壓電馬達的製作方法
2023-05-26 00:28:51
專利名稱：壓電馬達的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種馬達，尤指一種利用材料逆壓電效應的壓電馬達。
背景技術：
隨著科學技術和現代工業的不斷發展，馬達應用範圍越來越廣，傳統的電磁馬達雖然轉速快、功率高，但其利用轉子磁鐵與定子線圈之間的電磁作用力推動轉子轉動，不僅結構複雜，而且在受到電磁幹擾時還可能造成馬達失效。為此，壓電馬達因其體積小、響應快、結構簡單，不受電磁幹擾的特性而逐漸受到廣泛關注。
壓電馬達的理論最早是由前蘇聯科學家所提出，然而由於穩定性不佳等原因，直到1980年半導體工業的興起，基於對控制精確及無電磁幹擾的需求，才加速壓電馬達的發展。
早期的壓電馬達是採用多極壓電塊作為震動子驅動轉動件旋轉，不僅驅動電壓高而且價格昂貴，於產業上無法大量應用，後來，採用由壓電薄片與彈性金屬所構成的壓電蜂鳴片作為驅動轉動件的震動子，以高頻交流電壓作為壓電薄片的驅動源，利用材料的逆壓電效應使壓電薄片產生交替的周期性伸縮變形，而連動彈性金屬片產生沿其徑向及弧向震動的機械波，於彈性金屬片邊緣形成駐波進而通過摩擦傳動而驅動轉動件轉動，雖然壓電薄片所產生的伸縮變形僅約為微米甚至納米量級，然通過高頻電壓使壓電薄片產生高頻震動，透過每秒達數萬次的高頻震動放大然後經摩擦驅動轉動件，達到高解析度及長行程的特性。然而，該種壓電馬達固定點的下壓力不易控制，即不易控制壓電馬達的邊界條件，進而不易控制馬達的波動模態，產生波動不穩定等不良狀況。
發明內容為解決上述壓電馬達邊界條件不易控制的問題，有必要提供一種易於控制的壓電馬達。
為克服上述不足，該壓電馬達包括一底座，一可移動地設置於該底座上的驅動模塊，一固定於該底座上的預壓機構以及一可旋轉地設於該底座外側的轉子，該預壓機構包括至少一連接於該驅動模塊的彈性體，該驅動模塊包括至少一壓電片及一與該壓電片相連的震動片，該震動片的外緣與轉子接觸，該驅動模塊還包括一與該震動片固定連接的壓板，該壓板與該震動片之間為面接觸，該底座靠近轉子的側面形成一阻擋該驅動模塊的擋塊。
相較習知技術，所述壓電馬達的通過設置壓板便于震動片的固定，易於設計及控制接觸點的下壓力，從而便於控制其所產生強制駐波的波動模態，提升馬達的穩定性。
圖1是壓電馬達分解示意圖。
圖2是壓電馬達組裝示意圖。
圖3是壓電片變形示意圖。
具體實施方式下面參照附圖，結合實施例作進一步說明。
如圖1及圖2所示，壓電馬達包括一基座10，一設置於該基座10上的驅動模塊50，一連接於基座10與驅動模塊50之間的預壓機構30及一與驅動模塊50接觸的轉子70。
基座10固定於一固定座1上，該基座10包括一大致呈方形的底板12，該底板12靠近轉子70一側形成一擋塊16，底板12與擋塊16相鄰的兩側分別形成一側壁14，該擋塊16與側壁14均垂直於該底板12向上延伸。其中底板12於側壁14所在兩側分別向外形成一凸緣18，每一凸緣18上形成一固定槽180，螺釘等固定件穿過固定槽180將該基座10固定於固定座1上。
每一側壁14與擋塊16相對的末端設有一圓孔140，側壁14的上緣形成一與側壁14大致相垂直的壁部從而於基座10兩側分別形成一可供驅動模塊50移動的滑槽19。
預壓機構30包括一擋板32及兩彈性體34，該擋塊32兩端分別設有一與基座10的圓孔140相應的固定孔320，以供螺釘等固定件穿過該固定孔320而螺鎖於基座10的圓孔140內，從而將該擋板32固定於基座10上，擋板32大致中間位置還設有一可供電源線穿設的插孔322。兩彈性體34由彈簧等具有彈性變形能力的物體構成，其一端連接於擋板32上，另一端分別與驅動模塊50相連接，從而提供驅動模塊50與轉子70接觸的預壓力。
該驅動模塊50包括一呈圓形的壓電片52，一疊設於該壓電片52下方的震動片54及上、下兩壓板56、58，該壓電片52及震動片54均夾置於該上、下壓板56、58之間。
壓電片52是由具有壓電效應的材料製成，如陶瓷、聚合物或複合材料等，該壓電片52在交流電源的驅動下可產生交替的伸縮變形。
震動片54是由彈性金屬等材料製成，該壓電片52是通過鍍膜、電焊或其它方式連接於該壓電片54上。該震動片54亦呈圓形且與壓電片52同心設置，其直徑大於壓電片52的直徑，該震動片54的邊緣，即未被壓電片52覆蓋的區域內設有三個穿孔540，所述穿孔540沿震動片54的圓周方向呈非對稱分布，固定件如螺釘等穿過該穿孔540而與其它組件相螺合從而將該驅動模塊50固定為一體。
上、下壓板56、58分別置于震動片54上、下兩側，其對應于震動片54的穿孔540位置分別向震動片54方向凸設一中空圓形凸柱560、580，該凸柱560於上壓板56上形成一通孔564，凸柱560、580的外徑等於或略大於穿孔540的直徑，從而該凸柱560、580靠近震動片54的一端形成分別與震動片54兩側面相接觸的環形面。固定件依次穿過該上壓板56的通孔564、凸柱560、震動片54的圓孔540並鎖固於下壓板58的凸柱580內，從而該驅動模塊50固定為一體，凸柱560、580的端面與震動片54之間形成平面接觸，上、下壓板56、58與震動片54之間的壓力可通過控制螺釘的扭矩來控制。該上、下兩壓板56、58的中央位置還分別設有一中心孔566、586以便於電源線的連接。
上壓板56大致呈環形，其與壓電片52同心設置且位於壓電片52上方，其對應於擋塊16的邊緣設有一缺口568從而於上壓板56邊緣形成一直線邊，該上壓板56上表面設有一自其邊緣向中心延伸的狹槽562，其中一電源線自擋板32的插孔322穿過並經由狹槽562及上壓板56的中心孔566與壓電片52連接，另一電源線(圖未示)穿過下壓板58的中心孔586並與震動片54電性連接。
該下壓板58呈方形，其大小與基座10相應，該下壓板58的相對兩側邊收容於基座10的滑槽19內並可沿滑槽19滑動，另外兩相對側邊中，靠近擋板34的一側邊上凸設兩固定塊582，該兩固定塊582分別與彈性體34相連接，該兩彈性體34產生彈性變形從而使該下壓板58抵靠於擋塊16上。
轉子70固定於固定座1上，該固定座1於對應上壓板56的缺口位置處延伸設有一支撐臂2以支撐該轉子70，該轉子70包括一轉軸72，該轉軸72穿設於該支撐臂2上，轉軸72與支撐臂2之間環設有一支撐該轉軸72的軸承74，轉軸72與震動片54對應上壓板56缺口的邊緣位置處相接觸。
如圖3所示，該壓電馬達工作時，以交流電壓作為壓電片52的驅動源，由於逆壓電效應壓電片52產生交替伸縮的變形，並帶動震動片54產生沿其徑向及弧向方向傳遞的波動變形，而震動片54是與上、下壓板56、58固定為一體，於固定處形成駐波點從而產生強制駐波，由於上、下壓板56、58與震動片54的接觸為平面接觸，因此便於控制該駐波點的下壓力及各點的壓力平衡從而便於控制所產生的波動模態，因此可根據需要而方便設定駐波點的分布進而形成不同的駐波模態，當所產生駐波的波動能量通過摩擦傳遞而驅動轉軸72旋轉時，即可得到不同的轉動狀態，因此通過設置壓板形成與震動片54的平面接觸，易於控制波動的模態，提升馬達的穩定性，同時便於根據需要而設計不同工作效能馬達結構。
上述實施方式中，上、下壓板56、58上形成三個不對稱分布的圓環形凸柱560、580，從而形成與震動片54的不對稱接觸面即不對稱分布的駐波點，該駐波點的數目以及分布可根據所需要形成駐波的模態而設計，並不限於上述形式，其數目可為三個以上，其分布可為對稱分布或不對稱分布，凸柱560、580的形狀亦不限於上述的圓環形，其橫截面的形狀也可形成方形、菱形等其它形狀，只要保證其與震動片54相接觸表面的平面度即可，該上、下壓板56、58與震動片54及壓電片52也可通過其它方式固定，而不限於通過固定件固定，另外，該上、下壓板56、58的形狀也可為其它形狀，如方形、橢圓形等。
另，該壓電片52及震動片54的形狀並不限於圓形，其數量也可根據需要而設定，可以于震動片54兩側分別貼設一個或多個壓電片52，也可將多個震動片54與壓電片52相串接或並接。
權利要求
1.一種壓電馬達包括一底座，一可移動地設置於該底座上的驅動模塊，一固定於該底座上的預壓機構以及一可旋轉地設於該底座外側的轉子，該預壓機構包括至少一連接於該驅動模塊的彈性體，該驅動模塊包括至少一壓電片及一與該壓電片相連的震動片，該震動片的外緣與轉子接觸，其特徵在於該驅動模塊還包括一與該震動片固定連接的壓板，該壓板與該震動片之間為面接觸，該底座靠近轉子的側面形成一阻擋該驅動模塊的擋塊。
2.如權利要求1所述的壓電馬達，其特徵在於該壓板于震動片與轉子的接觸位置處設有一缺口。
3.如權利要求1所述的壓電馬達，其特徵在於該壓板向震動片方向凸設可供固定件固定的若干凸柱，該凸柱遠離壓板的端面形成與震動片相接觸的平面。
4.如權利要求3所述的壓電馬達，其特徵在於該凸柱沿震動片的圓周呈非對稱分布。
5.如權利要求3所述的壓電馬達，其特徵在於該凸柱沿震動片的圓周呈對稱分布。
6.如權利要求1所述的壓電馬達，其特徵在於該壓板包括分設于震動片兩側的上、下兩壓板。
7.如權利要求6所述的壓電馬達，其特徵在於該底座與擋塊相鄰的兩側分別形成一收容該下壓板的滑槽，該下壓板可沿該滑槽移動。
8.如權利要求1所述的壓電馬達，其特徵在於該壓板中央設有中心孔。
9.如權利要求8所述的壓電馬達，其特徵在於該壓板遠離震動片的表面上設有一自壓板邊緣向中心孔延伸的狹槽。
10.如權利要求1所述的壓電馬達，其特徵在於該壓電片通過鍍膜或焊接覆蓋于震動片中央。
全文摘要
一種壓電馬達包括一底座，一可移動地設置於該底座上的驅動模塊，一固定於該底座上的預壓機構以及一可旋轉地設於該底座外側的轉子，該預壓機構包括至少一連接於該驅動模塊的彈性體，該驅動模塊包括至少一壓電片及一與該壓電片相連的震動片，該震動片的外緣與轉子接觸，該驅動模塊還包括一與該震動片固定連接的壓板，該壓板與該震動片之間為面接觸，該底座靠近轉子的側面形成一阻擋該驅動模塊的擋塊。本發明壓電馬達易於設計及控制接觸點的下壓力，從而便於控制其所產生強制駐波的波動模態，提升馬達的穩定性。
文檔編號H02N2/10GK1866720SQ200510034719
公開日2006年11月22日 申請日期2005年5月18日 優先權日2005年5月18日
發明者黃晉興, 洪健隆, 林煥超, 施文章, 白先聲 申請人:富準精密工業(深圳)有限公司, 鴻準精密工業股份有限公司