專利名稱：壓電電動機的轉(zhuǎn)子的位置檢測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓電電動機，尤其是駐波型壓電電動機，這種電動機配置了振動定子，振動定子適合于使具有豎立在其上的翼片(撓性腳)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這種電動機包括能提供有關轉(zhuǎn)子角位置的信息的位置檢測器。
具體地說，本發(fā)明涉及小尺寸及適用于時計的上述壓電電動機。
公知的壓電電動機一方面包括定子，另一方面包括轉(zhuǎn)子。定子上裝有壓電裝置，例如配置了適合于受電激勵的激勵電極的極化陶瓷。轉(zhuǎn)子沿軸向放置在定子上，轉(zhuǎn)子組裝成繞與待驅(qū)動的機構機械耦合的傳動軸、相對于定子旋轉(zhuǎn)。
在從電極所接收到的電激勵的作用下，陶瓷把振動傳遞給定子，定子使布置成彈性地壓在其上的轉(zhuǎn)子引起旋轉(zhuǎn)位移。
在這種異步電動機中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后的角位置本質(zhì)上是不知道的，如果轉(zhuǎn)子要驅(qū)動時計的指針或日期盤，這是主要的不便之處。
在日本專利申請JP-A-60 113675中，公開了一種用于時計的壓電電動機，它包括了一個轉(zhuǎn)子的角位置檢測器。這種電動機以公知的方式包括定子和轉(zhuǎn)子。定子上裝有數(shù)個配置了電激勵電極的壓電元件;轉(zhuǎn)子相對于定子旋轉(zhuǎn)地組裝、以及設有一個或若干個孔。在轉(zhuǎn)子中形成的孔上裝有發(fā)光二極管(LED)，它被固定在獨立的基片上，基片則固定地附裝到電動機上。光敏晶體管旋轉(zhuǎn)在位于轉(zhuǎn)子下方的一塊基片上，與發(fā)光二極管成直角且相對準。當發(fā)光二極管發(fā)出的光穿過轉(zhuǎn)子的孔時，光敏晶體管就會接收這種發(fā)射的光，因而就能檢測轉(zhuǎn)子的角位置。
配置了這種檢測器的電動機的體積頗大。此外，這種電動機包括大量的零件，這使其價格上升，可靠性下降。
從文獻JP-A-60 51 478中知道了檢測轉(zhuǎn)子位置的另一種方案。它提出的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置包括由固定電刷組成的電觸點系統(tǒng)，電刷摩擦一個動盤，動盤上形成60個導電觸點(收集器)。這種檢測盤在張力作用下固定到轉(zhuǎn)子上。這種裝置也存在因為有許多零件所引起的不方便之處。此外，組裝這種電動機是相當復雜的，因為檢測盤必須在轉(zhuǎn)子上對中及必須處于張力作用下，而且每個電動機都必須這樣做。另外，電刷和觸點之間的接觸會引起反抗轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的摩擦力，使電刷會迅速磨損。
此外，觸點表面的磨損情況難以控制，由這種磨損引起的塵埃粒子的存在會妨礙電動機的正常工作。
本發(fā)明的目的是提供一種壓電電動機，這種電動機包括一種位置檢測器，這種位置檢測器體積小、制造簡易、成本低廉，從而找到了對于這些不方便之處的補救方法。
為此，本發(fā)明的目的提供這樣一種壓電電動機，這種電動機包括定子、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子角位置檢測器。定子含有能引起定子內(nèi)振動的壓電激勵裝置;轉(zhuǎn)子則安裝成相對定子轉(zhuǎn)動。所述轉(zhuǎn)子有一個本體，本體上組裝有形成傳遞裝置的撓性翼片(flexion tabs)，配置成把定子的振動傳遞給轉(zhuǎn)子，以及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動這個轉(zhuǎn)子，這些撓性翼片沿著相對于定子的移動路徑而運動，所述電動機的特征在于，檢測器接近所述移動路徑且與之一致地配置，檢測器是由一個或若干個能跟蹤所述翼片的通路的壓電傳感器所組成的。
這樣就可以理解，利用反向的壓電效應，就能檢測轉(zhuǎn)子的角位置，而這是由于有一個或若干個壓電位置傳感器。
本發(fā)明另一個目的是提供定子、尤其是用于這種壓電電動機的定子的制造方法，這種電動機中配置了由例如硅的可切削加工材料所組成的盤，利用幾組適當?shù)难谀０讶舾蓪訅弘娂皩щ妼拥矸e這個盤上，所述各層經(jīng)過切削加工，以獲得壓電激勵區(qū)，這個方法的特征在于，在切削加工步驟期間，至少一個壓電檢測區(qū)是與壓電激勵區(qū)同時形成的，從而形成轉(zhuǎn)子的角位置檢測器。
本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點在閱讀了以下的詳細說明及參閱通過實例所示出的各實施例后就會顯得更清楚。其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的電動機的示意剖視圖;
圖2是所述電動機的部件分解圖，其中更清楚地示出了定子下方所配置的有源壓電層;
圖2a示意地表示圖2所示定子的振動模式。
圖3是形成圖1和圖2中所示電動機轉(zhuǎn)子的撓性盤的頂視圖。
圖4示意表示振動模式的畸變信號，這種信號表示根據(jù)本發(fā)明的電動機轉(zhuǎn)子的翼片的位置，圖5是沿圖2的箭頭IV所截取的視圖，表示根據(jù)本發(fā)明電動機的第一實施例的定子的底視圖;
圖6是與圖5相類似的視圖，但表示根據(jù)本發(fā)明電動機的第二實施例的定子。
圖7A至7F是表示根據(jù)圖5所示的第一實施例的定子的制造過程的示意圖，以及圖8A至8F是表示根據(jù)圖6所示的第二實施例的定子的制造過程的示意圖。
參照附圖，下文將以一般方式描述根據(jù)本發(fā)明的壓電電動機，且用總的標號M表示這種電動機。
電動機M包括定子1，其振動部分V例如是由經(jīng)過微切削加工的硅板所形成的。
電動機M還包括轉(zhuǎn)子4，轉(zhuǎn)子4安裝成繞幾何轉(zhuǎn)軸X相對于定子1轉(zhuǎn)動。
定子1包括沿定子厚度配置的空腔或“槽”6，旨在形成內(nèi)部安裝轉(zhuǎn)子4的外殼。呈圓形的空腔6是利用容積微切削加工技術直接在定子1的本體上挖成的，具體地說是通過在硅上面進行一定時間的化學腐蝕而實現(xiàn)的。這種硅切削加工技術是眾所周知的，本文就不再以更詳盡的方式予以描述。
如在圖1和圖2中具體見到的那樣，轉(zhuǎn)子4沿軸向位于空腔6的底部，該底部呈膜片8的形式，壓電激勵裝置E從外部緊貼膜片8而固定，膜片8形成定子1的振動部分V。
膜片8的厚度很薄，只有0.01mm至0.02mm。
壓電激勵裝置E是為了引起定子1、具體地說是膜片8的振動所構成的，壓電激勵裝置E是通過淀積薄層而形成的，薄層包括兩個(特別是金屬)導電層E1和E3以及壓電材料層E2，導電層E1和E3是從鋁獲得的，形成了電極，壓電材料層E2就插在其它兩層之間;這些薄層是利用稱之為表面切削加工的切削加工技術進行切割的。這種壓電裝置E的工作情況是眾所周知的，本文就不作更詳盡的描述。
要指出的是圖2中壓電裝置E是緊貼膜片8的外部而配置的，由于薄層的淀積，這種裝置在膜片8上只構成0.005mm數(shù)量級的很薄的額外厚度。
這里定子1還包括呈加強皇冠狀標以標號12的外罩，它構成了定子1圍繞膜片8的機械骨架。
至于空腔6，取張開的通向外部的、尤其是向圖1中所示的電動機位置的頂部開口的錐形盆狀比較好。
正如所要指出的，在這個圖中轉(zhuǎn)子4沿其厚度整體地包含在定子1內(nèi)，具體地說是包含在空腔6內(nèi)，因此定子1-轉(zhuǎn)子4組件在電動機上不形成任何額外厚度，而且通過把一個部件疊蓋另一個部件而構成一個整體單元。
具體地說，定子的皇冠狀周緣12及膜片8構成了單一的部件，由于它們是由一塊公共的平板一起形成的，而且是通過對平板進行化學腐蝕而獲得的。
轉(zhuǎn)子4安裝成通過傳動軸14相對于定子1轉(zhuǎn)動，在這個實例中傳動軸14上固定了標以標號10的分針。
轉(zhuǎn)子4包括了本實例中以撓性穿孔盤4a(圖3)的形式所獲得的本體。撓性穿孔盤4a包括了利用摩擦接觸直接豎立在定子1的膜片8上的傾斜翼片或撓性腳4b。這些翼片4b把定子的振動傳遞給轉(zhuǎn)子4，且旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子。這些翼片是由彈性材料組成的。
為此，轉(zhuǎn)子4、具體地說，盤4a包括中心輪轂4c，若干徑向彈性臂4d從中心輪轂4c延伸固定到圓環(huán)4e，翼片4b就直接形成在圓環(huán)4e上。固定環(huán)16(圖1)緊固到中心輪轂4c上。軸14通過公知的導向裝置安裝成可在蓋18內(nèi)轉(zhuǎn)動。
如上所述，壓電激勵裝置E利用幾組適當?shù)难谀?圖7A-7F及8A-8F)經(jīng)過淀積，由在膜片與b相對一側(cè)的下方的薄層所組成。
此外，定子1通過若干導電間隔件9而耦合及固定連接到印刷電路板24。間隔件9例如是通在電路板上淀積幾十微米的導電材料而獲得的凸緣，這些間隔件用作定子的機械支撐。印刷電路板24包括以公知方式通過沉積銅所形成的電連接軌道(未示出)。這些軌道形成于印刷電路板上，以與定子的標以標號11a、11b的軌道或連接線局部地各自重合，這些連接線分別對壓電激勵裝置E的電極E1和E3進行激勵。
配置在定子上的導電軌道是由鋁所組成的，是在利用適當?shù)臄?shù)組掩模(未示出)淀積電極E1、E2和E3期間，作為膜片8下面的薄層淀積而成的。
本發(fā)明的壓電電動機的定子1除了壓電激勵裝置E之外，還配有一個或數(shù)個所謂的檢測傳感器的壓電傳感器D，配置成用來檢測轉(zhuǎn)子4的角位置。
圖2a示意表示如圖2所示的根據(jù)本發(fā)明的電動機M的定子1的振動模式。定子1的振動模式對應于一個或數(shù)個檢測傳感器D位置的最高點方便地設置成使得它們與轉(zhuǎn)子4的撓性翼片4b的通路相接近及相一致。
這樣，翼片4b就會與膜片8相互作用，因而使振動模式稍微畸變?？梢詫@種畸變進行檢測，以便獲得表示翼片4b位置的電信號，下文對此會作更詳細的說明。
具體地參照圖2和5，下文描述根據(jù)本發(fā)明的電動機的位置檢測器的第一實施例。
如在這些圖中可以見到的，定子1外部不僅固定著壓電激勵裝置E，而且固定著一個或數(shù)個檢測傳感器D，這些器件是采用相氣淀積(phase vapour deposition)(PVD)技術的傳統(tǒng)切削加工處理而配置的。這些壓電檢測裝置D也是由插在導電層D1、D3之間的壓電層D2所組成的，導電層D1、D3例如是金屬層，且形成電極。這些電極通過連接軌道或?qū)Ь€13a、13b連接到電路板24，使得它們可以受到激勵(圖1)。壓電裝置E限定激勵區(qū)2，激勵區(qū)2呈圓形，位于平板形成的定子1的中央。采用平面加工技術，可以同時制成激勵區(qū)2和一個或數(shù)個檢測區(qū)3(本文中示出了兩個檢測區(qū))，檢測區(qū)是利用由相同壓電材料形成的一個或數(shù)個傳感器D來實施的。在圖5中，可以見到一個或數(shù)個檢測區(qū)3徑向定位在定子1的徑向邊緣5和激勵區(qū)2之間。各檢測區(qū)3最好定位成與轉(zhuǎn)子4的翼片4b的通路相一致，且剛好位于轉(zhuǎn)子4的翼片4b的通路的下方。
因此，這種布置就構成了一個由有源壓電層、即激勵區(qū)2所組成的中心圓，中心圓為非有源自由區(qū)所包圍，非有源自由區(qū)本身則為一個或數(shù)個有源壓電層、即檢測區(qū)3所包圍。
具體地說，由定子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的轉(zhuǎn)子4及其翼片4b在膜片8上沿著與激勵區(qū)2同心的圓形移動路徑C運動。在所示的實例中，各檢測區(qū)3與移動路徑C一致地設置。轉(zhuǎn)子4的翼片4b在其通過期間會經(jīng)膜片8作用于(solicit)每個檢測區(qū)3，通過反向的壓電效應，該檢測區(qū)借助于未示出的連接軌道而傳遞表示轉(zhuǎn)子4角位置的電信號。
圖4中示出了這種用來確定翼片4b的位置的電信號。各最大值或脈沖表示在翼片4b通過檢測區(qū)3的時刻定子1的振動模式的畸變，這些最大值或脈沖可以用未示出的具有公知結構的電子數(shù)字裝置計數(shù)，以便知道轉(zhuǎn)子相對于定子1的角位置，它是轉(zhuǎn)子4的翼片4b的數(shù)量的函數(shù)。信號的周期因而取決于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子翼片的數(shù)量以及這些翼片之間的距離，信號的周期用標號T表示。
在每個轉(zhuǎn)子翼片4b在其中一個檢測器D上通過或接近其中一個檢測器D期間，形成檢測器D的各檢測區(qū)3能局部地測量由轉(zhuǎn)子各翼片4b個別施加的力所引起的(見圖2a)的膜片8的形變及振動模式的畸變。
參照圖6，現(xiàn)在就描述根據(jù)本發(fā)明的壓電電動機的第二實施例。
這里，定子1A也是由例如具有膜片形狀的硅板的板件所組成的，而且是以與根據(jù)第一實施例的定子相同的方式制造的。
可是，激勵區(qū)2A不再是中心地設置的，而且最好位于轉(zhuǎn)子4的翼片4b的通路的下方，激勵區(qū)2A的形狀呈局部環(huán)狀。事實上，這個激勵區(qū)并不構成整個環(huán)，環(huán)的一部分形成了檢測區(qū)3A。因此，檢測區(qū)就并入激勵區(qū)的環(huán)內(nèi)，與激勵區(qū)形成一個完整的環(huán)。這個檢測器的作用與上述檢測器的作用相同。因此，獲得一個由壓電層所組成的環(huán)，其中主要的部分用作激勵區(qū)2A，而其余較小的部分是壓電環(huán)的一部分，作為檢測區(qū)3A。規(guī)定了兩個區(qū)2A和3A是電絕緣的。
圖7A-7F示意地表示根據(jù)第一實施例的定子制造過程的步驟。首先(圖7A)，例如形成一個硅盤，用作定子。這個盤可以經(jīng)過初始處理，以獲得如圖7B所見到的那樣的定子，但是也可以在淀積壓電層(見圖8F)后形成定子。接著，用光刻方法及化學切削加工方法所構成的導電層E1、D1(圖7C)例如用一組適當?shù)难谀＿M行淀積。這個盤通過對它表面化學腐蝕(圖7E)使其表面經(jīng)受微切削加工而進行切削。首先未受掩模20保護的那一層的保護部分受到腐蝕，移去掩模(圖7F)。此后，淀積壓電層E2、D2(未示出)，以相同方式進行處理，跟著是第二導電層E3、D3，第二導電層E3、D3也是用光刻結構及化學切削加工方法而形成的。由于適當?shù)囊唤M掩模，這樣不僅獲得了激勵區(qū)2，同時也獲得了檢測區(qū)3。因而要理解的是，結構與激勵裝置E相同的各檢測器D，其厚度具有與激勵裝置E的厚度相同的數(shù)量級，即大約0.005mm。
圖8A至8F示出了根據(jù)第二實施例的定子1A的制造過程類似的步驟，其中適當?shù)难谀?1用來獲得激勵區(qū)2A和檢測區(qū)3A，激勵區(qū)2A和檢測區(qū)3A處于壓電材料組成的同一個環(huán)內(nèi)。這里最初已經(jīng)使各薄層及適當?shù)难谀さ矸e在盤上，接著用化學切削加工(圖8F)形成膜片。
因此根據(jù)本文以上所述的內(nèi)容，就能理解可以把形成至少一個檢測器的一個或若干個檢測區(qū)的制造過程直接并入激勵區(qū)的制造過程，這種檢測器能檢測轉(zhuǎn)子的角位置，從而有利地代替了外部編碼器。最后，獲得了一種容易制造的緊湊的組件，配置了檢測器的壓電電動機的制造過程就是簡單地變換用來獲得激勵區(qū)的掩模而完成的。因此，通過減少部件數(shù)量就可以獲得重大的節(jié)約，從而簡化了如上所述的配有轉(zhuǎn)子的角位置檢測器的壓電電動機的結構及組裝。
權利要求
1.一種壓電電動機(M)，包括定子(1)，所述定子(1)包括能引起其內(nèi)振動的壓電激勵裝置(E)，轉(zhuǎn)子(4)，安裝成相對于該定子轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)子(4)包括一個本體，該本體上組裝了形成傳遞裝置的撓性翼片(4b)，配置成把所述定子(1)的振動傳遞給所述轉(zhuǎn)子(4)，且旋轉(zhuǎn)驅(qū)動這個轉(zhuǎn)子，所述撓性翼片相對于所述定子(1)沿著移動路徑(C)而運動，以及轉(zhuǎn)子的角位置檢測器，所述電動機的特征在于，所述檢測器(D)是接近所述移動路徑(C)且與之一致地配置的，所述檢測器(D)是由一個或數(shù)個能跟蹤所述翼片(4b)的通路的壓電傳感器所組成的。
2.根據(jù)權利要求1的電動機，其特征在于，所述檢測器(D)是固定附裝到所述定子(1)上的。
3.根據(jù)權利要求1的電動機，其特征在于，所述檢測器(D)是并入所述定子(1)內(nèi)的。
4.根據(jù)前述任一權利要求的電動機，其特征在于，所述定子(1)是由例如硅的彈性材料所組成的，且呈膜片狀，構成所述壓電激勵裝置(E)和所述檢測器(D)的有源壓電層從外部緊貼所述膜片(8)予以緊固。
5.根據(jù)權利要求4的電動機，其特征在于，所述壓電裝置(E)呈圓形，且配置在所述定子的中央，所述檢測器(D)沿徑向配置在所述激勵裝置(E)和所述定子(1)的徑向邊緣(5)之間。
6.根據(jù)權利要求4的電動機，其特征在于，所述檢測器(D)和所述壓電激勵裝置(E)一起構成一個圓環(huán)，該圓環(huán)位于所述轉(zhuǎn)子(4)的所述翼片(4b)的所述移動路徑(G)附近，且與所述移動路徑(G)一致，所述圓環(huán)的一個或數(shù)個部分構成所述檢測器(D)，所述圓環(huán)的其余部分則構成所述激勵裝置(E)。
7.用于根據(jù)前述任一權利要求的壓電電動機的定子的制造方法，有以下各步驟a)形成由例如硅的可切削加工材料所組成的盤，b)利用數(shù)組適當?shù)难谀?20、21)在這個盤上淀積若干層壓電及導電層，以及c)所述各層經(jīng)過切削加工，以獲得壓電激勵區(qū)(2、2A)，所述方法的特征在于，在步驟c)期間，至少一個壓電檢測區(qū)(3、3A)是與壓電激勵區(qū)(2、2A)同時形成的，從而構成所述轉(zhuǎn)子的角位置檢測器。
8.根據(jù)權利要求7的定子制造的方法，其特征在于，在步驟c)期間通過對所述各層表面的微切削加工而進行所述各層的切削加工。
9.供給根據(jù)權利要求5的電動機用的根據(jù)權利要求7或8的定子制造方法，其特征在于，所述壓電激勵區(qū)(2)呈圓形地配置在所述盤的中央，以及所述壓電區(qū)檢測區(qū)(3)沿徑向配置在所述定子(1)的徑向邊緣(5)和所述激勵區(qū)(2)之間。
10.供給根據(jù)權利要求6的電動機用的根據(jù)權利要求7或8的定子制造方法，其特征在于，配置所述壓電激勵區(qū)(2A)及所述壓電檢測區(qū)(3A)，用以一起形成呈環(huán)形的有源壓電層，所述壓電檢測區(qū)(3A)構成該環(huán)的一個或數(shù)個部分，而所述激勵區(qū)(2A)構成所述環(huán)的剩余部分。
全文摘要
一種特別適用于時計的壓電電動機，包括定子，所述定子包括能引起其內(nèi)振動的壓電激勵裝置，轉(zhuǎn)子，安裝成相對于定子轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子包括本體，本體上組裝了形成傳遞裝置的撓性翼片，配置成把定子的振動傳遞給轉(zhuǎn)子，且旋轉(zhuǎn)驅(qū)動這個轉(zhuǎn)子，撓性翼片相對于定子沿著移動路徑而運動，以及轉(zhuǎn)子的角位置檢測器，檢測器是接近移動路徑及與之一致地配置的，檢測器是由一個或數(shù)個能跟蹤所述翼片的通路的壓電傳感器所組成的。
文檔編號H02N2/00GK1111020SQ94116008
公開日1995年11月1日 申請日期1994年9月7日 優(yōu)先權日1993年9月8日
發(fā)明者R·路蒂埃 申請人:陳蘇拉布股份有限公司