本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(mems)，特別是涉及一種基于壓電薄膜的中間固支型微型致動(dòng)器及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著可穿戴設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)(vr)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(ar)技術(shù)的快速發(fā)展，對微型化、高性能觸覺反饋裝置的需求日益增長。然而，現(xiàn)有的觸覺反饋裝置通常體積較大，難以集成到空間受限的設(shè)備中，如ar/vr眼鏡的鏡腿或智能指環(huán)。此外，傳統(tǒng)的觸覺反饋裝置往往需要復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如線圈、磁鐵和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這不僅增加了制造難度和成本，還降低了設(shè)備的可靠性和壽命。

2、壓電材料因其優(yōu)異的電-機(jī)械耦合特性，在微型致動(dòng)器領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，如何在微小尺寸下保證壓電致動(dòng)器的性能和可靠性，仍然是一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題。特別是在可穿戴設(shè)備等應(yīng)用場景中，如何在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效的觸覺反饋，是現(xiàn)有技術(shù)面臨的一大挑戰(zhàn)。

3、因此，亟需一種新型的微型致動(dòng)器設(shè)計(jì)，既能滿足微型化的要求，又能保證性能和可靠性，同時(shí)適用于多種應(yīng)用場景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于壓電薄膜的中間固支型微型致動(dòng)器及其應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中微型致動(dòng)器在微小尺寸下性能和可靠性不足的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種基于壓電薄膜的中間固支型微型致動(dòng)器，包括：

4、外框；

5、驅(qū)動(dòng)組件，所述驅(qū)動(dòng)組件包括壓電薄膜；

6、質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊連接于所述驅(qū)動(dòng)組件；以及

7、中間固支組件，其中所述中間固支組件支撐所述驅(qū)動(dòng)組件和所述質(zhì)量塊形成的振動(dòng)系統(tǒng)。

8、具體地，所述驅(qū)動(dòng)組件包括：

9、壓電材料層；

10、設(shè)置于所述壓電材料層上下兩側(cè)的電極層；以及

11、附著于所述電極層外側(cè)的懸臂梁結(jié)構(gòu)，

12、其中，所述質(zhì)量塊連接于所述懸臂梁結(jié)構(gòu)的自由端。

13、具體地，所述驅(qū)動(dòng)組件進(jìn)一步包括附著于所述懸臂梁結(jié)構(gòu)外側(cè)的薄膜材料層，其中所述薄膜材料層和/或所述壓電材料層構(gòu)成單面膜結(jié)構(gòu)或雙面膜結(jié)構(gòu)。

14、具體地，當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)組件為雙面膜結(jié)構(gòu)時(shí)，包括：

15、上膜，所述上膜包括壓電薄膜和彈性薄膜；以及

16、下膜，所述下膜為彈性薄膜，

17、其中，所述上膜和所述下膜分別位于所述質(zhì)量塊的上表面和下表面。

18、具體地，所述懸臂梁結(jié)構(gòu)為單邊壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)或雙邊壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)，

19、其中，當(dāng)所述懸臂梁結(jié)構(gòu)為雙邊壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)時(shí)，包括兩個(gè)平行的懸梁，該兩個(gè)平行的懸梁在其一端或兩端固定于周邊的剛性臂結(jié)構(gòu)上。

20、具體地，所述外框?yàn)殚L方體形狀或圓形形狀，

21、其中，當(dāng)所述外框?yàn)閳A形形狀時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)組件呈旋轉(zhuǎn)對稱或鏡像對稱分布。

22、具體地，所述中間固支組件由以下材料中的至少一種制成：硅、氧化硅、氮化硅、鋁、鈦、聚酰亞胺、不銹鋼、聚二甲基硅氧烷、二氧化鈦、碳化硅、石英、陶瓷材料和玻璃材料。

23、具體地，所述中間固支組件通過以下至少一種方式與所述驅(qū)動(dòng)組件連接：粘合劑連接、機(jī)械夾持、微焊接和微鉚接。

24、一種基于壓電薄膜的中間固支型微型致動(dòng)器的應(yīng)用，將權(quán)利要求1至8所述的微型致動(dòng)器應(yīng)用于以下設(shè)備中的至少一種：ar/vr眼鏡、智能眼鏡、智能指環(huán)、顯微鏡、微傳感器、微泵、微閥、微流控系統(tǒng)和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。

25、所述的應(yīng)用，當(dāng)所述微型致動(dòng)器應(yīng)用于ar/vr眼鏡或智能眼鏡時(shí)，所述微型致動(dòng)器設(shè)置在所述眼鏡的鏡腿內(nèi)；當(dāng)所述微型致動(dòng)器應(yīng)用于智能指環(huán)時(shí)，所述微型致動(dòng)器設(shè)置在所述指環(huán)內(nèi)部，并通過所述指環(huán)直接作用于佩戴者的手指，以提供觸覺反饋

26、本發(fā)明的有益效果：

27、1.微型化設(shè)計(jì)：通過采用壓電薄膜和懸臂梁結(jié)構(gòu)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了致動(dòng)器的微型化，使其能夠集成到空間極其有限的設(shè)備中，如ar/vr眼鏡的鏡腿或智能指環(huán)內(nèi)部。

28、2.高性能和可靠性：中間固支結(jié)構(gòu)為壓電薄膜提供了穩(wěn)定的機(jī)械基礎(chǔ)，有效解決了微小尺寸下振動(dòng)性能和可靠性的問題。

29、3.結(jié)構(gòu)簡化：相比傳統(tǒng)的觸覺反饋裝置，本發(fā)明不需要復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如線圈、磁鐵和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，大大簡化了設(shè)計(jì)，提高了可靠性和壽命。

30、4.設(shè)計(jì)靈活性：本發(fā)明提供了單面膜/雙面膜、單邊/雙邊壓電懸臂梁等多種結(jié)構(gòu)選擇，適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

31、5.高效能量轉(zhuǎn)換：壓電薄膜驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)了電能到機(jī)械能的高效轉(zhuǎn)換，提高了致動(dòng)器的整體效率。

32、6.廣泛應(yīng)用潛力：本發(fā)明解決了在ar/vr眼鏡、智能指環(huán)等設(shè)備中實(shí)現(xiàn)有效觸覺反饋的問題，為微型化設(shè)備的交互體驗(yàn)提供了新的可能性。

技術(shù)特征：

1.一種基于壓電薄膜的中間固支型微型致動(dòng)器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型致動(dòng)器，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)組件包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型致動(dòng)器，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)組件進(jìn)一步包括附著于所述懸臂梁結(jié)構(gòu)外側(cè)的薄膜材料層，其中所述薄膜材料層和/或所述壓電材料層構(gòu)成單面膜結(jié)構(gòu)或雙面膜結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型致動(dòng)器，其特征在于，當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)組件為雙面膜結(jié)構(gòu)時(shí)，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的微型致動(dòng)器，其特征在于，所述懸臂梁結(jié)構(gòu)為單邊壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)或雙邊壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)，

6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的微型致動(dòng)器，其特征在于，所述外框?yàn)殚L方體形狀或圓形形狀，

7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的微型致動(dòng)器，其特征在于，所述中間固支組件由以下材料中的至少一種制成：硅、氧化硅、氮化硅、鋁、鈦、聚酰亞胺、不銹鋼、聚二甲基硅氧烷、二氧化鈦、碳化硅、石英、陶瓷材料和玻璃材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的微型致動(dòng)器，其特征在于，所述中間固支組件通過以下至少一種方式與所述驅(qū)動(dòng)組件連接：粘合劑連接、機(jī)械夾持、微焊接和微鉚接。

9.一種基于壓電薄膜的中間固支型微型致動(dòng)器的應(yīng)用，其特征在于，將權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的微型致動(dòng)器應(yīng)用于以下設(shè)備中的至少一種：ar/vr眼鏡、智能眼鏡、智能指環(huán)、顯微鏡、微傳感器、微泵、微閥、微流控系統(tǒng)和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，當(dāng)所述微型致動(dòng)器應(yīng)用于ar/vr眼鏡或智能眼鏡時(shí)，所述微型致動(dòng)器設(shè)置在所述眼鏡的鏡腿內(nèi)；當(dāng)所述微型致動(dòng)器應(yīng)用于智能指環(huán)時(shí)，所述微型致動(dòng)器設(shè)置在所述指環(huán)內(nèi)部，并通過所述指環(huán)直接作用于佩戴者的手指，以提供觸覺反饋。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于壓電薄膜的中間固支型微型致動(dòng)器及其應(yīng)用，包括：外框；驅(qū)動(dòng)組件，驅(qū)動(dòng)組件包括壓電薄膜；質(zhì)量塊，質(zhì)量塊連接于驅(qū)動(dòng)組件；以及中間固支組件，其中中間固支組件支撐驅(qū)動(dòng)組件和質(zhì)量塊形成的振動(dòng)系統(tǒng)；通過采用壓電薄膜和懸臂梁結(jié)構(gòu)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了致動(dòng)器的微型化，使其能夠集成到空間極其有限的設(shè)備中；中間固支結(jié)構(gòu)為壓電薄膜提供了穩(wěn)定的機(jī)械基礎(chǔ)，有效解決了微小尺寸下振動(dòng)性能和可靠性的問題。相比傳統(tǒng)的觸覺反饋裝置，本發(fā)明不需要復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如線圈、磁鐵和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，大大簡化了設(shè)計(jì)，提高了可靠性和壽命；本發(fā)明提供了單面膜/雙面膜、單邊/雙邊壓電懸臂梁等多種結(jié)構(gòu)選擇。

技術(shù)研發(fā)人員：鄒聲濤,胡中驥,鐘鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東莞市惟動(dòng)智能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9