CN220605783U - 一种压电马达 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种压电马达，包括底座、压电组件与摩擦杆，压电组件背离自身振动端面的一端固定安装于底座上，摩擦杆的外圆面抵紧压电组件的振动端面；输出轴，输出轴转动设置于底座上，且输出轴的一端伸出底座；压电组件位于输出轴任意径向的一端，摩擦杆的长度方向平行于输出轴的任意径向；使用时，摩擦杆背离压电组件一端的外圆面抵紧输出轴的外圆面；压电组件受电激励后，其振动端面振动，以驱动摩擦杆沿自身长度方向移动，摩擦杆同时带动输出轴绕自身轴线转动，输出转速与转矩。采用此种驱动结构，有效缩小压电马达整体的尺寸，使其适用于小型化的电子产品中，从而扩大压电马达的适用范围，增强实用性。

Description

一种压电马达

技术领域

本申请涉及压电驱动器技术领域，进一步地涉及一种压电马达。

背景技术

压电马达，作为新型微致动器，是利用压电陶瓷块的逆压电效应和弹性体的超声振动，将微观变形通过共振放大和机电耦合转换成动子或滑块的宏观运动。

由于低速、微位移、大转矩、运行无噪音、断电自锁等特点，压电马达逐渐代替传统电机成为驱动产品中的主流。目前，相关技术中的压电马达大多是将旋转轴设置于壳体的中部，在旋转轴径向两侧分别设置震动元件，通过被激励后的震动元件变形或移动来驱动旋转轴转动。

近年来，随着电子科技的发展，微型马达在教育平板及儿童手表等电子产品上的应用需求逐渐显性化；但是，由于上述形式的压电马达，在旋转轴的两侧分别设置震动元件来驱动旋转轴转动，使得压电马达的尺寸相对较大，无法适用于像教育平板、儿童手表等小型化的电子产品中，存在待改进之处。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种压电马达，用以实现压电马达的微型化，以满足小型化电子产品的应用需求，提升其适用性。

本申请提供的技术方案如下：

本申请提供一种压电马达，包括：

底座；

压电组件，所述压电组件背离自身振动端面的一端固定安装于底座上；

摩擦杆，所述摩擦杆的外圆面抵紧所述压电组件的振动端面，所述压电组件受电激励后驱动所述摩擦杆沿自身长度方向移动；

输出轴，所述输出轴转动设置于所述底座上，且所述输出轴的一端伸出所述底座；所述压电组件位于所述输出轴任意径向的一端，所述摩擦杆的长度方向平行于所述输出轴的任意径向；

使用时，所述摩擦杆背离所述压电组件一端的外圆面抵紧所述输出轴的外圆面；所述压电组件受电激励后，其振动端面振动，驱动所述摩擦杆沿自身长度方向移动，以使所述摩擦杆驱动所述输出轴绕自身轴线转动，输出转速与转矩。

通过本申请提供的一种压电马达，具体使用时，对压电组件施加电压激励，使压电组件的振动端面产生行波震动，以驱动摩擦杆沿自身长度方向移动，摩擦杆同时带动输出轴绕自身轴线转动，以输出转速与转矩；以此代替在旋转轴两侧分别设置震动元件的方式驱动旋转轴转动，缩小压电马达整体的尺寸，以促进压电马达的小、微型化发展，满足教育平板、儿童手表等小型化的电子产品对压电马达的应用需求，有效扩大压电马达的适用范围，增强其实用性。

在一些实施方式中，所述底座对应所述输出轴开设有通孔，所述通孔处同轴设置有轴承，所述输出轴同轴穿设于所述轴承内圈，并与所述轴承内圈固定连接，所述底座与所述轴承外圈固定连接。

通过本申请提供的一种压电马达，在输出轴与底座之间设置轴承，有助于减少因输出轴与底座之间发生滑动摩擦而产热的情况发生；同时，有助于减少输出轴与底座摩擦致损的情况发生，有效延长该压电马达的使用寿命。

在一些实施方式中，所述输出轴的一端同轴固定有转轮，所述转轮的外圆面同轴开设有凹槽；所述摩擦杆背离所述压电组件一端的外圆面抵紧所述凹槽底壁，并沿自身长度方向相对所述凹槽底壁滚动摩擦。

通过本申请提供的一种压电马达，在输出轴上设置转轮，并在转轮上开设凹槽，通过凹槽对摩擦杆搭接于输出轴上的位置进行限制，有助于减少摩擦杆从输出轴外圆面脱落的情况发生，从而保证摩擦杆对输出轴的稳定驱动。

在一些实施方式中，所述压电组件包括压电陶瓷块与振动板；

所述振动板固定连接于所述压电陶瓷块的一端；所述压电陶瓷块背离所述振动板的一端与所述底座固定连接，且所述压电陶瓷块沿所述摩擦杆的长度方向均匀间隔设置有多块；

所述摩擦杆的外圆面抵紧所述振动板背离所述压电陶瓷块的一侧。

通过本申请提供的一种压电马达，由于压电陶瓷的逆压电效应，对相邻压电陶瓷块施加相反方向的电压时，受到正向电压的压电陶瓷块缩短，受到反向电压的压电陶瓷块伸长，以此使振动板产生波形振动；振动板振动的同时推动摩擦杆沿自身长度方向移动，摩擦杆再带动输出轴转动；驱动结构简单，制造方便，有助于节省企业生产成本。

在一些实施方式中，所述底座上开设有限位槽，所述限位槽与所述压电陶瓷块一一对应，所述压电陶瓷块背离所述振动板的一端嵌入所述限位槽，并与对应所述限位槽的内壁固定连接。

通过本申请提供的一种压电马达，利用限位槽将压电陶瓷块固定于底座上，有助于减少压电陶瓷块因摩擦杆运动时而对其施加推力并致使压电陶瓷块移位的情况发生，增加压电陶瓷块安装于底座上的稳定性，进而有效延长压电马达的使用寿命。

在一些实施方式中，还包括后盖，所述后盖安装于所述底座的开口处；所述后盖与所述底座盖合后，与所述底座之间形成容置空间，所述压电组件、所述摩擦杆、所述输出轴均位于所述容置空间。

通过本申请提供的一种压电马达，将压电组件、摩擦杆、输出轴等安装于容置空间，利用底座、后盖将压电组件、摩擦杆、输出轴等同外界环境隔离，有助于进一步延长该压电马达的使用寿命。

在一些实施方式中，所述后盖包括盖板，所述盖板平行于所述振动板设置；

所述摩擦杆径向背离所述输出轴的一侧设置有弹性件；

所述盖板安装于所述摩擦杆径向背离所述输出轴的一侧，且所述弹性件伸缩方向的两端分别抵紧所述摩擦杆与所述盖板；所述后盖与所述底座盖合后，所述弹性件将所述摩擦杆抵紧于所述振动板与所述转轮上。

通过本申请提供的一种压电马达，利用盖板挤压弹性件，使摩擦杆始终抵紧振动板与转轮，结构简单，制造方便，有助于进一步节省企业生产成本。

在一些实施方式中，所述弹性件包括弹簧。

在一些实施方式中，所述弹簧与所述摩擦杆之间设置有施压板，所述弹簧与所述摩擦杆分别抵紧所述施压板厚度方向的两侧。

通过本申请提供的一种压电马达，施压板用于增加弹簧对摩擦杆的施压面积，从而提升摩擦杆各处受力的均匀性。

在一些实施方式中，所述施压板靠近所述摩擦杆的一侧成型有凸块，所述凸块沿所述施压板长度方向间隔设置有多个，任一所述凸块均抵紧所述摩擦杆设置。

通过本申请提供的一种压电马达，在施压板上成型凸块，利用凸块挤压摩擦杆，用以减小施压板与摩擦杆之间的接触面积，即减小二者之间的摩擦力，保证摩擦杆可相对施压板移动，进而保证摩擦杆对输出轴的稳定驱动。

在一些实施方式中，所述后盖还包括封板，所述封板与所述盖板一体成型，并垂直于所述盖板设置；所述后盖与所述底座盖合后，所述封板位于所述输出轴轴向背离所述轴承的一端，并将所述转轮、所述压电陶瓷块与所述振动板封装于所述底座内。

通过本申请提供的一种压电马达，将封板与盖板一体成型，便于工作人员对该压电马达进行组装，进而有效保证该压电马达的生产便捷性，有效节省企业生产成本。

与现有技术相比，本申请所提供的压电马达具有以下至少一条有益效果：

1、通过在输出轴任意径向的一侧设置压电组件，压电组件受电压激励后，其振动端面产生行波震动，以此驱动摩擦杆沿自身长度方向移动，同时带动输出轴绕自身轴线转动，输出转速与转矩；以此代替在输出轴两侧分别设置震动元件的方式驱动旋转轴转动，缩小压电马达整体的尺寸，有效促进压电马达的小、微型化发展，从而满足教育平板、儿童手表等小型化的电子产品对压电马达的应用需求，扩大该压电马达的适用范围，增强其实用性；

2、借助限位槽安装压电陶瓷块，减少摩擦杆运动时压电陶瓷块相对底座疲劳断裂并脱离底座的情况发生，有助于提升该压电马达的结构强度，延长其使用寿命；

3、利用弹簧挤压摩擦杆，并在弹簧与摩擦杆之间设置施压板，有效保证摩擦杆各处均匀受力；同时，在施压板上设置凸块，利用凸块接触摩擦杆，在保证摩擦杆受力均匀性的同时，有效减小摩擦杆与施压板之间的摩擦力，从而保证摩擦杆对输出轴的正常驱动。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本方案的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本申请实施例主要体现压电马达整体结构的轴测示意图；

图2是本申请实施例主要体现压电马达驱动原理的轴测示意图；

图3是本申请实施例主要体现封板成型位置的轴测示意图；

图4是本申请实施例主要体现轴承设置位置的爆炸结构示意图；

图5是本申请实施例主要体现转轮整体结构的轴测示意图；

图6是本申请实施例主要体现施压板整体结构的轴测示意图。

附图标记说明：

1、底座；11、底板；12、端板；121、避让槽；13、侧板；131、通孔；14、限位槽；2、输出轴；21、轴承；3、压电组件；31、压电陶瓷块；32、振动板；4、摩擦杆；5、后盖；51、封板；52、盖板；6、转轮；61、凹槽；7、弹簧；8、施压板；81、凸块。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本申请的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本申请相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

在一个实施例中，参照说明书附图的图1与图2，一种压电马达，包括底座1、转动设置于底座1上的输出轴2，还包括压电组件3，压电组件3背离自身振动端面的一端与底座1固定连接；底座1内位于压电组件3的振动端面上设置有摩擦杆4，摩擦杆4的长度方向平行于输出轴2的任意径向；同时，摩擦杆4长度方向一端的外圆面抵紧压电组件3的振动端面，另一端的外圆面抵紧输出轴2的外圆面。压电组件3受到电激励后，其振动端面产生波形振动，以此驱动摩擦杆4沿自身长度方向移动，摩擦杆4同时驱动输出轴2绕自身轴线转动，输出转速与转矩。

具体使用时，对压电组件3施加电压激励，使压电组件3的振动端面产生行波震动；通过施加不同方向的电压，以驱动摩擦杆4沿自身长度方向往复移动；由于摩擦力的作用，摩擦杆4移动的同时，带动输出轴2绕自身轴线往复转动，以输出转速与转矩。采用此种方式，有效缩小压电马达整体的尺寸，以使其适用于教育平板、儿童手表等小型化的电子产品中，有效扩大该压电马达的适用范围，增强其实用性。

在一个实施例中，包括上述实施例所述的底座1、输出轴2、压电组件3及摩擦杆4；基于上述实施例的基础，具体而言，参照图1至图3，本申请的此实施例中，以底座1与后盖5组装后，整体呈矩形块状结构为例，进行阐述。但是，在本申请的实施方式中，根据具体应用场景需要，可对底座1与后盖5的形状做适应性调整，此处不作限制。

底座1包括底板11、位于底板11长度方向两端的端板12以及位于底板11宽度方向一端的侧板13，其中，两端板12相互平行设置，且底板11、端板12与侧板13相互垂直。本申请的此实施例中，底板11、两端板12以及侧板13为一体成型；当然，三者也可以为分别成型后再固定连接；本申请的实施方式中，对底座1的成型方式不作限制。

该压电马达还包括后盖5，后盖5适配底座1的开口设置；待后盖5与底座1盖合后，后盖5与底座1之间形成容置空间，结合图1至图3，即容置空间成型于底板11、两端板12、与侧板13之间。具体的，参照图4，侧板13中部沿自身厚度方向贯穿开设有通孔131，输出轴2沿自身轴向贯穿通孔131，并与侧板13转动连接。同时，为提升输出轴2相对侧板13转动时的顺滑度，并减少摩擦产热，侧板13上位于通孔131内的位置设置有轴承21，且通孔131内壁与轴承21的外圆固定连接；输出轴2同轴穿设轴承21，以使其一端伸入底座1；并且，输出轴2与轴承21的内圈固定连接，以此实现输出轴2与底座1的转动连接。

进一步的，压电组件3包括压电陶瓷块31与振动板32，振动板32设置于压电陶瓷块31背离底板11的一侧，振动板32平行于底板11设置，且振动板32的长度方向平行于底板11的长度方向；压电陶瓷块31沿振动板32的长度方向间隔设置有多块，且任一压电陶瓷块31均与振动板32固定连接。本申请的此实施例中，压电陶瓷块31与振动板32通过胶黏固定。当然，根据实际生产条件，本申请的实施方式中，可自行选择固定方式连接压电陶瓷块31与振动板32，只要是刚性连接方式均可，此处不作限制。

具体的，底板11长度方向背离输出轴2的一端设置有支撑座，本申请的此实施例中，支撑座同底板11、相应端板12以及侧板13一体成型，且压电组件3设置于支撑座背离底板11的一侧。本申请的此实施例中，支撑座上沿底板11的长度方向间隔设置有多个限位槽14，限位槽14与压电陶瓷块31一一对应，任一压电陶瓷块31背离振动板32的一端均嵌入对应限位槽14内，并与限位槽14内壁固定连接，以此减少摩擦杆4移动时对压电陶瓷块31的影响。另外，任一压电陶瓷块31与限位槽14内壁均通过胶水粘接固定。

本申请的此实施例中，压电陶瓷块31沿振动板32的长度方向设置有四块，且位于振动板32长度方向两端的压电陶瓷块31关于振动板32长度方向的中线呈对称设置。而且，摩擦杆4的长度设置为L，其产生的波长为λ＝L/2.25；压电陶瓷块31的宽度设为(3/8)*λ，则沿振动板32长度方向的压电陶瓷块31的波长依次是U0*cos(W*t)、-U0*cos(W*t)、U0*sin(W*t)、-U0*sin(W*t)，其中，U0代表驱动电压幅值，由压电材料特性决定，W代表驱动角频率，由振动板31和压电陶瓷块31的材料特性决定，如尺寸、刚度指数和密度等，可通过有限元仿真来进行范围确定；位于振动板32长度方向端部的两压电陶瓷块31的产生驻波λ1＝U0*cos(k*x)*cos(W*t)，产生的驻波λ2＝U0*cos(x+π/2)*sin(W*t),则合成的行波λ＝λ1+λ2＝U0*cos(k*x+W*t)。

更进一步，参照图5与图6，输出轴2背离轴承21的一端同轴固定连接有转轮6，转轮6的径向尺寸大于输出轴2的径向尺寸，且转轮6背离底板11侧的外圆面与振动板32背离压电陶瓷块31的一侧平齐。同时，为提升摩擦杆4搭设于输出轴2上的稳定性，转轮6位于自身轴向两端的外圆面上均成型有凸边，两凸边与转轮6的外圆面之间形成凹槽61；使用时，摩擦杆4的外圆面嵌入凹槽61内，并沿自身长度方向相对凹槽61底壁滚动摩擦。本申请的实施方式中，凹槽61在转轮6上的设置方式不作限制；例如，转轮6轴向两端的外圆面上一体成型凸边形成凹槽61，也可通过在转轮6上套设具有环槽的环形部形成凹槽61，等等，可实现相同效果的结构均可。

使用时，振动板32背离压电陶瓷块31的一侧形成压电组件3的振动端面，摩擦杆4抵紧于压电组件3的振动端面与转轮6上；压电组件3受电激励后，具体而言，对相邻压电陶瓷块31施加相反方向的电压时，受到正向电压的压电陶瓷块31缩短，受到反向电压的压电陶瓷块31伸长，以此使振动板32产生波形振动；振动板32振动的同时推动摩擦杆4沿自身长度方向移动，摩擦杆4再带动转轮6转动，即带动输出轴2转动，以输出转速与转矩。

参照图2，两端板12上对应摩擦杆4均开设有避让槽121，摩擦杆4搭设于振动板32与转轮6上后，其两端沿摩擦杆4长度方向分别贯穿对应避让槽121，并伸至底座1外。

本申请的此实施例中，后盖5包括一体成型的封板51与盖板52，且封板51与盖板52相互垂直；当后盖5与底座1盖合后，封板51盖合于输出轴2轴向背离轴承21一侧的底座1上，以将输出轴2、摩擦杆4、转轮6、压电陶瓷块31与振动板32封装于容置空间内；同时，盖板52压紧于摩擦杆4背离输出轴2的一侧。

参照图4，盖板52与摩擦杆4之间设置有弹性件；本申请的此实施例中，弹性件具体包括弹簧7，弹簧7沿摩擦杆4长度方向均匀间隔设置有多个；更进一步，弹簧7与摩擦杆4之间设置有施压板8，本申请的此实施例中，施压板8呈矩形板状结构，施压板8的长度方向平行于摩擦杆4的长度方向，施压板8的厚度方向平行于底板11的厚度方向。当后盖5与底座1盖合后，盖板52压紧弹簧7，使得弹簧7伸缩方向的两端分别抵紧盖板52与施压板8，同时使施压板8将摩擦杆4抵紧于转轮6与振动板32上。

另外，参照图6，为保证摩擦杆4上各处均匀受力，并使摩擦杆4相对振动板32与施压板8移动，施压板8厚度方向靠近摩擦杆4的一侧成型有凸块81，凸块81沿施压板8长度方向间隔设置有多个，任一凸块81均抵紧摩擦杆4设置。本申请的实施方式中，凸块81可以是施压板8经冲压形成，也可以是另外成型于施压板8上的块体，此处不作具体限制。

同时，参照图1至图5，为进一步保证摩擦杆4的正常运动，本申请的此实施方式中，摩擦杆4沿自身长度方向的横截面呈半圆形，且摩擦杆4的圆弧面抵紧凸块81，摩擦杆4的平面抵紧转轮6与振动板32。

本申请实施例的实施原理为：实际使用时，对相邻压电陶瓷块31施加相反方向的电压时，受到正向电压的压电陶瓷块31缩短，受到反向电压的压电陶瓷块31伸长，以此使振动板32产生波形振动；振动板32振动的同时推动摩擦杆4沿自身长度方向移动，摩擦杆4再带动转轮6转动，即带动输出轴2转动，以输出转速与转矩。采用此种方式设置驱动结构，有效缩小压电马达整体的尺寸，从而促进压电马达的小、微型化发展，使其满足教育平板、儿童手表等小型化的电子产品的驱动要求，有效扩大该压电马达的适用适用范围，增强其实用性。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种压电马达，其特征在于，包括：

底座；

压电组件，所述压电组件背离自身振动端面的一端固定安装于底座上；

摩擦杆，所述摩擦杆的外圆面抵紧所述压电组件的振动端面，所述压电组件受电激励后驱动所述摩擦杆沿自身长度方向移动；

输出轴，所述输出轴转动设置于所述底座上，且所述输出轴的一端伸出所述底座；所述压电组件位于所述输出轴任意径向的一端，所述摩擦杆的长度方向平行于所述输出轴的任意径向；

使用时，所述摩擦杆背离所述压电组件一端的外圆面抵紧所述输出轴的外圆面；所述压电组件受电激励后，其振动端面振动，驱动所述摩擦杆沿自身长度方向移动，以使所述摩擦杆驱动所述输出轴绕自身轴线转动，输出转速与转矩。

2.根据权利要求1所述的一种压电马达，其特征在于，所述底座对应所述输出轴开设有通孔，所述通孔处同轴设置有轴承，所述输出轴同轴穿设于所述轴承的内圈，并与所述轴承的内圈固定连接，所述底座与所述轴承的外圈固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种压电马达，其特征在于，所述输出轴的一端同轴固定有转轮，所述转轮的外圆面同轴开设有凹槽；所述摩擦杆背离所述压电组件一端的外圆面抵紧所述凹槽底壁，并沿自身长度方向相对所述凹槽底壁滚动摩擦。

4.根据权利要求3所述的一种压电马达，其特征在于，所述压电组件包括压电陶瓷块与振动板；

所述振动板固定连接于所述压电陶瓷块的一端；所述压电陶瓷块背离所述振动板的一端与所述底座固定连接，且所述压电陶瓷块沿所述摩擦杆的长度方向间隔设置有多块；

所述摩擦杆的外圆面抵紧所述振动板背离所述压电陶瓷块的一侧。

5.根据权利要求4所述的一种压电马达，其特征在于，所述底座上开设有限位槽，所述限位槽与所述压电陶瓷块一一对应，所述压电陶瓷块背离所述振动板的一端嵌入所述限位槽，并与对应所述限位槽的内壁固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种压电马达，其特征在于，还包括后盖，所述后盖安装于所述底座的开口处；所述后盖与所述底座盖合后，与所述底座之间形成容置空间，所述压电组件、所述摩擦杆、所述输出轴均位于所述容置空间。

7.根据权利要求6所述的一种压电马达，其特征在于，所述后盖包括盖板，所述盖板平行于所述振动板设置；

所述摩擦杆径向背离所述输出轴的一侧设置有弹性件；

所述盖板安装于所述摩擦杆径向背离所述输出轴的一侧，且所述弹性件伸缩方向的两端分别抵紧所述摩擦杆与所述盖板；所述后盖与所述底座盖合后，所述弹性件将所述摩擦杆抵紧于所述振动板与所述转轮上。

8.根据权利要求7所述的一种压电马达，其特征在于，所述弹性件包括弹簧。

9.根据权利要求8所述的一种压电马达，其特征在于，所述弹簧与所述摩擦杆之间设置有施压板，所述弹簧与所述摩擦杆分别抵紧所述施压板厚度方向的两侧。

10.根据权利要求9所述的一种压电马达，其特征在于，所述施压板靠近所述摩擦杆的一侧成型有凸块，所述凸块沿所述施压板长度方向间隔设置有多个，任一所述凸块均抵紧所述摩擦杆设置。

11.根据权利要求7所述的一种压电马达，其特征在于，所述后盖还包括封板，所述封板与所述盖板一体成型，并垂直于所述盖板设置；所述后盖与所述底座盖合后，所述封板位于所述输出轴轴向背离所述轴承的一端，并将所述转轮、所述压电陶瓷块与所述振动板封装于所述底座内。