磁驱动致动器的制作方法

专利名称：磁驱动致动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及降低外部干扰振动的影响的磁驱动致动器。
技术背景以往，作为使用激光的扫描装置，已知有扫描型激光雷达装置和激 光扫描器、激光印刷机、激光指示器、物体监视装置等。其中，在例如 车辆的防止碰撞用的扫描型激光雷达装置所使用的车载用激光扫描用致 动器中，具有保持供激光通过的透镜的透镜托架，该透镜托架由磁路来 驱动并相对于光轴在车辆的上下左右方向上移位自如地被弹簧支撑，从 而扫描激光。上述车辆的防止碰撞用的扫描型激光雷达装置，需要不易受到车辆 的外部干扰输入所产生的振动的影响。此类外部干扰振动的频率较低(例如数十Hz左右)，需要设置即使对于此类较低频率也可有效地使振动衰减的衰减机构。特别地，期望提高相对于车辆上下方向的衰减特性。作 为进行减振作用的衰减机构，存在进行例如抑制钢板的振动用的非接触 电磁减振的衰减机构(例如，参照专利文献1。)。专利文献1:日本特开平5 — 245521号公报此外，作为可提高衰减特性的方法，包括例如将丙稀、硅等构成的 粘弹性材料贴到弹簧上的简单结构来实现的方法。但是，在通过在弹簧 上粘附粘弹性材料来增大衰减效果时，存在出现弹簧部分的粘性的影响 增大、驱动时的响应性下降或发生滞后现象等不良影响的问题。此外， 上述丙稀和硅等因温度而导致其衰减特性显著变化(在玻璃态转化温度 前后特性大幅变化)，所以存在在汽车那样的从寒冷到炽热的环境变化中 难以保持稳定的衰减特性的问题
发明内容
为解决此类问题并实现对外部干扰振动的衰减效果大且温度特性良 好、此外驱动时的滞后现象小的磁驱动致动器，在本发明中，磁驱动致 动器具有固定部分；在上述固定部分上设置的磁铁；在相对于上述固 定部分在至少一个方向上变位自如地由弹簧支撑的可动部分；在上述可 动部分上设置的线圈；以及驱动电路，该驱动电路与上述线圈连接，以 便通过上述磁铁和上述线圈的协作来磁驱动上述可动部分，在该磁驱动 致动器中，由外部干扰所致的上述可动部分的振动被因上述振动而在上 述线圈中产生的感应电动势衰减，并且，该磁驱动致动器设有第二线圈， 该第二线圈用于调整上述线圈所产生的上述衰减力或用于单独产生衰减 力，以便调整上述可动部分的衰减特性。在外部干扰输入而可动部分振动时，在可动部分上设置的线圈进行 切割磁铁的磁力线的运动，而电流可以在线圈和驱动用驱动器之间流动 的状态下在线圈中产生感应电动势。由于该感应电动势作为抑制移位的 减振力而发挥作用，所以可衰减包含线圈的可动部分的弹簧质量系统因 外部输入而产生的振动。特别地，上述第二线圈是并联连接在上述线圈上的附属线圈，从而 「'丁以按照驱动特性来设计线圈自身，并能够通过附属线圈来设计其衰减 特性。此外，上述附属线圈连接着与上述附属线圈协作来形成共振电路 的电容器，从而可容易地进行该共振频率的设计，并可使衰减特性进一 步适当化。再有，附属线圈也可设在固定部分侧，但也可与驱动用的线 圈一起设在可动部分上。或者，上述第二线圈可以是与上述线圈分开地设置在上述可动部分 上的短路线圈。这样，在可动部分因外部干扰而振动的情况下，在短路 线圈上产生感应电动势，从而产生衰减力。由于在短路线圈中产生的感 应电动势与驱动线圈分别单独产生，所以可仅对特定的外部干扰振动有 效地作用衰减力。此外，由于在驱动电路的输入阻抗较高的情况下，不 会在驱动线圈侧产生有效的感应电动势，所以可设计成不使驱动线圈所 产生的驱动特性和短路线圈所产生的减振特性互相之间出现任何影响。
因此，例如特别适用于车载用激光雷达等驱动频率为一定且外部干扰振 动频率被确定为某种程度的用途上。再有，上述短路线圈连接着形成共 振电路的线圈及电容器，从而可与短路线圈协作而形成LC (感容)共振 电路，并可容易地进行共振频率的设计等。此外，可将上述线圈及上述第二线圈所形成的电共振电路的共振频 率设定为与弹簧质量系统的共振频率大体一致，并且将上述可动部分移 位的驱动频率设定为在离开上述弹簧质量系统的共振频率的低频率处产 生。这样，在因外部干扰而使可动部分移位时在第二线圈中产生了感应 电动势，其所产生的共振频率作用在比驱动频率高的频率一侧。在外部 千扰振动频率比驱动频率低很多的情况下，仅对外部干扰振动有效地作 用衰减力，而不对驱动特性产生任何影响。特别地，将磁驱动致动器用于例如车载用激光雷达等的车载设备中， 从而外部干扰的振动频率在某种程度上被限定，所以对于此类外部干扰 所产生的可动部分的振动，可容易地进行设计以发挥适当的减振力。根据本发明，将线圈这样设定，即在输入了外部千扰使可动部分振 动而在线圈上产生的感应电动势所发挥的振动衰减效果对例如弹簧质量 系统共振频率显著发挥作用，从而对外部干扰振动发挥减振作用。特别地，在线圈上并联设置附属线圈，从而可将驱动用线圈设定为 可得到预定的驱动特性，由于附属线圈所形成的共振电路能够设计成具 有与某一特定外部干扰振动的频率大体相同的共振频率，所以可在可动 部分相对于该频率的外部干扰振动输入进行移位时作用最大的衰减力。 此外，在驱动电路的输入阻抗大的情况下，在驱动用线圈上不会产生有 效的感应电动势，但只需在与附属线圈之间设计电共振电路即可，并可 容易地进行共振频率的设定。再有，通过连接着与附属线圈协作而形成 共振电路的电容器，从而能将由附属线圈和电容器所构成的共振电路设 计成某一特定电共振电路，所以电共振频率的设定变得更容易，且设计 自由度进一步提高。或者，与驱动用线圈分开地设置短路线圈，从而可任意设定短路线圈中的由可动部分的振动所产生的感应电动势的大小及共振频率，所以
在例如驱动电路的输入阻抗大的情况下在驱动用线圈上不产生有效的感 应电动势，但可利用短路线圈来充分产生感应电动势带来的减振力。因 此，可得到有效的衰减力而与驱动电路的规格无关。再有，可将短路线 圈配置在与驱动用线圈大体相同的面上，且该情况下在结构上也不需要 大的变化。
再有，通过在短路线圈上连接与某一特定的外部干扰振动频率相同 的频率下形成阻抗为0的共振电路的线圈和电容器，从而可容易地进行 设计，使得在可动部分相对于该频率的外部振动的输入而移位时作用最 大的衰减力。
此外，由于通过例如用于车载用激光雷达装置等车辆装载设备而某 种程度地限定了其外部干扰的频率，所以在此类用途中特别有效。


图1是表示本发明所适用的激光扫描用致动器的立体图。
图2是图1中的激光扫描用致动器的俯视图。
图3是从图2的箭头m观察的侧视图。
图4是图1中的激光扫描用致动器的主要部分分解组装的立体图。
图5是表示上下方向驱动磁路的主要部分的剖切侧视图。
图6是表示左右方向驱动磁路的主要部分的剖切俯视图。
图7是表示板簧和线圈的电连接状态的立体图。
图8a是表示第一示例的线圈的示意驱动电路图。
图8b是表示第一示例的变形例的与图8a对应的图。
图8c是表示第一示例的另一变形例的与图8a对应的图。
图9是表示第一示例的直流(DC)驱动情况下的致动器的移位特性 的图。
图10是表示第一示例的外部干扰振动输入情况下的致动器的频率 响应特性的图。
图11是表示第二示例的与图5同样的图。
图12是表示第二示例的主要部分示意立体图。
图13是表示第二示例的直流驱动情况的致动器的移位特性的图。 图14是表示第二示例的外部干扰振动输入情况下的致动器的频率 响应特性的图。图15是表示第三示例的电路图。图16a是比较表示驱动用线圈和基准线圈的示意图。 图16b是图16a的线圈的示意驱动电路图。图17是表示外部干扰振动输入情况下的致动器的频率响应特性的图。图18是表示驱动情况下的致动器的频率响应特性的图。标号说明1固定基座2上下方向移位用板簧3线圈支撑体4左右方向移位用板簧5透镜托架(lens holder)6激光二极管7扫描用透镜8受光二极管9受光用透镜10按压部件11上下驱动用线圈12磁轭13a、 13b磁铁14左右驱动用线圈15 U字状磁轭16a、 16b磁铁24基准线圈25驱动用驱动器26附属线圈27电容器28短路线圈 29电容器 30附属线圈具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的实施方式。图1是表示本发明所适用的车辆的防止碰撞用的扫描型车载用激光 雷达装置所使用的激光扫描用致动器的立体图。此外，图2是表示激光扫描用致动器的俯视图，图3是从图2的箭头m观察的侧视图，图4是主要部分分解组装的立体图。再有，关于图示例的激光扫描用致动器， 用图1的箭头来表示其前后、上下、左右的各方向，并使该前后在向车 辆安装的状态下与车辆的前后方向一致，下面进行说明。本激光扫描用致动器具有作为固定部分的固定基座1，其固定在 未图示的车体(车架)上；作为可动支撑部的矩形框状的线圈支撑体3， 其被作为悬臂支撑装置的上下方向四个移位用板簧2支撑，这些板簧2 从固定基座l伸出；以及作为可动部分的透镜托架5，其经四个左右方向 移位用板簧4支撑于线圈支撑体3上。在该透镜托架5上， 一体化设有 扫描用透镜7和受光用透镜9，该扫描用透镜7用于使作为射出装置的激 光二极管6的射出光通过，受光用透镜9用于在受光二极管8上聚光， 该受光二极管8接收由障碍物等反射回的反射光。上述四个上下方向移位用板簧2配设为使各主面都以1个轴方向 朝向图的上下方向，各自的一个端部固定在沿着基座1的上下方向上延 伸的立壁部的上下两个面上，并且向后侧平行地延伸。这些上下方向移 位用板簧2的各自的另一端部结合到线圈支撑体3的上下左右的适当之 处。由于板簧的弯曲方向受其形状限制，所以可容易地仅使上下方向移 位用板簧2仅在图中的上下方向上弯曲，线圈支撑体3不需要导引构件， 就能相对于基座1在上下方向上移动自如地被支撑。在该图示例中，可动部分为透镜托架5，且可将相对于该透镜托架5 固定的固定部分看作线圈支撑体3。即，透镜托架5的绝对移位是相对于 固定基座1的移位，其移位方向为上下左右方向，但将线圈支撑体3看作固定部分的情况下的透镜托架5的相对移位，是相对于线圈支撑体3的移位，且其移位方向为左右方向。
再有，基座1及线圈支撑体3可以是合成树脂制的，在图示例中， 在上下方向移位用板簧2的长度方向两端部上各设有一对孔，且在作为 结合对象的基座1及线圈支撑体3的对应部分上形成了突状凸部。而且， 突状凸部嵌合到在板簧上设置的孔中，使板状的按压部件IO与板簧重叠 且使突状凸部嵌入到在按压部件IO上设置的结合孔中，并将板簧的端部 按压结合对象进行固定。这样，可简单地进行组装。此外，在该各部件 中，可通过将板簧嵌入成形而一体化，在该情况下，可进行更简单且位 置精度高的组装。
此外，上述四个左右方向移位用板簧4配置为使各主面朝向图的左右方向，各自的一个端部固定在线圈支撑体3的图的左右框部上，并 且向前侧互相平行地越过基座1而延伸。该左右方向移位用板簧4的各 另一端部结合在透镜托架5的适当之处。这样，左右方向移位用板簧4 可仅在图中左右方向上弯曲，所以透镜托架5将相对于基座1而在左右 方向上移动自如地被支撑。对于该左右方向移位用板簧4的结合对象(线 圈支撑体3、透镜托架5)的固定也与上述相同。再有，各按压部件10 虽然各自形状不同但标以相同标记。
根据该布局，透镜托架5相对于基座1而经各板簧2、 4在上下左右 方向上移动自如地被支撑。而且，因为上下方向移位用板簧2从基座1 向后方延伸，左右方向移位用板簧4从结合到上下方向移位用板簧2上 的线圈支撑体3越过基座1向前侧延伸，所以左右方向移位用板簧4比 上下方向移位用板簧2长。即，透镜托架5 (透镜7、 9)的上下左右方 向的各移位量在左右方向上较大。这是因为在车载用雷达中，在检测对 于行进方向的障碍物等时，在左右方向比在上下方向上更广泛地扫描。
再有，透镜托架5具有结合左右方向移位用板簧4的各端部的连 接部5a:和保持各透镜7、 9的保持部5b，以将这些连接部5a及透镜保 持部5b在图中左右方向上并排配置的方式用例如合成树脂材料来一体化 成形。此外，各透镜7、 9在本图示例中是质量轻且适于紧凑化的菲涅耳 透镜，但并不限于此。其次，对用于在上下左右方向上驱动透镜托架5的驱动装置的结构进行表示。在上述线圈支撑框3上一体地固定了上下驱动用线圈11，该 上下驱动用线圈11巻绕为使长轴朝向左右方向的椭圆形。 一并如图5所 示，与该上下驱动用线圈11协作地构成磁路的磁轭12，以从外侧绕其长轴包围上下驱动用线圈11的方式固定设置在基座i的立起壁的后表面上。该磁轭12和基座1的结合也可以通过凹凸的咬合而实现。再有，磁 轭12具有隔着上下驱动用线圈11而相对的两壁部12a、 12b。在其一个 (在图示例中为基座1侧)壁部12a上，固定设置了在上下改变磁极的 --对磁铁13a、 13b。这样，形成了隔着上下驱动用线圈11的磁路(磁轭 12，磁铁13a、 13b)。此外， 一并如图6所示，在透镜托架5的连接部5a上设有两根支撑 框5c，这些支撑框5c在左右方向上在各左右方向移位用板簧4的内侧沿 上下方向延伸，在这两根支撑框5c之间，设有巻绕为使长轴朝向上下方 向的椭圆形的左右驱动用线圈14。与该左右驱动用线圈14协作地构成磁 路的磁轭这样设置将一对U字状磁轭15互相排列为以左右驱动用线圈 14的线圈轴线为对称轴的对称形，并且两者之间具有间隙。再有，关于 各线圈11、 14，可与上述板簧的其它示例同样地进行嵌入成形，可与板 簧的情况同样地进行简单且位置精度高的组装，并且，若将板簧及线圈 一同嵌入成形，则可得到更高的效果。在两U字状磁轭15的敞开端面上结合有与上述磁轭12 —体地形成 的L字状延伸部12a，两U字状磁轭15由延伸部12a封闭各敞开端面， 并且经延伸部12a而一体地支撑在磁轭12上。此外，在各U字状磁轭 15的隔着左右驱动用线圈14而相对的各两内表面的一个(在图示例中为 左右驱动用线圈14的外侧)上，分别固定设置了相对于左右驱动用线圈 14而朝向相同磁极的磁铁16a、 16b。这样，形成了隔着左右驱动用线圈 14的磁路(磁轭15，磁铁16a、 16b)。
在本图示例中，如图7所示，经各板簧2、 4将各线圈11、 14与未 图示的外部驱动电路(驱动用驱动器)连接。因此，由导电性弹性材料形成各板簧2、 4，并且，如图7所示，在各板簧2、 4的两个长度方向端 上分别设有一对端子部2a及4a。各端子部2a、 4a在将各板簧2、 4分别 结合到基座l、线圈支撑框3、透镜托架5上的状态下露出。例如，四个上下方向移位用板簧2的基座l侧的端子部2a，经导线 与在外部设置的驱动电路(图8中的驱动用驱动器25)的输出端子连接。 在四个板簧2内的与两个基座1侧相反一侧的各端子部2a上，连接有上 下驱动用线圈11的线圈线材的两端。此外，四个板簧2中的与剩余两个 基座1侧相反一侧的各端子部2a，经导线与四个左右方向移位用板簧4 内的两个相对应一侧(线圈支撑体3侧)的各端子部4a而连接。而且， 这两个板簧4的与线圈支撑体3侧相反一侧的各端子部4a上，连接有左 右驱动用线圈13的线圈线材的两端。这样，就构成了驱动装置，如图8所示，通过改变在上下驱动用线 圈11中流动的电流Id的方向，可使线圈支撑体3相对于基座1如图5 的箭头A所示那样在上下方向上进行移位。同样地，通过改变在左右驱 动用线圈14中流动的电流的方向，可使透镜托架5相对于线圈支撑体3 即基座1如图6的箭头B所示那样在左右方向上进行移位。再有，虽然本图示例的悬臂支撑装置由在固定基座1和作为可动部 分的透镜托架5之间经线圈支撑体3而连接各板簧2、 4的结构构成，但 可使用线簧来取代板簧并利用固定基座1经线簧直接地悬臂支撑透镜托 架5。即使这样，也可实现上述布局。而且，通过板簧2、 4和由板簧2、 4可动支撑的部件(透镜托架5，线圈支撑体3，线圈11、 14等)来构成 本图示例的弹簧质量(spring-mass)系统。在将如此构成的磁力驱动型致动器用作车载用时，在外部干扰输入 时，线圈支撑体3和透镜托架5的移位特别在该弹簧质量系统的共振频 率下变大。特别地，外部干扰振动大且其方向与进行投受光控制的方向 相同的情况下，其方向的控制变得困难。因此，需要衰减外部干扰振动 输入时的线圈支撑体3和透镜托架5的运动。通过选择在线圈支撑体3
上安装的上下驱动用线圈11和透镜托架5上安装的左右驱动用线圈14 的形状、线径、匝数、材质，可对外部干扰输入所致的弹簧质量系统的 振动来调整感应电动势所产生的衰减效果。再有，作为外部干扰，有台 阶状波形的输入和作为车体固有振动的输入等。其次，下面表示对作为本发明的减振对象的频率的外部干扰振动提高衰减效果的构成例。首先，在图8a、 b、 c中表示驱动该致动器的电路 的第一示例。在图中，线圈11的两端以上述方式经板簧2而电连接到作 为驱动电路的外部驱动用驱动器25的一对输出端子上。再有，线圈14 的两端也经板簧4同样地连接。如果在驱动时(扫描时)通过驱动用驱 动器25向板簧2供给施加电流Id，则线圈11经板簧2而通电，并在与 通电方向相应的方向上产生电磁力，线圈支撑体3或透镜托架5 (透镜7、 9)移位。再有，虽然以下说明是对上下移动用线圈]1进行表示，但对 于左右驱动用线圈.14也同样，所以省略其说明。如图8a所示，在该第一示例中，设有与驱动用线圈11并联连接的 作为第二线圈的附属线圈26。虽然附属线圈26可设置在固定部分侧，并 用配线与驱动用线圈11连接，但也可设置在可动部分。该附属线圈26 的一端经电容器27、另一端经电阻R1而连接到线圈11上。这样，形成 了使用附属线圈26的LCR (感抗、容抗和电阻)共振电路，通过改变各 元件的规格，而可容易地设定任意的共振频率。再有，在可动部分设置 附属线圈的情况下，最好设置在不受磁路影响的位置。在例如本图示例的车载用激光雷达装置的情况下，在驱动控制时， 在驱动用线圈11中流动预定的交变电流Id，使得线圈支撑体3或透镜托 架5以预定的振幅和频率(例如lHz)振动。再有，在本图示例中，使 成为该可动部分的固有频率的弹簧质量系统共振频率约为40Hz，来进行在外部干扰输入时，可动部分(透镜托架5、线圈支撑体3)受到向 外部干扰输入方向移位的外力，通过由此产生的移位而使线圈11也在磁 路内移位，从而在线圈11中产生感应电动势。根据该感应电动势而产生 的电流In按图中虚线所示那样随着振动而交错地改变方向地流动，从而
在线圈11中生成可产生与外部干扰振动方向相反方向的推力的电磁力。线圈11在对应的磁轭12、磁铁13a、 13b所形成的磁路内移位，所 以通过上述电磁力能够制止可动部分(透镜托架5、线圈支撑体3)的外 部干扰振动所产生的运动，且对外部干扰振动发挥适当的衰减作用。振 动频率越高(移位速度越快)，且振幅越大，则该减振力发挥的作用越大。 与之相对，驱动频率根据该示例是lHz，且可考虑在此类车载用激光雷 达装置中以至多10Hz程度进行驱动，在离开此类驱动频率的高频侧存在 弹簧质量系统的共振频率(可动部分的固有频率)，且以在该弹簧质量系 统的共振频率附近减振力显著地发挥作用的方式来设定电共振频率，从 而可看作在驱动时的低频下不发挥衰减作用，所以驱动特性不会产生任 何问题。再有，图8a中的电路形成了将电容器27及电阻R与附属线圈26 相连接的LCR共振电路，但也可以是如图8b所示那样仅是附属线圈26， 并且还可如图8c所示那样将附属线圈26和电容器27连接。各电力共振 电路的形成所产生的减振效果与上述相同。如果即使是在此类简化的电 路中也可设定同样的电力共振频率，则电路简化，并可促进致动器的小 型化及低成本化。上述电路以某一特定的频率发生电共振且阻抗为0。而且，阻抗随 着从该频率离开而逐渐增大。因此，通过使该电力系统共振频率与弹簧 质量系统共振频率大体一致，从而即使在驱动用驱动器不使驱动电流在 线圈中流动时，在外部干扰输入而振动时，也会有逆电动势所产生的电 流在电路中流动，并且特别对于可动部分的运动以弹簧质量系统共振频 率发挥较强的衰减效果。此外，如果是欲发挥衰减效果的预定外部干扰 振动频率和驱动频率带域大不相同的情况，则通过设定相对于该外部干 扰振动频率可发挥较大减振力的电力系统共振频率，从而可进行调整以 在频率大不相同的驱动时不能发挥衰减效果，并且发挥适当的衰减力而 不对驱动特性产生任何影响。作为该第一示例，将附属线圈26设为4.2mH、将电容器27设为5mF， 将电阻R设为100Q，对于连接设定约35Hz的电共振频率的电路时的致
动器(A4)，将直流驱动时的电流-移位特性图在图9中表示，且在不使驱动电流向线圈流动的状态下扫频1 100Hz的正弦波作为外部干扰振动输入时的频率响应线图在图io中表示。为一并比较，将在通过驱动用驱动器而可向线圈通电状态下输入外部干扰振动时的致动器Al和致动 器A2的电流-移位特性和频率响应特性分别在图9、 10中表示，且用虚 线表示致动器A1，用点线表示致动器A2。
如果是驱动频率与成为衰减对象的外部干扰振动频率(弹簧质量系 统的共振频率)大不相同的情况，则即使连接上述图8a所示的附属线圈 26、电容器27、电阻R的电共振电路，在驱动时该电路也不会产生衰减 效果，其结果是，使施加电流从0增加并驱动的情况和将施加电流减小 到0并驱动的情况的特性差(滞后现象)不像图9中实线(A4)所示那 样产生。从该方面看，与在致动器的弹簧上粘贴粘弹性材料的现有例的 致动器A2 (图9中点线)大不相同。因此，在致动器A4中，温度变化 所产生的特性变化也小。另一方面，如图12所示，在输入外部干扰振动 时，即使驱动用驱动器不工作，通过该电路的工作，也可得到与可由驱 动用驱动器向线圈通电状态的致动器A2同等的衰减效果。因此，在该结 构中，衰减效果不依赖于驱动用驱动器25的工作状态，所以适于驱动用 驱动器的内部电阻大的情况等。再有，在图8a的电路的情况下，可通过 调整电阻R的值来调整衰减力的大小。
此外，通过如图8a所示那样将附属线圈26和电容器27并联连接的 电路，使电力共振频率与预定的外部干扰振动频率一致，从而与上述情 况相反，即可在驱动频率带的外部干扰振动输入时不发挥衰减效果，而 在其它带域发挥衰减效果。这样，可防止驱动频率带的减振作用，获得 效率良好的驱动特性，并且相对于带给其它频率带的外部干扰振动能适 当地得到减振力。
其次，在图11及图12中将本发明的提高对外部干扰振动的衰减效 果的装置的第二示例与上述图示例同样地对上下驱动用线圈11进行表 示。再有，图11是与图5同样的图，对相同部分标以相同标记并省略其 详细说明。在该第二示例中，通过在支撑线圈11的线圈支撑体3上形成
的线圈拉杆(coil pin) 3a，以例如从外面被线圈11包围的方式将作为第 二线圈的短路线圈28设置于线圈11的内侧。再有，短路线圈28相对于 轴线方向而配置在与线圈11大体相同的面上。这样，可将短路线圈28 配置为不从线圈支撑体3突出，且不对装载地点的安装空间产生影响。作为该第二示例，对于将驱动用线圈24的匝数设为300匝、将短路 线圈28的匝数设为260匝时的致动器A5，将直流驱动时的电流-移位特 性在图13中表示，将不使驱动用驱动器工作而扫频1 100Hz的正弦波 作为外部干扰振动输入时的频率响应线图在图14中表示。为一并比较， 将在通过驱动用驱动器而可向线圈通电状态下输入外部干扰振动时的致 动器A1和致动器A2的电流-移位特性和频率响应特性分别在图13、 14 中表示，且用虚线表示致动器Al的情况，用点线表示致动器A2的情况。如图13所示，在驱动频率与成为衰减对象的外部干扰振动频率大不 相同的情况下，则即使装载短路线圈28，在驱动时也不会产生衰减效果， 且不会发生滞后现象。因此，不会发生温度变化所产生的特性变化。另 --方面，如图14所示，在输入外部干扰振动时，即使驱动用驱动器不工 作，通过装载短路线圈，也可得到与可由驱动用驱动器向线圈通电时的 致动器A2同等的衰减效果。因此，该结构适于驱动用驱动器25的内部 电阻大的情况。此外，由于可通过短路线圈28的规格(例如线圈的形状、线径、匝 数、材质)来自由设定衰减效果，所以对于驱动用线圈中具有减振作用 的情况，衰减效果不依赖于驱动用驱动器的特性。并且，由于不需要考 虑驱动用线圈所产生的减振作用，所以驱动用线圈的设计自由度也高。其次，在图15中将本发明的提高对外部干扰振动的衰减效果的装置 的第三示例与上述图示例同样地对上下驱动用线S进行表示。该第三示 例是在上述第二示例的短路线圈28上连接附属线圈30和电容器29。对 于该附属线圈30的连接方式，与上述第二示例相同。这样，与第二示例 同样，如果在外部干扰输入时可动部分移位，则在短路线圈28中产生感 应电动势，且其电动势发挥减振作用。而且，通过附属线圈30及电容器 29的设定，可容易且任意地设定电共振频率的设定，并可扩大磁驱动致
动器的适用范围。此外，也可期待驱动用线圈ll所产生的衰减作用，对其一个示例表 示如下。作为具体例，对将透镜托架3的向上下方向的推力(驱动力)设定为例如2.7N的情况表示如下。通过图16a中的假定线来表示基准线 圈24。这种基准线圈24在将磁驱动致动器的推力设计成预定值的情况下 是指主要以变为小型轻量为目的进行设计的线圈。在该线圈规格中，在 将线材直径为0.16mm的线缠绕约250匝而形成时，其重量约为5g，在 使施加电流II为300mA时，产生上述推力2.7N。基准线圈24的系统整 体的衰减系数在连接内部阻抗非常小的驱动电路(驱动用驱动器25)的 情况下为0.24。与之相对，通过使线材直径同样为0.16mm并巻绕460匝而形成线 圈，成为如图16a所示那样外形比基准线圈24大的上下驱动用线圈11， 且其重量为10.3g。但是，由于增大了匝数，所以即使将该施加电流12 减小为165mA，也可得到同样的2.7N的推力。而且，在本图示例的上下 驱动用线圈11中，其系统整体的衰减系数在连接内部阻抗非常小的驱动 电路的情况下为0.4。这样，可对基准线圈24增大匝数并得到相同的推力，这样，虽然线 圈重量增大，但通过外部干扰振动输入时的移位所知的感应电动势产生 的电磁减振力增大，所以可增大衰减系数。因此，在可确保通常的扫描 时所必要的驱动力，对外部干扰所产生的振动可通过大的衰减系数来使 线圈支撑体3的移位量变小，如图示例那样，可减小外部千扰振动对车 载用激光雷达装置的投受光控制的影响，从而可得到良好的扫描驱动特 性。 '在本致动器的工作中，如果在驱动时(扫描时)由驱动用驱动器25 将施加电流12如图16b所示那样供给板簧2，则经板簧2向线圈11通电， 且在与通电方向对应的方向上产生电磁力，在经线圈支撑体3 (板簧4) 而向线圈14通电的情况下，透镜托架5 (透镜7、 9)移位。例如，在本 图示例的车载用激光雷达装置的情况下，以预定的振幅和频率(例如lHz) 来使线圈支撑体3振动。
与之相对，在外部干扰输入时，可动部分(透镜托架5、线圈支撑 体3)受到向外部干扰输入方向移位的力，从而线圈11在磁路内移位， 所以在线圈11中产生感应电动势，电流Ib如图16b所示那样流动，且产 生了生成克服外部干扰振动方向的推力的电磁力。因此，能够抑制可动部分(透镜托架5、线圈支撑体3)的外部振动所产生的运动，对外部干扰振动适当地发挥衰减作用。振动频率越高(移位速度越快)且振幅越大，则该减振力发挥作用越大。与之相对，驱动频率根据上述示例为lHz， 并且在此类车载用激光雷达装置中，以至多10Hz程度进行驱动，并可看作在此类低频下不存在衰减作用，所以驱动时不会产生任何问题。 这里，对于通常的装载了圈数(匝数)少的线圈(例如上述基准线圈24)的致动器A1、在该致动器A1的弹簧上粘贴了粘弹性材料的现有 例中所示的作为对策的致动器A2、以及使线圈(例如上述上下驱动用线 圈11)的形状、线径、匝数、材质最优化以便在外部干扰输入时衰减效 果变大的本图示例的致动器A3，在图17中表示在通过驱动用驱动器25 而可向线圈il通电的状态下扫频1 100Hz的正弦波作为外部干扰振动 进行输入时的频率响应线图，在图18中表示扫频1 100Hz的正弦波并 施加电流而驱动时的频率响应线图。在接通驱动用驱动器的电源的状态下(可向线圈通电的状态下)，向 通常的致动器Al输入外部干扰时，在本图示例中如图17的虚线那样， 频率特性表明在弹簧质量系统共振频率约为40Hz附近的振幅大。在使此 时的振幅变小的情况下，通过在致动器Al的弹簧上粘贴粘弹性材料而可 得到图9中点线那样的频率特性(现有的致动器A2)。但是，如果使用 粘弹性材料，则如图18中的点线那样对驱动时的频率响应特性也产生影 响。与之相对，在致动器A1中，能够设计线圈的形状、线径、匝数、材 质来进行线圈的最优化，使得对于在与弹簧质量系统共振频率相同的外 部干扰输入频率处的振动产生较大减振力。这样，即使没有粘弹性材料， 也可使外部干扰输入情况下的振幅如图17中实线所示那样小到与现有的 致动器A2相同的等级。此外，由于不存在使用粘弹性材料情况下的驱动 时的频率响应特性恶化，所以如图18中实线所示，可确保驱动时的频率 响应特性与通常的致动器A1相同等级。再有，只要是线圈最优化为在弹 簧质量系统共振频率附近感应电动势变大且得到较大的减振力，而不用 通过线圈的最优化而增大减振力的频率与弹簧质量系统共振频率一致。这样，在驱动频率低且与之相对通过外部干扰输入而共振的弹簧质 量系统共振频率高的环境下所使用的磁驱动致动器中，通过上述那样与 小型轻量化相比而使增大衰减系数优先来形成驱动用线圈，可仅在外部 干扰振动输入时获得对该外部干扰振动的较强的衰减效果。而且，由于 在低驱动频率处的移位中产生的感应电动势较小，所以能够得到对驱动 频率不发挥其效果那样的减振力的频率响应特性，由此对驱动特性不会 产生任何影响。此外，由于没有粘贴粘弹性材料，所以难以受到温度变 化和响应性下降、滞后现象的发生等不良影响，并且可实现部件数量的 减少及低成本化。这些电路在某一特定的频率下发生电共振且阻抗为0。而且，阻抗 在从该频率离开时逐渐变大。因此，在如车载用途那样可设定为外部干 扰输入所产生的弹簧质量系统的共振频率和驱动频率带宽大不相同的情 况—F，通过使电路的电力系统共振频率与弹簧质量系统共振频率一致， 从而即使在驱动用驱动器不工作时，也仅当该频率的外部干扰振动输入 时在电路中流动逆电动势所产生的电流，且对可动部分的运动发挥衰减 效果，而在驱动时不会发挥衰减效果等，适于使用。此外，由于通过调整附属线圈26和电容器27、以及短路线圈28和 电容器29的各个值，从而可调整频率特性，所以在设有附属线圈和短路 线圈的装置中，可不影响驱动用驱动器的特性地发挥衰减效果，所以驱 动用线圈的设计自由度也变高。此外，可分别单独地设定线圈的形状、 线径、匝数、材质，从而增加了改变推力和减振力的设计自由度，且适 用性增高。另外，在输入外部干扰振动的环境下使用上述各结构的磁驱动致动 器，从而可发挥对该外部干扰振动的衰减效果，适于使用。这仅对外部 干扰振动有效地作用，在驱动时并没有任何影响。因此，在例如用于车
载用激光雷达装置那样将外部干扰的振动频率限定为某程度的情况特别有效。再有，虽然本发明的可动部分的移位方向在图示例中为上下左右方向，但即使是绕任意轴转动地进行移位地绕轴线的方向也适用。此外，通过可动部分(线圈支撑体3或透镜托架5)经板簧2、 4而支撑在固定部分上，可容易地限制向1个方向的移位，所以不需要用于限制向1个方向的移位的导引部件等。 产业上的可利用性本发明的磁驱动致动器可对外部干扰振动发挥减振作用，且在驱动 时不影响该减振作用，所以可用于扫描型激光雷达装置等。
权利要求
1. 一种磁驱动致动器，该磁驱动致动器具有固定部分；在上述固 定部分上设置的磁铁；在相对于上述固定部分的至少一个方向上变位自 如地由弹簧支撑的可动部分；在上述可动部分上设置的线圈；以及驱动 电路，该驱动电路与上述线圈连接，以便通过上述磁铁和上述线圈的协 作来磁驱动上述可动部分，其特征在于，由外部干扰所致的上述可动部分的振动被因上述振动而在上述线圈 中产生的感应电动势衰减，并且，该磁驱动致动器设有第二线圈，该第二线圈用于调整上述线圈所产 生的上述衰减力或用于单独产生衰减力，以便调整上述可动部分的衰减 特性。
2. 根据权利要求1所述的磁驱动致动器，其特征在于 上述第二线圈是并联连接在上述线圈上的附属线圈。
3. 根据权利要求2所述的磁驱动致动器，其特征在于 上述附属线圈连接着与上述附属线圈协作来形成共振电路的电容器。
4. 根据权利要求1所述的磁驱动致动器，其特征在于 上述第二线圈是与上述线圈分幵地设置在上述可动部分上的短路线圈。
5. 根据权利要求4所述的磁驱动致动器，其特征在于 上述短路线圈连接着形成共振电路的线圈及电容器。
6. 根据权利要求1所述的磁驱动致动器，其特征在于 将上述线圈及上述第二线圈所形成的电共振电路的共振频率设定为与弹簧质量系统的共振频率大体一致，并且将上述可动部分移位的驱动 频率设定为在离开上述弹簧质量系统的共振频率的低频率处产生。
7. 根据权利要求1所述的磁驱动致动器，其特征在于.-该磁驱动致动器用于车载设备。
全文摘要
本发明提供磁驱动致动器，为提高磁驱动致动器在外部干扰输入时的衰减效果，将附属线圈(26)与安装在可动部分上的驱动用线圈(11)并联连接而形成电共振电路，以便在由板簧支撑的可动部分(线圈支撑体、透镜托架)因外部干扰而移位的情况下发挥感应电动势所产生的衰减效果，使其共振频率与弹簧质量系统的共振频率大体相同。驱动频率处于离开共振频率的低频率带，从而不会对驱动特性产生任何影响，并可对外部干扰输入所产生的共振发挥较大的减振力，可减小外部干扰对激光雷达装置的投受光控制的影响，所以可得到良好的扫描特性。
文档编号H02K33/00GK101124711SQ20058004840
公开日2008年2月13日 申请日期2005年4月28日 优先权日2005年4月28日
发明者冨永润, 古川和夫, 松本敦夫 申请人:日本发条株式会社