TWI484727B - 音圈馬達、採用該音圈馬達之相機模組及便攜式電子裝置 - Google Patents

音圈馬達、採用該音圈馬達之相機模組及便攜式電子裝置 Download PDF

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TWI484727B
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    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/035—DC motors; Unipolar motors
    • H02K41/0352—Unipolar motors
    • H02K41/0354—Lorentz force motors, e.g. voice coil motors
    • H02K41/0356—Lorentz force motors, e.g. voice coil motors moving along a straight path

Description

音圈馬達、採用該音圈馬達之相機模組及便攜式電子裝置
本發明涉及一種音圈馬達、具有該音圈馬達之相機模組及使用該相機模組之便攜式電子裝置。
具有體積小、用電量少及價格低廉等優點之音圈馬達(Voice Coil Motor，VCM)適合作為電子產品(如數位相機、行動電話、數位攝像機等)中之致動器。
常見之音圈馬達主要包括一固定架及一可活動地裝設於該固定架內之活動裝筒。該裝筒用來裝設鏡筒或對焦鏡片組等元件。於通電情況下，該音圈馬達驅動該活動裝筒相對該固定架移動，從而改變鏡筒或對焦鏡片組與影像感測器之間的距離，進而實現對焦功能。
上述音圈馬達於對焦完成時，必須不斷地提供電流讓該活動裝筒保持於最佳拍攝位置，從而使得於動態攝影時，需要消耗太多之電能。
有鑑於此，有必要提供一種對焦完成時無須使用電流之音圈馬達、具有該音圈馬達之相機模組及使用該相機模組之便攜式電子裝 置。
一種音圈馬達，其包括固定體、活動裝筒、至少兩個上滾動件及至少兩個下滾動件。該固定體具有第一收容腔。該活動裝筒活動地收容於該第一收容腔。該固定體進一步包括至少一上凹槽及至少一下凹槽。該至少一上凹槽及至少一下凹槽分別設於該固定體之兩端，且該至少一上凹槽及至少一下凹槽之槽底均朝向該第一收容腔。該至少兩個上滾動件及至少兩個下滾動件分別設於該至少一上凹槽及該至少一下凹槽中且與該活動裝筒相擠壓，以使該至少兩個上滾動件及至少兩個下滾動件與該活動裝筒之間可產生摩擦力。
一種相機模組包括鏡筒及上述音圈馬達。該音圈馬達用於驅動該鏡筒移動以實現對焦。該音圈馬達之活動裝筒用於收容該鏡筒。
一種便攜式電子裝置包括電子裝置本體及設置於該電子裝置本體上之上述相機模組。
相較於先前技術，本發明實施例之音圈馬達之活動裝筒移動時，該上滾動件及下滾動件與該活動裝筒之間產生之摩擦力使得該上滾動件及該下滾動件隨著該活動裝筒之移動而發生轉動。當對焦完成時，切斷電流，此時該上滾動件及該下滾動件與該活動裝筒之間之靜摩擦力使得該活動裝筒停留於最佳拍攝位置以進行拍攝，從而可以於對焦完成時停止向音圈馬達之線圈供應電流，節省了能源。
100‧‧‧便攜式電子裝置
10‧‧‧電子裝置本體
30‧‧‧相機模組
31、41‧‧‧音圈馬達
33‧‧‧鏡筒
35‧‧‧感測器
36‧‧‧電路板
37‧‧‧外殼
38‧‧‧致動體
371‧‧‧頂板
373‧‧‧第一側板
375‧‧‧第二側板
377、3829、3835‧‧‧通光孔
381‧‧‧固定組件
387、487‧‧‧活動組件
389‧‧‧上滾動件
390‧‧‧下滾動件
3811、4811‧‧‧固定體
3812、4812‧‧‧線圈
3813、4813‧‧‧固定架
3816、3873‧‧‧上端
3817、3874‧‧‧下端
3818、4818‧‧‧第一收容腔
3819‧‧‧第一下半槽
3820‧‧‧第二上半槽
3821‧‧‧側壁
3822‧‧‧收容腔
3823‧‧‧第一定位結構
3824‧‧‧第二定位結構
3825‧‧‧第一上部
3826‧‧‧第一下部
3814‧‧‧蓋體
3815‧‧‧承載體
3827、3833‧‧‧上表面
3828、3834‧‧‧下表面
3830‧‧‧第三定位結構
3831‧‧‧第一上半槽
3832‧‧‧上凹槽
3836‧‧‧第四定位結構
3837‧‧‧第二下半槽
3838‧‧‧下凹槽
3871、4871‧‧‧活動裝筒
3872‧‧‧磁鐵組
3875‧‧‧第二收容腔
3876‧‧‧上端板
3877‧‧‧下端板
3878‧‧‧上切面
3879‧‧‧下切面
3880‧‧‧第一上磁鐵
3881‧‧‧第一下磁鐵
4872‧‧‧環形磁鐵
圖1係本發明第一實施例提供之便攜式電子裝置之立體示意圖。
圖2係圖1中之便攜式電子裝置之相機模組之分解示意圖。
圖3係圖2中之相機模組之音圈馬達之分解示意圖。
圖4係圖3中之音圈馬達之致動體沿IV-IV線之剖視圖。
圖5係本發明第二實施例提供之音圈馬達之固定體及活動組件之分解示意圖。
下面將結合附圖對本發明實施例作進一步詳細說明。
請參閱圖1至圖4，本發明實施例提供之便攜式電子裝置100包括電子裝置本體10及設於電子裝置本體10上之相機模組30。
相機模組30包括音圈馬達31、收容有鏡片(圖未示)之鏡筒33及設於電路板36之感測器35。
音圈馬達31包括外殼37及收容於外殼37內之致動體38。
外殼37用來保護音圈馬達31之其他元件免受外界污染及損壞，其具有一頂板371、兩個第一側板373及兩個第二側板375。頂板371之中央設有通光孔377，以使光線穿過頂板371。兩個第一側板373設置於頂板371之相對兩側。兩個第二側板375設置於頂板371之另外相對兩側。頂板371、兩個第一側板373及兩個第二側板375形成一收容空間(圖未示)，以使致動體38收容於該外殼37內。
致動體38包括固定組件381、活動組件387、四個上滾動件389、及四個下滾動件390。
固定組件381包括固定體3811及四個設於固定體3811上之線圈 3812。
固定體3811包括固定架3813、及分別固設於固定架3813兩端之蓋體3814及承載體3815。
固定架3813具有上端3816、與上端3816相背離之下端3817、貫穿上端3816及下端3817之第一收容腔3818、四個設於上端3816內表面且貫穿上端3816之上端面之第一下半槽3819、及四個設於下端3817內表面且貫穿下端3817之下端面之第二上半槽3820。
本實施例中，固定架3813為大致呈方形之架體，其具有首尾相連之四個側壁3821、四個分別設於四個側壁3821之用於收容線圈3812之收容腔3822、四個設於上端3816端面之第一定位結構3823、及四個設於下端3817端面之第二定位結構3824。收容腔3822貫穿側壁3821，且與第一收容腔3818相連通。第一定位結構3823及第二定位結構3824均為定位柱。
當然固定架3813亦可以為呈圓柱型之架體、呈三棱柱形之架體、呈五棱柱形之架體等其他形狀之架體。當然，收容腔3822亦可以被由側壁3821之內表面向側壁3821之外表面凹陷形成之凹槽所替代。當然，收容腔3822亦可以被由側壁3821之外表面向側壁3821之內表面凹陷形成之凹槽所替代。當然，第一定位結構3823亦可以為定位凹槽或者定位孔。
每一線圈3812均包括位於其中心軸線以上之第一上部3825以及位於其中心軸線以下之第一下部3826。可以理解，當線圈3812中通有電流時，第一上部3825之電流流向與第一下部3826之電流流向相反。
蓋體3814具有上表面3827、與上表面3827相背離之下表面3828、貫穿上表面3827及下表面3828之通光孔3829、四個分別與四個第一定位結構3823相配合使用之第三定位結構3830、及四個設於蓋體3814之下端內表面且貫穿下表面3828之第一上半槽3831。一第一上半槽3831與一第一下半槽3819共同形成一底面朝向第一收容腔3818之上凹槽3832。一上凹槽3832用於收容一上滾動件389。
蓋體3814與固定架3813藉由四個第一定位結構3823及四個第三定位結構3830之相互配合固定為一體。本實施例中，第三定位結構3830為通孔。
當然，蓋體3814與固定架3813亦可以一體成形。當然，第三定位結構3830亦可以為定位柱或者定位凹槽。
承載體3815具有上表面3833、與上表面3833相背離之下表面3834、貫穿上表面3833及下表面3834之通光孔3835、四個分別與四個第二定位結構3824相配合使用之第四定位結構3836、及四個設於承載體3815之上端內表面且貫穿上表面3833之第二下半槽3837。一第二下半槽3837與一第二上半槽3820共同形成一底面朝向第一收容腔3818之下凹槽3838。一下凹槽3838用於收容一下滾動件390。
承載體3815與固定架3813藉由四個第二定位結構3824及四個第四定位結構3836之相互配合固定為一體。本實施例中，第四定位結構3836為通孔。
當然，承載體3815與固定架3813亦可以一體成形。當然，第四定位結構3836亦可以為定位柱或者定位凹槽。
活動組件387包括活動地收容於第一收容腔3818之活動裝筒3871及四個設於活動裝筒3871之外壁之磁鐵組3872。
活動裝筒3871為大致呈方形之筒狀體，其包括上端3873、與上端3873相背離之下端3874、貫穿上端3873及下端3874之圓形第二收容腔3875、由上端3873沿圓週方向向外延伸形成之上端板3876、及由下端3874沿圓週方向向外延伸形成之下端板3877。
當然，活動裝筒3871亦可以為圓柱形之筒狀體、三棱柱形之筒狀體、五棱柱形之筒狀體等其他形狀之筒狀體。
優選地，本實施例中，上端板3876向外突出四個磁鐵組3872，且其四個角分別具有一上切面3878。每一上切面3878與一上滾動件389相擠壓，使得上滾動件389與活動裝筒3871之間可產生摩擦力。下端板3877向外突出四個磁鐵組3872，且其四個角分別具有一下切面3879。每一下切面3879與一下滾動件390相擠壓，使得下滾動件390與活動裝筒3871之間可產生摩擦力。
當然，上端板3876與四個磁鐵組3872上下平齊亦可實現本發明之目的。當然，省略上切面3878，將上滾動件389設於固定架3813之一側壁3821上，並非如本實施例所示之設於固定架3813之相鄰側壁3821形成之直角處亦可實現本發明之目的。
四個磁鐵組3872分別設於活動裝筒3871之四個側壁之外表面，且位於上端板3876與下端板3877之間。
每一磁鐵組3872與一線圈3812相對，以使於通有電流之線圈3812所產生之磁場與磁鐵組3872所產生之磁場相互作用時，活動組件387可相對固定架3813沿第一收容腔3818之中心軸上下移動。
每一磁鐵組3872包括與第一上部3825相對之第一上磁鐵3880、及與第一下部3826相對之第一下磁鐵3881。第一上磁鐵3880與第一下磁鐵3881沿平行於活動裝筒3871之中心軸上下設置。第一上磁鐵3880與第一下磁鐵3881均為條形磁鐵，且其磁力線方向相反(即，第一上磁鐵3880與第一下磁鐵3881中僅有一磁鐵之N極靠近距離其最近之線圈3812)。
本實施例中，第一上磁鐵3880之N極靠近距離其最近之線圈3812，第一上磁鐵3880之S極遠離距離其最近之線圈3812；第一下磁鐵3881之S極靠近距離其最近之線圈3812，第一下磁鐵3881之N極遠離距離其最近之線圈3812。
當然，於第一上磁鐵3880之S極靠近距離其最近之線圈3812，第一上磁鐵3880之N極遠離距離其最近之線圈3812之情況下，第一下磁鐵3881之N極靠近距離其最近之線圈3812，第一下磁鐵3881之S極遠離距離其最近之線圈3812亦能實現本發明之目的。
當線圈3812中通有電流時，第一上部3825與第一下部3826電流流向相反，他們所處之處之第一上磁鐵3880與第一下磁鐵3881所產生之磁場之磁力線方向相反，從而使得第一上磁鐵3880與第一下磁鐵3881受到平行於第一收容腔3818之中心軸之磁力之方向相同，進而使得活動裝筒3871沿第一收容腔3818之中心軸方向上下移動。
四個上滾動件389分別滾動地收容於四個上凹槽3832中。本實施例中，四個上滾動件389均為圓柱滾子，且其軸向均垂直於第二收容腔3875之中心軸。
當然，上滾動件389亦可以為滾針、球形滾子、圓錐滾子、球面滾子或者非對稱球面滾子。當然，上滾動件389的中心軸並不一定垂直第二收容腔3875之中心軸，只要保證上滾動件389可相對活動裝筒3871轉動即可，例如，上滾動件389之中心軸與第二收容腔3875之中心軸之間具有45度、60度或75度之夾角等其他根據需要所設置之角度。
四個下滾動件390與四個上滾動件389相同，在此不再贅述。當然，下滾動件390與上滾動件389亦可以不同，只要保證下滾動件390可相對活動裝筒3871轉動即可。
當然，四個上凹槽3832亦可以連成一圍繞第一收容腔3818且槽底朝向第一收容腔3818之環形上凹槽(即由固定架3813之內表面向固定架3813之外表面凹陷形成之圍繞第一收容腔3818之環形上凹槽)。此時，複數上滾動件389滾動地收容於該環形凹槽中亦可實現本發明之目的。
當然，上凹槽3832及下凹槽3838之個數亦可以為兩個、三個或更多個，不限於本實施例。當上凹槽3832為兩個時，為了保證活動裝筒3871與上滾動件389之間受力均衡，上凹槽3832應該關於第一收容腔3818之中心軸對稱，例如，設置於固定架3813之一條對角線上。
於音圈馬達31對焦時，通電之線圈3812與磁鐵組3872之間產生洛倫茲力(Lorenz Force)，使得活動裝筒3871沿著第一收容腔3818之中心軸上下移動。由於上滾動件389及下滾動件390滾動地嵌設於固定體3811與活動裝筒3871之間且與之均有接觸，故，當活動裝筒3871移動時，上滾動件389及下滾動件390與活動裝筒 3871之間產生的摩擦力使得上滾動件389及下滾動件390隨著活動裝筒3871之移動而發生轉動。當對焦完成時，切斷電流，此時上滾動件389及下滾動件390與活動裝筒3871之間的靜摩擦力使得活動裝筒3871停留於最佳拍攝位置以進行拍攝，從而可以於對焦完成時停止向線圈3812供應電流，節省了能源。
感測器35設於電路板36上，其與鏡筒33相對設置。外部光線照射經過鏡筒33內之鏡片，然後再經過該鏡片入射到感測器35上。電路板36設於電子裝置本體10上。
可以理解，於本發明中，鏡筒33及感測器35之類型以及封裝方式可以是先前技術當中出現之任何一種。
當然，便攜式電子裝置100亦可以為錄影機、數位相機等其他電子裝置。
請參閱圖5，本發明第二實施例提供之音圈馬達41包括固定體4811及活動組件487。
固定體4811包括具有第一收容腔4818之固定架4813及一設於固定架4813之線圈4812。線圈4812與第一收容腔4818同軸，且線圈4812設於固定架4813之內壁。
活動組件487包括收容於第一收容腔4818之活動裝筒4871及一設於活動裝筒4871之外壁之環形磁鐵4872。
本實施例中，環形磁鐵4872之內側面為N極，環形磁鐵4872之外側面為S極。
通有電流之線圈4812所產生之磁場與環形磁鐵4872所產生之磁場 相互作用，推動活動裝筒4871沿第一收容腔4818之中心軸上下移動。
當然，環形磁鐵4872亦可以分割成間隔分布之兩個、三個、四個或更多個磁鐵，只要該些磁鐵與活動裝筒4847相對之表面之極性相同即可實現本發明之目的。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
30‧‧‧相機模組
31‧‧‧音圈馬達
33‧‧‧鏡筒
35‧‧‧感測器
36‧‧‧電路板
37‧‧‧外殼
38‧‧‧致動體
371‧‧‧頂板
373‧‧‧第一側板
375‧‧‧第二側板
377‧‧‧通光孔
381‧‧‧固定組件
387‧‧‧活動組件
389‧‧‧上滾動件
3811‧‧‧固定體
3812‧‧‧線圈

Claims (10)

  1. 一種音圈馬達，其包括固定體及活動裝筒，該固定體具有第一收容腔，該活動裝筒活動地收容於該第一收容腔，其中，該固定體進一步包括至少一上凹槽及至少一下凹槽，該至少一上凹槽及至少一下凹槽分別設於該固定體之兩端，且該至少一上凹槽及至少一下凹槽之槽底均朝向該第一收容腔，該音圈馬達進一步包括至少兩個上滾動件及至少兩個下滾動件，該至少兩個上滾動件及至少兩個下滾動件分別設於該至少一上凹槽及該至少一下凹槽中且與該活動裝筒相擠壓，以使該至少兩個上滾動件及至少兩個下滾動件與該活動裝筒之間可產生摩擦力。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之音圈馬達，該固定體包括固定架、及分別設於該固定架兩端之蓋體及承載體，該第一收容腔設於該固定架，該蓋體及承載體均設有一與該第一收容腔相連通且共軸之通光孔，該上凹槽具有第一上半槽及第一下半槽，該第一下半槽設於該固定架靠近該蓋體之端部之內表面且貫穿該固定架靠近該蓋體之端部之端面，該第一上半槽設於該蓋體靠近該固定架之端部之內表面且貫穿該蓋體靠近該固定架之端部之下表面，該下凹槽具有第二上半槽及第二下半槽，該第二上半槽設於該固定架靠近該承載體之端部之內表面且貫穿該固定架靠近該承載體之端部之端面，該第二下半槽設於該承載體靠近該固定架之端部之內表面且貫穿該承載體靠近該固定架之端部之上表面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之音圈馬達，其中，該音圈馬達進一步包括至少一設於該固定架之線圈及至少一設於該活動裝筒之外壁之磁鐵。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之音圈馬達，其中，該上滾動件為圓柱滾子或者滾針。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之音圈馬達，其中，該活動裝筒具有第二收容腔，該上滾動件之軸向垂直該第二收容腔之中心軸。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之音圈馬達，其中，該上滾動件為球形滾子、圓錐滾子、球面滾子或者非對稱球面滾子。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之音圈馬達，其中，該固定體大致呈方形，該至少一上凹槽之個數為兩個，且該兩個上凹槽設置於該固定體之對角線上，該至少一上滾動件之個數為兩個，且一上滾動件活動地收容於一上凹槽中。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之音圈馬達，其中，該至少一上凹槽之個數為一個，且為該固定體之內表面向該固定體之外表面凹陷形成之圍繞該第一收容腔之環形凹槽，該至少兩個滾動件均設於該上凹槽中。
  9. 一種相機模組，其包括鏡筒，其中：該相機模組進一步包括如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之音圈馬達，該音圈馬達用於驅動該鏡筒移動以實現對焦，該音圈馬達之活動裝筒用於收容該鏡筒。
  10. 一種便攜式電子裝置，其包括電子裝置本體及設置於該電子裝置本體上之如申請專利範圍第9項所述之相機模組。
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