CN114531005A - 一种基于电容测距原理的闭环音圈马达及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电容测距原理的闭环音圈马达及其驱动方法，包括保护壳、基座、镜头载体、弹片组件、驱动组件、金属料带组和闭环控制组件，驱动组件包括线圈和磁石，弹片组件包括上弹片和下弹片，其技术要点是：闭环控制组件包括设于下弹片上的检测金属端子Ⅰ、与检测金属端子Ⅰ对应的检测金属端子Ⅱ，检测金属端子Ⅱ固定于金属料带组中的独立金属料带Ⅰ上，检测金属端子Ⅰ和检测金属端子Ⅱ沿镜头光轴方向间隔布置且具有投影交叠面。本发明解决了现有音圈马达采用霍尔传感元件、磁石与线圈的配合结构导致对载体推力受到制约的问题，节省了内部空间，与现有音圈马达相比，同等体积下推力增大，同时增强了对焦及调焦补偿效果。

Description

一种基于电容测距原理的闭环音圈马达及其驱动方法

技术领域

本发明涉及音圈电机技术领域，具体涉及一种基于电容测距原理的闭环音圈马达及其驱动方法，适于驱动镜头等光学元件实现对焦及调焦功能。

背景技术

由于音圈电机(Voice Coil Motor，VCM)具有结构简单、体积小、低能耗、无噪音、高加速度、响应速度快、位移精确和价格低等优点，所以目前对于摄像头自动调焦装置来说，音圈电机的自动调焦功能仍为性价比最高的方案。通过将光学镜头固定在音圈电机载体上，载体作为镜头移动的动力单元，并通过簧片连接音圈电机载体与定子部分，当电机通电后，载体将沿镜头光轴方向做直线运动，从而实现自动对焦及调焦功能。

在此过程中，音圈电机采用闭环控制组件反馈载体位移量，适时调整对应的驱动电流大小，但存在如下问题：现有的音圈电机大都采用霍尔传感元件检测电机内磁场变化，从而实现闭环控制目的，但是霍尔传感元件及与其配合的磁石、线圈的布置空间要求较大，否则不能保证对载体的足够推力，然而在达到设定推力的情况下，音圈电机内部体积会相对较大，这不符合应用音圈电机的电子产品逐渐轻、薄、小型化的设计要求，因此，现有音圈马达的推力一直受到结构制约。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种结构更为合理、使用更为可靠的基于电容测距原理的闭环音圈马达及其驱动方法，解决现有音圈马达采用霍尔传感元件、磁石与线圈的配合结构导致对载体推力受到制约的问题，节省了内部空间，与现有音圈马达相比，同等体积下推力增大，同时增强了对焦及调焦补偿效果。

本发明的技术方案是：

一种基于电容测距原理的闭环音圈马达，包括保护壳、基座、设于保护壳与基座形成的保护腔中的镜头载体、弹片组件和驱动组件、设于基座内部的金属料带组以及用于检测、反馈及调节镜头载体相对基座运动的闭环控制组件，所述驱动组件包括固定于镜头载体外侧框体上的线圈、与线圈对应的磁石，所述弹片组件包括连接于镜头载体与基座之间的下弹片、连接于镜头载体与保护壳之间的上弹片，其技术要点是：所述闭环控制组件包括设于下弹片上的检测金属端子Ⅰ、与检测金属端子Ⅰ对应的检测金属端子Ⅱ，所述检测金属端子Ⅱ固定于金属料带组中的独立金属料带Ⅰ上，所述检测金属端子Ⅰ和检测金属端子Ⅱ沿镜头光轴方向间隔布置且具有投影交叠面。

上述的基于电容测距原理的闭环音圈马达，所述金属料带组中设有用于向线圈传送电流信号的电信号输入料带和电信号输出料带，所述下弹片中设有与电信号输入料带电连的下弹片分体部Ⅰ、与电信号输出料带电连的下弹片分体部Ⅱ，所述镜头载体的外侧框体上设有与线圈的输入端和输出端连接的两个接线柱，所述下弹片分体部Ⅰ设有与其中一个接线柱连接的输入导电端，所述下弹片分体部Ⅱ设有与另一个接线柱连接的输出导电端，所述电信号输入料带和电信号输出料带分别引出基座边缘形成电信号输入端和电信号输出端。

上述的基于电容测距原理的闭环音圈马达，所述下弹片中设有与检测金属端子Ⅰ连接的下弹片分体部Ⅲ，所述金属料带组中设有与下弹片分体部Ⅲ电连的独立金属料带Ⅱ，独立金属料带Ⅰ和独立金属料带Ⅱ引出基座边缘形成两个检测信号端。

上述的基于电容测距原理的闭环音圈马达，所述镜头载体外侧框体设有用于嵌装线圈的环形槽，镜头载体中心设有用于固定摄像镜头的螺纹孔，所述磁石固定于相对镜头载体的固定部，其数量为两个，对称设于镜头载体两侧并与线圈间隔布置。

上述的基于电容测距原理的闭环音圈马达，所述基座四角和镜头载体底部分别设有若干固定柱，所述下弹片的下弹片分体部Ⅰ、下弹片分体部Ⅱ和下弹片分体部Ⅲ上分别设有与固定柱对应的圆孔，下弹片通过固定柱与基座和镜头载体固定。

一种如上所述的基于电容测距原理的闭环音圈马达的驱动方法，其技术要点是：

将驱动电流加载于金属料带组，驱动电流由电信号输入料带的电信号输入端输入，传递至下弹片的下弹片分体部Ⅰ，再由下弹片分体部Ⅰ经输入导电端和接线柱传递至线圈，而后经输出导电端与另一接线柱传递至下弹片的下弹片分体部Ⅱ，最后电流由电信号输出料带的电信号输出端输出，驱动镜头载体在基座内沿光轴运动，以此实现马达的对焦功能；

与此同时，将检测信号分别加载于两个检测信号端，其中一个检测信号端的检测信号通过对应的独立金属料带Ⅰ传递至检测金属端子Ⅱ，另一个检测信号端的检测信号通过对应的独立金属料带Ⅱ传递至下弹片的下弹片分体部Ⅲ，再由下弹片分体部Ⅲ传递至检测金属端子Ⅰ，由于镜头载体的运动，检测金属端子Ⅰ和检测金属端子Ⅱ上累积了不同数量的电荷量，形成了一定的容值差，与检测金属端子Ⅰ和检测金属端子Ⅱ分别连接的外接装置进行差分信号运算后，向各自路线分别发送反馈信号，从而判断镜头载体及其上承载的镜头的位置，根据反馈信号再次调整驱动电流，以此实现马达的闭环调焦功能。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用检测金属端子结构代替霍尔传感元件，解决了现有采用霍尔元件磁石与线圈无法加大、推力受到限制的问题，电容极板几乎不占用内部空间，同等体积下推力增大，同时增强了马达对焦及调焦补偿效果。

2、本发明电容极板组装简单，生产工序简单，甚至可以通过金属料带直接成型，便于量产加工。

3、本发明不易受外界磁场与温度的影响，推力稳定。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图（不包括保护壳）；

图2是本发明实施例1的基座的结构示意图；

图3是本发明实施例1的镜头载体的结构示意图；

图4是本发明实施例1的线圈的结构示意图；

图5是本发明实施例1的下弹片的结构示意图；

图6是本发明实施例1的金属料带组的结构示意图；

图7是本发明实施例1的磁石的结构示意图；

图8是本发明实施例1的保护壳的结构示意图；

图9是本发明实施例1的下弹片和基座的组装结构示意图；

图10是本发明实施例1的线圈、下弹片以及金属料带组的位置关系示意图；

图11是本发明实施例1的镜头载体与线圈的组装结构示意图；

图12是现有技术中采用霍尔传感元件作为闭环控制组件的音圈电机的部分结构示意图；

图13是电容测距马达理论与仿真电信号的变化示图。

图中：1.基座、11.固定柱、2.镜头载体、21.螺纹孔、22.接线柱、23.环形槽、3.上弹片、4.磁石、5.线圈、51.输入端、52.输出端、6.下弹片、61.下弹片分体部Ⅰ、611.输入导电端、62.下弹片分体部Ⅱ、621.输出导电端、63.下弹片分体部Ⅲ、631.检测金属端子Ⅰ、7.金属料带组、71.电信号输入料带、72.独立金属料带Ⅰ、721.检测金属端子Ⅱ、73.独立金属料带Ⅱ、74.电信号输出料带、8.保护壳、9.霍尔传感器、10.感测磁石。

具体实施方式

结合附图对本发明作详细描述。

如图1-图11所示，该基于电容测距原理的闭环音圈马达，包括保护壳8、基座1、设于保护壳8与基座1形成的保护腔中的镜头载体2、弹片组件和驱动组件、设于基座1内部的金属料带组7以及用于检测、反馈及调节镜头载体2相对基座1运动的闭环控制组件。所述驱动组件包括固定于镜头载体2外侧框体上的线圈5、与线圈5对应的磁石4。所述弹片组件包括连接于镜头载体2与基座1之间的下弹片6、连接于镜头载体2与保护壳8之间的上弹片3。

其中，所述闭环控制组件包括设于下弹片6上的检测金属端子Ⅰ631、与检测金属端子Ⅰ631对应的检测金属端子Ⅱ721，所述检测金属端子Ⅱ721固定于金属料带组7中的独立金属料带Ⅰ72上，所述检测金属端子Ⅰ631和检测金属端子Ⅱ721沿镜头光轴方向间隔布置且具有投影交叠面。

本实施例中，所述金属料带组7中设有用于向线圈5传送电流信号的电信号输入料带71和电信号输出料带74，所述下弹片6中设有与电信号输入料带71电连的下弹片分体部Ⅰ61、与电信号输出料带74电连的下弹片分体部Ⅱ62。所述镜头载体2的外侧框体上设有与线圈5的输入端51和输出端52连接的两个接线柱22，所述下弹片分体部Ⅰ61设有与其中一个接线柱22连接的输入导电端611，所述下弹片分体部Ⅱ62设有与另一个接线柱22连接的输出导电端621。所述电信号输入料带71和电信号输出料带74分别引出基座1边缘形成电信号输入端和电信号输出端。所述下弹片6中另设有与检测金属端子Ⅰ631连接的下弹片分体部Ⅲ63，所述金属料带组7中设有与下弹片分体部Ⅲ63电连的独立金属料带Ⅱ73，独立金属料带Ⅰ72和独立金属料带Ⅱ73引出基座1边缘形成两个检测信号端。

所述镜头载体2外侧框体设有用于嵌装线圈5的环形槽23，镜头载体2中心设有用于固定摄像镜头的螺纹孔21，所述磁石4固定于相对镜头载体2的固定部，如固定于保护壳8内壁，磁石4的其数量为两个，对称设于镜头载体2两侧并与线圈5间隔布置。所述基座1四角和镜头载体2底部分别设有若干固定柱11，所述下弹片6的下弹片分体部Ⅰ61、下弹片分体部Ⅱ62和下弹片分体部Ⅲ63上分别设有与固定柱11对应的圆孔，下弹片6通过固定柱11与基座1和镜头载体2固定。本实施例中，检测金属端子I631和检测金属端子Ⅱ721分别采用与光轴垂直的电容极板的结构形式。

一种如上所述的基于电容测距原理的闭环音圈马达的驱动方法，具体为：

将驱动电流加载于金属料带组7，驱动电流由电信号输入料带71的电信号输入端输入，传递至下弹片的下弹片分体部Ⅰ61，再由下弹片分体部Ⅰ61经输入导电端611和接线柱22传递至线圈5，而后经输出导电端621与另一接线柱22传递至下弹片的下弹片分体部Ⅱ62，最后电流由电信号输出料带74的电信号输出端输出，驱动镜头载体2在基座1内沿光轴运动，以此实现马达的对焦功能。

与此同时，将检测信号分别加载于两个检测信号端，其中一个检测信号端的检测信号通过对应的独立金属料带Ⅰ72传递至检测金属端子Ⅱ721，另一个检测信号端的检测信号通过对应的独立金属料带Ⅱ73传递至下弹片的下弹片分体部Ⅲ63，再由下弹片分体部Ⅲ63传递至检测金属端子Ⅰ631，由于镜头载体2的运动，检测金属端子Ⅰ631和检测金属端子Ⅱ721上累积了不同数量的电荷量，形成了一定的容值差，与检测金属端子Ⅰ631和检测金属端子Ⅱ721分别连接的外接装置进行差分信号运算后，向各自路线分别发送反馈信号，从而判断镜头载体2及其上承载的镜头的位置，根据反馈信号再次调整驱动电流，以此实现马达的闭环调焦功能。

图12是现有技术中音圈电机的部分结构示意图，图中，音圈电机采用霍尔传感元件作为闭环控制组件。

图13是电容测距马达理论与仿真电信号的变化示图。A所指代表理论电信号变化，也可视为现有技术中采用霍尔传感器的电信号变化， B所指代表本发明电容测距仿真电信号变化，从图13可以看出，电容测距马达变化信号接近线性，与理论信号变化差别极小。但霍尔传感器9厚度大概在0.283mm左右，加上感测磁石10需要横向空间至少在0.6mm以上，而本发明在实现线性控制的前提下，检测金属端子Ⅰ631和检测金属端子Ⅱ721厚度均为0.1mm即可，需要空间减少三分之二，减轻马达整体质量，同等体积下推力增大，同时增强了马达对焦及调焦补偿效果。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明创造范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种基于电容测距原理的闭环音圈马达，包括保护壳、基座、设于保护壳与基座形成的保护腔中的镜头载体、弹片组件和驱动组件、设于基座内部的金属料带组以及用于检测、反馈及调节镜头载体相对基座运动的闭环控制组件，所述驱动组件包括固定于镜头载体外侧框体上的线圈、与线圈对应的磁石，所述弹片组件包括连接于镜头载体与基座之间的下弹片、连接于镜头载体与保护壳之间的上弹片，其特征在于：所述闭环控制组件包括设于下弹片上的检测金属端子Ⅰ、与检测金属端子Ⅰ对应的检测金属端子Ⅱ，所述检测金属端子Ⅱ固定于金属料带组中的独立金属料带Ⅰ上，所述检测金属端子Ⅰ和检测金属端子Ⅱ沿镜头光轴方向间隔布置且具有投影交叠面。

2.根据权利要求1所述的基于电容测距原理的闭环音圈马达，其特征在于：所述金属料带组中设有用于向线圈传送电流信号的电信号输入料带和电信号输出料带，所述下弹片中设有与电信号输入料带电连的下弹片分体部Ⅰ、与电信号输出料带电连的下弹片分体部Ⅱ，所述镜头载体的外侧框体上设有与线圈的输入端和输出端连接的两个接线柱，所述下弹片分体部Ⅰ设有与其中一个接线柱连接的输入导电端，所述下弹片分体部Ⅱ设有与另一个接线柱连接的输出导电端，所述电信号输入料带和电信号输出料带分别引出基座边缘形成电信号输入端和电信号输出端。

3.根据权利要求1所述的基于电容测距原理的闭环音圈马达，其特征在于：所述下弹片中设有与检测金属端子Ⅰ连接的下弹片分体部Ⅲ，所述金属料带组中设有与下弹片分体部Ⅲ电连的独立金属料带Ⅱ，独立金属料带Ⅰ和独立金属料带Ⅱ引出基座边缘形成两个检测信号端。

4.根据权利要求1所述的基于电容测距原理的闭环音圈马达，其特征在于：所述镜头载体外侧框体设有用于嵌装线圈的环形槽，镜头载体中心设有用于固定摄像镜头的螺纹孔，所述磁石固定于相对镜头载体的固定部，其数量为两个，对称设于镜头载体两侧并与线圈间隔布置。

5.根据权利要求1所述的基于电容测距原理的闭环音圈马达，其特征在于：所述基座四角和镜头载体底部分别设有若干固定柱，所述下弹片的下弹片分体部Ⅰ、下弹片分体部Ⅱ和下弹片分体部Ⅲ上分别设有与固定柱对应的圆孔，下弹片通过固定柱与基座和镜头载体固定。

6.一种如权利要求1或2或3或4或5所述的基于电容测距原理的闭环音圈马达的驱动方法，其特征在于：

将驱动电流加载于金属料带组，驱动电流由电信号输入料带的电信号输入端输入，传递至下弹片的下弹片分体部Ⅰ，再由下弹片分体部Ⅰ经输入导电端和接线柱传递至线圈，而后经输出导电端与另一接线柱传递至下弹片的下弹片分体部Ⅱ，最后电流由电信号输出料带的电信号输出端输出，驱动镜头载体在基座内沿光轴运动，以此实现马达的对焦功能；

与此同时，将检测信号分别加载于两个检测信号端，其中一个检测信号端的检测信号通过对应的独立金属料带Ⅰ传递至检测金属端子Ⅱ，另一个检测信号端的检测信号通过对应的独立金属料带Ⅱ传递至下弹片的下弹片分体部Ⅲ，再由下弹片分体部Ⅲ传递至检测金属端子Ⅰ，由于镜头载体的运动，检测金属端子Ⅰ和检测金属端子Ⅱ上累积了不同数量的电荷量，形成了一定的容值差，与检测金属端子Ⅰ和检测金属端子Ⅱ分别连接的外接装置进行差分信号运算后，向各自路线分别发送反馈信号，从而判断镜头载体及其上承载的镜头的位置，根据反馈信号再次调整驱动电流，以此实现马达的闭环调焦功能。

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