[发明专利]具有放大的变形的压电致动器

说明书

本发明涉及具有放大的变形的机电致动器，其一方面包括至少一个动力元件（21），所述至少一个动力元件（21）连接到交变电压源以产生所述动力元件（21）的变形，并且另一方面包括板（22），所述板（22）被构造成放大动力元件（21）须传递到要致动的载体（40）的振动幅度，其特征在于，板（22）的第一面刚性固定到动力元件（21），并且在于，板（22）的与第一面相对的第二面经由致动接点（23）固定到要致动的载体（40）。

技术领域

本发明涉及具有放大的变形的机电致动器的领域，特别是具有放大的变形的压电致动器。

背景技术

在以下各种情境中已知运用具有放大的变形的压电致动器：声纳、超声清洁器、超声焊接/加工技术、称为HIFU（英语术语“High Intensity Focused Ultrasounds（高强度聚焦超声）”的首字母缩合词）的系统、以及试图使用的需要大幅度的表面位移的众多应用。

压电致动器的另一使用示例是具有通过超声润滑（lubrificationultrasonique）的触觉反馈的装置的使用示例。但是当介质是耗散性介质时，如例如塑性材料的载体或其他粘弹性介质，用具有传统设计的简单的压电致动器难以获得大的表面位移。

实际上，已知的压电致动器仅使得能够在刚性表面（即由纯弹性材料构成的表面）且因此非耗散性的表面（尤其是不与产生能量耗散的任何粘弹性元件（如粘合剂或类似物）接触的金属表面或玻璃表面）上实现有效的基于超声润滑的触觉反馈。特别地，在屏幕领域中，已知的致动器是薄层状的并且只能与在表面玻璃和显示器（例如OLED或LCD）之间具有空气间隙的触摸屏一起使用，并且致动器必须直接施加在玻璃上以在那里产生不会被屏幕的粘弹性部分所耗散的驻波。

当要致动的介质耗散性更大时，如例如塑料、木材或其他类型的粘弹性材料，为了使用户容易地感知到触觉效应，需要使用其变形相比于通过简单的薄层状压电致动器获得的变形被放大的压电致动器。

然而，已知的具有放大的变形的压电致动器具有若干缺点，这限制了其在某些应用中的使用，将其排除在了屏幕之外。

于是，在工业情境中，具有放大的变形的压电致动器的运用带来一些问题。

首先，通常需要机械基准。在实践中，通常试图使压电致动器的一个面的变形最大化，这意味着将其相对面镶嵌到载体中。然而，获得这种镶嵌不是那么简单的。载体必须比要致动的元件大得多且刚性更大得多。例如，为了致动装有2mm厚的保护玻璃的显示器，需要将致动器稳定地固定在至少1cm厚的金属载体中。如果需要大量致动器，则这意味着只能添加大型金属结构以确保该机械基准功能。

其次，已知的具有放大的变形的致动器的尺寸很大，并且并不总是与试图将它们集成到其中的产品相容。例如，已知以Thorlabs™品牌销售的压电致动器能够产生大约10至30μm的变形并在40kHz至120kHz的频率范围内工作，但是其尺寸为大约10mm至30mm，这是在某些应用中的使用可接受的尺寸的大约10倍，所述应用如例如集成到屏幕或厚度较薄的其他结构中。

存在这些共振压电致动器的变型，如文献WO 91/01814 A1中描述的磁致伸缩致动器，但它们的尺寸保持相同的量级，因为放大效应也是基于波长为厘米级（20kHz至120kHz范围内）的压缩-膨胀共振。

再次，已知的具有放大的变形的压电致动器的成本极大地限制了其数量和使用。

存在其他类型的具有放大的变形的致动器，如基于电活性聚合物的那些致动器，例如文献US 2013/328447 A1中描述的，但它们限于低频振动。在任何情况下，它们都无法产生能够产生通过超声润滑的触觉反馈的超声振动。

发明目标

本发明的主要目标是提出能够减轻已知致动器的上述缺点的新型的具有放大的变形的机电致动器，尤其是压电致动器。