CN211089496U - 一种压电步进马达 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种压电步进马达，其包括导向轴，压电振动板以及移动端；其中，所述压电振动板至少设置有一个，所述压电振动板连接在所述导向轴的端部，所述压电振动板包括基片和设置在所述基片上的压电陶瓷片；所述移动端装配在所述导向轴上，所述移动端被构造为：能沿着所述导向轴摩擦滑动。本实用新型的一个技术效果为：该压电步进马达具有更快的运动速度以及更大的推力。
Description
技术领域
本实用新型涉及马达技术领域，更具体地，本实用新型涉及一种压电步进马达。
背景技术
随着电子科技的快速发展，如今手机、平板、智能穿戴等多种不同类型的小型电子设备被迅速普及并且深受消费者们的青睐。而在驱动手机、平板中拍摄相关部件进行直线运动时，通常需要配设相应的马达。
目前，常用的马达是传统的电磁式直线马达。这种电磁式直线马达，其直线位移通常是由旋转位移转化而来的，因而存在着结构复杂、位移精度比较差等缺陷。而且，由于电磁式马达自身固有的特性，使其在启动/停止响应、自锁性、发热、噪音、电磁干扰等方面存在着明显的不足。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供一种压电步进马达的新技术方案。。
根据本实用新型的一个方面，提供一种压电步进马达，包括：
导向轴；
压电振动板，所述压电振动板至少设置有一个，所述压电振动板连接在所述导向轴的端部，所述压电振动板包括基片和设置在所述基片上的压电陶瓷片；
移动端，所述移动端装配在所述导向轴上，所述移动端被构造为：能够沿着所述导向轴摩擦滑动。
可选地，所述压电振动板设置为两个，两个所述压电振动板分别以胶接的方式连接在所述导向轴的两端部。
可选地，所述压电振动板包括基片和固定设置在所述基片一个表面上的压电陶瓷片；
所述基片的中心与所述导向轴的端部粘接；或者是，
所述压电陶瓷片的中心与所述导向轴的端部粘接。
可选地，所述压电振动板包括基片和分别固定设置在所述基片两个表面上的压电陶瓷片；
其中，定义所述基片一个表面上的压电陶瓷片为第一压电陶瓷片，定义所述基片另一个表面上的压电陶瓷片为第二压电陶瓷片。
可选地，所述第一压电陶瓷片与所述第二压电陶瓷片的极化方向相同，所述第一压电陶瓷片和所述第二压电陶瓷片连接在同一个电极上，所述基片连接在另一个电极上。
可选地，所述第一压电陶瓷片与所述第二压电陶瓷片的极化方向相反，所述第一压电陶瓷片、所述第二压电陶瓷片分别连接在不同的电极上。
可选地，所述基片的面积不小于所述压电陶瓷片的面积。
可选地，所述基片与所述压电陶瓷片胶接在一起。
可选地，所述基片与所述压电陶瓷片之间至少设置有一个电接触点，用以使电信号能从所述基片传递至所述压电陶瓷片。
可选地，所述压电陶瓷片的材质为锆钛酸铅压电材料、钛酸钡压电材料、铌酸钾钠压电材料中的任意一种。
可选地，所述基片的材质为不锈钢材料、镍合金材料、铜合金材料中的任意一种。
可选地，所述基片的材质为非金属材料，在所述基片的表面上附着有导电材料。
可选地，所述导向轴呈圆柱状结构，所述导向轴的材质为碳纤维材料。
本实用新型实施例提供的压电步进马达，具有结构简单和制作方便的特点。其由压电振动板带动导向轴振动，该设计有助于提高马达的谐振和提高压电振动板的振幅，从而能使压电振动马达具有更快的运动速度和更大的推力。
通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。
图1是本实用新型实施例提供的压电步进马达的立体图。
图2是本实用新型实施例提供的压电步进马达的侧视图。
图3是本实用新型实施例提供的压电步进马达的结构分解图。
图4是本实用新型实施例提供的一种压电振动板的电连接方式示意图。
图5是图4中压电步进马达内导向轴向上运动的原理示意图。
图6是本实用新型实施例提供的另一种压电振动板的电连接方式示意图。
图7是图6中压电步进马达内导向轴向下运动的原理示意图。
图8是本实用新型实施例提供的一种压电振动板的结构示意图。
图9是本实用新型实施例提供的另一种压电振动板的结构示意图。
图10是本实用新型实施例提供的压电步进马达的工作原理示意图。
附图标记说明：
1-压电振动板，11-基片，12-压电陶瓷片，2-导向轴，3-移动端。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本实用新型实施例提供了一种压电步进马达，该压电步进马达可应用在例如手机、Ipad、智能手表、VR眼镜、AR眼镜等多种不同类型的小型电子终端设备中，可以驱动其中的拍摄相关部件等进行相应的直线运动，其具有传统电磁式直线马达无可比拟的优势。
本实用新型实施例提供的一种压电步进马达，如图1-图3所示，其结构为：包括导向轴2，压电振动板1以及移动端3。其中，所述压电振动板1至少设置有一个，且所述压电振动板1连接在所述导向轴2的端部。所述压电振动板1包括基片11和设置在所述基片11上的压电陶瓷片12。所述移动端4被装配在所述导向轴2上，所述移动端3被构造为：能够沿着所述导向轴2摩擦滑动。
本实用新型实施例提供的压电步进马达，其具有结构简单以及制作方便的特点。该压电步进马达由压电振动板1带动导向轴2进行振动，该设计有助于提高整个马达的谐振和提高压电振动板的振幅，从而能使压电振动马达具有更快的运动速度和更大的推力。
特别是，本实用新型的还能进一步扩展压电步进马达的工作频率，以使压电振动马达能够在多频率段工作，而且在较宽的频率段范围内保持速度稳定，具有优良的特性。使用本实用新型的压电步进马达，可以有效克服采用传统的电磁式直线马达所带来的弊端问题。
在本实用新型的一个例子中，如图1-图3所示，所述压电振动板1设置为两个，并且两个所述压电振动板1分别以胶接的方式固定连接在所述导向轴2的两端部。本实用新型的压电步进马达，在导向轴2的两端部分别固定连接有压电振动板1，这就形成了一种对称结构。相比于单端设置压电振动板1的结构来说，该设计有助于提高整个压电步进马达的位移精度和运动速度，同时还有助于使压电步进马达的启动/停止响应更快。
需要说明的是，本实用新型中并不限于采用胶接的方式将压电振动板1与导向轴2的端部连接在一起，当然还可以采用本领域技术人员熟知的其它固定连接方式，例如紧固件连接、焊接等。本实用新型中采用的胶接方式，工艺简单且成本较低，有助于使压电振动板1与导向轴2牢固地连接在一起。
本实用新型的压电振动板1，如图1-图3所示，其结构为：包括基片11和固定设置在所述基片11至少一个表面上的压电陶瓷片12。
所述基片11的面积通常应当大于或者等于所述压电陶瓷片12的面积为宜。具体来说：当压电陶瓷片12的边缘不伸出基片11，即压电陶瓷片12不留边的时候，有助于提高其谐振和位移性能。
在本实用新型的一个例子中，所述基片11为圆形薄片形状，此时所述基片11的直径范围可以控制在2mm-12mm，厚度范围可以控制在0.05mm-0.5mm。所述压电陶瓷片12也为圆形薄片形状，所述压电陶瓷片12的直径范围可以控制在2mm-10mm，厚度范围可以控制在0.05mm-0.5mm。
需要说明的是，所述基片11和压电陶瓷片12并不限于上述例子中的圆形薄片形状，也可以为其它的形状。例如，所述基片11和压电陶瓷片12可以为方形或者长方形，以使整个压电振动板1形成方形或者长方形的形状，以便于获得更大的振动量。或者，在振动量不变的情况下，可以适当的减小压电步进马达的整体尺寸，有助于节省其在电子设备终端内所占用的空间。
所述基片11与所述压电陶瓷片12例如可以采用胶黏剂胶接在一起。其中，胶黏剂可以采用本领域技术人员熟知的材料，对此不作限制。本实用新型中采用胶接的方式，不会损伤到基片11和压电陶瓷片12，而且能使二者牢固地结合在一起形成一个整体结构，二者不易分离。当然，所述基片11与所述压电陶瓷片12之间还可以采用本领域技术人员熟知的其它固定连接方式结合在一起，对此不作限制。
并且，所述基片11与所述压电陶瓷片12之间至少设置有一个电接触点，用以使电信号能从所述基片11传递至所述压电陶瓷片12。
所述基片11的材质例如可以采用不锈钢材料、镍合金材料或者铜合金材料等。这些金属材料均具有良好的导电性和弹性。当然，所述基片11也可以采用例如弹性合适的非金属材料，并对这些非金属材料进行表面处理，例如附上导电材料层，使其具有良好的导电性后作为基片使用。
所述压电陶瓷片12的材质例如可以采用锆钛酸铅PZT压电材料、钛酸钡BT压电材料或者铌酸钾钠KNN压电材料等。当然，所述压电陶瓷片12也可以采用例如电致伸缩材料等。上述这些材料在电信号驱动下可以产生伸缩振动。
在本实用新型的一个例子中，如图1-图3所示，压电振动板1包括基片11和固定设置在基片11其中一个表面上的压电陶瓷片12。需要说明的是，在本例子中，可以是基片11的中心位置与导向轴2的端部直接胶接，此时压电陶瓷片12设置在基片11的一个表面上不与导向轴2直接连接。当然，也可以是，压电陶瓷片12的中心位置与导向轴2的端部直接粘接，此时基片11不与导向轴2直接连接。
需要说明的是，当导向轴2的两端部分别连接压电振动板1时，例如可以是导向轴2的一端部与一个压电振动板1内的基片11连接，导向轴2的另一端部与另一个压电振动板1内的压电陶瓷片12连接。在具体的应用中，本领域技术人员可以根据需要灵活调整压电振动板1与导向轴2的具体连接形式，对此不作限制。
在本实用新型中，压电陶瓷片12的工作模式为d31模式，即在z方向(压电陶瓷片平面法向)施加电信号，利用压电陶瓷片12在xy方向产生的伸长/收缩。
如图4和图5所示，参照其视图方向，当导向轴2下端的压电振动板1中的压电陶瓷片12在电信号的驱动下缩短时，通过其与基片11的耦合，该压电振动板1形成一个圆心位于压电陶瓷片12一侧的圆弧。与此同时，导向轴2上端的压电振动板1也会在电信号的驱动下发生与导向轴2下端的压电振动板1方向相同的弯曲。此时，两个压电振动板1共同带动导向轴2向下运动。依据同样地原理，如图6和图7所示，参照其视图方向，当导向轴2下端的压电振动板1中的压电陶瓷片12在电信号的驱动下伸长时，通过其与基片11的耦合，该压电振动板1形成了一个圆心位于基片11一侧的圆弧，与此同时，导向轴2上端的压电振动板1也在电信号的驱动下发生与导向轴2下端的压电振动板1方向相同的弯曲。此时，两个压电振动板1共同带动导向轴2向上运动。如此，压电陶瓷片12在电信号驱动下的xy方向的伸缩运动，就转变为压电振动板1在z方向的弯振运动，最终转变为导向轴2的上下运动。
在本实用新型的一个例子中，压电振动板1包括基片11和分别固定设置在基片11两个表面上的压电陶瓷片12。具体地，定义基片一个表面上的压电陶瓷片为第一压电陶瓷片，定义基片另一个表面上的压电陶瓷片为第二压电陶瓷片。在本例子中，为了提高压电振动板1的振动位移量，设计了压电双晶片振动板结构，即在基片11的两个表面上均设置有压电陶瓷片12。
具体地，如图8所示，在所述基板11的两个表面上，所述第一压电陶瓷片与所述第二压电陶瓷片的极化方向是相同的。此时，将所述第一压电陶瓷片和所述第二压电陶瓷片连接在同一个电极上，将所述基片连接在另一个电极上。
具体地，如图9所示，所述第一压电陶瓷片与所述第二压电陶瓷片并不限于上述的设置方式，还可以是：在所述基片11的两个表面上，所述第一压电陶瓷片与所述第二压电陶瓷片的极化方向相反。此时，所述第一压电陶瓷片、所述第二压电陶瓷片分别连接在不同的电极上。
导向轴2例如可以呈圆柱状结构，其直径范围例如可以为1.0mm-3.0mm，长度范围例如可以为8mm-30mm。
并且，导向轴2优选地可以采用质量轻、强度大、表面粗糙度适宜的材料。导向轴2例如可以采用碳纤维材料。
移动端3上设置有装配孔。移动端3例如可以通过一定的夹持力装配在导向轴2上，并能够沿着导向轴2进行摩擦滑动。本实用新型的压电步进马达可以通过移动端3向外传递位移和推力/拉力。
本实用新型的压电步进马达的工作原理如下：
通过给压电振动板1施加特定的周期性电信号(例如，特定定频上率的锯齿波、脉冲波)，使两个压电振动板1带动导向轴2往返振动，且往返的速度不同。具体来说：
如图10所示，设导向轴2的振幅为Y，在原点时，移动端3与导向轴2一侧的距离为Xa。导向轴2以较慢的速度上升，在上升的过程中，移动端3的惯性力并不足以克服移动端3与导向轴2间的摩擦力，此时移动端3与导向轴间2没有相对位移，或者是相对位移远小于导向轴2的振幅Y。此时，移动端3与导向轴2一侧的距离Xb等于，或者是略小于Xa。导向轴2以较快的速度下降，在下降的过程中，移动移动端3的惯性力能够克服移动端3与导向轴2间的摩擦力，这样移动端3与导向轴2之间能够发生相对位移，相对位移约接近导向轴2的振幅Y。此时，移动端3与导向轴4一侧的距离Xc则越接近Xa+Y，压电步进马达移动端3的步长越大。
本实用新型提供的压电步进马达，其具有结构简单、位移精度高、启动/停止响应快、自锁性好、运动速度快以及功耗小等特点。其中的压电振动板1能带动导向轴2产生振动，以提高压电步进马达的谐振和振幅，以使压电振动马达能够具有更快的运动速度和更大的推力。尤其是，扩展了压电步进马达的工作频率，以使压电振动马达能够在多频率段工作，而且在较宽的频率段范围内保持速度稳定。本实用新型解决了一般压电步进马达性能对工作频率敏感，对电信号频率稳定性要求高的问题，同时解决多个压电步进马达组装匹配困难的问题。
虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。
Claims (13)
1.一种压电步进马达，其特征在于：包括：
导向轴；
压电振动板，所述压电振动板至少设置有一个，所述压电振动板连接在所述导向轴的端部，所述压电振动板包括基片和设置在所述基片上的压电陶瓷片；
移动端，所述移动端装配在所述导向轴上，所述移动端被构造为：能够沿着所述导向轴摩擦滑动。
2.根据权利要求1所述的压电步进马达，其特征在于：所述压电振动板设置为两个，两个所述压电振动板分别以胶接的方式连接在所述导向轴的两端部。
3.根据权利要求1所述的压电步进马达，其特征在于：所述压电振动板包括基片和固定设置在所述基片一个表面上的压电陶瓷片；
所述基片的中心与所述导向轴的端部粘接；或者是，
所述压电陶瓷片的中心与所述导向轴的端部粘接。
4.根据权利要求1所述的压电步进马达，其特征在于：所述压电振动板包括基片和分别固定设置在所述基片两个表面上的压电陶瓷片；
其中，定义所述基片一个表面上的压电陶瓷片为第一压电陶瓷片，定义所述基片另一个表面上的压电陶瓷片为第二压电陶瓷片。
5.根据权利要求4所述的压电步进马达，其特征在于：所述第一压电陶瓷片与所述第二压电陶瓷片的极化方向相同，所述第一压电陶瓷片和所述第二压电陶瓷片连接在同一个电极上，所述基片连接在另一个电极上。
6.根据权利要求4所述的压电步进马达，其特征在于：所述第一压电陶瓷片与所述第二压电陶瓷片的极化方向相反，所述第一压电陶瓷片、所述第二压电陶瓷片分别连接在不同的电极上。
7.根据权利要求1所述的压电步进马达，其特征在于：所述基片的面积不小于所述压电陶瓷片的面积。
8.根据权利要求1所述的压电步进马达，其特征在于：所述基片与所述压电陶瓷片胶接在一起。
9.根据权利要求1所述的压电步进马达，其特征在于：所述基片与所述压电陶瓷片之间至少设置有一个电接触点，用以使电信号能从所述基片传递至所述压电陶瓷片。
10.根据权利要求1所述的压电步进马达，其特征在于：所述压电陶瓷片的材质为锆钛酸铅压电材料、钛酸钡压电材料、铌酸钾钠压电材料中的任意一种。
11.根据权利要求1所述的压电步进马达，其特征在于：所述基片的材质为不锈钢材料、镍合金材料、铜合金材料中的任意一种。
12.根据权利要求1所述的压电步进马达，其特征在于：所述基片的材质为非金属材料，在所述基片的表面上附着有导电材料。
13.根据权利要求1所述的压电步进马达，其特征在于：所述导向轴呈圆柱状结构，所述导向轴的材质为碳纤维材料。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113098320A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-07-09 | 歌尔微电子股份有限公司 | 步进电机 |
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2019
- 2019-11-27 CN CN201922090144.1U patent/CN211089496U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113098320A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-07-09 | 歌尔微电子股份有限公司 | 步进电机 |
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