專利名稱：機(jī)電驅(qū)動(dòng)器的整體熱補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)械杠桿作用的智能材料驅(qū)動(dòng)器的溫度補(bǔ)償裝置和方法。
背景技術(shù)：
機(jī)電驅(qū)動(dòng)器是一種用于把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械力和機(jī)械移動(dòng)的已知裝置。在以前，這是通過(guò)諸如電磁線圈的電磁儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。近來(lái)，一種被越來(lái)越廣泛采用的方法包括采用各種智能材料，例如采用磁致伸縮的或壓電的儀器。在壓電儀器中，陶瓷多層驅(qū)動(dòng)器(CMA)是特別受歡迎的，這是由于它們能產(chǎn)生非常大的作用力，能產(chǎn)生幾千牛頓的作用力。另一方面，這種CMA可在非常有限的移動(dòng)范圍內(nèi)產(chǎn)生這種作用力，所述的移動(dòng)范圍具有CMA長(zhǎng)度的0.15％的數(shù)量級(jí)。在長(zhǎng)度為40mm的CMA的情況中，如果沒(méi)有反作用力作用于組件(stack)上，那么CMA的自由偏移、膨脹約為0.06mm。這種大作用力與這種有限移動(dòng)的組合一直是在通常的工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中廣泛使用CMA的一大障礙。例如，閥要求總的行程約為1mm，作用力約為10N。為了使這種閥獲得所述的作用力和行程及進(jìn)行多種不同的應(yīng)用，已設(shè)計(jì)出各種機(jī)構(gòu)來(lái)把過(guò)大的作用力轉(zhuǎn)變成增大的移動(dòng)。例如，在授予Fujimoto的US 4,736,131、授予Utchikawa的US 4,570,095、以及授予Bugel等人的US 6,759,790中，公開(kāi)了這些機(jī)構(gòu)的一些例子。
每種機(jī)構(gòu)都把CMA的一部分作用力轉(zhuǎn)變成行程放大機(jī)構(gòu)工作端的附加行程。這種放大的實(shí)際的結(jié)構(gòu)大小取決于具體的構(gòu)造。利用這種方式來(lái)放大CMA的行程的一個(gè)主要目的是將把作用力傳遞到行程內(nèi)的效率最大化。例如，Utchikawa在US 4,570,095中描述的機(jī)構(gòu)教導(dǎo)只轉(zhuǎn)換可獲得偏移的60％。要提高轉(zhuǎn)換效率，關(guān)鍵因素是環(huán)繞著CMA的支撐結(jié)構(gòu)的剛度或硬度。Bugel等人的US 6,759,790所描述的發(fā)明中顯示了一種能獲得高剛度的設(shè)計(jì)。因此，重要的是要把這種支撐結(jié)構(gòu)硬度帶入到采用其它諸如熱膨脹機(jī)構(gòu)之特征的設(shè)計(jì)中。
通常，行程放大機(jī)構(gòu)由諸如鋼的金屬材料制成。每種這樣的材料具有可辨別的且通常已知的熱膨脹系數(shù)(CTE)。這種CTE是材料隨著溫度變化而產(chǎn)生的材料的膨脹方向和速率的度量。用于驅(qū)動(dòng)這種放大機(jī)構(gòu)的CMA也具有CTE。通常，CMA的CTE不同于這種放大機(jī)構(gòu)中所用的材料的CTE。例如，17/4級(jí)別的不銹鋼通常具有約11×106/℃的CTE，這種不銹鋼可被用在如圖1所示的本發(fā)明的支撐結(jié)構(gòu)和放大機(jī)構(gòu)中。類似地，通常認(rèn)為，CMA具有在約-1×106至約-3×106/℃的微小的負(fù)CTE。鋼制機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和CMA之間在CTE方面的差別將會(huì)在周圍溫度狀況變化期間導(dǎo)致作用在放大機(jī)構(gòu)上的作用力發(fā)生變化。這個(gè)作用力會(huì)被有效地增加到由CMA施加到放大機(jī)構(gòu)上的作用力上，從而促進(jìn)放大機(jī)構(gòu)的行程和輸出力。這種熱效應(yīng)能導(dǎo)致采用這種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝置例如上面所提到的閥發(fā)生誤操作。例如，如果CTE的差別導(dǎo)致作用在行程放大機(jī)構(gòu)上的作用力減小，那么，行程和相應(yīng)作用力的值將會(huì)小于預(yù)期值。作用力或行程的這種減小能使相應(yīng)的閥的流率小于標(biāo)稱值，或者使閥的密封力不夠，從而導(dǎo)致泄漏。
已經(jīng)采用過(guò)各種方法來(lái)試圖補(bǔ)償或消除CTE的差別。例如，Salim在“Kleinste Objecte im Griff”(F&M 09/1996)中，描述了一種由硅制成的行程放大機(jī)構(gòu)。這種措施的確減小了CMA和行程放大機(jī)構(gòu)在CTE方面的差別。然而，它卻對(duì)多個(gè)特性造成嚴(yán)重的影響，例如，對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性、生產(chǎn)復(fù)雜性和成本方面造成嚴(yán)重影響。這又會(huì)使可能的物理尺寸大小和工作能力受到限制。從而也限制了這種措施的可應(yīng)用性。
Wada等人在US 5,205,147中描述了一種用于減小CMA和相應(yīng)外殼之間的CTE差別的方法。所描述的發(fā)明不包括CMA的自由偏移的放大。相反，這篇參考文獻(xiàn)給出這樣的教導(dǎo)，即，把CMA“疊置”起來(lái)，以便獲得足夠的行程，從而具有一等同的對(duì)置機(jī)構(gòu)，以便有效地使組件的工作行程變成雙倍。此外，包圍著壓電件的外殼的結(jié)構(gòu)是由許多塊通過(guò)栓接或焊接構(gòu)成的。
其它一些現(xiàn)有技術(shù)例如US 6,400,062還教導(dǎo)利用各種電控制方法來(lái)進(jìn)行熱補(bǔ)償。總的來(lái)說(shuō)，這種方法增加了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。
通常認(rèn)為，當(dāng)壓電CMA被用于機(jī)電驅(qū)動(dòng)時(shí)，需要施加一壓縮預(yù)加荷載。這個(gè)預(yù)載力通常用于在操作期間確保CMA主要被保持在壓縮狀態(tài)。這通常又會(huì)增大壓電CMA的動(dòng)態(tài)壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具有這樣的結(jié)構(gòu)和硬度，它允許向CMA施加比現(xiàn)有技術(shù)中顯著更高的預(yù)荷載。采用本發(fā)明，在施加高水平的預(yù)荷載的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，這種水平的壓縮預(yù)荷載改變了壓電CMA和基本上金屬的放大機(jī)構(gòu)之間的熱膨脹范圍或程度的不匹配現(xiàn)象。這種效果的優(yōu)點(diǎn)在于，可以以所施加預(yù)荷載的一個(gè)函數(shù)的方式，調(diào)節(jié)所需的熱補(bǔ)償量。此外，這種效果還能被用作設(shè)計(jì)本發(fā)明的所述機(jī)構(gòu)的整個(gè)過(guò)程的一部分，以便相對(duì)于機(jī)構(gòu)性能調(diào)節(jié)所需的熱補(bǔ)償。
本發(fā)明能提供一種機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)能放大CMA的行程，同時(shí)提供足夠的用于各種“現(xiàn)實(shí)”應(yīng)用場(chǎng)合中的輸出力；和/或提供一種行程放大機(jī)構(gòu)，它通過(guò)利用非常剛硬的支撐結(jié)構(gòu)高效率地把“過(guò)大”的作用力轉(zhuǎn)變成可用的行程；和/或?yàn)镃MA和機(jī)電驅(qū)動(dòng)器的支撐結(jié)構(gòu)的不同值的CTE提供機(jī)械熱補(bǔ)償，從而使得這種補(bǔ)償在機(jī)械方面簡(jiǎn)單可靠，并且有效地與機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，從而這種結(jié)構(gòu)保持高的機(jī)械剛度，于是，能夠進(jìn)行高效率的工作轉(zhuǎn)換；在通常工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合中所遇到的寬溫度范圍內(nèi)例如從-20℃至60℃都是有效的；不會(huì)通過(guò)諸如造成曲線移動(dòng)而顯著影響這種放大機(jī)構(gòu)的輸出；能適于從0磅/平方英寸(psi)至10000磅/平方英寸范圍的預(yù)載力；不會(huì)顯著影響驅(qū)動(dòng)器的尺寸、重量或其它物理特性；在生產(chǎn)期間，能容易地被結(jié)合到驅(qū)動(dòng)器內(nèi)；根據(jù)并考慮施加在CMA CTE上的預(yù)荷載的影響，和/或能夠被用作提供預(yù)荷載的部件的元件，不僅僅是將其保持；和/或提供了一種用于設(shè)計(jì)熱補(bǔ)償元件的方法，按照驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)、CMA和熱補(bǔ)償所用材料的各個(gè)CTE值以及施加給CMA的壓縮預(yù)荷載量的一個(gè)函數(shù)的關(guān)系來(lái)計(jì)算熱補(bǔ)償元件的長(zhǎng)度。
本發(fā)明的基本措施與本領(lǐng)域中的廣泛采用的措施和學(xué)術(shù)觀點(diǎn)相反，在本領(lǐng)域中廣泛采用的措施和學(xué)術(shù)觀點(diǎn)中，在短回路條件下壓電驅(qū)動(dòng)器組件具有一單一的CTE。根據(jù)本發(fā)明，CMA的CTE是作為施加到組件上的預(yù)荷載量的一個(gè)函數(shù)而變化的。與其它的機(jī)械放大驅(qū)動(dòng)器相比，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器能在相當(dāng)高的預(yù)荷載下操作。如果本發(fā)明采用相當(dāng)高的預(yù)荷載，并結(jié)合已知的組件CTE，那么，所提供的熱補(bǔ)償就會(huì)不精確。
作為預(yù)荷載的函數(shù)的方式來(lái)改變CTE，這種構(gòu)思能把本發(fā)明的若干個(gè)特征相互關(guān)聯(lián)起來(lái)。首先，本發(fā)明在高預(yù)荷載下操作，以便增大工作性能?？傮w而言，通常所用的預(yù)荷載要比現(xiàn)有技術(shù)中所用的預(yù)荷載高，在某些情況下能比現(xiàn)有技術(shù)高許多倍。其次，本發(fā)明確保驅(qū)動(dòng)器的“主要部分”是“剛性的”。正如已知的那樣，組件本身的實(shí)際移動(dòng)在一英寸的千分之幾十這個(gè)數(shù)量級(jí)(取決于各種因素)。由于這種移動(dòng)如此小，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的任何“伸展”都是浪費(fèi)的移動(dòng)，它不能被傳輸?shù)健罢枳?anvil)”，從而不能在臂處被放大。于是，本發(fā)明保持高水平的結(jié)構(gòu)剛度，同時(shí)具有機(jī)械熱補(bǔ)償元件，或者如當(dāng)前所實(shí)施的那樣，采用不脹鋼材料元件形成至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器座和/或一部分剛性支撐結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)器的主要支撐結(jié)構(gòu)部分的鋼度的任何降低都會(huì)導(dǎo)致在臂處的移動(dòng)減小。
本發(fā)明能夠?qū)Ψ糯笃鞯闹饕糠值慕饘俨牧吓c陶瓷多層驅(qū)動(dòng)器之間的CTE值的差別進(jìn)行補(bǔ)償。隨著溫度的變化，“主要金屬支撐結(jié)構(gòu)部分”和陶瓷多層驅(qū)動(dòng)器組件的長(zhǎng)度以不同的速率變化。其它的尺寸也變化，但是相關(guān)的尺寸是沿著驅(qū)動(dòng)器組件的縱向長(zhǎng)度方向的。CTE的不同變化速率能導(dǎo)致預(yù)荷載減小，從而，也使行程減小。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的熱補(bǔ)償，使得金屬和所述組件的CTE進(jìn)入平衡狀態(tài)。如果這種補(bǔ)償不是基于“正確”的CTE，那么，所提供的補(bǔ)償量將不是最理想的。根據(jù)本發(fā)明的組件的CTE能作為預(yù)荷載的一個(gè)函數(shù)進(jìn)行變化。向多層陶瓷驅(qū)動(dòng)器組件施加小的預(yù)載力，不會(huì)產(chǎn)生顯著的影響。然而，由于本發(fā)明預(yù)見(jiàn)到，在本發(fā)明，需要向陶瓷多層驅(qū)動(dòng)器組件施加相當(dāng)高的預(yù)載力，并且需要有效地把組件的移動(dòng)轉(zhuǎn)變成驅(qū)動(dòng)器的移動(dòng)，因此，在本發(fā)明中，熱補(bǔ)償可相當(dāng)大，以便確保在工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合通常所要求的操作溫度范圍內(nèi)，所述機(jī)構(gòu)能正確操作。于是，對(duì)于本發(fā)明，理想的是，基于在“標(biāo)稱”(未驅(qū)動(dòng)的)預(yù)荷載情況下的CTE來(lái)確定補(bǔ)償結(jié)構(gòu)和構(gòu)成的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于確定具有壓電的或陶瓷的多層驅(qū)動(dòng)器組件的機(jī)構(gòu)以及用于對(duì)通常由鋼制成的組件的工作輸出進(jìn)行轉(zhuǎn)換以便利用該組件放大或轉(zhuǎn)變或轉(zhuǎn)換組件的工作輸出的機(jī)構(gòu)所需的CTE進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?。根?jù)本發(fā)明的方法，基于組件上的預(yù)荷載量來(lái)提供適當(dāng)?shù)臒嵫a(bǔ)償。
應(yīng)注意到，根據(jù)本發(fā)明的現(xiàn)象/方法在本質(zhì)上看起來(lái)非常一般。它能用于這樣的應(yīng)用中，即，在這種應(yīng)用中，在一機(jī)構(gòu)內(nèi)對(duì)壓電的或陶瓷的多層驅(qū)動(dòng)器組件進(jìn)行預(yù)加載，所述的機(jī)構(gòu)具有一CTE，該CTE不同于各種實(shí)施方式中的組件的CTE，所述的各種實(shí)施方式包括那些在幾何方面或操作方面與本發(fā)明的示例性機(jī)構(gòu)的附圖中所示出的不同實(shí)施方式。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，理想的是，減小或?qū)е赂鶕?jù)本發(fā)明的組件的結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生很小的變化，從而確保最大的工作轉(zhuǎn)換效率。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，理想的是，提供一種簡(jiǎn)單、易組裝、可靠、成本低的機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明提供這樣一種裝置和方法，用于利用結(jié)構(gòu)組件放大電驅(qū)動(dòng)的陶瓷驅(qū)動(dòng)器的移動(dòng)而能夠提供一致的性能特性，同時(shí)在所需的溫度條件的范圍內(nèi)進(jìn)行操作，該裝置具有支撐，該支撐具有第一剛性的非撓曲的部分，該第一剛性的非撓曲的部分具有第一熱膨脹系數(shù)值；第二剛性的非撓曲的部分，該第二剛性的非撓曲的部分具有第二熱膨脹系數(shù)值，該第二熱膨脹系數(shù)值不同于所述的第一熱膨脹系數(shù)值，所述支撐包括至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的臂部，該臂部從剛性部分之一延伸；力傳遞元件，其可操作定位，用于驅(qū)動(dòng)所述的至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；電驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器具有第三熱膨脹系數(shù)值，該第三熱膨脹系數(shù)值不同于第一和第二熱膨脹系數(shù)值，驅(qū)動(dòng)器可操作地接合在其中一個(gè)剛性部分和力傳遞元件之間，以便相對(duì)于剛性部分驅(qū)動(dòng)力傳遞元件，使得所述的至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的臂部相應(yīng)于驅(qū)動(dòng)器的電驅(qū)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，這些剛性部分的不同熱膨脹系數(shù)值結(jié)合所述支撐的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，基本上能在所需的操作溫度范圍內(nèi)對(duì)驅(qū)動(dòng)器的第三熱膨脹系數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償。通常，補(bǔ)償材料的理想的材料特性是高機(jī)械硬度、楊氏模量、高機(jī)械屈服應(yīng)力和不同于第一剛性非撓曲部分的CTE值，該CTE值不同于CMA的CTE值，從而它能在理想的范圍對(duì)熱偏移進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于所述機(jī)構(gòu)的第二剛性非撓曲補(bǔ)償部分，本發(fā)明能利用許多市場(chǎng)上可獲得的材料，例如，不脹鋼(INVAR)、科瓦鐵鎳鈷合金(KOVAR)、尼爾瓦合金(NILVAR)等。此外，也可以利用其它適合的材料，例如具有適當(dāng)CTE值的金屬基合成材料或類似材料。例如但不限于，通常的電驅(qū)動(dòng)陶瓷的驅(qū)動(dòng)器或陶瓷多層驅(qū)動(dòng)器具有約-1×10-6至約-3×10-6每攝氏度的CTE。當(dāng)這種級(jí)別的不銹鋼被用于把所述驅(qū)動(dòng)器包圍在剛性支撐結(jié)構(gòu)中時(shí)，任何溫度波動(dòng)都能導(dǎo)致這種支撐結(jié)構(gòu)部分的長(zhǎng)度相對(duì)于驅(qū)動(dòng)器的有差異的變化。這又能使力傳遞和放大機(jī)構(gòu)產(chǎn)生移動(dòng)，從而，使活動(dòng)臂僅由于熱偏移的緣故而能改變位置。根據(jù)本發(fā)明，為了補(bǔ)償這種變化，可增加第三材料例如36級(jí)不脹鋼(INVAR grade 36)，作為剛性支撐結(jié)構(gòu)的一部分，從而使它的CTE不同于已經(jīng)描述的其它材料?？梢岳糜邢拊治龇?FEA)和基本線性計(jì)算來(lái)確定要被這第三材料代替的不銹鋼材料的量，從而使支撐結(jié)構(gòu)的移動(dòng)與基于陶瓷的驅(qū)動(dòng)器的移動(dòng)相匹配，使得在活動(dòng)臂處沒(méi)有觀察到由于在一溫度范圍內(nèi)發(fā)生熱偏移而產(chǎn)生的位置變化。
根據(jù)本發(fā)明，為了確定補(bǔ)償剛性部分的尺寸大小，只有第二剛性部分和力傳遞元件被用于這些計(jì)算。其余的結(jié)構(gòu)即鉸鏈、臂無(wú)需被用于確定適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。本發(fā)明設(shè)想，可以具有多于兩個(gè)剛性部分，即，剛性區(qū)域的“基底”可以是不同于其它兩剛性材料的材料(或與“第一”相同)。例如，如果第一剛性部分被限定成與力傳遞元件、鉸鏈等形成一整體，那么第二剛性部分可由熱補(bǔ)償材料構(gòu)成，并且能被連接到平行于驅(qū)動(dòng)器縱軸線的第一剛性部分上。一第三剛性部分可在第二剛性部分的端部被連接到第二剛性部分上且垂直于驅(qū)動(dòng)器的縱向軸線，該端部與第二剛性部分上連接到第一剛性部分的端部相反。根據(jù)本發(fā)明，其中一個(gè)剛性非撓曲部分的熱膨脹系數(shù)基本在期望的操作溫度范圍內(nèi)對(duì)第二剛性非撓曲部分的熱膨脹系數(shù)值和基于電驅(qū)動(dòng)陶瓷的驅(qū)動(dòng)器的熱膨脹系數(shù)值的差值進(jìn)行補(bǔ)償。
本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)閱讀下面的結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施方式所作的描述時(shí)，就能更清楚地理解本發(fā)明的其它應(yīng)用。


所述的描述將參照附圖，在若干附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。在這些附圖中，圖1是基于CMA驅(qū)動(dòng)和機(jī)械移動(dòng)放大的機(jī)電驅(qū)動(dòng)器的透視圖，其中對(duì)材料的CTE的差別進(jìn)行溫度補(bǔ)償；圖2是基于CMA驅(qū)動(dòng)和機(jī)械移動(dòng)放大的機(jī)電驅(qū)動(dòng)器的透視圖，其中對(duì)材料的CTE的差別進(jìn)行溫度補(bǔ)償；圖3是機(jī)電驅(qū)動(dòng)器的透視圖，這種驅(qū)動(dòng)器包括熱補(bǔ)償元件，該熱補(bǔ)償元件被結(jié)合到放大機(jī)構(gòu)的剛性支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)；圖4是熱補(bǔ)償被結(jié)合到剛性支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)的放大機(jī)構(gòu)的透視圖；圖5是熱補(bǔ)償被結(jié)合到剛性支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)的放大機(jī)構(gòu)的透視圖；圖6是熱補(bǔ)償被結(jié)合到剛性支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)的放大機(jī)構(gòu)的透視圖；以及圖7是施加到放大機(jī)構(gòu)中的壓電CMA上的壓縮預(yù)載力與因CMA和放大機(jī)構(gòu)之間的熱膨脹不匹配所產(chǎn)生的偏移量之間的關(guān)系曲線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明可包括一種具有一個(gè)或多個(gè)元件的力放大機(jī)構(gòu)。這些元件可基于所選擇的一些材料，以便提供有效的CTE合成值，從而充分減小用于壓電CMA的材料和放大機(jī)構(gòu)之間的CTE的單個(gè)值的差異。此外，這些熱補(bǔ)償元件可以與放大機(jī)構(gòu)的操作部成一整體。這些元件提供一非常堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)，從而可以向壓電CMA施加所需的壓縮預(yù)載力，并且不會(huì)失去由CMA所提供的任何延伸。正如已經(jīng)描述過(guò)的那樣，在操作過(guò)程中，由CMA提供的偏移量非常小，通常是其總長(zhǎng)度的0.10％～0.15％。支撐結(jié)構(gòu)中的任何彎曲都會(huì)是從CMA的這種輸出的直接減小，并且導(dǎo)致本發(fā)明的操作效率顯著降低。在一種多元件結(jié)構(gòu)的情況中，這些元件能被設(shè)計(jì)成能迅速且容易地相互連接，這種相互連接是整個(gè)機(jī)構(gòu)組裝工序的一部分，并且無(wú)需其它的組裝部件例如螺栓，所述的多個(gè)元件也無(wú)需其它的例如焊接的組裝工序，但是這些部件或工序是能被使用的。此外，這種方法保持了相對(duì)于電路的機(jī)械解決方案的簡(jiǎn)單性。此外，本發(fā)明避免了雙金屬臂所遇到的圓形彎曲，并且也避免了增加這些額外元件所產(chǎn)生的成本。
在各個(gè)圖中，相似和/或相同的基本元件利用相似的基本數(shù)字來(lái)表示，并且這些基本數(shù)字具有不同的字母注釋。在各個(gè)圖中，對(duì)基本元件的描述也適用于所用的圖、結(jié)構(gòu)和元件組合，除非另有專門說(shuō)明。
參照?qǐng)D1，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的單件式支撐件和驅(qū)動(dòng)器裝置10的透視圖，熱補(bǔ)償被施加在驅(qū)動(dòng)器座22，或者作為在輸送流內(nèi)或用于形成統(tǒng)一支撐件的模具內(nèi)的混合材料的組合被均勻或非均勻地施加。舉例來(lái)說(shuō)但并不局限所述例子，可由本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的任何適當(dāng)方法，例如利用燒結(jié)或液體金屬注模來(lái)制造所述支撐件。壓電CMA 12可以被容納或支撐在剛性的非撓性的支撐結(jié)構(gòu)14內(nèi)。在本發(fā)明中，除了壓電CMA元件12以外，裝置10的支撐結(jié)構(gòu)14可由一種均質(zhì)或非均質(zhì)的材料制成，例如由一種類型的鋼來(lái)制成，但并不局限于此。通過(guò)力傳遞結(jié)構(gòu)18，從壓電CMA 12的輸出能被傳遞到操作臂15和16。利用與支撐部14a和/或力傳遞元件18相連的可調(diào)加載器20以及與驅(qū)動(dòng)器12相連的支撐板22，壓縮預(yù)載力能被作用至壓電CMA12上。與CMA 12的CTE值相比，支撐板22可具有更高的CTE值，以便與支撐14的CTE值相比，對(duì)驅(qū)動(dòng)器12的較低的CTE值進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于這種具有7.5mm寬度類型的實(shí)施例而言，如圖中箭頭A之間所示，在操作臂15和16的端部的標(biāo)稱自由偏移可為例如2mm數(shù)量級(jí)。在與裝置10具有相似構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的非溫度補(bǔ)償裝置中的移動(dòng)，由于熱從約-20℃變化到約60℃，可以在全部標(biāo)稱偏移的15％數(shù)量級(jí)，這對(duì)于許多應(yīng)用場(chǎng)合是不合需要的。
參照?qǐng)D2，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一種熱補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)器裝置10a的透視圖。壓電CMA 12a可被容納或支撐在剛性的非撓曲的支撐結(jié)構(gòu)14a、28a內(nèi)。在本發(fā)明中，裝置10a的支撐結(jié)構(gòu)可由一個(gè)或多個(gè)元件制成，例如由一種類型的鋼來(lái)制成，但并不局限于此。通過(guò)力傳遞結(jié)構(gòu)18a，從壓電CMA 12a的輸出能被傳遞到操作臂15a和16a。利用與剛性的支撐部28a和/或力傳遞元件18a相連的可調(diào)加載器20a以及與驅(qū)動(dòng)器12a相連的支撐板22a，壓縮預(yù)載力能被作用到壓電CMA12a上。與CMA 12a的CTE值相比，支撐板22a可具有更高的CTE值，以便對(duì)比支撐14a的CTE值低的驅(qū)動(dòng)器12a的CTE值進(jìn)行補(bǔ)償。在圖2中，剛性的非撓曲的支撐結(jié)構(gòu)14(來(lái)自圖1所示結(jié)構(gòu))的部分材料已由元件28a取代，該元件28a由具有熱膨脹系數(shù)的材料制成，它能對(duì)由支撐結(jié)構(gòu)14a和壓電CMA 12a的材料之間的熱膨脹不匹配所造成的在操作臂15a和16a處的移動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。通過(guò)這種方式，例如在通常工業(yè)應(yīng)用中的寬工作溫度范圍內(nèi)，能非常精確地控制在這些臂處的偏移。此外，就根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器裝置的總體設(shè)計(jì)操作要求來(lái)說(shuō)，能對(duì)計(jì)算元件28a的長(zhǎng)度的裝置進(jìn)行控制，以便確保正確的熱補(bǔ)償量。此外，用于在兩個(gè)元件14a和28a之間實(shí)現(xiàn)相互連接的裝置的連接結(jié)構(gòu)的輪廓形狀能減小當(dāng)壓縮預(yù)荷載被施加到CMA時(shí)以及在本發(fā)明的操作期間在相互連接區(qū)域中所產(chǎn)生的應(yīng)力。此外，兩個(gè)機(jī)械元件、支撐結(jié)構(gòu)14a和補(bǔ)償結(jié)構(gòu)28a之間的相互連接可以是簡(jiǎn)單的，并且能保持兩個(gè)或更多個(gè)元件之間的牢固且剛性的相互關(guān)系，這對(duì)于本發(fā)明的有效操作是根本的，而且無(wú)需附加的連接裝置或方法。通過(guò)解釋，利用圖2所示的熱補(bǔ)償方法的并且與前面所描述的未補(bǔ)償?shù)尿?qū)動(dòng)器具有相似總體尺寸的驅(qū)動(dòng)器12a現(xiàn)在就具有熱致移動(dòng)，該熱致移動(dòng)被控制在一個(gè)小于標(biāo)稱驅(qū)動(dòng)行程的1％的水平。
參照?qǐng)D3，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的熱補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)器裝置10b的透視圖。在本發(fā)明中，裝置10b的支撐結(jié)構(gòu)可由一個(gè)或多個(gè)元件制成，例如由一種類型的鋼來(lái)制成，但并不局限于此。通過(guò)力傳遞結(jié)構(gòu)18b，從壓電CMA 12b的輸出能被傳遞到操作臂15b和16b。利用與剛性的支撐部28b和/或力傳遞元件18b相連的可調(diào)加載器20b以及與驅(qū)動(dòng)器12b相連的支撐板22b，壓縮預(yù)載力能被作用到壓電CMA 12b上。與CMA 12b的CTE值相比，支撐板22b可選擇地具有更高的CTE值，以便對(duì)比支撐14b的CTE值低的補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)器12b的CTE值進(jìn)行補(bǔ)償。在圖3中，剛性的非撓曲的支撐結(jié)構(gòu)14(來(lái)自圖1所示結(jié)構(gòu))的部分材料已由元件28b取代，該元件28b由具有一熱膨脹系數(shù)的材料制成，它能對(duì)由支撐結(jié)構(gòu)14b和壓電CMA 12b的材料之間的熱膨脹不匹配所造成的在操作臂15b和16b處的移動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。通過(guò)這種方式，例如在通常工業(yè)應(yīng)用中的寬工作溫度范圍內(nèi)，能非常精確地控制在這些臂處的偏移。此外，就根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器裝置的總體設(shè)計(jì)操作要求來(lái)說(shuō)，能對(duì)計(jì)算元件28b的長(zhǎng)度的裝置進(jìn)行控制，以便確保正確的熱補(bǔ)償量。此外，用于在兩個(gè)元件14b和28b之間實(shí)現(xiàn)相互連接的裝置的連接結(jié)構(gòu)的輪廓形狀能減小當(dāng)壓縮預(yù)荷載被施加到CMA時(shí)以及在本發(fā)明的操作期間在相互連接區(qū)域中所產(chǎn)生的應(yīng)力。此外，兩個(gè)機(jī)械元件、支撐結(jié)構(gòu)14b和補(bǔ)償結(jié)構(gòu)28b之間的相互連接可以是簡(jiǎn)單的，并且能保持兩個(gè)或更多個(gè)元件之間的牢固和剛性的連接關(guān)系，這對(duì)于本發(fā)明的有效操作是根本的，而且無(wú)需附加的連接裝置或方法。通過(guò)解釋，利用圖3所示的熱補(bǔ)償方法的并且與前面所描述的未補(bǔ)償?shù)尿?qū)動(dòng)器具有相似總體尺寸的驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)在就具有熱致移動(dòng)，該熱致移動(dòng)被控制在一個(gè)小于標(biāo)稱驅(qū)動(dòng)行程的1％的水平。
參照?qǐng)D4，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的熱補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)器裝置10c的透視圖。在圖示結(jié)構(gòu)中，代替元件28c執(zhí)行參照?qǐng)D3所描述的熱補(bǔ)償，并且能利用圖3所示結(jié)構(gòu)的一變型與支撐結(jié)構(gòu)14c相連。本發(fā)明預(yù)想到，支撐結(jié)構(gòu)元件14c和熱補(bǔ)償元件28c的相互連接可通過(guò)各種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明中，裝置10c的支撐結(jié)構(gòu)可由一個(gè)或多個(gè)元件制成，例如由一種類型的鋼來(lái)制成，但并不局限于此。通過(guò)力傳遞結(jié)構(gòu)18c，從壓電CMA 12c的輸出能被傳遞到操作臂15c和16c。利用與剛性的支撐部28c和/或剛性的力傳遞元件18c相連的可調(diào)加載器20c以及與驅(qū)動(dòng)器12c相連的支撐板22c，一壓縮預(yù)載力能被作用到壓電CMA 12c上。與CMA 12c的CTE值相比，支撐板22c可選擇地具有更高的CTE值，以便對(duì)比支撐14c的CTE值低的驅(qū)動(dòng)器12c的CTE值進(jìn)行補(bǔ)償。在圖4中，剛性的非撓曲的支撐結(jié)構(gòu)14(來(lái)自圖1所示結(jié)構(gòu))的部分材料已由元件28c取代，該元件28c由具有一熱膨脹系數(shù)的材料制成，它能對(duì)由支撐結(jié)構(gòu)14c和壓電CMA 12c的材料之間的熱膨脹不匹配所造成的在操作臂15c和16c處的移動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。通過(guò)這種方式，例如在通常工業(yè)應(yīng)用中的寬工作溫度范圍內(nèi)，能非常精確地控制在這些臂處的偏移。此外，就根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器裝置的總體設(shè)計(jì)操作要求來(lái)說(shuō)，能對(duì)計(jì)算元件28c的長(zhǎng)度的裝置進(jìn)行控制，以便確保正確的熱補(bǔ)償量。此外，用于在兩個(gè)元件14c和28c之間實(shí)現(xiàn)相互連接的裝置的連接結(jié)構(gòu)的輪廓的設(shè)計(jì)能減小當(dāng)壓縮預(yù)荷載被施加到CMA時(shí)以及在本發(fā)明的操作期間在相互連接區(qū)域中所產(chǎn)生的應(yīng)力。此外，兩個(gè)機(jī)械元件、支撐結(jié)構(gòu)14c和補(bǔ)償結(jié)構(gòu)28c之間的相互連接可以是簡(jiǎn)單的，并且能保持兩個(gè)或更多個(gè)元件之間的牢固和剛性的連接關(guān)系，這對(duì)于本發(fā)明的有效操作是根本的，而且無(wú)需附加的連接裝置或方法。通過(guò)解釋，利用圖4所示的熱補(bǔ)償方法的并且與前面所描述的未補(bǔ)償?shù)尿?qū)動(dòng)器具有相似總體尺寸的驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)在就具有熱致移動(dòng)，該熱致移動(dòng)被控制在一個(gè)小于標(biāo)稱驅(qū)動(dòng)行程的1％的水平。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，圖中示出了熱補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)器裝置10d的透視圖。支撐結(jié)構(gòu)14d和熱補(bǔ)償元件28d之間的相互連接被表示為包括兩個(gè)銷33d和34d，這兩個(gè)銷穿過(guò)設(shè)置在配合的結(jié)構(gòu)表面中的同軸對(duì)齊的孔。在本發(fā)明中，裝置10d的支撐結(jié)構(gòu)可由一個(gè)或多個(gè)元件制成，例如由一種類型的鋼來(lái)制成，但并不局限于此。通過(guò)力傳遞結(jié)構(gòu)18d，從壓電CMA 12d的輸出能被傳遞到操作臂15d和16d。利用與剛性的支撐部28d和/或剛性的力傳遞元件18d相連的可調(diào)加載器20d以及與驅(qū)動(dòng)器12d相連的支撐板22d，壓縮預(yù)載力能被作用到壓電CMA 12d上。與CMA 12d的CTE值相比，支撐板22d也可選擇地具有更高的CTE值，以便對(duì)比支撐14d的CTE值低的驅(qū)動(dòng)器12d的CTE值進(jìn)行補(bǔ)償。在圖5中，剛性的非撓曲的支撐結(jié)構(gòu)14(來(lái)自圖1所示結(jié)構(gòu))的部分材料已由元件28d取代，該元件28d由具有熱膨脹系數(shù)的材料制成，它能對(duì)由支撐結(jié)構(gòu)14d和壓電CMA 12d的材料之間的熱膨脹不匹配所造成的在操作臂15d和16d處的移動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。通過(guò)這種方式，例如在通常工業(yè)應(yīng)用中的寬工作溫度范圍內(nèi)，能非常精確地控制在這些臂處的偏移。此外，就根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器裝置的總體設(shè)計(jì)操作要求來(lái)說(shuō)，能對(duì)計(jì)算元件28d的長(zhǎng)度的裝置進(jìn)行控制，以便確保正確的熱補(bǔ)償量。此外，用于在兩個(gè)元件14d和28d之間實(shí)現(xiàn)相互連接的裝置的連接結(jié)構(gòu)的輪廓形狀能減小當(dāng)壓縮預(yù)荷載被施加到CMA時(shí)以及在本發(fā)明的操作期間在相互連接區(qū)域中所產(chǎn)生的應(yīng)力。此外，兩個(gè)機(jī)械元件、支撐結(jié)構(gòu)14d和補(bǔ)償結(jié)構(gòu)28d之間的相互連接可以是簡(jiǎn)單的，并且能保持兩個(gè)或更多個(gè)元件之間的牢固和剛性的連接關(guān)系，這對(duì)于本發(fā)明的有效操作是根本的，而且無(wú)需附加的連接裝置或方法。通過(guò)解釋，利用圖5所示的熱補(bǔ)償方法的并且與前面所描述的未補(bǔ)償?shù)尿?qū)動(dòng)器具有相似總體尺寸的驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)在就具有熱致移動(dòng)，該熱致移動(dòng)被控制在一個(gè)小于標(biāo)稱驅(qū)動(dòng)行程的1％的水平。
參照?qǐng)D6，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的熱補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)器裝置10e的透視圖。在圖示結(jié)構(gòu)中，代替元件28e執(zhí)行參照?qǐng)D3所描述的熱補(bǔ)償，并且該代替元件28e能利用圖3所示的結(jié)構(gòu)的變型與支撐結(jié)構(gòu)14e相連。本發(fā)明預(yù)想到，支撐結(jié)構(gòu)元件14e和熱補(bǔ)償元件28e的相互連接可通過(guò)多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明中，裝置10e的支撐結(jié)構(gòu)可由一個(gè)或多個(gè)元件制成，例如由一種類型的鋼來(lái)制成，但并不局限于此。通過(guò)力傳遞結(jié)構(gòu)18e，從壓電CMA 12e的輸出能被傳遞到操作臂15e和16e。利用與剛性的支撐部40e和/或剛性力傳遞元件18e相連的可調(diào)加載器20e以及與驅(qū)動(dòng)器12e相連的支撐板22e，壓縮預(yù)載力能被作用到壓電CMA 12e上。與CMA 12e的CTE值相比，支撐板22e也可選擇地具有更高的CTE值，以便對(duì)比支撐14e的CTE值低的驅(qū)動(dòng)器12e的CTE值進(jìn)行補(bǔ)償。在圖6中，剛性的非撓曲的支撐結(jié)構(gòu)14(來(lái)自圖1所示結(jié)構(gòu))的部分材料已由元件28e取代，該元件28e由具有熱膨脹系數(shù)的材料制成，它能對(duì)由支撐結(jié)構(gòu)14e、40e和壓電CMA12e的材料之間的熱膨脹不匹配所造成的在操作臂15e和16e處的移動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。剛性支撐部分40e可由與剛性部分14e相似的材料制成，也可由比剛性部分14e具有更高CTE的材料制成，這是由于在剛性支撐部分28e和/或驅(qū)動(dòng)器座板22e中可為這種熱膨脹不匹配進(jìn)行補(bǔ)償。通過(guò)這種方式，例如在通常工業(yè)應(yīng)用中的寬工作溫度范圍內(nèi)，能非常精確地控制在這些臂處的偏移。此外，就根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器裝置的總體設(shè)計(jì)操作要求來(lái)說(shuō)，能對(duì)計(jì)算元件28e的長(zhǎng)度的裝置進(jìn)行控制，以便確保正確的熱補(bǔ)償量。此外，用于在元件14e、40e和28e之間實(shí)現(xiàn)相互連接的裝置的連接結(jié)構(gòu)的輪廓形狀能減小當(dāng)壓縮預(yù)荷載被施加到CMA時(shí)以及在本發(fā)明的操作期間在相互連接區(qū)域中所產(chǎn)生的應(yīng)力。此外，機(jī)械元件、支撐結(jié)構(gòu)14e、40e和補(bǔ)償結(jié)構(gòu)28e之間的相互連接可以是簡(jiǎn)單的，并且能保持兩個(gè)或更多個(gè)元件之間的牢固和剛性的連接關(guān)系，這對(duì)于本發(fā)明的有效操作是根本的，而且無(wú)需附加的連接裝置或方法。通過(guò)解釋，利用圖6所示的熱補(bǔ)償方法的并且與前面所描述的未補(bǔ)償?shù)尿?qū)動(dòng)器具有相似總體尺寸的驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)在就具有熱致移動(dòng)，該熱致移動(dòng)被控制在一個(gè)小于標(biāo)稱驅(qū)動(dòng)行程的1％的水平。
參照?qǐng)D7，圖中的曲線可表示出單獨(dú)由熱偏移所造成的CMA預(yù)荷載對(duì)放大機(jī)構(gòu)的偏移的影響。圖7表示出了利用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定的CMA產(chǎn)品和一個(gè)特定的放大機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)作用在CMA上的壓縮預(yù)載力，在-20℃和+60℃之間溫度偏移范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)的典型調(diào)節(jié)。圖7中所公布的數(shù)據(jù)是通過(guò)采用了與圖3中相似的放大機(jī)構(gòu)而獲得的。支撐結(jié)構(gòu)14b、力傳遞機(jī)構(gòu)18b和操作臂15b、16b是由一種17/4級(jí)別的不銹鋼制成的。熱補(bǔ)償元件28b是由不脹鋼36合金制成。熱補(bǔ)償程度被表示為全部偏移量的百分比，它等于放大機(jī)構(gòu)因熱偏移(thermal excursion)所產(chǎn)生的偏移量除以放大機(jī)構(gòu)因壓電CMA的完全操作所造成的偏移量。壓縮預(yù)載力被表示為用于實(shí)驗(yàn)的組件的實(shí)際阻擋力的百分比。所施加的壓縮預(yù)載力的范圍是用于表示把這種手段用作放大機(jī)構(gòu)的熱補(bǔ)償調(diào)節(jié)方式所帶來(lái)的效果，而不應(yīng)被當(dāng)作本發(fā)明中所用的預(yù)載力的整個(gè)范圍。此外，圖7的目的并不是要表示出利用CMA上的預(yù)載力所能獲得的整個(gè)調(diào)節(jié)范圍。根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)為其它的CMA產(chǎn)品和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)研究出并表示出了利用預(yù)載力進(jìn)行調(diào)節(jié)的構(gòu)思。在圖7中，對(duì)于放大機(jī)構(gòu)中因熱偏移所產(chǎn)生的偏移，熱補(bǔ)償元件28b所需的補(bǔ)償量會(huì)隨著預(yù)載力的增加而減小。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)這種方式，施加至壓電CMA上的壓縮預(yù)荷載能被用作設(shè)計(jì)具有熱補(bǔ)償?shù)姆糯髾C(jī)構(gòu)的整個(gè)過(guò)程的一部分?；诟鶕?jù)本發(fā)明的放大機(jī)構(gòu)，能對(duì)預(yù)荷載的大小進(jìn)行選擇，這種選擇考慮到了要被施加熱補(bǔ)償?shù)恼_量，以便確保在放大機(jī)構(gòu)中因所限定的熱偏移產(chǎn)生的偏移量能被適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償。通過(guò)這種方式，在期望的熱偏移范圍內(nèi)，能把這種利用放大機(jī)構(gòu)例如閥的儀器的性能控制在所需的目標(biāo)性能內(nèi)。
盡管已經(jīng)結(jié)合在當(dāng)前被認(rèn)為最實(shí)用最優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是，應(yīng)當(dāng)知道，本發(fā)明并不局限于所公開(kāi)的實(shí)施例，相反，本發(fā)明包括那些被包括在所附權(quán)利要求的構(gòu)思和范圍內(nèi)的各種變型和等同方案，權(quán)利要求的范圍應(yīng)被最寬地解釋，使其包括法律所允許的所有這些變型和等同結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種利用結(jié)構(gòu)組件來(lái)放大驅(qū)動(dòng)器的移動(dòng)的裝置，當(dāng)在期望的溫度條件范圍內(nèi)操作時(shí)能夠提供一致的性能特征，該裝置包括支撐件，該支撐件具有第一剛性非撓曲部分，該第一剛性非撓曲部分具有第一熱膨脹系數(shù)值；第二剛性非撓曲部分，該第二剛性非撓曲部分具有不同于第一熱膨脹系數(shù)值的第二熱膨脹系數(shù)值，該支撐件包括至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分，所述可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分從其中一個(gè)剛性部分延伸；力傳遞元件，該力傳遞元件可操作定位，以便驅(qū)動(dòng)所述至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；以及電驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器具有第三熱膨脹系數(shù)值，該第三熱膨脹系數(shù)值不同于所述的第一和第二熱膨脹系數(shù)值，該驅(qū)動(dòng)器可操作地接合在其中一個(gè)剛性部分和所述的力傳遞元件之間，以便相對(duì)于所述剛性部分驅(qū)動(dòng)所述的力傳遞元件，使得所述至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分相應(yīng)于驅(qū)動(dòng)器的電驅(qū)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，所述剛性部分的不同的熱膨脹系數(shù)值與支撐件的結(jié)構(gòu)構(gòu)造相結(jié)合，基本上可在期望的溫度條件操作范圍內(nèi)對(duì)驅(qū)動(dòng)器的第三熱膨脹系數(shù)值進(jìn)行補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括所述的第一剛性部分可與驅(qū)動(dòng)器上相對(duì)于所述第二剛性部分而言相反的一端接合；以及在組裝支撐件期間，在第一和第二剛性部分上所形成的互補(bǔ)的對(duì)置表面相互接合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，還包括互補(bǔ)的對(duì)置表面允許把這種結(jié)構(gòu)組裝成在不平行于驅(qū)動(dòng)器縱軸線的方向上呈滑動(dòng)接合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，還包括互補(bǔ)的對(duì)置表面允許把這種結(jié)構(gòu)組裝成在垂直于驅(qū)動(dòng)器縱軸線的方向上呈滑動(dòng)接合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括可調(diào)節(jié)座，用于由其中一個(gè)剛性部分支撐的驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)縱向端，從而施加到驅(qū)動(dòng)器上的預(yù)載力把所述的第一和第二剛性部分保持在相互組裝的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括至少一對(duì)互補(bǔ)的對(duì)置表面，位于第一和第二剛性部分之間的至少一個(gè)接合面上，這對(duì)對(duì)置表面可相互聯(lián)鎖，形成剛性非撓曲的接收座，以便在該接收座內(nèi)可操作地支撐著驅(qū)動(dòng)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括至少一對(duì)互補(bǔ)的對(duì)置表面，位于第一和第二剛性部分之間的至少一個(gè)接合面上，這對(duì)對(duì)置表面限定有孔，該孔用于接收至少一個(gè)緊固件，所述緊固件用于可操作地把第一和第二剛性部分相互連接起來(lái)，從而限定出用于接收所述驅(qū)動(dòng)器的剛性非撓曲接收座。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括至少一個(gè)整體式活鉸接部分，所述活鉸接部分在其中一個(gè)剛性部分和所述支撐件的至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分之間延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括至少一個(gè)整體式活鉸接部分，所述活鉸接部分在所述力傳遞元件部分和所述支撐件的至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分之間延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括在單一整體式單個(gè)元件中，所述支撐件的第一和第二剛性非撓曲部分由非均質(zhì)材料制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括所述的第一剛性部分限定有U形部分，該U形部分基本上環(huán)繞著驅(qū)動(dòng)器的周邊；以及所述的第二剛性部分限定有可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器座，該可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器座由第一剛性部分支撐著，以便允許向所述驅(qū)動(dòng)器施加預(yù)載力，同時(shí)在期望的溫度條件范圍內(nèi)對(duì)驅(qū)動(dòng)器和剛性部分之間的熱膨脹系數(shù)值的差別進(jìn)行補(bǔ)償。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括所述支撐件的第三剛性部分，該第三剛性部分具有第四熱膨脹系數(shù)值；以及可調(diào)節(jié)裝置，該可調(diào)節(jié)裝置由第三剛性部分支撐著，以便向驅(qū)動(dòng)器施加預(yù)載力，同時(shí)第三剛性部分在期望的溫度條件范圍內(nèi)對(duì)驅(qū)動(dòng)器和剛性部分之間的熱膨脹系數(shù)值的差別進(jìn)行補(bǔ)償。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，第三剛性部分具有比驅(qū)動(dòng)器大的熱膨脹系數(shù)值。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，第二熱膨脹系數(shù)值小于第一熱膨脹系數(shù)值。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，驅(qū)動(dòng)器的熱膨脹系數(shù)值作為施加到驅(qū)動(dòng)器上的預(yù)載力的函數(shù)而變化。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括可調(diào)節(jié)裝置，該可調(diào)節(jié)裝置由其中一個(gè)剛性部分支撐著，以便向驅(qū)動(dòng)器施加預(yù)載力，同時(shí)這些剛性部分在期望的溫度條件范圍內(nèi)對(duì)驅(qū)動(dòng)器和這些剛性部分之間的熱膨脹系數(shù)值的差別進(jìn)行補(bǔ)償。
17.一種用于相應(yīng)于電驅(qū)動(dòng)來(lái)放大驅(qū)動(dòng)器的移動(dòng)的裝置，包括支撐件，該支撐件具有第一剛性非撓曲部分，該第一剛性非撓曲部分具有第一熱膨脹系數(shù)值；第二剛性非撓曲部分，該第二剛性非撓曲部分具有不同于第一熱膨脹系數(shù)值的第二熱膨脹系數(shù)值，該支撐件包括至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分，該可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分從其中一個(gè)剛性部分延伸；力傳遞元件，該力傳遞元件可操作定位，以便驅(qū)動(dòng)所述至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；以及電驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器具有第三熱膨脹系數(shù)值，該第三熱膨脹系數(shù)值不同于所述的第一和第二熱膨脹系數(shù)值，該驅(qū)動(dòng)器可操作地接合在其中一個(gè)剛性部分和所述的力傳遞元件之間，以便相對(duì)于所述剛性部分驅(qū)動(dòng)所述的力傳遞元件，使得所述至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分相應(yīng)于驅(qū)動(dòng)器的電驅(qū)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，第一和第二剛性非撓曲部分的第一和第二熱膨脹系數(shù)值與支撐件的結(jié)構(gòu)構(gòu)造相結(jié)合，基本上可在期望的溫度條件操作范圍內(nèi)減小由溫度導(dǎo)致的所述至少一個(gè)臂的移動(dòng)變化。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，還包括所述的第一剛性部分可與驅(qū)動(dòng)器上相對(duì)于所述第二剛性部分而言相反的一端接合；在組裝支撐件期間，在第一和第二剛性部分上所形成的互補(bǔ)的對(duì)置表面相互接合。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，還包括互補(bǔ)的對(duì)置表面允許把這種結(jié)構(gòu)組裝成在不平行于驅(qū)動(dòng)器縱軸線的方向上呈滑動(dòng)接合。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，還包括互補(bǔ)的對(duì)置表面允許把這種結(jié)構(gòu)組裝成在垂直于驅(qū)動(dòng)器縱軸線的方向上呈滑動(dòng)接合。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，還包括可調(diào)節(jié)座，用于由其中一個(gè)剛性部分支撐的驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)縱向端，從而施加到驅(qū)動(dòng)器上的預(yù)載力把所述的第一和第二剛性部分保持在相互組裝的位置。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，還包括至少一對(duì)互補(bǔ)的對(duì)置表面，位于第一和第二剛性部分之間的至少一個(gè)接合面上，這對(duì)對(duì)置表面可相互聯(lián)鎖，形成剛性非撓曲的接收座，以便在該接收座內(nèi)可操作地支撐著驅(qū)動(dòng)器。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，還包括至少一對(duì)互補(bǔ)的對(duì)置表面，位于第一和第二剛性部分之間的至少一個(gè)接合面上，這對(duì)對(duì)置表面限定有孔，該孔用于接收至少一個(gè)緊固件，所述緊固件用于可操作地把第一和第二剛性部分相互連接起來(lái)，從而限定出用于接收所述驅(qū)動(dòng)器的剛性非撓曲的接收座。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，還包括至少一個(gè)整體的活鉸接部分，所述活鉸接部分在其中一個(gè)剛性部分和所述支撐件的至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分之間延伸。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，還包括至少一個(gè)整體的活鉸接部分，所述活鉸接部分在所述力傳遞元件和所述支撐件的至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分之間延伸。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，還包括在單一整體的單個(gè)元件中，所述支撐件的第一和第二剛性非撓曲部分由非均質(zhì)材料制成。
27.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，還包括所述的第一剛性部分限定有U形部分，該U形部分基本上環(huán)繞著驅(qū)動(dòng)器的周邊；所述的第二剛性部分限定可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器座，該可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器座由第一剛性部分支撐著，以便允許向所述驅(qū)動(dòng)器施加一預(yù)載力，同時(shí)在期望的溫度條件范圍內(nèi)對(duì)驅(qū)動(dòng)器和剛性部分之間的熱膨脹系數(shù)值的差別進(jìn)行補(bǔ)償。
28.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，還包括所述支撐件的第三剛性部分，該第三剛性部分具有第四熱膨脹系數(shù)值；以及可調(diào)節(jié)裝置，該可調(diào)節(jié)裝置由第三剛性部分支撐著，以便向驅(qū)動(dòng)器施加預(yù)載力，同時(shí)第三剛性部分在期望的溫度條件范圍內(nèi)對(duì)驅(qū)動(dòng)器和剛性部分之間的熱膨脹系數(shù)值的差別進(jìn)行補(bǔ)償。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其中，第三剛性部分具有比驅(qū)動(dòng)器大的熱膨脹系數(shù)值。
30.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，第二熱膨脹系數(shù)值小于第一熱膨脹系數(shù)值。
31.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，驅(qū)動(dòng)器的熱膨脹系數(shù)值作為施加到驅(qū)動(dòng)器上的預(yù)載力的函數(shù)而變化。
32.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，還包括可調(diào)節(jié)裝置，該可調(diào)節(jié)裝置由其中一個(gè)剛性部分支撐著，以便向驅(qū)動(dòng)器施加一預(yù)載力，同時(shí)這些剛性部分在期望的范溫度條件范圍內(nèi)對(duì)驅(qū)動(dòng)器和這些剛性部分之間的熱膨脹系數(shù)值的差別進(jìn)行補(bǔ)償。
33.一種用于為驅(qū)動(dòng)器組裝放大結(jié)構(gòu)的方法，所述驅(qū)動(dòng)器能夠在期望的溫度條件范圍內(nèi)操作時(shí)提供一致的性能特征，該方法包括步驟提供支撐件，該支撐件具有第一剛性非撓曲部分，該第一剛性非撓曲部分具有第一熱膨脹系數(shù)值；第二剛性非撓曲部分，該第二剛性非撓曲部分具有不同于第一熱膨脹系數(shù)值的第二熱膨脹系數(shù)值，該支撐件包括至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分，該可轉(zhuǎn)動(dòng)臂從其中一個(gè)剛性部分延伸；力傳遞元件，該力傳遞元件可操作定位，以便驅(qū)動(dòng)所述至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；以及在其中一個(gè)剛性部分和所述的力傳遞元件之間組裝電驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器具有第三熱膨脹系數(shù)值，該第三熱膨脹系數(shù)值不同于所述的第一和第二熱膨脹系數(shù)值，以便相對(duì)于所述剛性部分驅(qū)動(dòng)所述的力傳遞元件，使得所述至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分相應(yīng)于驅(qū)動(dòng)器的電驅(qū)動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，第一和第二剛性非撓曲部分的第一和第二熱膨脹系數(shù)值與支撐件的結(jié)構(gòu)構(gòu)造的結(jié)合，基本上可在期望的溫度條件操作范圍內(nèi)對(duì)相對(duì)于驅(qū)動(dòng)器的第三熱膨脹系數(shù)值的差別進(jìn)行補(bǔ)償。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括步驟把所述的第一剛性部分接合在驅(qū)動(dòng)器上相對(duì)于所述第二剛性部分而言相反一端上；在組裝支撐件期間，使在第一和第二剛性部分上所形成的互補(bǔ)的對(duì)置表面相互接合。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，還包括步驟把這種結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)對(duì)置表面組裝成在不平行于驅(qū)動(dòng)器縱軸線的方向上呈滑動(dòng)接合。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，還包括步驟把這種結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)對(duì)置表面組裝成在垂直于驅(qū)動(dòng)器縱軸線的方向上呈滑動(dòng)接合。
37.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括步驟用其中一個(gè)剛性部分支撐可調(diào)節(jié)座，該可調(diào)節(jié)座用于所述驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)縱向端；利用施加到驅(qū)動(dòng)器上的預(yù)載力通過(guò)可調(diào)節(jié)座把所述的第一和第二剛性部分保持在相互組裝的位置。
38.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括步驟把至少一對(duì)互補(bǔ)的對(duì)置表面相互鎖定在第一和第二剛性部分之間的至少一個(gè)接合面上，以便形成剛性非撓曲的接收座，用于把驅(qū)動(dòng)器可操作地支撐在該接收座內(nèi)。
39.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括步驟利用至少一個(gè)孔來(lái)接收至少一個(gè)緊固件，用于可操作地把第一和第二剛性部分相互連接起來(lái)，從而限定出用于接收所述驅(qū)動(dòng)器的剛性非撓曲的接收座，所述的至少一個(gè)孔由位于第一和第二剛性部分之間的至少一個(gè)接合面上的至少一對(duì)互補(bǔ)對(duì)置表面限定而成。
40.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括步驟形成至少一個(gè)整體的活鉸接部分，所述活鉸接部分在其中一個(gè)剛性部分和所述支撐件的至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分之間延伸。
41.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括步驟形成至少一個(gè)整體的活鉸接部分，所述活鉸接部分在所述力傳遞元件部分和所述支撐件的至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)臂部分之間延伸。
42.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括步驟在單一整體的單個(gè)元件中，由非均質(zhì)的材料形成所述支撐件的第一和第二剛性非撓曲部分。
43.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括步驟把限定U形部分的第一剛性部分基本環(huán)繞在驅(qū)動(dòng)器周邊；利用限定可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器座的第二剛性部分向所述驅(qū)動(dòng)器施加預(yù)載力，該可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器座由第一剛性部分支撐著，同時(shí)在期望的溫度條件范圍內(nèi)對(duì)驅(qū)動(dòng)器和剛性部分之間的熱膨脹系數(shù)值的差別進(jìn)行補(bǔ)償。
44.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括步驟提供所述支撐件的第三剛性部分，該第三剛性部分具有第四熱膨脹系數(shù)值；利用由第三剛性部分支撐著的可調(diào)節(jié)裝置向驅(qū)動(dòng)器施加預(yù)載力，同時(shí)第三剛性部分在期望的溫度條件范圍內(nèi)對(duì)驅(qū)動(dòng)器和剛性部分之間的熱膨脹系數(shù)值的差別進(jìn)行補(bǔ)償。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中，所述第三剛性部分具有比驅(qū)動(dòng)器大的熱膨脹系數(shù)值。
46.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中，第二熱膨脹系數(shù)值小于第一熱膨脹系數(shù)值。
47.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括步驟向驅(qū)動(dòng)器施加預(yù)載力；以及以施加到驅(qū)動(dòng)器上的預(yù)載力的函數(shù)的方式，改變驅(qū)動(dòng)器的熱膨脹系數(shù)值。
48.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括步驟利用由其中一個(gè)剛性部分支撐著的可調(diào)節(jié)裝置向驅(qū)動(dòng)器施加預(yù)載力，同時(shí)這些剛性部分在期望的范溫度條件范圍內(nèi)對(duì)驅(qū)動(dòng)器和這些剛性部分之間的熱膨脹系數(shù)值的差別進(jìn)行補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明包括一種對(duì)機(jī)電驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)或多個(gè)元件的熱膨脹率的差別進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?。機(jī)電驅(qū)動(dòng)器可包括一個(gè)或多個(gè)元件，例如一壓電陶瓷多層驅(qū)動(dòng)器(CMA)和用于放大該CMA的移動(dòng)的機(jī)構(gòu)。CMA和放大機(jī)構(gòu)的材料之間的熱膨脹率或熱膨脹系數(shù)(CTE)的差別能造成兩個(gè)部件的尺寸大小隨著周圍溫度的變化以不同的速率變化。由于放大機(jī)構(gòu)對(duì)CMA的移動(dòng)進(jìn)行了顯著的放大，因此，因溫度造成的部件尺寸大小的相對(duì)變化能被放大機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化成CMA的移動(dòng)。這就能導(dǎo)致放大機(jī)構(gòu)產(chǎn)生顯著的移動(dòng)。利用具有不同的CTE值的元件來(lái)代替放大機(jī)構(gòu)中的機(jī)械元件，就能減小這些材料的CTE的差別從而減小放大機(jī)構(gòu)的熱致移動(dòng)。此外，所用的材料和相互連接用于熱補(bǔ)償?shù)姆糯髢x器中的代替元件的裝置能保持CMA支撐結(jié)構(gòu)的高度剛性，這是由于支撐結(jié)構(gòu)把CMA的移動(dòng)和力傳遞給放大機(jī)構(gòu)，并且向CMA施加壓縮預(yù)荷載的緣故。此外，高水平的壓縮預(yù)載力能被用作總體設(shè)計(jì)過(guò)程的一個(gè)附加部分，以便調(diào)節(jié)所需的熱補(bǔ)償程度。
文檔編號(hào)H01L41/08GK1902767SQ200480039301
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者J·B·莫勒, A·迪基, K·桑希爾 申請(qǐng)人:瓦伊金技術(shù)有限公司