CN101068091B - 超小型化音圈电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超小型化音圈电机，通过对运动载座的径向尺寸简化设计、前后弹簧片的材料创新设计、后弹簧片左右分片的分体式设计、以及永磁单元的磁铁形状及分布的优化设计、壳体的前盖板和后盖板，前盖板之间简单的凸凹卡合设计实现了整体结构上的新突破。在保证功能特性的前提下，将电机的径向及轴向外形尺寸充分减少。采用此项设计的超小型化的音圈电机可以实现的最小外形尺寸可以达到8.3x8.3x4.0毫米(长x宽x高)。

Description

超小型化音圈电机

技术领域

本申请涉及一种音圈电机，尤其涉及用于手机及笔记本等便携式电子设备中自动对焦摄像模组中的超小型化音圈电机。本申请通过对电机关键零件的设计创新，在保证功能特性的前提下，将音圈电机的外形尺寸充分减少。

背景技术

目前用于手机和笔记本电脑的自动对焦摄像头模组普遍采用音圈电机作为其光学装置位移的动力单元。此前国内对此应用范畴的音圈电机的研发和量产为空白。而全球能实现工业生产也只有三家亚洲公司，他们的机构设计基本类似，如图1、2所示。涉及的零部件包括外壳1、2、运动载座5、电磁驱动单元6、永磁单元7和弹性支撑座3、8。另有电流输入引脚10、11，分别与弹性支撑座8、3焊接在一起，作为电流输入+/-端子。为避免电流+/-输入端子10、11之间，弹性支撑座8、3之间形成短路，定位片4和绝缘片9被设置在金属壳体72和弹性支撑座8、3之间。永磁体71设置在金属壳体72内，运动载座5通过弹性支撑座3、8安装在所述金属壳体72内，电磁驱动单元6固定在运动载座5上。

工作原理：当通过10、11，经由弹性支撑座8、3，向电磁驱动单元6通电时，永磁单元电流+/-输入端子7向所述电磁驱动单元6施加与所述弹性支撑座3、8向运动载座5相反的作用力，并在永磁单元7的作用下所述电磁驱动单元6带动所述运动载座5移动。通过调节电磁驱动单元6中导电线圈电流的强弱变化，从而实现运动载座5前后移动位移量的控制；通过借助磁场作用力和弹性支撑座3、8的机械回复力而使运动载座5回复到初始位置。因为其工作原理来源于音箱设计，而又以其中的通电导线圈作为动子，故名音圈电机。

由以上现有技术不难看出，虽然能够提供需要的线性位移，但存在着部件设计臃肿，很难在结构上进一步缩小空间的缺点和工艺实施性差，实际生产品质难保证的缺陷。例如：a)弹性支撑座3、8要与流+/-输入端子10、11焊接形成电路回路，尤其是与弹性支撑座8相连的端子10，要穿过音圈电机的内部结构，从另一端伸出，涉及零件数、焊接工序增多，又复杂，而直接导致不良几率增高；b)永磁单元7由4片89度弧度的瓦片状永磁体71设置在圆环形金属壳体72内组成，如图2所示。存在径向尺寸有效利用率低的缺陷。很难在此基础上进一步缩小空间。c)运动载座5需要为电磁驱动单元6中导电线圈的导线预留过线槽，或者鼓出凸起便于过线和导向。如图4(2)中’41和图4(3)中”41所示。此部件的臃肿设计直接导致音圈电机的整体径向尺寸。采用现有技术的音圈电机所能做到的最小尺寸为12x12x5.3毫米(长x宽x高)。而手机和笔记本电脑的自动对焦摄像头模组对动力单元的体积要求是越来越小、越来越薄。现有技术的以上缺陷，很大程度局限了其在手机和笔记本电脑的自动对焦摄像头模组领域的应用。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种结构简洁紧凑的超小型化的音圈电机，通过对电机关键零件的设计创新，在保证功能特性的前提下，将电机的外形尺寸充分减少。

为实现上述目的，本发明的超小型化的音圈电机，包括外壳、运动载座、导电线圈、永磁单元、绝缘片、前弹簧片和后弹簧片，运动载座被前、后弹簧片夹持，导电线圈固定在运动载座上，其特征在于，所述后弹簧片由两个彼此分开的左右分片构成，每一片分别折出引脚，作为电流+/-输入端子，所述绝缘片被设置在金属壳体和后弹簧片之间，当通过电流+/-输入端子，经由分体式后弹簧片的左右分片，向导电线圈通电时，在永磁单元的磁场力作用下，所述导电线圈带动运动载座移动，通过调节导电线圈中电流的强弱变化，从而实现运动载座前后移动位移量的精确控制；借助磁场作用力和前、后弹簧片的机械回复力的合力，使运动载座回复到初始位置。

由于后弹簧片的分体式设计，除承担轴向机械回复力和径向对中保证的功能，还由其左、右分片自带的引脚承担正、负极电流引导的功能。实现了只需从运动载座一端将线圈正、负极线尾与后弹簧片导通引出，为尽可能减少装置轴向尺寸提供可能。而不需要特别从运动载座中穿孔引出导线与其焊接，使结构简单，且直接从后弹簧片上弯出+/-输入端子，节省了焊接步骤，大大简化了安装工艺。

进一步，其中所述永磁单元包括四片弧形的片状永磁铁和金属壳体，片状永磁体设置在矩形带弧形倒角的金属壳体内的四角，永磁铁的外表面与金属壳体外壁的内表面切合。这种设计充分节省了径向空间。所述永磁体的磁力线方向为径向，通过提高磁铁材料等级，提高磁力强度，补偿由此产生的磁力削弱问题。

另外，所述运动载座为简单的配有内螺纹的圆筒，且后端带有凸台，用于与后弹簧片安装定位，以及隔开后弹簧片的两个分片，有效实现后弹簧片左右分片之间的绝缘功能。由于运动载座不需要设计有配合前弹簧片导电的导线槽，也不需要靠圆筒外壁凸起进行导向，所以进一步节省了径向空间。

进一步，其中的导电线圈由热固成型高温自粘铜导线绕制，套装固定在运动载座上，其机械位置位于由永磁铁和金属壳体外壁所构成的间隙内。

特别地，前、后弹簧片都是由铜、镍、锡合金材料制成的；该材料的硬度、弹性、加工工艺性、抗疲劳性、导电性、易上锡性等比较普通材料有非常明显的改善和提高。

此外，本发明的前弹簧片采用整片式设计，只承担轴向机械回复力和径向对中保证的功能，但不用其承担电流引导功能。

进一步，所述壳体包括前盖板和后盖板，前盖板和后盖板之间通过简单的凸凹卡合，配以胶水固定。进一步节省出径向及轴向空间。

综上所述，本发明通过对运动载座的径向尺寸简化设计、前后弹簧片的材料创新设计、后弹簧片左右分片的分体式设计、以及永磁单元的磁铁形状及分布的优化设计、壳体的前盖板和后盖板，前盖板之间简单的凸凹卡合设计实现了整体结构上的新突破。在保证功能特性的前提下，将电机的径向及轴向外形尺寸充分减少。采用此项设计的超小型化的音圈电机可以实现的最小外形尺寸可以达到8.3x8.3x4.0毫米(长x宽x高)。总体积只为现有音圈电机体积的35％。

附图说明

图1是现有技术音圈电机的机构示意图；

图2是现有技术音圈电机的机构分解示意图；

图3是本发明的结构分解示意图；

图4(1)-图4(3)是运动载座设计优点比较示意图；

图5是运动载座与导电线圈、前弹簧片、后弹簧片的结构示意图；

图6是前、后弹簧片的设计优点示意图；

图7是磁场单元设计优点示意图；

图8是前、后盖板安装设计优点示意图；

图9是前、后弹簧片所采用特制合金材料优点示意图；

具体实施方式

下面具体结合附图3-9，描述本发明的一个具体实施例。如图3所示，本发明包括：前、后盖板2、1、运动载座5、导电线圈6、永磁单元7和分体式前、后弹簧片8、3。绝缘片4被设置在金属壳体72和后弹簧3之间。4片40度弧度的片状永磁铁71设置在矩形带弧形倒角的金属壳体72内，组成永磁单元7；运动载座5被分体式前、后弹簧片8、3前、后夹持安装在所述金属壳体72内；环形导电线圈6由热固成型高温自粘铜导线绕制，套装固定在运动载座5上。其机械位置位于由磁铁71和金属壳体72外壁所构成的外侧间隙内。这样就形成了从磁铁71的N极开始，经过金属壳体72外壁、底壁、内壁，穿过线匝6，最后返回磁铁71的S极的一条闭合磁路，这也是本发明涉及的超小型化音圈电机需要的有效磁回路。分体式后弹簧片3被设计成左右两个分片结构，竖直折出左右输入端子31、32，分别和弹簧片3的左右两片连接，如图5、图6所示，作为电流+/-输入端子，。因前弹簧片8不起导电功能，故不需要绝缘片与金属壳体72隔开。

当通过电流+/-输入端子31、32，经由分体式后弹簧片3的左右分片，向导电线圈6通电时，永磁单元7向导电线圈6及其连带的运动载座5施加与所述前、后弹簧片8、3向运动载座5相反的磁场力，在永磁单元7的磁场力作用下，所述导电线圈6带动运动载座5移动。通过调节导电线圈6中电流的强弱变化，从而实现运动载座5前后移动位移量的精确控制；通过借助磁场作用力和前、后弹簧片8、3的机械回复力而使运动载座5回复到初始位置。

需要说明的是，在本实施例中，附图中相似或相同的零部件均采用相同的标号表示。这里需要特别阐明“前”与“后”的位置关系：本说明中所提到的“前”与“后”都是以附图的“右”与“左”或者“上”与“下”为对照。即：图中“右”或者“上”的方向为“前”方；“左”或者“下”的方向为“后”方。

前、后弹簧片8、3都是由特别开发的一种铜、镍、锡合金材料制成的；该材料的硬度、弹性、加工工艺性、抗疲劳性、导电性、易上锡性等比较普通材料有非常明显的改善和提高(参看附图9)。前、后弹簧片8、3具有同心结构的内外环缘，环缘靠凹凸卡位与运动载座5实现径向定位，靠前、后盖板2、1与绝缘片4的压合实现轴向定位；内外环缘之间靠极细的簧丝连接，组成网兜状弹性装置33，实现轴向同轴心弹力(参看图5、6)，当由于运动载座5前后移动而带动前、后弹簧片8、3的内环缘位移达到极限位置后，由前、后弹簧回复合力将运动载座5拉回初试位置，因此具备良好的轴向耐冲击性；所述前弹簧片8采用整片式设计，只承担轴向机械回复力和径向对中保证的功能，但不用其承担电流引导功能。故不需要特别从运动载座5中穿孔引出导线与其焊接；所述后弹簧片3采用创新的分片式设计。除承担轴向机械回复力和径向对中保证的功能，还由其左、右分片的输入端子31、32承担正、负极电流引导的功能。实现了只需从运动载座5一端将线圈6正、负极线尾与后弹簧片3导通直接引出，而不需要如背景技术中所述的，负极从前弹簧片8引出，穿过运动载座5，为减少装置轴向尺寸提供可能。

矩形带弧形倒角的金属壳体72采用铁磁性材料(例如不锈铁)制成。而磁铁71由稀土强性永磁材料制成。本装置采用四片40度弧度的片状永磁铁71径向吸附在金属壳体72特别设计的环槽形结构中(参看附图7)，其位置位于该环槽的四个角处，充分节省了因均匀排布所占用的径向空间。所述磁铁的磁力线方向为径向，通过提高磁铁材料等级，提高磁力强度，补偿由于体积减小而产生的磁力削弱问题。

运动载座5由电气绝缘材料(例如合成树脂等)制成；所述运动载座为简单的配有内螺纹的圆筒。因为不需要设计有配合前弹簧片导电的导线槽，也不需要靠圆筒外壁突起进行导向，所以可以尽可能的节省径向空间(参看附图4(1)中51)。所述运动载座后端特别设计有凸台(参看附图4(1)中52)。既起后弹簧片的安装定位功能，也可以有效隔开分体式后弹簧片，有效实现后弹簧片左右分片之间的绝缘功能。

绝缘片4由电气绝缘材料(例如合成树脂等)制成；前端面支撑固定磁场单元7，后端面压住后弹簧片3的外环缘。使二者之间导电绝缘。

前、后盖板2、1由电气绝缘材料(例如合成树脂等)制成，特别指出本发明提供了简单的凹凸位置卡合，配以胶结固定，分别分布在四个角连接处(可参看图8中12)。摒弃传统的倒扣设计可以充分节省出径向及轴向空间。可以容纳前述运动载座5、固定永磁场单元7、前、后弹簧8、3、绝缘片4，并将它们紧密卡合在一起。即方便了批量生产的快速对位操作，也使整个装置的结构更得紧密、更牢靠。

综上所述，本发明涉及的超小型化音圈电机，通过对运动载座的径向尺寸简化设计、前后弹簧片的材料创新设计、后弹簧片左右分片的分体式设计、以及永磁单元的磁铁形状及分布的优化设计、壳体的前盖板和后盖板，前盖板之间简单的凸凹卡合设计实现了整体结构上的新突破。在保证功能特性的前提下，将电机的径向及轴向外形尺寸充分减少。采用此项设计的超小型化的音圈电机可以实现的最小外形尺寸可以达到8.3x8.3x4.0mm(长x宽x高)，总体积只为现有音圈电机体积的35％。

以上所描述的仅是本发明的一种实施情况，本发明并不局限于上述具体实施例形态，本领域普通技术人员在不脱离本发明的主旨下所作的任何形态上的变化和/或改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种超小型化的音圈电机，包括外壳、运动载座、导电线圈、永磁单元、绝缘片、前弹簧片和后弹簧片，运动载座被前、后弹簧片夹持，导电线圈固定在运动载座上，其特征在于，所述后弹簧片由两个彼此分开的左右分片构成，每一片分别折出引脚，作为电流+/-输入端子，所述绝缘片被设置在金属壳体和后弹簧片之间，当通过电流+/-输入端子，经由分体式后弹簧片的左右分片，向导电线圈通电时，在永磁单元的磁场力作用下，所述导电线圈带动运动载座移动，通过调节导电线圈中电流的强弱变化，从而实现运动载座前后移动位移量的精确控制；借助磁场作用力和前、后弹簧片的机械回复力的合力，使运动载座回复到初始位置；其中所述永磁单元进一步包括四片弧形的片状永磁铁和金属壳体，片状永磁体设置在矩形带弧形倒角的金属壳体内的四角，永磁铁的外表面与金属壳体外壁的内表面切合。

2.根据权利要求1所述的超小型化音圈电机，其特征在于：所述运动载座为配有内螺纹的圆筒，且后端带有凸台，用于与后弹簧片安装定位，以及隔开后弹簧片的两个分片，有效实现后弹簧片左右分片之间的绝缘功能。

3.根据权利要求2所述的超小型化音圈电机，其特征在于：前、后弹簧片都是由铜、镍、锡合金材料制成的。

4.根据权利要求3所述的超小型化音圈电机，其特征在于：所述前弹簧片采用整片式设计，只承担轴向机械回复力和径向对中保证的功能，但不用其承担电流引导功能。

5.根据权利要求4所述的超小型化音圈电机，其特征在于：所述壳体包括前盖板和后盖板，前盖板和后盖板之间通过简单的凸凹卡合，配以胶水固定。

6.根据权利要求2-5任意一项所述的超小型化音圈电机，其特征在于：弧形的片状永磁铁的弧度为40度。

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