专利名称：实现驱动物体直线运动装置的方法和直线电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及直线电动机，尤其涉及用于驱动镜片移动的直线电动机。
背景技术：
对焦是图像捕捉技术中的重要一环，它的主要目的是将待捕捉的图像聚焦到图像传感元件上。目前的对焦技术中，图像传感元件一般保持固定，而镜片可由电动机驱动沿着其光轴前后移动，从而将以一定方向入射到镜片上的光线汇聚到该固定的图像传感器上。 可见，如何驱动镜片沿光轴的移动，以及如何保持镜片在沿光轴的位置是对焦中必需解决的技术问题。在便携式的图像捕捉设备，例如带有摄影/摄像功能的手机中，对包括镜片在内的对焦设备的尺寸要求很高，对焦设备应尽可能地小。所以，目前镜片的移动一般由尺寸很小的音圈电动机所驱动。音圈电动机的基本原理是通过将通电线圈置于磁场之中，从而产生洛仑兹力作用于线圈，继而驱动线圈移动。线圈与镜片通过镜片的框架固定连接，磁性材料沿光轴方向布置，从而线圈可以带动镜片沿光轴方向直线移动。目前，普遍使用的对焦设备的结构是这样的在平行于光轴方向设置弹性结构将音圈电动机的动子与底座相连，例如使用弹片支撑或者弹簧悬挂，该弹性结构产生的弹力与光轴方向平行。音圈电动机在电流控制下驱动镜片组件克服该弹力沿光轴移动。
发明内容
可见，现有技术的缺点包括由于弹性结构本身具有一定长度且在镜片移动方向上伸缩，导致镜片可移动的距离较短；并且为了使镜片保持在某个位置，需要给音圈电动机持续提供电流以平衡弹性结构施加给镜片组件的弹力，导致对焦设备的功耗较大。此外，运动部分在轴向运动的过程中，容易发生转动或晃动，可能导致光路的偏心等问题。出于解决至少一个以上技术问题的目的，根据本发明的方法的方面，提供了一种实现驱动物体直线运动装置的方法，该装置具有定子和能够被驱动沿一直线运动的动子， 其中，该方法包括-在动子上提供第一摩擦部；-提供沿直线方向的间隙，该间隙容纳该第一摩擦部且允许该第一摩擦部和该动子在直线方向上移动；-收缩所述间隙，以将所述第一摩擦部夹持，从而对所述第一摩擦部产生压力；所述压力使得所述第一摩擦部上能够产生将所述第一摩擦部以及所述动子保持在当前位置的摩擦力。根据该方面，首先，由于动子在移动方向上没有弹片限制，所以移动距离大大增加，这显著地提高了该装置的应用范围和性能。第二，在本发明的动子被移动到所需的位置时，摩擦力被允许产生以将其保持在该位置，不需要持续施加电流，从而大大节省了直线电动机的能耗。第三，由于在移动过程中存在摩擦力，减少了动子在移动时发生转动或晃动的可能性，避免光路偏心。第四，该间隙可以作为引导该动子移动的导轨使用，使该装置结构更加紧凑。根据一个优选的实施方式，所述提供间隙的步骤包括-提供第一臂以及第二臂，在两者之间形成所述间隙，所述第一臂和第二臂中的一个含有磁体，另一个含有能够与所述磁体相互吸引的磁性物质；所述收缩步骤包括-所述第二臂与第一臂相互吸引时所述第二臂向所述第一臂偏转，以收缩所述间隙。该实施方式的优点在于，采用磁体和磁性材料来形成该间隙，并通过两者之间的自然吸引来收缩该间隙，可以在相当长的时间内保证收缩力的恒定，继而保证摩擦力的恒定。在该实施方式应用于直线电动机时，该第一摩擦部能够实现在动子的线圈上，由于线圈本身就需要置于永磁体的磁场中，所以该实施方式的这种结构同时实现了以上两个目的， 结构比较紧凑。在一个优选的实施方式中，所述收缩步骤包括以下任一项a.第二臂的中部向第一臂偏转，以收缩所述间隙；b.第二臂的侧部向第一臂偏转，以收缩所述间隙。该实施方式提供了两种收缩所述间隙的具体方式。进一步优选的，对于所述步骤a，所述提供步骤包括-为第二臂的两侧部分提供磁体或磁性材料，并分别固定于所述定子，为第二臂的中央部分提供弹性材料；或-为整个第二臂提供弹性材料，将第二臂的两侧部分分别固定于所述定子。对于所述步骤b，所述提供步骤包括-为第二臂的该侧部提供磁体或磁性材料，将第二臂的另一侧部通过弹性材料连接到所述定子。该实施方式提供了采用磁体和磁性材料实现收缩的几种具体实现方式。在一个优选的实施方式中，所述动子带有线圈，还包括如下步骤在所述线圈上提供至少一个倒角；所述提供第一摩擦部的步骤在所述倒角上提供所述第一摩擦部。在该实施方式中，第一摩擦部位于倒角上，能够进一步防止动子在移动时发生转动或晃动的可能性，避免光路偏心。在另一个优选的实施方式中，该方法还包括如下步骤在所述第一臂和所述第二臂之间提供导磁材料，以产生磁通路。在该实施方式中，导磁材料产生的磁通路能够改善第一臂和第二臂之间的磁场。在一个优选的实施方式中，该方法还包括如下步骤-在驱动所述动子从静止开始移动前，使所述动子产生振动，所述振动将驱动所述动子从静止状态开始移动需克服的静摩擦力转变为动摩擦力。在该实施方式中，使动子产生振动后，驱动动子从开始移动需克服的静摩擦力转变为动摩擦力，这样能够减少驱动动子移动所需的力，节省该装置的能量消耗。在一个优选的实施方式中，该用途是用于在对焦中控制与动子相连的镜片沿镜片光轴的移动。在该用途中，由于动子能够驱动镜片在相当长的对焦范围内移动，因此可以显著地提高成像质量。相应地，在本发明的装置的方面，提供了一种直线电动机，包括定子和动子，所述动子沿直线方向移动，其特征在于，所述动子具有第一摩擦部，该电动机还包括-夹持元件，提供沿直线方向的间隙，该间隙用于容纳第一摩擦部，并允许所述第一摩擦部在所述移动方向上移动；所述夹持元件用于收缩所述间隙，以一定压力夹持所述第一摩擦部；其中，所述压力使得所述第一摩擦部上能够产生将所述第一摩擦部以及所述动子保持在当前位置的摩擦力。并且，本发明还提供了一种镜头，其特征在于，包括-镜片；-根据本发明的直线电动机，所述动子与所述镜片固定连接，且所述移动方向与所述镜片的光轴一致，用于驱动所述镜片沿所述光轴移动；-图像传感器，与所述定子固定连接，并与所述镜片的光轴同轴放置。此外，本发明还提供了一种具有图像捕捉功能的电子设备，其特征在于，包括根据本发明的镜头。本发明的其它优点将在下文中描述，或者通过下文的说明而由本领域的技术人员
所理解。
图1是根据本发明第--实施方式的jI线电动机的分解示意图2是根据本发明的J1线电动机的动子的立体图3是根据本发明第--实施方式的jI线电动机的横截面图4是根据本发明第--实施方式的--个变化例的横截面图5是根据本发明第二二实施方式的jI线电动机的横截面图6是根据本发明第三Ξ实施方式的jI线电动机的横截面图7是根据本发明第四实施方式的jI线电动机的横截面附图中，相同或相似的附图标记代表相同或相似的步骤特征或部件(模块)特征。
具体实施例方式本发明提供了一种直线电动机，包括定子和动子，所述动子沿直线方向移动，其特征在于，所述动子具有第一摩擦部，该电动机还包括-夹持元件，提供沿直线方向的间隙，该间隙用于容纳第一摩擦部，并允许所述延伸部在所述移动方向上移动；所述夹持元件用于收缩所述间隙，以一定压力夹持所述第一摩擦部；其中，所述压力使得所述第一摩擦部上能够产生将所述第一摩擦部以及所述动子保持在当前位置的摩擦力。相应地，本发明的方法的方面，提供了一种实现驱动物体直线运动装置的方法，该装置具有定子和能够被驱动沿一直线运动的动子，其中，该方法包括
-在动子上提供第一摩擦部；-提供沿直线方向的间隙，该间隙容纳该第一摩擦部且允许该第一摩擦部和该动子在直线方向上移动；-收缩所述间隙，以将所述第一摩擦部夹持，从而对所述第一摩擦部产生压力；所述压力使得所述第一摩擦部上能够产生将所述第一摩擦部以及所述动子保持在当前位置的摩擦力。下面分别对本发明的数个实施方式进行描述。第一实施方式图1示出了根据本发明第一个实施方式的直线电动机的分解示意图。在该实施方式中，直线电动机包括定子1、动子2、夹持元件3。其中，动子2包含基部M和线圈22。夹持元件3包含第一臂34和第二臂32。该直线电动机还能够可选地包含盖板4。线圈22四周具有倒角220，定子1四周也具有相应形状的倒角12，从而能够容纳线圈22并防止线圈22转动。参见图2，示出了动子2的立体图。其中，基部M的底部四周含有水平向外延伸的臂41，在臂41的末端具有凹槽42，该凹槽42用于接纳线圈220，从而基部M和线圈220构成动子2。并且，基部M具有在动子2的移动方向(A方向)上延伸的筒状外壁M0，定子 1也具有在A方向上延伸的内壁10，定子的内壁10的内径大于动子的外壁240的外径一给定尺寸，以允许容纳外壁MO，并且通过引导外壁240来引导动子2的在A方向的移动。该给定尺寸一般是实际外径的尺寸的某个百分比，例如5-10%即可。参见图3，示出了组装完成的直线电动机的横截面图。第一臂32固定于定子1上， 且由两个侧部320、322与中部3M所构成。在一个例子中，两个侧部320、322由永磁体所制造，中部324能够由导磁的材料，例如铁片所制造，它们能够被例如胶贴在定子上。第二臂；34由两个侧部340、342与中部344所构成。在一个例子中，两个侧部320、322由永磁体所制造，中部324能够由导磁并具有一定弹性的材料，例如铁片所制造。第二臂34与第一臂32间隔一段距离所放置，第二臂34的两个侧部340、342分别固定于定子1上，且导磁材料36被置于第二臂34和第一臂32的侧部之间，起到间隔并且导通磁路的作用。这样，在第一臂32和第二臂34之间，形成了间隔30。线圈22的倒角部分220被置于该间隔30中。根据本实施方式，第一臂32和第二臂34相互吸引，由于第一臂32固定在定子1 上，且第二臂34的两侧固定于定子1，而第二臂的中部是弹性材料，因此该弹性材料被吸引朝着第一臂32偏转。从而收缩间隙30。第二臂34的中部344和第一臂的中部3M将线圈 22夹持，对线圈22上的第一摩擦部20产生压力，该压力使得第一摩擦部20上能够产生将第一摩擦部20以及动子2保持在当前位置的摩擦力。可以理解，在本实施方式中，作为永磁体，第一臂和第二臂磁极相反地放置，以允许相互吸引。替代地，第二臂也可以由磁性材料制成。在本发明中，磁体是指本身能够产生磁场的材料，例如永磁体等，而磁性材料是指能够被由磁体所吸引的本身不产生磁场的材料，例如铁、低碳钢等。在一个变化的实施方式中，如图4所示，由于本发明能够允许的动子移动范围很大，定子的内壁10还向定子1的外部延伸出去一段距离，以在动子向上运动时进行引导。第二实施方式
图5示出了本发明的第二实施方式的横截面图。它与图3、4所示的第一实施方式相比，第一臂和第二臂的实现方式有差异。如图5所示，在本实施方式中，第一臂32整体上是一块径向充磁的永磁体，第二臂34整体上是一块高导磁性的软磁材料弹片，例如铁片。 第二臂34与第一臂32间隔开一段距离，形成间隙30。第一臂32固定于定子1。第二臂34 的两侧部固定于定子1，例如通过限位块38，而第二臂34的中部由于弹性，能够被第一臂32 所吸引朝着第一臂32偏转。从而收缩间隙30，并且将线圈22夹持，对线圈22上的第一摩擦部20产生压力。该压力使得第一摩擦部20上能够产生将第一摩擦部20以及动子2保持在当前位置的摩擦力。限位块38的长度能够控制间隙30的尺寸，以控制第一臂和第二臂对线圈22的第一摩擦部施加压力的大小。第三实施方式图6示出了本发明的第三个实施方式。它与前两个实施方式的区别在于是第二臂的侧部向第一臂偏转，以收缩间隙，而前两个实施方式是第二臂的中部向第一臂偏转。具体的，参见图6。第一臂32固定于定子1，它由永磁体制成。第二臂34能够由永磁体或磁性材料制成，它一端通过弹性件36连接到定子1，另一端则没有固定。第一臂 32和第二臂34之间隔开一段距离，以形成间隙30。第一臂32吸引第二臂34，由于第二臂34的一端通过弹性件36连接到定子1而无法移动，所以另一端将向第一臂32而偏转，以收缩该间隙30。可以理解，当第二臂34也由永磁体制成时，这两个臂应磁极相反的放置，以允许相互吸引。而在第一臂32的磁力足够的情况下，第二臂也能够用低碳钢等磁性材料制成。为了提高磁场的效果，弹性件36能够由导磁的弹性材料制成，并且定子1也能够由导磁材料，例如金属制成。这样，第一臂32产生的磁力线能够通过定子1和弹性件36抵达第二臂34，从而形成很好的磁通。定子1由金属材料制成也能够起到一定的电磁屏蔽效果，避免第一臂和第二臂产生的磁场影响电机外部。第四实施方式图7示出了本发明的第四个实施方式。第一臂32固定于弹片36的一端和定子1 上，弹片36的该端固定于定子1上，另一端不固定。第二臂34的一端固定于弹片36的另一端上，并与第一臂32间隔一定距离，另一端不固定。第一臂32能够由永磁体制造，第二臂34也能够由永磁体制成时，这两个臂应磁极相反的放置，以允许相互吸引。而在第一臂 32的磁力足够的情况下，第二臂34也能够用低碳钢等导磁材料制成。第一臂32吸引第二臂34，第二臂34的一端通过弹性件36的弯折而向第一臂32 偏转，以收缩该间隙30。为了提高磁场的效果，弹性件36能够由导磁的弹性材料制成。这样，第一臂32产生的磁力线能够通过弹性件36抵达第二臂34，从而形成很好的磁通。在这种情况下，定子1能够由塑料制成。而在需要电磁屏蔽的情况下，定子1也能够由金属制成，也能够由塑料制成并被加入金属屏蔽网。为了防止第一臂和第一臂与线圈22的倒角220处的第一摩擦表面20之间的摩擦造成线圈22的损坏，在以上各实施方式中，能够在线圈22的第一摩擦表面20处表面用注塑等工艺进行防护处理，延长产品寿命。根据一个优选的实施方式，定子1用于在驱动动子2从静止状态开始移动前，使动子2产生振动，振动将定子1驱动动子2从静止状态开始移动需克服的静摩擦力转变为动摩擦力。该直线电动机的电路向线圈22提供变化的电流，以产生永磁体对动子2的、变化的作用力，从而使动子2在直线A方向产生振动。该技术方案的原理在于，动子2 —般是一个非刚体，振动可以使动子2积累运动的趋势，从而将驱动动子2从静止状态开始移动需克服的静摩擦力转变为动摩擦力。该方案的优点在于，首先，减少了将动子2从静止状态开始移动所需驱动力，从而降低了电能消耗；其次，如果首先需克服静摩擦力，那么驱动力将会较大，而在动子2开始移动后仅需克服动摩擦力，但该较大的驱动力仍在作用，会使得动子2较难控制，而在本实施方式中，驱动动子从静止状态开始移动和开始移动后需克服的摩擦力相同，恒定的驱动力就可以适用。值得注意的是，这里所述的振动包括动子的位置围绕一中心点实际地前后移动的情况， 也包括动子具有前后移动的趋势，例如被施加了一变化的力(方向变化的力，或方向不变但是大小变化的力)从而具有移动趋势，但没有真正移动起来的情况。在应用在对焦模组中时，该直线电动机1的动子2与镜片L固定连接在一起，动子 2移动的直线A方向与镜片L的光轴一致。在该对焦模组应用在图像捕捉模组中时，图像传感器S垂直于镜片L的光轴、与镜片L对齐地布置，从而接受镜片L对焦的图像。该图像捕捉模组可以被安装在具有图像捕捉功能的电子设备中，例如手机中。相对于现有的、采用弹力来固定动子位置的直线电动机，根据本发明以上方面的直线电动机采用摩擦力来固定动子位置，具有下面一些优点第一，省去了在直线方向上伸缩的弹性部件，从而在直线方向上节省了空间，并且也提供了更大的动子移动范围。特别地，在应用在对焦模组中时，减少了对焦模组的光轴方向的尺寸，使其更加薄，并且可以提供更大的镜片移动范围，有利于对焦。第二，在动子移动到达目标位置后，若动子(及其带有的部件，例如镜片)具有运动趋势，例如直线电动机被晃动，动子在压力产生的摩擦力的作用下被保持在目标位置，而无需持续提供电能。相对于现有的、需要持续施加电能产生与弹性部件的弹力相平衡的直线电动机，本发明提供的直线电动机可以在很大程度的减少电能消耗。尽管在附图和前述的描述中详细阐明和描述了本发明，应认为该阐明和描述是说明性的和示例性的，而不是限制性的；本发明不限于上述实施方式。例如，第一摩擦表面20 可以并不位于线圈22的倒角220上；或者，线圈22和定子1可以并不含有倒角220。例如，在第三和第四实施方式中，第二臂可以仅在偏移端设置磁体或磁性材料，从而被第一臂吸引。那些本技术领域的一般技术人员能够通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在本发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。
权利要求
1.一种实现驱动物体直线运动装置的方法，该装置具有定子(1)和能够被驱动沿一直线运动的动子O)，其中，该方法包括-在动子上提供第一摩擦部00)；-提供沿直线方向的间隙(30)，该间隙容纳该第一摩擦部且允许该第一摩擦部和该动子在直线方向上移动；-收缩所述间隙，以将所述第一摩擦部夹持，从而对所述第一摩擦部产生压力，所述压力使得所述第一摩擦部上能够产生将所述第一摩擦部以及所述动子保持在当前位置的摩擦力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供间隙的步骤包括-提供第一臂(32)以及第二臂(34)，在两者之间形成所述间隙，所述第一臂和第二臂中的一个含有磁体，另一个含有能够与所述磁体相互吸引的磁性物质；所述收缩步骤包括-所述第二臂与第一臂相互吸引时所述第二臂向所述第一臂偏转，以收缩所述间隙。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述收缩步骤包括以下任一项a.第二臂的中部(344)向第一臂偏转，以收缩所述间隙；b.第二臂的侧部(340)向第一臂偏转，以收缩所述间隙。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对于所述步骤a，所述提供步骤包括-为第二臂的两侧部分(340、342)提供磁体或磁性材料，并分别固定于所述定子，为第二臂的中央部分提供弹性材料；或-为整个第二臂提供弹性材料，将第二臂的两侧部分(340、34幻分别固定于所述定子。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对于所述步骤b，所述提供步骤包括-为第二臂的该侧部(340)提供磁体或磁性材料，将第二臂的另一侧部(34 通过弹性材料连接到所述定子。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述动子带有线圈(22)，还包括如下步骤在所述线圈上提供至少一个倒角(200)；所述提供第一摩擦部的步骤在所述倒角上提供所述第一摩擦部；和/或，该方法还包括如下步骤在所述第一臂和所述第二臂之间提供导磁材料(36)，以产生磁通路。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤-在驱动所述动子( 从静止开始移动前，使所述动子( 产生振动，所述振动将驱动所述动子(2)从静止状态开始移动需克服的静摩擦力转变为动摩擦力。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法的用途，该用途是用于在对焦中控制与动子相连的镜片沿镜片光轴的移动，所述移动方向与所述镜片的光轴一致。
9.一种直线电动机，包括定子(1)和动子O)，所述动子( 沿直线方向移动，其特征在于，所述动子具有第一摩擦部(20)，该电动机还包括-夹持元件(3)，提供沿直线方向的间隙(30)，该间隙用于容纳第一摩擦部，并允许所述第一摩擦部( 在所述移动方向上移动；所述夹持元件用于收缩所述间隙，以一定压力夹持所述第一摩擦部O)，所述压力使得所述第一摩擦部上能够产生将所述第一摩擦部以及所述动子保持在当前位置的摩擦力。
10.根据权利要求9所述的直线电动机，其特征在于，所述夹持元件包括 -第一臂(32)，固定于所述定子上；-第二臂(34)，与所述第一臂之间形成所述间隙；所述第一臂和第二臂中的一个含有磁体，另一个含有能够与所述磁体相互吸引的磁性物质，所述第二臂被配置为受所述第一臂吸引而向所述第一臂偏转，以收缩所述间隙。
11.根据权利要求9所述的直线电动机，其特征在于，所述第二臂被配置为以下任一项a.从中部(3M)向第一臂偏转，以收缩所述间隙；b.从侧部(320)向第一臂偏转，以收缩所述间隙。
12.根据权利要求11所述的直线电动机，其特征在于，对于配置为a项，第二臂的两侧部分(320、322)由磁体或磁性材料制成，并分别固定于所述定子，第二臂的中央部分由制成弹性材料；或第二臂由弹性材料制成，第二臂的两侧部分(320、322)分别固定于所述定子。
13.根据权利要求11所述的直线电动机，其特征在于，对于配置为b项，第二臂的该侧部(320)由磁体或磁性材料制成，第二臂的另一侧部(32 通过弹性材料连接到所述定子。
14.根据权利要求9所述的直线电动机，其特征在于，所述动子带有线圈(20)，所述线圈具有至少一个倒角(200)；所述第一摩擦部位于所述倒角上； 该直线电动机还包括-导磁材料(36)，连接所述第一臂和所述第二臂，以产生磁通路。
15.根据权利要求9所述的直线电动机，其特征在于，所述动子具有在移动方向上延伸的筒状外壁040)，该定子具有在移动方向上向定子内部延伸的筒状内壁(10)，所述内壁的内径大于所述外壁的外径一给定尺寸，用于容纳所述外壁，并且通过引导所述外壁来引导所述动子的移动。
16.根据权利要求15所述的直线电动机，其特征在于，所述内壁还向所述定子的外部延伸。
17.根据权利要求9所述的直线电动机，其特征在于，所述直线电动机在驱动所述动子 (2)从静止开始移动前，使所述动子( 产生振动，所述振动将驱动所述动子( 从静止状态开始移动需克服的静摩擦力转变为动摩擦力。
18.一种镜头，其特征在于，包括 -镜片(L)；-根据权利要求9至17中任一项所述的直线电动机，所述动子与所述镜片固定连接，且所述移动方向与所述镜片的光轴一致，用于驱动所述镜片沿所述光轴移动； -图像传感器(S)，与所述定子固定连接，并与所述镜片的光轴同轴放置。
19.一种具有图像捕捉功能的电子设备，其特征在于，包括根据权利要求18所述的镜头。
全文摘要
现有的直线电动机功耗大、移动距离短，本发明提出了实现驱动物体直线运动装置的方法和直线电动机，该直线电动机包括定子(1)和动子(2)，动子(2)沿直线方向移动，其特征在于，动子具有第一摩擦部(20)，该电动机还包括夹持元件(32、34)，提供沿直线方向的间隙(30)，该间隙用于容纳第一摩擦部，并允许第一摩擦部(2)在移动方向上移动；夹持元件用于收缩间隙，以一定压力夹持第一摩擦部(2)，该压力使得所述第一摩擦部上能够产生将第一摩擦部以及动子保持在当前位置的摩擦力。优选的，夹持元件由磁体和磁性材料制成的第一臂(32)和第二臂(34)组成，它们相互吸引时第二臂向第一臂偏转，以收缩该间隙。
文档编号G02B7/04GK102437706SQ20111043404
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者吴强, 赵立新 申请人:格科微电子(上海)有限公司