CN101483376B

CN101483376B - 音圈马达

Info

Publication number: CN101483376B
Application number: CN2008100016998A
Authority: CN
Inventors: 刘建圣; 林柏衡; 柯顺升; 张裕修; 洪基彬
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2028-01-10
Also published as: CN101483376A

Abstract

本发明公开一种音圈马达，包括一固定座、一导引杆、一线圈、一安装座及一磁性元件。导引杆连接于固定座。线圈包括的第一绕阻体(区)连接及相对于线圈第二绕阻体(区)，且其电流方向相反。安装座穿设在导引杆之上，使其具移动的连接方式。磁性元件连接于安装座，并具有一第一磁极及一第二磁极。第一磁极及第二磁极分别相对于线圈第一绕阻体(区)及线圈第二绕阻体(区)。第一磁极与线圈第一绕阻体(区)交互作用而产生一第一作用力。第二磁极与线圈第二绕阻体(区)交互作用而产生一第二作用力。第一及第二作用力驱使安装座移动。

Description

音圈马达

技术领域

本发明涉及一种音圈马达，特别是涉及一种小型化、高定位精度、低制造成本及低电能消耗的音圈马达。

背景技术

随着科技的进步，设置在手机中的相机已朝着高画质、省能源、低成本及小型化的设计方向来发展，而驱使其中的镜头模块移动的致动装置则是影响其产品品质的关键性零组件。

在目前应用在小型镜头模块的自动位移驱动装置中，其驱动器依运动方向可大致分为两种，第一种驱动器可提供旋转动力，且其旋转轴是平行于镜头模块的光轴，而第二种驱动器则可提供平移动力，且其移动方向是平行于镜头模块的光轴。

第一种驱动器(例如，步进马达)的旋转运动通常需要额外的传动方向转换机构，以使镜头模块能进行平行于光轴的移动。就运用第一种驱动器的自动位移驱动装置而言，其特点在于当镜头模块到达定位时，不需要增加额外的电力来维持镜头模块的位置。然而，含有第一种驱动器的自动位移驱动装置会具有非常多的构成零件，且其构造复杂度相当高，因而不利于缩小自动位移驱动装置的体积。

而第二种驱动器(例如，音圈马达、压电致动装置及液态透镜致动装置)可直接将力量应用在位置调节上。相较于运用第一种驱动器的自动位移驱动装置，运用第二种驱动器的自动位移驱动装置可具有较少的构成零件以及较小的体积。然而，面对未来市场的需求，如何更有效的缩小此种驱动器或自动位移驱动装置的尺寸以及提高其精度多是一重要课题。

在中国台湾专利公开第200525859号中揭露有一种音圈马达装置，其主要是以两个相对的非环型磁石及多个轭铁组构成一可动磁路部件。部分磁力线会从非环型磁石的表面导出，并经由轭铁组而传至一导磁轴中，以在可动磁路部件与导磁轴之间产生径向吸力(径向预压力)，此径向吸力仅是用来使可动磁路部件相对于导磁轴的滑动能更为顺畅。此外，在此种音圈马达装置之中，一线圈与非环型磁石之间的音圈力产生利用了部分方向或路径相同的磁力线。

请参阅图1A及图1B，在日本专利公开第2005-128405号中揭露有一种现有镜头驱动装置1，其通过使用特殊上下设计的上弹簧片9与下弹簧片11，可提供镜头模块20精确的移动并减少移动时的摩擦力。上弹簧片9与下弹簧片11也可视为线圈15的延伸，以做为线圈15两端电流流通的导体。值得注意的是，在镜头驱动装置1之中，上弹簧片9与下弹簧片11多是用来对镜头模块提供轴向预压力，以使镜头模块在线圈15通电时能够顺利定位在某一特定位置。然而，由于镜头驱动装置1必须具有用来导磁的轭铁3，故其整体尺寸及制造成本无法被有效降低。

在中国台湾专利第M305361号所揭露的音圈马达装置中，其永久磁石的充磁方向为「两极」充磁，亦即其永久磁石充磁方向与其移动方向垂直，以此「两极」充磁的永久磁石，达到提高磁通量利用率的目的。

另外，在日本专利公开第2003-207708号、日本专利公开第2006-220776号及美国专利第5,220,461号所揭露的音圈马达装置之中，永久磁石的充磁方向是与其移动方向垂直(亦即，永久磁石是被径向充磁)。为了提高永久磁石的磁通量利用率，在永久磁石的径向侧面会加入导磁轭铁，如此会不利于音圈马达装置的小型化。此外，在这些音圈马达装置之中，为了让镜头模块能够穿过线圈，线圈皆被制成中空环形并且其中空部分的尺寸皆很大。如上所述，线圈的绕线匝数会受到限制，因而不利于音圈力的提升。再者，线圈的整体强度会不足，因而易导致其在组装时发生变形，进而易导致音圈马达装置的良率下降。

此外，在中国台湾专利公开第200525859号及中国台湾专利第176799号所揭露的音圈马达装置之中，永久磁石的充磁方向是与其移动方向平行(亦即，永久磁石是被轴向充磁)。再者，在这些音圈马达装置之中，线圈是设置在多个永久磁石与导磁轭铁之间，以及在移动部件与固定部件之间存在有两个气隙。一个气隙是存在于永久磁石与线圈之间，而另一个气隙是存在于导磁轭铁与线圈之间。另外，导引轴是由导磁性材料所制成，导引轴与永久磁石之间会存在有磁吸引力，因而尚需考量音圈马达装置为克服此轴孔相对滑动时的摩擦力所需的启动电流增加，线圈的绕线匝数是否受到限制，以及感测元件的设置配合线圈的外围设计等。

发明内容

本发明的目的是要提供一种音圈马达，其可达成小型化、高定位精度、低制造成本及低电能消耗的功效。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种音圈马达，其包括一固定座；至少一导引杆，连接于该固定座；至少一线圈，连接于该固定座，并且具有一线圈第一绕阻体(区)及一线圈第二绕阻体(区)，其中，该线圈第一绕阻体(区)连接及相对于该线圈第二绕阻体(区)，以及该线圈第一绕阻体(区)中的电流方向与该线圈第二绕阻体(区)中的电流方向相反；一安装座，以移动的方式穿设在该导引杆之上；以及至少一磁性元件，连接于该安装座，并且具有一第一磁极及一第二磁极，其中，该磁性元件的充磁方向平行于该安装座及该磁性元件的移动方向，并且垂直于该线圈的中心轴，该第一磁极及该第二磁极分别相对于该线圈的该线圈第一绕阻体(区)及该线圈第二绕阻体(区)，该第一磁极与该线圈第一绕阻体(区)交互作用而产生一第一作用力，该第二磁极与该线圈第二绕阻体(区)交互作用而产生一第二作用力，以及该第一作用力及该第二作用力驱使该安装座及该磁性元件依该磁性元件的充磁方向移动。

同时，根据本发明的音圈马达，该导引杆由不导磁性材料所制成。

又在本发明中，该导引杆与该固定座可一体成型。

又在本发明中，更包括一导磁轭铁，设置在该安装座与该磁性元件之间。

又在本发明中，更包括一位置感测器，连接于该固定座，并且相对于该磁性元件，用以感测该磁性元件的移动。

又在本发明中，该位置感测器包括一霍尔元件、一磁阻感测元件、一电感测元件或一光感测元件。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合所附附图做详细说明。

附图说明

图1A是显示一种现有镜头驱动装置的剖面示意图；

图1B是显示根据图1A的现有镜头驱动装置的立体分解示意图；

图2A是显示本发明的第一实施例的音圈马达的立体分解示意图；

图2B是显示本发明的第一实施例的音圈马达与一镜头模块的立体组合示意图；

图3是显示根据图2B的剖面示意图；

图4是显示本发明的第二实施例的音圈马达与一镜头模块的立体组合示意图；以及

图5是显示本发明的第三实施例的音圈马达的立体组合示意图。

主要元件符号说明

1磁头驱动装置

3～轭铁

9～上弹簧片

11～下弹簧片

15～线圈

20～镜头模块

101、102、103、104～音圈马达

110～固定座

120～导引杆

130～线圈

131～线圈第一绕阻体(区)

132～线圈第二绕阻体(区)

140～安装座

141～透孔

150～磁性元件

151～第一磁极

152～第二磁极

160～导磁轭铁

170～位置感测器

C₁₃₀～中心轴

F₁～第一作用力

F₂～第二作用力

L～镜头模块

O～光轴

具体实施方式

兹配合附图说明本发明的较佳实施例。

第一实施例

请参阅图2A及图2B，本实施例的音圈马达101可应用于驱使一相机的镜头模块进行变焦移动，并且主要包括有一固定座110、两导引杆120、两线圈130、一安装座140及两磁性元件150，其中，固定座110、导引杆120及线圈130可视为音圈马达101的固定部件，-而安装座140及磁性元件150可视为音圈马达101的移动部件。

两导引杆120皆是连接于固定座110。在此，两导引杆120皆是由不导磁性材料所制成。此外，在本实施例之中，导引杆120与固定座110可为一体成型。

两线圈130皆是连接于固定座110。如图2B及图3所示，每一个线圈130具有一线圈第一绕阻体(区)131及一线圈第二绕阻体(区)132。每一个线圈第一绕阻体(区)131是连接及相对于每一个线圈第二绕阻体(区)132。值得注意的是，由于线圈第一绕阻体(区)131及线圈第二绕阻体(区)132构成了线圈130的回路，故线圈第一绕阻体(区)131中的电流方向是与线圈第二绕阻体(区)132中的电流方向相反。

安装座140是以移动的方式穿设在两导引杆120之上。更详细的来说，如图2A所示，安装座140具有两个透孔141，而两导引杆120则是穿设在透孔141之中。也就是说，安装座140是通过其透孔141来穿设在两导引杆120之上。此外，安装座140可用来安装或承载一镜头模块L(如图2B及图3所示)。

仍如图2B及图3所示，两磁性元件150皆是连接于安装座140。特别的是，每一个磁性元件150的充磁方向皆是平行于安装座140及每一个磁性元件150的移动方向，并且每一个磁性元件150的充磁方向是垂直于每一个线圈130的中心轴C₁₃₀。此外，如图3所示，每一个磁性元件150具有一第一磁极151及一第二磁极152。第一磁极151及第二磁极152是分别相对于线圈130的线圈第一绕阻体(区)131及线圈第二绕阻体(区)132。另外，在本实施例之中，磁性元件150可以是一永久磁石。

如上所述，磁性元件150所提供的封闭磁力线会垂直通过线圈130的线圈第一绕阻体(区)131及线圈第二绕阻体(区)132。举例来说，以图3中的右半部的磁性元件150及线圈130而言，磁性元件150的第一磁极151及第二磁极152分别是S极及N极，线圈130的线圈第一绕阻体(区)131及线圈第二绕阻体(区)132中的电流方向分别是流入及流出，以及垂直通过线圈第一绕阻体(区)131的磁力线的方向是与垂直通过线圈第二绕阻体(区)132的磁力线的方向相反。因此，当线圈130被通入一电流时，根据电磁音圈原理，第一磁极151会与线圈第一绕阻体(区)131交互作用而产生一第一作用力F₁(亦即，磁性元件150所提供的磁力线会与线圈第一绕阻体(区)131中的电流交互作用而产生一第一作用力F₁)，而第二磁极152会与线圈第二绕阻体(区)132交互作用而产生一第二作用力F₂(亦即，磁性元件150所提供的磁力线会与线圈第二绕阻体(区)132中的电流交互作用而产生一第二作用力F₂)。在此，第一作用力F₁及第二作用力F₂的方向皆为相同。如上所述，在第一作用力F₁及第二作用力F₂的合力作用下，即可驱使安装座140及磁性元件150依磁性元件150的充磁方向移动。

在将音圈马达101应用于驱使一相机的一镜头模块L进行变焦移动时，其结构可如图2B及图3所示。镜头模块L可被安装座140所承载，并且镜头模块L具有一光轴O。磁性元件150的充磁方向即为平行于光轴O的方向。此时，依电磁音圈原理会产生平行于光轴O的第一作用力F₁及第二作用力F₂，而第一作用力F₁及第二作用力F₂的合力会驱使镜头模块L、安装座140及磁性元件150沿光轴O方向(或磁性元件150的充磁方向)移动。

此外，设计导引杆120是由不导磁性材料所制成，故导引杆120与磁性元件150之间不会有磁吸引力存在。如此，当安装座140移动在导引杆120之上时，其彼此间的摩擦力会很小，音圈马达101所需用来克服安装座140与导引杆120间的摩擦力的启动电流降低。

此外，虽然本实施例的音圈马达101是以具有两个线圈130及两个磁性元件150来做说明，但其也可以仅具有一个线圈130及一个磁性元件150，而同样可达成上述驱使安装座140及磁性元件150依磁性元件150的充磁方向移动的功效。

此外，本实施例的音圈马达101并不局限于具有两个磁性元件150。换句话说，音圈马达101也可以仅具有一磁性元件，以一L形为例，以及两个线圈130是分别相对于L形磁性元件的两相邻侧边，而同样可达成驱使安装座140及L形磁性元件依L形磁性元件的充磁方向移动的功效。

第二实施例

在本实施例之中，与第一实施例相同的元件均标示以相同的符号。

请参阅图4，本实施例的音圈马达102还包括有一导磁轭铁160。

导磁轭铁160是设置在安装座140与磁性元件150之间，其可用来提升磁性元件150所提供的磁通量的利用率，进而可提升线圈130与磁性元件150之间因电磁音圈作用所产生的第一作用力F₁及第二作用力F₂。

至于本实施例的其他元件构造、特征或运作方式可与第一实施例相同，故为了使本案的说明书内容能更清晰易懂起见，在此省略其重复的说明。

第三实施例

请参阅图5，本实施例的音圈马达103还包括有一位置感测器170。

位置感测器170是连接于固定座110，并且位置感测器170是相对于任一个磁性元件150，其可用来感测磁性元件150的移动。在本实施例之中，位置感测器170可以是一霍尔元件、一磁阻感测元件、一电感测元件或一光感测元件。

至于本实施例的其他元件构造、特征或运作方式可以与第一实施例相同，故为了使本案的说明书内容能更清晰易懂起见，在此省略其重复的说明。

当安装座140及磁性元件150依磁性元件150的充磁方向移动时，位置感测器(霍尔元件或磁阻感测元件)170会感应音圈马达103中的某一固定点处的磁性元件150的(漏)磁场强度。在此，某一固定点处的磁性元件150的(漏)磁场强度与磁性元件150的位移有一定的关系存在。通过将位置感测器170与一定位控制器(未显示)结合，即可进行闭回路定位控制，进而得以控制安装座140及磁性元件150的移动位置。

综上所述，本发明所揭露的音圈马达具有下列的优点：

(1)由于线圈与磁性元件的结构排列方式，故不同方向或路径的磁力线皆可同时被利用，因而可使得因电磁音圈原理所产生的总合力(第一作用力F₁及第二作用力F₂)被提升。

(2)由于线圈与磁性元件的结构排列方式，故不同方向或路径的磁力线皆可同时被利用，因而可提升磁通量的利用率。因此，音圈马达可以在不加入任何导磁轭铁的情况下即能产生足够的音圈力，进而可省略导磁轭铁所占的体积及成本。

(3)由于线圈的中空部分不需被任何元件所穿过，故线圈的中空部分的尺寸可以被缩小，如此一来，除了可增加线圈的绕线匝数以提升音圈力外，尚还可增加线圈的整体强度。

(4)由于线圈的中空部分不需被任何元件所穿过，故线圈的中空部分的尺寸可以被缩小，因而可降低音圈马达的整体尺寸。

(5)由于音圈马达仅在磁性元件(移动部件)与线圈(固定部件)之间存在有一个气隙，故可有利于音圈马达的小型化。

(6)由于设置位置感测器的空间不必受限于线圈的尺寸及位置，故元件配置设计具有弹性，因而有利于降低音圈马达的整体尺寸。

虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种音圈马达，包括：

固定座；

至少一导引杆，连接于该固定座；

至少一线圈，连接于该固定座，并且具有线圈第一绕阻体及线圈第二绕阻体，其中，该线圈第一绕阻体连接及相对于该线圈第二绕阻体，以及该线圈第一绕阻体中的电流方向与该线圈第二绕阻体中的电流方向相反；

安装座，以移动的方式穿设在该导引杆之上；以及

至少一磁性元件，连接于该安装座，并且具有第一磁极及第二磁极，其中，该磁性元件的充磁方向平行于该安装座及该磁性元件的移动方向，并且垂直于该线圈的中心轴，该第一磁极及该第二磁极分别相对于该线圈的该线圈第一绕阻体及该线圈第二绕阻体，该第一磁极与该线圈第一绕阻体交互作用而产生第一作用力，该第二磁极与该线圈第二绕阻体交互作用而产生第二作用力，以及该第一作用力及该第二作用力驱使该安装座及该磁性元件依该磁性元件的充磁方向移动。

2.如权利要求1所述的音圈马达，其中，该导引杆由不导磁性材料所制成。

3.如权利要求1所述的音图马达，其中，该导引杆与该固定座一体成型。

4.如权利要求1所述的音圈马达，还包括导磁轭铁，设置在该安装座与该磁性元件之间。

5.如权利要求1所述的音圈马达，还包括位置感测器，连接于该固定座，并且相对于该磁性元件，用以感测该磁性元件的移动。

6.如权利要求5所述的音圈马达，其中，该位置感测器可以是霍尔元件、磁阻感测元件、电感测元件或光感测元件。