CN113098320A - 步进电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种步进电机，包括定子、压电振动板及动子；所述定子具有相对的两个端部，所述定子的外壁设有外螺纹；所述压电振动板固定设于所述定子的端部；所述动子套设于所述定子外，所述动子设有内螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹旋合。本发明技术方案的压电振动板通电后会带动定子振动，从而动子可相对定子的外螺纹做螺旋运动，实现步进电机做螺旋运动的效果。

Description

步进电机

技术领域

本发明涉及步进电机技术领域，特别涉及一种步进电机。

背景技术

在移动通信设备、可穿戴设备等小型设备中，为了驱动小型零部件或可动机构，例如伸缩式的摄像头、伸缩式的可动机构等，需要可以提供驱动力的小型电机。传统的小型电机需要复杂的齿轮、凸轮等结构，或者现在有一种摩擦惯性压电驱动的步进电机，其仅能提供直线方向的运动，无法提供螺旋运动或者旋转运动。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种步进电机，旨在提出一种输出直线方向的运动以外的其他运动的步进电机。

为实现上述目的，本发明提出的步进电机，包括定子、压电振动板及动子；所述定子具有相对的两个端部，所述定子的外壁设有外螺纹；所述压电振动板固定设于所述定子的端部；所述动子套设于所述定子外，所述动子设有内螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹旋合。

可选地，所述定子为杆体，所述杆体的外壁形成有所述外螺纹。

可选地，所述定子包括杆体和固定套设于所述杆体外的套管，所述套管的外壁形成有所述外螺纹。

可选地，所述动子的内壁设有两个螺牙，两个所述螺牙关于所述动子的中心呈中心对称设置。

可选地，所述步进电机还包括齿轮杆，所述齿轮杆的外壁形成有第一齿轮结构，所述动子的外壁形成有第二齿轮结构，所述第二齿轮结构与所述第一齿轮结构啮合。

可选地，所述齿轮杆包括轴杆部和套筒部，所述轴杆部与所述定子相对设置；所述套筒部固定套设于所述轴杆部外，所述套筒的外壁形成有所述第一齿轮结构。

可选地，所述压电振动板设有两个，两个所述压电振动板分别固定连接于所述定子的两个端部。

可选地，所述压电振动板包括基片和压电陶瓷片；所述压电陶瓷片设于所述基片的表面；所述基片或所述压电陶瓷片与所述定子的端部固定连接。

可选地，每一所述压电振动板包括两个所述压电陶瓷片，两个所述压电陶瓷片分别设于所述基片的两个相对的表面，靠近所述定子的所述压电陶瓷片与所述定子固定连接。

可选地，所述压电陶瓷片呈圆形或矩形；和/或，所述基片呈圆形或者矩形。

本发明技术方案通过将压电振动板设于定子的端部，则压电振动板在通电后产生的机械振动会传递至定子上，从而带动定子也做同样的机械振动。定子在振动过程中，动子的惯性力可克服其与定子之间的摩擦力，从而动子相对定子具有相对位移量。同时由于定子外壁设有外螺纹，动子具有与外螺纹配合的动螺纹，从而动子可相对定子、并沿定子的外螺纹轮廓形状运动，即动子做螺旋运动，进而实现本发明的步进电机做螺旋运动的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明步进电机一实施例的结构示意图；

图2为本发明步进电机另一实施例的结构示意图；

图3为本发明步进电机中动子一实施例的正面剖视图；

图4为本发明步进电机中动子一实施例的横切面视图；

图5为本发明步进电机中动子另一实施例的正面剖视图；

图6为本发明步进电机中动子另一实施例的横切面视图；

图7为本发明步进电机中齿轮杆的套筒部的横切面视图；

图8为本发明步进电机中压电振动板的一实施例的俯视图；

图9为本发明步进电机中压电振动板的另一实施例的俯视图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	定子	101	外螺纹
110	杆体	120	套管
				200	动子	210	内螺纹
211	螺牙	220	第二齿轮结构
				300	压电振动板	310	基片
320	压电陶瓷片	400	齿轮杆
				410	轴杆部	420	套筒部
421	第一齿轮结构

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种步进电机。

在本发明实施例中，请结合参照图1至图6，该步进电机包括定子100、压电振动板300及动子200；定子100具有相对的两个端部，定子100的外壁设有外螺纹101；压电振动板300固定设于定子100的端部；动子200套设于定子100外，动子200设有内螺纹210，内螺纹210与外螺纹101旋合。

压电振动板300具有通电后能够产生机械振动的作用，由于压电振动板300设于定子100的端部，则压电振动板300通电产生机械振动的同时，还能带动定子100做机械振动。具体地，压电振动板300与定子100支架可采用粘接、焊接、铆接或者螺纹连接的方式实现其二者之间固定连接的效果。具体地，定子100具有相对的两个端部，该定子100可以为一根单独的杆状件、杆状件的外壁形成有外螺纹101，或者定子100可以为一个单独的筒体、筒体的外壁形成有外螺纹101，或者定子100还可以为一根杆状件套装于一个筒体内的一个组件、筒体的外壁形成有外螺纹101，或者筒体套设于杆状件外、杆状件的至少一端伸出筒体的筒口、筒体的外壁和/或杆状件的外壁形成有外螺纹101等；只要定子100具有相对两个端部，其外壁可形成外螺纹101即可。

定子100外套设有动子200，则定子100做机械振动时可与动子200之间具有摩擦力，从而动子200因其惯性的作用下可能与定子100之间具有相对位移，也可没有相对位移。本发明中定子100的外壁设有外螺纹101，且动子200设有与该外螺纹101旋合的内螺纹210，则使得动子200与定子100之间具有相对位移时，其可沿定子100的外螺纹101相对定子100做螺旋上升或螺旋下降的运动。

具体地，该步进电机的工作原理如下：当对压电振动板300施加特定频率的电压时，该压电振动板300可具有一定规律的沿定子100的轴向往返振动的状态。例如当定子100的轴向沿上下方向延伸时，在特定频率的电压下，压电振动板300可在上下方向往返振动。更具体地，例如在某一特定频率的电压下，压电振动板300向上的振动过程中缓慢向上运动，此时动子200的惯性力并不足以克服动子200与定子100之间的摩擦力，可以看做动子200与动子200之间没有相对位移，或者其二者之间的相对位移远远小于压电振动板300向上的振幅。而在下降的时候，压电振动板300迅速向下运动，在此过程中，动子200的惯性力能够克服其与定子100之间的摩擦力，此时动子200与定子100之间具有一定的相对位移量，且此时的相对位移量约接近于定子100向下的振幅。如此循环振动，则动子200可相对定子100在定子100的轴向上具有一步步的位移量。进一步地，本发明中定子100外壁设有外螺纹101，动子200具有与外螺纹101旋合的内螺纹210，则定子100在快速沿其轴向运动时，动子200可沿定子100的外螺纹101螺旋上升，因此本发明可实现步进电机输出螺旋步进运动的效果。

本发明技术方案通过将压电振动板300设于定子100的端部，则压电振动板300在通电后产生的机械振动会传递至定子100上，从而带动定子100也做同样的机械振动。定子100在振动过程中，动子200的惯性力可克服其与定子100之间的摩擦力，从而动子200相对定子100具有相对位移量。同时由于定子100外壁设有外螺纹101，动子200具有与外螺纹101配合的动螺纹，从而动子200可相对定子100、并沿定子100的外螺纹101轮廓形状运动，即动子200做螺旋运动，进而实现本发明的步进电机做螺旋运动的效果。

具体地，如图2所示，基于定子100具有相对的两个端部的方案，在一实施例中，定子100为杆体110，杆体110的外壁形成有外螺纹101。

通过将定子100设置成杆体110，则在杆体110的外壁形成外螺纹101时，则可使得定子100与动子200的相对螺旋运动的长度较长，从而保证动子200具有较好的螺旋运动效果。如此设置，则还可使得定子100的结构较为简单。需要说明的是，为了能够使得杆体110的外壁形成有外螺纹101，本实施例中的杆体110一般为圆柱状。

如图1所示，基于定子100具有相对的两个端部的方案，在另一实施例中，定子100包括杆体110和固定套设于杆体110外的套管120，套管120的外壁形成有外螺纹101。

通过将固定套设于杆体110外的套管120的外壁形成外螺纹101，则使得定子100仍可与动子200之间实现相对螺旋运动的效果；另外，套管120固定套设于杆体110外以使得套管120和杆体110共同组成定子100结构，则使得定子100具有较佳的强度，提高了定子100的使用寿命，保证定子100上连接压电振动板300时具有较好的连接效果。具体地，套筒的长度可与杆体110的长度相等，或者，套筒的长度可小于杆体110的长度。杆体110可为圆柱状或者棱柱状；而为了能够在套筒的外壁形成外螺纹101，套筒的形状一般为圆柱状。

请结合参照图5和图6，基于上述动子200能够相对定子100做螺旋运动的方案，进一步地，动子200的内壁设有两个螺牙211，两个螺牙211关于动子200的中心呈中心对称设置。

本实施例中动子200的内壁设有两个螺牙211，是指一圈螺纹里具有两个螺牙211，动子200在其所有的内壁的深度方向设有两个螺牙211。通过将动子200的内壁设有两个螺牙211，则外界对动子200施加压力时可通过动子200的这两个螺牙211对定子100具有两个压力点，则相对于动子200与定子100接触的整个平面来讲，这两个压力点更加便于动子200能够对定子100施加上压力，进而便于提高动子200与定子100之间的摩擦力，从而便于提高本发明中电机的载荷。另外，通过这两个螺牙211关于动子200的中心呈中心对称设置，则这两个螺牙211为动子200内部呈180°角针对的两个螺牙211，从而使得这两个螺牙211之间的间距较大，进一步便于外界对动子200的这两个螺牙211施加压力。

请结合参照图1、图2、图4及图7，基于动子200能够相对定子100做螺旋运动的方案，本发明还提供一种实施例：步进电机还包括齿轮杆400，齿轮杆400的外壁形成有第一齿轮结构421，动子200的外壁形成有第二齿轮结构220，第二齿轮结构220与第一齿轮结构421啮合。

通过设置齿轮杆400，且齿轮杆400的外壁形成的第一齿轮结构421与动子200的外壁形成的第二齿轮结构220啮合，则使得动子200在相对定子100做螺旋运动时，由于动子200与齿轮杆400啮合，则动子200还能够相对齿轮杆400在齿轮杆400的长度方向运动，并且由于动子200与齿轮杆400的啮合，因此动子200在转动过程中还可带动齿轮杆400转动，进而实现齿轮杆400转动的效果，即使得该步进电机还可实现旋转的效果。

具体地，如图1或图2所示，齿轮杆400包括轴杆部410和套筒部420，轴杆部410与定子100相对设置；套筒部420固定套设于轴杆部410外，套筒的外壁形成有第一齿轮结构421。

如此设置，则使得动子200在螺旋运动时带动套筒做旋转运动；由于套筒固定套设于轴杆部410外，因此套筒做旋转运动时会带动轴杆部410同步做旋转运动。通过齿轮杆400包括轴杆部410和固定套设于轴杆部410外的套筒部420，且通过在套筒部420的外壁形成第一齿轮结构421，则使得齿轮杆400具有较好的强度，避免齿轮杆400较细而难以形成螺纹结构。当然，可以理解的是，在其他实施例中，当轴杆部410的外径尺寸较大时，齿轮杆400也可只具有轴杆部410，从而直接在轴杆部410的外壁形成第一齿轮结构421。

具体地，套筒部420与轴杆部410可通过粘接、焊接或者螺钉连接等方式实现固定连接的效果。另外，套筒部420的长度与轴杆部410的长度可相等，或者套筒部420的长度小于轴杆部410的长度。

如图1或图2所示，基于上述压电振动板300连接于定子100的端部的方案，进一步地，压电振动板300设有两个，两个压电振动板300分别固定连接于定子100的两个端部。

本实施例中，压电振动板300可通过胶接、焊接或者通过紧固件连接的方式固定连接于定子100的两个端部。通过在定子100的两个端部分别固定有压电振动板300，则使得定子100与压电振动板300组成的整体结构行程一种对称结构，可以理解的是，其相对于在定子100的单端设置压电振动板300来说，当两个振动板采用相同的方式施加相同的电信号时，其二者的振动方向一致，从而使得该步进电机的驱动力叠加，有利于该步进电机的启动响应更快，有利于提高整个步进电机的位移进度和运动速度。

具体地，如图1和图2所示，压电振动板300包括基片310和压电陶瓷片320；压电陶瓷片320设于基片310的表面；基片310或压电陶瓷片320与定子100的端部固定连接。

本发明中，该压电振动板300的其中压电陶瓷片320可以为单晶陶瓷、多晶压电陶瓷或者聚合物材料。基片310可以采用具有弹性的金属片，例如铜、镍、不锈钢或者铜合金、镍合金等；或者基片310还可以采用具有弹性的非金属材料，并对该非金属材料的表面进行导电处理，例如可以附上导电材料层，以使其具有良好的导电性。压电陶瓷片320通电后会在XY方向伸长或缩短，从而导致其在Z方向上(即定子100的长度方向上)发生弯曲变形，进而带动基片310和定子100也在Z方向运动，从而实现了定子100在Z方向振动的效果。

在一实施例中，一个压电振动板300可具有一个压电陶瓷片320，该压电陶瓷片320可仅设于基片310的一个表面，压电陶瓷片320和基片310的其中之一可连接一个电极，其中至另一可连接另一电极；在此情况下，该压电振动板300的压电陶瓷片320可与定子100的端部固定连接，或者该压电振动板300的基片310可与定子100的端部固定连接。当定子100的两端均连接有该压电振动板300时，定子100的一端连接的压电振动板300的基片310可与该定子100连接，定子100的另一端连接的压电振动板300的压电陶瓷片320与该定子100连接；或者定子100两端连接的两个压电振动板300的基片310均与该定子100连接；或者定子100两端的两个压电振动板300的压电陶瓷片320均与该定子100连接。

在另一实施例中，一个压电振动板300中还可具有两个压电陶瓷片320，这两个压电陶瓷片320分别设于基片310相对的两个表面；这两个压电陶瓷片320的极化方向可以是相同的，即这两个压电陶瓷片320均连接于同一电极，基片310连接于另一电极；或者这两个压电陶瓷片320的极化方向也可以是相反的，即这两个压电陶瓷片320分别连接于两个不同的电极上；在此情况下，其中靠近定子100的压电陶瓷片320与定子100的端部固定连接。可以理解的是，当设于基片310相对两表面的这两个压电陶瓷片320连接于不同的电极时，这两个压电陶瓷片320在XY平面上具有相反方向的弯曲方向，即其中一个压电陶瓷片320收缩，另一压电陶瓷片320扩张，从而使得整个整个压电振动板300在Z方向具有较大的振动幅度。另外，压电陶瓷片320在通电后，其中部最容易发生机械变形，因此本实施例中可选压电陶瓷片320的中部与定子100的端部固定连接，以便驱动定子100能够有较大的振幅。

当压电陶瓷片320与基片310连接时，压电陶瓷片320可通过胶黏剂胶接于基片310上，如此可以不会损伤基片310和压电陶瓷片320。当然，在其他实施例中，基片310与压电陶瓷片320还可以采用其他的连接方式，只要能够将二者固定连接在一起即可。

请结合参照图1、图2、图8及图9，进一步地，压电陶瓷片320的形状可以为圆形、矩形或者其他形状；基片310的形状也可为圆形、矩形或者其他形状。其中压电陶瓷片320与基片310的形状可以相同，也可以不同。为了便于制作，本发明中的压电陶瓷片320的形状可选圆形或者矩形，基片310的形状可选圆形或者矩形。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种步进电机，其特征在于，包括：

定子，所述定子具有相对的两个端部，所述定子的外壁设有外螺纹；

压电振动板，所述压电振动板固定设于所述定子的端部；及

动子，所述动子套设于所述定子外，所述动子设有内螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹旋合。

2.如权利要求1所述的步进电机，其特征在于，所述定子为杆体，所述杆体的外壁形成有所述外螺纹。

3.如权利要求1所述的步进电机，其特征在于，所述定子包括杆体和固定套设于所述杆体外的套管，所述套管的外壁形成有所述外螺纹。

4.如权利要求1所述的步进电机，其特征在于，所述动子的内壁设有两个螺牙，两个所述螺牙关于所述动子的中心呈中心对称设置。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的步进电机，其特征在于，所述步进电机还包括齿轮杆，所述齿轮杆的外壁形成有第一齿轮结构，所述动子的外壁形成有第二齿轮结构，所述第二齿轮结构与所述第一齿轮结构啮合。

6.如权利要求5所述的步进电机，其特征在于，所述齿轮杆包括：

轴杆部，所述轴杆部与所述定子相对设置；和

套筒部，所述套筒部固定套设于所述轴杆部外，所述套筒的外壁形成有所述第一齿轮结构。

7.如权利要求1至4中任意一项所述的步进电机，其特征在于，所述压电振动板设有两个，两个所述压电振动板分别固定连接于所述定子的两个端部。

8.如权利要求7所述的步进电机，其特征在于，所述压电振动板包括：

基片；和

压电陶瓷片，所述压电陶瓷片设于所述基片的表面；所述基片或所述压电陶瓷片与所述定子的端部固定连接。

9.如权利要求8所述的步进电机，其特征在于，每一所述压电振动板包括两个所述压电陶瓷片，两个所述压电陶瓷片分别设于所述基片的两个相对的表面，靠近所述定子的所述压电陶瓷片与所述定子固定连接。

10.如权利要求8所述的步进电机，其特征在于，所述压电陶瓷片呈圆形或矩形；和/或，所述基片呈圆形或者矩形。

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