從專(zhuān)利角度分析音圈馬達(dá)技術(shù)發(fā)展路線

聶利

摘 要 音圈電機(jī)的主要部件包括線圈磁鐵和支撐導(dǎo)引結(jié)構(gòu)，本文從專(zhuān)利角度分析了音圈馬達(dá)的支撐導(dǎo)引結(jié)構(gòu)和防抖裝置兩個(gè)方面的技術(shù)發(fā)展路線，深入理解音圈馬達(dá)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞 音圈馬達(dá)；支撐導(dǎo)引；防抖；專(zhuān)利分析

中圖分類(lèi)號(hào) TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）15-0175-01

隨著手機(jī)攝像頭像素的提高，傳統(tǒng)的固定聚焦不能滿(mǎn)足消費(fèi)者的要求。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，手機(jī)廠商已經(jīng)在高端照相手機(jī)已將馬達(dá)集成到手機(jī)里到達(dá)自動(dòng)聚焦功能（Auto Focus）[1]。音圈馬達(dá)（Voice Coil Motor，VCM）由于體積質(zhì)量小、響應(yīng)速度快（毫秒級(jí)）、控制簡(jiǎn)單可靠、免維護(hù)、長(zhǎng)壽命、位置精度級(jí)別高等優(yōu)點(diǎn)成為具有自動(dòng)聚焦照相手機(jī)中的常用馬達(dá)[2]。

目前手機(jī)鏡頭發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)高解析度方面、輕薄化方面、自動(dòng)調(diào)焦方面、防震方面[3]。

1 音圈馬達(dá)的工作原理

音圈馬達(dá)主要有線圈、磁鐵組和支撐導(dǎo)引結(jié)構(gòu)構(gòu)成。線圈通過(guò)上下兩個(gè)彈片固定在磁鐵組內(nèi)。VCM相機(jī)模組是一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，并實(shí)現(xiàn)直線型及有限擺角的運(yùn)動(dòng)。在支架內(nèi)有一個(gè)小型的強(qiáng)力磁場(chǎng)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)控制內(nèi)部線圈的電流而產(chǎn)生磁力方面作用力，從而帶動(dòng)中間的鏡頭，而形成自動(dòng)對(duì)焦的效果。

2 音圈馬達(dá)技術(shù)的發(fā)展路線

2.1 支撐導(dǎo)引結(jié)構(gòu)

支撐導(dǎo)引結(jié)構(gòu)是保證音圈馬達(dá)中的動(dòng)子，即裝載鏡筒的托架，能沿光軸直線位移的部件，其在音圈馬達(dá)中具有重要地位。

早在20世紀(jì)90年代初期至2000年，用戶(hù)已經(jīng)不滿(mǎn)足原來(lái)的攝像設(shè)備大塊頭的尺寸，同時(shí)對(duì)于自動(dòng)調(diào)焦的功能要求越來(lái)越高，搭配攝像頭的智能手機(jī)的出現(xiàn)也對(duì)攝像設(shè)備的尺寸要求提出了更高的要求。專(zhuān)利CN109482A公開(kāi)了由鏡頭制造巨頭Sony公司提出在音圈馬達(dá)中沿用原有的鏡頭調(diào)焦機(jī)構(gòu)的導(dǎo)引柱，置于鏡筒托架的一對(duì)角線兩端，使得托架可以沿導(dǎo)引柱滑動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)完全依靠馬達(dá)中磁鐵與線圈的相互作用使得托架在光軸上的來(lái)回運(yùn)動(dòng)，其功耗較大?；谏鲜鰡?wèn)題，專(zhuān)利JP特開(kāi)平8-248293A公開(kāi)了Sony公司進(jìn)一步提出使用具有回復(fù)力的彈性構(gòu)件來(lái)替代導(dǎo)引柱，在調(diào)整焦距的過(guò)程中通過(guò)線圈與磁鐵相互作用使托架移動(dòng)，而斷電時(shí)，托架在彈性構(gòu)件回復(fù)力作用下恢復(fù)初始狀態(tài)。這樣降低了馬達(dá)功耗，并且舍棄了導(dǎo)引柱使得馬達(dá)軸向尺寸減小。

隨后，彈性構(gòu)件有著變革式的改進(jìn)。提出采用片簧作為彈性構(gòu)件，由于片簧與托架接觸面積大，使得托架受力均勻，在軸向上移動(dòng)時(shí)可以保證其沿光軸直線運(yùn)動(dòng)。專(zhuān)利JP特開(kāi)2002-365514A公開(kāi)了思考馬達(dá)公司采用雙透鏡分離控制方式，將兩個(gè)透鏡置于兩個(gè)嵌套的托架上，內(nèi)外托架下端都設(shè)置用于與磁鐵作用的線圈，托架與底座支架的上端采用片簧連接，片簧具有內(nèi)外兩部分，其內(nèi)側(cè)部分與托架相連，其外側(cè)部分與底座支架上端相連。這奠定了音圈馬達(dá)的基本結(jié)構(gòu)，為音圈馬達(dá)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

由于片簧很薄且形狀復(fù)雜，這不僅增加了制造難度，也增加了制造成本。并且為了通過(guò)片簧提供電流給線圈，需要將線圈的端部連接到片簧以進(jìn)行組裝，這種組裝工藝非常復(fù)雜并且很耗費(fèi)時(shí)間。因此，三星馬達(dá)株式會(huì)社在專(zhuān)利CN1874571A中公開(kāi)了采用懸掛線替代片簧來(lái)支撐托架，將兩條懸掛線兩端固定在機(jī)殼或者軛上，托架支撐懸掛在懸掛線的中部，起到支撐和提供回復(fù)力的作用。

另一方面，由于原來(lái)的片簧為一整片的，其與線圈的連接方式是上、下片簧分別與線圈的正負(fù)極連接，再?gòu)纳稀⑾缕梢鰧?dǎo)電端子，這種方式使得焊接工藝復(fù)雜。因此，LG公司在專(zhuān)利CN101107769A中提出了將下片簧設(shè)置為有兩個(gè)分離的片簧組成的結(jié)構(gòu)，這樣可以將線圈的正負(fù)極都焊接在下片簧的兩個(gè)部分上，這就使組裝、焊接的工藝更為簡(jiǎn)單。進(jìn)一步地，較多專(zhuān)利致力于改進(jìn)片簧內(nèi)外部分之間的彈性臂的形狀，使得片簧具有更好的彈力和耐受力，增加片簧的性能和壽命。

2.2 防抖裝置

在便攜式電子裝置中使用的相機(jī)模塊被制造成具有高分辨率、小型化并且輕巧。由高像素的相機(jī)模塊拍攝的圖像容易受到外部干擾的影響，因此，如果相機(jī)模塊由于某種力而導(dǎo)致抖動(dòng)，則會(huì)使圖像失真。因此，需要進(jìn)行抖動(dòng)校正，以在相機(jī)模塊的光學(xué)系統(tǒng)中清晰地拍攝目標(biāo)的圖像。

前期（2005—2011）由于音圈馬達(dá)中的線圈磁體相互作用可以調(diào)節(jié)托架沿光軸上下移動(dòng)，采用其中某一部分線圈磁體相互作用產(chǎn)生不平衡力可以使托架傾斜，起到抖動(dòng)校正的作用。將控制托架沿光軸運(yùn)動(dòng)的磁體固定在殼體內(nèi)側(cè)四面，線圈固定在托架外側(cè)，增加傾斜補(bǔ)償磁體一個(gè)，可以安裝在驅(qū)動(dòng)磁體的內(nèi)側(cè)面或者外側(cè)面，與線圈作用產(chǎn)生不平衡力使托架傾斜，達(dá)到抖動(dòng)校正的目的。為了減少磁體，利用某一部分的自動(dòng)聚焦裝置中的某一部分的線圈磁體相互作用實(shí)現(xiàn)抖動(dòng)校正功能。鴻海和LG公司省略了上述的補(bǔ)償磁體，采用相對(duì)而不相鄰的線圈實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)力，使得托架沿光軸運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦功能；采用相鄰而不相對(duì)的線圈實(shí)施不對(duì)稱(chēng)的力，使得托架傾斜，實(shí)現(xiàn)防抖功能。

同時(shí)（2009-2011）另一種方案是將抖動(dòng)校正裝置與自動(dòng)對(duì)焦裝置分離開(kāi)來(lái)，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制，這樣可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的——在自動(dòng)對(duì)焦的同時(shí)實(shí)現(xiàn)防抖動(dòng)。專(zhuān)利CN101908814 A中設(shè)立單獨(dú)的防抖裝置，該調(diào)整裝置采用三面磁體和線圈實(shí)現(xiàn)，而其自動(dòng)對(duì)焦功能由一面磁體和線圈實(shí)現(xiàn)，利用滾珠支撐托架在外殼內(nèi)側(cè)沿光軸移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)焦。CN102811307 A公開(kāi)了音圈馬達(dá)中使用兩套磁體和線圈，其中一套磁體和線圈起到自動(dòng)對(duì)焦功能，另一套磁體和線圈起到防抖動(dòng)功能，二者功能分離。為了實(shí)現(xiàn)小型化，提高電路穩(wěn)定性，將用于防抖動(dòng)的外側(cè)線圈固定在供電電路板上，實(shí)現(xiàn)供電與固定作用一體化，減少部件并提高電路連接的可靠性。

隨后為了進(jìn)一步縮小體積，并且保證自動(dòng)對(duì)焦功能和防抖動(dòng)功能分離控制，采用8個(gè)線圈與8個(gè)磁體相對(duì)應(yīng)設(shè)置，托架的周向具有8個(gè)面，其中4個(gè)線圈和磁體設(shè)置在托架的4個(gè)面上，而另外4個(gè)線圈與磁體則設(shè)置在托架的4個(gè)角落的面上。這樣由于自動(dòng)對(duì)焦裝置與防抖動(dòng)裝置設(shè)置同一徑向面上，節(jié)約了徑向體積，使得馬達(dá)小型化。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)用于手機(jī)中的攝像頭的音圈馬達(dá)的專(zhuān)利技術(shù)的梳理，側(cè)重分析了音圈馬達(dá)結(jié)構(gòu)中支撐導(dǎo)引結(jié)構(gòu)、防抖裝置的技術(shù)發(fā)展路線，對(duì)音圈馬達(dá)領(lǐng)域的專(zhuān)利布局和發(fā)展趨勢(shì)有了更深入的理解。

參考文獻(xiàn)

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