CN1119687C

CN1119687C - 一种线性电磁驱动装置及其在透镜调整中的使用

Info

Publication number: CN1119687C
Application number: CN94103599A
Authority: CN
Inventors: 坂本敏; 织茂进一
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-03-30
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2014-03-30
Also published as: EP0618664A2; CN1094820A; CA2120171C; KR940022111A; KR100282055B1; CA2120171A1; DE69405797D1; EP0618664B1; DE69405797T2; EP0618664A3; US5471100A

Abstract

一种线性电磁驱动装置，其包括由间隙隔开的内外框架板组成的大体为矩形管状的磁轭，至少一个磁体固定于内板或外板上以产生磁通量。一线圈架沿磁轭纵向伸入并置于间隙内。一从动件同轴地固定于线圈架上，它有开口容纳磁轭内板，当线圈受激励使线圈架移入间隙时，内框架板伸入并通过线圈且伸入并通过从动件开口。一固定轴平行于磁轭纵轴延伸；一轴承固定于线圈架构件上并向外伸出而接纳固定轴并可在轴上滑动。磁轭上至少一个角切去以形成敞开部分使轴承通过，以使线圈架在磁轭内滑动时不受阻挡。

Description

一种线性电磁驱动装置及其在透镜调整中的使用

本发明涉及到电磁驱动装置，更具体地说，涉及这样的装置，即这种装置具有体积小、重量轻的特点，并且在摄影机(摄像机)可以发现目前的应用是调整其中的透镜，例如用于变焦和/或聚焦的目的。

变焦和/或聚焦用的电动机驱动的透镜已被设计用于摄影机、电视摄像机、电子照相机及其类似设备中。在一种装置中，一个电动机被用来驱动一个安装有一透镜架的蜗杆，使透镜产生双向移动。这种结构的体积相当大、苯重而复杂；通常用于进行透镜的粗调移动(相对于细微移动)。因此，这种类型的仪器此前一直用于实现一电动机驱动的变焦操作，但通常并不用于实现一电动机驱动的聚焦操作。

其它类型的既能用于变焦又能用于聚焦的电动机驱动装置是利用被称为一音频线圈电动机的装置。已转让给本发明受让人的美国专利5,220,461描述了一个包括有一音频线圈电动机的电动机驱动的透镜组件装置。另一个包括有一音频线圈电动机的电动机驱动的透镜组件装置的例子示于附图1和图2中。这种组件装置在例如图3所示类型的电视摄像机的透镜筒中可找到具体的用途。在图1的透镜组件装置中，一个被称为前部透镜单元120的固定透镜与一个由一步进电动机122驱动的变焦透镜121配合动作。一个从变焦透镜121来的影像通过一光阑单元123到达一聚焦透镜单元125。变焦透镜121和光阑123的组合通常被称作一变焦单元126。聚焦单元125由一固定透镜124、一活动单元103和一支承在一外壳101中的固定单元102组成，活动单元103包括一个透镜，该透镜的位置可被调节到实现合适的聚焦。单元102和103组合构成一个音频线圈电动机，这将在下面予以说明。活动单元103包括可以在轴104a和104b上滑动的支承件，轴104a和104b安装在外壳101中，并沿着平行于音频线圈电动机的纵轴方向伸出。

步进电动机122被用于在一相当宽的范围内改变变焦透镜121的位置，以实现产生远距离摄影和广角成像作用的变焦功能。单元103的移动范围与步进电动机122的移动范围相比是相当小的，从而便于利用音频线圈电动机实现聚焦调整。

如图2中更具体地例示出，音频线圈电动机的固定单元102设置在外壳101中并构成一个定子构件。活动单元103与定子构件配合并可以在轴104a和104b上沿该构件的轴向(即沿纵轴向)滑动。如图所示，该定子构件是由两组框架板109和110组成的，它们分别称为外框架板和内框架板。内框架板110的形状大体上为一矩形管，而外框架板109是由平行于内框架板壁并与其隔开的矩形板部件组成的。一矩形的连接板108具有从其伸出的外框架板109，这些外框架板被弯曲成90°，因而使其垂直于连接板108。内框架板110固定到连接板108上，使得(例如)从外框架板109通过连接板108到内框架板110形成一条磁通量路径。连接板具有矩形的中央开口107，其与由内框架板110形成的矩形管的内部同轴心。最好是，每个外框架板109都固定有一矩形磁体106。在图示的实施例中，一个面对一内框架板110表面的外框架板109的表面具有例如通过一适合的胶粘剂固定于其上的一个磁体106。换句话说，一个磁体106固定到一个外框架板109的一内表面上并与一个相对的内框架板110的外表面间隔开，从而在磁体和内框架板之间形成一个间隙。每个磁体106沿其厚度方向被极化，以使得磁通量通过从磁体到内框架板110通过连接板108到外框架板109而后再到磁体106的路径。

如图所示，活动单元103由一透镜保持框架112构成，该框架上固定一个具有一缠绕其上的线圈118的线圈架113，后者沿轴向伸出。透镜保持框架可以用金属制成，其上固定一个框架支承件114。框架支承件和透镜保持框架可以是整体构成，或者可以由合适地结合在一起的独立件组成。框架支承件114是一个具有一中心开口的矩形板，该中心开口的外延至少与一透镜111的直径相同，透镜111安装在一个筒管115上并由其支承，筒管115随之又受框架支承件114的支承。一对轴承116a和116b固定在简管115上，轴承沿径向向外伸出，以分别接纳轴104a和104b。框架支承件114和管筒115的组合构成透镜保持框架112，保持框架112可以在轴104a和104b上滑动。因为线圈架113固定在透镜保持框架112上，所以线圈架113也可以沿图示组件装置的轴向方向滑动。轴承116a和116b分别设有通孔117a和117b，孔中通过轴104a和104b。

线圈架113用一种合成树脂制造，且其形状为大体上呈矩形的管，其中该管有一个矩形的中央空心区。线圈架的周边形成一个绕线槽，在槽中缠绕着线圈118。可以理解，矩形管状的线圈架配装在定子构件的磁体106和内框架板110之间的间隙中，使得线圈穿过由磁体106在间隙中产生的磁通量。这样，内框架板110配装在线圈架113的中央空心区内，而线圈架本身则配装在内框架板110和磁体106之间的间隙中。

线圈118连接到适当的接线器(未示出)上，以使得驱动电流可以供应到线圈上。随着该电流方向的不同，线圈上施加有一个正比于电流大小和从磁体106来的磁通量的大小的力，从而沿相应的方向使线圈118、线圈架113和透镜保持框架112滑动。也就是，由于供应给线圈电流，使得活动单元103沿轴向相对于固定单元102受到驱动。

但是，活动单元103的双向轴向移动的限度受到线圈架113的自由端紧靠连接板108的限制，也受到内框架板110的自由端或前端紧靠框架支承件114的限制。重要的是线圈118，要始终位于磁体106和内框架板110之间的间隙中，而不要由其中向前伸出。因此，活动单元103的轴向运动受到框架支承件114的轴向长度h的限制。为了使运动范围更大，从而允许更大程度的焦距调整，必须增大轴向长度h，或者是另一种选择，必须增大线圈架113的轴向长度，这样使得线圈更深地伸入到磁体106和内框架板110之间的间隙中。当然，为了提供活动单元103更大的轴向移动，必须增大固定单元102的轴向长度。因此，如果准备增大调整范围，那么使用图2所示的音频线圈电动机装置的电动机驱动的透镜装置的总长度以及因此设置该装置的透镜筒的轴向总长度都增大了。其结果，可调整透镜装置的重量同样也增加了。

此外，在图2所示的装置中，外框架板109和内框架板110的自由端或前端必须保持敞开的，以允许线圈118移入其间的间隙。也就是说，间隙的前端不可能封闭。因此内外框架板的自由端或前端不可能在一个低磁阻的磁路中，如由一个类似于连接板108的板所形成的低磁阻磁路中磁性连接。因此，定子构件中的磁通量路径是单向的，也就是说，磁路径在每个外框架板109中只沿一个方向延伸，同样在每个内框架板110中也只沿一个方向延伸，从而减小了定子构件的磁效率。为了改善这种磁效率，内和/或外框架板必须制造得更厚，进而造成总装置体积更大和重量更大。

因此，本发明的一个目的是提供总体积和总重量减小的改进的电磁驱动装置，该装置在电动机驱动的透镜装置中具有特别的用途，用以实现透镜元件的聚焦和/或变焦功能。

本发明的另一个目的是提供上述类型的装置，该装置对于给定的体积和重量允许范围更大的移动，从而使透镜具有更大的调整范围。

本发明的又一个目的是提供上述类型的装置，该装置具有一个磁效率得到改善的而体积相当小、重量相当轻的定子构件。

本发明的又一个目的是提供上述类型的装置，该装置用于调整摄影机的透镜，使摄影机的体积减小，重量减轻。

根据本发明的一种线性电磁驱动装置，其包括有：定子机构，该机构包括一个大体上为矩形的管状磁轭，磁轭包含有外框架板、内框架板、一个连接部件和至少一个磁体，该内框架板面对外框架板并与其间隔开，从而在两板之间形成一个间隙，该连接部件用于连接内外框架板并形成通过那里的一磁通量路径，该至少一个磁体固定在所述内外框架板之一上以产生所述磁通量，所述矩形管状磁轭有一个纵轴而且还有多个角，所述这些角中至少有一个被切削掉以形成一个敞开部分；活动机构，该机构可以在所述内外框架板之间的所述间隙中滑动并包括一个由线圈架和线圈组成的驱动件，该线圈架位于所述间隙中，该线圈缠绕在所述线圈架上并沿平行于所述纵轴的方向延伸，一个从动件固定于所述线圈架上并与其同轴且具有容纳所述磁轭机构的所述内框架板的开口，这样，当所述线圈被激励来移动所述间隙中的所述活动机构时，所述内框架板伸入并通过所述线圈架且伸入并通过所述驱动件的开口；一个固定轴，其平行于所述矩形管状磁轭的所述纵轴而延伸；以及支承机构，其固定在所述活动机构上并由该处向外伸出，大体上垂直于所述纵轴，并通过所述矩形管状磁轭的至少一个所述角的敞开部分，所述支承机构接纳所述固定轴并可以在所述固定轴上滑动。

本发明的线性电磁驱动装置可以用作一种电磁驱动聚焦装置，而其中的从动件可以是一个用于保持一个透镜的透镜保持机构。

本发明的电磁驱动聚焦装置还可用作移动摄影机(摄像机，照相机)中透镜的透镜驱动装置。

最好是，一个环状框架部件被连接到内外框架板的离连接件较远的端部上，以便形成一个磁通量连接并在内外框架板之间形成一个磁通量路径。因此，磁通量沿两个方向通过每个内外框架板，从而改善定子构件的磁效率。

在一种实施例中，一个位置检测器连接到由线圈架和从动件组成的活动结构件上，从而能够检测出活动结构件相对于定子的位置。最好是，位置检测器包括一个磁体和一个传感线圈，它们其中之一个是固定的，而另一个固定到有待从外部定位在矩形管状磁轭上的支承件上。在一种较佳实施例中，传感线圈从外部固定地定位在矩形管状磁轭上，而定位检测器的磁体固定在与传感线圈相对而可以活动地通过那里的支承件上。

作为本发明的一个特征，外框架板在端视图中形成一个大体上为矩形的外框架结构件，而内框架板在端视图中形成一个大体上为矩形的内框架结构件。如果一个内框架板和一个外框架板被认为形成相应的一对，那么一个磁体被固定到每对框架板之一的一个表面上。最好是，该磁体设置在一对内外框架板之间的间隙中，磁体的一个表面被固定在一个框架板例如内框架板上，而磁体的另一表面面对该对板的另一个框架板。

作为本发明的一个特征，如果每个磁体的厚度为Lm(mm)，沿平行于纵轴方向延伸的长度为Wm(mm)而残留磁通密度为Br(泰斯拉)，如果间隙的长度为Lg(mm)，如果磁体的平均残留磁通密度为Brx(泰斯拉)而且如果磁体的平均长度为Wmx(mm)，那么(Lm/Lg)×(Br/Brx)×(Wm/Wmx)≥0.05。在一个所述实施例中，Brx＝0.8，而Wmx＝20。

作为本发明的另一方面，固定到线圈架上的从动件是一个支承透镜的透镜保持部件。有利的情况是，透镜保持部件沿径向向内方向是悬挂在线圈架上。

在本发明的最佳应用中，驱动装置被合并到一台摄影机中，以便对包括于其中的可调整透镜元件上实现聚焦和/或变焦控制。

下面通过具体实施例结合附图详细说明本发明，而这些说明并非是对本发明内容的限制。附图中：

图1是此前研制的先有技术照相机透镜装置的分解透视图；

图2是图1所示一部分元件的分解透视图；

图3是采用了图1所示透镜组件装置的先有技术照相机的透视图；

图4是本发明优选实施例的一个分解透视图；

图5是现有应用图4所示本发明的一种电视摄像机的透视图；

图6A和6B是图4所示定子构件的前视图和截面图；

图7A和7B是图4所示活动单元的前视图和截面图；

图8A和8B是图4所示的与定子装配的活动单元的前视图和截面图；

图9A和9B是作为图4所示定子构件的一部分包括环形磁轭的前视图和侧视图；

图10是图4所示定子构件的一部分的截面图；和

图11-15是在评价本发明获得的改进性能方面有用的图形表示。

现在参照附图所示，图中全部采用相同的参照标号，特别参照图4、6A-6B、7A-7B、8A-8B和9A-9B，可以看到，电磁驱动装置由一固定单元2和一活动单元3组成。固定单元2安装在一外壳1中，外壳1固定在其它装置和图5所示的电视摄像机的透镜筒中。但是，可以理解，外壳1可以采取适用于线性运动的其它器件形式，而且毋需只限于与一电视摄像机结合使用。也可以理解，如果需要，外壳1可以省去。

为方便起见，本发明的讨论涉及说明用来调整透镜的位置的所示设备的应用。但是，也仔细考虑了其它应用，因而本发明毋需只限于透镜驱动装置。

固定单元2包括有一个定子构件，定子构件包含有一个大体上为矩形管状的磁轭，磁轭由外框架板9、内框架板10和一连接板8组成，内框架板10面对外框架板并与其间隔开，以在两板之间形成一个间隙，连接板8用来连接内外框架板并提供一条从其中通过的磁通路。最好是，连接板8和外框架板9由一合适的磁性材料形成一整体结构，在其装配之前，外框架板可以作为支脚从连接板8上伸出，而后向着图示位置弯曲90°。可以看到，位于相邻的外框架板9之间的角被切削掉了，以便在这样的相邻外框架板之间形成一个敞开部分。也可以看到，连接板8设置有一个大体上为矩形的开口7，而内框架板10从连接板8沿轴向伸出并位于开口7的边缘上。作为参照点，连接板8可以被认为是位于矩形管状磁轭的后部，而外框架板9和内框架板10从连接板8向前伸出。各内框架板形成一个矩形管，而相邻内框架板之间的角被切削掉，以形成平行于外框架板中敞开部分的开口部分。

一个外框架板9和一个面对的内框架板10可以被认为是一对框架板；而一对板之间的间隔形成一个间隙11。最好是，每一对板之间的间隙11是均匀的，这样，每一间隙显示同样的间隙长度。而且最好是，每个外框架板的长度即沿轴向的长度是相等的，而所有外框架板的宽度同样是相等的。与此相类似，所有内框架板10的长度是相等的，而所有这些内框架板的宽度同样是相等的。但是，一对内外框架板并不需要具有相等的长度和相等的宽度，虽然，如将要说明的，这样的框架板确实显示相等的长度。

每一对内外框架板配置有一个磁体6。最好是，每个磁体固定在一个内框架板的一外表面上，即固定在内框架板10面对外框架板9的表面上。而且，每个磁体沿其厚度方向极化，使得(例如)从一个磁体6、一个内框架板10经过连接板8到外框架板9而后穿过间隙回到磁体。或者是，每个磁体6可以制造成多个磁体。另一种替代办法是，可以只设置一对磁体(例如顶部和底部磁体)。

图6A和6B分别表示安装在外壳1内的固定单元10的前视图和截面图。可以看到，轴4a和4b被安装在外壳1内，其沿固定单元的纵轴方向平行伸出，并设置于矩形管状磁轭的外部。

如图4和图7A-7B所示，活动单元3由一个固定有一透镜架13的线圈架14组成。透镜架沿径向向内方向悬挂在线圈架14上。虽然此处说明的是透镜架，但可以理解，透镜架可以用任何其它的从动件替代，其位置有待调整。但是，在图示的实施例中，一透镜12固定在透镜架13上，后者的形状制成一个环或类似面包圈的环形圈16。透镜架13而特别是环16借助支臂18a和18b并借助增强支脚19悬挂在线圈架14上，这些将在以后说明。

线圈架14大体上为矩形，其有一个敞开的内部或空心部分23(图7B)。线圈架可以认为是一矩形管，其外表面形成一个绕线槽，其中缠绕有线圈24。如图4和图7B中可清楚地看到，在绕线槽中的线圈24沿轴向伸出。线圈架14可以用一种合成树脂制造。

因为透镜架13借助支臂18a和18b与增强支脚19悬挂在线圈架14上，所以在线圈架和透镜架之间形成开口35，如图7A中可清楚地看到。如下面将要说明的，这些开口适合于接纳矩形管状磁轭的内框架板10和磁体6。

支臂18a和18b从透镜架13沿径向向外伸展；而增强支脚19同样从透镜架沿径向向外伸展。最好是，支臂和增强支脚互相交替地按90°间隔开。增强支脚19端接于安装部分19a上，安装部分19a固定在线圈架14上，如图4和图7A所示。支臂18a在其后表面上形成一个L形槽31，如图8B中清楚地看到的，而支臂18b的后表面上形成一个具有L形端面的台阶32，如图7B中可清楚地看到。槽31的高度等与线圈架14的厚度，而线圈架插入于该槽中。线圈架同时位于支臂18b的台阶32上，如图7B所示。可以理解，当线圈架14和透镜架13装配时，线圈架的一角插入支臂18a的槽31中，而线圈架的沿径向相对的角位于支臂18b的台阶32上。并且，线圈架的其余两角则接触增强支脚19的安装部分19a；并将一种合适的粘合剂如合适的胶接剂被用来将线圈架固定到支臂和增强支脚上。

支臂18a和18b分别设有通孔17a和17b，用以接纳轴4a和4b，如图8b所示。支臂18a的上端连接在磁体安装部分20中，安装部分有一个凸耳，用以承接一磁体22。最好是，磁体紧靠在一磁体安装部分20的直立臂21上，如图8A中可清楚地看到。磁体22与传感线圈34配合动作，形成一个位置检测器，以检测透镜12的轴向位置。如图8A和8B中可清楚地看到，传感线圈34固定在外壳1的内表面上，与磁体22相对。可以理解，当线圈架14沿轴向移动从而驱动透镜架13和透镜12时，该构造的轴向位置被传感线圈34传感，当磁体22通过线圈运动时线圈34中感生电流。磁体22沿其纵向方向极化，因此，当磁体通过线圈34运动时，线圈传感交替的南北极通过该处的运动。

当固定有透镜架13的线圈架14安装在固定单元2的磁轭内时，线圈架及其线圈34被放置在磁体6和外框架板9之间的间隙内，如图8A和8B中可清楚地看到。可以理解，磁体6和内框架板10很容易地通过在线圈架和透镜架之间形成的开口35，从而使线圈架能够沿轴向移动，如图8B中所见，该运动的唯一限制是由于支臂18a的后端紧靠外壳1的后端面造成的。当不安装该外壳时，线圈架的向后运动受其后端紧靠连接板8的限制。

可以看到，线圈24被放置在定子构件的间隙11内的通路中。因而，当从一适合的电源(未示出)向线圈供应驱动电流时，产生的力施加到线圈架上，该力正比于间隙11中的通量以及穿过线圈24的电流的大小和极性，而沿向前(向外)或向后(向内)的方向驱动线圈架和固定于其上的透镜架13。如上所述，当线圈架运动时，磁体22运动通过传感线圈34，产生通量变化，这一变化被传感线圈检测到并用作线圈架/透镜位置变化的度量。因为线圈架的初始位置是已知的，这种位置变化的检测被用作线圈架实际位置的检测。

如图8B中可清楚地看到，活动单元3在固定单元2中的装配与图2所示在先有技术的固定单元102中活动单元103的装配的比较可得出这样的结论，即本发明避免了先有技术在运动范围上的限制。特别是，先有技术中磁轭的前端紧靠着框架支承件114，从而限制了活动单元的向后运动，然而这种情况在本发明中已不存在，因为磁轭的前端简单地通过透镜架13和线圈架14之前的开口35。并且，通过在矩形管状磁轭的角上设置切削掉的部分，磁轭装置的总重量减小了。作为比较的度量，图2所示先有技术的透镜存在10mm的运动范围，固定单元102的总轴向长度加上框架支承件114的轴向长度为约28mm的量级，至于本发明则省去属于框架支承件114的轴向长度，因此结果为固定单元2的18mm长度，产生了同样10mm运动范围的效果。

如图8A所示，因为本发明的磁轭结构件的前端简单地通过开口35，所以磁轭的各前端可以通过图9A和9B所示的环形框架件41相互连接，从而在每对框架板的前端形成一个闭合的磁通量路径，如图8B所示。可以理解，这种环形框架件并不干扰活动单元3的轴向运动，并且，因为框架件41为一环形框架，所以不存在对通过透镜12聚焦的影像的干扰。因此，通过每个外框架板9和通过每个内框架板10的通量路径是双向的，因此通量现在可以沿一个方向通到以及穿过连接板8并沿相反的反向通到以及穿过环形框架件41。结果，磁效率得到改善。这就意味着，对于间隙中的同一磁通量，也即对于用来连接先有技术的线圈118的同一磁通量连接线圈24来说，可以减小内外框架板的厚度。因此，同样可以减小电磁驱动装置的总重量。作为例子，图2所示的常规聚焦装置的重量为大约20克(grams)的量级，而根据本发明达到先有技术同一驱动力的聚焦装置的重量为大约13克(grams)的量级。

现在参照图10，该图表示了磁轭装置、线圈架14和线圈24的一部分。特别是，表示了一个外框架板9、一个内框架板10、一个磁体6、一部分连接板8和磁轭结构件的一部分环形框架件41。假定磁体6的厚度为Lm(mm)而磁轭的相应板的厚度为t。还假定磁轭显示大体上均匀的特性，但它可能有一部分可以达到饱和，而磁轭的可以饱和部分的磁通量密度B为1.5泰斯拉(T)。可以认为，磁轭指的是外框架板9、内框架板10、连接板8和环形框架件41的组合。还可进一步假定：

线圈24的厚度为Lc，作为一数字例子，Lc＝0.5mm；

通过线圈24的电压为Vo，作为一数字例子，Vo＝4.5伏；

线圈的电阻为Ro，作为一数字例子，Ro＝33Ω；

磁体6的宽度(如图6B中清楚地看到)以及内外框架板的宽度为Hm，作为一数字例子，Hm＝12.6mm；

用于线圈24的线的电阻为1.72×10^-5Ω/mm；

磁体6的比重为7；

构成磁轭结构件的材料的比重为7.86；

用于线圈24的线的比重为8.93；

磁体22的比重为4.9；和

由磁体6产生的通过磁轭的最大磁通量密度Bo为1.5T。

现在，假定间隙的距离为Lg+Lm，此处Lm为磁体的厚度(作为一数字例子，Lm＝0.2mm)而Lg为磁体6和外框架板9之间的间隔，外框架板9的外表面和内框架板10的内表面之间的总距离为Lemm(作为一数字例子，Le＝4.5mm)，线圈24的每匝平均长度为RLCmm，磁体6的长度为Wmm mm，磁轭的导磁系数为K1(作为一数字例子，K1＝1.3)，磁轭结构件沿其磁滞回线的工作点为Bd(T)，而磁体6和外框架板9之间的间隙中的磁通量为Bg(T)，那么得出下列方程式：Lg＝Le-2×t-Lm (1)Lc＝Lg-0.5-0.3-0.3 (2)RLC＝4×Hm+2π(Lm+0.5Lg) (3)Pc＝(Lm/Lg)×K1 (4)Bd＝Br/(1+1.04/Pc) (5)B＝0.5×Bd×Wm/(t×K1) (6)Bg＝Bd/K1 (7)

从制造框架板9和10与连接板8的材料的磁滞回线的原点到磁滞回线的工作点处的磁通量Bd的直线斜率为Pc，此处Pc＝B/H。此外，上述方程式(5)中，因子“1.04”是磁滞回线在工作点Bd处切线的斜率。

现在，如果线圈24所用线的直径为D1而形成电阻R1为33Ω的线圈所用的匝数为N1，如果线圈24的长度为Wc(如图10所示)，而如果线圈架14的厚度为0.4mm，那么N1＝Lc×(Wc-0.4×2)×Sf/(π×(D1)²/4) (8)R1＝RLC×N1×1.72×10^-5 (9)式中Sf是“空间因子”，它是线圈架14的绕线槽中由线圈24的线所占据的空间量的度量。空间因子Sf可以用数学式表示为Sf＝(2πr²×N1)/(a×b)，式中r为构成线圈24的线的直径，a为线圈架14的绕线槽的深度，而b为绕线槽的宽度。

通过线圈24的电流I1和线圈的功率耗散W可从下式得到：I1＝Vo/R1＝4.5/33＝0.136(A) (10)W＝Vo×R1＝4.5×0.136＝0.612(W) (11)

由通过线圈24的电流I1产生的以克一英尺为单位的推力可从下列方程式得到：F＝Bg×4×Hm×I1×N1/9.8 (12)式中Hm为磁体6的宽度。

固定单元2和活动单元3的组合重量MM可从下式得到：(除磁体6以外)磁轭结构件的重量表示为Myo，磁体6的重量为Mmg，线圈24的重量为Mci，透镜12、透镜架13和线圈架14的叠加重量用Mho表示(为大约1克的量级)，磁体22的重量用Mmr表示，各值为：

Myo＝(4×Hm)×2×(Wm+Le)×t×7.86/1000 (13)

Mmg＝4×(Hm×Wm×Lm)×7/1000 (14)

Mci＝π×(D1)²/4×RLC×N1×8.93/1000 (15)

Mmr＝2×2.5×Wm×4.9/1000 (16)

Mho＝1 (17)

MM＝Myo+Mmg+Mci+Mmr+Mho (18)

现在，每单位重量的推力可以表示为M1，此处：

M1＝F/MM

从上述方程式可以理解，每单位重量的推力M1作为磁体6的厚度Lm的函数而变化。更具体地说，每单位重量的推力与值(Lm/Lg)×(Br/0.8)×(Wm/20)之间的关系用曲线M1′表示于图11中，此处M1′为归一化为1.0峰值的每单位重重推力。在图示的曲线中，Br为磁体的残留磁通量密度，假定标称残留磁通量密度为0.8T。Wm为每个磁体的长度(如图10所表示)，假定每个磁体的标称长度为20mm。

图11也描述了推力随磁体6的厚度Lm的改变而变化的曲线F；由线MM/40代表由单元2和单元3形成的电磁驱动装置的重量随磁体厚度的变化而变化的方式(因此由线MM将以曲线M1′和F的相同图形出现，该曲线表示由于尺寸大小的原因电磁驱动装置重量的曲线简单地除以值40)。

从图11可以看出，如果函数(Lm/Lg)×(Br/0.8)×(Wm/20)不小于0.05，那么就能产生理想的每单位重量推力M1′(图11示出的曲线未对函数(Lm/Lg)×(Br/0.8)×(Wm/20)＞0.3进行绘制，因为线圈架14上缠绕的线圈的大小存在实际的限制)。

图12侧示当磁体6的长度Wm从10mm变到30mm而磁体的残留磁通量密度Br从0.4T变化到1.2T时，每单位重量产生的推力M1和函数(Lm/Lg)×(Br/0.8)×(Wm/20)之间的关系。用圆圈(○)表示的曲线代表当Wm＝10mm和Br＝0.4T时每单位重量产生的推力的变化，用三角(△)表示的曲线代表当Wm＝30mm和Br＝0.4T时每单位重量产生的推力的变化，用方块(□)表示的曲线代表Wm＝10mm和Br＝1.2T时每单位重量产生的推力变化，而用带圆圈点(⊙)表示的曲线代表当Wm＝30mm和Br＝1.2T时每单位重量产生的推力的变化。对于所有这些曲线，可以理解，如果函数(Lm/Lg)×(Br/0.8)×(Wm/20)不小与0.05，那么就能产生理想的每单位重量推力。

在一种实际应用中，对活动单元3产生的推力F应当为20gf(克英尺)的量级。如果电磁驱动装置的总重量即固定单元2和活动单元3的叠加重量用MM表示的话，该装置产生20gf推力所需的重量用MA表示，则MA可从下式得到：

MA＝(MM/F)×20 (20)

图13表示产生一20gf推力所需重量MA和函数Lm/Lg)×(Br/0.8)×(Wm/20)之间的关系；同时表示出电磁驱动装置的重量MM和该函数之间的关系，以及此装置产生的推力F和上述函数之间的关系。在图示的曲线中，磁体6的长度Wm和磁体的磁通密度Br分别确定在20mm和0.8T。从图13可以看出，如果(Lm/Lg)×(Br/0.8)×(Wm/20)不小于0.05，那么就可以得到产生一20gf推力所需的重量MA的理想值。

从上述讨论可以理解，如果(Lm/Lg)×(Br/0.8)×(Wm/20)不小于0.05，那么可以在减小的驱动装置重量MM下获得令人满意的高的每单位重量推力M1。因此，用于调节透镜如聚焦或变焦调节的驱动装置的全部重量，都可以减少。

图11-13所示的曲线是当环形框架件41使内外框架板的前端部分相互连接时(例如在如图8B所示的构造形状中)得到的。然而，可以理解，即使不使用该环形框架件，只要函数(Lm/Lg)×(Br/0.8)×(Wm/20)不小与0.05，那么驱动装置的重量也可以获得令人满意的减少。当然，如果不设置环形框架件，那么定子构件的重量Myo即固定单元2的重量也会减少。

图14表示一当磁体长度Wm从10mm变化到30mm而磁体的残留磁通密度Br从0.4T变化到1.2T时，每单位重量M1′的归一化推力作为(Lm/Lg)×(Br/0.8)×(Wm/20)的函数的变化关系。表示Wm＝10mm和Br＝0.4T时归一化的每单位重量的推力M1′的曲线用圆圈(○)所示的曲线图示，表示当Wm＝30mm和Br＝0.4T时归一化的每单位重量的推力的曲线用三角(△)所示的曲线图示，表示当Wm＝10mm和Br＝1.2T时归一化的每单位重量的推力用带圆圈点(⊙)所示的曲线图示，而表示当Wm＝30mm和Br＝1.2T时归一化的每单位重量的推力用方块(□)所示的曲线图示。从这四条曲线可以理解，即使磁体6的长度可以从10mm变化到30mm而磁体的残留磁通密度可以从0.4T变化到1.2T，只要函数(Lm/Lg)×(Br/0.8)×(Wm/20)不小于0.05，仍然可以获得理想的每单位重量的推力M1。

如图15所示，当定子构件中没有设置环形框架件41时，作为(Lm/Lg)×(Br/0.8)×(Wm/20)的函数的产生-20gf的推力所需的驱动装置的重量MA、驱动装置总重量MM和由这样的装置产生的推力F之间的关系。可以看出，图15所示的曲线十分相似于图13所示的曲线。但是，因为没有使用环形框架件41，所以减少了残留磁通密度Br。然而，如图15的曲线所示，即使没有这个环形框架件，只要函数(Lm/Lg)×(Br/0.8)×(Wm/20)不小于0.05，也能获得产生-20gf推力所需的理想的推力F、令人满意的减小的重量MM和减小的重量MA。因此，每单位重量的推力M1可以足够地高，而结果产生一所要推力F所需要的减小的重量MM。

上述函数(Lm/Lg)×(Br/0.8)×(Wm/20)假定一标称残留磁通密度为0.8，一标称磁体长度为20mm。由于制造公差，可以预期，磁体的残留磁通密度可能各不相同，同样，每个磁体的长度可能不会精确地相同。因此，更为精确的函数将是(Lm/Lg)×(Br/Brx)×(Wm/Wmx)，式中Brx是所有磁体的平均残留磁通密度，而Wmx是所有磁体的平均长度，可以理解，它们不同于相应的标称值分别为Br＝0.8和Wm＝20。然而，如果(Lm/Lg)×(Br/Brx)×(Wm/Wmx)≥0.05，那么理想推力、令人满意的每单位重量的推力、令人满意的总重量和令人满意的产生-20gf推力的重量都能获得。

虽然本发明是参照一个优选实施例开具体地图示和说明的，但本技术的普通专业人员将会容易地理解，其可以进行各种变化和修改而不偏离本发明的精神和范围。例如，利用本发明的音频线圈电动机装置，可以通过驱动其重量等于或小于(例如)图2所示的先有技术驱动装置的重量的驱动装置来使从动部件如透镜12和透镜架13移动更长的距离。

同样可以理解，虽然图4示出两个圆形截面的轴，但也可以使用具有不同截面的轴。而且，如果需要，可以只设置单独一根轴。

我们预定将附属的权利要求解释为包括此处说明的实施例、上面讨论过的那些替代方案以及所有与其等价的方案。

Claims

1、一种线性电磁驱动装置，其包括有：

定子机构，该机构包括一个大体上为矩形的管状磁轭，磁轭包含有外框架板、内框架板、一个连接部件和至少一个磁体，该内框架板面对外框架板并与其间隔开，从而在两板之间形成一个间隙，该连接部件用于连接内外框架板并形成通过那里的一磁通量路径，该至少一个磁体固定在所述内外框架板之一上以产生所述磁通量，所述矩形管状磁轭有一个纵轴而且还有多个角，所述这些角中至少有一个被切削掉以形成一个敞开部分；

活动机构，该机构可以在所述内外框架板之间的所述间隙中滑动并包括一个由线圈架和线圈组成的驱动件，该线圈架位于所述间隙中，该线圈缠绕在所述线圈架上并沿平行于所述纵轴的方向延伸一个从动件固定于所述线圈架上并与其同轴且具有容纳所述磁轭机构的所述内框架板的开口，这样，当所述线圈被激励来移动所述间隙中的所述活动机构时，所述内框架板伸入并通过所述线圈架且伸入并通过所述驱动件的开口；

一个固定轴，其平行于所述矩形管状磁轭的所述纵轴而延伸；以及

支承机构，其固定在所述活动机构上并由该处向外伸出，大体上垂直于所述纵轴，并通过所述矩形管状磁轭的至少一个所述角的敞开部分，所述支承机构接纳所述固定轴并可以在所述固定轴上滑动。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述线性电磁驱动装置是一种电磁驱动聚焦装置，其中所述从动件是一个用于保持一个透镜的透镜保持机构。

3、如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电磁驱动聚焦装置是一种用于移动摄影机中透镜的透镜驱动装置。

4、如权利要求1，2或3所述的装置，其特征在于，所述磁轭还包括一个环状框架部件，该框架部件连接到所述内外框架板的离所述连接件较远的端部上，所述环状框架部件在所述内外框架板之间形成有一个磁通量连接并通过那里建立一条磁通量路径。

5、如权利要求1，2或3所述的装置，其还包括连接到所述活动机构上的位置检测机构，用于检测所述活动机构相对于所述定子机构的位置。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述位置检测机构包括有一个磁体和一个传感线圈，它们其中之一个是固定的，而另一个固定在所述支承机构上并从外部定位在所述矩管状磁轭上，由此，所述活动机构的运动产生所述检测机构的磁体和传感线圈之间的相对运动。

7、如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述传感线圈从外部固定地定位在所述矩形管状磁轭上，而所述检测机构的磁体固定在与所述传感线圈相对的而可以活动地通过那里的所述支承机构上。

8、如权利要求1，2或3所述的装置，其特征在于，所述外框架板形成一个大体上为矩形的外框架结构件，所述内框架板形成一个大体上为矩形的内框架结构件，每个所述内外框架板具有一个平行于所述纵轴的相应表面并形成一对相应的框架板，而一个磁体被固定到之一所述每对框架板的一个表面上。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，每个磁体被设置在所述间隙中，其一个表面固定在一对相应的框架板中的一块板上，其另一个表面面对所述那对板的另一块框架板。

10、如权利要求9所述的装置，其特征在于，每个磁体的厚度为Lm(mm)，沿平行于所述纵轴方向延伸的长度为Wm(mm)而残留磁通密度为Br(泰斯拉)；其中间隙的长度为Lg(mm)；所述磁体的平均残余磁通密度为Brx(泰斯拉)，而所述磁体的平均长度为Wmx(mm)；而(Lm/Lg)×(Br/Brx)×(Wm/Wmx)≥0.05。

11、如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述外框架板形成一个大体上为矩形的外框架结构件；所述内框架板形成一个大体上为矩形的内框架结构件；每个所述内外框架板具有一个平行于所述纵轴的相应表面并形成一对相应的框架板，一个磁体固定在每对框架板之一的一个表面上并设置在所述间隙中，所述磁体的厚度为Lm(mm)，沿平行于所述纵轴方向延伸的长度为Wm(mm)而残留磁通密度为Br(泰斯拉)，所述间隙的长度为Lg(mm)；所述磁体的平均残留磁通密度为Brx(泰斯拉)；所述磁体的平均长度为Wmx(mm)；而(Lm/Lg)×Br/Brx)×(Wm/Wmx)≥0.05。

12、如权利要求1，2或3所述的装置，其特征在于，所述外框架板与所述连接件是一个整体，连接件具有一个大体上为矩形的开口，开口的周边固定在所述内框架板上。

13、如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述从动件沿径向向内方向悬挂在所述线圈架上。

14、如权利要求1，2或3所述的装置，其还包括一个平行于第一次提到的轴的第二固定轴和固定于所述活动机构上并从该处向外伸出的第二支承机构，后者通过所述矩形管状磁轭的另一角的敞开部分并接纳所述第二固定轴。

15、如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一和第二固定轴设置在所述矩形管状磁轭的外部。