CN113098356A - 一种修正闭环音圈马达磁场两端非线性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种修正闭环音圈马达磁场两端非线性的方法采用两个霍尔器件感应闭环音圈马达移动时磁场的变化，当闭环音圈马达向正向移动和负向移动时，分别采用不同的、处于线性区段的霍尔元件感应的磁场作为马达位置信号。整个移动过程中，感应位置的霍尔所处的磁场都具有更好的线性度，从而使得整个行程中马达位置的线性度更好。
Description
技术领域
本发明涉及音圈马达控制技术领域，特别涉及一种修正闭环音圈马达磁场两端非线性的方法。
背景技术
随着手机摄像质量要求的不断提高，近年来，采用闭环控制音圈马达作为手机摄像头镜头驱动马达的产品越来越多。
在闭环控制音圈马达中，马达的位置通过处在磁场中的霍尔器件(hall sensor)感应磁场的大小来确定。马达会带动霍尔和磁铁其中的一个器件运动，霍尔和磁铁的另一个器件会固定在支架上；当马达移动时，霍尔和磁铁的相对位置会发生改变，从而使得霍尔感应到的磁场大小发生变化；闭环控制音圈马达根据霍尔感应到磁场的不同确定马达所处的不同位置。
由于闭环控制音圈马达通过霍尔器件感应磁场的大小确定马达的位置，所以当磁场大小与位置之间存在非线性时，马达位置移动的行程也会存在非线性。非线性的存在会影响音圈马达位置的精度，从而影响聚焦精度，进一步影响拍照图像的质量。
磁铁由磁南极和磁北极构成，从磁南极到磁北极移动过程中，磁铁周围的磁场变化趋势近似一个正弦曲线。根据正弦曲线的形状可知，从中间往两边移动，曲线的非线性会越来越明显。为了保证闭环控制音圈马达移动具有较好的线性度，通常会取磁场强度对应的正弦曲线中间一部分作为马达行程。
该选择方式在线性度和最大行程之间需要有个折中，最大行程越大，线性度就会越差，相反，线性度越好，最大行程就会越短。同时，由于正弦曲线的特性，无论取多小的行程，都会不可避免地引入非线性。
发明内容
为了改善马达行程两端的非线性问题，本发明给出了一种可以修正磁场两端非线性的方法，该方法可以有效修正马达两端行程的非线性，提高马达行程线性度，从而提高闭环音圈马达拍照效果。
为了解决以上问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种修正闭环音圈马达磁场两端非线性的方法，包括：
第一霍尔器件和第二霍尔器件，所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件沿磁场中心对称设置。
闭环音圈马达移动时，所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件跟随所述闭环音圈马达同时移动，且所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件的移动速度相同。
采用所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应所述闭环音圈马达移动时磁场的变化，当所述闭环音圈马达向正方向移动和负方向移动时，采用处于线性区段的所述第一霍尔器件或第二霍尔器件感应的磁场作为马达位置信号。
优选地，以所述磁场中心为原点，所述第一霍尔器件位于距离所述磁场中心的第一位置处，采用-L表示；所述第二霍尔器件位于距离所述磁场中心的第一位置处，采用+L表示。
所述闭环音圈马达行程为±2L时，当所述闭环音圈马达向正方向移动时，所述第一霍尔器件向正方向移动的移动区域为-L～+L，所述第二霍尔器件向正方向移动的移动区域为+L～+3L，此时所述第一霍尔器件感应的磁场处于线性区域；将所述第一霍尔器件感应的磁场作为所述马达位置信号。
当所述闭环音圈马达向负方向移动时，则所述第一霍尔器件向正方向移动的移动区域为-3L～-L，所述第二霍尔器件向负方向移动的移动区域为-L～+L，此时所述第二霍尔器件感应的磁场处于线性区域；将所述第二霍尔器件感应的磁场作为所述马达位置信号。
优选地，所述第一霍尔器件的初始位置为所述第一位置，则所述第一位置对应的磁场为-KmT，所述第二霍尔器件的初始位置为所述第二位置，则所述第二位置对应的磁场是+KmT，分别对所述第一霍尔器件所述第二霍尔器件施加一个+KmT和-KmT的失调磁场强度，则初始位置处，所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场都为0mT，以使所述闭环音圈马达在移动时，所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场是连续的。
本发明与现有技术相比至少具有以下优点之一
本发明采用两个霍尔器件(第一霍尔器件和第二霍尔器件)感应闭环音圈马达移动时磁场的变化，当闭环音圈马达向正向移动和负向移动时，分别采用不同的、处于线性区段的霍尔元件感应的磁场作为马达位置信号。这样，整个移动过程中，感应位置的霍尔所处的磁场都具有更好的线性度，从而使得整个行程中马达位置的线性度更好。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的理想情况磁铁周围磁场强度与位置之间的关系示意图；
图2为本发明一实施例提供的磁场中间区域位置与磁场强度的对应曲线的示意图；
图3为本发明一实施例提供的两个霍尔器件在磁场中的位置的示意图；
图4为本发明一实施例提供的单个霍尔器件感应得到的磁场与位置的关系示意图；
图5为本发明一实施例提供的一种修正闭环音圈马达磁场两端非线性的方法后得到的磁场与位置的关系示意图；
图6为本发明一实施例提供的一种修正闭环音圈马达磁场两端非线性的方法的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种修正闭环音圈马达磁场两端非线性的方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
如图6所示，本实施例提供的一种修正闭环音圈马达磁场两端非线性的方法，包括：步骤S1、第一霍尔器件和第二霍尔器件，所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件沿磁场中心对称设置。闭环音圈马达移动时，所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件跟随所述闭环音圈马达同时移动，
且所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件的移动速度相同。
步骤S2、采用所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应所述闭环音圈马达移动时磁场的变化，当所述闭环音圈马达向正方向移动和负方向移动时，采用处于线性区段的所述第一霍尔器件或第二霍尔器件感应的磁场作为马达位置信号。
图1为理想情况下磁铁周围磁场强度与位置之间的关系。
图1上面长方形表示磁铁，N表示磁北极，S表示磁南极；图1下面曲线表示磁铁周围位置与磁场强度之间的对应关系，其中横坐标表示位置，纵坐标表示磁场强度。
具体的，如图1所示，从图1中可以看出，理想情况下，磁铁周围的磁场与位置之间的关系近似为正弦曲线(sine wave)。
从图1中正弦曲线的形状可以看出，从中间位置往两端，曲线的线性度越来越差。
通常情况下，闭环控制音圈马达(简称马达)会取正弦曲线中间一部分线性度好的区域做马达移动的行程，例如图中两条垂直于横坐标的虚线确定的区域，从而保证马达行程线性度好。
当马达行程选择范围增大时，马达行程的非线性度会变差；当马达行程选择范围减小时，马达行程线性度会变好。
同时，由于正弦曲线的特性，无论选择多大的马达行程，都会引入一定的非线性误差。
如图2所示，图2是选取磁场中间一段区域获得的磁场强度曲线，近似表示马达移动过程中霍尔所处磁场与位置的关系。
图2中横坐标表示霍尔器件(第一霍尔器件或第二霍尔器件)所处磁场的位置，单位um，纵坐标表示霍尔器件感应到的磁场大小，单位mT。
从图2中可以看出，中间位置附近磁场的线性度较好，越往两边磁场的线性度越差。
当霍尔器件与磁铁发生相对移动时，霍尔器件感应到的磁场与其所处的位置一一对应，则磁场的非线性会被完全反映出来，从而使马达行程表现出相同的非线性。
在闭环控制音圈马达中，为了使马达行程具有较好的线性度，同时具有较大的行程，通常马达都是双向的，且可以从中间往两边移动。
如果马达在移动过程中，霍尔器件始终处在磁场的线性区域，或者磁场的线性度较好的区域，而不会移动到磁场两端线性度差的区域，则霍尔感应的磁场与位置是线性的，从而保证马达具有较好的线性行程。
本实施案例采用两个霍尔器件感应闭环音圈马达移动时磁场的变化。
具体的，以所述磁场中心为原点，所述第一霍尔器件位于距离所述磁场中心的第一位置处，采用-L表示；所述第二霍尔器件位于距离所述磁场中心的第一位置处，采用+L表示。
所述闭环音圈马达行程为±2L时，当所述闭环音圈马达向正方向移动时，所述第一霍尔器件向正方向移动的移动区域为-L～+L，所述第二霍尔器件向正方向移动的移动区域为+L～+3L，此时所述第一霍尔器件感应的磁场处于线性区域；将所述第一霍尔器件感应的磁场作为所述马达位置信号。
当所述闭环音圈马达向负方向移动时，则所述第一霍尔器件向正方向移动的移动区域为-3L～-L，所述第二霍尔器件向负方向移动的移动区域为-L～+L，此时所述第二霍尔器件感应的磁场处于线性区域；将所述第二霍尔器件感应的磁场作为所述马达位置信号。
具体的，如图3所示，图3是两个霍尔及其与磁铁之间放置的一个示意图。图中中间位置对应磁场的中间位置，两个霍尔器件分别放置在中间位置的-L和+L处。
马达移动过程中,两个霍尔器件同时移动且间距保持不变。
假设马达行程为±2L，当马达向正方向移动时，两个马达同时往右移动，则第一霍尔器件(hall_n)移动的距离为-L～+L，第二霍尔器件(hall_p)移动的距离为+L～+3L，从图2中位置与磁场的关系可以看出，此时第一霍尔器件移动区域磁场的线性度较好；当马达向负方向移动时，两个马达同时往左移动，则第一霍尔器件移动的距离为-3L～-L，第二霍尔器件移动的距离为-L～+L，从图2中位置与磁场的关系可以看出，此时第二霍尔器件移动区域磁场的线性度较好。
从上面的分析可以看出，当马达向正向移动时，采用第一霍尔器件感应的磁场作为马达位置信号，这样得到的位置线性度较好；当马达向负向移动时，采用第二霍尔器件感应的磁场作为马达位置信号，这样得到的位置线性度较好。这样，整个移动过程中，感应位置的霍尔器件所处的磁场都具有更好的线性度，从而使得整个行程中马达位置的线性度更好。
如图4所示，图4给出了采用单个霍尔器件感应磁场时，霍尔器件感应磁场与位置之间的关系，马达移动范围为±200um。
图4左图横坐标表示位置单位um，纵坐标表示霍尔感应的磁场，单位mT；标号b表示理想的线性曲线，标号a表示霍尔实际感应到的曲线。
图4右图横坐标表示位置，单位um，纵坐标表示霍尔感应到磁场的非线性误差，单位％。从图4中可以看出，在磁场两端，非线性误差较大，且达到±3％以上。
所述第一霍尔器件的初始位置为所述第一位置，则所述第一位置对应的磁场为-KmT，所述第二霍尔器件的初始位置为所述第二位置，则所述第二位置对应的磁场是+KmT，分别对所述第一霍尔器件所述第二霍尔器件施加一个+KmT和-KmT的失调磁场强度，则初始位置处，所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场都为0mT，以使所述闭环音圈马达在移动时，所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场是连续的
具体的，如图5所示，在不同方向移动时分别采用两个霍尔器件中的一个作为位置感应信号，得到的位置与感应磁场之间的关系。其中马达移动范围为±200um，两霍尔器件的初始位置分别为-100um和+100um。
图5左图横坐标表示位置单位um，纵坐标表示霍尔感应的磁场，单位mT；图5右图横坐标表示位置，单位um，纵坐标表示霍尔感应到磁场的非线性误差，单位％。
图5中，所述第一霍尔器件初始位置是-100um，对应的磁场是-100mT，所述第二霍尔器件初始位置是+100um，对应的磁场是+100mT，为了使马达在两个方向移动时采用不同霍尔感应到的磁场是连续的，分别对所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件加一个100mT和-100mT的失调磁场强度，则初始位置处，两个霍尔器件感应到的磁场都为0mT，当马达正向移动200um时，所述第一霍尔器件得到的磁场为0～200mT；当马达负向移动200um时，所述第二霍尔器件得到的磁场强度为0～-200mT。
从图5中可以看出，在磁场两端，最大非线性误差为±0.7％左右。在马达或者说霍尔器件往右移动时采用所述第一霍尔器件感应的电压或磁场，在马达或者说霍尔器件往左移动时采用所述第二霍尔器件感应的电压或磁场，两个个行程的数据如图5所示；计算如图曲线之间的误差如图5右图所示。
比较图4和图5可以看出，采用本实施例的方法后，磁场两端的非线性得到明显改善。
综上所述，本实施案例采用两个霍尔器件(第一霍尔器件和第二霍尔器件)感应闭环音圈马达移动时磁场的变化，当闭环音圈马达向正向移动和负向移动时，分别采用不同的、处于线性区段的霍尔元件感应的磁场作为马达位置信号。这样，整个移动过程中，感应位置的霍尔所处的磁场都具有更好的线性度，从而使得整个行程中马达位置的线性度更好。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (3)
1.一种修正闭环音圈马达磁场两端非线性的方法，其特征在于，包括：
第一霍尔器件和第二霍尔器件，所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件沿磁场中心对称设置；
闭环音圈马达移动时，所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件跟随所述闭环音圈马达同时移动，且所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件的移动速度相同；
采用所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应所述闭环音圈马达移动时磁场的变化，当所述闭环音圈马达向正方向移动和负方向移动时，采用处于线性区段的所述第一霍尔器件或第二霍尔器件感应的磁场作为马达位置信号。
2.如权利要求1所述的修正闭环音圈马达磁场两端非线性的方法，其特征在于，以所述磁场中心为原点，所述第一霍尔器件位于距离所述磁场中心的第一位置处，采用-L表示；所述第二霍尔器件位于距离所述磁场中心的第一位置处，采用+L表示；
所述闭环音圈马达行程为±2L时，当所述闭环音圈马达向正方向移动时，所述第一霍尔器件向正方向移动的移动区域为-L～+L，所述第二霍尔器件向正方向移动的移动区域为+L～+3L，此时所述第一霍尔器件感应的磁场处于线性区域；将所述第一霍尔器件感应的磁场作为所述马达位置信号；
当所述闭环音圈马达向负方向移动时，则所述第一霍尔器件向正方向移动的移动区域为-3L～-L，所述第二霍尔器件向负方向移动的移动区域为-L～+L，此时所述第二霍尔器件感应的磁场处于线性区域；将所述第额霍尔器件感应的磁场作为所述马达位置信号。
3.如权利要求2所述的修正闭环音圈马达磁场两端非线性的方法，其特征在于，
所述第一霍尔器件的初始位置为所述第一位置，则所述第一位置对应的磁场为-KmT，所述第二霍尔器件的初始位置为所述第二位置，则所述第二位置对应的磁场是+KmT，分别对所述第一霍尔器件所述第二霍尔器件施加一个+KmT和-KmT的失调磁场强度，则初始位置处，所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场都为0mT，以使所述闭环音圈马达在移动时，所述第一霍尔器件和所述第二霍尔器件感应到的磁场是连续的。
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