CN109951105A - 一种超声波电机驱动装置及其直线超声波电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超声波电机驱动装置及其直线超声波电机，所述超声波电机驱动装置包括压电陶瓷，以及贴合连接在所述压电陶瓷上的金属片；所述压电陶瓷分为A1区、A2区、B1区以及B2区，所述A1区与所述A2区相对设置且极化方向相反，所述B1区与所述B2区相对设置且极化方向相同。本发明将压电陶瓷分成A1区、A2区、B1区以及B2区四个区域，A1区与A2区相对设置且极化方向相反，B1区与B2区相对设置且极化方向相同，压电陶瓷施加激励电压后，A1区和A2区会产生左右伸缩的振动模态，B1区和B2区会产生上下运动的振动模态，压电陶瓷的点在两种振动叠加作用下会椭圆形运动，带动金属片做同样的运动实现驱动，结构简单。

Description

一种超声波电机驱动装置及其直线超声波电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种超声波电机驱动装置及其直线超声波电机。

背景技术

电磁电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，现有技术中，为实现手机镜头调节，多通过电机来驱动，使用较多的为VCM电机，也称音圈电机，音圈电机不仅结构复杂，组装不便，体积较大，且响应速度较慢。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明目的在于提供一种超声波电机驱动装置及其直线超声波电机，旨在解决现有技术中电机结构复杂，体积偏大、组装不便的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种超声波电机驱动装置，其中，包括压电陶瓷，以及贴合连接在所述压电陶瓷上的金属片；所述压电陶瓷分为A1区、A2区、B1区以及B2区，所述A1区与所述A2区相对设置且极化方向相反，所述B1区与所述B2区相对设置且极化方向相同。

进一步的，所述金属片的中间位置设置有凸包。

进一步的，所述凸包沿所述金属片的法向的截面为半圆形。

进一步的，所述金属片的两侧设置有固定脚。

进一步的，所述固定脚为4个。

进一步的，所述压电陶瓷和所述金属片为尺寸一致的矩形。

进一步的，所述压电陶瓷被两条平行线分成三个平行带区域，所述A1区及所述A2区分别位于所述三个平行带区域中两端的平行带区域，所述B1区及所述B2区位于所述三个平行带区域的中间平行带区域。

进一步的，所述压电陶瓷被两条交叉线分成四个三角区域，所述A1区及所述A2区位于所述四个三角区域中相对的两个三角区域，所述B1区及所述B2区位于所述四个三角区域中另外两个相对的三角区域。

本发明还提供一种直线超声波电机，其中，包括如上所述的超声波电机驱动装置，还包括与所述超声波电机驱动装置的金属片连接的直线移动模组，所述直线移动模组滑动连接一滑轨，所述滑轨上设置有顶持在所述金属片上的盖板。

进一步的，所述直线移动模组上设置有为所述超声波电机驱动装置提供形变空间的凹槽。

本发明将压电陶瓷分成A1区、A2区、B1区以及B2区四个区域，A1区与A2区相对设置且极化方向相反， B1区与B2区向对设置且极化方向相同，给压电陶瓷施加合适的激励电压后，A1区和A2区会产生左右伸缩的振动模态，B1区和B2区会产生上下运动的振动模态，压电陶瓷的中心点在两种振动叠加作用下会椭圆形运动，带动金属片做同样的运动，实现驱动，结构简单，只包括压电陶瓷和金属片，将金属片与需要移动的部件连接在一起即可实现整体移动，可应用于手机镜头的变焦和对焦调整。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明超声波电机驱动装置实施例的立体结构示意图；

图2是本发明图1的底部结构示意图；

图3是本发明图1的顶部结构示意图；

图4是本发明超声波电机驱动装置A1和A2区域在振动周期T刚开始时的振动模态图；

图5是本发明超声波电机驱动装置A1和A2区域在振动周期T的1/4时的振动模态图；

图6是本发明超声波电机驱动装置A1和A2区域在振动周期T的1/2时的振动模态图；

图7是本发明超声波电机驱动装置A1和A2区域在振动周期T的3/4时的振动模态图；

图8是本发明超声波电机驱动装置B1和B2区域在振动周期T刚开始时的振动模态图；

图9是本发明超声波电机驱动装置B1和B2区域在振动周期T的1/4时的振动模态图；

图10是本发明超声波电机驱动装置B1和B2区域在振动周期T的1/2时的振动模态图；

图11是本发明超声波电机驱动装置B1和B2区域在振动周期T的3/4时的振动模态图；

图12是本发明凸起在周期T内的第一运动轨迹图；

图13是本发明凸起在周期T内的第二运动轨迹图；

图14是本发明超声波电机驱动装置实现驱动的简图；

图15是本发明直线超声波电机实施例的分解结构示意图；

图16是本发明直线超声波电机实施例的截面结构示意图；

图17是本发明压电陶瓷另一实施例结构示意图；

图18是本发明压电陶瓷第三实施例结构示意图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1是本发明超声波电机驱动装置实施例的立体结构示意图，如图1所示，本发明超声波电机驱动装置10包括压电陶瓷11和金属片12。金属片12贴合连接在压电陶瓷11上，压电陶瓷11通电后会产生形变，金属片12为弹性金属薄片，能跟随压电陶瓷11发生形变，然后通过金属薄片上的凸点将形变放大后利用摩擦耦合传递出去，实现驱动的目的。金属片12可采用不锈钢、弹簧钢、碳钢等材质。

图2是本发明图1的底部结构示意图，如图2所示，本发明中，压电陶瓷11分为四个区域，分别为A1区、A2区、B1区以及B2区，A1区与A2区相对设置且极化方向相反， B1区与B2区相对设置且极化方向相同，这样在压电陶瓷11上施加合适激励电压时，可带动金属片12上的凸包121做顺时针或逆时针的椭圆运动，以驱动其它部件运动或者自身运动。椭圆形所在的平面垂直于压电陶瓷11的安装平面，例如压电陶瓷11沿水平面方向安装，则椭圆形在的竖直平面内，并且椭圆形在A1区和A2区连线的平面内。

优选的，在金属片12中间位置设置有凸包121，如图1和图3所示，图3是本发明图1的顶部结构示意图。压电陶瓷11会有沿着或者垂直于极化方向伸展或收缩的特性，具体是伸展或者收缩需根据通电的电压相位决定。对压电陶瓷11通电后，由于A1区和A2区的极化方向相反，所以通电后，A1区和A2区一个伸展另外一个收缩，在一个振动周期T内，使本发明超声波电机驱动装置的A1区和A2区产生如图4、图5、图6到图7所示的振动模态。而B1区与B2区则在振动周期T内，产生如图8、图9、图10到图11所示的振动模态，最后凸包121上质点在周期T内的运动轨迹合成为图12所示，为椭圆形。当对压电陶瓷11反向通电后，凸包121上质点在周期T内的运动轨迹的方向则相反，如图13所示。

图14是本发明超声波电机驱动装置实现驱动的简图，凸包121顶持在光滑平面20上，将需要驱动的部件固定在金属片12上，由上文可知，当压电陶瓷11通电后可带动凸包121形成椭圆形的运动轨迹，这样凸包就可以沿着光滑平面20爬动，带动需要驱动的部件运动了。

图15是本发明直线超声波电机实施例的分解结构示意图，图16是本发明直线超声波电机实施例的截面结构示意图，如图15及图16所示，本发明超声波电机驱动装置10主要应用在直线电机中，带动需要驱动的部件做直线运动。

本发明直线超声波电机1包括超声波电机驱动装置10、直线移动模组30、滑轨40以及盖板50。直线移动模组30为需要通过本发明超声波电机驱动装置10驱动的部件，例如手机镜头，驱动镜头直线移动以达到调节的目的。直线移动模组30与金属片12连接，所述直线移动模组30滑动连接在滑轨40上，盖板50设置在滑轨40上，盖板50顶持在金属片12的凸包121上，如图16所示。由于凸包121可沿着椭圆轨迹移动，理论上来说，金属片11可带动连接在金属片11上的直线移动模组30做椭圆运动，但直线移动模组30滑动连接在滑轨40上，滑轨40可限制直线移动模组30的上下移动，最后直线移动模组30在滑轨40的限制下，只有前后的直线移动。凸包121顶在盖板50上，相当于顶在盖板50爬动，实现直线电机的功能。凸包121与盖板50接触，相比于直接将金属片11与盖板50接触，可有效放大压电陶瓷的微观形变以及使定转子之间的摩擦耦合更好。

具体的，如图15所示，直线移动模组30的两侧设置滑块31，滑轨40上与滑块31相应位置处设置有滑槽41，通过滑块31与滑槽41的配合来使直线移动模组30滑动连接在滑轨40上，并使滑轨40限制线移动模组30的左右方向的移动。

请继续参阅图15，可在金属片12的边缘设置固定脚122，将固定脚122固定在直线移动模组30上，实现金属片12和直线移动模组30之间的连接。较佳的，固定脚122设置在金属片12的左右两侧，且固定脚122可设置4个。

优选的，直线移动模组30上设置有为超声波电机驱动装置10提供形变空间的凹槽32。这样可在超声波电机驱动装置10发生形边时，有伸展的空间。

如图15和16所示，优选的实施例中，凸包121沿金属片12的法向的截面为半圆形，也就是说凸包121的垂直金属片12的截面为半圆形，整个凸包121为一个半球形凸包，这样使得凸包121与盖板50为点接触，能改善摩擦界面状态。另外，可尽量将盖板50与凸包121的接触面设置得光滑些，保证模组顺利移动，以及获得更好的驱动效果。

较佳的，压电陶瓷11和金属片12都为矩形，且两者尺寸一致。图2只示出了本发明压电陶瓷11的一种分区域的方式，图17是本发明压电陶瓷另一实施例结构示意图，图18是本发明压电陶瓷第三实施例结构示意图。如图17所示，作为压电陶瓷11的又一个实施例，压电陶瓷11被两条平行线分成三个平行带区域， A1区及A2区分别位于三个平行带区域中两端的平行带区域， B1区及B2区位于三个平行带区域的中间平行带区域，B1区及B2区分别位于中间平行带区域的两端，相对设置。

请参阅图18，压电陶瓷11的第三中分区域方式中，压电陶瓷11被两条交叉线分成四个三角区域， A1区及A2区位于四个三角区域中相对的两个三角区域， B1区及B2区位于四个三角区域中另外两个相对的三角区域。但本发明压电陶瓷11还可以有其它分区域的方式，在此只以三种为例进行说明，只要区域的划分使得A1区与A2区相对设置且极化方向相反， B1区与B2区相对设置且极化方向相同即可。

本发明将压电陶瓷分成A1区、A2区、B1区以及B2区四个区域，A1区与A2区相对设置且极化方向相反， B1区与B2区向对设置且极化方向相同，给压电陶瓷施加合适的激励电压后，A1区和A2区会产生左右伸缩的振动模态，B1区和B2区会产生上下运动的振动模态，压电陶瓷的中心点在AB区两种振动叠加作用下会做椭圆形运动，带动金属片做同样的运动，实现驱动；结构简单，只包括压电陶瓷和金属片，将金属片与需要驱动的部件连接在一起即可实现整体移动，可应用于手机镜头的变焦或对焦调整，其结构简单、体积小，可以减小手机摄像模组的整体尺寸；将本发明超声波电机驱动装置应用在直线电机领域，成为直线超声波电机，可对摄像镜头等部件进行直线调节，调节精度高，使用寿命长，抗干扰能力强。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声波电机驱动装置，其特征在于，包括压电陶瓷，以及贴合连接在所述压电陶瓷上的金属片；所述压电陶瓷分为A1区、A2区、B1区以及B2区，所述A1区与所述A2区相对设置且极化方向相反，所述B1区与所述B2区相对设置且极化方向相同。

2.根据权利要求1所述的超声波电机驱动装置，其特征在于，所述金属片的中间位置设置有凸包。

3.根据权利要求2所述的超声波电机驱动装置，其特征在于，所述凸包沿所述金属片的法向的截面为半圆形。

4.根据权利要求2所述的超声波电机驱动装置，其特征在于，所述金属片的两侧设置有固定脚。

5.根据权利要求4所述的超声波电机驱动装置，其特征在于，所述固定脚为4个。

6.根据权利要求1所述的超声波电机驱动装置，其特征在于，所述压电陶瓷和所述金属片为尺寸一致的矩形。

7.根据权利要求6所述的超声波电机驱动装置，其特征在于，所述压电陶瓷被两条平行线分成三个平行带区域，所述A1区及所述A2区分别位于所述三个平行带区域中两端的平行带区域，所述B1区及所述B2区位于所述三个平行带区域的中间平行带区域。

8.根据权利要求6所述的超声波电机驱动装置，其特征在于，所述压电陶瓷被两条交叉线分成四个三角区域，所述A1区及所述A2区位于所述四个三角区域中相对的两个三角区域，所述B1区及所述B2区位于所述四个三角区域中另外两个相对的三角区域。

9.一种直线超声波电机，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的超声波电机驱动装置，还包括与所述超声波电机驱动装置的金属片连接的直线移动模组，所述直线移动模组滑动连接一滑轨，所述滑轨上设置有顶持在所述金属片上的盖板。

10.根据权利要求9所述的超声波电机驱动装置，其特征在于，所述直线移动模组上设置有为所述超声波电机驱动装置提供形变空间的凹槽。