TWI450489B - 高致動力壓電馬達 - Google Patents

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高致動力壓電馬達
本發明係與壓電馬達有關，尤指一種具有高致動力、高負載能力或高扭力之壓電馬達。
由於壓電馬達具有不受磁場干擾、精密定位、安靜及低噪音等效益，使得壓電馬達已廣泛地被運用於相機及醫療等器材設備上；然而，壓電馬達的設計除了依驅動頻率、驅動電壓、驅動相角或驅動功率等驅動的條件外，仍會依據所需的轉速、移動速度、扭力、推力或負載能力等，來做為設計壓電馬達性能的重要依據。
是以，目前的壓電馬達雖可依轉速、移動速度、扭力、推力或負載能力等來設計所需的性能，但實際上，目前的壓電馬達在設計上仍存有若干問題，其內容分述如下：
1、例如依轉速而言：1996年Jun Hui Hu；Nakamura,K.and Ueha,S.係設計一種奈米級接觸型之壓電馬達，其轉速雖可達到為1,000rpm，但相對的扭力卻只有0.3mNm而已，意即具有高轉速的壓電馬達，並不一定會產生較高的扭力。
2、就移動速度而言：1998年Wakai,T.；Kurosawa,M.K.and Higuchi,T.& Kuribayashi Kurosawa,M.；Kodaira,O.； Tsuchitoi,Y.and Higuchi,T.係設計一種線性壓電馬達，其移動速度最高可為3,500mm/s，而它的推力為51N，惟此種壓電馬達係有體積過大的問題。
3、又依扭力(Torque_Nm)而言：以2004年Jifeng Guo；Shujuan Gong；Haixuu Guo；Xiao Liu and Kehui Ji係設計一種混合傳感類型之壓電馬達，其最大扭力雖有13.2Nm，但它的轉速卻只有12.5rpm而已。
4、另依推力(Thrust_N)而言：2006年Shengjun Shi；Weishan Chen and Junkao Liu係設計一種雙模態驅動之線性壓電馬達，其扭力為50Nm，而它的移動速度可890mm/s，惟其缺點是體積過大。
再者，習用之壓電馬達，除上述的問題之外，在結構上仍具有下列的缺點，其內容分述如下：
1、由於習用壓電馬達之主要元件與細部元件過於繁複，致使組裝不易，徒增製造成本。
2、由於習用壓電馬達內部構造中能量轉換的元件過多，致使摩擦力大增，導致壓電馬達能量損失過大，因而影響壓電馬達之輸出效率。
3、由於習用壓電馬達結構中之座體設計不良，致使壓電馬達中之定子無法即時散熱，因而導致壓電馬達之轉速無法提昇。
4、由於習用壓電馬達之致動力過低，以致無法驅動較重之光機電傳動機構或系統。
本發明之主要目的係在解決習用壓電馬達在性能及結構上等尚未克服及改善之問題。
因此，本發明係提供一種高致動力壓電馬達，係包括：一定子，其至少具有一腔室，該腔室具有一孔口，而一彈性元件係由該孔口而容置入該腔室中，又該腔室與該孔口相對的位置處設有一螺孔，且該定子之外側係具有一外緣部。
一轉子，係設置於該定子之該孔口處，其至少具有一前段部及一後段部，其中該前段部之外周緣設有一齒輪，且該轉子設有一貫通該前段部與該後段部的通孔，而該通孔中穿設有一螺桿，該螺桿的一端係螺設入該定子之該螺孔中，而該螺桿的另一端則螺上一螺設元件，藉由該螺設元件於該螺桿上之螺進與螺退，可調控該後段部與該定子之該孔口之接觸態樣；以及至少一壓電陶瓷組，係設置於該定子之外周緣上，令施予一高頻電源時，可驅動該轉子之該齒輪行高致動力之轉動。
上述近該定子之該孔口的該腔室係形具成一圓錐狀，而該轉子之該後段部相對該定子之該孔口形狀係設具呈一圓錐體，以令該轉子之該後段部可與該定子之該孔口形成最佳接觸。
上述該定子更包括兩端部，及該兩端部分別接設於該定子之外緣部，而該孔口及該螺孔係分設於該定子之該兩端部上，且該定子之外緣部近該兩端部的位置處各設有一凸環，而位於該兩凸環間之外緣部係環設有四個相連接之平坦部，而該各平坦部上均固設有該壓電陶瓷組，並於不同的該壓電陶瓷組上施予相同或相異之高頻電源。
上述轉子與螺設元件間之該螺桿上係套設有一軸承。
上述壓電陶瓷組係包括數個壓電陶瓷及多個導電銅片，其中該導電銅片係設於該壓電陶瓷之一側，且該壓電陶瓷組更包括一楔片及兩分設於該楔片兩側的緊固片。
上述高頻電源係包括一共振頻率、一驅動電壓與一相角。
本發明之具體特點與功效在於：
1、本發明係可透過幾何結構上的設計與最佳的驅動方式，來創造出一種具有高致動力、高負載能力或高扭力等高致動力壓電馬達。
2、本發明係在創造出一種具有結構簡單、製作容易、組裝便捷與堅固耐用等功效之高致動力壓電馬達。
3、本發明係可用來驅動高放大倍率之光學鏡頭、高負載之精密機械系統、其他小型之光機電系統或其它高科技產品。
請參閱第一圖至第三圖所示，本發明一種高致動力壓電馬 達，係包括：一定子(10)，該定子(10)至少具有一腔室(11)，該腔室(11)具有一孔口(111)，而一彈性元件(12)係由該孔口(111)而容置入該腔室(11)中，又該腔室(11)與該孔口(111)相對的位置處設有一螺孔(112)，且該定子(10)之外側係具有一外緣部(15)。
在本實施例中，該定子(10)之該孔口(111)係形具成一朝外漸擴之圓錐狀，且該定子(10)更包括一端部(13)、一端部(14)，及該端部(13)、端部(14)係分別接設於該定子(10)之外緣部(15)，而該孔口(111)及該螺孔(112)係分設於該定子(10)之該兩端部(13)、端部(14)上，且該外緣部(15)近該端部(13)、端部14)的位置處各設有一凸環(151)、一凸環(152)，而位於該凸環(151)、凸環(152)間之外緣部(15)係環設有四個相連接之平坦部(153)。
一轉子(20)，該轉子(20)係設置於該定子(10)之該孔口(111)處，其至少具有一前段部(21)及一後段部(22)，其中該前段部(21)之外周緣設有一齒輪(23)，且該轉子(20)設有一貫通該前段部(21)與該後段部(22)的通孔(24)，而該通孔(24)中穿設有一螺桿(25)，該螺桿(25)的一端係螺設入該定子(10)之該螺孔(112)中，而該螺桿(25)的另一端則螺上一螺設元件(26)，藉由該螺設元件(26)於該螺桿(25)上行螺進與螺退之作動，而可調控該後段部(22)與該定子(10)之該孔口(111)的接觸態樣；再者，在本實施例中，該轉子(20)之該後段部(22)相 對該定子(10)之該孔口(111)圓錐形狀係設具呈一圓錐體，以令該轉子(20)之該後段部(22)可與該定子(10)之該孔口(111)形成最佳接觸。
又該轉子(20)與該螺設元件(26)間的該螺桿(25)上更包括一軸承(27)，而該彈性元件(12)的兩端係分抵貼於該定子(10)之該腔室(11)的底部與該軸承(27)上，使該彈性元件(12)因該彈設元件(26)的螺進而被壓縮自存一反彈力，而此反彈力係會反向作用於該軸承(27)上而頂推該螺設元件(26)，進而增益該螺設元件(26)與該螺桿(25)的密合度，令該螺設元件(26)可不因長時間的使用而有自該螺桿(25)上鬆脫之情事發生；而在本實施例中，該螺設元件(26)係為一螺帽。
至少一壓電陶瓷組(30)，該壓電陶瓷組(30)係設置於該定子(10)之外緣部(15)上，更詳而言之，在本實施例係有四個壓電陶瓷組(30)，而該四個壓電陶瓷組(30)係分別設於該定子(10)之該各平坦部(153)上，以令施予至少一高頻電源時，可驅動該轉子(20)之該齒輪(23)行高致動力之轉動；更甚者，每一該壓電陶瓷組(30)係包括數個壓電陶瓷(31)、多個導電銅片(32)、一楔片(33)及分設於該楔片(33)兩側之緊固片(34)；其中該導電銅片(32)係設於該壓電陶瓷(31)之一側，並凸伸出該壓電陶瓷(31)一距離，以供與一外接之高頻電源做電性連接；而該兩緊固片(34)係分設於該轉子該壓電陶瓷(31)及該定子(10)之該凸環(151)或凸環(152)之間，而由於該楔片(33)係有一壓迫入至該兩緊固片(34)中，令該緊固片(34)可往兩側方向 迫緊，而使該壓電陶瓷(31)能被夾固於該定子(10)之該兩凸環(151)、凸環(152)間。
再者，該高頻電源係包括一共振頻率、一驅動電壓與一相角等；請參閱第四圖所示，當於實施時，係可依據轉速、移動速度、推力、負載能力或扭力等不同的需求，對該每一壓電陶瓷組(30)施以不同或相同的共振頻率、驅動電壓及相角，令該轉子(20)上的齒輪(23)可依需求的設定，而產出多種不同的致動性能，藉此可廣泛地運用於高放大倍率之光學鏡頭及高負載之精密機械等系統外，且由於具有結構簡單、製作容易、組裝便捷與縮小體積等諸多效益，而能適用於各種小型之光機電系統及其它高科技產品中。
惟，以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以侷限本發明之技術特徵，舉凡利用本發明相關之技術手段、創設原理之再發明，仍屬本發明的發明範疇，因此本發明圖式及說明書所述之陳並非用以限定本發明之範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之申請專利範圍，方為合理。
(10)‧‧‧定子
(11)‧‧‧腔室
(12)‧‧‧彈性元件
(13)‧‧‧端部
(14)‧‧‧端部
(15)‧‧‧外緣部
(20)‧‧‧轉子
(21)‧‧‧前段部
(22)‧‧‧後段部
(23)‧‧‧齒輪
(24)‧‧‧通孔
(25)‧‧‧螺桿
(26)‧‧‧螺設元件
(27)‧‧‧軸承
(30)‧‧‧壓電陶瓷組
(31)‧‧‧壓電陶瓷
(32)‧‧‧導電銅片
(33)‧‧‧楔片
(34)‧‧‧緊固片
(111)‧‧‧孔口
(112)‧‧‧螺孔
(151)‧‧‧凸環
(152)‧‧‧凸環
(153)‧‧‧平坦部
第一圖：係本發明之立體圖。
第二圖：係本發明之剖面示意圖。
第三圖：係本發明之立體分解圖。
第四圖：係本發明電性連接多種不同高頻電源之示意圖。
(10)‧‧‧定子
(20)‧‧‧轉子
(23)‧‧‧齒輪
(25)‧‧‧螺桿
(26)‧‧‧螺設元件
(27)‧‧‧軸承
(30)‧‧‧壓電陶瓷組
(31)‧‧‧壓電陶瓷
(112)‧‧‧螺孔
(151)‧‧‧凸環
(152)‧‧‧凸環

Claims (7)

  1. 一種高致動力壓電馬達，係包括：一定子，其至少具有一腔室，該腔室具有一孔口，而一彈性元件係由該孔口而容置入該腔室中，又該腔室與該孔口相對的位置處設有一螺孔，且該定子之外側係具有一外緣部，該外緣部具有兩端部，而該兩端部的位置處各設有一凸環；一轉子，係設置於該定子之該孔口處，其至少具有一前段部及一後段部，其中該前段部之外周緣設有一齒輪，且該轉子設有一貫通該前段部與該後段部的通孔，而該通孔中穿設有一螺桿，該螺桿的一端係螺設入該定子之該螺孔中，而該螺桿的另一端則螺上一螺設元件，藉由該螺設元件於該螺桿上之螺進與螺退，可調控該後段部與該定子之該孔口之接觸態樣；至少一壓電陶瓷組，係設置於該兩凸環間之外緣部，該壓電陶瓷組係包括數個壓電陶瓷以及位在前述壓電陶瓷一側的一楔片與分設於該楔片兩側的兩緊固片，該楔片用以壓迫入至該兩緊固片之間，令該兩緊固片往兩側方向迫緊，以夾固前述壓電陶瓷於該兩凸環間；以及令施予至少一高頻電源時，以驅動該轉子之該齒輪行高致動力之轉動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高致動力壓電馬達，其中近該定子之該孔口的該腔室係形具成一圓錐狀，而該轉子之該後段部相對該定子之該孔口形狀係設具呈一圓錐體，以令該轉子之該後段部與該定子之該孔口形成最佳接觸。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之高致動力壓電馬達，其中該孔口及該螺孔係分設於該定子之該兩端部上，而位於該兩凸環間之外緣部係環設有四個相連接之平坦部，而該各平坦部上均固設有該壓電陶瓷組。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之高致動力壓電馬達，其係於不同的該壓電陶瓷組上施予相同或相異之高頻電源。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項其中任一項所述之高致動力壓電馬達，其中該轉子與螺設元件間之該螺桿上係套設有一軸承。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項其中任一項所述之高致動力壓電馬達，其中該壓電陶瓷組係包括多個導電銅片，其中該導電銅片係設於該壓電陶瓷之一側。
  7. 如申請專利範圍第1項至第4項其中任一項所述之高致動力壓電馬達，其中該高頻電源係包括一共振頻率、一驅動電壓與一相角。
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