CN116015097A - 压电驱动组件、旋转电机和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于电驱设备技术领域，公开了一种压电驱动组件、旋转电机和电子设备。所述压电驱动组件包括第一载体、第一部件、压电器件、第二载体、第二部件；所述压电器件设置于第一载体，所述压电器件与第一部件连接；所述第二载体可相对于第一载体旋转；所述第二部件设置于第二载体，所述第二部件与第一部件驱动连接；所述压电器件通过接通电压和切断电压实现自身伸长与恢复，以驱动第一部件沿压电器件的伸长或恢复方向运动，使第一载体和第二载体产生相对旋转。本发明能够省却传统旋转驱动装置中的磁极、电枢、减速器等传统驱动装置所需的零件，在结构尺寸方面有着天然的优势。本发明还公开了一种旋转电机及一种电子设备。

Description

压电驱动组件、旋转电机和电子设备

技术领域

本发明属于电驱设备技术领域，尤其涉及一种压电驱动组件、旋转电机和电子设备。

背景技术

传统的旋转驱动装置常常采用电机驱动的方式实现旋转，一般来说其具有磁极、电枢、减速器等必要零件，因而使得整个驱动装置不仅存在结构复杂的问题，还存在体积较大问题。因此，传统的旋转驱动装置在电子设备等微小空间旋转驱动的应用中，还存在不足。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种压电驱动组件，能够省却传统旋转驱动装置中的磁极、电枢、减速器等传统驱动装置所需的零件，在结构尺寸方面有着天然的优势。本发明还公开了一种具有上述压电驱动组件的旋转电机，以及具有该旋转电机的电子设备。

本发明的具体技术方案如下：

压电驱动组件，包括：

第一载体、第一部件；

压电器件，所述压电器件设置于第一载体，所述压电器件与第一部件连接；

第二载体，所述第二载体可相对于第一载体旋转；以及

第二部件，所述第二部件设置于第二载体，所述第二部件与第一部件驱动连接；

其中，所述压电器件通过接通电压和切断电压实现自身伸长与恢复，以驱动第一部件沿压电器件的伸长或恢复方向运动，使第一载体和第二载体产生相对旋转。

所述第一部件经压电器件驱动后，能够对第二部件施加作用力，在第二部件设置于第二载体的基础上，能够实现第一载体和第二载体之间的相对转动，当外部器件设置于第一载体或第二载体，即可实现外部器件的运动。

优选的，所述第一载体和第二载体之间通过滚珠连接。

在一个方面，当第一载体的位置固定不动时，能够实现第二载体的运动，此时，外部器件可设置于第二载体，以使外部器件跟随第二载体运动。

优选的，还包括：

第三载体，所述第三载体与第二载体固定连接，所述第三载体和第一载体之间通过滚珠连接；

其中，所述第一载体和第二载体之间具有间隙。

在另一个方面，第三载体固定不动，即可实现第二载体固定不动，此时，第一载体可实现运动，此时，外部器件设置于第一载体，即可实现外部器件跟随第一载体运动。

优选的，所述第一部件为第一摩擦件；所述第二部件为第二摩擦件；

所述第一部件夹持于第二载体和第二部件之间。

所述第一部件与第二部件摩擦接触，当压电器件通入电压后，第一部件和第二部件之间的运动通过两者之间的摩擦力实现。

优选的，还包括：

摩擦调节组件，用于调整第二载体和第二部件之间的相对距离，以调节第一部件和第二部件之间的摩擦力。

当第二载体和第二部件之间的相对距离得到调整后，第一部件受到的压力得到调整，从而使得第一部件在运动过程中，和第二部件之间的摩擦力得到调节。

优选的，所述摩擦调节组件包括：

调节螺钉，所述调节螺钉连接于第二载体和第二部件。

利用调节螺钉连接第二载体和第二部件后，能够很好的改变第一部件的所受压力。

优选的，所述摩擦调节组件还包括：

弹性件，所述弹性件设置于调节螺钉的柱头和第二部件之间。

在扭动螺钉后，弹性件的形变得到改变，此时其将弹性力作用于第二部件，使得第二部件压紧于第一部件，从而在压电器件通入电压后，使得第一部件和第二部件之间的摩擦力更加稳定。

优选的，所述摩擦调节组件还包括：

导向柱，所述导向柱设置于第二载体和第二部件中的其中一者；

其中，所述第二载体和第二部件中的另外一者设有与导向柱配合的导向孔。

由于调节螺钉实际位移方向为其轴向，因而导向柱能够为调节螺钉提供预设运动路径，从而更好的实现第二载体和第二部件之间的位置调整。

旋转电机，包括如上所述的压电驱动组件。

电子设备，包括如上所述的旋转电机。

和现有技术相比，本发明能够在应用至微小空间中，以满足各类电子设备的使用要求，并且在使用过程中，能够很好的保持动后位置，具有较高的位置精度，因而本发明具有尺寸小、重量轻、结构紧凑、控制精度高等优势；此外，本发明能够实现简单的摩擦力调整，以满足不同位移距离的调试要求，且能够在调整过后保持第一部件和第二部件之间的压力。

附图说明

图1为本发明其中一种实施例的正视图；

图2为图1的右视图；

图3为本发明另外一种实施例的正视图；

图4为图3的右视图；

图5为本发明实施例的动作过程示意图；

图6为本发明实施例的电路示意图。

图中：1-第一载体；2-第一部件；3-压电器件；4-第二载体；5-第二部件；6-滚珠；7-基座；8-第三载体；9-调节螺钉；10-弹性件；11-导向柱。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本实施例公开的压电驱动组件可应用于旋转电机，以实现摄像模组对焦、运动动力驱动等。所述旋转电机可应用于手机、电话手表、平板、笔记本电脑、无人机、云台等电子设备，以满足摄像模组对焦、运动动力驱动的具体需求。

具体的，如图1～图4所示，压电驱动组件，包括第一载体1、第一部件2、压电器件3、第二载体4、第二部件5；所述压电器件3设置于第一载体1，所述压电器件3与第一部件2连接；所述第二载体4可相对于第一载体1旋转；所述第二部件5设置于第二载体4，所述第二部件5与第一部件2驱动连接；所述压电器件3通过接通电压和切断电压实现自身伸长与恢复，以驱动第一部件2沿压电器件3的伸长或恢复方向运动，使第一载体1和第二载体4产生相对旋转。

在本实施例中，所述第一部件2为第一摩擦件；所述第二部件5为第二摩擦件；所述第一部件2夹持于第二载体4和第二部件5之间。

具体的，在本实施例中，所述第一部件2为摩擦棒，所述第二部件5为摩擦接触片。在本实施例中，为了更好的描述本实施例的使用原理和使用过程，令第二部件5为圆形结构，当然，在不同的实施例中，所述第二部件5可以为其他多边形结构，或异形结构，但是，需要满足在任意时刻第一部件2和第二部件5接触。

在一些实施例中，可以使第一部件2为齿条，第二部件5为齿轮；还的实施例中，第一部件2和第二部件5可形成凸轮连杆机构。

为了更好的使用本实施例，如图1和图2所示，所述第一载体1和第二载体4之间通过滚珠6连接。

所述第一载体1和第二载体4均具有用于容纳滚珠6的圆形环槽。在本实施例中，所述第一载体1固定不动，其一侧设有基座7，所述压电器件3的一端与基座7连接，另一端与第一部件2连接；所述第二载体4可做旋转运动。

本实施例通过激励压电器件3或双晶片获得惯性冲击力或力矩，从而获得运动能力。以压电器件3通入电压使第二载体4顺时针旋转为例，惯性驱动的运动过程主要包括缓慢伸长和快速恢复两个阶段。

如图5所示，当驱动电压作用于压电器件3时，压电器件3受到上升沿电压得以缓慢伸长，由于第二部件5受到的摩擦力大于其惯性力，压电器件3推动第一部件2与第二部件5同时向第一部件2的轴向缓慢移动，可知的是，由于本实施例能够实现旋转驱动，因而第一部件2的轴线方向为第二部件5的切线方向。

当驱动电压达到峰值后快速消失，即当电压为下降沿时，第一部件2随压电器件3快速恢复至初始位置，由于第二部件5所受的摩擦力小于其惯性力，因此第二部件5会保持在原处，由此第一载体1和第二载体4之间产生相对滑动。

需要说明的是，为了实现慢速伸长与快速缩回，对压电器件3施加的电压应为锯齿波型。

虽然在上述过程中，压电产生的力和位移均很小，但是，在压电器件3不断得到和失去电压的过程中，能够实现第一载体1和第二载体4之间较大角度变化。

因而可以理解的是，若使第二载体4逆时针转动，则压电器件快速伸长、缓慢恢复。

在一些实施例中，如图3和图4所示，还包括第三载体8，所述第三载体8与第二载体4固定连接，所述第三载体8和第一载体1之间通过滚珠6连接；所述第一载体1和第二载体4之间具有间隙。

因此，在该实施例中，所述第一载体1和第三载体8均具有用于容纳滚珠6的圆形环槽。在该实施例中，所述第一载体1可做旋转运动，其一侧设有基座7，所述压电器件3的一端与基座7连接，另一端与第一部件2连接；所述第三载体8固定不动。

在该实施例中，当驱动电压作用于压电器件3时，压电器件3缓慢伸长，并推动第一部件2向第一部件2的轴向缓慢移动。此时第一载体1以第二载体4的切向方向旋转。

当驱动电压达到峰值后快速消失，第一部件2随压电器件3快速恢复至初始位置，而第一载体1会因为惯性保持在原处，由此第一载体1和第二载体4之间产生相对滑动，实现第一载体1逆时针转动。

需要说明的是，在上述实施例中，所述第一载体1或第二载体4的旋转运动，均发生对应载体所在的平面。

在一些现有技术中，提出利用弹性体结构变形产生寄生运动，以实现驱动，然而，寄生运动需要通过弹性铰链或者梁式双压电片实现，因此，由于附属装置的存在，使整个驱动装置体积增加，因而从空间利用方面上来看，上述实施例更具有具体应用的优势。

为了更好的使用本实施例，还包括摩擦调节组件，用于调整第二载体4和第二部件5之间的相对距离，以调节第一部件2和第二部件5之间的摩擦力。

具体的，所述摩擦调节组件包括调节螺钉9，所述调节螺钉9连接于第二载体4和第二部件5。

在一些实施例中，所述第二载体4和第二部件5均设有与调节螺钉9配合的螺纹孔，因此，在第一载体1和第二载体4之间的相对距离不变的情况下，在不同的方向扭动调节螺钉9，可以实现第二载体4和第二部件5之间的距离调整。

还有的实施例中，所述调节螺钉9与第二部件5固定连接，所述调节螺钉9与第二载体4螺纹连接，此时，扭动调节螺钉9后，仍然能够实现第二载体4和第二部件5之间的距离调整。

为了更好的使用本实施例，所述摩擦调节组件还包括弹性件10，所述弹性件10设置于调节螺钉9的柱头和第二部件5之间。

在本实施例中，所述调节螺钉9与第二载体4螺纹连接；所述第二部件5具有供调节螺钉9穿过的通孔，该通孔与调节螺钉9之间具有间隙。由于第二部件5通过第一部件2抵靠于第一载体1，由此，弹性件10产生的形变力即作用在第二部件5，使得第二部件5与第一部件2紧密接触，并使第一部件2与第二载体4紧密接触。

一般来说，所述弹性件10的直径略大于调节螺钉9的直径即可；若调节螺钉9的柱头直径足够大，则能够很好的受弹性件10的形变力，否则，可单独设置一垫片，使该垫片代替柱头受力即可。

进一步的，在本实施例中，所述摩擦调节组件还包括导向柱11，所述导向柱11设置于第二载体4；所述第二部件5设有与导向柱11配合的导向孔。

通过导向柱11和导向孔的配合，即可满足第二部件5在预设路径上的运动要求。

在本实施例中，导向柱11和导向孔的数量均为两个，以使弹性件10的作用力更加均匀的分布在第二部件5上。

在另外一些实施例中，所述导向柱11设置于第二部件5，所述导向孔设置于第二载体4。

本实施例的驱动电路可等效于电容与电阻的并联结构的电路，如图6所示，其中，R_p为压电器件3的电阻，C_p为压电器件3的电容，R为系统电路的电阻，V₀为初始输入电压，k_amp为功率放大器的放大比，V_pzt为压电器件3两端的电压，m_pzt为压电器件3的质量，C_pzt为压电器件3的阻尼系数，k_pzt为压电器件3的刚度系数。

根据欧姆定律及相关电学规律，可以获得压电器件3的电学传递函数为：

  公式（一）

其中，V_pzt（s）为输出量的拉普拉斯变换，V₀（s）为输入量的拉普拉斯变换。

对于压电器件3，若忽略其迟滞、蠕变等相关影响，其伸长量x_pzt可用以下公式表示：

  公式（二）

其输出力F_pzt可用以下公式表示：

  公式（三）

其中，λ为修正系数，n为压电器件3的堆叠层数，d₃₃为压电应变常数。

在实际使用本实施例时，选用规格为1mm×1mm×1mm的压电器件3，在各相关零部件采用硬质合金及陶瓷材料时，计算得压电器件3的伸长量范围为92～165nm，输出力范围为4.5～8.0N。

进一步的，本实施例运动模型的摩擦力可以通过LuGre模型中鬃毛效应的等效模型进行计算。

经计算与实验验证，本实施例获得的摩擦驱动输出力范围为20mN～80mN。

由旋转力矩公式可得，当力臂为2.5mm时，本实施例所获得的摩擦驱动输出力矩范围为50mN·mm～200mN·mm。

由此，当本实施例所公开的压电驱动组件应用至旋转电机时，能够在微小空间内实现所需要的功能，从而更好的应用于电子设备。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.压电驱动组件，其特征在于，包括：

第一载体、第一部件；

压电器件，所述压电器件设置于第一载体，所述压电器件与第一部件连接；

第二载体，所述第二载体可相对于第一载体旋转；以及

第二部件，所述第二部件设置于第二载体，所述第二部件与第一部件驱动连接；

其中，所述压电器件通过接通电压和切断电压实现自身伸长与恢复，以驱动第一部件沿压电器件的伸长或恢复方向运动，使第一载体和第二载体产生相对旋转。

2.如权利要求1所述的压电驱动组件，其特征在于，所述第一载体和第二载体之间通过滚珠连接。

3.如权利要求1所述的压电驱动组件，其特征在于，还包括：

第三载体，所述第三载体与第二载体固定连接，所述第三载体和第一载体之间通过滚珠连接；

其中，所述第一载体和第二载体之间具有间隙。

4.如权利要求1所述的压电驱动组件，其特征在于，所述第一部件为第一摩擦件；所述第二部件为第二摩擦件；

所述第一部件夹持于第二载体和第二部件之间。

5.如权利要求4所述的压电驱动组件，其特征在于，还包括：

摩擦调节组件，用于调整第二载体和第二部件之间的相对距离，以调节第一部件和第二部件之间的摩擦力。

6.如权利要求5所述的压电驱动组件，其特征在于，所述摩擦调节组件包括：

调节螺钉，所述调节螺钉连接于第二载体和第二部件。

7.如权利要求6所述的压电驱动组件，其特征在于，所述摩擦调节组件还包括：

弹性件，所述弹性件设置于调节螺钉的柱头和第二部件之间。

8.如权利要求5所述的压电驱动组件，其特征在于，所述摩擦调节组件还包括：

导向柱，所述导向柱设置于第二载体和第二部件中的其中一者；

其中，所述第二载体和第二部件中的另外一者设有与导向柱配合的导向孔。

9.旋转电机，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的压电驱动组件。

10.电子设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的旋转电机。

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