３を有することができる（図１１の描写４５および描写４６を参照）。
【０１０８】
この様なアクチュエータ装置４４を有するモータは、個別に駆動される被駆動要素５（図１５参照）または対となって結合された被駆動要素５（図１６参照）を有することができる。
【０１０９】
個別に駆動される被駆動要素５を有するモータのアクチュエータ装置４４に設けられた定常波発生器２は、図２２に示されるように励起装置５に接続することができる。
【０１１０】
アクチュエータ装置４４は、側面３９に摩擦層４をさらに有することができる（図１２の描写４７および描写４８を参照）。
【０１１１】
このようなアクチュエータ装置４４を有するモータは、プラットフォーム５０の移動をもたらす、対となって接続された被駆動要素５を含むことができる。このようなモータは、図１７の矢印に示されるように、プラットフォーム５０の二軸移動を可能とする。
【０１１２】
図１６および図１７に示されるような、対で接続された被駆動要素５を有するモータのアクチュエータ装置４４に設けられた定常波発生器２は、図２３に示されるような態様で励起装置５１に接続することができる。
【０１１３】
半ブリッジ電力増幅器６３は、電気的励起装置５１、７４（図２４、図２５、図２８および図２９参照）に使用することができる。
【０１１４】
電力増幅器６３の出力６４および６５は、アクチュエータ１の定常音波発生器２に対して直接的または昇圧器６６によって接続することができる。電力増幅器６３により提供される電気的励起電圧Ｕａは、正弦曲線、不等辺四角形、または矩形の形状を有することができる。
【０１１５】
電気的励起電圧Ｕａの形状は、発生器７１および８５によってもたらされる。この電圧の周波数Ｆａは、制御入力７２に付与されるアナログまたはデジタル信号によって調整することができる。
【０１１６】
図２４、図２５、図２８、図２９に示されるように、電圧Ｕａは、アクチュエータ１の定常波発生器２の電極１５、１６に対して直接的に印加することができる。
【０１１７】
電気的励起装置５１および７４は、フィードバック要素８６を有することができる。電圧Ｕａの相に対する第一の調波の相が周波数Ｆｏの位置を反映する電圧Ｕｓは、フィードバック要素８６の出力８７に設けられる。
【０１１８】
実際に電圧Ｕｓは常に正弦曲線の形状を有するわけではないことから、電気的励起装置５１および７４は、第一の調波９７のためのフィルタを有することができ、このフィルタがフィードバック要素８６の出力に接続される。非正弦曲線電圧Ｕｓは、フィルタ９７の入力に印加され、電圧Ｕｓと同じ周波数を有する正弦曲線電圧は、その出力に表れる。
【０１１９】
電圧Ｕａと電圧Ｕｓとの間の相の違いを定めるために、電気的励起装置は、相検出器９８（図３２および３３を参照）を有することができる。相検出器９８は、出力１０３にアナログまたはデジタル信号を付与し、この信号は、電圧Ｕａと電圧Ｕｓとの間の相の違いを示す。この信号は、発生器７１および８５の制御入力７２に到達する。この信号により、発生器７１および８５により提供される電圧の周波数が常に周波数Ｆｏ（Ｆａ）と等しくなる。これにより、モータの動作を幅広い温度範囲において安定させることができる。
【０１２０】
電気的励起装置５１、７４には、図３４に示されるように、電力増幅器の供給電圧ＥのためのＰＷＭ制御部１０７を設けることができる。アナログまたはデジタル信号がＰＷＭ変調器１０８の入力１１０に付与されると、電力増幅器６３の入力７３に表れる電圧Ｅが変化する。これにより、電圧Ｕａの振幅が変化する。これにより、アクチュエータ１の励起レベルが変化し、その結果、被駆動構成要素５の移動速度が変化する。
【０１２１】
フィルタ９７、１０６、相検出器９８、制御発生器７１、８５、およびＰＷＭ変調器１０８のの機能は、デジタル演算ユニット１１３に記憶されたプログラムによって実施することができる。
【０１２２】
被駆動要素５には、位置または速度エンコーダ１１４を設けることができる。さらに、電気的励起装置５１、７４には、被駆動構成要素５の位置または速度のためのデジタル制御部１１５を設けることができる（図３５参照）。制御部１１５は、別個のデジタルユニットとして、またはデジタル演算ユニットのプログラム部として実施することができる。
【０１２３】
モータの励起装置がエンコーダ１１４および制御部１１５を含む場合、被駆動要素５を高い精密性をもって配置することができる、または高い正確性をもって速度を定めることができる。
【０１２４】
本発明に係るアクチュエータ１は、アクチュエータ１の領域２３のみが共振動作を行うように構成される。アクチュエータ１の残りの領域は、共振動作を行わない。これは、領域２３の質点の平均振動振幅がアクチュエータ１の他の領域の平均振動振幅よりも大きいことを意味する。アクチュエータ１のこの領域における内部摩擦による機械的損失は、領域２３における機械的損失よりも小さい。本発明に係るモータのアクチュエータ１は、共振長Ｌが同じであるなら、ＤＥ１０２００４０２４６５６Ａ１公報により公知のモータのアクチュエータよりも小さい容量とを有する。これにより、アクチュエータ１の機械的損失をさらに減らすことができる。これに基づき、アクチュエータ１の内部摩擦による全体的な機械的損失は、他の公知のモータのアクチュエータの内部摩擦による損失より小さい。
【０１２５】
内部摩擦による損失を減らすことで、同じ励起電圧において、摩擦要素３の振動速度、すなわち被駆動要素５の移動速度を高めることができる。結果として、対応するモータの効率性が向上する。第二の側面領域１２は非共振面に相当するため、この面の質点の振動速度は、公知のモータのアクチュエータ面の質点の速度よりも低い。結果として、対応するモータに使用される際に、アクチュエータ１の取付要素９で起こる外部摩擦による機械的損失が減る。内部摩擦による損失を減らすことにより、アクチュエータ１および対応するモータにおける加熱もまた減少する。内部摩擦および外部摩擦による損失を下げることにより、本発明に係るアクチュエータ１の電気的入力インピーダンスの活性成分の減少が、このインピーダンスの容量性成分に比例して引き起こされる。これにより、アクチュエータ１の入力容量の充電電流および容量性電流が、アクチュエータ１を介して流れる電流の活性成分に比例して減少する。両方が電力増幅器内における損失を減らし、その結果、電旅行増幅器のトランジスタの加熱が減る。本発明により実行されるアクチュエータにおいて、音波の発生器をブリッジ電力増幅器に（分離フィルタを設けることなく）直接的に接続することができる。これにより、電気的励起装置の構成が簡易化され、電気的励起装置の加熱が減り、アクチュエータの動作性能が向上する。結果として、適用領域が拡大する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関し、好ましくはプレートの形状の圧電アクチュエータに関する。アクチュエータは、アクチュエータにおいて定常音波を励起させるための少なくとも２つの発生器を含む。アクチュエータは、少なくとも２つの主面と、主面に対して垂直に延在する対称面Ｓとを有する。発生器は、この対称面に対して対称に配置され、アクチュエータの実質的に平坦な第一の側面領域に配置される。少なくとも一つの摩擦要素および／または少なくとも一つの摩擦層が、被駆動要素と摩擦接触するように設けられる。第一の側面領域は、アクチュエータにおいて励起される定常音波の波長に実質的に対応する長さＬを有する。
【背景技術】
【０００２】
このような矩形圧電プレート形のアクチュエータは、ドイツ出願公開ＤＥ１０２００４０２４６５６Ａ１により公知である。アクチュエータにおいて励起された定常音波は、アクチュエータの２つの長い表面に沿って伝搬する。なぜなら、上記の表面の長さが定常音波の共振長に相当するためである。このモータのアクチュエータの歪みは、このアクチュエータの縦方向の対称面に対して対称に起こる。これは、モータのアクチュエータが、内部摩擦によって縦方向の対称面に対して対称に加熱されることを意味する。摩擦要素が配置されていないアクチュエータの面は、摩擦要素が配置されている面と全く同じように加熱される。このような理由から、内部摩擦によってアクチュエータ内に明瞭なエネルギー損失が起こる。
【０００３】
対応するモータにおいてアクチュエータが使用されると、アクチュエータが外から支持される点、すなわち接着点または支持点において、外部摩擦が生じる。ここでもアクチュエータの振動がかなり速いことから、上記の外部摩擦によって、さらなる熱が少なくとも部分的にアクチュエータ内に導入される結果となる。
【０００４】
アクチュエータの内部摩擦および外部摩擦によって引き起こされる機械的損失により、アクチュエータの全体的な振動速度が落ち、その結果として、アクチュエータによって駆動される要素の動作速度も落ちる。これにより、対応するモータの効率が落ちる。同時に、内部摩擦および外部摩擦によって引き起こされるアクチュエータの加熱が機械的損失につながり、その結果として、アクチュエータの動作の信頼性が落ちる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、作動時における内部摩擦と外部摩擦を明らかに減らし、自己加熱が少なく、効率の向上およびより良好な動作信頼性を実現するアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、冒頭で言及した種類のアクチュエータにおいて、さらにアクチュエータの第二の側面領域の長さＢが、アクチュエータにおいて励起される定常音波の波長よりも大きく、励起される定常音波の波長の半分の倍数に等しくならないように形成することにより、達成される。
【０００７】
アクチュエータは、第一の側面領域の縦振動における第二モードの共振周波数に実質的に対応する周波数を以て、少なくとも一つの発生器が作動して振動するように電気的に制御されるのが好ましい。この結果、第一の側面領域の長さＬに対応する長さを有する音波が、第一の側面領域またはその表面（共振面）に沿って伝搬する。
【０００８】
第二の側面領域の長さＢは、アクチュエータにおいて励起される波の波長の半分の倍数に対応しないので、音波は第二の側面領域またはその表面に沿って伝搬しない。この周波数では、第二の側面領域の表面は、共振面に相当しない（非共振面）。
【０００９】
これは、共振面に位置するアクチュエータの質点が、非共振面に位置する質点よりも大きな平均振幅を有することを意味する。本発明によるアクチュエータの場合、アクチュエータの共鳴振動が起こる共振領域は、結果として実質的に特定することができる。アクチュエータの非共振領域は、この共振領域の外に位置する。共振領域内において、質点における平均振動振幅は、アクチュエータの他の領域よりも大きい。これにより、内部摩擦によって引き起こされる機械的損失または加熱は、非共振領域の方が共振領域よりも小さいといえる。
【００１０】
本発明によるアクチュエータが非共振領域の所定の場所または点に支持または固定される場合、この面における質点の振動速度が低いため、外部摩擦による機械的損失は減少する。
【００１１】
内部摩擦および外部摩擦による機械的損失が非共振領域において減少するため、アクチュエータの全体的な加熱が減り、その結果として、有効性の向上および動作信頼性の向上が達成される。
【００１２】
さらなる利点として、所与の共振長Ｌに関して、本発明によるアクチュエータは、ドイツ公報ＤＥ１０２００４０２４６５６Ａ１による技術から公知のアクチュエータよりも大きさがかなり小さい。このような状況により、アクチュエータにおける機械的損失が同様に減少する。
【００１３】
所与の励起電圧において、機械的損失を減らすことによって摩擦要素の振動速度を速くすることができる。これにより、アクチュエータにより駆動される要素の動作速度を高めることができる。結果として、対応するモータの効率が上がる。
【００１４】
本発明のアクチュエータにおいては、内部摩擦および外部摩擦による機械的損失を減少させることによって、アクチュエータの電気入力インピーダンスの活性成分がこのインピーダンスの容量性成分に比例して減少する。これにより、アクチュエータの入力容量の充電電流および容量性電流が、アクチュエータを流れる電流の活性成分に比例して減少する。
【００１５】
これら両方によって、アクチュエータの電気的励起に使用される電力増幅器における損失が低くなり、その結果として、電力増幅器におけるトランジスタの加熱が減少する。これにより、本発明によるアクチュエータでは、他の慣用の分離フィルタを使用することなく、例えば、音波発生器を直接的にブリッジ電力増幅器に接続することができる。これにより、電気的励起装置の構成が簡素化され、同装置の加熱が減少し、モータの動作信頼性が向上する。
【００１６】
本発明によるアクチュエータの好ましい形態は、従属請求項の対象である。
第二の側面領域は、以下の要件のうち少なくとも一つを満たすと都合が良い。
【００１７】
ａ）第二の側面領域は、少なくとも部分的に湾曲している。
ｂ）第二の側面領域は、少なくとも１つの凹部および／または少なくとも１つの凸部を含む。
【００１８】
ｃ）第二の側面領域は、少なくとも部分的に平坦である。
ｄ）第二の側面領域は、第一の側面領域とは別に配列される２つ以上の平坦部からなる。
【００１９】
ｅ）第二の側面領域は、平坦部と湾曲部とからなる。
アクチュエータのこのような形態により、設計の可能性が広がり、例えば、アクチュエータが構成または使用される形状的または構造的状態に対して選択的に適合させることができる。これに関連し、第二の側面領域を単一の面または複数の面として構成することが考えられる。多面構成の場合、第二の側面領域が一連の平坦部と湾曲部とを有することがさらに考えられる。
【００２０】
特に、ここでアクチュエータが以下の要件のうち少なくとも一つを満たすと都合が良い。
【００２１】
ａ）上から見て、アクチュエータは、円形部分または楕円形部分の形成を有する。
ｂ）上から見て、アクチュエータは、二等辺台形の形状を有する。
【００２２】
これらの幾何学的形状は、製造が比較的容易である。
第二の側面領域の上には少なくとも１つの点があり、この点から第一の側面領域と対称面Ｓとの交点への距離が、アクチュエータにおいて励起される波の波長の半分に実質的に対応すると、より都合が良い。これにより、モータの効率が向上する。
【００２３】
摩擦要素および／または摩擦層は、以下の要件のうち少なくとも一つを満たすとさらに都合が良い。
【００２４】
ａ）摩擦要素および／または摩擦層の配置は、対称面Ｓに対して対称である。
ｂ）摩擦要素および／または摩擦層の配置は、第一の側面領域の全体に沿う。
【００２５】
これにより、アクチュエータの設計可能性が広がる。
作動時において超音波範囲でアクチュエータの振動を行うと、より好ましい。これにより、アクチュエータの適用範囲が広がる。
【００２６】
同様に、アクチュエータを単層または多層とし、層が圧電材料、好ましくは圧電セラミック材料からなると都合が良い。単層構造は、比較的実施しやすい。多層構造の場合、電気的励起電圧を単層構造の場合よりもかなり小さくすることができる。一般に、圧電材料は比較的高い（逆性の）圧電効果を有し、特に効果的である。
【００２７】
本発明は、さらに上述の好都合な実施例のいずれか１つに係るアクチュエータを少なくとも１つ有するモータに関する。モータは、被駆動要素と、電気的励起装置とをさらに有する。
【００２８】
これに関連し、モータが４つのアクチュエータを有し、アクチュエータの各々が二等辺台形の形状であり、これらがマルタ十字架を形成するように配置されると都合が良い。ここで、アクチュエータが接続要素によって互いに接続され、接続要素が少なくとも部分的に各アクチュエータの第二の側面領域に接触していると都合が良い。接続部材は、遮音材料を有する、好ましくは遮音材料からなると都合が良い。遮音材料は、酸化物セラミックまたはアクチュエータと同じ材料からなることが好ましい。これにより、特に効果的かつ動作信頼性の高いモータが得られる。
【００２９】
モータのアクチュエータは、フィードバック要素を有すると都合が良い。好ましい構成においては、フィードバック要素の出力は、入力電圧の第一の調波のためのフィルタに接続される。これにより、モータのアクチュエータのための励起電圧の周波数を最適に設定することができる。
【００３０】
同様に、モータの電気的励起装置は、以下の要件のうち少なくとも１つを満たすと都合が良い。
【００３１】
ａ）電気的励起装置は、アクチュエータにおいて右に傾斜する非対称定常波または左に傾斜する非対称定常波を励起するための発生器の１つに電気的励起装置を接続するために使用される切換えスイッチを有する。
【００３２】
ｂ）電気的励起装置は、周期的な非対称電圧を供給し、発生器は逆相で互いに接続されている。
【００３３】
ｃ）電気的励起装置は、１つの発生器または両方の発生器に対して直接的に、または昇圧器（Ａｕｆｓｐａｎｎｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｏｒ）を用いて接続された半ブリッジ電力増幅器またはブリッジ電力増幅器を有する。
【００３４】
ｄ）電気的励起装置は、出力が電力増幅器の入力に接続された電圧励起用の制御発生器を有する。制御発生器の制御入力は、相検出器の出力に接続される。この相検出器の測定入力は、電力増幅器の出力に対して直接的に、またはフィルタを用いて接続され、支持入力は、フィードバック回路要素の出力に対して直接的に、または第一の調波のフィルタを用いて接続される。
【００３５】
ｅ）電気的励起装置は、電力増幅器の電圧供給のためのＰＷＭ制御部を有する。
ｆ）電気的励起装置は、第一の調波のための１つまたは２つのフィルタと、相検出器と、電気的励起装置のための制御発生器と、電力増幅器の供給電圧のＰＷＭ制御部のＰＷＭ変調器とをソフトウェアで実施するためのデジタル演算ユニットを有する。
【００３６】
切換えスイッチは、被駆動要素の動きの方向を変更することを可能にする。１つの発生器または両方の発生器に対して直接的に、または昇圧器によって接続された半ブリッジ電力増幅器またはブリッジ電力増幅器を設けることにより、電気的励起装置における損失が大幅に減少する。制御発生器を上述の方法によって設けることで、励起電圧の周波数を安定させることができる。電力増幅器の供給電圧のためのＰＷＭ制御部を電気的励起装置に配備することにより、被駆動要素の動作速度を制御することができる。上述の方法によってデジタル演算ユニットを設けることにより、電気的励起装置の電気回路構成が簡素化される。
【００３７】
被駆動要素の位置または動作速度のためのエンコーダを被駆動要素に設け、被駆動要素の位置または動作速度のためのデジタル制御部を電気的励起装置に配備すると都合が良い。被駆動要素の位置または動作速度のためのデジタル制御部を、デジタル演算ユニットのソフトウェアにより実施すると都合が良い。この方法により、モータの機能を正確に制御することができる。
【００３８】
本発明の好ましい更なる構成は、従属請求項の組み合わせまたはその一部により得られる。
【００３９】
概略的であって、尺度どおりでない態様で以下に示される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】摩擦要素を有する本発明に係るアクチュエータを含むモータを示す図である。
【図２】摩擦層を有する本発明に係るアクチュエータを含むモータを示す図である。
【図３】斜視図（描写１３）および上面図（描写１４）における本発明に係るアクチュエータの実施例を示す図である。
【図４】描写１８：本発明に係る単層アクチュエータの断面図であり、描写１９：本発明に係る多層アクチュエータの断面図である。
【図５】描写２２、２５、および２６：本発明に係るアクチュエータの実施例を示す図である。
【図６】描写２８および２９：湾曲した第二の側面領域を有する本発明に係るアクチュエータを示す図である。
【図７】描写３２および３３：複数の平坦部が形成された第二の側面領域を有する本発明に係るアクチュエータを示す図である。
【図８】描写３４：第一の側面領域の全体に沿って摩擦層が配置された本発明に係るアクチュエータを示す図であり、描写３５：対称的に配置された摩擦要素を有する本発明に係るアクチュエータを示す図である。
【図９】描写３６および３７：上面視において台形形状を有する本発明に係るアクチュエータを示す図である。
【図１０】描写４１：上面視において台形形状を有する本発明に係るアクチュエータを示す図であり、描写４２：接続要素を用いて互いに音響的に接続された、描写４１の本発明に係る４つのアクチュエータの配置を示す図である。
【図１１】描写４５：実質的に三角形状を有し、接続要素によって互いに接続された本発明に係る４つのアクチュエータの配置を示す上面図であり、描写４６：描写４５の配置を示す斜視図である。
【図１２】描写４７：接続要素によって接続され、摩擦層を有する本発明に係る４つのアクチュエータの配置を示す上面図であり、描写４８：描写４７の配置を示す斜視図である。
【図１３】円盤形状を有する被駆動要素を回転駆動させるための本発明に係るアクチュエータを有するモータを示す図である。
【図１４】互いに対向して配置され、その間に配置された棒状の被駆動要素を動かすための本発明に係る２つのアクチュエータを有するモータを示す図である。
【図１５】各々が摩擦要素を有する本発明に係る４つのアクチュエータを含むモータの実施例を示す図である。
【図１６】各々が摩擦要素を有する、本発明に係る４つのアクチュエータを含むモータのさらなる実施例を示す図である。
【図１７】各々が摩擦層を有する、本発明に係る４つのアクチュエータを含むモータの実施例である。
【図１８】モータのアクチュエータに対する電気的励起装置の接続を説明するためのブロック図である。
【図１９】描写５４：非励起状態（ｕｎｅｒｒｅｇｔｅｎ Ｚｕｓｔａｎｄ）における本発明に係るアクチュエータの上面図である。描写５５および５６：異なる時点において描写５４の本発明に係る励起されたアクチュエータが変形した状態を示す図である。
【図２０】描写５７：基底状態において台形形状を有する本発明に係るアクチュエータの上面図であり、描写５８および５９：異なる時点において描写５７の本発明に係る励起したアクチュエータが変形した状態を説明するための図である。
【図２１】モータの機能的原理を説明するための図である。
【図２２】音響的に分離された本発明に係る複数のアクチュエータに対する電気的励起装置の接続を説明するためのブロック図である。
【図２３】互いに音響的に接続された本発明に係る複数のアクチュエータに対する電気的励起装置の接続を説明するためのブロック図である。
【図２４】電気的励起装置の実施例を示すブロック図である。
【図２５】電気的励起装置のさらなる実施例を示すブロック図である。
【図２６】本発明に係るアクチュエータに対する電気的励起装置の接続を示すためのブロック図であって、発生器が逆相で接続された状態（描写７５）または異なる極性を有する状態（描写７９）を示す図である。
【図２７】モータのさらなる機能的原理を説明するための図である。
【図２８】電気的励起装置のさらなる実施例を示すブロック図である。
【図２９】電気的励起装置のさらなる実施例を示すブロック図である。
【図３０】描写８８〜描写９１：本発明に係るアクチュエータのフィードバック要素の実施例を示すブロック図である。
【図３１】第一の調波のためのフィルタに対するフィードバック要素の接続を示すブロック図である。
【図３２】相検出器の設置について説明するためのブロック図である。
【図３３】電気的励起装置のさらなる実施例を示すブロック図である。
【図３４】電気的励起装置のさらなる実施例を示すブロック図である。
【図３５】電気的励起装置のさらなる実施例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１および図２は、本発明に係るアクチュエータを有するモータの変形例を示す。モータは、それぞれアクチュエータ１を有する。アクチュエータ１は、２つの定常音波発生器２を有する圧電プレートとして構成され、摩擦要素３（図１）または摩擦層４（図２）が設けられる。摩擦要素３または摩擦層４は、ばね要素６を用いて、被駆動要素５に対して押し当てられる。被駆動要素５は、２つ（図１）または１つ（図２）のボールベアリング７によって保持され、可動な態様で支持される。取付要素９は、ハウジング８に対してアクチュエータ１が動かないように、アクチュエータ１を所定位置に固定する。
【００４２】
アクチュエータ１は、２つの主面１０と、第一の側面領域１１と、第二の側面領域１２とを含む。第一の側面領域１１の面は共振面に相当し、第二の側面領域１２の面は非共振面に相当する。第一の側面領域は平坦な形状を有する、すなわち、対応面が平坦である。第一の側面領域または共振面の長さはＬである。第二の側面領域１２は曲面を有し、平坦ではない。第二の側面領域または非共振面の長さはＢである。共振面１１の長さＬは、アクチュエータ１において励起された音波の波長に等しい。非共振面１２の長さＢは、アクチュエータ１において励起された音波よりも長く、励起された波の波長の半分の倍数とは等しくない。
【００４３】
摩擦要素３（図１）および摩擦層４（図２）は、アクチュエータ１の非共振面１１の上に配置される。すなわち、いずれの場合においても、主面１０に対して垂直に延在する（図示しない）対称面Ｓに対して対称となる。定常波発生器２も、同様に上述の対称面（Ｓ）の２つの面に対して対称に配置される。
【００４４】
図３に示される本発明に係るアクチュエータの実施例によれば、共振面１１に対して垂直な方向におけるアクチュエータ１の寸法Ｌは変更され、図３の描写１４に示されるように、値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を伴って延在する。アクチュエータ１において励起された波の共振は、長さＬを有する第一の側面領域または共振面に沿って引き起こされる。この共振は、アクチュエータ１の共振領域２３を含む。共振長Ｌと共振領域２３とによって、アクチュエータ１の主な共振長および共振領域が形成される。本発明は、１つの共振長Ｌおよび１つの共振領域２３のみが存在するアクチュエータ１の構造的設計を提供する。アクチュエータ１の厚さｈは、例えば共振長Ｌの５分の１から１０分の１よりも小さい。アクチュエータ１は、共振面１１の中央部に延在して共振面１１および主面１０に対して垂直な面Ｓに対して対称となるように適用される。図３の描写１３および描写１４において、線ｐは、面Ｓとアクチュエータ１との交差線を示す。
【００４５】
図４の描写１８によれば、各定常音波発生器２は、励起電極層１５と、一般電極層１６と、これらの間に設けられる圧電セラミック層１７とを含む三層構造を有することができる。図４の描写１９に示されるように、各定常波発生器２は、多数の層１５、１６、１７が交互に設けられた多層構造を有してもよい。ここで、２つの一般電極１６を組み合わせて１つの一般電極としてもよい。電極１５と電極１６との間の圧電セラミック層１７の分極は、これらの電極に対して垂直に延在する。図４の矢印は、分極方向を示す。電極１５と電極１６とは、接続点または接続線２０および２１によって励起電圧または対応する電子機器に接続される。
【００４６】
図５の描写２２によれば、アクチュエータ１の幾何学的形状は、アクチュエータ１において励起された波の波長の半分に等しい共振長Ｈをアクチュエータが有するように形成してもよい。アクチュエータ１の共振領域２４は、長さＨで囲う領域にある。長さＨは、アクチュエータ１の突出部分の高さに等しくすることができる。アクチュエータ１は、さらに２つの更なる共振長Ｇを有することができる（図５の描写２５および描写２６を参照）。長さＧは、アクチュエータにおいて励起される波の波長の半分に等しくなるように選択される。この場合、アクチュエータ１は、２つのさらなる共振領域２７を有する。
【００４７】
アクチュエータ１の第二の側面領域または非共振領域１２は、図６の描写２８による円形または円弧の幾何学的形状を有する部分を含むことができる。図６の描写２９によれば、非共振面１２は、楕円形状または長円形状を有することもできる。共振面１２は、さらに非角形状を有することができる。
【００４８】
図７の描写３２および描写３３に示される非共振面１２は、各々が長さｎおよびｍを有する複数の平坦面３０および３１によって形成される多面（折れ線）形状をさらに有することができる。この場合、非共振面１２の長さＢは、全ての面３０および３１の長さｎおよびｍの和である。これにより、長さＢはアクチュエータ１で励起された音波の長さよりも大きくなり、かつ各長さｎおよびｍは励起された波の半分に等しくならないと言える。
【００４９】
図８の描写３４および描写３５に示されるように、非共振面１２は、長さｃおよびｇを有する１つ以上の筒状、長円状、または他の形状の非角面３２および３３と、長さｎおよびｍを有する複数の平坦面３０および３１とによって形成される多面（折れ線）形状を有することができる。これにより、長さＢは、アクチュエータ１において励起される音波の波長より大きくなり、かつ各長さｎ、ｍ、ｃ、ｇは、アクチュエータ１において励起される波の波長の半分に等しくならない。
【００５０】
図９の描写３６および３７に示されるように、本発明に係るアクチュエータ１は、同様に二等辺台形の形状を有することができる。このようなアクチュエータ１は、２つの前面３８と、長い側面３９と、短い側面４０とを有する。このようなアクチュエータの高さＨは、励起される波の波長の半分に等しい。このようなアクチュエータ１に関しては、２つの変形例が考えられる。第一の場合として、図９の描写３６によれば、長い側面３９は共振面であるのに対して、非共振面は、２つの前面３８と短い側面４０とによって形成される。第二の場合として、図９の描写３７によれば、短い側面４０は共振面１１である。ここで、非共振面は、２つの前面３８と長い側面３９とによって形成される。
【００５１】
図１０の描写４１は、長い側面３９が共振面１１を形成する不等辺四角形のアクチュエータ１の上面図である。図１０の描写４２によれば、例えば、４つのアクチュエータは、対応するドライブまたはモータへの使用のために、接続要素４３によって音響的に互いに接続することができる。この場合、長い側面３９は共振面１１である。接続要素４３は、ポリマー材料などの遮音材料から製造することができる。接続要素４３は、酸化物セラミックまたは圧電セラミックなどの導音材料から製造することもできる。アクチュエータと接続要素４３との接続は、側面４０に対する接着または溶接によって行うことができる。接続要素４３は、一体型の部品として製造されるアクチュエータ装置４４の製造過程において、プレス加工によって製造することもできる。
【００５２】
図１１の描写４５および描写４６は、実質的に三角形状を有する４つのアクチュエータ１を含むアクチュエータ装置４４を示し、各アクチュエータ１はそれぞれの共振面１１に摩擦要素３を有する。摩擦要素３は、対称面（図示せず）に対して対称となるように共振面１１の中央部に配置される。
【００５３】
図１２の描写４７および描写４８は、実質的に三角形状を有する４つのアクチュエータ１を同様に含むアクチュエータ装置４４を示し、各アクチュエータ１は、ぞれぞれの共振面１１上に摩擦層４を有する。この場合、摩擦層４は、共振面１１の全長さＬに渡って延在する。
【００５４】
図１３は、短い側面４０によって共振面１１が形成され、台形の態様である本発明に係るアクチュエータ１を有するモータを示す。このモータの被駆動要素５は、円盤の形状を有する。
【００５５】
図１４に示されるモータは、互いに対向して配置された２つのアクチュエータ１を有する。
【００５６】
図１５は、図１１のアクチュエータ装置４４を有するモータを示し、４つの摩擦要素３に対して、個々に駆動される４つの要素５が押し当てられている。
【００５７】
図１６は、図１１のアクチュエータ装置を有するモータを示し、被駆動要素５は、互いに対となってＵ字ばね要素６により接続されている。
【００５８】
図１７は、図１２のアクチュエータ装置を有するモータを示し、Ｕ字ばね要素は、ガイドレール４９として構成され、このガイドレール４９に沿ってプラットフォーム５０が移動する。
【００５９】
図１８は、電気的励起装置５１とモータのアクチュエータ１との接続を説明するためのブロック図である。励起装置は、定常音波発生器２の１つに対する接続に使用される切換えスイッチ５２と１つ以上の制御入力５３とを有する。アクチュエータ１の定常波発生器２の１つを励起するために、電気的励起装置５１は、モータの作動周波数Ｆａに等しい周波数を持つ交流電圧Ｕａをもたらす。この電圧は、正弦曲線、不等辺四角形、または矩形の形状を有することができる。
【００６０】
図１９の描写５４は、図８の描写３４のアクチュエータに対応する形状を有するアクチュエータ１を概略的に示す。図１９の描写５５および５６は、定常波発生器２（描写５４の斜線部）によって励起が行われる間におけるアクチュエータの最大の変形状態を示す。
【００６１】
図２０の描写５７は、図９の描写３６のアクチュエータに対応する形状を有するアクチュエータ１を概略的に示す。図２０の描写５８および描写５９は、定常波発生器２（描写５７のアクチュエータの斜線部）によって励起が行われる間のアクチュエータの最大の変形状態を示す。
【００６２】
図２１は、共振面１１上に点６０を有する本発明に係るアクチュエータ１の拡大詳細図である。アクチュエータ１が定常波発生器２（斜線部）によって励起されると、この点６０は、線形軌道６１または円形もしくは楕円形軌道６２の上を移動する。
【００６３】
図２２のブロック図は、電気的励起装置５１と十字架形状に配置された４つのアクチュエータ１との接続を示し、アクチュエータ１は、互いに音響的に分離される、または互いに弱い力で接続される。
【００６４】
図２３のブロック図は、互いに音響的に接続された４つのアクチュエータ１を含む図１１、図１２、図１５、図１６、および図１７のアクチュエータ装置４４と電気的励起装置５１との接続を示す。
【００６５】
電気的励起装置５１は、半ブリッジまたはブリッジ電力増幅器６３を有することができる。電力増幅器６３のある出力、または出力６４および６５は、直接的にまたは昇圧器６６によってアクチュエータ１の定常音波発生器２に接続される。
【００６６】
電力増幅器６３は、線形増幅器またはスイッチング電力増幅器として構成することができる。電力増幅器６３の入力６７または出力６８は、制御入力７２を有する制御発生器７１のある出力または出力６９および７０に接続することができる。出力６９に作用する信号周波数は、制御入力７２を用いて調整される。制御発生器７１は、電圧を調整された制御発生器として構成することができ、またはデジタルで調整された制御発生器を含むことができる。このため、制御発生器７１は、制御入力７２によってアナログ信号またはデジタル信号を用いて制御することができる。電力増幅器６３は、供給電圧Ｅとの接続のために別個の入力７３を有することができる。
【００６７】
図２６の描写７５を参照すると、アクチュエータ１の定常波発生器２は、逆相で接続され、電気的励起装置７４に接続されている。この場合、電気的励起装置７４は、矩形または鋸歯形状、または図２６の描写７６および描写７７に示される以外の他の形態の非対称電圧＋Ｕａまたは−Ｕａを有することができる。
【００６８】
このような電気的励起装置７４は、制御入力７８を有する。制御入力７８によって、電圧の形状は、線ｙに対して鏡写しの形状で、時間軸ｔに対して平行な状態で変更することができる。電圧＋Ｕａまたは−Ｕａの周波数は、周波数Ｆａに等しい。
【００６９】
図２６の描写７９に示されるように、定常波発生器２の逆相接続は、電極１５および電極１６をクロスさせて接続することによって、または圧電セラミックの別個に配列された分極によってもたらされる。
【００７０】
図２７の描写８０は、共振面１１に質点６０を有する本発明に係るアクチュエータ１の中央部分を示す。逆相で接続された２つの定常波発生器２を用いてアクチュエータ１を制御する際、描写８３に示されるように、この点は線形軌道８１または若干湾曲した軌道８２の上を−ｘからｘへ移動する。軌道は、面Ｓおよび線ｐに対して対称に延在する。
【００７１】
図２７の描写８４は、質点６０の移動の時系列の変化を示す。これによれば、一方向へ移動する間、質点６０は時間ｔ１をかけて距離２ｘを進み、他の方向への移動は、時間ｔ２をかけて進む。これは、質点６０が移動方向に応じて異なる速度（ｖ１およびｖ２）で移動することを意味する。
【００７２】
図２８および図２９によれば、電気的励起装置７４は、非対称電圧を提供する発生器８５を含む。非対称電圧の形状は、制御入力７８を用いて鏡写しの形状に変更することができ、その周波数は制御入力７２によって調整することができる。発生器８５は、電圧が調整された発生器として構成することができる、またはデジタルで調整された制御発生器を含むことができる。このため、制御発生器８５は、制御入力７２によるアナログ信号またはデジタル信号を用いて調整することができる。
【００７３】
図３０の描写８８から９１によれば、アクチュエータ１は、出力８７を有するフィードバック要素８６を含むことができる。フィードバック要素の信号電圧Ｕｓは、出力８７において提供される。図３０の描写８８によれば、フィードバック要素８６は、定常波発生器２に直列で接続されたアクチュエータ１を含むことができる。この場合、抵抗器９２、コンデンサ９３、またはインダクタ９４は、フィードバック要素に相当する。これらの部品は、個別の状態、対の状態、または他の組み合わせにより接続することができる。
【００７４】
図３０の描写８９によれば、アクチュエータ１の電極１５または１６は、フィードバック要素としても機能することができる。
【００７５】
図３０の描写９０によれば、フィードバック要素８６として構成されるさらなる予備電極９５は、アクチュエータ１に配置することができる。
【００７６】
図３０の描写９１によるさらなる変形例においては、フィードバック要素８６として構成される予備圧電要素９６は、アクチュエータ１の上に配置することができる。
【００７７】
図３１によれば、励起装置５１および７４において、フィードバック要素８６は、出力電圧Ｕｓの第一の調波のフィルタ９７に接続することができる。フィルタ９７は、簡易なＬＣバンドフィルタに相当し、低周波数のための活性フィルタまたは活性バンドフィルタとして構成することができる。フィルタ９７は、デジタルフィルタとすることもできる。フィルタ９７の役割は、フィードバック要素の電圧Ｕｓの第一の調波を取り除くことである。フィルタ９７の出力には、正弦曲線の電圧Ｕｒが表れる。
【００７８】
電気的励起装置５１および７４は、支持入力９９と測定入力１００とを有する相検出器９８（図３２を参照）をさらに含むことができる。アクチュエータ１の定常派発生器２を励起する電圧である励起電圧Ｕａ、またはこの電圧と同調する電圧は、支持入力９９に印加される。電圧ＵｓまたはＵｒは、測定入力１００に印加される。相検出器９８は、立ち上がり電圧ＵａおよびＵｒを形成するコンパレータ１０１および１０２を含むことができる。相検出器９８は、その出力において、電圧ＵａとＵｒとの間の相移行φの角度に関する情報を含むアナログまたは個別の信号をもたらす。
【００７９】
図３３は、本発明に係るアクチュエータ１を有する１つのモータのための励起装置を示すブロック図である。電気的励起装置５１および７４は、モータの始動および停止に使用される制御入力１０５を有する電源スイッチ１０４を含むことができる。電気的励起装置５１および７４は、フィルタ９７と同様に、電圧Ｕａの第一の調波のためのフィルタ１０６をさらに含むことができる。
【００８０】
図３４によれば、電気的励起装置５１および７４は、電力増幅器６３の電圧Ｅのための制御部１０７を含むことができる。このような制御部は、電力増幅器１０９を有するＰＷＭ変調器１０８を含むことができる。変調器１０８は、アナログまたはデジタル制御入力１１０と同期入力１１１とを有することができる。ＰＷＭパルスの幅は、制御入力１１０により変更される。電力増幅器１０９は、フィルタ１１２を含む。
【００８１】
第一の調波のためのフィルタ９７および１０６、相検出器９８、制御発生器７１および７５、およびＰＷＭ変調器１０８は、デジタル演算ユニット１１３の対応するプログラミングによって実施することができる。デジタル演算ユニット１１３は、集積ＤＳＰマイクロプロセッサ回路または集積ＦＰＧＡマイクロプロセッサ回路とすることができる。
【００８２】
図３５によれば、本発明によるアクチュエータによって駆動されるモータの要素は、位置または速度エンコーダ１１４を有することができ、電気的励起装置５１および７４は、被駆動要素５の位置または速度のための制御部１１５を含むことができる。制御部１１５は、基準入力１１６と、移動方向を制御するための出力１１７と、被駆動要素５の移動速度を制御するための出力１１８とを有することができる。他の変形例において、出力１１７と出力１１８とは互いに接続することができる。制御部１１５は、たとえば、ＤＳＰまたはＦＰＧＡのような別個のデジタルコンピュータ組立体として構成することができる。制御部１１６は、さらにデジタル演算ユニット１１３であってもよい。
【００８３】
本発明に係るアクチュエータの制御は、原理として２つの方法により行うことができる。
【００８４】
第一の機能的原理によれば、電気的励起装置５１は、定常音波発生器２の１つに設けられる励起電極層１５および一般電極層１６に対して励起交流電圧Ｕａを印加する。逆圧電効果により、電極１５と電極１６との間に形成される電界は、圧電セラミック層１７に影響を与え、アクチュエータ１の変形を引き起こす。変形振幅の大きさは、電界強度によって定められ、電界強度は、電圧Ｕａのレベルおよび圧電セラミック層１７の厚さに依存する。
【００８５】
電圧Ｕａのレベルは、定常波発生器２を複数の部分、すなわち複数の層（たとえば、多層構造）に分割することによって、必要に応じて減少させることができる。
【００８６】
励起電圧Ｕａの周波数Ｆａは、共振面１１の縦振動における第二のモードの共振周波数に対応する周波数Ｆｏに等しくなるように選択することができる、または、周波数Ｆａはこの周波数Ｆｏに近づけることができる。周波数Ｆｏ（Ｆａ）において、長さＬに等しい長さを有する音波は、アクチュエータ１の共振面１１に沿って伝搬する。
【００８７】
共振面１２は、この周波数においては共振面に相当しないため（長さＢがアクチュエータ１で励起された波の波長の半分の倍数でない）、この場合においても、音波はこの面に沿って伝搬しない。
【００８８】
これは、共振面１１に位置するアクチュエータ１の質点の平均振幅が、非共振面１２上に存在する質点の平均振幅よりも大きいことを意味する。これにより、アクチュエータ１の共鳴振動が起こる一方の共振領域２３は、本発明に係るアクチュエータ１において実質的に特定される。アクチュエータ１の非共振領域は、この共振領域２３の外に位置する。
【００８９】
周波数Ｆｏは、式Ｆｏ＝Ｎ／Ｌによって概算することができる。Ｎは、圧電セラミックの種類およびアクチュエータ１の形状にある程度依存する周波数定数である。図８の描写３４に示され、ＰＩセラミック社によって製造されている圧電セラミックＰＩＣ１８１からなるアクチュエータについては、Ｌ＝５０ｍｍ、ｎ＝８ｍｍ、ｃ＝６０ｍｍ、およびｈ＝１０ｍｍ、Ｎ＝４６９４．９ｋＨｚｍｍである。
【００９０】
本発明に係るアクチュエータ１は、対称面Ｓ（ｐ）に対して対称に構成され、定常音波発生器２は、この面Ｓおよびこの面の両側に対して対称に配置される。
【００９１】
考察されるこの場合においては、電気的励起電圧Ｕａは一方の定常波発生器２のみに印加されるため、この定常波発生器２が配置される場所のみにおいてアクチュエータ１を変形させる。この変形の結果として、音波はアクチュエータ１内で引き起こされる。アクチュエータ１は、定常波発生器２が配置される場所および電気的励起電圧Ｕａが印加されない場所への音波の伝搬に対抗する。
【００９２】
結果として、非対称定常波がアクチュエータ１において形成される。非対称波が伝搬することによって、共振面１１の中心部に存在するアクチュエータ１の質点は、傾斜した線形軌道６１または楕円軌道６２の上を移動する（図２１に示される質点６０）。共振面１１に対する軌道６１および６２の傾斜角度は、アクチュエータ１の形状に依存する。図２１は、共振面１１に向かって傾斜した軌道６１および６２が上昇する音波を示し、これらは右傾波ということができる。
【００９３】
本発明に係るアクチュエータ１は、共振面１１の中央側に配置されたさらなる共振長Ｈまたは２つのさらなる共振長Ｇ（図５の描写２２、２５、および２６）を有することができる。図１９の描写５５および描写５６は、長さＧに対してさらに共振が発生したアクチュエータ１の変形を示す。さらなる共振と基本的な共振とが併せて励起されることによって、図２１に示される楕円軌道６２がより幅広くなるように様々に変化させることができる。
【００９４】
摩擦要素３または摩擦層４は、共振面１１において対称面Ｓ（ｐ）に対して対称に配置される。これにより、摩擦要素３の質点または摩擦層４の質点が類似の軌道６１および６２の上を移動する。
【００９５】
摩擦要素３または摩擦層４が傾斜した軌道６１または楕円軌道６２の上を移動することによって、図２１において矢印で示される被駆動要素５の動きが引き起こされる。
【００９６】
定常波発生器２の切換えスイッチ５２を切り替えることにより、右傾定常波（図２０、２１）または左傾定常波（図示せず）をアクチュエータ１内にもたらすことができる。この態様で、被駆動要素５の移動方向を逆転させることができる。
【００９７】
第二の機能的原理によれば、両方の定常波発生器２は同相で接続される。これにより、電気的励起装置７４により提供される非対称電圧＋Ｕａ（または−Ｕａ）は、両方の定常波発生器２（図２６の描写７５から７７）に印加される。電圧Ｕａの周波数は、共振面１１に沿った縦方向の波における第二モードの共振周波数に対応する周波数Ｆｏと等しくなるように選択される。この電圧の影響により、質点６０（図２７の描写８０および８３）は、線形軌道８１または若干湾曲した軌道８２の上を移動する。
【００９８】
定常波発生器２が逆相で接続され、異なる長さＬ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３（図３を参照）を有するアクチュエータ１に対して非対称電圧が作用することにより、質点６０の移動が時間の経過とともに非対称となる。図２７の描写８４に示されるように、この非対称は、質点６０が期間の前半（ｔ１、ｖ１）において期間の後半（ｔ２、ｖ２）よりも早く移動する点において表わされる。アクチュエータ１の摩擦要素３もまた、同様に移動する。
【００９９】
時間経過に伴う非対称な質点６０の移動は、励起電圧＋Ｕａ（または−Ｕａ）の調波の大部分において長さ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）が共振長に相当するという事実により説明することができる。
【０１００】
摩擦要素３と被駆動要素５との間の摩擦接触が非線形であることにより、図２７の矢印に示される方向に被駆動要素５を押す力が引き起こされる。
【０１０１】
切換えスイッチ７８によって電圧の形状＋Ｕａが鏡写しの形状−Ｕａ（図２６の描写７５から描写７７）に変化することにより、力の作用方向が変わる、すなわち、被駆動要素５の移動方向の変化が引き起こされる。
【０１０２】
上述の機能的原理の両方は、少なくとも図６から図１０に示されるアクチュエータの種類に対して適用される。
【０１０３】
本発明に係るアクチュエータは、被駆動要素５が縦方向の移動または回転動作を行うモータに使用することができる。
【０１０４】
長い側面３９が長さＬを有する共振面１１を形成する二等辺台形（図９の描写３６および図１９の描写５７）としてアクチュエータ１が構成される場合、アクチュエータ１は、図２０の描写５８および描写５９に示される態様で振動する。この場合、側面３９と前面３８との間の角度として、４５°を選択することができる（図１０の描写４１を参照）。
【０１０５】
モータは、例えば、マルタ十字架を形成するように配置された本発明に係るアクチュエータ１を４つ有することができる（図１０の描写４２）。この場合、アクチュエータ１は、音響的に分離することができる。
【０１０６】
アクチュエータは、さらに導電材料を有する、または導電材料からなる接続要素４３を用いて互いに音響的に接続することができる。この場合、４つのアクチュエータ１の全ては、一体型アクチュエータのように振動する、音響的に結合したアクチュエータ装置４４を形成する（図１０の描写４２を参照）。
【０１０７】
上記のアクチュエータ装置４４は、側面３９の各々に摩擦要素３を有することができる（図１１の描写４５および描写４６を参照）。
【０１０８】
この様なアクチュエータ装置４４を有するモータは、個別に駆動される被駆動要素５（図１５参照）または対となって結合された被駆動要素５（図１６参照）を有することができる。
【０１０９】
個別に駆動される被駆動要素５を有するモータのアクチュエータ装置４４に設けられた定常波発生器２は、図２２に示されるように励起装置５に接続することができる。
【０１１０】
アクチュエータ装置４４は、側面３９に摩擦層４をさらに有することができる（図１２の描写４７および描写４８を参照）。
【０１１１】
このようなアクチュエータ装置４４を有するモータは、プラットフォーム５０の移動をもたらす、対となって接続された被駆動要素５を含むことができる。このようなモータは、図１７の矢印に示されるように、プラットフォーム５０の二軸移動を可能とする。
【０１１２】
図１６および図１７に示されるような、対で接続された被駆動要素５を有するモータのアクチュエータ装置４４に設けられた定常波発生器２は、図２３に示されるような態様で励起装置５１に接続することができる。
【０１１３】
半ブリッジ電力増幅器６３は、電気的励起装置５１、７４（図２４、図２５、図２８および図２９参照）に使用することができる。
【０１１４】
電力増幅器６３の出力６４および６５は、アクチュエータ１の定常音波発生器２に対して直接的または昇圧器６６によって接続することができる。電力増幅器６３により提供される電気的励起電圧Ｕａは、正弦曲線、不等辺四角形、または矩形の形状を有することができる。
【０１１５】
電気的励起電圧Ｕａの形状は、発生器７１および８５によってもたらされる。この電圧の周波数Ｆａは、制御入力７２に付与されるアナログまたはデジタル信号によって調整することができる。
【０１１６】
図２４、図２５、図２８、図２９に示されるように、電圧Ｕａは、アクチュエータ１の定常波発生器２の電極１５、１６に対して直接的に印加することができる。
【０１１７】
電気的励起装置５１および７４は、フィードバック要素８６を有することができる。電圧Ｕａの相に対する第一の調波の相が周波数Ｆｏの位置を反映する電圧Ｕｓは、フィードバック要素８６の出力８７に設けられる。
【０１１８】
実際に電圧Ｕｓは常に正弦曲線の形状を有するわけではないことから、電気的励起装置５１および７４は、第一の調波９７のためのフィルタを有することができ、このフィルタがフィードバック要素８６の出力に接続される。非正弦曲線電圧Ｕｓは、フィルタ９７の入力に印加され、電圧Ｕｓと同じ周波数を有する正弦曲線電圧は、その出力に表れる。
【０１１９】
電圧Ｕａと電圧Ｕｓとの間の相の違いを定めるために、電気的励起装置は、相検出器９８（図３２および３３を参照）を有することができる。相検出器９８は、出力１０３にアナログまたはデジタル信号を付与し、この信号は、電圧Ｕａと電圧Ｕｓとの間の相の違いを示す。この信号は、発生器７１および８５の制御入力７２に到達する。この信号により、発生器７１および８５により提供される電圧の周波数が常に周波数Ｆｏ（Ｆａ）と等しくなる。これにより、モータの動作を幅広い温度範囲において安定させることができる。
【０１２０】
電気的励起装置５１、７４には、図３４に示されるように、電力増幅器の供給電圧ＥのためのＰＷＭ制御部１０７を設けることができる。アナログまたはデジタル信号がＰＷＭ変調器１０８の入力１１０に付与されると、電力増幅器６３の入力７３に表れる電圧Ｅが変化する。これにより、電圧Ｕａの振幅が変化する。これにより、アクチュエータ１の励起レベルが変化し、その結果、被駆動構成要素５の移動速度が変化する。
【０１２１】
フィルタ９７、１０６、相検出器９８、制御発生器７１、８５、およびＰＷＭ変調器１０８のの機能は、デジタル演算ユニット１１３に記憶されたプログラムによって実施することができる。
【０１２２】
被駆動要素５には、位置または速度エンコーダ１１４を設けることができる。さらに、電気的励起装置５１、７４には、被駆動構成要素５の位置または速度のためのデジタル制御部１１５を設けることができる（図３５参照）。制御部１１５は、別個のデジタルユニットとして、またはデジタル演算ユニットのプログラム部として実施することができる。
【０１２３】
モータの励起装置がエンコーダ１１４および制御部１１５を含む場合、被駆動要素５を高い精密性をもって配置することができる、または高い正確性をもって速度を定めることができる。
【０１２４】
本発明に係るアクチュエータ１は、アクチュエータ１の領域２３のみが共振動作を行うように構成される。アクチュエータ１の残りの領域は、共振動作を行わない。これは、領域２３の質点の平均振動振幅がアクチュエータ１の他の領域の平均振動振幅よりも大きいことを意味する。アクチュエータ１のこの領域における内部摩擦による機械的損失は、領域２３における機械的損失よりも小さい。本発明に係るモータのアクチュエータ１は、共振長Ｌが同じであるなら、ＤＥ１０２００４０２４６５６Ａ１公報により公知のモータのアクチュエータよりも小さい容量とを有する。これにより、アクチュエータ１の機械的損失をさらに減らすことができる。これに基づき、アクチュエータ１の内部摩擦による全体的な機械的損失は、他の公知のモータのアクチュエータの内部摩擦による損失より小さい。
【０１２５】
内部摩擦による損失を減らすことで、同じ励起電圧において、摩擦要素３の振動速度、すなわち被駆動要素５の移動速度を高めることができる。結果として、対応するモータの効率性が向上する。第二の側面領域１２は非共振面に相当するため、この面の質点の振動速度は、公知のモータのアクチュエータ面の質点の速度よりも低い。結果として、対応するモータに使用される際に、アクチュエータ１の取付要素９で起こる外部摩擦による機械的損失が減る。内部摩擦による損失を減らすことにより、アクチュエータ１および対応するモータにおける加熱もまた減少する。内部摩擦および外部摩擦による損失を下げることにより、本発明に係るアクチュエータ１の電気的入力インピーダンスの活性成分の減少が、このインピーダンスの容量性成分に比例して引き起こされる。これにより、アクチュエータ１の入力容量の充電電流および容量性電流が、アクチュエータ１を介して流れる電流の活性成分に比例して減少する。両方が電力増幅器内における損失を減らし、その結果、電旅行増幅器のトランジスタの加熱が減る。本発明により実行されるアクチュエータにおいて、音波の発生器をブリッジ電力増幅器に（分離フィルタを設けることなく）直接的に接続することができる。これにより、電気的励起装置の構成が簡易化され、電気的励起装置の加熱が減り、アクチュエータの動作性能が向上する。結果として、適用領域が拡大する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレート形のアクチュエータ（１）であって、アクチュエータ（１）の定常音波を励起させるための少なくとも２つの発生器（２）を備え、アクチュエータ（１）は、少なくとも２つの主面（１０）と主面に対して垂直に延在する対称面Ｓとを含み、発生器は対称面Ｓに対して対称に配置され、アクチュエータ（１）の実質的に平坦な第一の側面領域（１１）に配置され、アクチュエータ（１）はさらに、被駆動要素（５）に対して摩擦接触するように設けられた少なくとも一つの摩擦要素（３）および／または少なくとも一つの摩擦層（４）を有し、第一の側面領域（１１）は、アクチュエータ（１）において励起される定常音波の波長に実質的に対応する長さＬを有し、
アクチュエータ（１）の第二の側面領域（１２）の長さＢは、アクチュエータ（１）において励起される定常音波の波長より大きく、励起された定常音波の波長の半分の倍数に等しくない、アクチュエータ。
【請求項２】
第二の側面領域（１２）は、少なくとも部分的に湾曲し、好ましくは少なくとも１つの凹部および／または少なくとも１つの凸部を含む、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
第二の側面領域（１２）は少なくとも部分的に平坦であり、好ましくは第一の側面領域（１１）とは別に配列される２つ以上の平坦部を含む、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
第二の側面領域（１２）の上には少なくとも１つの点があり、この点から第一の側面領域（１１）と対称面Ｓと交点への距離は、アクチュエータにおいて励起される波の波長の半分に実質的に対応する、請求項１から３のいずれか１項に記載のアクチュエータ（１）。
【請求項５】
摩擦要素（３）および／または摩擦層（４）は、対称面Ｓに対して対称に配置され、好ましくは第一の側面領域（１１）の全体に沿って配置される、請求項１から４のいずれか１項に記載のアクチュエータ（１）。
【請求項６】
作動時において超音波範囲で振動を行う、請求項１から５のいずれか１項に記載のアクチュエータ（１）。
【請求項７】
単一の層または複数の層を有し、層は、圧電材料、より好ましくは圧電セラミック材料からなる、請求項１から６のいずれか１項に記載のアクチュエータ（１）。
【請求項８】
被駆動要素（５）と電気的励起装置（５１，７４）とをさらに有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の少なくとも１つのアクチュエータ（１）を有する、モータ。
【請求項９】
モータは、各々が二等辺台形の形状を有する４つのアクチュエータ（１）を有し、これらのアクチュエータ（１）は、マルタ十字架を形成するように配置される、請求項８に記載のモータ。
【請求項１０】
アクチュエータ（１）は、接続要素（４３）によって互いに接続され、接続要素（４３）は、少なくとも部分的に各アクチュエータ（１）の第二の側面領域（１２）に接触する、請求項９に記載のモータ。
【請求項１１】
接続要素（４３）は、遮音材料を有し、好ましくは遮音材料からなり、遮音材料は、好ましくは酸化物セラミックまたはアクチュエータ（１）と同じ材料からなる、請求項１０に記載のモータ。
【請求項１２】
アクチュエータ（１）は、フィードバック要素（８６）を有する、請求項８から１１のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項１３】
電気的励起装置（５１，７４）は、周期的な非対称電圧を供給し、発生器（２）は、逆相で互いに接続される、請求項８から１２のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項１４】
被駆動要素（５）は、被駆動要素（５）の位置または速度のためのエンコーダ（１１４）を有し、電気的励起装置（５１，７４）には、被駆動要素（５）の位置または移動速度のためのデジタル制御部（１１５）が設けられる、請求項８から１３のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項１５】
被駆動要素（５）の位置または移動速度のためのデジタル制御部（１１５）は、デジタル演算ユニット（１１３）におけるソフトウェアにより実施される、請求項１４に記載のモータ。
【請求項１】
プレート形のアクチュエータ（１）であって、アクチュエータ（１）の定常音波を励起させるための少なくとも２つの発生器（２）を備え、アクチュエータ（１）は、少なくとも２つの主面（１０）と主面に対して垂直に延在する対称面Ｓとを含み、発生器は対称面Ｓに対して対称に配置され、アクチュエータ（１）の実質的に平坦な第一の側面領域（１１）に配置され、アクチュエータ（１）はさらに、被駆動要素（５）に対して摩擦接触するように設けられた少なくとも一つの摩擦要素（３）および／または少なくとも一つの摩擦層（４）を有し、第一の側面領域（１１）は、アクチュエータ（１）において励起される定常音波の波長に実質的に対応する長さＬを有し、
アクチュエータ（１）の第二の側面領域（１２）の長さＢは、アクチュエータ（１）において励起される定常音波の波長より大きく、励起された定常音波の波長の半分の倍数に等しくない、アクチュエータ。
【請求項２】
第二の側面領域（１２）は、少なくとも部分的に湾曲し、好ましくは少なくとも１つの凹部および／または少なくとも１つの凸部を含む、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
第二の側面領域（１２）は少なくとも部分的に平坦であり、好ましくは第一の側面領域（１１）とは別に配列される２つ以上の平坦部を含む、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
第二の側面領域（１２）の上には少なくとも１つの点があり、この点から第一の側面領域（１１）と対称面Ｓと交点への距離は、アクチュエータにおいて励起される波の波長の半分に実質的に対応する、請求項１から３のいずれか１項に記載のアクチュエータ（１）。
【請求項５】
摩擦要素（３）および／または摩擦層（４）は、対称面Ｓに対して対称に配置され、好ましくは第一の側面領域（１１）の全体に沿って配置される、請求項１から４のいずれか１項に記載のアクチュエータ（１）。
【請求項６】
作動時において超音波範囲で振動を行う、請求項１から５のいずれか１項に記載のアクチュエータ（１）。
【請求項７】
単一の層または複数の層を有し、層は、圧電材料、より好ましくは圧電セラミック材料からなる、請求項１から６のいずれか１項に記載のアクチュエータ（１）。
【請求項８】
被駆動要素（５）と電気的励起装置（５１，７４）とをさらに有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の少なくとも１つのアクチュエータ（１）を有する、モータ。
【請求項９】
モータは、各々が二等辺台形の形状を有する４つのアクチュエータ（１）を有し、これらのアクチュエータ（１）は、マルタ十字架を形成するように配置される、請求項８に記載のモータ。
【請求項１０】
アクチュエータ（１）は、接続要素（４３）によって互いに接続され、接続要素（４３）は、少なくとも部分的に各アクチュエータ（１）の第二の側面領域（１２）に接触する、請求項９に記載のモータ。
【請求項１１】
接続要素（４３）は、遮音材料を有し、好ましくは遮音材料からなり、遮音材料は、好ましくは酸化物セラミックまたはアクチュエータ（１）と同じ材料からなる、請求項１０に記載のモータ。
【請求項１２】
アクチュエータ（１）は、フィードバック要素（８６）を有する、請求項８から１１のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項１３】
電気的励起装置（５１，７４）は、周期的な非対称電圧を供給し、発生器（２）は、逆相で互いに接続される、請求項８から１２のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項１４】
被駆動要素（５）は、被駆動要素（５）の位置または速度のためのエンコーダ（１１４）を有し、電気的励起装置（５１，７４）には、被駆動要素（５）の位置または移動速度のためのデジタル制御部（１１５）が設けられる、請求項８から１３のいずれか１項に記載のモータ。
【請求項１５】
被駆動要素（５）の位置または移動速度のためのデジタル制御部（１１５）は、デジタル演算ユニット（１１３）におけるソフトウェアにより実施される、請求項１４に記載のモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【公表番号】特表２０１３−５０９８４９（Ｐ２０１３−５０９８４９Ａ）
【公表日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３５６２９（Ｐ２０１２−５３５６２９）
【出願日】平成２２年１０月２７日（２０１０．１０．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２０１０／００１２５４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５０７８４
【国際公開日】平成２３年５月５日（２０１１．５．５）
【出願人】（５０５２５７７５２）フィジック インストゥルメント（ピーアイ）ゲーエムベーハー アンド ツェーオー．カーゲー (11)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２７日（２０１０．１０．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２０１０／００１２５４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５０７８４
【国際公開日】平成２３年５月５日（２０１１．５．５）
【出願人】（５０５２５７７５２）フィジック インストゥルメント（ピーアイ）ゲーエムベーハー アンド ツェーオー．カーゲー (11)
【Ｆターム（参考）】
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