[发明专利]压电电动机和压电电动机系统

说明书

通过引用包括对于相关申请的交叉参考

本申请基于2007年3月27日提交的在先日本专利申请No.P2007-081983，并要求该专利申请的优先权的利益；该专利申请的全部内容通过引用被包括在本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种使用压电单元驱动被驱动对象的压电电动机和压电电动机系统。

背景技术

一般地说，在多自由度转动驱动控制系统的领域中，其中以监视用摄像机、机器人关节等的取向控制为代表，具有这样一种结构的驱动机构或电动机系统被广泛地使用，在所述结构中，串联地堆叠着单轴驱动电动机。此外，从实现小型化和更高的精度的观点看来，有时使用多自由度驱动机构或多自由度电动机系统，其包括主要由万向节机构和连接机构构成的支撑系统和主要由被单独提供的电磁马达等构成的驱动系统。不过，具有主要由万向节机构和连接机构构成的基本结构的常规的驱动机构或电动机系统因为这种结构复杂和对于小型化的限制而并不总是满意的。根据这种情况，近年来，使用压电元件的球形电动机的研究和发展一直受到关注。具体地说，借助于使用压电单元通过摩擦力驱动球体(作为被驱动对象)的压电电动机被认为有希望成为具有小的尺寸和高的精度的下一代球形电动机。

关于使用压电元件的压电电动机，已知一种用于改变球连接的角度的装置。在这种用于改变球连接的角度的装置中，在容纳球连接的球部件的球壳体部件内部以预定的布置设置有3个振荡器(压电单元)，这3个振荡器的各自的尖端部分和所述的球邻接。为了维持所述的邻接，所述球被配置使得借助于多个弹簧件被朝向振荡器激励，这些弹簧件类似地以预定的布置被设置在球壳体部件内部。在这种状态下，这些振荡器的被连接部分的每一个沿所需的预定方向转动，因而球连接的球部件沿所需的方向转动。从而，沿预定方向改变球连接的角度。每个振荡器(压电单元)由3个振荡元件(压电元件)构成，它们被集成一体，其尖端部分彼此相连，并且这些振荡元件(压电元件)被设置在对应于等边三棱锥的3个边沿的位置，使得它们的中心在棱锥的尖端。

作为使用压电单元的压电电动机的另一个常规的例子，已知一种图像拾取设备，其中图像拾取单元基本上是球形的，除去图像拾取光学系统部分之外，其圆周的表面被形成外凸的球状。另外，图像拾取光学系统和图像拾取器件例如CCD被提供在图像拾取单元的内部。图像拾取单元的壳体(球状的)例如由磁材料构成，其外凸的球形表面部分被吸引向呈环形磁体形状的保持部件。所述保持部件被固定到图像拾取设备的主体上。结果，借助于保持部件的磁力，使图像拾取单元以可动方式保持在图像拾取设备的主体上。驱动机构被提供在在环形保持部件的中心孔部分的中心。该驱动机构包括两维压电致动器，提供在所述致动器的大概中心位置的摩擦部件等。所述摩擦部件被配置成用于和图像拾取单元的外凸的球形表面邻接，并随着两维压电制动器的每个臂的伸长与收缩而运动，从而允许图像拾取单元以预定方式运动。

按照上述的用于改变球连接和图像拾取设备的角度的装置，可以克服万向节机构和连接机构的复杂性，并可以实现小尺寸的多自由度的驱动机构。

因为这种类型的压电电动机由摩擦力驱动，这种压电电动机需要以以下方式被使用：对着被驱动对象按压压电单元。不过，上述用于改变球连接的角度的装置具有通过使用多个弹簧件施加预加载力的结构。实际上，这种结构需要由弹簧件构成的预加载部分，以及在预加载部分的周边上的用于可转动地支撑着球部件的引导部分。预加载部分和引导部分使得增加电动机的尺寸，以及减少运动范围，并由于摩擦而增加驱动负载(增加空载转矩)。此外，因为球部件、振荡器和多个弹簧件都被设置在球壳体部件内，出现了在整体上该装置的尺寸被进一步增加的问题。

此外，在上述的图像拾取设备中，用于可转动地支撑着图像拾取单元的引导部分用以下方式构成，使得由环形磁体构成的保持部件吸引图像拾取单元的外凸的球面部分。因而，由于在引导部分的摩擦而产生的驱动负载被大大增加(空载转矩被大大增加)。由于这个原因，驱动机构需要产生足以克服由于摩擦而产生的驱动负载的驱动力。结果，出现了在整体上该设备的尺寸被增加的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种压电电动机和压电电动机系统，其可以使空载转矩最小、改善运动范围并在整体上使所述装置的尺寸最小。