压电致动器、压电振子及电子设备的制作方法

本申请实施例涉及压电致动器领域，尤其涉及一种压电致动器、压电振子及电子设备。

背景技术：

1、智能穿戴产品的出现极大地方便了人们的日常生活，随着智能穿戴产品的不断发展和普及，以微泵向腕带进行泵气的电子设备得以广泛应用。该类智能穿戴产品通过微泵向气囊充气，通过气压计测量气囊加压阻断过程中动脉血管震荡波幅值变化趋势，基于气囊气压变化计算出收缩压(sbp)和舒张压(dbp)，能够满足医疗血压检测的功能需要。

2、智能穿戴产品功能越来越多，器件布置也相应增多，且呈现小型化的趋势。在泵气的能力(排出压力和排出流量)不变的情况下，需要进一步缩小微泵的体积。在微泵中，压电致动器的压电振子是其中的核心组件，其负责将电能转换为机械能，实现微泵的排气功能，压电振子的性能直接影响到微泵的工作效率和可靠性。因此，为了满足微泵的小型化要求，对于微泵所使用的压电致动器，在提出小型化结构设计要求的同时，需要其压电振子兼顾高振幅性能要求。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了压电致动器、压电振子及电子设备，通过压电振子的结构优化，可满足泵送能力的高振幅性能要求。

2、本申请实施例第一方面提供了一种压电振子，该压电振子包括压电陶瓷层和压电衬底；压电衬底包括振子贴装部、固定边框和多个连接部，该固定边框位于振子贴装部的外周，用于实现压电振子的基础固定；振子贴装部与固定边框之间通过多个连接部相连，在振子贴装部、固定边框和连接部之间形成贯通的空隙，以便气体流通；本方案中，连接部包括外伸部和两个悬臂，其中，两个悬臂呈“v”字型布置，两个悬臂相背离的端部为第一端，两个悬臂相交汇的端部为第二端，所述两个悬臂形成的“v”字型开口朝向振子贴装部设置，也就是说，两个悬臂形成的“v”字型开口朝向振子贴装部；两个悬臂的第一端分别与固定边框连接，两个悬臂的第二端通过外伸部与振子贴装部连接。基于外伸部的配置，使得两个悬臂与其相连的第二端远离振子贴装部，并朝向振子贴装部成夹角布置。如此设置，对于外廓尺寸确定的压电衬底来说，两个悬臂与固定边框相连的第一端得以远离固定边框外沿，该固定边框形成粘接固定区的面积增大，可有效提升固持性能，提高振幅。

3、另外，在压电衬底的幅面内，呈“v”字型布置的两个悬臂斜向延伸，悬臂长度得以相对加长，可降低振幅方向上的约束刚度，从而进一步提高振幅。

4、与此同时，基于本实施方案中连接部的结构形态，在两个悬臂的第二端和外伸部处形成了弯折状的高应力区，由此，在高振幅使用状态下具有较好的耐疲劳性能。

5、在实际应用中，固定边框被固定后，基于“v”字型布置的两个直条状悬臂，在x方向和y方向上支撑刚度更高，通过直条状悬臂传导，可以更有效地将x方向和y方向的异常振动分解到边框粘接区域，而本实施方案的粘接固定区域提供了良好的固定效果，能够有效的抑制振子在压电衬底幅面内的异常振动；例如但不限于物料加工误差可能导致的x、y方向上的振动。

6、示例性的，该压电陶瓷层和振子贴装部可以为圆形，振动模态对称性较高，产生更稳定、更可控的振动模式，从而提高压电致动器的性能和效率；且制造和加工，可以降低制造成本。

7、其他示例性的，该压电陶瓷层和振子贴装部也可以为正多边形，例如但不限于正方形。

8、基于第一方面，本申请实施例还提供了第一方面的第一种实施方式：两个悬臂的夹角为α，且120°≤α≤170°。这样，一方面，两个悬臂的夹角α≥120°，可避免高应力区域中心应力过大，有效规避振子疲劳失效的可能性；另一方面，两个悬臂31的夹角α≤170°，可兼顾粘接固定区域面积满足固持性能的要求。

9、基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第二种实施方式：外伸部自振子贴装部一侧朝向固定边框一侧延伸，以获得较好的弹性，满足高振幅的性能要求；且两个悬臂对称布置在该外伸部的两侧，可获得较高的振动模态对称性，振动模式更加稳定、可控。

10、基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第二种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第三种实施方式：两个悬臂的第二端与外伸部形成连接部的高应力区，两个悬臂的第二端形成连接弧段，并通过连接弧段与外伸部连接。基于该高应力区适应高振幅的设计需要，可避免在弯折高应力区产生应力集中而导致疲劳失效。

11、基于第一方面的第三种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第四种实施方式：压电衬底的振子贴装部为圆形，两个悬臂的第二端形成的连接弧段的曲率，不超过振子贴装部外周沿的曲率的120％；也即，该连接弧段的曲率，小于等于圆形振子贴装部外周沿曲率的1.2倍。如此设置，可避免连接弧段的产生较大的应变，并由此可将弯折应力控制在材料应力允许的安全范围内，提升在实际应用中的耐疲劳性能。

12、基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第二种实施方式，或第一方面的第三种实施方式，或第一方面的第四种实施方式，本申请实施例还提供了第一方面的第五种实施方式：该连接部配置为四个，其中两个连接部以沿第一方向延伸的对称轴对称布置，其中另两个连接部以沿第二方向延伸的对称轴对称布置，第一方向和第二方向不同。具有结构紧凑的特点，该压电振子在兼顾高振幅以及耐疲劳等性能要求的同时，还能够满足小型化结构设计要求。

13、示例性的，第一方向与第二方向垂直。

14、本申请实施例第二方面提供了一种压电致动器，包括如前所述的压电振子。基于该压电振子能够提供更多固定边框粘接区域的技术优势，作为压电微泵应用，具有高公差冗余度、高耐疲劳性和高振幅等性能，且兼具良好的静音效果。可广泛应用于不同电子设备。

15、本申请实施例第三方面提供了一种电子设备，包括如前所述的压电致动器。在具体应用中，该电子设备可以为运动手表、运动手环等具有测量血压功能的腕带式电子设备。当然，该压电致动器还可以用于手机、平板电脑、学习机等电子设备。

技术特征：

1.一种压电振子，其特征在于，包括压电陶瓷层和压电衬底；

2.根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于，所述两个悬臂的夹角为α，且120°≤α≤170°。

3.根据权利要求1或2所述的压电振子，其特征在于，所述外伸部自所述振子贴装部一侧朝向所述固定边框一侧延伸，所述两个悬臂对称布置在所述外伸部的两侧。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的压电振子，其特征在于，所述两个悬臂的第二端形成连接弧段，并通过所述连接弧段与所述外伸部连接。

5.根据权利要求4所述的压电振子，其特征在于，所述振子贴装部为圆形，所述连接弧段的曲率不超过所述振子贴装部外周沿的曲率的120％。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的压电振子，其特征在于，所述振子贴装部和所述压电陶瓷层为圆形或正多边形。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的压电振子，其特征在于，所述连接部配置为四个，其中两个所述连接部以沿第一方向延伸的对称轴对称布置，其中另两个所述连接部以沿第二方向延伸的对称轴对称布置，所述第一方向和所述第二方向不同。

8.根据权利要求7所述的压电振子，其特征在于，所述第一方向与所述第二方向垂直。

9.一种压电致动器，包括压电振子，其特征在于，所述压电振子为权利要求1至8中任一项所述的压电振子。

10.一种电子设备，包括压电致动器，其特征在于，所述压电致动器采用权利要求9所述的压电致动器。

技术总结
本申请实施例公开了一种压电致动器、压电振子及电子设备。该压电振子的压电衬底包括振子贴装部和固定边框，该振子贴装部与固定边框之间通过多个连接部相连，其中，连接部包括外伸部和两个悬臂，两个悬臂呈“V”字型布置且开口朝向振子贴装部；两个悬臂的第一端分别与固定边框连接，两个悬臂的第二端通过外伸部与振子贴装部连接。基于外伸部的配置，使得两个悬臂与其相连的第二端远离振子贴装部，固定边框形成粘接固定区的面积得以增大，可有效提升固持性能；同时，在压电衬底的幅面内，斜向延伸两个悬臂长度加长，可降低振幅方向上的约束刚度，有效提高振幅。基于本实施方案中连接部的结构形态，在高振幅使用状态下具有较好的耐疲劳性能。

技术研发人员：吴楠,王晨宇
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23