[发明专利]超声直线电机及其驱动的自动对焦/变焦系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机结构及自动对焦/变焦镜头系统，特别涉及一种基于螺纹驱动的多面体薄壁环式超声直线电机及应用该电机的自动对焦/变焦镜头模组的结构设计。

背景技术

压电超声电机是利用压电材料的逆压电效应，采用特定的结构制成的驱动机构，它一般由压电陶瓷、定子、转子、预压力机构等功能部件构成，部分电机还或有传动机构。行波式的压电超声电机利用压电材料在定子表面产生超声波频率的机械振动行波，借助于定子与转子之间的摩擦力驱动转子旋转。它具有以下优于普通电磁电机的特点：

1、低转速、大转矩，不需要减速机构可直接驱动负载。

2、体积小、结构灵活，功率体积比是电磁电机的3-10倍。

3、起动停止响应快，响应时间在毫秒级。

4、不产生电磁干扰，也不受电磁干扰。

5、有自保持力矩，无齿轮间隙，可精密定位。

6、运行安静无噪声。

在公开号为CN1767347A的中国专利文献中提出了一种螺纹驱动的多面体行波超声电机，它由定子、转子以及与定子粘接成一体的多个压电压电片构成，如图1a及图1b所示，所述的定子11与转子13相接触的表面带有螺纹111，而转子13则带有与定子11相配合的螺纹131，由于定子11和转子13之间直接通过螺纹接触与咬合，当多面体定子11上的八个压电片121-128(合称12)依次通入sinωt与cosωt的电压时，各个压电片会随之产生变形振动并在定子11的周向上合成为一个旋转的振动行波。在这个行波作用下，定子11通过螺纹111及131之间的摩擦作用驱动转子13旋转，转子13在旋转的同时产生轴向的移动。该结构适合微型化，无需附加的传动机构而得到直线移动，在微机械、光学调焦等领域具有不小的应用前景。

该电机在中国发明专利ZL200610035079.7中具体应用于一个光学调焦系统(图2)。该系统在螺纹电机的底部中央垂直于电机轴线的平面上固定了一颗感光芯片25，用来接收经过一组光学透镜24所收集的光学图像信号并将其转换为电信号。光学透镜24嵌入在转子23的内桶内，与转子23共同构成了一个光学镜头，该光学镜头具有外螺纹231。调焦时，光学镜头被定子21及其上的螺纹211驱动做螺旋式的运动，即同时产生绕轴心的旋转运动与沿轴向的往复移动。定子21上分布了十二片压电片22(实际上压电片的数量可为四、八、十二等四的倍数)，用来在定子21上激励所需要的机械行波即沿圆周方向且向一个方向旋转的振动波。定子21与感光芯片25是相对固定的。这个系统的优点是结构非常简单，直接利用了现有的光学镜头来构成转子，部件少，成本低，控制精度高，但对于一部分光学设备来说，镜头在调焦或变焦过程中存在的旋转会带来一定程度的成像误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于克服上述技术的不足之处，提出一种具有两级驱动的超声直线电机，通过第二级驱动将第一级驱动中产生的螺旋运动恢复为单纯的直线运动。

本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种使用上述具有两级驱动的超声直线电机驱动的自动对焦/变焦系统，使该系统在工作过程中仅仅产生不含旋转的直线位移，以满足高像素、高精度自动调焦或变焦，且仍然具备结构简单紧凑，适合微型化，直线位移精度高的特点，在微机械、光学调焦等领域有着广阔的应用前景。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题之一的：一种超声直线电机，包括外筒定子、中筒转子，以及压电片，所述压电片固定在定子的外侧面上，所述定子驱动中筒转子转动，还包括内筒以及导向机构，所述的内筒通过导向机构与定子相联系，所述中筒转子驱动内筒做直线移动。

所述的定子包括内螺纹，所述转子包括外壁上与定子相配合的第一级螺纹以及内壁上的第二级螺纹，所述内筒具有与中筒转子的第二级螺纹相配合的螺纹。

或者所述的定子包括内螺纹，所述转子包括外壁上与定子相配合的第一级螺纹以及外壁上与内筒相配合的第二级螺纹，所述内筒具有外耳结构并在外耳的内壁处有与中筒转子的第二级螺纹相配合的螺纹。

所述第二级螺纹的旋向与第一级螺纹相同或者相反，当两级螺纹的旋向相同时，则要求两者的螺距不能相等。

或者所述定子的内表面为光滑表面，所述中筒转子的外表面为光滑表面，所述的定子的内表面与中筒转子的外表面之间为光滑间隙配合，所述转子具有内螺纹，所述内筒具有与所述转子的内螺纹配合的外螺纹，所述内筒被导向机构限制做直线移动。