本發(fā)明涉及微機電系統(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器及其應用。

背景技術(shù)：

1、隨著可穿戴設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(vr)和增強現(xiàn)實(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雜的機械結(jié)構(gòu)，如線圈、磁鐵和傳動機構(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-機械耦合特性，在微型致動器領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，如何在微小尺寸下保證壓電致動器的性能和可靠性，仍然是一個亟待解決的技術(shù)難題。特別是在可穿戴設(shè)備等應用場景中，如何在有限空間內(nèi)實現(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器設(shè)計，既能滿足微型化的要求，又能保證性能和可靠性，同時適用于多種應用場景。

技術(shù)實現(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器及其應用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中微型致動器在微小尺寸下性能和可靠性不足的問題。

2、為實現(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器，包括：

4、外框；

5、驅(qū)動組件，所述驅(qū)動組件包括壓電薄膜；

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)動組件和所述質(zhì)量塊形成的振動系統(tǒng)。

8、具體地，所述驅(qū)動組件包括：

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)動組件進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，當所述驅(qū)動組件為雙面膜結(jié)構(gòu)時，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，當所述懸臂梁結(jié)構(gòu)為雙邊壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)時，包括兩個平行的懸梁，該兩個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，所述外框為長方體形狀或圓形形狀，

21、其中，當所述外框為圓形形狀時，所述驅(qū)動組件呈旋轉(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)動組件連接：粘合劑連接、機械夾持、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器的應用，將權(quán)利要求1至8所述的微型致動器應用于以下設(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)學設(shè)備。

25、所述的應用，當所述微型致動器應用于ar/vr眼鏡或智能眼鏡時，所述微型致動器設(shè)置在所述眼鏡的鏡腿內(nèi)；當所述微型致動器應用于智能指環(huán)時，所述微型致動器設(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：通過采用壓電薄膜和懸臂梁結(jié)構(gòu)，本發(fā)明實現(xiàn)了致動器的微型化，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)定的機械基礎(chǔ)，有效解決了微小尺寸下振動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)明不需要復雜的機械結(jié)構(gòu)，如線圈、磁鐵和傳動機構(gòu)，大大簡化了設(shè)計，提高了可靠性和壽命。

30、4.設(shè)計靈活性：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，適應不同的應用需求。

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

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

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所述的微型致動器，其特征在于，所述驅(qū)動組件包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型致動器，其特征在于，所述驅(qū)動組件進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所述的微型致動器，其特征在于，當所述驅(qū)動組件為雙面膜結(jié)構(gòu)時，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的微型致動器，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中任一項所述的微型致動器，其特征在于，所述外框為長方體形狀或圓形形狀，

7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的微型致動器，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中任一項所述的微型致動器，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)動組件連接：粘合劑連接、機械夾持、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器的應用，其特征在于，將權(quán)利要求1至8中任一項所述的微型致動器應用于以下設(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)學設(shè)備。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應用，其特征在于，當所述微型致動器應用于ar/vr眼鏡或智能眼鏡時，所述微型致動器設(shè)置在所述眼鏡的鏡腿內(nèi)；當所述微型致動器應用于智能指環(huán)時，所述微型致動器設(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器及其應用，包括：外框；驅(qū)動組件，驅(qū)動組件包括壓電薄膜；質(zhì)量塊，質(zhì)量塊連接于驅(qū)動組件；以及中間固支組件，其中中間固支組件支撐驅(qū)動組件和質(zhì)量塊形成的振動系統(tǒng)；通過采用壓電薄膜和懸臂梁結(jié)構(gòu)，本發(fā)明實現(xiàn)了致動器的微型化，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)定的機械基礎(chǔ)，有效解決了微小尺寸下振動性能和可靠性的問題。相比傳統(tǒng)的觸覺反饋裝置，本發(fā)明不需要復雜的機械結(jié)構(gòu)，如線圈、磁鐵和傳動機構(gòu)，大大簡化了設(shè)計，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
受保護的技術(shù)使用者：東莞市惟動智能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9