CN112104259A - 压电驱动装置、相机装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种压电驱动装置，包括：压电元件，通过向压电元件施加电压，使压电元件伸长或者收缩；固定部件，固定部件的一端与压电元件的一端固定连接，以便对压电元件进行固定；以及驱动轴，驱动轴的一端固定于压电元件的另一端，并且驱动轴的长度方向与压电元件的运动方向平行，其中，通过压电元件的伸长或者收缩，带动驱动轴沿长度方向进行移动，通过驱动轴的移动来驱动与驱动轴摩擦接触的被移动体，在驱动轴的内部开设有至少一个孔，其中至少一个孔沿长度方向延伸。本公开还提供一种相机装置和电子设备。

Description

压电驱动装置、相机装置和电子设备

技术领域

本公开涉及一种压电驱动装置、相机装置和电子设备。

背景技术

压电驱动技术已经被广泛应用于手机等各种电子设备，并且其可以用于驱动摄像装置等。

在一些压电SIDM（Smooth Impact Driver Mechanism）驱动装置中，与压电元件结合的驱动部经常对压电元件的驱动力和驱动速度形成障碍，通过摩擦力来驱动移动体时，驱动轴不能提供均匀的摩擦力。因此为解决现有技术中的问题，将会对驱动轴的形状精度、刚性和连接强度、连接精度等均提出很高的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种压电驱动装置、相机装置和电子设备。

根据本公开的一方面，一种压电驱动装置，包括：

压电元件，通过向所述压电元件施加电压，使所述压电元件伸长或者收缩；

固定部件，所述固定部件的一端与所述压电元件的一端固定连接，以便对所述压电元件进行固定；以及

驱动轴，所述驱动轴的一端固定于所述压电元件的另一端，并且所述驱动轴的长度方向与所述压电元件的驱动方向平行，

其中，通过所述压电元件的伸长或者收缩，带动所述驱动轴沿所述长度方向进行移动，通过所述驱动轴的移动来驱动与所述驱动轴摩擦接触的移动体，在所述驱动轴的内部开设有至少一个孔，其中所述至少一个孔沿所述长度方向延伸。

根据本公开的至少一个实施方式，所述至少一个孔与沿所述长度方向的所述驱动轴的中心线平行。

根据本公开的至少一个实施方式，所述至少一个孔为多个孔，并且所述多个孔分布在所述中心线的同心圆上。

根据本公开的至少一个实施方式，所述多个孔等距地分布在所述同心圆上。

根据本公开的至少一个实施方式，所述压电驱动装置还包括：

摩擦施加部，所述摩擦施加部用于使得所述驱动轴与所述移动体形成摩擦接触，以便通过所述驱动轴的移动来通过摩擦力使得所述移动体进行移动；以及

施力部，所述施力部用于对所述摩擦施加部进行施力，以便使得所述驱动轴与所述移动体之间具有预定的接触强度，从而来使得所述驱动轴移动时所述驱动轴与所述移动体之间形成摩擦力。

根据本公开的至少一个实施方式，所述移动体与所述驱动轴接触的部分处，所述移动体上设有容纳所述驱动轴的凹槽，以便增加所述驱动轴与所述移动体的接触面积。

根据本公开的至少一个实施方式，所述施力部能够被调整，以便调整所述驱动轴与所述移动体之间的接触强度，从而调整所述驱动轴移动时所述驱动轴与所述移动体之间的摩擦力。

根据本公开的至少一个实施方式，所述施力部用于将所述摩擦施加部与所述移动体紧固连接，通过调整所述摩擦施加部与所述移动体之间的间距，来调整由所述摩擦施加部与所述移动体夹持的所述驱动轴与所述移动体之间的摩擦强度。

根据本公开的另一方面，一种相机装置，包括如上所述的压电驱动装置以及透镜，所述透镜由所述压电驱动装置驱动以便进行移动，从而实现所述相机装置的对焦。

根据本公开的再一方面，一种电子设备，包括如上所述的相机装置。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1为本公开的一个实施方式的压电驱动装置的结构示意图；

图2为图1的右视图；

图3为示出了移动体的压电驱动装置的示意图；

图4为示出摩擦施加部及施力部的示意图；

图5示出了根据本公开一个实施方式的压电驱动装置的压电元件未被控制的初始状态；

图6示出了根据本公开一个实施方式的压电驱动装置的压电元件被控制以缓慢伸长时的伸长状态；

图7示出了根据本公开一个实施方式的压电驱动装置的压电元件急速缩回后的回缩状态；

图8示出了压电元件与移动体的随时间的位移情况；

图9是根据本公开一个实施方式的压电驱动装置的机械模型示意图；

图10示出了压电元件的电压与位移之间的传递系数；

图11是根据本公开一个实施方式的压电驱动装置的电压位移关系示意图；

图12是根据本公开一个实施方式的压电驱动装置的占空比位移关系示意图；

图13示出了在矩形波驱动方式下压电元件的驱动电路的一种开关闭合情况；

图14示出了在矩形波驱动方式下压电元件的驱动电路的另一种开关闭合情况；

图15示出了在阶段波驱动方式下压电元件的驱动电路的一种开关闭合情况；

图16示出了在阶段波驱动方式下压电元件的驱动电路的另一种开关闭合情况；

图17示出了在阶段波驱动方式下压电元件的驱动电路的再一种开关闭合情况；

图18示出了移动体的初始状态；

图19示出了移动体向右移动的状态；

图20示出了驱动轴快速收缩而移动体留在远处的状态；

图21示出了驱动轴快速伸长而移动体留在远处的状态；

图22示出了移动体向左移动的状态。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。

除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。

在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。

当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。

为了描述性目的，本公开可使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”和“侧(例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。

这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。

图1为本公开的一个实施方式的压电驱动装置的示意图。

如图1所示，压电驱动装置100可以为压电SIDM驱动装置。压电驱动装置100可以包括压电元件110、固定部件120、和驱动轴130。

压电元件110可以被施加电压，当其被施加电压时，所述压电元件进行伸长或者收缩。这样，压电元件110将会产生运动。

固定部件120的一端与压电元件110的一端进行固定。固定部件120的其他端可以固定至固定体上，这样通过固定部件120来稳定地支撑压电元件110。

驱动轴130的一端固定至压电元件110的另一端，并且驱动轴130的长度方向（如图1的左右方向）与压电元件110的驱动方向平行。

通过压电元件110的伸长或者收缩，带动驱动轴130沿长度方向进行移动，通过驱动轴130的移动来驱动与驱动轴130摩擦接触的移动体。

如图2所示，在驱动轴130的内部可以开设有至少一个孔131，其中至少一个孔131沿驱动轴130的长度方向延伸

图2为图1的右视图，以下结合图2详细说明本公开的驱动轴结构。

参见图2，驱动轴130的长度可以为3-5mm，优选为4mm；驱动轴130的直径可以为0.6-1.0mm，优选为0.7mm；也就是说，本公开的压电驱动装置的结构是小型的。

至少一个孔131可以为圆形孔，并且可以是通孔，也就说在图1所示的左右方向上在驱动轴130中贯通。优选地，孔131的数量为5个，5个孔绕所述驱动轴130的周向均匀分布。孔131与沿驱动轴130的长度方向的驱动轴130的中心线平行。孔131为多个孔，并且多个孔分布在该中心线的同心圆上，其中该分布可以为等距分布。

作为一个示例，孔131的直径为0.16mm，上述同心圆的直径为0.37mm。

图3为示出了移动体的压电驱动装置的示意图。图4为示出摩擦施加部及施力部的示意图。

参考图3和图4，压电驱动装置100还包括摩擦施加部140和施力部150。

摩擦施加部140用于使得驱动轴130与移动体200形成摩擦接触，以便通过驱动轴130的移动来通过摩擦力使得移动体200进行移动。

施力部150用于对摩擦施加部140进行施力，以便使得驱动轴130与移动体200之间具有预定的接触强度，从而来使得驱动轴130移动时驱动轴130与移动体200之间形成摩擦力。

移动体200与驱动轴接触的部分处，移动体200上设有容纳驱动轴130的凹槽，以便增加驱动轴130与移动体200的接触面积。

施力部150能够被调整，以便调整驱动轴130与移动体200之间的接触强度，从而调整驱动轴130移动时驱动轴130与移动体200之间的摩擦力。

施力部150用于将摩擦施加部140与移动体200紧固连接，通过调整摩擦施加部140与移动体200之间的间距，来调整由摩擦施加部140与移动体200夹持的驱动轴130与移动体200之间的摩擦强度。

摩擦施加部140可以为压板的形式，并且压板与驱动轴130相接触。

施力部150可以螺钉形式，并且施力部150可以在摩擦施加部140的一端和移动体200的一端来将二者固定结合。例如，施力部150可以通过被向内旋拧来使得摩擦施加部140和移动体200与驱动轴130以更大的力进行接触。当需要以更小的力接触时，可以将施力部150向外旋拧。

此外，在施力部150上还可以套设有弹簧151，并且通过弹簧151来压紧摩擦施加部140。以螺钉形式为例进行说明，在螺钉的顶端可以设置有缺口，以便通过外部工具来拧动螺钉，从而调整摩擦施加部140、移动体200与驱动轴130之间的摩擦力。并且弹簧151压紧摩擦施加部140，当拧动螺钉时，弹簧151施加给摩擦施加部140的压力进行变化。

由此，通过上述摩擦装置以及驱动轴的设置，能够确保驱动轴的平衡，并且能够确保摩擦装置和驱动轴之间的结合强度和结合精度。

优选地，弹簧151的一端顶设至螺钉6的螺钉头，另一端顶设至摩擦施加部140，由此通过弹簧151向压板提供一可调的正压力，从而可以调整驱动轴130受到的摩擦力。

本公开中，在移动体200上设置通槽210，通槽210的横截面为大体V形，由此能使得驱动轴130与移动体200之间存在三面接触，提高驱动轴130对移动体200的驱动效果。此外，在摩擦施加部140上也可以设置相应的凹槽。

下面结合图5至图22详细说明压电驱动的工作过程。

压电元件110的一侧固定至固定部件120，而相对的另一端则连接驱动轴130。压电元件110可以被控制以便伸长及缩回，从而带动驱动轴130进行移动。

这样当驱动轴130被控制为进行移动时，通过与其摩擦的移动体二者之间的摩擦作用，驱动轴130的移动带动移动体的移动。

图5示出了压电元件110未被控制时的初始状态，图6示出了压电元件110被控制以缓慢伸长时的伸长状态，而图7示出了从图6的状态急速缩回后的回缩状态。

在图6中，通过对压电元件110施加周期脉冲波使其缓慢地伸长（相对于图5），这样驱动轴130向右移动，由于驱动轴130与移动体200之间的摩擦作用，移动体也向右移动。

当在图7中，压电元件110被控制为急速缩回时，驱动轴130也随之急速地向左缩回，由于移动体200向右移动的惯性作用，虽然存在摩擦，但是移动体200将会被保持在原处。

这样可以通过缓慢伸长及急速缩回的反复动作，移动体200可以移动至更远位移。

图8示出了压电元件110与移动体200的随时间的位移情况。其中在图8中示出了压电元件110的锯齿状的位移。

而对于移动体相反方向的移动，可以执行与上述方式相反的方式。压电元件110急速伸长，这样驱动轴130向右移动，然后压电元件110缓慢缩回，这样驱动轴130缓慢地向左移动，通过驱动轴130与移动体200之间的摩擦，带动移动体200向左移动。这样可以重复急速伸长及缓慢缩回的动作，移动体200可以向左移动更远位移。

图9是根据本公开一个实施方式的压电驱动装置的机械模型示意图。其中，F _p 为压电原件发生力，m _p1 为压电元件质量，k _p 为压电元件的刚度，m _r 为摩擦驱动轴的质量，c _p 为压电元件的粘性，m _m 为移动件的质量。这样压电元件的共振周期波数的相关公式为（2π*f _s ） ² =k _p / (m _p1 +m _r )。

压电元件的电压与位移之间的传递系数为图10所示。通过该传递系数的逆系数（相反系数）来得到用于压电元件锯齿形位移所需的电压波形。

通过逆系数求得的电压波形-锯齿形位移波形的结果如图11所示。

①驱动周期波数f _d 比压电元件共振周期波数f _s 非常低时，锯齿波形的电压可以得到锯齿形位移。

②驱动周期波数f _d 为压电元件共振周期波数f _s 的0.4倍左右时，位移的振幅不变，但是锯齿形状变形。

③驱动周期波数f _d 为压电元件共振周期波数f _s 的0.7倍左右时，通过对称的波形电压可以得到锯齿形位移。

④驱动周期波数f _d 与压电元件共振周期波数f _s 大体相等时，通过高次项振幅变大的波形电压得到锯齿形位移。

这样，得到锯齿形位移的电压波形，因为受到传递系数的影响，根据驱动周期波数进行变化。并且从图11可以得知，当驱动周期波数f _d 为压电元件共振周期波数f _s 的0.7倍左右时，可以有效地通过较小的电压振幅可以得到与其相同振幅的锯齿形位移。

而且，如图12所示，在f _d =0.7f _s 的情况下，与占空比为0.15（矩形波中低电平占85%而高电平占15%）的情况相比，占空比为0.30的情况中的锯齿形位移的振幅较大。进一步地，在占空比为0.70的情况下，可以得到向反方向动作的锯齿形位移。

此外，在f _d =0.7f _s 的情况下可以得到移动件的最高移动速度。

在图13和图14中示出了压电元件的驱动电路，其中图13和14中采用矩形波进行驱动。图13和14示出了H型驱动电路，通过开关管的切换来实现压电元件的驱动。图13示出了右上开关及左下开关闭合的情况，其中对应着矩形波左侧上升沿变化，图14示出了右下开关及左上开关闭合的情况，其中对应着矩形波右侧下降沿变化。

图15-17示出了压电元件的另一种驱动电路，其中图15-17中采用阶段波来进行驱动。图15-17示出了H型驱动电路，通过开关管的切换来实现压电元件的驱动，通过开关管的切换时间的变化来形成阶段状的电压波形，并且可以生成类似于锯齿波的位移波形。图15示出了右上开关及左下开关闭合的情况，其中对应着阶梯波左侧上升沿变化并且持续时间为b，图16示出了左上开关及右下开关闭合的情况，其中对应着阶梯波中间下降沿变化并且持续时间为a，图17示出了右下开关及左下开关闭合的情况，其中对应着阶梯波右侧上升沿变化。

在需要大速度的情况下，使用图13-14所示的矩形波驱动，而在需要大的推力的情况下，使用图15-17所示的阶段波进行驱动。

图18-22示出了压电驱动部的整体动作示意图。图18示出了移动体200的初始状态，图19示出了移动体200向右移动的状态，图20示出了驱动轴130快速收缩而移动体200留在远处的状态，图21示出了驱动轴130快速伸长而移动体200留在远处的状态，图22示出了移动体200向左移动的状态。

在图18中，移动体200处于初始状态。

在图19中，压电元件110通电，压电元件110按照箭头方向缓慢伸长，驱动轴130也缓慢移动，通过驱动轴130与移动体200之间的摩擦力，使得移动体200沿箭头方向移动。

在图20中，压电元件110按照箭头方向快速收缩，驱动轴130也快速移动，移动体200因惯性将留在原处。

通过多次图19和图20所示的动作，移动体200可以向右有更大的行程。

在图21中，压电元件110通电，压电元件110按照箭头方向快速伸长，驱动轴130也快速移动，移动体200因惯性将留在原处。

在图22中，压电元件110按照箭头方向缓慢收缩，驱动轴130也缓慢移动，通过驱动轴130与移动体200之间的摩擦力，使得移动体200沿箭头方向移动。

通过多次图21和图22所示的动作，移动体200可以向右有更大的行程。

根据本公开的进一步实施方式，还提供了一种相机装置，其中该相机装置包括压电驱动装置和透镜，其中透镜用于在相机装置中进行移动以实现对焦，压电驱动装置则驱动该透镜进行移动。本公开还提供了一种电子设备，例如便携终端，其中该便携终端上安装有该相机装置。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种压电驱动装置，其特征在于，包括：

压电元件，通过向所述压电元件施加电压，使所述压电元件伸长或者收缩；

固定部件，所述固定部件的一端与所述压电元件的一端固定连接，以便对所述压电元件进行固定；以及

驱动轴，所述驱动轴的一端固定于所述压电元件的另一端，并且所述驱动轴的长度方向与所述压电元件的驱动方向平行，

其中，通过所述压电元件的伸长或者收缩，带动所述驱动轴沿所述长度方向进行移动，通过所述驱动轴的移动来驱动与所述驱动轴摩擦接触的移动体，在所述驱动轴的内部开设有至少一个孔，其中所述至少一个孔沿所述长度方向延伸。

2.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于，所述至少一个孔与沿所述长度方向的所述驱动轴的中心线平行。

3.根据权利要求2所述的压电驱动装置，其特征在于，所述至少一个孔为多个孔，并且所述多个孔分布在所述中心线的同心圆上。

4.根据权利要求3所述的压电驱动装置，其特征在于，所述多个孔等距地分布在所述同心圆上。

5.根据权利要求1所述的压电驱动装置，其特征在于，还包括：

摩擦施加部，所述摩擦施加部用于使得所述驱动轴与所述移动体形成摩擦接触，以便通过所述驱动轴的移动来通过摩擦力使得所述移动体进行移动；以及

施力部，所述施力部用于对所述摩擦施加部进行施力，以便使得所述驱动轴与所述移动体之间具有预定的接触强度，从而来使得所述驱动轴移动时所述驱动轴与所述移动体之间形成摩擦力。

6.根据权利要求5所述的压电驱动装置，其特征在于，所述移动体与所述驱动轴接触的部分处，所述移动体上设有容纳所述驱动轴的凹槽，以便增加所述驱动轴与所述移动体的接触面积。

7.根据权利要求6所述的压电驱动装置，其特征在于，所述施力部能够被调整，以便调整所述驱动轴与所述移动体之间的接触强度，从而调整所述驱动轴移动时所述驱动轴与所述移动体之间的摩擦力。

8.根据权利要求7所述的压电驱动装置，其特征在于，所述施力部用于将所述摩擦施加部与所述移动体紧固连接，通过调整所述摩擦施加部与所述移动体之间的间距，来调整由所述摩擦施加部与所述移动体夹持的所述驱动轴与所述移动体之间的摩擦强度。

9.一种相机装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至8中任一项所述的压电驱动装置；以及

透镜，所述透镜由所述压电驱动装置驱动以便进行移动，从而实现所述相机装置的对焦。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求9所述的相机装置。

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