[發明專利]壓電振動體及包括其的旋轉型超聲波馬達

無效

• 申請號: 201180066314.6
• 申請日: 2011-06-23
• 公開（公告）號: CN103460590A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 尹晚焞
• 申請（專利權）人: 尹晚焞
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H02N2/10;B06B1/06
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 楊生平;鐘錦舜

技術領域

本發明涉及一種壓電振動體及包括其的旋轉型超聲波馬達，所述壓電振動體具有以從壓電振動體的中心點形成不同長度的電極的方式能夠實現扭轉振動模式的風車形態的電極結構。更詳細地說，本發明涉及一種用于提供如下的簡單結構的超聲波馬達的技術：通過在由壓電材料形成的板形主體上形成包括分割成風車形態的電極的壓電振動體，從而能夠沿著壓電振動體的側面產生扭轉振動，以使環形轉子驅動。

背景技術

利用壓電材料的旋轉型超聲波馬達，自1973年由美國的巴特(H.V.Barth)開始研究以來，1973年由前蘇聯的拉沃里恩科(V.V.Lavrinenco)和日本的指田(Sashida)等人相繼研究。

代表性的旋轉型超聲波馬達是由德國PI(Physik?Instrumente)公司開發的單相驅動的旋轉馬達。

圖1是表示根據以往技術的旋轉型超聲波馬達的結構的概略圖。

參照圖1，以形成于中心部的壓電振動體10為基準，在圓筒形的壓電振動體10上部具備轉子30。轉子30和壓電振動體10之間具備半球形推進器20，以使摩擦最小化，實現順暢的旋轉運動。

另外，還具備用于將轉子30的運動傳遞至外部的轉軸40，用于支撐轉軸40的底座50、星架彈簧(spider?spring)60及扣環70等結構。

使得上述所有結構能夠由圓筒形外殼80保護。

在這里，壓電振動體10為了能夠在與轉子30的切線軸處發生振動，沿著壓電振動體10的外周面，分割成多個電極(自由(free)、激活(active))，其具體形狀及振動模擬如下。

圖2及圖3是表示根據計算機模擬的超聲波馬達的動作原理的概略圖。

參照圖2及圖3，圓筒形壓電振動體10具備按照規定間隔分割的電極，施加了電壓的電極(激活)部分的壓電振動體10沿著厚度方向膨脹，鄰接的電極(自由)部分保持原形。

因此，如圖所示，具有波形的壓電振動體模擬90得以完成。如模擬所示，提供一種使轉子沿著半球形態的推進器20傾斜的方向旋轉的結構。

但上述結構的超聲波馬達，其效率低，商用化方面存在困難。

因此，1982年開發了由指田年生(T.Sashida)發明的利用行波的超聲波馬達。

圖4及圖5是表示根據以往技術的利用行波的超聲波馬達的概略圖。

參照圖4及圖5，表示轉子35利用在圓環形壓電振動體15由2個駐波(standing?waves)形成的行波(Traveling?Wave)旋轉的動作原理。

除此之外，具有轉軸45、底座55、軸承65及外殼85等共用的結構，但在此省略對其進行詳細說明。

如上所述，以往的超聲波馬達不同于在電流與磁場的相互作用下獲得驅動力的電磁式馬達，具有將在超聲波作用下振動的定子(壓電振動體)與動子之間產生的摩擦力轉換為旋轉力的原理。

據了解，關于超聲波振動能量的能量密度，理論上達到數百W/cm²，為以往電磁式馬達的5～10倍，具有在低速下產生高轉矩、不產生EMI(電磁干擾)噪音這樣的優點。

但對于上述形態的超聲波馬達而言，不僅其結構非常復雜，而且各個部件要求精密度，因此存在制造工藝苛刻、批量生產困難、并且很難實現小型化這樣的缺點。

發明內容

技術課題

本發明的目的在于，通過提供一種壓電振動體，該壓電振動體具有以從壓電振動體的中心點形成不同長度的電極的方式能夠實現扭轉振動模式的風車形態的電極結構，并提供沿著壓電振動體的側面旋轉的轉子，從而提供由與復雜結構的現有超聲波馬達相比更簡單的結構、即壓電振動體和轉子兩個部件構成的超聲波馬達。

此外，本發明的再一個目的在于，提供一種采用粉末沖壓法對上述壓電振動體的主體進行機械加工或者采用粉末注塑法容易形成最終形狀并易于大量生產簡單形態的旋轉型超聲波馬達的超聲波馬達。

解決課題的手段

本發明的一實施例的具有風車形態的電極結構的超聲波馬達用壓電振動體，其特征在于，包括：板形主體，由壓電物質構成；風車形葉片形態的第一電極，形成于上述板形主體的上部面及下部面中的某一面，以從壓電振動體的中心點形成不同長度的電極的方式能夠實現扭轉振動模式；多個第二電極，以與上述第一電極隔開的方式形成在上述風車形葉片之間；第三電極，形成于與形成有上述第一電極及上述多個第二電極的面相反的一面；以及，側槽，沿著上述板形主體的側面以圓形形成。

在這里，本發明的特征在于，上述壓電振動體還包括下述部件中的一種以上：