CN116054628A

CN116054628A - 基于弹性和超声压电的驱动装置、旋转电机、电子设备

Info

Publication number: CN116054628A
Application number: CN202310321182.1A
Authority: CN
Inventors: 李朝阳; 张友; 余林涛
Original assignee: Ruien Photoelectric Co ltd
Current assignee: Ruien Photoelectric Co ltd
Priority date: 2023-03-29
Filing date: 2023-03-29
Publication date: 2023-05-02

Abstract

本发明属于电驱设备技术领域，公开了一种基于弹性和超声压电的驱动装置、旋转电机、电子设备。所述基于弹性和超声压电的驱动装置，包括旋转器件、压电器件和弹性件；所述旋转器件可绕自身轴线转动；所述压电器件与旋转器件接触；所述弹性件的其中一端相对于旋转器件固定，另一端与压电器件连接；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，以驱动旋转器件沿自身轴线转动。本发明能够在满足驱动要求的基础上，满足小型化要求。本发明还公开了一种具有上述驱动装置的旋转电机，以及具有该旋转电机的电子设备。

Description

基于弹性和超声压电的驱动装置、旋转电机、电子设备

技术领域

本发明属于电驱设备技术领域，尤其涉及一种基于弹性和超声压电的驱动装置、旋转电机、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，电机不仅存在结构复杂的问题，还存在体积较大问题，如果应用至体积较小的电子设备中，则会造成电子设备的体积增加。

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，不利于电子设备小型化。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于弹性和超声压电的驱动装置，能够在满足驱动要求的基础上，满足小型化要求。本发明还公开了一种具有上述驱动装置的旋转电机，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：

基于弹性和超声压电的驱动装置，包括：

旋转器件，所述旋转器件可绕自身轴线转动；

压电器件，所述压电器件与旋转器件接触；以及

弹性件，所述弹性件的其中一端相对于旋转器件固定，另一端与压电器件连接；

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，以驱动旋转器件沿自身轴线转动。

由于压电器件与旋转器件接触，因此，当压电器件通入电压后，通过自身伸长状态与弹性件的作用，使得旋转器件得到旋转动力，从而实现外部器件的运动。

优选的，还包括：

固定座，所述弹性件远离压电器件的一端与固定座连接；

其中，当压电器件通入电压后，所述弹性件朝向远离旋转器件的一侧形变。

压电器件在经过伸长后，弹性件本身因形变获得弹性力，从而通过压电器件作用于旋转器件，以更好的实现对旋转器件的驱动。

优选的，所述弹性件具有至少一处弯折部。

弯折部的设置有利于弹性件获得更高的形变力。

优选的，还包括：

摩擦器件，所述摩擦器件的一侧与压电器件连接，另一侧与旋转器件接触。

摩擦器件能够为旋转器件提供支持其转动的摩擦力，从而相较于压电器件更好的驱动旋转器件转动。

优选的，所述摩擦器件由表面光滑的耐磨材料制成。

根据Stribeck效应，摩擦力的变化与相对速度密切相关，且呈非线性的变化关系，随着速度的不断增加，摩擦力先下降到一个极小值，然后随速度增大而增大，因此采用表面光滑的材料所获得的摩擦效果比采用表面粗糙的材料更优。

优选的，所述摩擦器件与旋转器件的接触处为圆头结构。

所述圆头结构能够在不同的旋转阶段，为旋转器件提供稳定的摩擦力。

优选的，所述弹性件为导电材料制成；

所述压电器件的其中一侧具有第一电极，另一侧具有第二电极；

所述弹性件电性连接第一电极和第二电极。

通过弹性件可以为压电器件提供激励而做功，从而达到利用压电器件驱动旋转器件转动的要求。

优选的，所述弹性件包括：

第一弹片，所述第一弹片的一端相对于旋转器件固定，另一端与压电器件连接，并与第一电极电性连接；以及

第二弹片，所述第二弹片的一端相对于旋转器件固定，另一端与压电器件连接，并与第二电极电性连接；

其中，所述第一弹片和第二弹片之间具有间隙。

所述第一弹片和第二弹片中的其中一者通入高电平，另一者流出低电平，以此实现压电器件的伸长。

旋转电机，包括如上所述的基于弹性和超声压电的驱动装置。

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电子设备的微小空间中，以满足具体使用要求，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，本发明通过弹性件的设置，提高了旋转器件的转动动力，能够更好为旋转器件提供稳定作用力。

附图说明

图1为本发明实施例的示意图；

图2为本发明实施例中弹性件的示意图；

图3为图2的左视图；

图4为本发明实施例中旋转器件顺时针转动时的电压波形图；

图5为本发明实施例中旋转器件逆时针转动时的电压波形图；

图6为本发明实施例中一种压电器件作用于旋转器件的位置示意图；

图7为本发明实施例中另一种压电器件作用于旋转器件的位置示意图。

图中：1-旋转器件；2-压电器件；3-弹性件；4-固定座；5-载体；6-弯折部；7-摩擦器件；8-圆头结构；9-第一弹片；10-第二弹片；11-间隙。

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3所示，基于弹性和超声压电的驱动装置，包括旋转器件1、压电器件2和弹性件3；所述旋转器件1可绕自身轴线转动；所述压电器件2与旋转器件1接触；所述弹性件3的其中一端相对于旋转器件1固定，另一端与压电器件2连接；所述压电器件2通过接通电压和切断电压实现自身伸长与恢复，以驱动旋转器件1沿自身轴线转动。

在本实施例中，当驱动装置通过不同的电压波形对压电器件2通电时，压电器件2对旋转器件1存在静摩擦力和滑动摩擦力，通过改变静摩擦力和滑动摩擦力的作用顺序，即可实现旋转器件1的顺时针旋转和逆时针旋转。

如图4所示，当需要驱动旋转器件1顺时针旋转时，压电器件2受上升沿电压得以缓慢伸长，此时压电器件2推动旋转器件1转动，当电压达到峰值后，电压快速消失，此时压电器件2和旋转器件1之间产生相对运动，即压电器件2在恢复过程中，旋转器件1保持静止。由此，在反复接通电压和切断电压的过程中，即可实现旋转器件1的顺时针转动。

如图5所示，当需要驱动旋转器件1顺时针旋转时，压电器件2受上升沿电压快速伸长，此时压电器件2和旋转器件1产生相对运动，即旋转器件1保持静止；当电压达到峰值后，电压缓慢消失，此时压电器件2拖拉旋转器件1运动。由此，在反复接通电压和切断电压的过程中，即可实现旋转器件1的逆时针转动。

在图4和图5中，U表示电压，t表示时间。

可知的是，驱动电压是连续变化的，不会突然消失，该过程是动态过程，在压电器件2与旋转器件1始终接触的过程中，两者之间的接触力大小和方向不断变化，因此实现旋转器件1的转动。

进一步的，还包括固定座4，所述弹性件3远离压电器件2的一端与固定座4连接；当压电器件2通入电压后，所述弹性件3朝向远离旋转器件1的一侧形变。

实际上，本实施例还包括载体5。所述旋转器件1可相对载体5转动，所述固定座4设置于载体5。

在本实施例中，如图6所示，将旋转器件1均分为A、B两个部分，所述压电器件2作用于A部，进一步的，将旋转器件1均分为A1、A2、B1、B2时，压电器件2作用于A1部分，以更好的满足驱动要求。如图7所示，在不同实施例中，根据弹性件3和固定座4之间的相对角度，压电器件2也可以作用于A2部分。然而，由于本实施例除了应用超声压电外，还利用了弹性件3的形变力，因而以本实施例的方式设置压电器件2的位置，其驱动效果更佳。图中，F表示压电器件2的作用力方向。

当旋转器件1顺时针旋转时，由于电压消失速度较快，因此，形变后的弹性件3能够提高压电器件2的回复至初始位置的速度。而当旋转器件1逆时针旋转时，由于电压消失速度缓慢，因此，形变后的弹性件3能够通过压电器件2对旋转器件1施加额外作用力，以提高旋转器件1的转动动力。

为了更好的使用本实施例，所述弹性件3具有至少一处弯折部6。

在本实施例中，弹性件3具有四处弯折部6，以在不同应用环境中提高压电器件2恢复至初始位置的速度以及压电器件2对旋转器件1施加的额外作用力。可知的是，由于弹性件3的一端固定于固定座4，且固定座4和旋转器件1之间的相对距离保持一定，因此，弯折部6的数量能够调整压电器件2和旋转器件1之间的接触作用力，从而改变压电器件2伸长后恢复至初始位置的速度，以及压电器件2对旋转器件1施加的额外作用力。

为了更好的使用本实施例，还包括摩擦器件7，所述摩擦器件7的一侧与压电器件2连接，另一侧与旋转器件1接触。

在本实施例中，所述压电器件2和旋转器件1之间设置有摩擦器件7，以进一步提供旋转器件1的转动效果。

在本实施例，所述摩擦器件7由表面光滑的耐磨材料制成。

LuGre摩擦模型可以较好地描述本实施例的摩擦机理。该模型认为摩擦是接触表面鬃毛相互作用的结果，并利用了鬃毛的平均挠度。具体的，对鬃毛施加一个切向力后，鬃毛开始像弹簧一样变形并产生形变力，当力足够大时，鬃毛就会开始滑动产生摩擦力。

而本实施例的驱动装置在运动过程中受到的摩擦情况包含有粘性摩擦、库伦摩擦、静态摩擦等，基于本实施例采用的压电逆效应原理，压电器件2在脉冲激励下，单次位移在几十到上百纳米之间，其中Stribeck效应起主导作用，因而采用表面光滑的材料，所获得的摩擦效果比采用表面粗糙的材料更优。

上述表面光滑的耐磨材料可以是合金渗碳钢、钨钢等，也可以是涂覆的陶瓷耐磨涂层、聚合物耐磨涂层等。

为了更好的使用本实施例，所述摩擦器件7与旋转器件1的接触处为圆头结构8。

具体的，如图3所示，在本实施例中，所述摩擦器件7的横截面呈椭圆形。当然，在不同的实施例中，也不局限为上述椭圆形结构。

为了更好的使用本实施例，所述弹性件3为导电材料制成；所述压电器件2的其中一侧具有第一电极，另一侧具有第二电极；所述弹性件3电性连接第一电极和第二电极。

具体的，所述弹性件3包括第一弹片9和第二弹片10；所述第一弹片9的一端相对于旋转器件1固定，另一端与压电器件2连接，并与第一电极电性连接；所述第二弹片10的一端相对于旋转器件1固定，另一端与压电器件2连接，并与第二电极电性连接；所述第一弹片9和第二弹片10之间具有间隙11。

在本实施例中，压电器件2为叠堆型压电陶瓷，其具有大量的陶瓷薄片，因而在侧面设置供电电极，能够使陶瓷整个截面均可参加致动，从而展现更好的性能，且不会出现局部电场变形，不易出现点应力。由此能够为旋转器件1提供更稳定的转动。

在本实施例中，所述第一弹片9和第一电极焊接，所述第二弹片10和第二电极焊接。同时也应当注意，在第一弹片9和第二弹片10之间具有间隙11，即第一弹片9和第二弹片10之间不存在电路导通。

由此，当本实施例所公开的基于弹性和超声压电的驱动装置应用至旋转电机时，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

1.基于弹性和超声压电的驱动装置，其特征在于，包括：

旋转器件，所述旋转器件可绕自身轴线转动；

压电器件，所述压电器件与旋转器件接触；以及

2.如权利要求1所述的基于弹性和超声压电的驱动装置，其特征在于，还包括：

固定座，所述弹性件远离压电器件的一端与固定座连接；

3.如权利要求1所述的基于弹性和超声压电的驱动装置，其特征在于，所述弹性件具有至少一处弯折部。

4.如权利要求1所述的基于弹性和超声压电的驱动装置，其特征在于，还包括：

5.如权利要求4所述的基于弹性和超声压电的驱动装置，其特征在于，所述摩擦器件由表面光滑的耐磨材料制成。

6.如权利要求4所述的基于弹性和超声压电的驱动装置，其特征在于，所述摩擦器件与旋转器件的接触处为圆头结构。

7.如权利要求1所述的基于弹性和超声压电的驱动装置，其特征在于，所述弹性件为导电材料制成；

所述弹性件电性连接第一电极和第二电极。

8.如权利要求7所述的基于弹性和超声压电的驱动装置，其特征在于，所述弹性件包括：

其中，所述第一弹片和第二弹片之间具有间隙。

9.旋转电机，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的基于弹性和超声压电的驱动装置。

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。