CN114142703A - 音圈电机以及驱动模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音圈电机以及驱动模块，所述音圈电机包括线圈组件和磁铁，所述线圈组件包括线架以及绕设于所述线架外周面上的线圈，所述线架的一个端面在中央处沿轴向凹陷形成容置孔，所述磁铁插接于所述容置孔中；其中，所述磁铁与所述线架环绕其容置孔的内壁面在径向上形成间隙，所述间隙使得当所述线圈中通入驱动电流时所述磁铁和线圈组件可以相对运动，本发明音圈电机为分体式结构，内部不用设置导向机构，整体结构简单紧凑，便于生产制造，生产成本低；动子的运动无摩擦损耗，从而工作效率高、使用寿命高、控制精度高；既可以应用于直线运动场合，也可配对应用于一定摆角范围内的旋转运动场合。

Description

音圈电机以及驱动模块

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种音圈电机以及应用该音圈电机的驱动模块。

背景技术

音圈电机具有响应速度快、运行精度高、灵敏度高、输出力大等优点，广泛应用于光电雷达、医疗设备、精密电子设备等领域。

音圈电机的基本原理为安培力原理，即给磁场中的导体通电，导体会受到电磁力，利用此电磁力来驱动动子进行运动。具体地，音圈电机由定子和动子构成，定子和动子其中之一为永磁体、其中之另一为线圈，线圈通电产生磁场与永磁体的磁场相作用而驱使动子相对于定子移动，进而驱动负载。当前国内市场的音圈电机发展迅速，但仍存在以下几点不足：现有音圈电机的结构普遍比较复杂，不仅不便于生产制造，还导致电机整体上尺寸大、重量高，在很大程度上影响动子以及负载的运动性能；另外，现有音圈电机内部包含导向机构，会带来摩擦损耗，影响使用寿命和运行精度。

因此，本发明在于提供一种音圈电机，结构简单、尺寸小、重量轻且无摩擦损耗，以解决现有技术的上述问题。

发明内容

有鉴于此，提供一种结构简单、无摩擦损耗的音圈电机以及由该音圈电机构成的驱动模块。

一种音圈电机，包括线圈组件和磁铁，所述线圈组件包括线架以及绕设于所述线架外周面上的线圈，所述线架的一个端面在中央处沿轴向凹陷形成容置孔，所述磁铁插接于所述容置孔中；其中，所述磁铁与所述线架环绕其容置孔的内壁面在径向上形成间隙，所述间隙使得当所述线圈中通入驱动电流时所述磁铁和线圈组件可以相对运动。

进一步地，所述线圈组件为定子、所述磁铁为动子，所述磁铁的一端活动地插接于所述容置孔中、另一端伸出所述容置孔之外用于连接负载；其中，当所述线圈中通入驱动电流时对所述磁铁产生轴向的电磁作用力，使得所述磁铁相对所述线圈组件发生轴向运动。

进一步地，所述磁铁为定子、所述线圈组件为动子并活动地套接于所述磁铁上，当所述线圈中通入驱动电流时对所述线圈组件产生轴向的电磁作用力，使得所述线圈组件相对所述磁铁发生轴向运动。

进一步地，所述容置孔为盲孔，所述容置孔的底面形成限位面，所述限位面对所述磁铁和所述线圈组件在轴向上的相向运动进行限位。

进一步地，所述限位面上设置保护垫，所述保护垫与所述限位面胶粘固定或者所述保护垫紧配合固定于所述容置孔内。

进一步地，所述线架的外周面凹陷形成有环槽，所述环槽的轴向长度小于所述线架的轴向长度，所述线圈绕设于所述环槽内，所述环槽的位置正对所述容置孔的位置。

进一步地，所述线架不绕设线圈的一端作为连接端，所述连接端形成有穿线孔，所述穿线孔的一端与所述环槽连通、另一端贯穿所述连接端的外周面。

进一步地，所述磁铁与所述线架环绕其容置孔的内壁面的径向间隙宽度为0.5mm-5mm。

本发明还提供一种驱动模块，包括至少两个音圈电机、负载以及支撑件，至少两个所述音圈电机的动子分别连接于所述负载的相对两端，所述负载的中央与所述支撑件可转动地连接。

进一步地，至少两个所述音圈电机分别设置于所述负载的相对两侧，并分别在所述负载的两侧形成拉力和推力使得所述负载转动；或者，至少两个所述音圈电机设置于所述负载的同一侧，并同时对所述负载形成拉力或推力使得所述负载转动。

相较于现有技术，本发明音圈电机为分体式结构，其磁铁与线圈组件间隙配合，音圈电机内部不用设置导向机构，整体结构简单紧凑，便于生产制造，生产成本低；同时也使得动子的运动无摩擦损耗，从而工作效率高、使用寿命高、控制精度高；同时还使得应用范围更为广泛，既可以应用于直线运动场合，也可配对应用于一定摆角范围内的旋转运动场合。

附图说明

图1为本发明音圈电机一实施例的示意图。

图2为图1所示音圈电机沿第一方向移动的示意图。

图3为图1所示音圈电机沿第二方向移动的示意图。

图4为应用图1所示音圈电机所构成的驱动模块的示意图。

图5为应用图1所示音圈电机所构成的另一驱动模块的示意图。

图6为本发明音圈电机另一实施例的示意图。

图7为应用图6所示音圈电机所构成的驱动模块的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中示例性地给出了本发明的一个或多个实施例，以使得本发明所公开的技术方案的理解更为准确、透彻。但是，应当理解的是，本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于以下所描述的实施例。

本发明所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。如，本发明所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件”时，本发明并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。

本发明附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本发明提供一种音圈电机100，包括线圈组件20和磁铁40。线圈组件20通电时，其磁场与磁铁40的磁场相互作用使得线圈组件20和磁铁40产生相对运动。本实施例中，线圈组件20作为音圈电机100的定子，磁铁40作为音圈电机100的动子，通电时磁铁40驱动负载60随之运动。

线圈组件20包括线架22以及绕设于线架22上的线圈24，线圈24优选地为漆包铜线，按顺序一圈一圈盘绕在线架22的外侧。线架22的外周面内凹形成有环槽221，环槽221构成线圈24的绕设空间，使得线圈24不会突出于线架22的外周面，减小线圈组件20的整体尺寸，特别是在径向上的尺寸，使得音圈电机100可以小型化、轻量化。本实施例中，环槽221在线架22的轴向上的长度小于线架22的轴向长度，环槽221靠近线架22的一侧端(图示方向为上侧端)设置。线圈24在绕设成型后偏置于线架22的一端，线架22不绕设线圈24的一端作为线架22的连接端223，连接端223的端面上形成有连接孔225，连接孔225可以是螺孔等，通过螺钉等固定件将线架22与外部固定结构连接。

图示实施例中，线架22的连接端223还设置有穿线孔227，穿线孔227与环槽221相连通，引导线圈24的末端向外穿出与外部电路，如外部供电电路等电性连接。穿线孔227优选地为两个，贯穿连接端223的外周面，引导线圈24的末端沿径向向外伸出，减少与其它元件的干涉。如图2所示，线架22中央形成有容置孔26，用于安装磁铁40。容置孔26为一端封闭的盲孔，其深度小于线架22的轴向高度，容置孔26的底面构成限位面261，对磁铁40朝向容置孔26内的轴向移动形成限位。优选地，容置孔26的深度和环槽221的长度相当并且位于线架22的同一侧端，磁铁40插入线架22的容置孔26时正对环槽221内的线圈24，使得磁铁40的磁场和线圈组件20的磁场可以更好地相互作用。

磁铁40为柱状，其内端插接于线架22的容置孔26内、外端伸出容置孔26之外用于连接负载60。磁铁40优选地为永磁体，由钕铁硼稀土合金、铝镍钴合金等材料制成，具有较高的矫顽力和最大磁能积，对于外界的磁场干扰也具有很高的稳定性。负载60可以是任何需要被驱动的元件，包括光学镜片等需要精密控制其行程的元件。图示中，负载60通过胶粘等方式直接与磁铁40的外端的端面固定相连，两者相对于线圈组件20同步运动。应当理解地，磁铁40与负载60也可以通过夹装、螺合等方式连接，或者，磁铁40与负载60也可以通过传动元件等间接连接。

磁铁40的外径略小于容置孔26的孔径，磁铁40与线架22形成间隙配合。如图2所示，磁铁40与线架22环绕容置孔26的内壁面在径向上形成间隙29，间隙29在径向上的宽度D为0.5mm-5mm，既保证有足够的间隔空间使得磁铁40在容置孔26中可以沿轴向自由地移动，并且在移动的过程中不与线架22产生接触，磁铁40与线架22无摩擦损耗，提高使用寿命和运行精度，同时也避免间隔空间过大而影响磁铁40与线圈组件20的磁场作用力。另外，如图2、图4及图5所示，一定宽度的间隙29还使得磁铁40在容置孔26内能够有小的偏转角度而不与线架22的内壁面产生干涉，图示中以α标示磁铁40相对于其轴线的偏转角度，使得本发明的音圈电机100既能驱动负载60移动又能驱动负载60转动。

较佳地，线架22在其容置孔26的底部，即限位面261上设置有保护垫28，保护垫28由弹性的不导磁材料，如硅胶、橡胶等制成，在受到冲击时能够起到较好的缓冲作用。磁铁40在朝向容置孔26内移动时，保护垫28取代限位面261对磁铁40进行阻挡，避免磁铁40直接撞击线架22，减小噪音、振动的产生。保护垫28可以是实心的垫片，也可以是环形的垫圈，通过胶粘的方式固定于限位面261上。在其它实施例中，可以将保护垫28的外径设置为略大于容置孔26的孔径，保护垫28通过自身的弹性形变紧配合固定于容置孔26中；或者，也可以在容置孔26内设置卡扣结构将保护垫28固定。

本发明音圈电机100在工作时，其线圈24接入驱动电流，在驱动电流的作用下，围绕着线圈24周围将产生磁场，根据电流方向的不同所产生的磁场方向不同，进而对磁铁40产生不同方向的作用力。如图2所示，线圈24中通过正向电流I1时，其磁场与磁铁40的磁场相作用产生推力F1推动磁铁40沿轴向背向线圈组件20移动，由容置孔26向外伸出；反之，如图3所示，线圈24中通过反向电流I2时，其磁场与磁铁40的磁场相作用产生拉力F2拉动磁铁40沿轴向朝向线圈组件20移动，向容置孔26内回缩。通过电流的变化，使得磁铁40和与磁铁40连接的负载60能够沿本发明音圈电机100的轴向方向伸缩移动。本实施例通过磁铁40驱动负载60，运动部件的重量大大降低，提高了运动性能；同时，磁铁40无需引线，提高了运动可靠性。

本发明音圈电机100多个相配合还能构成驱动模块，驱动负载60转动。如图4和图5所示，两个音圈电机100的动子，即磁铁40分别连接至负载60的相对两端，负载60的中央通过转轴70与一支撑件80连接，两个音圈电机100相互配合在负载的两端形成方向相反的作用力，驱动负载60以转轴70为中心转动。转轴70优选地为无摩擦损耗的柔性铰链转轴70，可以降低整个驱动模块的能量损耗。

图4所示实施例中，两个音圈电机100位于负载60的同一侧边并分别通以正向电流I1和反向电流I2，其中一个音圈电机100(如右侧的音圈电机100)对其磁铁40产生推力F1、另一音圈电机100(如左侧的音圈电机100)对其磁铁40产生拉力F2，推力F1、拉力F2分别作用于负载60的同一侧面的相对两端，使得负载60以其中央所连接的转轴70为中心转动，如图示中沿逆时针方向转动。改变两个音圈电机100的驱动电流的方向，可以使得右侧的音圈电机100产生拉力F2、左侧的音圈电机100产生推力F1，此时负载60以转轴70为中心沿顺时针方向转动。如此，通过控制驱动电流还可以使得本实施例的驱动模块在正转和反转之间切换，进而可以使得负载60来回摆动。

图5所示实施例中，两个音圈电机100位于负载60的相对两侧边并通以相同的驱动电流，如都通以正向电流I1或反向电流I2。两个音圈电机100同时对磁铁40产生推力F1或者拉力F2，两个推力F1或者拉力F2分别作用于负载60的相对两侧的两端，使得负载60以其中央所连接的转轴70为中心转动。图示中两个音圈电机100同时对磁铁40产生推力F1，使得负载60以转轴70为中心顺时针方向转动。改变两个音圈电机100的驱动电流的方向使其对磁铁40产生拉力F2时，负载60以转轴70为中心沿逆时针方向转动。如此，通过控制驱动电流同样可以使得本实施例的驱动模块在正转和反转之间切换，进而可以使得负载60来回摆动。

图6所示为本发明音圈电机100另一实施例的示意图，其同样包括线圈组件20和设置于线圈组件20中的磁铁40，磁铁40的外径略小于线架22的容置孔26的孔径，磁铁40与线架22形成间隙配合。

本实施例中，磁铁40作为音圈电机100的定子，与外部固定结构连接。磁铁40与固定结构的连接方式可以是紧配合固定等，图中并未示出。线圈组件20作为音圈电机100的动子，活动地套接于磁铁40上。负载60与线圈组件20固定连接，如与线架22通过螺钉等固定件连接等，进而线圈组件20带动负载60随之移动：如线圈24中通过正向电流I1时，其磁场与磁铁40的磁场相作用产生推力F1推动线圈组件20沿轴向背向磁铁40移动；反之，线圈24中通过反向电流I2时，其磁场与磁铁40的磁场相作用产生拉力F2推动线圈组件20沿轴向朝向磁铁40移动。

本实施例的音圈电机100同样可以多个协作构成驱动模块来驱动负载60转动，如图7所示，两个音圈电机100的动子，即线圈组件20分别连接至负载60的相对两端，负载60的中央通过转轴70与一支撑件80连接，两个音圈电机100相互配合在负载60的两端形成方向相反的作用力，驱动负载60以转轴70为中心转动。

图7所示实施例中，两个音圈电机100位于负载60的同一侧边并分别通以正向电流I1和反向电流I2，其中一个音圈电机100对其线圈组件20产生推力F1、另一音圈电机100对其线圈组件20产生拉力F2，推力F1、拉力F2分别作用于负载60的同一侧面的相对两端，使得负载60以转轴70为中心转动。类似地，两个音圈电机100也可以设置于负载60的相对两侧边并通以相同的驱动电流，此时两个音圈电机100均对其线圈组件20产生推力F1或者拉力F2，两个推力F1或者拉力F2分别作用于负载60的相对两侧的两端，使得负载60以转轴70为中心转动。通过控制驱动电流同样可以使得本实施例的驱动模块在正转和反转之间切换，进而可以使得负载60来回摆动。

本发明音圈电机100本身通过其线圈组件20的线圈24的磁场与磁铁40的磁场的配合来驱动动子(既可以是线圈组件20也可以是磁铁40)沿轴向伸缩移动，线圈组件20与磁铁40间隙配合使得动子的移动无摩擦，工作效率高、使用寿命长、控制精度高。多个音圈电机100所构成的驱动模块通过在不同位置对负载60的作用力的配合使得负载60转动，负载60转动过程中音圈电机100的动子随之产生一定角度的偏转，线圈组件20与磁铁40的间隙配合为动子的偏转提供了活动空间，使得驱动模块能够驱动负载60转动。应当理解地，根据应用需求驱动模块可以由更多数量的音圈电机100构成，多个音圈电机100也可以有不同的配合方式。

本发明音圈电机100为分体式结构，其磁铁40与线圈组件20间隙配合，音圈电机100内部不用设置导向机构，整体结构简单紧凑，便于生产制造，生产成本低；同时也使得动子的运动无摩擦损耗，从而工作效率高、使用寿命高、控制精度高；同时还使得应用范围也更为广泛，既可以应用于直线运动场合，也可配对应用于一定摆角范围内的旋转运动场合。在一优选实施例中，以线圈组件20作为定子、磁铁40作为动子，动子重量轻且无需引线，使得音圈电机100的运动部件的重量大大降低，提高运动部件的运动性能和可靠性；线圈24直接缠绕于线架22构成定子，线架22与外部固定结构相连，结构简单且便于线圈24热量的散出以及导线的连接。

需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种音圈电机，其特征在于，包括线圈组件和磁铁，所述线圈组件包括线架以及绕设于所述线架外周面上的线圈，所述线架的一个端面在中央处沿轴向凹陷形成容置孔，所述磁铁插接于所述容置孔中；其中，所述磁铁与所述线架环绕其容置孔的内壁面在径向上形成间隙，所述间隙使得当所述线圈中通入驱动电流时所述磁铁和线圈组件可以相对运动。

2.如权利要求1所述的音圈电机，其特征在于，所述线圈组件为定子、所述磁铁为动子，所述磁铁的一端活动地插接于所述容置孔中、另一端伸出所述容置孔之外用于连接负载；其中，当所述线圈中通入驱动电流时对所述磁铁产生轴向的电磁作用力，使得所述磁铁相对所述线圈组件发生轴向运动。

3.如权利要求1所述的音圈电机，其特征在于，所述磁铁为定子、所述线圈组件为动子并活动地套接于所述磁铁上，当所述线圈中通入驱动电流时对所述线圈组件产生轴向的电磁作用力，使得所述线圈组件相对所述磁铁发生轴向运动。

4.如权利要求2或3所述的音圈电机，其特征在于，所述容置孔为盲孔，所述容置孔的底面形成限位面，所述限位面对所述磁铁和所述线圈组件在轴向上的相向运动进行限位。

5.如权利要求4所述的音圈电机，其特征在于，所述限位面上设置保护垫，所述保护垫与所述限位面胶粘固定或者所述保护垫紧配合固定于所述容置孔内。

6.如权利要求4所述的音圈电机，其特征在于，所述线架的外周面凹陷形成有环槽，所述环槽的轴向长度小于所述线架的轴向长度，所述线圈绕设于所述环槽内，所述环槽的位置正对所述容置孔的位置。

7.如权利要求6所述的音圈电机，其特征在于，所述线架不绕设线圈的一端作为连接端，所述连接端形成有穿线孔，所述穿线孔的一端与所述环槽连通、另一端贯穿所述连接端的外周面。

8.如权利要求1所述的音圈电机，其特征在于，所述磁铁与所述线架环绕其容置孔的内壁面的径向间隙宽度为0.5mm-5mm。

9.一种驱动模块，其特征在于，包括至少两个权利要求1-8任一项所述的音圈电机、负载以及支撑件，至少两个所述音圈电机的动子分别连接于所述负载的相对两端，所述负载的中央与所述支撑件可转动地连接。

10.如权利要求9所述的驱动模块，其特征在于，至少两个所述音圈电机分别设置于所述负载的相对两侧，并分别在所述负载的两侧形成拉力和推力使得所述负载转动；或者，至少两个所述音圈电机设置于所述负载的同一侧，并同时对所述负载形成拉力或推力使得所述负载转动。

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