CN102088253B

CN102088253B - 压电电机

Info

Publication number: CN102088253B
Application number: CN201010579393.8A
Authority: CN
Inventors: 文粲永; 曹宇钟; 崔文哲; 张喆垠
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: US20110133602A1; CN102088253A; US8643251B2; KR20110062989A

Abstract

提供一种压电电机，所述压电电机包括：定子，包括第一表面和第二表面，其中，在第一表面上布置有多个压电元件，在第二表面上形成多个突起；转子，通过由所述压电元件产生的定子的波动运动而旋转；驱动装置，将驱动电压施加到压电元件，其中，多个压电元件的极化方向垂直于转子的旋转表面。

Description

压电电机

本申请要求于2009年12月4日提交到韩国知识产权局的第10-2009-0119902号韩国专利申请的优先权，该公开的全部内容通过引用被结合于此。

技术领域

本发明涉及一种压电电机，更具体地讲，涉及一种包括在其上布置有多个压电元件的定子的压电电机。

背景技术

通常，压电电机包括压电元件，使用高频电压作为驱动电压，并且具有由定子和转子之间的摩擦产生的驱动力。

压电电机是一种不需要磁体或者金属线的新型的驱动源。在操作压电电机的原则中，高频电压被施加到压电元件，以使压电元件振动。压电电机由于压电元件的振动而在一个方向获得驱动力，以获得转子的转动。

这种压电电机使用压电陶瓷作为压电元件。

但是，压电陶瓷价格高。因此，当压电陶瓷被加工以应用于压电电机时，少量的压电陶瓷的原料边角料被浪费。由于压电陶瓷相对易碎的特性，所以压电陶瓷在加工时被非常小心地处理。

发明内容

本发明提供一种包括在其上布置有多个压电元件的定子的压电电机。

根据本发明的实施例，提供了一种压电电机，该压电电机包括：定子，包括第一表面和第二表面，其中，在第一表面上布置有多个压电元件，在第二表面上形成多个突起；转子，通过由所述压电元件产生的定子的波动运动而旋转；驱动装置，将驱动电压施加到压电元件，其中，多个压电元件的极化方向垂直于转子的旋转表面。

所述压电元件可由压电陶瓷制成。

第一表面和第二表面可彼此平行。

所述多个压电元件可按照圆环形形状被布置在第一表面上。

所述多个压电元件彼此之间可以以预定距离布置在第一表面上。

所述多个压电元件可被布置在同一平面上。

所述多个压电元件的每个可由一层压电陶瓷层制成。

所述多个压电元件的每个可具有多个压电陶瓷层的堆叠结构。

所述压电元件可具有多边形形状。

所述多边形可以是矩形。

所述定子可具有圆环形形状。

所述压电电机还可包括：第一电极，设置在定子的内表面，并电连接到驱动装置；第二电极，设置在定子的外表面，并电连接到驱动装置；第三电极，设置在定子的外表面，并电连接到驱动装置，并且与第二电极电绝缘。

可在定子的内表面上可涂覆导电材料以形成所述第一电极，可在定子的外表面上涂覆导电材料以形成第二电极和第三电极。

第一电极、第二电极和第三电极可利用包线形成。

第一电极可用作接地电极。

所述突起可与所述转子接触。

附图说明

通过下面结合附图对本发明的示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其它特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是根据本发明实施例的压电电机的分解立体图；

图2是布置在图1的定子上的多个压电元件的立体图；

图3是根据本发明另一实施例的布置在定子上的多个压电元件的局部立体图；

图4是根据本发明实施例的多个压电元件的布置的俯视图；

图5是根据本发明另一实施例的布置在定子上的多个压电元件上的局部立体图；

图6是沿着图1中的VI-VI线剖开的立体剖视图；

图7是示出根据本发明实施例的转子和定子的突起(即，转子和定子的突起之间的接触操作)的示意性视图；

图8是图7的A部分的放大视图；

图9是示出根据本发明实施例的转子和定子的突起(即，转子和突起之间的相互运动)的示意性立体图。

具体实施方式

以下，将通过参照附图对本发明的示例性实施例进行解释来详细描述本发明。

图1是根据本发明实施例的压电电机的分解立体图。图2是根据本发明实施例的布置在图1的定子上的多个压电元件的立体图。

参照图1，根据本实施例的压电电机100包括定子110、转子120和驱动装置130。

如图1和图2所示，定子110具有圆环形形状。

定子110包括第一表面111、第二表面112、将第一表面111与第二表面112彼此连接的内表面(内侧)113和将第一表面111与第二表面112彼此连接的外表面(外侧)114。

多个压电元件111a被布置在一个平面上。换句话说，多个压电元件111a被布置在第一表面111上。

压电元件111a利用粘结剂被粘附到第一表面111上。粘结剂可以是环氧基粘结剂、溶剂蒸发型粘结剂等。

压电元件111a由压电陶瓷材料制成且呈矩形。每个压电元件111a由单层的压电陶瓷材料制成，如图1和图2所示。

根据本实施例的压电元件111a呈矩形，但不限于此。换句话说，根据本发明的压电元件的形状没有特别的限制。例如，根据本发明的压电元件可具有多边形、圆形、椭圆形等形状。

图3是根据本发明另一实施例的布置在定子上的多个压电元件的局部立体图。参照图3，压电元件211a以六边形形状被布置在第一表面211上。

压电元件111a的形状与当切割压电元件111a的原料来获得压电元件111a时产生的形状相同。压电元件111a的形状可被确定为使得在切割压电元件111a的原料时产生最少量的原料的无用边角料。

在本实施例中，布置有多个压电元件111a，且所述多个压电元件111a呈矩形。在将压电元件111a利用粘附剂被粘结到第一表面111上时，压电元件111a的大小和形状有助于使在粘附剂中产生的气泡容易地释放出来。因此，降低制造成本和制造时间。

在本实施例中，由于布置多个压电元件111a，所以压电元件111a按照比单个压电元件小得多的尺寸来实现。然后，压电元件111a的板状原料被充分地切割。因此，当切割压电元件111a的原料时，能够最低限度地产生压电元件111a的原料的无用的边角料。这样，降低了制造成本。

压电元件111a利用电被极化，压电元件111a的极性用“+”和“-”来标记，如图4所示。

图4是根据本发明实施例的多个压电元件的布置的俯视图。

如图4所示，压电元件111a彼此之间以预定距离布置成圆环形形状。

每两个相邻的压电元件111a形成按照相同方向被极化的一对。换句话说，每两个压电元件111a制成沿着圆形方向布置的一对，极性以对为单位交替改变。但是，位于低位的三个压电元件111a_2和位于高位的一个压电元件111a_3没有被极化。

根据本实施例的每两个压电元件111a沿着圆形方向成对布置，并且压电元件111a的极性以对为单位交替改变。但是，本发明不限于此。换句话说，根据本发明的压电元件的布置方式可根据设计者的设计适当地改变。例如，压电元件可以被布置成使得它们的极性一个一个地交替改变。

压电元件111a在被布置到第一表面111上之前被极化。换句话说，按照矩形切割压电元件111a的原料以制备压电元件111a。接下来，使压电元件111a极化，然后将压电元件111a粘附到第一表面111上。

根据本实施例，压电元件111a在被布置到第一表面111上之前被极化，但是不限于此。压电元件111a可以在被布置到第一表面111上之后被极化。

多个压电元件111a的主要延伸方向和收缩方向与多个压电元件111a的极化方向相同。在本发明的各个实施例中，压电元件111a的极化方向与转子120的旋转表面垂直。

换句话说，压电元件111a的极化方向布置成与第一表面111垂直，从而压电元件111a的延伸方向和收缩方向垂直于第一表面111。在这种情况下，在本实施例中，由转子120旋转形成的旋转表面与第一表面111平行。因此，压电元件111a的主要延伸方向和收缩方向以及极化方向垂直于转子120的旋转表面。

本发明的压电元件111a由一层压电陶瓷层(即，单层压电陶瓷层)制成，但不限于此。根据本发明的各个实施例的每个压电元件可具有多层压电陶瓷层的堆叠结构。

图5是根据本发明另一实施例的布置在定子上的多个压电元件上的局部立体图。如图5所示，多个压电元件311a布置在第一表面311上，每个压电元件311a具有三层压电陶瓷层311a_a、311a_b和311a_c的堆叠结构。即使在这种情况下，每层压电陶瓷层311a_a、311a_b和311a_c的极化方向都垂直于转子120的旋转表面。压电陶瓷层311a_a、311a_b和311a_c的整体延伸程度和收缩程度因其多层结构而增加，从而增加转子120的旋转驱动力。换句话说，具有多层压电陶瓷层311a_a、311a_b和311a_c的压电元件311a展示出比具有单层压电陶瓷层的压电元件更好的性能。

压电元件111a从驱动装置130接收驱动电压。为此，第一电极115a、第二电极115b和第三电极115c被布置在定子110上。第一电极115a、第二电极115b和第三电极115c的布置位置将稍后描述。

定子110的第二表面112与第一表面111平行。

多个突起112a被布置在第二表面112上，且朝着转子120突出，以定子110和转子120之间形成接触摩擦表面。

突起112a放大由压电元件111a产生的曲线波动且追踪椭圆形的运动轨迹。换句话说，参与渐进的曲线波动的突起112a追踪椭圆形的运动轨迹。此外，具有位置差异的每个突起112a和突起112a的每个部分具有相位差，并追踪椭圆形的运动轨迹，从而产生连续的曲线波动。

第一电极115a设置在定子110的内表面113上。

第一电极115a电连接到压电元件111a，当压电电机100被驱动时第一电极115a作为接地电极，并且通过连接线缆141电连接到驱动装置130。

第二电极115b和第三电极115c布置在定子110的外表面114上。

第二电极115b和第三电极115c当压电电机100被驱动时作为驱动电极。

第二电极115b和第三电极115c彼此电绝缘。设计者将压电元件111a分成两组，且将第二电极115b和第三电极115c分别电连接到每组。

当压电电机100被驱动时，具有相位差的电压被施加到第二电极115b和第三电极115c，且第二电极115b和第三电极115c分别通过连接线缆142和143电连接到驱动装置130。

在本实施例中，作为接地电极的第一电极115a设置在定子110的内表面113上，作为驱动电极的第二电极115b和第三电极115c设置在定子110的外表面114上。但是，本发明不限于此。换句话说，根据本发明，第一电极115a、第二电极115b和第三电极115c被布置在定子110上即可，他们的安装位置没有特别限制。但是，第一电极115a、第二电极115b和第三电极115c可被布置在内表面113和外表面114上，以避免和转子120摩擦。

本实施例的第一电极115a、第二电极115b和第三电极115c可以按照下列方法制造。

制造者将传导材料涂覆在定子110的内表面113上以形成第一电极115a。这里，连接电极115a_1与第一电极115一起形成，以将第一电极115a电连接到压电元件111a上。

制造者将传导材料涂覆在定子110的外表面114上，以形成第二电极115b和第三电极115c。这里，连接电极115b_1和115c_1与第二电极115b和第三电极115c一起形成，以分别将第二电极115b和第三电极115c电连接到压电元件111a上。

在本实施例中，传导材料被涂覆到定子110上，以形成第一电极115a、第二电极115b和第三电极115c。但是，本发明不限于此。换句话说，根据本发明的实施例，包线可设置到内表面113和外表面114上，以形成第一电极115a、第二电极115b和第三电极115c。在这种情况下，线的覆盖物被剥掉以将第一电极115a、第二电极115b和第三电极115c分别电连接到连接电极115a_1、115b_1和115c_1，以形成第一电极115a、第二电极115b和第三电极115与连接电极115a_1、115b_1和115c_1之间的连接部分。

转子120具有圆环形形状，如图1所示。

图6是沿着图1中的VI-VI线剖开的剖视图。参照图6，转子120包括转子主体121和从转子主体121朝着内向延伸的凸缘部分122。

转子主体121的下表面121a与突起112a接触。换句话说，转子主体121接收来自定子110的突起112a的连续的曲线波动，并将连续的曲线波动变成转子120的旋转运动。

与转子主体121相比，凸缘部分122相对薄，从而具有比转子主体121较低的刚度。凸缘部分122的结构能使转子120柔性地变形，以增加转子120和突起112a之间的接触面积。当压电电机100被驱动时，凸缘部分122还稳定地保持转子120和突起112a之间接触，以防止传递的电功率损失，并降低由于部件之间的摩擦引起的磨损。

驱动装置130将电压施加到布置在定子110的第一表面111上的多个压电元件111a。

驱动装置130分别将余弦波电压和正弦波电压施加到第二电极115b和第三电极115c。这里，当余弦波电压与正弦波电压具有90°的相位差、驱动参考电压是V₀、常数是w、时间是t时，则余弦波电压是V₀×cos(wt)，正弦波电压是V₀×sin(wt)。

换句话说，驱动装置130通过第二电极115b和第三电极115c施加具有相位差的驱动电压，并引导第一电极115a作为接地电极。因此，多个压电元件111a延伸和收缩，从而产生定子110的曲线波动。

根据本实施例的驱动装置130分别将余弦波电压和正弦波电压施加到第二电极115b和第三电极115c。但是，本发明不限于此。换句话说，根据本发明由驱动装置施加的电压的类型可根据电极的数量和压电元件的布置方式而改变。

现在，将参照图7至图9描述本实施例的压电电机100的操作。

图7是示出根据本发明实施例的转子和定子的突起(即，转子和定子的突起之间的接触操作)的示意性视图。图8是图7的A部分的放大视图。图9是示出根据本发明实施例的转子和定子的突起(即，转子和突起之间的相互运动)的示意性立体图。

当用户将电源施加到压电电机100并将开关连通时，驱动装置130将驱动电压施加到多个压电元件111a。

这里，驱动装置130通过第二电极115b和第三电极115c将具有预定频率的驱动电压(即，余弦波电压和正弦波电压)施加到压电元件111a。

第一电极115a连接到驱动装置130，压电元件111a的接地操作通过第一电极115a来执行。

当驱动装置130将驱动电压施加到压电元件111a时，压电元件111a根据驱动电压的频率沿着垂直于第一表面111的方向延伸和收缩。压电元件111a的延伸和收缩产生定子110连续的曲线波动。在这种情况下，由于形成被引导到定子110的曲线波的波峰部分的突起112a和转子120之间的接触，旋转力开始传进到转子120。

换句话说，如图8所示，突起112a的运动轨迹F是椭圆，由于运动轨迹F的切向运动f_t而使突起112a将旋转力传递到转子120。

如图9所示，定子110的曲线波动的运动全部作用于转子120。因此，转子120执行旋转运动，从而驱动压电电机100。

如上所述，在本实施例的压电电机100中，具有多边形的多个压电元件111a被布置在定子110上。因此，当制备压电元件111a时，压电元件111a的原料被充分切割。因此，降低了制备压电元件111a的成本。

此外，根据本实施例的压电元件111a具有多边形形状，当制造压电元件111a时，所述多边形形状使压电元件111a的原料的延伸和收缩方式容易预测。因此，用于制造压电元件111a的时间相对缩短。

在本实施例的压电电机100中，已经被极化的多个压电元件111a被布置在定子110上。因此，压电元件111a容易布置在定子110上。

如上所述，具有简单、有效的结构的压电电机被实现。因此，制造成本被降低。

在此所引用的包括出版物、专利申请和专利的全部参考文献以引用的方式被包含于此，该引用的程度如同已单独地及具体地将各个参考文献所指示的内容通过引用被包含于此并在此以整体进行阐述。

为了增进对本发明的原理的理解，已经对附图中示出的优选实施例进行了描述，并且特定的语言被用于描述这些实施例。然而，该特定的语言并不意在限制本发明的范围，本发明应该被解释为包括本领域的普通技术人员通常会想到的所有实施例。

可以根据功能块组件和各种处理步骤来描述本发明。可通过执行特定功能的任意数目的组件来实现这样的功能块。

在此示出和描述的具体实施方式为本发明的说明性的示例，并不意在以任何方式另外限制本发明的范围。为了简要，可不对系统的传统的方面(及该系统的单独操作组件的组件)进行详细描述。此外，示出的各图中所示的连接线或连接器意在表示各元件之间的示例性功能关系和/或物理结合或逻辑结合。应该理解的是，在实际装置中，可存在多种可选的或附加的功能关系、物理连接或逻辑连接。此外，除非元件被特别地描述为“必要的”或“关键的”，否则没有任何项目或组件对实施本发明是必要的。

在此所使用的术语“包含”、“包括”或“具有”及其变型意在包括以下所列的术语及其等同术语和其它术语。此外，除非在此另有指示或其它限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“结合”及其改变被广泛使用并包括直接和间接的安装、连接、支撑和结合。此外，“连接”和“结合”不限于物理或者机械的连接或结合。

在描述本发明的上下文中(尤其是在权利要求的上下文中)所使用的单数形式应该被解释为包括单数形式和复数形式。此外，在此列举的数值范围仅意在用作单独地指出落在该范围内的各个独立的数值的一种简略的方法，并且各个独立的数值被包含在说明书中，如同已在此单独地列举。最后，除非在此另有指示或者通过上下文另外清楚地否定，否则在此所描述的所有方法的步骤可以以任何合适的顺序执行。除非另有声明，否则任何和全部示例的使用或者在此提供的示例性语言(如“例如”)仅意在更好地阐明本发明，并不限制本发明的范围。

在此所使用术语“机构”和“元件”，且所述术语不限于单指机械实施例。在不脱离本发明的原理和范围的情况下，本领域的技术人员可以进行各种修改和变形。

Claims

1.一种压电电机，包括：

定子，包括第一表面和第二表面，其中，在第一表面上布置有多个压电元件，在第二表面上形成有多个突起；

转子，具有圆环形形状，并包括转子主体和从转子主体朝着内向延伸的凸缘部分，所述转子通过由所述压电元件产生的定子的波动运动而旋转；

驱动装置，将驱动电压施加到所述压电元件，

其中，所述多个压电元件的极化方向垂直于转子的旋转表面，

其中，所述多个压电元件中的每个具有多层压电陶瓷层的堆叠结构，

其中，所述转子主体的下表面与突起接触。

2.如权利要求1所述的压电电机，其中，所述压电元件由压电陶瓷制成。

3.如权利要求1所述的压电电机，其中，第一表面和第二表面彼此平行。

4.如权利要求1所述的压电电机，其中，所述多个压电元件在第一表面上被布置圆环形形状。

5.如权利要求1所述的压电电机，其中，所述多个压电元件彼此之间以预定距离布置在第一表面上。

6.如权利要求1所述的压电电机，其中，所述多个压电元件被布置在同一平面上。

7.如权利要求1所述的压电电机，其中，所述压电元件具有多边形形状。

8.如权利要求7所述的压电电机，其中，所述多边形是矩形。

9.如权利要求1所述的压电电机，其中，所述定子具有圆环形形状。

10.如权利要求9所述的压电电机，还包括：

第一电极，设置在定子的内表面，并电连接到驱动装置；

第二电极，设置在定子的外表面，并电连接到驱动装置；

第三电极，设置在定子的外表面，电连接到驱动装置，并且与第二电极电绝缘。

11.如权利要求10所述的压电电机，其中，在定子的内表面上涂覆导电材料以形成所述第一电极，在定子的外表面上涂覆导电材料以形成第二电极和第三电极。

12.如权利要求10所述的压电电机，其中，第一电极、第二电极和第三电极利用包线形成。