[发明专利]一种双模式微小型直线超声电机及其驱动方法

说明书

本发明涉及一种双模式微小型直线超声电机及其驱动方法，双模式微小型直线超声电机包括定子、从动件和被驱元件，其中从动件以自适应预紧的方式安装在定子的圆形中空壁上，被驱元件固定连接在从动件的内壁。一种双模式微小型直线超声电机的驱动方法是：通过控制定子上的纵向夹紧压电片组和弯曲驱动压电片组的激励方式，实现该装置的超声非共振和超声共振两种工作模式。优点在于：本装置结构紧凑、运动精度高、成本低，可用于在有限应用空间的精密驱动；利用对应的驱动方法，提供了两种工作模式，可以更好地满足多工况的需求，在手机、微飞行器、微潜水器等微型设备内置摄像驱动方向有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及精密驱动技术领域，特别涉及一种双模式微小型直线超声电机及其驱动方法，其提供准静态和超声两种工作模式，可用于手机、微飞行器、微潜水器等微型设备内作为摄像驱动，来实现相机的大倍率变焦、快速自动对焦等功能。

背景技术

超声电机作为一种拥有精度高、体积小、响应快、不受电磁干扰、无噪声、输出速度快、输出推力/转矩大等特点的精密驱动装置，在光学与精密仪器、航空航天工程、生物细胞工程等领域起到了至关重要的作用。因为上述优点，其在微小型精密设备内置相机的光学变焦上具有广阔的应用前景，然而现有的超声电机不能有效地作为手机等微小型精密设备中作为摄像驱动，例如类似申请号为01127037.3的专利中提到的薄型行波超声电机，虽然结构简单、厚度薄等优点，然而旋转超声电机的输出为力矩，不适用一些需要直线定位或驱动的应用场合，无法实现相机的光学变焦。而类似于《IEEE Transactions on IndustrialElectronics》在2021年第68卷734页中(A Compact Cantilever-Type Ultrasonic MotorWith Nanometer Resolution Design and Performance Evaluation)提到的一种直线超声电机，虽然输出性能优异，但是尺寸问题限制了其在微小设备内的应用。另外，其他的微型直线超声电机，大都存在着从动件难以与例如摄像镜头等被驱元件有效连接在一起的问题，也使得直线超声电机难以集成到微型设备中。此外，现有的微型直线超声电机大多仅工作在共振工作模式之下，单工作模式也降低了其应用的适应性和灵活性。这些问题极大地限制了微型超声电机的实际应用拓展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双模式微小型直线超声电机及其驱动方法，解决了现有技术存在的上述问题，可以和微摄像镜头等小型被驱元件有效地集成在一起，并且利用其驱动方法，可以切换超声非共振和超声共振两种工作模式，在光学与精密仪器、微机器人、生物与细胞工程等领域具有潜在的应用前景。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种双模式微小型直线超声电机，由定子1、从动件2和被驱元件3组成；所述的从动件2成开口环状，具有一定的弹性，其外壁与定子1中的中空弹性体1-3接触，且以自适应预紧的方式内置于中空弹性体1-3中；被驱元件3与中空弹性体1-3的内壁固定连接在一起。

所述的定子包括纵向夹紧压电片组1-1、弯曲驱动压电片组1-2和中空弹性体1-3。

所述的中空弹性体1-3包括薄壁端a1-3-1-1、薄壁端b1-3-1-2、厚壁端a1-3-2-1、厚壁端b1-3-2-2、安装孔a1-3-3-1、安装孔b1-3-3-2、安装孔c1-3-3-3和安装孔d1-3-3-4；所述的中空弹性体1-3采用外部矩形、内部圆形中空状的布置。

所述的纵向夹紧压电片组1-1由夹紧压电片a1-1-1和夹紧压电片b1-1-2组成；所述的夹紧压电片a1-1-1和夹紧压电片b1-1-2沿宽度方向y向以对称分布的方式粘结于中空弹性体1-3的两端；所述的纵向夹紧压电片组1-1用于激励中空弹性体1-3的纵向运动以夹持从动件2。