TW201108566A - Miniature piezoelectric motors for ultra high-precision stepping - Google Patents

Description

201108566 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電動馬達和 鏡頭和移動及/或轉動攝影# 馬達技術領域’以及攝影機 鏡頭的致動機制。 【先前技術】 許多領域中追求，]、却# ^、n 〇j型化的過程就不曾中斷，對於 並且更精確馬達的需皮—* . 埂“求JL存在。這種馬達在許多 内都有用，包含醫璺、富令· “軍事以及消費者電子應用。隨著 筆記型電腦出現，允盆饬θ 尤其像疋PDA和智慧型電話以及數位 相機k些手持式計算裝置，低功率並且高精確度之微型 馬㈣市場需求不斷成長m件是-種非常適合驅 動k種馬達的機制’已知新技術運用壓電[PZT或Pb(Ti， z〇〇3]驅動機制，並且具有尺寸非常小並且低耗電量的 優點。已知先前技術PZT驅動馬達㈣例，其中定子園 繞轉子並且透過定子變形與轉子嚅合來驅動之。這種馬 有旋轉與線性版本兩者，不過旋轉版本特別用於 疋位迷你相機内的鏡頭（自動對焦、變焦或兩者），因為 轉子可中空來攜帶鏡頭然後轴向建立光線路徑通過鏡 頭與馬達組合。 迷心鏡頭與馬達組合可發現應用在許多消費性電子裝 201108566 置内’包含數位相機應用以外的智慧型電話、PDA以及 筆S己型電腦。因為這些裝置在使用時全都與使用者相當 靠近，所以馬達運作時不會發出惱人的噪音就相當重要。 迷你馬達運用盡可能小的空間也相當重要，驅動馬達 的電路應該緊緻並有效率，相較於實際驅動馬達所需電 力需要盡可能少的輸入電源。因此，這在若適當驅動馬 達上PZT元件所需電壓位準盡可能小時相當有用。 此外，迷你馬達應該具備低生產成本並且可輕鬆組 裝，尤其是在非常大量的應用當十。先前技術旋轉壓電 馬達運用弧形PZT元件，其具備難以製造、難以固定以 及具有由於弧形PZT易碎天性造成之耐用度不佳的名 聲。 【發明内容】 根據本發明，說明-種迷你電動馬達，其使用環狀齒 型結構上㈣加平PZT墊所感應之應力’以便將由彈性 材料構成的齒型結構變形。隨著齒型結構變形，從齒型 結構向内突出的齒間隙地接觸圓枉中心件，並且用非常 小的增量移動圓柱中心件或齒型結構，讓旋轉結構準破 精細地定位。本發明的馬達正常以其共振頻率驅動其 中以最小量電壓/能量供應⑨PZT塾可達成最大變形 量。環狀齒型結構的共振頻率取決於許多變數，包含所 201108566 構成材料、齒型結構的剖面厚度以及齒型結構的形狀。 根據本發明，齒型結構的形狀已㈣科人複數個平切

面來修改’這有兩種目的；首先，提供位置固定平PZT 墊知種解決方案遠比嘗試將弧形ρΖΤ元件固定至齒型 結構成本更低並且更可靠；第二，切面的數量與形狀可 搭配齒型結構的厚度改變，以便改變齒型結構的共振頻 率。 延種迷你馬達的一些應用包含像是行動電話與數位相 機这些手持式裝置，其中馬達為了自動對焦、變焦或這 兩者的目的定位鏡頭。因為人們使用這些裝置，所以馬 達以超過20ΚΗΖ這個人類聽覺上限頻率之運轉聲波頻率 來運轉就相當重要。共振頻率在人類聽覺範園内的馬達 會相當吵雜，因此商業上不被採用。 本發明的一個態樣提供一種齒型結構外表面上具有切 面，而平ΡΖΤ墊固定至每一切面之迷你壓電馬達。該齒 型結構的内表面可為弧形或切面形，除了從齒型結構朝 向中心向内突出的複數個突出物之處以外。替代具體實 施例提供更少量的平切面，其中固定至每一切面者為包 含同樣極化的雙電極共平面區段之ΡΖΤ墊。 本發明的其他態樣提供一種齒型結構内表面上具有切 面’而平ΡΖΤ墊固定至每一切面之迷你壓電馬逹。在齒 型結構的内表面上，也有複數個從齒型結構内部朝向齒 201108566 型結構中心突出的突出物，而在突出物之間固定Ρζτ 墊。將ΡΖΤ塾放在内表面上還有讓馬達整體尺寸更小的 額外優點，因為ΡΖΤ墊放置在突出物之間不用就浪費的 空間内。此具體實施例的齒型結構外表面可為狐形或切 面形。替代具體實施例提供更少量的平切面，其中固定 至每-切片者為包含同樣極化的雙電極共平面區段： ΡΖΤ 墊。 本發明的其他態樣提供一種齒型結構之内與外周圍表 面上具有切S *平ΡΖΤ塾mu每一士刀面之迷你壓電 馬達。 本發明的其他態樣為提供一種可由駐波或行進波方法 所驅動的迷你壓電馬達。 本發明的其他態樣為提供高精確步進，藉此以非常小 尺寸增量來定位旋轉結構。 本發明的其他態樣為當電壓未供應給PZT元件時，該 旋轉結構本質上固定在位置内。 【實施方式】 在此將參考圖式詳細說明本發明，這些圖式作為本發 明的說明範例，如此可讓精通此技術的人士實施本發 明。請注意，底下的圖式與範例並非將本發明範疇限制 在單一具體實施例内，在更換某些或全部說明或描述元 201108566 件之下也可進行其他具體實施例。再者，使用已知組件 可部分或完整實施本發明特定元件，只有在為了瞭解本 發月時才會說明这種已知組件部分’並且將省略這種已 知組件的其他部分之詳細說明，以免模糊本發明。除非 此處有指定’否則說明成用軟體實施的具體實施例並不 又限於此’可包含用硬體或軟硬體組合所實施的具體實 施例，反之亦然，精通此技術的人士將會瞭解。在本說 明書内’ m #單一組件的具體實施例$可當成限制；除 非此處有明確陳述，否則本發明要涵蓋其他具體實施 例，包含複數個相同組件，反之亦然。再者，除非明確 揭不，否則申請人不會讓說明書或申請專利範圍内任何 術浯被S忍定為不常用或特殊的意義。進一步，本發明涵 蓋已知組件的目前與未來已知均等物，在此參考作為說 明。 再者’雖然本說明書内顯示的馬達機制通常用來以線 性方式驅動一裝置（像是鏡頭），吾人瞭解，此處顯示的 旋轉馬達具體實施例可用在需要精確定位能力的迷你電 動馬達之任何應用當令。 此處說明的本發明一般為運用電子致動（PZT -鈦酸 錯錯[Pb](Lead [Pb] Zirconate Titanate))材料或像是 BaTi〇3或水晶這類同等材料的壓電裝置所驅動之旋轉馬 達。一般而言，此處顯示的具體實施例包含環狀外結構， 8 201108566 其具有從内周圍表面朝軸心向内突出的齒型突出物。此 環狀齒型結構包含彈性材料，像是不銹鋼HΗ 聚合物’並且在其-或多個周圍表面上通常具有導電表 面。另外，某些具體實施例中整個結構都會導電。在環 狀齒型結構内，圓柱中心件結構與齒型突出物接觸。針 對某些具體實施例’中心件結構與齒型突出物都且有螺 紋。針對其他具體實施例，這些結構沒有螺紋。這些不 管與旋轉動作是否有關的螺紋與無螺紋替代品間之差異 將利用螺紋表面動作轉換成線性動作。雖然在許多應用 當中較佳是環狀齒型結構作為定子，不過本發明的設計 _齒型結構或圓柱中心件結構都可作為定子。如此在替 代=體實㈣内’圓柱中心件結構可保持靜止而因此作 為定子’而當ΡΖΤ元件為電致動時允許環狀齒型結構旋 為此£要提供某自整流形式來讓環狀齒型結構旋 轉時維持f連H這種㈣機财業界内是眾所周知 的。 針對本發明，在環繞齒型結構周圍表面的不同位置上 放置PZT材料的平塾。這包含内周圍表面外周圍表面 或兩者。PZT墊與齒型結構的導電表面電接觸，並且PZT 塾的外露表面包含附加於其的一或多個電極，在此將展 不。電連接從—或多個驅動電壓源到這些電極，如此當 電源波形套用至不同ρζτ墊，這些ΡΖΤ勢變形導致環狀 [S1 9 201108566 齒型結構變形。變形導致環 义結構的圓形變成摘圓 形。如此做時，導致某些齒 I大出物抽出與圓柱中心件 接觸，而其他齒型突出物繼 只兴圓柱中心件接觸，導致 橢圓變形而匯入正切力。纟士里 作為特定馬達組態之轉 子的任何一個結構（圓柱令 件或環狀齒型結構）都將旋 轉。 此處顯示的具體實施例隨荃 列隨著環狀齒型結構形狀而變， 包含在此結構内加入平切劣 卞t刀表面。具體實施例也隨著平切 面數量、PZT材料墊數晋、4 A丸 数重每些墊所固定位置以及特定 pzt材料塾組態而變。此虚句bb二^ a 此處說明的許多具體實施例讓馬 達設計更具彈性：最佳應用大小與尺寸，例如鏡頭自動 對焦與變焦的致動、超出聽覺_(>2GKHz)的共振頻率 以及驅動信號的低峰至峰電壓。 第1圖顯示使用弧形PZT元件的先前技術PZT馬達。 在此範例中，顯示齒型結構作為定子101並且在外周圍 表面套用弧形或環狀Ρζτ材料102。然後將弧形電極103 套用至弧形ΡΖΤ材料。在實用上，此組態已證實難以製 造。製造弧形ΡΖΤ材料有困難，將其套用到弧形表面也 有困難。類似套用弧形電極有困難，並且這種結構比起 平Ρζτ材料套用到平表面上更易碎。此弧形ΡΖΤ結構也 顯不為具有比本發明内含具體實施例内所示之結構還要 低的共振頻率。控制共振頻率對於將在人們聆聽距離内 10 201108566 使用馬達的應用來說相當重要。低於2QkHz的共振頻率 會產生無法錢㈣音。對於厚度G.lmm類似於本發明 所說明PK、CK和PCK具體實施例之ρζτ而言，利用有 限元件分析與模擬，評估此先前技術結構的共振為 22.2ΚΗΡ此頻率任何顯著變化都將使其低於篇沿並 且在聽覺範圍内’最終像是行動電話相機的應用就讓人 無法接受，因為聲音令許多人不快。 第2圖顯示本發明的PK1具體實施例，說明稍後會固 定複數個正確極性壓電陶瓷Ρζτ元件的環狀或圓柱齒型 結構（Teethed Structure , TS)。當由特定振幅與頻率的正 確控制信號驅動時，該產生的結構變形。尤其是，此齒 型結構具有切成平切面的外周園表面2〇2以及圓形或弧 形的内表面203。請注意，第2圖内的齒型突出物2〇4 具有螺紋。潛在具體實施例並不需要這些齒2〇4具有螺 紋，並且當有螺紋時，螺紋是否有角度或筆直取決於是 要簡單旋轉圓柱中心件（稍後顯示）或同時旋轉並且軸向 移動圓柱中心件以便影響中心件的線性動作。另外請、主 意位於結構201的外周圍表面上平切面間之懸吊或安裝 點205。其可為簡單安裝凸片，或另外可如第2圖内所 示的彈簧狀結構。這些彈簧狀結構可模造或加工成為結 構201的一部分，或另外可分開製造並固定至結構。 在具體實施例内，結構201以及底下說明的類似結 201108566 構，可由彈性材料構成，像是不銹鋼、鋁、陶瓷或聚合 物，大約6mm至7mm的外直徑，大約2mm高，並且具 有大約0.5mm之内外壁之間的厚度。這些尺寸經過考慮 適用於許多應用内有用的具體實施例，像是行動電話相 機、PDA相機、MP3播放器相機、筆記型電腦相機、醫 療内視鏡相機以及一般數位相機。不過，精通此技術的 人士可瞭解，可有其他尺寸與應用並且仍舊位於本發明 範_内。 第3圖顯示如之前第2圖内所示包含環狀齒型結構3〇1 的ρκι具體實施例，其具有八個單電極ρζτ平元件或墊 302，亥平元件或墊固定至外表面上的切面形成一個8 極變形結構。請注意不同ΡΖΤ墊的極性，其中一半的墊 具有正極性並且另一半具有負極性。 第4圖顯示要裝配到齒型結構内部的圓柱螺紋中心件 (Threaded Center Piece，TCP)結構 4〇1，像是第 3 圖内顯 示的PK1具體實施例。如所示，圓柱中心件具有螺紋 402,不過在某些應用當中可不具螺紋。當有螺紋時，根 據特定具體實施例内此圓柱中心件的目的，螺紋可以為 平的或有角度。在具體實施例内，結構401以及底下說 明的類似結構，可由具有光滑表面、大約5mm至6mm 的直徑、大約2mm至15mm高，並且具有大約〇 4mm之 内外壁之間厚度的任何固態材料構成。這些尺寸經過考 12 201108566 慮適用於許多應用时㈣具體實施例，像是行動電話 相機PDA相機、MP3播放器相機、筆記型電腦相機、 醫療内視鏡相機以及一般數位相機❶不過，精通此技術 的人士可瞭解，可有其他尺寸與應用並且仍舊位於本發 明範疇内。 第5圖顯示根據第3圖内所示齒型結構的迷你壓電馬 達具體實施例PK1之組件。基本齒型結構5〇i具有固定 的平PZT墊5 02來形成結構503<)當與圓柱中心件5〇4 (在 此實例中為螺紋中心件）結合時，顯示產生的組合5〇5 ^ 第6圖顯示齒型結構6〇1的變形，類似於第3圖内所 不’由適當振幅並且頻率匹配齒型結構6〇丨之共振頻率 的適當信號602來驅動其極點（極點！、3、5、7)。齒型 結構601或其外導電周圍表面都與接地6〇3相連。當類 似於第4圖内所示的圓柱螺紋中心件（Tcp)裝配在齒型 結構601内部’其螺紋與齒型結構6〇1上的螺紋接觸。 然後當電壓來源波形信號602透過連接604供應至一組 PZT元件時，齒ΓΒ」6〇5和「D」6〇6所產生的變形會 脫離TCP，同時齒「A」6〇7和「c」6〇8都施加正切力 609到TCP’導致若齒型（TS/pZT)結構靜止時往逆時針方 向旋轉。相反地’若TCP靜止，相同的驅動導致TS/PCT 結構往順時針方向旋轉。固定TS/PZT結構來旋轉TCP 的法則產生一種馬達’該馬達將被稱為Type i馬達。固 [S ] 13 201108566 定tcp結構來旋轉TS/PZT的法則產生一種馬達，該馬 達將被稱為Type 2馬達。如此圖内所說明驅動的壓電馬 達一般被稱為駐波PZT馬達（standing Wave ρζτ M〇t〇r)。精通壓電馬達的人士將瞭解，用於實現第6圖 内所7Ms冑與法則的冑多可能驅動電路與電壓來源實施 以及在類似具體實施例内，為了簡化本發明起見，除了 此處所提供來更詳細說明者以外，都將省略。 第7圖顯示齒型（TS/PZT)結構7〇1的變形，類似於第3 圖内所示，由適當振幅並且頻率匹配TS/PZT結構701 之共振頻率的適當信號702來驅動其極點（極點2、4、6、 8)。齒型結構701或其外導電周圍表面都與接地7〇3相 連。當類似於第4圖内所示的TCp裝配在結構7〇丨内部 時，其螺紋與TS/PZT結構701上的螺紋接觸。然後當信 號702的電壓來源波形透過連接7〇4供應至一組ρζτ元 件時’齒「Α」705和「C」706所產生的變形會脫離TCP， 同時齒「B」707和「D」708都施加正切力709到TCP， 導致若TS/PZT結構靜止時（Type 1馬達）往順時針方向旋 轉。相反地，若tcp靜止，相同的驅動導致TS/PCT結 構往逆時針方向旋轉（Type 2馬達）。 此處所說明的迷你壓電馬達也可使用2階段信號與行 進波方法（Traveling Wave)來驅動。依照第8圖，第一相 位801透過連接802連接至第一極點群組（1、2、5、6)， 14 201108566 而第二相位803透過連接804連接至第二極點群組（3、 4、7、8)。齒型結構805或其外導電周圍表面8〇6都與 接地807相連。改變驅動信號8〇1與8〇3相位之間的相 位差就可達成旋轉方向控制。如此驅動的ρζτ馬達一般 被稱為行進波 ΡΖΤ 馬達（Traveling Wave PZT Motors)。 第9圖顯示環狀齒型結構9〇1的pK1_f具體實施例， 其中當由特定振幅與頻率的適當控制信號驅動時，複數 個適當極性的PZT元件之後會固定來形成變形結構。尤 其疋’此齒型結構具有切成平切面的外表面902以及内 表面903。 第10圖顯示如第9圖内PK1 一f齒麼結構的TS/PZT具 體實施例’其八個單電極PZT元件/墊1 〇〇 1固定至齒型 結構1003外周圍表面1 〇〇2上的切面，藉此形成一個8 極變形結構。 第11圖顯示根據第1〇圖内所示之TS/PZT具體實施例 之迷你壓電馬達PKl_f具體實施例。基本齒型結構ι101 具有固定的平PZT墊1102來形成結構1103。當與圓柱 中心件1104 (在此實例中為螺紋中心件）結合時，顯示產 生的組合11 0 5。 S1 第12圖顯示在外周圍表面上具有4個切面以及四個共 平面雙電極PZT元件1202，形成8極變形結構的齒型結 構1201之PK2具體實施例。在每一對共平面PZT元件

L 15 201108566 1202内，每钟如 70件都具有相同極性。事實上，一對共平 面的PZT材料可盔_ 馬一個連續PZT件。只分離電極，讓每

一區段在不同眭„机L 町间點上驅動，導致施加在環狀齒型結構 的力量不對避，4#· *·, 並產生類似於第6圖和第7圖内所示的 橢圓變形。用與第6 丹弟6圖和第7圖内所示相同方式驅動PK2 具體實施例。 第13圖顯不根據第12圖内所示之TS/PZT具體實施例 之迷仏壓電馬達具體實施例PK2。基本齒型結構1301具 有固疋的一對平雙電極共平面的pzt墊13〇2來形成結 構1303。當與圓柱中心件13〇4 (在此實例中為螺紋中心 件）結合時，顯示產生的組合13 〇 5。 第14圖顯示具有四個切面以及四個雙電極元件 1402，形成一個8極變形結構的pK2_f齒型結構14〇1 之具體實施例。除了 PK2_f具體實施例在齒型結構14〇1 的内周圍表面上也具有四個平切面14〇3以外，第14圖 的PK2_f具體實施例類似於第丨3圖的ρκ2具體實施例。 第15圖顯示根據第14圖内所示TS/pzT具體實施例之 迷你塵電馬達具體實施例PK2_f。基本齒型結構15〇1具 有平PZT墊1502’每一都由固定的一對共平面ρζτ元件 構成來形成結構1503。當與圓柱_心件15〇4(在此實例 中為螺紋中心件）結合時，顯示產生的組合15〇5。 第16圖顯示環狀齒型結構赚的CK1具體實施例’[ 16 201108566 其中當由特定振幅與頻率的適當控制信號驅動時，複數 個適當極性的PZT元件或墊固定來形成變形結構。尤其 疋，此齒型結構具有圓形外周圍表面1602以及切成平切 面1604的内周圍表面16〇3。將ρζτ墊放在内表面 上還有讓馬達整體尺寸更小的額外優點，因為ρζτ墊放 置在齒型突出物丨605之間不用就浪費的空間内。將ρζτ 墊疋位在内表面上也可在馬達處置與最終組合期間保護 ΡΖΤ元件。 第17圖顯示如第16圖内CK1具體實施例的齒型結構 1701，其具有八個單電極pZT元件17〇2,該八個單電極 ΡΖΤ元件固定至齒型結構内表面上的切面，形成一個8 極變形結構。 第18圖顯示根據第17圖内所示TS/pzT具體實施例之 迷心壓電馬達具體貫施例CK1。基本齒型結構18〇1具有 平PZT墊18〇2，其固定至内表面上的切面來形成結構 1803。當與圓柱中心件18〇4(在此實例中為螺紋中心件） 結合時’顯示產生的組合1 805。 第丨9圖顯示齒型結構1901的CK1_f具體實施例，以 及八個單電極PZT元件19〇2形成一個8極變形結構。 在此齒型結構的外周圍表面19〇3與内周圍表面19〇4都 為切面。 第2〇圖顯示根據第19圖内所示丁8/1>2丁具體實施 [S] 17 201108566 迷你壓電馬達具體實施例CKl_f。基本齒型結構2001具 有固定的平PZT墊2002來形成結構2003。當與圓柱中 心件2004 (在此實例中為螺紋中心件）結合時，顯示產生 的組合2005。 第21圖顯示齒型結構2101的CK2具體實施例，其中 四個雙電極共平面PZT元件2102固定至環狀齒型結構 内周圍表面上，藉此形成一個8極變形結構。 第22圖顯示根據第21圖内所示TS/PZT具體實施例之 迷你壓電馬達具體實施例CK2。基本齒型結構2201具有 一對平雙電極共平面PZT墊2202固定至内周圍表面上 的切面來形成結構2203。當與圓柱中心件2204 (在此實 例中為螺紋中心件）結合時，顯示產生的組合2205。 第23圖顯示齒型結構2301的CK2_f具體實施例，其 中四個雙電極共平面PZT元件23 02固定至環狀齒型結 構23 01之内周圍表面上，藉此形成一個8極變形結構。 在此具體實施例内，環狀齒型結構的内周圍表面2303與 外周圍表面2304都為切面。 第24圖顯示根據第23圖内所示TS/PZT具體實施例之 迷你壓電馬達具體實施例CK2_f。基本齒型結構2401具 有固定的平共平面雙電極PZT墊2402來形成結構 2403。當與圓柱中心件2404 (在此實例中為螺紋中心件） 結合時，顯示產生的組合2405。 201108566 第25圖顯示之前在第3圖、第 14圖、第17圖、第19圖、第2ι 之八個環狀齒型結構及固定的ΡΖΤ 這些結構之間關於切面數量與位置 組態可針對尺寸、共振頻率以及驅 25圖内所顯示的每一具體實施例 設計最佳化。想像第 該具體實施例的共振頻率 來決定。針對第25圖内所 丄〇圖、第12圖、第 圖和第23圖内所說明 元件之具體實施例。 的差異以及ΡΖΤ墊的 動信號電壓進行多種 2501由有限元件分析與模擬 示結構計算的共振頻率為： ΡΚ1 30.1KHz ΡΚ1 _f 27.3KHz ΡΚ2 31.8KHz ΡΚ2_ _f 32.4KHz CK1 29.5KHz CK1 _f 26.0KHz CK2 37.7KHz CK2_ .f 32.3KHz 從這些共振頻率結果可瞭解，使用共平面雙電極ρζτ 墊具有提升共振頻率的傾向。除了上面提及像是切面數 量與位置ΜΡΖΤ録㈣這些參數Μ，齒型、结構的 剖面厚度對於共振頻率也有本質上的影響。馬達設計師 可改變所#這些參數以及製造齒型結構的材肖，以調^ 201108566 結構來產生本發明範疇内所要的共振頻率。 第26圖顯示環狀齒形結構2601的pcKl具體實施例， 該環狀齒型結構的内與外周圍表面都為切面。在此具體 實施例内，pzt墊固定至齒型結構26〇1兩側上的切面。 對於任何特定切面而言’外周圍表面上的ρζτ墊26〇2 具有與内周圍表面上對應ΡΖΤ墊26〇3相同的極性。這 讓特定切面上的ΡΖΤ墊都具備一起工作的能力，並且同 時驅動來影響該切面的齒型結構材料的較大幅度伸展或 收縮，這要大於單一 ΡΖΤ墊所能達成的效果。 第27圖顯示根據第26圖内所示TS/PZT具體實施例之 迷你壓電馬達具體實施例PCK1。基本齒型結構27〇ι具 有新增至齒型結構2701每一切面上的平pZT墊27〇2。 當與圓柱中心件2703(在此實例中為螺紋中心件）結合 時’顯示產生的馬達組合2704。 PCK2具體實施例（未顯示）表示第％圖和第27圖内所 示結構之變化，並且以類似於第14圖和第23圖的方法， 利用將切面數量從八個減少為四個，並利用平共平面雙 電極PZT塾固^至齒型結構内與外周圍表面上的每一切 面來建立。 第28圖顯示使用安裝托架28〇1安裴ρκι π” i迷你 壓電馬達’該托架可具有鰭片或凸緣（未顯示）作為轉子 (TCP) 2802的強制停止器。另外包含爽環2803,其將馬 20 201108566 達組合抵住安裝托架2801 β圖式也顯示如何往軸方向致 動裝配到轉子2802的相機鏡頭28〇4來 對於這種⑽U達組態而言，安裝凸片雇來十固、定 齒型結構2805 (當成；^子），而允許轉子2謝轉動。轉 子2802上的螺旋螺紋旋轉時可提供線性移動藉此軸向 移動相機鏡頭2804來影響自動對焦功能。此處顯示的強 制停止凸片謂實施為定子上的延伸齒。也可另外實施 為固定至安裝托架2801的強制停止凸片。 第29圖顯示在定子2902上具有強制停止凸片2904 決定轉子2903行進限制的⑻⑽丨迷你壓電馬達。 第30圖顯示使用安裝碟片3〇〇1來安裝船¥2迷 你壓電馬達’料Μ作為料繼㈣制停止器，其 中Type 2馬達為齒型結構，時顯示馬達的外殼3刪。 第30圖也顯示如何致動裝配到轉子3〇〇2的相機鏡頭 004來達到自動對焦。圓柱螺紋令心件（TCP)結構则5 藉由固定至安裝碟片3_而維持靜止，因此作為此Type 2馬達組態的定子。 上面本發明較佳具體實施例的說明僅用於引例以及說 明’並非用於窮盡或限制本發明於所揭示之精確形式 中。精通相關技術的人士將瞭解許多修改與變化，例如： 本發明具體實施例内執行的步驟可用其他順序執行、某 些步驟可省略並且可新增其他步驟。具體實施例經 I S] 21 201108566 擇與說明以便最佳闡述本發明原理及其實施應用，藉此 讓其他精通此技術的人士透過許多具體實施例以及適合 特定使用期待的許多修改，對本發明有最佳瞭解。吾人 瞭解本發明範疇由申請專利範園及其均等物所定義。 【圖式簡單說明】 精通此技術之人士詳讀下列本發明特定具體實施例的 說明以及附圖之後，將可瞭解本發明的這些及其它態樣 與特徵，其中： 第1圖顯示使用弧形pzt元件的先前技術PZT馬達。 第2圖顯示本發明的ρκ 1具體實施例，說明稍後會固 定複數個正確極性之ΡΖΤ元件的環狀或圓柱齒型結構 (Teethed Structure > TS)。 第3圖顯示PK1具體實施例，包含具有固定至切面之 八個單電極PZT平元件或墊的環狀齒型結構。 第4圖顯示位於齒型結構内部的圓柱螺紋中心件 (Threaded Center Piece ’ TCP)結構’像是第3圖内顯示 的PK1具體實施例》 第5圖顯示根據第3圖内所示齒型結構的迷你壓電馬 達具體實施例PK1之組件。 第ό圖顯示在固定PZT墊之下齒型結構的變形，以及 如何使用駐波方法電驅動來往第一方向旋轉。 [S1 22 201108566 第7圖顯示在固定ρζτ墊之下齒型結構的變形，以及 如何使用W皮方法電驅動來往第二方向旋轉。 第8圖顯示在固定Ρζτ墊之下齒型結構的變形以及 如何使用行進波方法來電驅動。 第9圖顯示環狀齒形結構的pK1〜f具體實施例，其内 與外周圍表面都切成平切面。 第10圖顯示PKl_f齒型結構，其中八個單電極ρζτ 疋件/墊已經固定至外周圍表面上的切面。 第11圖顯示迷你壓電馬達的PK1—f具體實施例。 第12圖顯示在外周圍表面上具有4個切面以及四個共 平面雙電極PZT元件，形成8極變形結構的齒型結構之 PK2具體實施例。 第13圖顯示根據第12圖内所示之TS/ΡΖΤ具體實施例 之迷你壓電馬達具體實施例ΡΚ2。 第14圖顯示具有四個切面以及四個雙電極ρζτ元 件，形成一個8極變形結構的PK2_f齒型結構之具體實 名例。 第15圖顯示根據第14圖内所示TS/PZT具體實施例之 迷你壓電馬達具體實施例PK2_f。 第16圖顯示環狀齒型結構的CK1具體實施例，其外 周圍表面為圓形並且内周圍表面切成平切面，切面上固 定複數個適當極性的PZT元件或墊，形成當由特定振幅 23 201108566 與頻率的適當控制信號驅動時變形之結構。 第17圖顯示如第16圖内CK1具體實施例的齒型結 構’其具有八個單電極PZT元件，該八個單電極ρζτ元 件固疋至齒型結構内周圍表面上的切面，形成一個8極 變形結構。 第18圖顯示根據第17圖内所示之TS/pzT具體實施例 之迷你壓電馬達具體實施例CK1。 第19圖顯示齒型結構的CKl—f具體實施例，以及八個 單電極PZT元件1902,其形成一個8極變形結構。在此 齒型結構的外周圍表面與内周圍表面都為切面。 第20圖顯示根據第19圖内所示TS/pzT具體實施例之 迷你壓電馬達具體實施例CK1 一f。 第21圖顯示齒型結構的CK2具體實施例，其中四個 雙電極PZT共平面元件固定至環狀齒型結構内周圍表面 上，藉此形成一個8極變形結構。 第22圖顯不根據第21圖内所示TS/pZT具體實施例之 迷你壓電馬達具體實施例CK2。 第23圖顯示齒型結構的CK2_f具體實施例，其中四個 雙電極共平面PZT元件固定至環狀齒型結構内周圍表面 上，藉此形成-個8極變形結構。在此具體實施例内， 環狀齒型結構的内周圍表面與外周圍表面都為切面。 第24圖顯示根據第23圖内所示TS/pzT具體實施例之 [S ] 24 201108566 迷你壓電馬達具體實施例CK2_f。 第25圖顯示之前在第3圖、第1〇圖、第圖、第 14圖、第17圖、第19圖、第21圖和第23圖内所說明 八個環狀齒型結構及固定的PZT元件之具體實施例。想 像所顯示的每一具體實施例，該具體實施例的共振頻率 由有限元件分析與模擬來決定。 第26圖顯示環狀齒形結構2601的PCK1具體實施例， 該環狀齒型結構的内與外周圍表面都為切面。 第27圖顯示根據第26圖内所示TS/pzT具體實施例之 迷你壓電馬達具體實施例PCK1。 第28圖顯示使用安裝托架安裝pKl Type 1迷你壓電 馬達。 第29圖顯示在定子上具有強制停止凸片來決定限制 轉子行進的PKl Type 1迷你壓電馬達。 第30圖顯示使用也當作轉子強制停止器的安裝碟片 來安裝PKl Type 2迷你壓電馬達。 【主要元件符號說明】 2〇2外周園表面 203内表面 204齒型突出物 2〇5安裝點 101定子 1〇2環狀ρζτ材料 103弧形電極 201結構 201108566 301環狀齒型結構 302墊 401圓柱螺紋中心件結構 402螺紋 501基本齒型結構 502平PZT墊 503結構 5 04圓柱中心件 505組合 601齒型結構 602電壓來源波形信號 603接地 604連接 605齒「B」 606齒「D」 607齒「A」 608齒「C」 609正切力 701齒型（TS/PZT)結構 702信號 703接地 704連接 705齒「A」 706齒「C」 707齒「B」 708齒「D」 709正切力 801第一相位 802連接 8 0 3第二相位 804連接 805齒型結構 806外導電周圍表面 807接地 901環狀齒型結構 902外表面 903内表面 1001單電極PZT元件/墊 1002外周圍表面 1003齒型結構 1101基本齒型結構 1102 平 PZT 墊 1103結構 11 04圓柱中心件 1105組合 1201齒型結構

1202共平面雙電極PZT 元件 26 201108566 1301基本齒型結構 1805組合 1302 PZT 墊 1901齒型結構 1303結構 1902單電極PZT元件 1304圓柱中心件 1903外周圍表面 1305組合 1904内周圍表面 1401PK2_f齒型結構 2001基本齒钽結構 1402雙電極PZT元件 2002 平 PZT 墊 1403平切面 2003結構 1501基本齒型結構 2004圓柱中心件 1502 平 PZT 墊 2005組合 1503結構 2 101齒型結構 1504圓柱中心件 2102雙電極共平面PZT 1505組合 元件 1601環狀齒型結構 2201基本齒型結構 1602外周圍表面 2202 —對平雙電極共平 1603内周圍表面 面PZT墊 1604平切面 2203結構 1605齒型突出物 2204圓柱中心件 1701齒型結構 2205組合 1702單電極PZT元件 2301齒型結構 1801基本齒型結構 2302雙電極共平面PZT 1802 平 PZT 墊 元件 1803結構 2303内周圍表面 1804圓柱中心件 2304外周圍表面 i S] 27 201108566 2401基本齒型結構

2402平共平面雙電極PZT 墊 2403結構 2404圓柱中心件 2405組合 2501共振頻率 2601環狀齒型結構 2602 PZT 墊 2603 PZT 墊 2701基本齒型結構 2702 平 PZT 墊 2703圓柱中心件 2704馬達組合 2801安裝托架 2802轉子 2803夾環 2804相機鏡頭 2805齒型結構 2806安裝凸片 2807強制停止凸片 2901強制停止凸片 2902定子 2903轉子 3001安裝碟片 3002轉子 3003外殼 3004相機鏡頭 3005圓柱螺紋中心件結 構 28

Claims (1)

1. 201108566 七、申請專利範圍： 1. 一種壓電馬達，包含： 一彈性材料的環狀齒型結構，其具有向内突出的 齒型突出物並且在該外周圍表面上具有-導電表 面，其中該導電表面包含複數個平切面； 一壓電材料的平墊’在結構與電方面接合至每一 該等平切面，其中每一壓電材料墊包含該墊之兩平表 面上的電極； 一圓柱中心件結構，其放在該環狀齒型結構内， 該圓柱中心件結構與從該環狀齒型結構向内突出的 該突出物垂直接觸；以及 其中每-壓電材料墊都可由一電壓來源電驅 動，以便讓該環狀齒型結構進行橢圓變形，藉此導致 某些該等突出物中斷與該圓柱中心件結構的接觸，而 其他該等突出物仍舊與該圓柱中心件結構接觸而在 其上施加一正切力，導致該環狀齒型結構或該圓柱中 心件結構的該機械移動。 2·如申請專利範圍第丨項所述之馬達，其中該環狀齒型 結構的該内周圍表面並非切面。 3·如申請專利範圍第i項所述之馬達，其中該環狀齒型 結構的該内周圍表面包含與該外周圍表面相同數量 的切面。 [S] 29 201108566 如申S青專利範圍第1項所述之馬達，其中一半該壓電 材料的墊在一第一時間點上由一電壓來源共同驅 動’另一半該壓電材料的塾在一第二時間點上由一電 壓來源共同驅動。 5.如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該環狀齒型 結構包含一定子，該定子的該外表面上包含至少兩安 裝凸片’該等安裝凸片定位在壓電材料的墊之間。 6，如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該圓柱中心 件結構包含一轉子’並且其中一部分該突出物包含一 延伸’其作為一停止器來決定該轉子的該縮回部分。 7. 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該圓柱中心 件結構包含一轉子，並且包含一安裝板，其作為一停 止器來決定該轉子的該縮回部分。 8. 如申請專利範圍第7項所述之馬達，其中該安裝板包 含一中央孔讓光線通過該馬達中心。 9. 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中： 該環狀齒型結構包含四平切面；以及 將該壓電材料的平墊套用至該導電表面的每一 切面，該墊包含一對壓電材料的共平面區段，其中該 對内的每一區段都以類似於該對内的該其他區段來 極性化。 H)·如申請專利範圍第9項所述之馬達，其中該環狀齒型 [ 30 201108566 結構的該内周圍表面並非切面。 11. 如申請專利II圍第9項所述之馬達，其中該環狀齒型 結構的該内周圍表面包含四切面。 12. 如申請專利範圍第9項所述之馬達，其中一半該壓電 材料的區段在一第一時間點上由一電壓來源共同驅 動，另一半該壓電材料的區段在一第二時間點上由一 電壓來源共同驅動。 13. 如申請專利範圍第9項所述之馬達，其中該環狀齒型 結構包含一定子’並且該定子的該外表面上包含至少 兩安裝凸片，該安裝凸片定位在壓電材料的墊之間。 14. 如中請專利範圍第9項所述之馬達，其中糊柱中心 件結構包含一轉子’並且其中一部分至少一突出物包 含一延伸，其作為一停止器來決定該轉子的該縮回部 分。 15. 如中請專利範圍第9項所述之馬達，其中該圓柱中心 件結構包含-轉子，並且包含一安裝板，其作為一停 止器來決定該轉子的該縮回部分。 &如申請專利範圍第15項所述之馬達，其中該安裝板 包含一中央孔讓光線通過該馬達中心。 17. —種壓電馬達，包含： 一彈性材料的環狀齒型結構，其具有在該内周圍 表面上&導電表面，其中該導電表面包含複數個平 [S] 31 201108566 切面； 一壓電材料的平墊，在結構與電方面接合至每一 該等平切面，其中每一壓電材料墊包含該墊之兩平表 面上的電極； 一圓柱中心件結構，其放在該環狀齒型結構内’ 該圓柱中心件結構與從該環狀齒型結構向内突出的 突出物垂直接觸，該等突出物放在壓電材料的墊之 間；以及 其中每一壓電材料墊都可由一電壓來源電驅 動，以便讓該環狀齒型結構進行橢圓變形，藉此導致 某些該等突出物中斷與該圓柱中心件結構的接觸，而 其他該等突出物仍舊與該圓柱中心件結構接觸而在 其上施加一正切力，導致該環狀齒型結構或該圓柱中 〜件結構的該機械移動。 18 19. 如申請專利範圍第17項所述之馬達，其中該環狀齒 型結構的該外周圍表面並非切面。 如申請專利範圍第17項所述之馬達，其中該環狀齒 型結構㈣外關表面包含與㈣相表面相同數 量的切 面 τ Μ專利範圍第 雷& 丨4心馬建，其中一干钱魘 材料的墊在一第一時間點上由一 屋來源共同驅 ’另—半該壓電材料的墊在一第― 乐一時間點上由一電 I S3 32 20. 201108566 壓來源共同驅動。 21.如申請專利範圍第17項所述之馬達，其中該環狀齒 型結構包含-定子，該定子的該外表面上包含至少兩 安裝凸片。 22·如申請專利範圍第17項所述之馬達，其中該圓柱中 心件結構包含-轉子’並且其中一部分該突出物包含 一延伸，其作為一停止器來決定該#子的該縮回部 分。 23. 如申請專利範圍第17項所述之馬達，其中該__ 心件結構包含-轉子，並且包含—安裝板，其作為一 停止器來決定該轉子的該縮回部分。 24. 如申請專利範圍第23項所述之馬達，其中該安裝板 包含一中央孔讓光線通過該馬達_心。 25. 如申請專利範圍第17項所述之馬達，其中： 該環狀齒型結構包含四平切面；以及 該壓電材料的平塾套用i該導電表面的每一切 面’該墊&含一對壓電材料的共平面區段，其中該對 内的每一區段都以類似於該對内的該其㈣段來極 性化》 6.如申明專利範圍第25項所述之馬達，其中該環狀齒 型結構的該外周圍表面並非切面。 27.如申請專利範圍第25項所述之馬達，其中該環狀齒 33 I 201108566 型結構的該外周圍表面包含四切面。 28.如申請專利範園第25項所述之馬達，其中一半該壓 電材料的區段在-第-時間點上由—電㈣源共同 驅動，另-半該壓電材料的區段在一第二時間點上由 一電壓來源共同驅動。 29·如申請專利範圍第25項所述之馬達，其中該環狀齒 级結構包含一定子，該定早的兮· 士 疋卞涊疋子的該外表面上包含至少兩 安裝凸片。 30. 如申請專利範圍第25項所述之馬達，其中該圓柱中 心件結構包含一轉子’並且其，一部分至少一突出物 包含-延伸，其作為-停止器來決定該轉子的該縮回 部分。 31. 如申請專利範圍第25項所述之馬達，其中該圓柱中 心件結構包含—轉子，並且包含-安裝板’其作為-停止器來決定該轉子的該縮回部分。 32. 如申請專利範圍第31項所述之馬達，其中該安裝板 包含一中央孔讓光線通過該馬達中心。 33. —種壓電馬達，包含： —彈性材料的環狀齒型結構，其具有在該内與外 關表面上的導電表面，其中該導電表面包含複數個 爭切面； 一壓電材料的平墊，在結構與電方面接合至每一 201108566 該等平切面’其中每一壓電材料墊包含該墊之兩平表 面上的電極； 一圓柱中心件結構’其放在該環狀齒型結構内， 該圓柱中心件結構與從該環狀齒型結構向内突出的 突出物垂直接觸’該等突出物放在壓電材料的墊之 間；以及 其中母一壓電材料塾都可由一電壓來源電驅 動，以便讓該環狀齒型結構進行橢圓變形，藉此導致 某些該等突出物中斷與該圓柱中心件結構的接觸，而 其他該等突出物仍舊與該圓柱中心件結構接觸而在 其上施加一正切力，導致該環狀齒型結構或該圓柱中 心件結構的該機械移動。 34. 35. 如申請專利範圍第33項所述之馬達，其中一半該壓 電材料的塾在—第—時間點上由-電壓來源共同驅 動’另-半該壓電材料的塾在―第二時間點上由一電 壓來源共同驅動。 如申請專利範圍第33項所述之馬達，位於ρζτ塾之 間該環狀齒型結構的該外表面上包含至少兩安裝凸 片。 如申請專利範圍第33項所述 叮述之馬違，其中該圓柱中 心件結構包含一韓早祐 轉子並且其中一部分該突出物包含 一延伸’其作為一停止 > S1 柃止is來決疋該轉子的該縮回部 35 36. 201108566 分。 37. 如申請專利範圍第33項所述之馬達，其中該圓柱中 心件結構包含一轉子，並且包含一安裝板，其作為一 停止器來決定該轉子的該縮回部分。 38. 如申請專利範圍第37項所述之馬達，其中該安裝板 包含一中央孔讓光線通過該馬達中心。 39·如申請專利範圍第33項所述之馬達，其中： 該環狀齒型結構包含在該環狀齒型結構的該外 表面上之四平切面以及該内表面上之四平切面；以及 將該壓電材料的平墊套用至一導電表面的每一 切面，該墊包含一對壓電材料的共平面區段，其中該 對内每一區段都以類似於該對内的該其他區段來極 性化。 4〇.如中請專利範圍第39項所述之馬達，其中該環狀齒 型結構的該内與外周圍表面每一都包含四切面。 41. 如申請專利範圍第39項所述之馬達，其中一半該壓 電材料的區段在一第一時間點上由一電壓來源共同 驅動，另一半該壓電材料的區段在一第二時間點上由 一電壓來源共同驅動。 42. 如申請專利範圍第39項所述之馬達，其中該環狀齒 型結構包含一定子，位於PZT凸片之間的該定子之 該外表面上包含至少兩安裝凸片。 [S1 36 201108566 43.如申請專利範圍第μ 項所述之馬達，其中該圓柱中 心件結構包含一棘不，* n 1 並且其_一部分至少一突出物 包含一延伸，其作為— ^ 知止态來決定該轉子的該縮回 部分。 44. 如申請專利範圍第％ 哨听述之馬達，其中該圓柱中 '^件結構包含—棘+，廿B >4 a 吞 褥子並且包含—安裝板，其作為- 停止器來決定該轉子的該縮回部分^ 45. 如申請專利範圍第44項所述之馬達，其中該安裝板 包含一中央孔讓光線通過該馬達中心。 46. —種壓電馬達，包含·· 咖一彈性材料的環狀定子，其具有向内突出的齒型 突出物並且具有至少一導電周圍表面，其中該定子的 至少一周圍表面包含複數個平切面； 複數個壓電材料的平墊，在結構與電方面接合至 複數個平切面’其中每一壓電材料墊包含該墊之兩平 表面上的電極； 一放置在該定子内的轉子’該轉子與從該定子向 内突出的該等突出物垂直接觸；以及 其中每一壓電材料塾都可由一電壓來源電驅 動，以便讓該定子進行橢圓變形，藉此導致某些該等 突出物中斷與該轉子接觸，而其他該等突出物仍舊與 該轉子接觸而在其上施加一正切力，導致該轉子的該 201108566 機械移動。 47. 如申請專利範圍第46項所述之馬達，包含至少兩安 裝結構，其固定至該定子的該外表面。 48. 如申請專利範圍第47項所述之馬達，其中該安裝結 構包含彈簧結構，其模造或加工成為該定子構成的一 部分。 49. 如申請專利範圍第47項所述之馬達，其中該安裝結 構包含彈簧結構，其與該定子分開製造並且稍後固定 至該定子。

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