CN210201745U - 换能器及压电换能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种换能器及压电换能装置，该换能器包括：支撑板；压电换能本体，设置于支撑板上；压电换能本体能够与负载相接，以使负载与压电换能本体同步运动；保护装置，设于支撑板上，用于在负载朝向第一方向运动时为负载提供反向力，以避免压电换能本体在第一方向上的形变量超过第一形变量；其中，第一方向为负载朝向支撑板运动的方向，第一形变量是指压电换能本体在第一方向上的最大允许形变量。本实用新型提供的换能器，通过保护装置的设置可以对压电换能本体施加反向力，以避免压电换能本体在第一方向上的形变量超过最大形变量，从而避免压电换能本体因形变量过大而损坏，实现了对压电换能本体的保护，提高了换能器的可靠性。

Description

换能器及压电换能装置

技术领域

本实用新型涉及压电设备技术领域，特别是涉及换能器及压电换能装置。

背景技术

压电效应的原理是：对压电材料施加压力使之形变时，它便会产生电位差 (称之为正压电效应)，反之施加电压，它会则产生形变(称之为逆压电效应)。利用压电效应原理，可以将压电材料生产成相应的压电换能器。在实际应用过程中，由于压电材料脆性较大，当换能器形变较大时容易损坏，故需要对其进行过载保护。

实用新型内容

本实用新型提供的换能器及压电换能装置，旨在解决现有换能器因缺少过载保护而损坏的问题。

本实用新型是这样实现的，一种换能器，包括：支撑板；压电换能本体，设置于所述支撑板上；所述压电换能本体能够与负载相接，以便使所述负载与所述压电换能本体同步运动；保护装置，设于所述支撑板上且位于所述支撑板与所述负载之间，保护装置用于在所述负载朝向第一方向运动时为所述负载提供反向力，以避免所述压电换能本体在所述第一方向上的形变量超过第一形变量；其中，所述第一方向为所述负载朝向所述支撑板运动的方向，所述第一形变量是指所述压电换能本体在所述第一方向上的最大允许形变量；所述反向力为所述保护装置施加于所述负载并与所述第一方向相反的力。

本实用新型提供的换能器，通过保护装置的设置可以通过对负载施加反向力实现对压电换能本体施加方向力，以避免压电换能本体在第一方向上的形变量超过最大形变量，从而避免压电换能本体因形变量过大而损坏，实现了对压电换能本体的保护，提高了换能器的可靠性。

进一步的，所述保护装置包括保护板，所述保护板设于所述支撑板的第一表面；在所述第一方向上，所述负载与所述保护板之间间隔一预定距离，且所述预定距离小于等于所述第一形变量，以便在所述压电换能本体的形变量超过所述第一形变量之前，使所述负载与所述保护板抵接。

进一步的，在所述第一方向上，所述压电换能本体凸出于所述保护板，以便使所述负载与所述保护板之间呈所述预定距离相隔。

进一步的，所述保护装置还包括第一弹性件，所述第一弹性件设置在所述保护板上，并位于所述保护板与所述负载之间，所述第一弹性件用于防止所述负载与所述第一表面刚性碰撞，这样设置可以进一步提高换能器的防过载效果。

进一步的，所述第一弹性件与所述负载相接，以便与所述负载同步运动，进而使所述第一弹性件能够在所述负载朝第二方向形变时为所述负载提供反向力，以避免所述压电换能本体在第二方向上的形变量超过第二形变量；其中，所述第二方向为所述负载远离所述支撑板运动的方向，所述第二形变量为所述压电换能本体在所述第二方向上的最大形变量，这样设置可以进一步提高换能器的防过载效果。

进一步的，所述保护装置包括第二弹性件，所述第二弹性件设置在所述支撑板上并与所述负载相对，所述第二弹性件用于对所述负载提供弹力，以避免所述压电换能本体在所述第一方向上的形变量超过第一形变量。

进一步的，所述第二弹性件的一端与所述支撑板相接，所述第二弹性件的另一端与所述负载相接，使所述第二弹性件能够与所述负载同步运动，进而使所述第二弹性件能够在所述换能器朝第二方向形变时为所述负载提供反向力，以避免所述换能器在第二方向上的形变量超过第二形变量；其中，所述第二方向为所述负载远离所述支撑板运动的方向，所述第二形变量为所述换能器在所述第二方向上的最大形变量。

进一步的，所述压电换能本体包括压电体、第一弹性体以及第二弹性体；所述压电体包括相背设置的第一表面和第二表面，所述第一弹性体设于所述压电体上的第一表面，所述第二弹性体设于所述压电体的第二表面；所述第一弹性体远离所述压电体的表面与所述支撑板相接触；所述第二弹性体远离所述压电体的弹性件与所述负载相接。

进一步的，所述第一弹性体和/或所述第二弹性体为拱形结构，所述拱形结构的内凹区域与所述压电体相对。

本实用新型还提供了一种压电换能装置，所述压电换能装置包括负载以及与负载相接的换能器，所述换能器如上任意一项所述，以提高整个压电换能装置的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例提供的换能器的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例提供的换能器的另一种结构示意图；

图3为本实用新型第二实施例提供的换能器的结构示意图；

图4为本实用新型第三实施例提供的换能器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，在本实用新型提供的第一实施例中，该换能器包括：支撑板2、压电换能本体1以及保护装置3。压电换能本体1设置在支撑板2上，用于实现压电转换，使用时，压电换能本体1与负载4相接，以便使负载4与压电换能本体1同步运动。即压电换能本体1通电形变时可带动负载4一起运动；或者是负载4受力使压电换能本体1形变(施加在负载4上的力传递至压电换能本体1，进而使压电换能本体1形变，并基于压电效应产生相应的电信号)，实现二者的同步运动。保护装置3设置在支撑板2上，且位于支撑板2与负载4之间，用于在负载4朝向第一方向(图示A方向)运动时为负载4提供反向作用力，该反向力可以阻碍负载4的运动，进而阻碍压电换能本体1在第一方向上的形变，避免压电换能本体1在第一方向上的形变量超过第一形变量。其中，第一方向为负载4朝向支撑板2运动的方向，第一形变量为压电换能本体1在第一方向上的最大允许形变量，压电换能本体1在第一方向上的形变量超过第一形变量时，会造成压电换能本体1损坏。本实施例中，通过保护装置3的设置可以避免压电换能本体1在第一方向上因形变量过大而损坏，实现了对压电换能本体1的保护，提高了整个换能器的可靠性。

如图1所示，在本实施例中，压电换能本体1包括压电体11、第一弹性体 12以及第二弹性体13。其中，压电体11由压电材料制成，为一长方体结构，包括相背设置的第一表面和第二表面，第一弹性体12设于压电体11的第一表面，第二弹性体13设于压电体11的第二表面；第一弹性体12远离压电体11 的表面与支撑板2相接；第二弹性体13远离压电体11的表面与负载4相接。可以理解的，在本实用新型提供的其他实施例中，压电体11的横截面也可以是其他形状的结构。

进一步的，如图1所示，在本实施例中，第一弹性体12和第二弹性体13 为拱形结构，该拱形结构的内凹区域与压电体11相对。可以理解的，在本实用新型提供的其他实施例中，也可以是第一弹性体12和第二弹性体13的其中一者为拱形结构。另外，在本实施例中，压电换能本体1与支撑板2之间是连接固定在一起的，当然，在本实用新型提供的其他实施例中，压电换能本体1也可以是仅与支撑板2相接触而不连接。

如图1所示，在本实施例中，保护装置3包括有保护板31，保护板31设置在压电换能本体1的外侧。保护板31可以是硬质塑料、金属等硬质材料制成，实际使用时保护板31可以为环状、柱状等结构设置。

在本实施例中，压电换能本体1和保护板31均设置在支撑板2的第一表面，负载4设置在压电换能本体1远离第一表面的端面上，且在第一方向上，负载4 与保护板31之间间隔一定距离，定义该距离为预定距离L，该预定距离L的数值小于等于第一形变量的数值，从而在压电换能本体1的形变量超过第一形变量之前，使得负载4能够与保护板31抵接。

具体的，如图1所示，在本实施例的一种实施例方式中，在第一方向上，压电换能本体1凸出于保护板31(第二弹性体13凸出于保护板31)，以便使压电换能本体1的安装面与保护板31的抵接面之间呈预定距离L。其中，在本实施例中，压电换能本体1的安装面为第二弹性体远离压电体11的表面，用于与负载4相接的表面；保护板31的抵接面311为用于与负载4抵接的表面。在本实施例中，压电换能本体1的安装面与保护板31的抵接面均为平面，负载4用于与压电换能本体1相接的表面也为平面，并用于与保护板31抵接。

可以理解的，也可以采用其他方式使负载4与保护板31之间相隔预定距离 L，比如，如图2所示，在本实施例的另一实施方式中，在第一方向上，保护板 31凸出于压电换能本体(即压电换能本体1的安装面低于保护板31抵接面311)，此时压电换能本体1通过连接柱5与负载4连接在一起(连接柱5也可以采用其他形状结构的连接件替换)，以便将负载4与保护板31隔离一定的距离(即预定间距L)。另外，连接柱5可以是和负载4(或压电换能本体1)一体成型，也可以是一独立的元件。

如图1和图2所示，在本实施例中，保护装置3还包括弹簧32，弹簧32设置在保护板31上，负载4在第一方向上运动时会先与弹簧32接触，这样可以防止负载4与保护板31刚性碰撞，提高换能器的寿命。

在本实施例中，压电换能本体1除了能在第一方向上产生形变，还可以在第二方向上产生形变，其中，第二方向与第一方向相反，为负载4远离支撑板运动的方向。在本实施例中，压电换能本体1在第二方向上的最大形变量为第二形变量。为了进一步提高换能器的可靠性，在本实施例中，弹簧32与负载4 连接在一起，以便使弹簧32与负载4同步运动。当压电换能本体1沿第二方向的形变时(即负载4沿第二方向运动时)，弹簧32也可以为负载4提供反向力，通过对弹簧32弹性系数等的合理设置可以避免压电换能本体1在第二方向上的形变量超过第二形变量，实现对压电换能本体1在第二方向上的过载保护。

如图1所示，在本实用新型提供的实施例中，保护板31的抵接面311上设有盲孔312，弹簧32设置在盲孔312内，利用盲孔312可以对弹簧32的形变运动起到一定的导向作用，进而提高负载4运动的平稳性。

在本实施例中，弹簧32的个数大于等于两个，且这些弹簧32可以围绕着负载4均匀设置(同样的，在本实施例中，盲孔312的个数也大于等于两个，并与弹簧32一一对应)。此外，在本实施例中，弹簧32可以采用非线性弹簧、线性弹簧等。当然，在本实用新型提供的其他实施例中，弹簧32可以采用弹片等弹性件(定义为第一弹性件)进行替换。

在上述第一实施例中，负载4的个数为一个，而在本实用新型提供的其他实施例中，负载4的个数也可以是两个或多个。比如，如图3所示，在本实用新型提供的第二实施例中，负载4的个数为两个，与上述第一实施例的区别之处在于，保护板31的个数为两个，压电换能本体1的第一弹性体12与其中一个负载4相接，第二弹性体13与另一个负载4相接。在本实用新型提供的其他实施例中，压电体11的其他表面也可以设置相应的弹性体，这些弹性体也可以与其他负载4相接，从而实现换能器驱动多个负载4。

上述第一实施例和第二实施例中，支撑板和保护板可以是一体成型设置，也可以是两个独立的元件。

上述第一实施例和第二实施例中，保护装置3主要是通过保护板31的抵接来限定负载4在第一方向上的运动，实际生产时，保护装置3也可以采用其他设置方式，如图4所示，在本实用新型的第三实施例中，与上述第一实施例不同之处在于，保护装置3直接采用弹簧30，弹簧30设置在支撑板2的第一表面上，并与负载4相对，用于对负载4提供弹力。通过对弹簧30的弹性系数的合理设置可以避免压电换能本体1在第一方向上的形变量超过第一形变量。在本实施例中，弹簧30的个数为两个，可以理解的，弹簧30的个数也可以是一个或多个。

进一步的，在本实施例中，弹簧30的一端与支撑板2相接，弹簧30的另一端与负载4相接，使弹簧30能够与负载4同步运动，进而使弹簧30可以在压电换能本体1沿第二方向形变时为负载4提供反向力，以避免压电换能本体1 在第二方向上的形变量超过第二形变量。此外，弹簧30也可以采用弹片等弹性元件替换，定义该弹性元件为第二弹性件。

在上述各实施例中，负载4可以是一压板，以便接收外界对换能器的施力，负载4也可以是待驱动的对象，比如压电马达的动子。另外，负载4可以是通过粘接、焊接或者是通过相应连接件连接等方式与换能器相接。当然负载4还可以是与换能器一体成型设置，比如负载4为一压板，该压板通过注塑等方式与第二弹性体13一体成型。

本实用新型还提供了一种压电换能装置，其中该压电换能装置可以是压电马达、压电传感器等。该压电换能装置换能装置包括负载以及与负载相接的换能器，其中换能器如上述任一实施例所述，这样提高整个压电换能装置的使用寿命。

此外，在本实施例中，压电换能装置包括有外壳，换能器设置在外壳内，为了生产方便，换能器中的支撑板2可以是与外壳一体成型设置，即压电换能装置的外壳为上述实施例的支撑板2。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种换能器，其特征在于，包括：

支撑板；

压电换能本体，设置于所述支撑板上；所述压电换能本体能够与负载相接，以使所述负载与所述压电换能本体同步运动；

保护装置，设于所述支撑板上且位于所述支撑板与所述负载之间，所述保护装置用于在所述负载朝向第一方向运动时为所述负载提供反向力，以避免所述压电换能本体在所述第一方向上的形变量超过第一形变量；

其中，所述第一方向为所述负载朝向所述支撑板运动的方向；所述第一形变量为所述压电换能本体在所述第一方向上的最大允许形变量。

2.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述保护装置包括保护板，所述保护板设于所述支撑板的第一表面；

在所述第一方向上，与所述压电换能本体相接的所述负载与所述保护板之间间隔一预定距离，且所述预定距离小于等于所述第一形变量，以便在所述压电换能本体的形变量超过所述第一形变量之前，使所述负载与所述保护板抵接。

3.根据权利要求2所述的换能器，其特征在于，在所述第一方向上，所述压电换能本体凸出于所述保护板，以使所述负载与所述保护板之间呈所述预定距离相隔。

4.根据权利要求2所述的换能器，其特征在于，所述保护装置还包括第一弹性件，所述第一弹性件设置在所述保护板上，并位于所述保护板与所述负载之间，所述第一弹性件用于防止所述负载与所述第一表面刚性碰撞。

5.根据权利要求4所述的换能器，其特征在于，所述第一弹性件与所述负载相接，以便与所述负载同步运动，进而使所述第一弹性件能够在所述负载朝第二方向形变时为所述负载提供反向力，以避免所述压电换能本体在第二方向上的形变量超过第二形变量；

其中，所述第二方向为所述负载远离所述支撑板运动的方向，所述第二形变量为所述压电换能本体在所述第二方向上的最大形变量。

6.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述保护装置包括第二弹性件，所述第二弹性件设置在所述支撑板上并与所述负载相对，所述第二弹性件用于对所述负载提供弹力，以避免所述压电换能本体在所述第一方向上的形变量超过第一形变量。

7.根据权利要求6所述的换能器，其特征在于，所述第二弹性件的一端与所述支撑板相接，所述第二弹性件的另一端与所述负载相接，使所述第二弹性件能够与所述负载同步运动，进而使所述第二弹性件能够在所述换能器朝第二方向形变时为所述负载提供反向力，以避免所述换能器在第二方向上的形变量超过第二形变量；

其中，所述第二方向为所述负载远离所述支撑板运动的方向，所述第二形变量为所述换能器在所述第二方向上的最大形变量。

8.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于，所述压电换能本体包括压电体、第一弹性体以及第二弹性体；

所述压电体包括相背设置的第一表面和第二表面，所述第一弹性体设于所述压电体上的第一表面，所述第二弹性体设于所述压电体的第二表面；

所述第一弹性体远离所述压电体的表面与所述支撑板相接触；所述第二弹性体远离所述压电体的弹性件与所述负载相接。

9.根据权利要求8所述的换能器，其特征在于，所述第一弹性体和/或所述第二弹性体为拱形结构，所述拱形结构的内凹区域与所述压电体相对。

10.一种压电换能装置，其特征在于，所述压电换能装置包括：

负载；以及

与所述负载相接的换能器，所述换能器如权利要求1-9任意一项所述。

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