CN101753056B

CN101753056B - 压电马达

Info

Publication number: CN101753056B
Application number: CN 200810184049
Authority: CN
Inventors: 吴俊颖; 胡朝彰; 苏汉威; 陈庆昌
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-12-15
Also published as: CN101753056A

Abstract

本发明揭示一种压电马达，接受一驱动电压信号而产生一线性位移输出，包括：一驱动杆，其表面具有至少一轴向槽，轴向槽两端外侧的驱动杆表面各具有一握持部；至少一压电材料，配合轴向槽的数量设置并贴合于轴向槽上，由对压电材料输入驱动电压信号使产生周期性弯曲变形；一载具，以承接驱动杆的两握持部；一抵板，具有一导沟槽；一弹性体，设置于载具与抵板之间，以对二者提供一持续预压力；以及一从动导杆，活动地设置于抵板导沟槽与驱动杆之间，由持续预压力与载具上的驱动杆表面产生摩擦力。

Description

压电马达

技术领域

本发明涉及一种压电马达，特别涉及一种应用压电材料驱动而输出线性位移的压电马达。

背景技术

压电马达被运用于精密电控定位装置内，用来驱动定位平台，已成为重要技术之一，尤其在光学机构对位的应用上，压电致动器的微小特性，使其成为主要技术发展趋势。

请参照图1A所绘示现有技术的螺杆式压电马达，其为美国专利US6940209号。该现有技术是利用压电材料使金属管变形作为马达驱动源，该专利于金属管10内侧加入内螺牙结构，于金属管10外侧正交贴合四片压电材料11，马达输出装置12为一具有外螺牙结构的精密螺杆。当施与驱动电压信号于压电材料的电极时，压电材料带动金属管产生弯曲变形，此时金属管内的内螺牙与输出螺杆的外螺牙相互接触，其螺牙间接触面的正向力与剪切力转换为摩擦力与带动螺牙间切线位移的切线力，当螺牙间有相对切线位移产生时，可使螺杆产生旋转运动，进而达到螺杆前进或后退的位移输出，推动或拉回欲移动的被动件。其中被动件与螺杆间必须有适当接合方式实现往复运动的目的。因此当此专利应用于单轴向马达时，需配合额外的机构设计，消除旋转位移，始能达到单轴向运动的目的。此外，此专利的螺杆运动方向为沿其轴线作旋转及前后运动，因此该马达的轴向总长度为螺杆长度加上金属管长度，整体长度较长，于应用时的空间配上需加以考虑。

另外，请参照图1B所绘示的现有技术的圆棒旋转式超音波压电马达，其为美国专利US20070029900号专利案。该现有技术同样用金属管13外侧正交贴合四片压电材料14，使压电材料带动金属管产生弯曲变形作为马达驱动源。其金属管内侧为一光滑管壁，中间插入一圆棒15作为马达位移输出装置。于金属管两端配置C型夹机构16，用以将该圆棒限制在前后运动，仅保留圆棒的旋转位移作为马达输出。当施与驱动信号于此四片压电材料电极时，使金属管产生弯曲变形，另外并控制此四组驱动信号的相位差，使金属管弯曲向量作圆周运动，为此产生金属管轴向两端外侧表面与圆棒凸块接触面的正向力与剪切力，转换为摩擦力与带动圆棒旋转的切线力，达到旋转位移输出的目的。

发明内容

本发明提供一种压电马达，可接受一驱动电压信号而产生一线性位移输出，包括：一驱动杆，其表面具有至少一轴向槽，轴向槽轴向两端外侧的该驱动杆表面各具有一握持部；一压电材料，贴合于该驱动杆的该轴向槽上，可由输入的该驱动电压信号产生周期性的弯曲变形；一载具，具有一承载部，以承接该驱动杆的该两握持部，且该驱动杆的该压电材料朝向该载具内部；一抵板，设置于该载具承载的该驱动杆上方，该抵板具有一导沟槽；一封装体，该封装体具有一凹座以承载该载具，且在该载具与该凹座间设置至少一弹性体，该弹性体提供该载具与该抵板间的一持续预压力；以及一从动导杆，可移动地设置于该抵板的该导沟槽与该驱动杆之间，由该弹性体的该持续预压力与该驱动杆表面产生摩擦力。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A为现有技术的螺杆式压电马达；

图1B为现有技术的圆棒旋转式超音波压电马达；

图2为本发明压电马达的弹性体与抵板一体成型实施例的立体分解图；

图3为本发明的压电材料变形时扭转作动示意图；

图4为本发明的压电材料变形前作动示意图；

图5为本发明的压电材料变形时弯曲作动示意图；以及

图6为本发明压电马达的弹性体为压缩弹簧实施例的立体分解图。

其中，附图标记

10 金属管

11 压电材料

12 马达输出装置

13 金属管

14 压电材料

15 圆棒

16 C型夹机构

20 驱动杆

21 轴向槽

22 握持部

30，30’ 压电材料

40 载具

41 承载部

50A 抵板

51A 导沟槽

52A 侧框

50B 抵板

51B 导沟槽

52B 框体

521B 内框

60 弹性体

70 从动导杆

71 圆弧面

72 平面

80 封装体

81 凹座

90 定位插销

A 推力

B 扭力

F，F1，F2 预压力

X 方向

V，V’ 电压信号

具体实施方式

本发明所要解的问题在于提供一种应用逆压电效应(电能转为机械能)，以一片压电材料带动一线性位移方向的压电马达。

兹配合实施例及图示说明如下：

请参照图2所绘示的本发明压电马达的弹性体与抵板一体成型实施例的立体分解图。其实施例包括：一驱动杆20，该驱动杆20表面具有二轴向槽21，该二轴向槽21轴向两端外侧的该驱动杆20表面各具有一握持部22；两压电材料30，30’，贴合于该驱动杆20的该轴向槽21上；一载具40，具有一承载部41，以承接该驱动杆20的该两握持部22，形成握持状态，且该驱动杆20的该压电材料30朝向该载具40内部；一抵板50A，设置于该载具40承载的该驱动杆20上方，该抵板50A具有一导沟槽51A，抵板50A还形成有两侧框52A，以供该载具40的嵌套于两侧框52A之间；至少一弹性体60，设置于该载具40与该抵板50A之间，在此实施例中，还可将该弹性体60与该抵板50A合而为一，如以簧片来制造该抵板与该弹性体，以提供该载具40与该抵板50A间的一持续预压力F；以及一从动导杆70，可移动地设置于该抵板50A的该导沟槽51A与该驱动杆20之间，由该弹性体60的该持续预压力F与该驱动杆20的杆体表面产生摩擦力。

续请参照图3所绘示本发明的压电材料变形时扭转作动示意图、图4所绘示本发明的压电材料变形前作动示意图以及图5所绘示本发明的压电材料变形时弯曲作动示意图。上述实施例二片式压电材料30，30’为互呈一夹角贴合于该驱动杆20的该轴向槽21，其二片压电材料30，30’的夹角为85-95度，而该轴向槽21的设置基本上对应于该压电材料30，30’的数量及位置。

上述实施例中驱动杆20的材料选用，相对较佳者为金属管，并为降低该驱动杆20钢性，可减少该金属管部分体积，例如开设一道或多道的沟槽。上述实施例的从动导杆70由抗磨耗材料所制成，且该抵板50A与驱动杆20接触的该导沟槽51A为一可减少接触面积的V型槽相对较佳，且V型槽可限定供该从动导杆70沿该导沟槽51A的轴向位移。该V型槽的表面材料为对该从动导杆70的摩擦系数低的材料或在其表面进行表面改质处理以形成一表面改质处理层或在其表面贴覆一层对从动导杆摩擦力更小的光滑层(未图示)，以避免对该从动导杆70的线性驱动产生多余的干涉阻力。当然V型槽的表面也可以再还具有至少一沟槽(未图示)，以减少与该从动导杆70的接触面积，也可降低摩擦力。上述的从动导杆70与该驱动杆20呈轴向正交设置，且在对该压电材料30输入的一驱动的电压信号V时产生弯曲变形，并带动所贴附的驱动杆20跟着弯曲变形，由于驱动杆20上开设的轴向槽21使该驱动杆20具有对轴向的不对称的截断面，且在该截断面的形心对其圆弧面距离较短而对压电材料30’的导沟槽距离较长，在驱动杆20杆身受压电材料30缩小变形的驱使而弯曲时，在驱动杆20杆身同时形成一向从动导杆70方向推升的推力A(此时预压力F因弹性体60所受压力变大，而使施加于从动导杆70的反作用力变大至预压力F1)以及逆时钟方向扭转的扭力B(同理，此时预压力F1变小至预压力F2)二力的影响下，形成一逆时钟的螺旋力，并由该驱动杆20与该从动导杆70之间的摩擦力带动从动导杆70(此时需克服导沟槽51A附加于该从动导杆70间的预压力F2)由方向X线性移动；俟压电材料30回复原来位置时，预压力F2变小至预压力F，该驱动杆20与从动导杆70的摩擦力小于在预压力F之下，导沟槽51A对从动导杆70的摩擦力，而使该从动导杆70不致线性退回原来位置；而当要驱使该从动导杆70往方向X的反方向线性移动时，则停止对压电材料30输入的电压信号V，但对压电材料30’施以一驱动的电压信号V’，则同理可使该驱动杆20产生顺时钟的螺旋扭力，使该从动导杆70往方向X的反方向线性移动。

再请参照图6所绘示的本发明压电马达的弹性体为压缩弹簧实施例的立体分解图。本实施例中，还包含有一封装体80，该封装体80具有一凹座81以承载该载具40，并将该弹性体60(此实施例为四个压缩弹簧)设置于该封装体80与该载具40之间；而其抵板50B为一框体52B，该框体52B具有一内框521B，以嵌套该封装体80以及其承载的该载具40、弹性体60，而导沟槽51B形成于该内框521B顶部，以容置该封装体80；另外再以一定位插销90串接该封装体80、该弹性体60、该载具40及该抵板50B，以限定供该载具40受该弹簧的弹性而沿着该定位插销90的轴向位移；故此实施例同样可将从动导杆70活动地设置在导沟槽51B内，并由受弹性体60提供的推力加诸于驱动杆20以对从动导杆70产生一持续的预压力F，且其作动产生线性位移方式与前一实施例相同。

因此，本发明可提供一仅由一压电材料即可产生与压电材料变形方向呈正交方向的线性位移，其控制方法相对简单、材料组件应用上相对单纯，所占用在线性输出方向上的结构空间相对减小；且由于压电材料变形方向与其线性移动输出方向并非同向，在提高线性位移量上不需要增加相同轴向的机构空间，相对具有较佳的扩充性。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种压电马达，用以接受一驱动电压信号而产生一线性位移输出，其特征在于，该压电马达包括：

一驱动杆，该驱动杆表面具有至少一轴向槽，该轴向槽轴向两端外侧的该驱动杆表面各具有一握持部；

至少一压电材料，贴合于该驱动杆的该轴向槽上；

一载具，具有一承载部，以承接该驱动杆的该两握持部，且该驱动杆的该压电材料朝向该载具内部；

一抵板，设置于该载具承载的该驱动杆上方，该抵板具有一导沟槽；

一封装体，该封装体具有一凹座以承载该载具，且在该载具与该凹座间设置至少一弹性体，该弹性体提供该载具与该抵板间的一持续预压力；以及

一从动导杆，移动地设置于该抵板的该导沟槽与该驱动杆之间，由该弹性体的该持续预压力与该驱动杆表面产生摩擦力。

2.根据权利要求1所述的压电马达，其特征在于，该从动导杆与该驱动杆呈轴向正交设置。

3.根据权利要求1所述的压电马达，其特征在于，该抵板由一弹性材料所构成。

4.根据权利要求3所述的压电马达，其特征在于，该抵板还形成有两侧框，以框套该载具。

5.根据权利要求1所述的压电马达，其特征在于，该抵板具有一框体，该框体具有一内框以容置该封装体，该封装体、该弹性体、该载具及该抵板由至少一定位插销串接，以限定供该载具沿该定位插销的轴向位移。

6.根据权利要求1所述的压电马达，其特征在于，该压电材料为二片，且互呈一夹角贴合于该驱动杆的该轴向槽，该轴向槽的设置对应于该压电材料的数量及位置。

7.根据权利要求6所述的压电马达，其特征在于，该夹角为85-95度。

8.根据权利要求1所述的压电马达，其特征在于，该驱动杆为金属管。

9.根据权利要求8所述的压电马达，其特征在于，该驱动杆杆身还具有至少一沟槽，以降低该驱动杆刚性。

10.根据权利要求1所述的压电马达，其特征在于，该抵板的该导沟槽为一V型槽，以限定供该从动导杆沿该导沟槽的轴向位移。

11.根据权利要求10所述的压电马达，其特征在于，该V型槽具有至少一沟槽，以减少与该从动导杆的摩擦力。

12.根据权利要求10所述的压电马达，其特征在于，该V型槽表面还具有表面改质处理层，以减少与该从动导杆的摩擦力。

13.根据权利要求10所述的压电马达，其特征在于，该V型槽表面贴覆有一光滑层，该光滑层与该从动导杆的摩擦力小于该V型槽表面与该从动导杆的摩擦力。

14.根据权利要求2所述的压电马达，其特征在于，该从动导杆的表面具有一圆弧面与一轴向的平面。

15.根据权利要求2所述的压电马达，其特征在于，该从动导杆是由抗磨耗材料所制成。