CN106461905A - 音圈马达及调焦镜头 - Google Patents
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Abstract
一种音圈马达及相应的调焦镜头，其中动子组件(22)通过弹性连接件(23)与定子组件(21)连接，定子套筒(211)套设于动子套筒(221)，定子套筒(211)与动子套筒(221)之一为永磁材料套筒，另一为非磁材料套筒，且非磁材料套筒所属的组件还包括预磁力件(222)和驱动线圈(223)。预磁力件(222)采用永磁或受磁材料制成，相对于非磁材料套筒固定。由于预磁力件(222)与永磁材料套筒之间预先存在的磁力，在不通电的情况下，使弹性连接件(23)处于受力平衡状态，使得驱动弹性连接件(23)的运动只需要更小的电磁力，相应减小驱动电流，降低功耗。
Description
本发明涉及电机领域，具体涉及一种直线型音圈马达及其在变焦镜头中的应用。
音圈马达（VCM, Voice Coil
Motor）是一种比较简单的电机，其中直线型音圈马达在光学领域，例如在手机摄像头自动对焦模组中，得到了广泛的应用。简明起见，以下将音圈马达中运动的部分称为动子组件，相对固定的部分称为定子组件。
音圈马达的基本结构可参考图1，通常包括定子11，动子12和弹性连接件13，弹性连接件连接动子和定子，负载（未图示）固定安装于动子。图1中，定子为永磁体，动子组件中包括缠绕于动子上的驱动线圈123。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性连接件的复原力来实现。在另一种情况下，也可以将动子设置为永磁体，而将驱动线圈包含在定子组件中。
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性连接件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，弹性连接件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。
依据本发明提供一种音圈马达，包括定子组件，动子组件和弹性连接件，动子组件通过弹性连接件与定子组件连接，定子组件包括定子套筒，动子组件包括与定子套筒套设的动子套筒，定子套筒与动子套筒之一为永磁材料套筒，另一为非磁材料套筒，且非磁材料套筒所属的组件还包括预磁力件和驱动线圈，预磁力件采用永磁或受磁材料制成，相对于非磁材料套筒固定，驱动线圈设置于非磁材料套筒的内表面或外表面，当驱动线圈未通电时，预磁力件与永磁材料套筒之间预先存在的磁力与弹性连接件的弹力达成平衡。
依据本发明的音圈马达，通过预先存在的磁力，在不通电的情况下即使得弹性连接件处于受力平衡状态，且该预先存在的磁力使得驱动弹性连接件的运动只需要更小的电磁力，相应减小驱动电流，降低功耗。
以下结合附图，对依据本发明的具体示例进行详细说明。
图1是现有音圈马达的一种结构示意图；
图2是依据本发明的音圈马达的一种等效结构示意图；
图3是实施例1的音圈马达的结构示意图；
图4是实施例2的音圈马达的结构示意图；
图5是实施例3的音圈马达的结构示意图；
图6是实施例4的音圈马达的结构示意图。
依据本发明的音圈马达的一种等效结构可参照图2，包括定子组件21，动子组件22和弹性连接件23，动子组件通过弹性连接件与定子组件连接。
定子组件是相对固定的，包括定子套筒211，定子套筒可以固定在例如基板、底座等部件（未图示）上，或者固定在该音圈马达安装处的其他固定组件上。
动子组件包括动子套筒221，与定子套筒套设。在某些应用中，例如用于光学变焦和调焦，动子套筒与定子套筒最好同轴套设。并且为了更好地保持轴向运动过程中光轴的稳定性，定子套筒优选地与动子套筒紧密嵌套，接触面为光滑面。具体实现时，定子套筒可以套设在动子套筒之外也可以套设在动子套筒之内，可根据设计需要来确定。
不失一般性地，弹性连接件可以采用螺旋状弹簧，也可以采用其它形式，例如采用金属蚀刻工艺制作的平面弹簧片等。
依据本发明，定子套筒与动子套筒之一为永磁材料套筒，另一为非磁材料套筒；并且非磁材料套筒所属的组件还包括预磁力件和驱动线圈。例如，在图2中，定子套筒为永磁材料套筒，而动子套筒为非磁材料套筒，因此动子组件还包括预磁力件222和驱动线圈223。当然，也可以是定子套筒为非磁材料套筒，而动子套筒为永磁材料套筒，这种情况下，定子组件中还包括预磁力件和驱动线圈。
预磁力件采用永磁或受磁材料制成，相对于非磁材料套筒固定。例如，若动子套筒为非磁材料套筒，预磁力件可以是同轴设置的磁环，固定在动子套筒的一端，如图2所示；又如，若定子套筒为非磁材料套筒，预磁力件可以固定在定子套筒上，或者固定在定子组件中的其他部件，例如基板、底座上。在一些实施例中，预磁力件也可以以离散的形式设置，例如间隔式的嵌入或固定在非磁材料套筒上，只要其能够与永磁材料套筒产生预先存在的磁力即可。
驱动线圈设置于非磁材料套筒的内表面或外表面。例如，图2中，驱动线圈设置于动子套筒的外壁，紧贴定子套筒的内壁。驱动线圈可采用绝缘包覆线绕制而成，例如，采用漆包线绕制而成；或者也可以采用单层或多层柔性印刷电路板（FPC,
Flexi ble Printed
Circuit）制成，以印刷线路代替绕线，省去了绕线的困难（尤其是用作光学调焦的音圈马达的尺寸通常不会很大），安装更为简便。
此外，在用于调焦镜头进行光学变焦和调焦时，通常会将需要运动的镜头组固定在动子组件上，例如，参考图2，将镜头组225固定在磁环上。在其他实施例中，也可以将镜头组安装在镜头支撑件上，再将镜头支撑件连接到动子组件。
当驱动线圈未通电时，预磁力件与永磁材料套筒之间预先存在的磁力（可以为吸引或排斥的磁力）引起连接动子组件与定子组件的弹性连接件发生形变，并与所产生的弹力达成平衡，使得弹性连接件预先处于受力平衡状态。因此，可以将弹性连接件预先保持平衡的位置设置为其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。并且弹性连接件偏离该受力平衡位置所需的功耗也较未施加“预先存在的磁力”时更小，使得在用于光学调焦时，具有功耗低、行程大的优点。有关预先存在的磁力使得弹性连接件的驱动功耗降低的详细理论分析可参考申请号为CN201310748592.0的中国发明专利申请。
当驱动线圈通电时，线圈与永磁材料套筒及预磁力件之间将产生作用力，进而改变“预先存在的磁力”与弹力之间的平衡，从而驱动动子组件沿轴向运动。以下概念性地说明永磁材料套筒与驱动线圈之间的作用力的情况：
永磁材料套筒的磁化方向可以有两种情况，一种为径向磁化，即套筒的内外表面分别为南极和北极之一，一种为轴向磁化，即套筒的上下两端分别为南极和北极之一；
当永磁材料套筒的磁化方向为径向磁化时，当驱动线圈通电时，线圈与永磁材料套筒之间将产生轴向的电磁力（洛伦兹力），从而推动动子组件上下移动；
当永磁材料套筒的磁化方向为轴向磁化时，当驱动线圈通电时，线圈与永磁材料套筒之间的磁场力将沿径向方向，但因圆周的对称性而相互抵消。但是，线圈产生的磁场，将与永磁材料套筒的磁场方向相同或相反，因此电流产生的磁场将与永磁材料套筒的磁场相增或相消，从而增大或减小永磁材料套筒与预磁力件之间的作用力，
通过破坏“预先存在的磁力”与弹力之间的平衡而实现动子组件的运动。
优选地，弹性连接件可采用受磁材料制成，例如钢或铁磁材料，可以达到传递永磁材料套筒与预磁力件之间的磁力的效果，有助于减小动子组件的重量。
如上所述，依据本发明的音圈马达可以有各种具体的结构变化，例如定子套筒与动子套筒的相对位置可以互换，又如永磁材料套筒的磁化方向可以是径向或轴向，再如预磁力件可以设置于定子组件也可以设置于动子组件，这些不同的变化可以彼此结合，获得各种不同的具体实现方式。以下通过具体实施例来对依据本发明的音圈马达进行举例说明。
实施例1
依据本发明的音圈马达的一种实施方式可参考图3，包括定子组件31，动子组件32和弹性连接件33。其中，定子组件包括定子套筒311和基板316，定子套筒为永磁材料套筒；动子组件包括动子套筒321、预磁力磁环322和驱动线圈323，动子套筒为非磁材料套筒。
本实施例中，为获得更紧凑的结构，简化电气连接，基板优选为印刷电路板（PCB，Print Circuit
Board）。定子套筒固定在基板上。
动子套筒同轴紧密嵌套在定子套筒内，驱动线圈设置在动子套筒的外侧，紧贴定子套筒的内壁，预磁力磁环固定在动子套筒远离基板的一端，弹性连接件连接于预磁力磁环与动子套筒远离基板的一端之间。
由于PCB基板上可布设电路，本实施例中，驱动线圈通过引针3231直接与基板刚性或塑性连接，以接入驱动电路中。
本实施例音圈马达可用于具有调焦功能的镜头，例如自动对焦镜头模组，因此，PCB基板上可进一步安装感光芯片34，并且，动子组件可进一步包括镜头支撑件324，用于支撑镜头组325，镜头支撑件相对于动子套筒固定。优选地，为便于在安装时调整驱动线圈不通电时弹性连接件的受力平衡位置的镜头焦距，镜头支撑件与动子套筒可采用螺纹配合。
图3中，N和S分别代表定子套筒的可选的磁极的方向。如图中所示，定子套筒的磁化方向既可以是径向（定子套筒的内外表面分别为南极或北极），也可以是轴向（定子套筒的上、下端分别为南极或北极）。根据本实施例的结构，定子套筒的磁化方向可优选为径向。
实施例2
依据本发明的音圈马达的另一种实施方式可参考图4，包括定子组件41，动子组件42和弹性连接件43。其中，定子组件包括定子套筒411、PCB基板416、预磁力磁环412和驱动线圈413，定子套筒为非磁材料套筒；动子组件包括动子套筒421和镜头支撑件424，动子套筒为永磁材料套筒。本实施例与实施例1相比，主要区别在于动子套筒为永磁材料套筒。
本实施例中，定子套筒和预磁力磁环固定在PCB基板上，驱动线圈设置在定子套筒的内侧，紧贴动子套筒的外壁，动子套筒同轴紧密嵌套在定子套筒内，弹性连接件连接于预磁力磁环与动子套筒靠近PCB基板的一端之间。由于驱动线圈设置于定子组件，可以直接插在PCB基板上以与电路连接。镜头支撑件与动子套筒之间采用螺纹配合，用于安装时的焦距调整，。
本实施例音圈马达可用于调焦镜头，因此，PCB基板上可进一步安装感光芯片44，调焦镜头组425可安装于镜头支撑件，并且还可进一步设置定焦镜头组415，固定在定子套筒上。
图4中，N和S分别代表动子套筒的可选的磁极的方向。如图中所示，动子套筒的磁化方向既可以是径向，也可以是轴向。根据本实施例的结构，动子套筒的磁化方向可优选为轴向。
实施例3
依据本发明的音圈马达的另一种实施方式可参考图5，包括定子组件51，动子组件52和弹性连接件53。其中，定子组件包括定子套筒511、PCB基板516、预磁力磁环512和驱动线圈513，定子套筒为非磁材料套筒；动子组件包括动子套筒521和镜头支撑件524，动子套筒为永磁材料套筒。本实施例与实施例2相比，主要区别在于定子套筒与动子套筒的位置互换。
本实施例中，定子套筒和预磁力磁环固定在PCB基板上，驱动线圈设置在定子套筒的外侧，紧贴动子套筒的内壁，动子套筒同轴紧密嵌套在定子套筒外，弹性连接件连接于预磁力磁环与动子套筒靠近PCB基板的一端之间。驱动线圈直接插在PCB基板上以与电路连接。镜头支撑件与动子套筒之间采用螺纹配合，用于安装时的焦距调整，。
本实施例音圈马达可用于调焦镜头，因此，PCB基板上可进一步安装感光芯片54，调焦镜头组525安装于镜头支撑件。
实施例4
依据本发明的音圈马达的另一种实施方式可参考图6，包括定子组件61，动子组件62和弹性连接件63。其中，定子组件包括定子套筒611和PCB基板616，定子套筒为永磁材料套筒；动子组件包括动子套筒621、预磁力磁环622和驱动线圈623，动子套筒为非磁材料套筒。本实施例与实施例1相比，主要区别在于定子套筒与动子套筒的位置互换、弹性连接件的安装位置不同且预磁力磁环的安装方式不同。
本实施例中，定子套筒固定在PCB基板上，动子套筒同轴紧密嵌套在定子套筒外，驱动线圈设置在动子套筒的外侧，通过引针6231直接与基板刚性或塑性连接，以接入驱动电路中。弹性连接件连接于基板与动子套筒靠近基板的一端之间。
本实施例中，预磁力磁环为中空磁环，同时承担镜头支撑件的功能，即用于支撑调焦镜头组625，预磁力磁环与动子套筒螺纹配合，用于安装时的焦距调整。这种优选的结构不仅节省了一个部件，而且使得加工和安装也更加简单。
本实施例音圈马达可用于调焦镜头，因此，PCB基板上可进一步安装感光芯片64，并且还可进一步设置定焦镜头组615，固定在定子套筒上。
在上述依据本发明的音圈马达的实施例中，只采用了6或7个部件（不包含PCB基板、感光芯片及可选的定焦镜头组），就实现了镜头的自动对焦或变焦，不仅装配简单，且调焦的行程大、功耗低，充分利用了采用“预先存在的磁力”与弹簧力达成平衡的优点，可称为一种超级音圈马达。
此外，可通过在上述实施例的音圈马达的外部，再嵌套一组或两组变焦镜头组，即可实现变焦镜头的功能。而在某些具有定焦镜头组的实施例（如实施例2或4）的外部再嵌套一组或两组变焦镜头组，即可实现具有四组镜头的变焦镜头。因此，依据本发明的音圈马达不仅可用于实现自动对焦镜头模组，还可用于作为变焦镜头中的对焦部分。
以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，应该理解，以上实施方式只是用于帮助理解本发明，而不应理解为对本发明的限制。对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，可以对上述具体实施方式进行变化。
Claims (11)
- 一种音圈马达，包括定子组件(21,31,41,51,61)，动子组件(22,32,42,52,62)和弹性连接件(23,33,43,53,63)，动子组件通过弹性连接件与定子组件连接，所述定子组件包括定子套筒(211,311,411,511,611)，所述动子组件包括动子套筒(221,321,421,521,621)，与定子套筒套设，其特征在于：所述定子套筒与动子套筒之一为永磁材料套筒(211,311,421,521,611)，另一为非磁材料套筒(221,321,411,511,621)；所述非磁材料套筒所属的组件还包括：预磁力件(222,322,412,512,622)，采用永磁或受磁材料制成，相对于所述非磁材料套筒固定，驱动线圈(223,323,413,513,623)，设置于所述非磁材料套筒的内表面或外表面，当所述驱动线圈未通电时，所述预磁力件与所述永磁材料套筒之间预先存在的磁力与所述弹性连接件的弹力达成平衡。
- 如权利要求1所述的音圈马达，其特征在于，所述永磁材料套筒的磁化方向为径向或轴向。
- 如权利要求1所述的音圈马达，其特征在于，所述定子套筒与动子套筒紧密嵌套，接触面为光滑面。
- 如权利要求1所述的音圈马达，其特征在于，所述弹性连接件采用受磁材料制成。
- 如权利要求1所述的音圈马达，其特征在于，所述驱动线圈采用绝缘包覆线绕制，或者采用单层或多层柔性印刷电路板FPC制成。
- 如权利要求1～5任意一项所述的音圈马达，其特征在于，所述定子组件还包括基板(316,416,516,616)，所述定子套筒固定在所述基板上。
- 如权利要求6所述的音圈马达，其特征在于，所述预磁力件固定在所述非磁材料套筒远离所述基板的一端，所述弹性连接件连接于所述预磁力件与所述永磁材料套筒远离所述基板的一端之间；或者，所述预磁力件固定在所述基板上，所述弹性连接件连接于所述预磁力件与所述永磁材料套筒靠近所述基板的一端之间。
- 如权利要求6所述的音圈马达，其特征在于，所述基板为印刷电路板PCB，所述驱动线圈通过引针(3231,6231)直接与所述基板刚性或塑性连接。
- 如权利要求1～5任意一项所述的音圈马达，其特征在于，所述动子组件还包括：镜头支撑件(324,424,524)，用于支撑镜头组，所述镜头支撑件与所述动子套筒螺纹配合，用于安装时的焦距调整。
- 如权利要求1～5任意一项所述的音圈马达，其特征在于，所述动子套筒为非磁材料套筒，所述预磁力件为中空磁环(622)，用于支撑镜头组，所述预磁力件与所述动子套筒螺纹配合，用于安装时的焦距调整。
- 一种调焦镜头，包括音圈马达，感光芯片(34,44,54,64)和调焦镜头组(325,425,525,625)，其特征在于，所述音圈马达具有权利要求6-9任意一项所述的结构，所述感光芯片固定在所述基板上，所述调焦镜头组安装于所述动子组件。
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