驱动装置及器件制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机电领域，具体涉及一种驱动装置及器件制作方法。
【背景技术】
[0002]驱动装置是一类进行能量传递和/或转换的装置，例如电机，由于发电机与电动机的可逆性，本文中所称电机既包括发电机也包括电动机，或者是具有双重功能的可逆电机。驱动装置具有丰富的种类，但通常都具有定子和动子，本文中，将装置中运动的部件称为动子，将装置中相对固定的部件称为定子。在一些驱动装置中，动子和定子通过形变连接件连接在一起，一种简单的例子是直线型音圈马达(VCM，Voice Coil Motor)，其在光学领域，例如在手机摄像头自动对焦模组中，得到了广泛的应用。
[0003]音圈马达的基本结构可参考图1，通常包括定子11，动子12和充当形变连接件的弹簧13，弹簧连接动子和定子，负载(未图示)固定安装于动子。图1中，定子为永磁体，驱动线圈121缠绕于动子上。驱动线圈通电后，动子在定子的磁场作用下直线移动，反向的运动可以通过加反向电流或者利用弹簧的复原力来实现。在另外的情况下，也可以设置动子为永磁体，而驱动线圈则可作为定子的一部分。
[0004]采用上述结构的音圈马达，通过驱动线圈产生的电磁力与弹簧的弹力之间的平衡来对负载的位置进行精确定位，例如将对焦镜头移动到所需要的位置。通常，在工作区间内，弹簧的弹力与其位移成正比，这使得动子的位移越大，所需要的电磁力也就越大，驱动线圈的电流也越大。如果动子需要长时间保持在某个固定的位置，例如实现对焦的位置，则驱动线圈的电流也需要长时间保持，使得音圈马达具有较大的静态保持功耗。由于上述原因，音圈马达通常适用于短行程的应用，例如对焦，而对于行程较长的应用，例如变焦，则由于功耗过高而难以实现。
【发明内容】
[0005]依据本发明的一方面提供一种驱动装置，包括定子，动子和形变连接件，动子通过形变连接件与定子连接，在尚未施加外源驱动力的情况下，形变连接件保持于受力平衡位置χΟ，形变连接件的受力包括形变连接件的形变力以及与之方向相反的第一原生力，而外源驱动力驱动动子或形变连接件产生形变使得动子相对于定子发生位置变化。
[0006]依据本发明的另一方面提供一种器件制作方法，包括制作定子，动子和形变连接件，动子通过形变连接件与定子连接，在施加外源驱动力之前，施加第一原生力于形变连接件，使得形变连接件在包括自身的形变力以及与之方向相反的第一原生力的作用下保持于受力平衡位置χθ，之后，外源驱动力用于驱动动子或形变连接件产生形变使得动子相对于定子发生位置变化。
[0007]依据本发明的驱动装置，由于预先在一对不消耗外部能源的力，即形变连接件的形变力与第一原生力的作用下保持平衡，使得当驱动装置工作在平衡点附近时，只需要较小的外源驱动力，从而降低了功耗或提高了外源驱动力的使用效率。
[0008]以下结合附图，对依据本发明的具体示例进行详细说明。
【附图说明】
[0009]图1是现有首圈马达的一种结构不意图；
图2是依据本发明的驱动装置的一种等效结构示意图；
图3是实施例1.1的可变电容器的结构示意图；
图4是实施例1.2的可变焦距镜头的结构示意图；
图5是实施例1.3的自然能源发电机的结构示意图；
图6是实施例1.3的电动机的结构示意图；
图7是依据本发明的音圈马达的一种等效结构示意图；
图8是依据本发明的一种4层印刷电路的绕线方式示意图；
图9是依据本发明的另一种4层印刷电路的绕线方式示意图；
图10是依据本发明的多环链式线圈示意图；
图11是实施例2.1的音圈马达的结构示意图；
图12是实施例2.2的音圈马达的结构示意图；
图13是实施例2.3的音圈马达的结构示意图；
图14是实施例2.4的音圈马达的结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]依据本发明的一方面的驱动装置的一种等效结构可参照图2，包括定子21，动子22和形变连接件23，动子通过形变连接件与定子连接，不失一般性地，图2中示出的形变连接件为立体螺旋状弹簧，在具体实施时，可根据实际需要采用各种不同形式的形变连接件，只要其能提供与形变量正相关的力即可。例如，形变连接件可采用基于弹性形变产生弹力的弹黃、弹片等。
[0011]在尚未施加外源驱动力的情况下，形变连接件保持于受力平衡位置xO，形变连接件的受力包括形变连接件的形变力Fl以及与之方向相反的第一原生力F2。
[0012]其中，外源驱动力用于驱动形变连接件产生形变，使得动子相对于定子发生位置变化。外源驱动力为消耗外部能量而产生的力，所称外部能量包括自然能源，例如水能，风能，潮汐能，太阳能等，也包括转换后的能源，例如电能、机械动能。外源驱动力可表现为外部能源直接作用于驱动装置的形式，例如水力或风力直接对驱动装置的受力部件产生推力或压力，也可以间接作用于驱动装置，例如通过传动的方式将机械力传导至受力部件得到的传动机械力。外源驱动力还可以是外部能量经过能量形式转换后获得的力，例如电磁力或电能转换为机械能后得到的电致机械力。
[0013]形变力为与形变连接件的形变量正相关的力，第一原生力为不消耗外部能源而预先客观存在的力。所使用的第一原生力可以有各种可能的形式，例如磁体之间的相互吸引或排斥的磁力，万有引力，预置形变产生的形变力，预置流体或气体的压力，电场力，例如极性相反或相同的电荷之间的吸引或排斥的静电力或磁场产生的电场力等。第一原生力与动子相对于定子的位置(动子相对于定子的位置通常同时反映形变连接件的形变量)有关，但方向与形变力相反。为了达到节能的目的，除方向应与形变连接件的形变力相反外，第一原生力最好也应与形变连接件的形变量成正相关(例如,下面所述的k2 > O)。本领域技术人员能够理解，可以根据所使用的第一原生力的类型对驱动装置进行相应的配置，例如布置适当的磁体或电荷等，以产生所需要的第一原生力。
[0014]因此，依据本发明的另一方面，提供一种器件制作方法，包括制作定子，动子和形变连接件，动子通过形变连接件与定子连接，在施加外源驱动力之前，施加第一原生力于形变连接件，使得形变连接件在包括自身的形变力以及与之方向相反的第一原生力的作用下保持于受力平衡位置xO。
[0015]简明起见，以下将形变力与形变量的关联系数称为变化系数kl，将第一原生力与形变位置的关联系数称为变化系数k2。不失一般性地，在受力平衡位置xO附近，可以将形变力Fl及第一原生力F2的变化关系简化表述为:
Fl = kl*x，
F2 = FO + k2*x，
其中，X为以形变连接件的形变量为O的位置作为原点的位置变量(显然，X同时也表示形变量)，FO为形变连接件在形变量为O的位置所受的第一原生力的大小，kl可以是常数，例如弹簧工作于线性区中的情形，也可以是随位置的变化值，即非线性的情形，k2同样可以是常数或变化值，kl和k2方向相反，符号相同。
[0016]由上即可获得形变连接件在Fl和F2共同作用下的受力平衡位置xO:
FO + k2*x0 = kl*x0,
xO = FO / (kl — k2)，
由此可知，当驱动装置工作在受力平衡位置xO附近时，外源驱动力所需要克服的形变连接件的等效变化系数仅为(kl - k2)，小于未施加第一原生力时的变化系数kl，因此可以降低能耗。一般而言，kl大于k2，当然，若k2大于kl CxO将等于最大形变量，外源驱动力将用来对抗第一原生力与形变连接件的最大形变力的差值)，也是可以的，只要k2-kl〈kl同样能降低外源驱动力的能耗。
[0017]在一种优选的实施方式中，受力平衡位置xO可位于形变连接件的工作区间的两个端点之一或之间，即可实现相应工作状态的零功耗保持。所称形变连接件的工作区间是指动子的行程范围[xa，xb]。对于大多数应用情况而言，xO可优选设置为xa或xb或(xa+xb) /2，具体可根据动子的运动规律和优化目标来确定。
[0018]依据本发明的器件制作方法可以制作可控器件，其中，外源驱动力用于作为控制输入，形变连接件的形变或形变导致的效果用于作为输出或被控制的状态变量。以下举出几种具体的例子进行示例性说明。
[0019]实施例1.1
一种可变电容器的制造方法，定子和动子分别包括具有相反或相同极性电荷的第一电极和第二电极，形变连接件为弹簧片，第一原生力包括第一电极与第二电极之间的静电吸引力或排斥力，定子与动子之间还包括压电陶瓷或记忆金属，外源驱动力包括压电陶瓷或记忆金属通电后产生的形变力，弹簧片的制作采用高介电常数材料，其外表有绝缘涂层，或可与压电陶瓷或记忆金属集成为一体。
[0020]第一原生力为静电力，仅在产生漏电的情况下需要补充，基本上不消耗外部能源。按照上述方法制作的一种驱动装置(可变电容器)可参考图3，其中，负极金属片311充当定子，正极金属片32充当动子，压电陶瓷片或记忆金属312与金属片之间的弹簧片33充当形变连接件。
[0021]当正极与负极金属片上预先施加较高的电压时，正极金属片与负极金属片之间将产生吸引力(第一原生力)，这个吸引力随着两极之间的距离缩小而增大，并符合kl-k2 <kl的要求。当压