專利名稱：壓電電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電電機，更具體地講，涉及一種用于通過將縱向振動加到彎曲方向(bending-direction)的振動而產(chǎn)生橢圓運動的壓電電機。
背景技術(shù)：
近來，很多注意力已經(jīng)被集中到作為代替電磁電機的利用壓電構(gòu)件的新壓電電機(壓電超聲波電機，piezoelectric ultrasonic motor)。在壓電電機中，壓電振動器產(chǎn)生具有極小振幅的高頻振動，并且該極小的振幅通過附著到壓電振動器上的摩擦構(gòu)件與滑動件(轉(zhuǎn)子)之間的接觸摩擦被傳遞，以使得滑動件能夠執(zhí)行極小的運動。與傳統(tǒng)的電磁電機相比，壓電電機具有很多優(yōu)點，例如，有利于小型化、具有高分辨力(resolution)以及低噪聲。圖1是示出傳統(tǒng)壓電電機的結(jié)構(gòu)的示意性示圖。如圖1所示，壓電電機通常包括壓電構(gòu)件10以及附著到壓電構(gòu)件10的一側(cè)的摩擦構(gòu)件30。壓電構(gòu)件10通過層壓由陶瓷等制成的多個壓電裝置而形成。內(nèi)部電極形成在壓電裝置的表面上，以使壓電構(gòu)件能夠被分成多個振動部分。可以根據(jù)振動類型、振動方向、附著的摩擦構(gòu)件的數(shù)量以及附著的摩擦構(gòu)件的位置，在每個壓電裝置的表面上以各種形狀形成內(nèi)部電極的圖案。連接內(nèi)部電極的電線(wire line)或者外部電極21和22被設(shè)置到壓電構(gòu)件上，以使沿對角線方向設(shè)置的兩個振動部分11和14或者兩個振動部分12和13被施加同相的交流電壓。如上所述，由陶瓷或者超硬合金制成的摩擦構(gòu)件30被附著到壓電構(gòu)件10的一個側(cè)表面上,從而向外傳遞振動。更具體地講，參照圖1，壓電構(gòu)件10被分成四個振動部分11、12、13和14。沿對角線方向設(shè)置的兩個振動部分11和14或者12和13通過電線或者外部電極21和22被施加同相交流電壓。當施加電壓時，壓電構(gòu)件10產(chǎn)生兩種振動模式，例如，伸縮振動模式和彎曲振動模式。在伸縮振動模式中，壓電構(gòu)件10沿著其縱向伸縮地變形，在彎曲振動模式中，壓電構(gòu)件10沿著其厚度方向彎曲地變形。由于兩種振動模式同時產(chǎn)生，所以摩擦構(gòu)件30產(chǎn)生橢圓運動。摩擦構(gòu)件30的橢圓運動傳遞到滑動件或者轉(zhuǎn)子，從而可以獲得滑動件的直線運動或者轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動。在傳統(tǒng)的壓電電機中，由附著到壓電構(gòu)件上的摩擦構(gòu)件引起的質(zhì)量改變對壓電電機的驅(qū)動頻率產(chǎn)生影響。所以，難以電驅(qū)動并控制壓電電機。通常，諧振頻率隨著壓電構(gòu)件尺寸的減小而增加。例如，如果壓電構(gòu)件的長度減小到5mm,則諧振頻率增加到300kHz或者更大。在這種高頻下，200，000mm/S2或者更大的加速度被施加到摩擦構(gòu)件的表面上。由于加速度大，所以摩擦構(gòu)件可能會與壓電構(gòu)件的表面分開。作為防止摩擦構(gòu)件與壓電構(gòu)件的表面分開的方法，提出了一種增加涂覆粘合劑的量的方法。但是，增加涂覆的粘合劑的量會引起諧振頻率產(chǎn)生很大改變的問題。此外，由于摩擦構(gòu)件附著到壓電構(gòu)件的表面上，所以摩擦構(gòu)件的附著位置不規(guī)則，從而諧振頻率會產(chǎn)生很大的改變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面在于提供一種能夠使摩擦構(gòu)件的附著對諧振頻率產(chǎn)生的影響最小化的壓電電機。本發(fā)明的另一方面在于提供一種能夠增加摩擦構(gòu)件的附著強度的壓電電機。本發(fā)明的另一方面在于提供一種能夠保持摩擦構(gòu)件的附著位置以使由于摩擦構(gòu)件的附著位置的改變而引起的諧振頻率的改變最小化的壓電電機。本發(fā)明的另一方面在于提供一種能夠提高壓電電機的效率的壓電電機。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種壓電電機，該壓電電機包括:壓電構(gòu)件，通過施加的功率同時產(chǎn)生第一振動模式和第二振動模式；摩擦構(gòu)件,摩擦構(gòu)件的一部分插入地附著到凹入地形成在壓電構(gòu)件的一側(cè)上的凹入部分中，摩擦構(gòu)件通過由壓電構(gòu)件產(chǎn)生的振動而進行橢圓運動。在上述方面中，當摩擦構(gòu)件的厚度和摩擦構(gòu)件插入到凹入部分中的插入深度分別用W和X表示時，壓電電機可以滿足由下面的條件式子表示的插入比例x/w，[條件式子]0.I < x/w < 0.5。此外，在壓電構(gòu)件上可以形成多個凹入部分，多個摩擦構(gòu)件可以插入地附著到所述凹入部分中。此外，摩擦構(gòu)件可以具有圓形截面或者棱形截面。摩擦構(gòu)件可以包括從壓電構(gòu)件向外突出形成的彎曲的表面突起。此外，第一振動模式可以是在壓電構(gòu)件的縱向上產(chǎn)生的伸縮振動模式，第二振動模式可以是在壓電構(gòu)件的厚度方向上產(chǎn)生的彎曲振動模式。


通過參照附圖進行詳細描述，本發(fā)明的上述和其它方面、特點和其它優(yōu)點將更容易理解，其中，圖1是示出傳統(tǒng)的壓電電機的結(jié)構(gòu)的示意性視圖；圖2A和圖2B是分別示出普通的壓電電機的結(jié)構(gòu)的透視圖和平面圖；圖3是示出普通的壓電電機的頻率和導(dǎo)納(admittance)之間關(guān)系的曲線圖；圖4是示出普通的壓電電機的相位相對于頻率改變的曲線圖；圖5A、圖5B和圖5C是分別示出根據(jù)本發(fā)明的壓電電機的結(jié)構(gòu)的分解透視圖、結(jié)合狀態(tài)的透視圖和結(jié)合狀態(tài)的平面圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的壓電電機的導(dǎo)納和頻率之間的關(guān)系的曲線圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的壓電電機的相位相對于頻率變化的曲線圖；圖8A和圖8B是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電電機的結(jié)構(gòu)的平面圖和透視圖，圖8C和圖8D是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的壓電電機的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖9是示出在沒有附著摩擦構(gòu)件狀態(tài)下的壓電電機的振動模式的頻率的曲線圖；圖10A、圖10B、圖1OC和圖1OD是示出在沒有附著摩擦構(gòu)件狀態(tài)下的壓電電機的振動模式的形狀，其中，圖10A、圖10B、圖1OC和圖1OD分別示出了在伸縮振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀、在彎曲振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀、在彎曲振動模式的反諧振頻率下的振動模式的形狀以及在伸縮振動模式的反諧振頻率下的振動模式的形狀；圖11是示出根據(jù)摩擦構(gòu)件插入比例的壓電電機的振動模式的頻率的曲線圖；圖12A、圖12B、圖12C和圖12D示出了在摩擦構(gòu)件的插入比例為0.2的情況下的壓電電機的振動模式的形狀，其中，圖12A、圖12B、圖12C和圖12D分別示出了在伸縮振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀、在彎曲振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀、在彎曲振動模式的反諧振頻率下的振動模式的形狀以及在伸縮振動模式的反諧振頻率下的振動模式的形狀；圖13A和圖13B示出了在摩擦構(gòu)件的插入比例為O的情況下，即在摩擦構(gòu)件130被附著到壓電構(gòu)件110的表面上的情況下壓電電機的振動模式的形狀，其中，圖13A和圖13B分別示出了在彎曲振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀以及在伸縮振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀；圖14A、圖14B和圖14C示出了在摩擦構(gòu)件的插入比例為0.8的情況下的壓電電機的振動模式的形狀，其中，圖14A、圖14B和圖14C分別示出了在伸縮振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀、在伸縮振動模式的反諧振頻率下的振動模式的形狀以及在彎曲振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀。
具體實施例方式以下，將參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例。圖2A和圖2B是分別示出普通的壓電電機的結(jié)構(gòu)的透視圖和平面圖。圖3是示出普通的壓電電機的頻率和導(dǎo)納之間的關(guān)系的曲線圖。圖4是示出普通的壓電電機的相位相對于頻率變化的曲線圖。圖5A、圖5B和圖5C是分別示出根據(jù)本發(fā)明的壓電電機的結(jié)構(gòu)的分解透視圖、結(jié)合狀態(tài)的透視圖和結(jié)合狀態(tài)的平面圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的壓電電機的導(dǎo)納和頻率之間的關(guān)系的曲線圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的壓電電機的相位相對于頻率變化的曲線圖。圖8A和圖8B是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電電機的結(jié)構(gòu)的平面圖和透視圖，圖8C和圖8D是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的壓電電機的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖9是示出在沒有附著摩擦構(gòu)件狀態(tài)下的壓電電機的振動模式的頻率的曲線圖。圖10A、圖10B、圖1OC和圖1OD是示出在沒有附著摩擦構(gòu)件狀態(tài)下的壓電電機的振動模式的形狀的示意性視圖。圖11是示出根據(jù)摩擦構(gòu)件插入比例的壓電電機的振動模式的頻率的曲線圖。圖12A、圖12B、圖12C和圖12D是示出在摩擦構(gòu)件的插入比例為0.2的情況下的壓電電機的振動模式的形狀的示意性視圖。圖13A和圖13B是示出在摩擦構(gòu)件的插入比例為O的情況下，即在摩擦構(gòu)件130被附著到壓電構(gòu)件110的表面上的情況下壓電電機的振動模式的形狀的示意性視圖。圖14A、圖14B和圖14C是示出在摩擦構(gòu)件的插入比例為0.8的情況下的壓電電機的振動模式的形狀的示意性視圖。如圖5和圖8所示，壓電電機100包括壓電構(gòu)件110以及摩擦構(gòu)件130，壓電構(gòu)件110通過施加的功率同時產(chǎn)生第一振動模式和第二振動模式，摩擦構(gòu)件130的一部分插入地附著到凹入地形成在壓電構(gòu)件110的一側(cè)上的凹入部分111中，其中，通過由壓電構(gòu)件110產(chǎn)生的振動，摩擦構(gòu)件130能夠進行橢圓運動。壓電構(gòu)件110通過層壓多個壓電裝置而形成。在每個壓電裝置的表面上適當?shù)匦纬蓛?nèi)部電極的圖案，以使壓電裝置110產(chǎn)生第一振動模式和第二振動模式，例如，產(chǎn)生在壓電構(gòu)件Iio的縱向上的伸縮振動模式以及在壓電構(gòu)件110的厚度方向上的彎曲振動模式。第一振動模式和第二振動模式不局限于伸縮振動模式和彎曲振動模式，而可以使用能夠使摩擦構(gòu)件130產(chǎn)生橢圓運動的任何振動模式。壓電構(gòu)件110的層壓結(jié)構(gòu)和各種內(nèi)部電極、外部電極是公知的，所以，省略對它們的詳細描述。根據(jù)本發(fā)明，摩擦構(gòu)件130插入地附著到形成在壓電構(gòu)件110 —側(cè)上的凹入部分111中，以使摩擦構(gòu)件130的附著對壓電構(gòu)件110或者壓電電機100的諧振頻率產(chǎn)生的影響最小化。首先，參照圖2A和圖2B至圖4描述在將摩擦構(gòu)件130a附著到壓電構(gòu)件IlOa —側(cè)上的普通壓電電機IOOa的情況下，摩擦構(gòu)件130a的附著對壓電構(gòu)件IlOa的諧振頻率產(chǎn)生的影響。如圖2A和圖2B所示，普通的壓電電機IOOa包括通過層壓多個壓電裝置而形成的壓電構(gòu)件IlOa以及附著到壓電構(gòu)件IlOa —側(cè)上的摩擦構(gòu)件130a。圖3示出了在壓電構(gòu)件IlOa上附著摩擦構(gòu)件130a之前和之后壓電構(gòu)件IlOa的頻率和導(dǎo)納之間的關(guān)系。圖4示出了在壓電構(gòu)件IlOa上附著摩擦構(gòu)件130a之前和之后壓電構(gòu)件IlOa的相位和頻率之間的關(guān)系。如圖3和圖4所示，由A'指示的曲線示出了在壓電構(gòu)件IlOa上附著摩擦構(gòu)件130a之前壓電構(gòu)件IlOa的振動特性，由B'指示的曲線示出了在壓電構(gòu)件IlOa上附著摩擦構(gòu)件130a之后壓電構(gòu)件IlOa的振動特性。參照圖3和圖4，在將摩擦構(gòu)件130a附著到壓電構(gòu)件IlOa上之前(k')，縱向伸縮振動模式具有大約326kHz的諧振頻率和大約334kHz的反諧振頻率，厚度方向彎曲振動模式具有大約332kHz的反諧振頻率和大約333kHz的諧振頻率。即，在壓電構(gòu)件IlOa上附著摩擦構(gòu)件130a之前(k')，第二振動模式(即，彎曲振動模式)的頻率位于第一振動模式(即，縱向伸縮振動模式)的諧振頻率和反諧振頻率之間。相反地，在將摩擦構(gòu)件130a附著到壓電構(gòu)件IlOa上之后(B')，縱向伸縮振動模式具有大約314kHz的諧振頻率和大約318kHz的反諧振頻率，厚度方向彎曲振動模式具有大約299kHz的諧振頻率和大約301kHz的反諧振頻率。即，在將摩擦構(gòu)件130a附著到壓電構(gòu)件IlOa上之后(B')，第二振動模式(即，彎曲振動模式)的頻率位于第一振動模式(即，縱向伸縮振動模式)的諧振頻率和反諧振頻率之間的范圍之外。當將摩擦構(gòu)件130a附著到壓電構(gòu)件IlOa的表面上時，第二彎曲振動模式相對大地受到摩擦構(gòu)件130a質(zhì)量的影響，以使第二彎曲振動模式頻率降低的值大于第一伸縮振動模式頻率降低的值。結(jié)果，第二彎曲振動模式的頻率低于第一伸縮振動模式的諧振頻率。在這種情況下，由于摩擦構(gòu)件130a的附著引起的質(zhì)量效應(yīng)(mass effect)嚴重地影響壓電電機IOOa的驅(qū)動頻率，以使振動特性被顯著地改變。所以，難以有效地驅(qū)動并控制壓電電機100a。而且，增加了第一伸縮振動模式的諧振頻率和第二彎曲振動模式的諧振頻率之間的分開間隔，從而壓電構(gòu)件IlOa的振動效率被嚴重惡化。結(jié)果，壓電電機IOOa的驅(qū)動效率被惡化。但是，根據(jù)本發(fā)明，由于摩擦構(gòu)件插入地附著到壓電構(gòu)件的凹入部分中，所以可以使摩擦構(gòu)件的附著對諧振頻率產(chǎn)生的影響最小化。參照圖5A、圖5B和圖5C至圖7描述在根據(jù)本發(fā)明的壓電電機100中摩擦構(gòu)件130的附著對壓電構(gòu)件110的諧振頻率產(chǎn)生的影響。如圖5A、圖5B和圖5C所示，壓電電機100包括壓電構(gòu)件110和摩擦構(gòu)件130，壓電構(gòu)件110通過層壓多個壓電裝置而形成，并且具有凹入地形成在壓電構(gòu)件110的一側(cè)115上的凹入部分111，并且凹入部分111沿著壓電構(gòu)件Iio的寬度方向延伸，摩擦構(gòu)件130插入地附著到凹入部分111中。根據(jù)與內(nèi)部電極的圖案相關(guān)的壓電構(gòu)件110的振動特性，多個摩擦構(gòu)件130可被附著到壓電構(gòu)件110上。在說明書中，一個摩擦構(gòu)件130的情況是示例性的。圖6示出了在壓電構(gòu)件110上附著摩擦構(gòu)件130之前以及將摩擦構(gòu)件130插入地附著到壓電構(gòu)件110的凹入部分111之后，壓電構(gòu)件110的導(dǎo)納和頻率之間的關(guān)系。圖7示出了在壓電構(gòu)件Iio上附著摩擦構(gòu)件130之前以及將摩擦構(gòu)件130插入地附著到壓電構(gòu)件110的凹入部分111之后，壓電構(gòu)件110的相位和頻率之間的關(guān)系。在圖6和圖7中，由A指示的曲線示出了在將摩擦構(gòu)件130附著到設(shè)置有凹入部分111的壓電構(gòu)件Iio上之前的壓電構(gòu)件110的振動特性，由B指示的曲線示出了將摩擦構(gòu)件130插入地附著到壓電構(gòu)件110的凹入部分111中之后的壓電構(gòu)件110的振動特性。參照圖6和圖7，在將摩擦構(gòu)件130附著到設(shè)置有凹入部分111的壓電構(gòu)件110上之前(A)，縱向伸縮振動模式具有大約333kHz的諧振頻率和大約338kHz的反諧振頻率，厚度方向彎曲振動模式具有大約335kHz的反諧振頻率和大約336kHz的諧振頻率。即，在將摩擦構(gòu)件130附著到設(shè)置有凹入部分111的壓電構(gòu)件110上之前(A)，第二振動模式(即，彎曲振動模式)的頻率位于第一振動模式(即，縱向伸縮振動模式)的諧振頻率和反諧振頻率之間。此外，在將摩擦構(gòu)件130插入地附著到壓電構(gòu)件110的凹入部分111中之后⑶，縱向伸縮振動模式具有大約317kHz的諧振頻率和大約324kHz的反諧振頻率，厚度方向彎曲振動模式具有大約319kHz的反諧振頻率和大約321kHz的諧振頻率。即,在將摩擦構(gòu)件130插入地附著到壓電構(gòu)件110的凹入部分111中之后(B)，第二振動模式(即，彎曲振動模式)的頻率位于第一振動模式(即，縱向伸縮振動模式)的諧振頻率和反諧振頻率之間。當將摩擦構(gòu)件130插入地附著到壓電構(gòu)件110的凹入部分111中時,第一伸縮振動模式和第二彎曲振動模式基本相等地受到摩擦構(gòu)件130的質(zhì)量的影響，從而第二振動模式(即，彎曲振動模式)的頻率可位于第一振動模式(即，縱向伸縮振動模式)的諧振頻率和反諧振頻率之間。所以，可以保持壓電構(gòu)件110或者壓電電機100的均勻的振動特性，從而可以有效地驅(qū)動并控制壓電電機100。此外，第一伸縮振動模式的諧振頻率和第二彎曲振動模式的諧振頻率之間的分開間隔被保持為彼此接近，從而保持壓電構(gòu)件110的適合的振動效率。結(jié)果，與圖2A和圖2B中的情況相比，明顯增加了壓電電機100的驅(qū)動效率。此外，由于增加了摩擦構(gòu)件130和壓電構(gòu)件110之間的接觸區(qū)域，所以也顯著地提高了摩擦構(gòu)件130的附著強度。此外，由于摩擦構(gòu)件130被設(shè)置到壓電構(gòu)件110的凹入部分111中，所以可以保持摩擦構(gòu)件130的附著位置不變。因此，可以防止由于附著位置的改變而引起的諧振頻率的改變。接著，參照圖8A、圖8B、圖8C和圖8D至圖14A、圖14B、圖14C和圖14D描述插入到壓電構(gòu)件110的凹入部分111中的摩擦構(gòu)件130的插入深度對諧振頻率的影響，即摩擦構(gòu)件130的插入比例對諧振頻率的影響。參照圖8A至圖8D，當用w和x分別表示摩擦構(gòu)件130的厚度和插入到凹入部分111中的摩擦構(gòu)件130的插入深度時，根據(jù)本發(fā)明實施例的壓電電機100優(yōu)選地滿足由下面的條件式子表示的插入比例x/w。[條件式子]0.1 ^ x/w ^ 0.5首先，參照圖9以及圖10A、圖10B、圖1OC和圖1OD描述將摩擦構(gòu)件130附著到壓電構(gòu)件110上之前的壓電構(gòu)件110的頻率特性。通過使用有限元分析程序ATILA獲得以下的數(shù)據(jù)。在圖9中，LR( )和LA(.)表示第一振動模式(即，伸縮振動模式)的諧振頻率和反諧振頻率，F(xiàn)R( )和FA(〇)表示第二振動模式(即，彎曲振動模式)的諧振頻率和反諧振頻率。在圖10A、圖10B、圖1OC和圖1OD中，分別示出了在伸縮振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀、在彎曲振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀、在彎曲振動模式的反諧振頻率下的振動模式的形狀以及在伸縮振動模式的反諧振頻率下的振動模式的形狀。如圖9所示，在將摩擦構(gòu)件130附著到壓電構(gòu)件110上之前，第二振動模式(即，彎曲振動模式)的諧振頻率FR( O )和反諧振頻率FA( O )位于第一振動模式(即,伸縮振動模式)的諧振頻率LR( )和反諧振頻率LA(.)之間。但是，參照圖11至圖14C可以看到，在將摩擦構(gòu)件130附著到壓電構(gòu)件110上之后，頻率特性能夠根據(jù)插入比例x/w明顯地改變。與圖9類似，在圖11中，LR( )和LA(.)表示第一振動模式(即，伸縮振動模式)的諧振頻率和反諧振頻率，F(xiàn)R( )和FA(〇)表示第二振動模式(即，彎曲振動模式)的諧振頻率和反諧振頻率。 圖12A、圖12B、圖12C和圖12D示出了在摩擦構(gòu)件的插入比例x/w為0.2的情況下的壓電電機的振動模式的形狀，其中，圖12A、圖12B、圖12C和圖12D分別示出了在伸縮振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀、在彎曲振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀、在彎曲振動模式的反諧振頻率下的振動模式的形狀以及在伸縮振動模式的反諧振頻率下的振動模式的形狀。圖13A和圖13B示出了在摩擦構(gòu)件的插入比例x/w為O的情況下，即在摩擦構(gòu)件130被附著到壓電構(gòu)件110的一側(cè)表面上情況下的壓電電機的振動模式的形狀，其中，圖13A和圖13B分別示出了在彎曲振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀以及在伸縮振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀。圖14A、圖14B和圖14C示出了在摩擦構(gòu)件的插入比例x/w為0.8的情況下的壓電電機的振動模式的形狀，其中，圖14A、圖14B和圖14C分別示出了在伸縮振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀、在伸縮振動模式的反諧振頻率下的振動模式的形狀以及在彎曲振動模式的諧振頻率下的振動模式的形狀。首先，參照圖11以及圖13A和圖13B，在插入比例x/w小于大約0.1的情況下，第二彎曲振動模式的諧振頻率FR( O )和反諧振頻率FA( O )小于第一伸縮振動模式的諧振頻率LR( )和反諧振頻率LA(.)，從而不能獲得合適的結(jié)合效果。結(jié)果，振動效率被惡化。其次，參照圖11以及圖14A、圖14B和圖14C，在插入比例x/w大于大約0.5的情況下，第二彎曲振動模式的諧振頻率FR( O )和反諧振頻率FA( O )大于第一伸縮振動模式的諧振頻率LR( )和反諧振頻率LA(.)，從而不能獲得合適的結(jié)合效果。結(jié)果，振動頻率被惡化。但是，參照圖11以及圖12A、圖12B、圖12C和圖12D，在插入比例x/w在大約0.1至0.5的范圍內(nèi)的情況下，第二彎曲振動模式的諧振頻率FR( O )和反諧振頻率FA( O )在第一伸縮振動模式的諧振頻率LR( )和反諧振頻率LA(.)之間，從而能夠獲得合適的結(jié)合效果。結(jié)果，顯著地提高了振動效率。

雖然摩擦構(gòu)件130的質(zhì)量隨壓電構(gòu)件110和摩擦構(gòu)件130的材料特性和尺寸的不同而產(chǎn)生的影響稍微不同，但是在插入比例x/w處于大約0.1至0.5的范圍內(nèi)的情況下，摩擦構(gòu)件130的質(zhì)量對于第一伸縮振動模式和第二彎曲振動模式的振動模式中的改變產(chǎn)生基本相同的影響。因此，彎曲振動模式的諧振頻率和反諧振頻率位于伸縮振動模式的諧振頻率和反諧振頻率之間，從而可獲得合適的結(jié)合效果。因此，振動效率被最大化，從而可以容易地驅(qū)動并控制壓電電機100。此外，在考慮到摩擦構(gòu)件130的質(zhì)量對第一振動模式和第二振動模式的振動模式中的改變產(chǎn)生的類似的影響下，在多個凹入部分111形成在壓電構(gòu)件110上并且多個摩擦構(gòu)件130插入到凹入部分111中的情況下，在插入比例x/w處于大約0.1至0.5的范圍內(nèi)的條件下，可以獲得合適的結(jié)合效果。因此，在這種情況下，希望振動效率能夠最大化。但是，在插入比例x/w小于0.1的情況下，第二彎曲振動模式相對大地受到摩擦構(gòu)件130的質(zhì)量的影響，從而第二彎曲振動模式頻率降低的值大于第一伸縮振動模式頻率降低的值。結(jié)果，第二彎曲振動模式的頻率低于第一伸縮振動模式的反諧振頻率和諧振頻率，從而不能獲得合適的結(jié)合效果。這樣，振動效率被惡化。但是，在插入比例x/w大于0.5的情況下，第一伸縮振動模式相對大地受到摩擦構(gòu)件130的質(zhì)量的影響，從而第一伸縮振動模式頻率降低的值大于第二彎曲振動模式頻率降低的值。結(jié)果，第二彎曲振動模式的頻率高于第一伸縮振動模式的諧振頻率和反諧振頻率，從而不能獲得合適的結(jié)合效果。這樣，振動效率被惡化。S卩，在插入比例x/w小于0.1或者大于0.5的情況下，由附著摩擦構(gòu)件130引起的質(zhì)量效應(yīng)顯著地影響壓電電機100的驅(qū)動頻率，從而振動特性顯著地改變。結(jié)果，難以有效地驅(qū)動并控制壓電電機100?，F(xiàn)在，將參照圖8A、圖8B、圖8C和圖8D描述摩擦構(gòu)件130的形狀。
如圖8A、圖8B、圖8C和圖8D所示，摩擦構(gòu)件130的形狀不限于特定的一個。即，摩擦構(gòu)件130可以具有如圖8A中所示的棱形截面或者如圖SC中所示的圓形截面。但是，考慮到摩擦構(gòu)件130以接觸的方式將橢圓運動傳遞到滑動件或者轉(zhuǎn)子，摩擦構(gòu)件130最好包括從壓電構(gòu)件110向外突出地形成的彎曲的表面突起。S卩，如圖8C和圖8D所示，摩擦構(gòu)件130最好具有圓形或者半橢圓形截面，或者其突起具有半圓形或者橢圓形截面。根據(jù)本發(fā)明，摩擦構(gòu)件插入地附著到壓電構(gòu)件的凹入部分中，從而可以使附著摩擦構(gòu)件產(chǎn)生的影響最小化。此外，根據(jù)本發(fā)明，保持伸縮振動模式和彎曲振動模式的諧振頻率彼此接近,從而能夠提聞壓電電機的驅(qū)動效率。此外，根據(jù)本發(fā)明，摩擦構(gòu)件和壓電構(gòu)件之間的接觸區(qū)域增加了，從而能夠提高摩擦構(gòu)件的附著強度。此外，由于摩擦構(gòu)件被設(shè)置到壓電構(gòu)件的凹入部分中，所以可以保持摩擦構(gòu)件的附著位置不變。因此，可以防止諧振頻率由于附著位置的改變而改變。雖然已經(jīng)參考示例性實施例顯示并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以對其進行修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種壓電電機，包括: 壓電構(gòu)件，通過施加的功率同時在壓電構(gòu)件的縱向上產(chǎn)生伸縮振動模式并在壓電構(gòu)件的厚度方向上產(chǎn)生彎曲振動模式； 摩擦構(gòu)件，摩擦構(gòu)件的一部分插入地附著到凹入地形成在壓電構(gòu)件的一側(cè)上的凹入部分中，摩擦構(gòu)件通過所述伸縮振動模式和彎曲振動模式進行橢圓運動， 其中，凹入部分沿著壓電構(gòu)件的寬度方向延伸。
2.按權(quán)利要求1所述的壓電電機，其中，當摩擦構(gòu)件的厚度和摩擦構(gòu)件插入到凹入部分中的插入深度分別用w和X表示時，壓電電機滿足由下面的條件式子表示的插入比例X/w,0.1 ≤ x/w ≤ 0.5。
3.按權(quán)利要求1所述的壓電電機， 其中，在壓電構(gòu)件上形成多個凹入部分，其中，多個摩擦構(gòu)件插入地附著到所述凹入部分中。
4.按權(quán)利要求1所述的壓電電機，其中，摩擦構(gòu)件具有圓形截面或者棱形截面。
5.按權(quán)利要求1所述的壓電電機，其中，摩擦構(gòu)件包括從壓電構(gòu)件向外突出形成的彎曲的表面突起。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于通過將縱向振動加到彎曲方向振動中而產(chǎn)生橢圓運動的壓電電機。該壓電電機包括壓電構(gòu)件，通過施加的功率同時產(chǎn)生第一振動模式和第二振動模式；摩擦構(gòu)件，摩擦構(gòu)件的一部分插入地附著到凹入地形成在壓電構(gòu)件的一側(cè)上的凹入部分中，其中，摩擦構(gòu)件通過由壓電構(gòu)件產(chǎn)生的振動進行橢圓運動，從而能夠使附著摩擦構(gòu)件對諧振頻率的影響最小化。因此，能夠提高壓電電機的驅(qū)動效率。此外，能夠提高摩擦構(gòu)件的附著強度。
文檔編號H02N2/00GK103095172SQ20121049994
公開日2013年5月8日 申請日期2007年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者科克·伯哈尼汀, 李東均, 高鉉泌, 姜秉佑 申請人:三星電機株式會社