音圈电机

摘要

本发明提供了一种音圈电机，包括：动子组件，动子组件包括旋转轴，垂直固定于旋转轴上的保持架，以及分别设于保持架相对两端的线圈，线圈轴向与旋转轴轴向平行；定子组件，定子组件包括套设于旋转轴上并与保持架平行的固定框，以及设于固定框上并用于带动通电后的线圈绕旋转轴中心线摆动的多个磁体，多个磁体位于同一圆周上。本发明提供的音圈电机，通过将动子组件与定子组件相互平行的设置，从而使得整个音圈电机的轴向尺寸大幅度减小，进而使得该音圈电机能够应用于扁平结构的产品中，适用范围更广。

权利要求

1.音圈电机，其特征在于，包括：

动子组件，所述动子组件包括旋转轴，垂直固定于所述旋转轴上的保持架，以及分别设于所述保持架相对两端的线圈，所述线圈轴向与所述旋转轴轴向平行；

定子组件，所述定子组件包括套设于所述旋转轴上并与所述保持架平行的固定框，以及设于所述固定框上并用于带动通电后的所述线圈绕所述旋转轴中心线摆动的多个磁体，多个所述磁体位于同一圆周上。

2.如权利要求1所述的音圈电机，其特征在于，所述保持架上开设有沿所述保持架轴向贯通的线圈腔，所述线圈安装于所述线圈腔中。

3.如权利要求2所述的音圈电机，其特征在于，所述固定框的相对两端均开设有沿所述固定框轴向贯通的磁体腔，各所述磁体腔内均安装有两沿周向并排设置且磁极相反的所述磁体，且相对所述旋转轴呈中心对称的两所述磁体的磁极相同。

4.如权利要求2所述的音圈电机，其特征在于，所述保持架上还开设有与所述线圈腔相通并用于将所述线圈引出至所述音圈电机外部的线槽。

5.如权利要求4所述的音圈电机，其特征在于，所述保持架上设有用于将所述保持架的摆动运动输出至所述音圈电机外部的输出架。

6.如权利要求1所述的音圈电机，其特征在于，所述保持架与所述固定框之间还设有用于限定所述保持架摆动角度的周向限位结构，以及用于限定所述保持架轴向位移的轴向限位结构。

7.如权利要求1所述的音圈电机，其特征在于，所述音圈电机包括两所述定子组件，两所述定子组件沿所述旋转轴轴向分别夹持于所述动子组件的两侧。

8.如权利要求7所述的音圈电机，其特征在于，所述定子组件的外侧围设有具有磁屏蔽作用的外壳。

9.如权利要求8所述的音圈电机，其特征在于，所述音圈电机还包括用于实时检测所述动子组件实际摆动角度的角度感应器。

10.如权利要求9所述的音圈电机，其特征在于，所述角度感应器包括设于所述旋转轴上并随所述旋转轴转动的磁性件，以及设于所述外壳上并用于感应所述磁性件磁场变化的感应元件。

说明书

音圈电机

技术领域

[0001] 本发明属于电机技术领域，更具体地说，是涉及一种音圈电机。

背景技术

[0002] 随着对高速高精度定位系统和驱动动力的性能要求的不断提高，音圈电机广泛应用于磁盘、激光定位、光学系统透镜定位、精密医疗仪器等领域中。

[0003] 音圈电机是一种特殊形式的直接驱动电机，具有结构小、高速、高加速响应等特性。其工作原理是，通电线圈在磁场内产生力，力的大小和通过线圈上的电流成比例。基于
此原理的音圈电机具有直线和摆动两种运动形式。

[0004] 现有技术中的音圈电机以直线驱动为主，其结构是将管状线圈置于径向磁场的磁性圆筒内，动子移动方向与线圈绕组旋转轴相同。此类音圈电机和传统的旋转电机均具有
圆柱形的外观，较长的轴向长度。但是，由于此类音圈电机具有较长的轴向长度，使得其在
扁平结构产品的应用中具有明显的局限性。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种音圈电机，以解决现有技术中存在的音圈电机具有较长的轴向长度导致音圈电机在扁平结构产品中的应用具有明显局限性的技术问题。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供了一种音圈电机，包括：

[0007] 动子组件，所述动子组件包括旋转轴，垂直固定于所述旋转轴上的保持架，以及分别设于所述保持架相对两端的线圈，所述线圈轴向与所述旋转轴轴向平行；

[0008] 定子组件，所述定子组件包括套设于所述旋转轴上并与所述保持架平行的固定框，以及设于所述固定框上并用于带动通电后的所述线圈绕所述旋转轴中心线摆动的多个
磁体，多个所述磁体位于同一圆周上。

[0009] 进一步地，所述保持架上开设有轴向贯通的线圈腔，所述线圈安装于所述线圈腔中。

[0010] 进一步地，所述固定框的相对两端均开设有轴向贯通的磁体腔，各所述磁体腔内均安装有两沿周向并排设置且磁极相反的所述磁体，且相对所述旋转轴呈中心对称的两所
述磁体的磁极相同。

[0011] 进一步地，所述保持架上还开设有与所述线圈腔相通并用于将所述线圈引出至所述音圈电机外部的线槽。

[0012] 进一步地，所述保持架上设有用于将所述保持架的摆动运动输出至所述音圈电机外部的输出架。

[0013] 进一步地，所述保持架与所述固定框之间还设有用于限定所述保持架摆动角度的周向限位结构，以及用于限定所述保持架轴向位移的轴向限位结构。

[0014] 进一步地，所述音圈电机包括两所述定子组件，两所述定子组件沿所述旋转轴轴向分别夹持于所述动子组件的两侧。

[0015] 进一步地，所述定子组件的外侧围设有具有磁屏蔽作用的外壳。

[0016] 进一步地，所述音圈电机还包括用于实时检测所述动子组件实际摆动角度的角度感应器。

[0017] 进一步地，所述角度感应器包括设于所述旋转轴上并随所述旋转轴转动的磁性件，以及设于所述外壳上并用于感应所述磁性件磁场变化的感应元件。

[0018] 本发明提供的音圈电机的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的音圈电机通过将保持架垂直固定于旋转轴上，将固定框套设于旋转轴上并与保持架平行设置，且使得
线圈的轴向与旋转轴轴向平行，从而使得导通电流后的线圈产生轴向的磁场，轴向的磁场
刚好与固定框上的磁体产生相互作用，根据同极相互排斥，异极相互吸引的原理，位于同一
圆周上的磁体共同对线圈产生的磁场进行作用，从而使得线圈可绕旋转轴中心线摆动，进
而使得动子组件摆动。本发明的音圈电机，通过将动子组件与定子组件相互平行的设置，使
得整个音圈电机的轴向尺寸大幅度减小，从而使得该音圈电机能够应用于扁平结构的产品
中，适用范围更广。

附图说明

[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些
实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些
附图获得其他的附图。

[0020] 图1为本发明实施例提供的音圈电机的立体示意图；

[0021] 图2为图1的纵向剖视示意图；

[0022] 图3为图1的横向剖视示意图；

[0023] 图4为图1中的动子组件的结构示意图；

[0024] 图5为图1中的两个定子组件安装的结构示意图；

[0025] 图6为图1中的上部电机的工作示意图；

[0026] 图7为图1中的外壳的结构示意图。

[0027] 其中，图中各附图标记：

[0028] 1-动子组件；2-定子组件；3-周向限位结构；4-轴向限位结构；5-外壳；6- 角度感应器；11-旋转轴；12-保持架；13-线圈；20-容纳腔；21-固定框；22-磁体；31-限位孔；32-限位柱；41-滚轴；42-滚套；51-第一壳体；52-第二壳体； 61-磁性件；62-PCB板；63-安全套；
64-外套；121-线圈腔；122-线槽；123-输出架；124-凸块；221-磁体腔；420-凹环；511-容置腔；512-第一片体；513-第二片体；514-第三片体；521-第四片体；522-第五片体；1230-U型槽；1231-定位柱；1232-螺纹孔。

具体实施方式

[0029] 为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅
用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0030] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

[0031] 需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0032] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0033] 请一并参阅图1至图6，现对本发明提供的音圈电机进行说明。该音圈电机包括动子组件1和定子组件2，动子组件1包括旋转轴11、保持架12和两线圈13，保持架12呈扁平状，保持架12固定于旋转轴11上并与旋转轴11垂直设置，保持架12以旋转轴11为中心线左右对
称设置，两线圈13分别设于保持架12相对两端，即两线圈13分别设于保持架12的左右两端，
两线圈13轴向均与旋转轴11轴向平行。定子组件2包括固定框21及多个磁体22，固定框21 
呈扁平状，固定框21套设于旋转轴11上并与保持架12平行设置，多个磁体 22设于固定框21
上位于同一圆周上，多个磁体22用于带动通电后的线圈13 绕旋转轴11中心线摆动。本发明
的音圈电机的工作原理如下：首先将两线圈 13分别通上电流，使得线圈13产生磁极方向为
轴向的磁场，该磁场会与磁体 22发生相互作用，最终使得线圈13绕旋转轴11中心线摆动，
从而带动整个动子组件1绕旋转轴11中心线摆动。

[0034] 本发明提供的音圈电机，与现有技术相比，本发明的音圈电机通过将保持架12垂直固定于旋转轴11上，将固定框21套设于旋转轴11上并与保持架12 平行设置，且使得线圈
13的轴向与旋转轴11轴向平行，从而使得导通电流后的线圈13产生轴向的磁场，轴向的磁
场刚好与固定框21上的磁体22产生相互作用，根据同极相互排斥，异极相互吸引的原理，位
于同一圆周上的磁体22 共同对线圈13产生的磁场进行作用，从而使得线圈13可绕旋转轴
11中心线摆动，进而使得动子组件1摆动。本发明的音圈电机，通过将动子组件1与定子组件
2相互平行的设置，使得整个音圈电机的轴向尺寸大幅度减小，从而使得该音圈电机能够应
用于扁平结构的产品中，适用范围更广。

[0035] 进一步地，请参阅图2及图4，作为本发明提供的音圈电机的一种具体实施方式，上述保持架12上开设有两线圈腔121，两线圈腔121分别位于保持架 12的相对两端，且线圈腔
121轴向贯通保持架12，线圈13容纳并安装于线圈腔121中。在本发明实施例中，线圈13包括
绕线架和绕线，绕线架安装于线圈腔121中，绕线绕设于绕线架上，且绕线的轴向与旋转轴
11的轴向相同，即绕线产生的磁极方向与旋转轴11的轴向相同。

[0036] 进一步地，请参阅图5及图6，作为本发明提供的音圈电机的一种具体实施方式，上述固定框21的相对两端均开设有轴向贯通的磁体腔221，磁体腔221 呈扇形并以旋转轴11
的中心线为中心，磁体22呈片状，各磁体腔221内均安装有两沿周向并排设置且磁极相反的
磁体22，即同一固定框21上安装有四片磁体22，且相对旋转轴11呈中心对称的两磁体22的
磁极相同。具体的，请参阅图6，以位于后侧的定子组件2为例，设左上方的磁体22靠近线圈
13的一侧的磁极为S极，则左下方为N极，右上方为N极，右下方为S极，此时，若左侧的线圈13通上顺时针的电流，则线圈13的磁极为前面为S极，靠近后侧磁体22的磁极为N极，根据同极
相互排斥，异极相互吸引的原理，左侧线圈 13将会被左下方的磁体22吸引，被左上方的磁
体22排斥，从而左侧线圈13 将会向下移动，同时，右侧的线圈13也会通上顺时针的电流，因左右两侧的磁体22磁极刚好相反，因此右侧的线圈13将会向上移动，从而使得整个保持架 
12甚至整个动子组件1产生逆时针的摆动。

[0037] 进一步地，请参阅图4，作为本发明提供的音圈电机的一种具体实施方式，上述保持架12上还开设有线槽122，线槽122分别与左右两侧的线圈腔121相通并延伸至与保持架
12外侧相通，线槽122用于将线圈13引出至音圈电机外部。具体的，上述保持架12的前后两
侧均开设有线槽122，线圈13的两端分别通过保持架12上两侧的线槽122连接至音圈电机外
部。本发明通过线槽122 的设置，使得不会因为线圈13的紊乱而在整个音圈电机在组装时
操作繁琐，同时也使得整个音圈电机的结构整齐而紧凑，同时线槽122对线圈13起到保护作
用，防止了因音圈电机工作时其他结构对线圈13产生破坏，进而防止了因线圈 13接触不良
而导致整个音圈电机停止工作。

[0038] 进一步地，请参阅图4，作为本发明提供的音圈电机的一种具体实施方式，上述保持架12上设有输出架123，输出架123用于将保持架12的摆动运动输出至音圈电机外部。具
体的，请参阅图2，输出架123为左右对称结构并设于旋转轴11的正上方，输出架123与保持
架12一体成型，输出架123上开设有开口向上的U型槽1230，U形槽1230的横向延伸方向与旋
转轴11相同，U型槽1230的底部设有定位柱1231，U型槽1230的侧壁设有螺纹孔1232，使用
时，将需要被驱动的被驱动件定位安装与输出架123上，则当保持架12进行顺时针或者逆时
针摆动时，被驱动件也会产生顺时针或逆时针的摆动，从而将运动输出。此外，上述线槽122从线圈腔121一直延伸至输出架123，且从输出架123 的底部向前后两侧延伸至端部。

[0039] 在本发明的其他一些实施例中，上述输出架123与保持架12不是一体成型，输出架123通过紧固件固定安装于保持架12上，如此，单个输出架123及保持架12的加工工艺更加
简单，且当保持架12或者输出架123中的某一个结构损坏，都只需要将损坏的那一个进行维
修即可，使得整个音圈电机的后期维修方便。

[0040] 在本发明的其他一些实施例中，上述保持架12的摆动运动也可以通过旋转轴11输出至音圈电机外部，此时，只需要将旋转轴11设计成伸出至音圈电机外部即可。当然，本发
明的目的是减小整个音圈电机的轴向尺寸，因此，本发明优选采用输出架123的方式进行运
动输出。

[0041] 进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的音圈电机的一种具体实施方式，上述音圈电机还包括周向限位结构3，周向限位结构3设于保持架12与固定框 21之间，周向限位结
构3用于限定保持架12的摆动角度。通过周向限位结构3 的设置，使得保持架12的摆动幅度
在一定的范围之内，进而保证被驱动件的摆动幅度也在一定的范围之内。

[0042] 具体的，上述周向限位结构3包括限位孔31及限位柱32，限位孔31开设于保持架12上，限位孔31呈腰形，且限位孔31位于线圈腔121的内侧，限位柱32设于固定框21上，限位柱
32止挡于限位孔31的相对两内侧壁之间。当保持架12摆动至上极限位置时，限位柱32与限
位孔31的下侧内壁接触，当保持架12摆动至下极限位置时，限位柱32与限位孔31的上侧内
接触，从而使得保持架12无法极限摆动。当然，在本发明的其他实施例中，根据实际情况及
具体要求，上述限位孔31也可开设于固定框21上，而上述限位柱32则设于保持架12上，当保
持架12摆动至上极限位置时，限位柱32与限位孔31的上侧内壁接触，当保持架12摆动至下
极限位置时，限位柱32与限位孔31的下侧内壁接触，从而使得保持架12无法极限摆动。

[0043] 进一步地，请参阅图2及图3，作为本发明提供的音圈电机的一种具体实施方式，上述音圈电机还包括轴向限位结构4，轴向限位结构4设于保持架12 和固定框21之间，轴向限
位结构4用于限定保持架12轴向位移。优选地，上述音圈电机包括两轴向限位结构4，两轴向
限位结构4分别设于动子组件1的相对两端，通过两轴向限位结构4分别限定动子组件1相对
两端的轴向摆动，从而进一步的提高了动子组件1的动力稳定性及旋转精度。具体的，上述
轴向限位结构4包括滚轴41及滚套42，滚轴41为光轴，滚轴41两端分别固定于一固定框21
上，滚轴41与旋转轴11平行设置，即滚轴41分别与固定框21 及保持架12垂直设置，滚套42
套设于滚轴41上，滚套42与保持架12端部形成卡接以限定保持架12的轴向位移。

[0044] 优选地，请参阅图3，作为本发明提供的音圈电机的一种具体实施方式，上述滚套42呈圆筒状，滚套42的外表面沿周向开设有凹环420，请参阅图3，凹环420位于滚套42的中
间位置，凹环420的上侧内壁4201及下侧内壁4202均与滚轴41垂直，保持架12端部凸设有凸
块124，凸块124的轴向两侧分别止挡于凹环420的轴向两侧内壁(即凹环420的上侧内壁
4201及下侧内壁4202)，这样，即使保持架12具有旋转运动，但是保持架12在轴向上不会产
生摆动位移，从而保证了动子组件1的动力稳定性及旋转精度。

[0045] 优选地，在本发明的其他一些实施例中，上述滚套42呈圆筒状，滚套 42的外表面沿周向凸设有凸环，凸环位于滚套42的中间位置，凸环的上侧面及下侧面均与滚轴41垂直，
保持架12端部凹设有凹槽，凹槽的轴向两侧内壁分别止挡于凸环的轴向两侧(即凸环的上
侧面及下侧面)，这样，即使保持架 12具有旋转运动，但是保持架12在轴向上不会产生摆动
位移，从而保证了动子组件1的动力稳定性及旋转精度。

[0046] 进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的音圈电机的一种具体实施方式，上述音圈电机包括两定子组件2，两定子组件2沿旋转轴11轴向分别夹持于动子组件1的两侧。具体
的，两定子组件2的结构相同并前后对称设置，两定子组件2通过多个销钉固定在一起，两定
子组件2前后叠设于在一起之后，中间形成一容纳腔20，且容纳腔20具有顶部开口，动子组
件1容纳于容纳腔20中，且输出架123从顶部开口处伸出至外部。此外，需要注意的是，两定
子组件2 的磁体22并不是前后对称设置的，而是平行设置，也即是，前侧定子组件2 上的四
个磁体22向后平移将得到后侧定子组件2上的四个磁体22，如此，可以保证在线圈13通上电
流之后，位于线圈13前后对称位置上的磁极是相反的，从而保证线圈13的两端磁极均被吸
引或者被排斥。本发明通过两个定子组件2 的设置，使得定子组件2上的磁体22对线圈13的
作用是双倍的，进而保证了整个音圈电机的工作精度及灵敏度。

[0047] 进一步地，请参阅图1及图7，作为本发明提供的音圈电机的一种具体实施方式，上述定子组件2的外侧还围设有具有磁屏蔽作用的外壳5。具体的，上述外壳5包括底座51及顶
盖52，底座51具有容置腔511，容置腔511的开口朝上，定子组件2及动子组件1容纳于容置腔
511中，顶盖52盖设于底座 51上，顶盖52通过螺钉等紧固件固定于底座51上。

[0048] 进一步地，请参阅图7，作为本发明提供的音圈电机的一种具体实施方式，上述底座51包括第一片体512、第二片体513及第三片体514，第一片体512及第二片体513沿旋转轴
11轴向相对两侧分别包覆于固定框21外侧，第三片体514连接于第一片体512及第二片体
513之间并与顶盖52相对设置，顶盖52通过紧固件连接于第一片体512及第二片体513之间。
本发明通过将第一片体512、第二片体513、第三片体514及顶盖52分别设于定子组件2 外侧
可能漏磁的位置，从而防止定子组件2及动子组件1漏磁。在本发明实施例中，上述第一片体
512、第二片体513及第三片体514一体成型，其加工工艺简单，成本低。当然，在本发明的其他实施例中，上述第一片体512、第二片体513及第三片体514也可以是分别单独成型，然后
通过紧固件进行连接，如此可以方便后续维修。

[0049] 进一步地，请参阅图7，作为本发明提供的音圈电机的一种具体实施方式，上述顶盖52包括第四片体521及第五片体522，第四片体521及第五片体522分别位于输出架123两
侧，也即是顶部开口两侧，从本申请下文可以看出，顶部开口是用于供输出架123伸出的，因此顶盖52需要错开输出架123，同时也不能让磁场从音圈电机的顶部泄露。

[0050] 优选地，作为本发明提供的音圈电机的一种具体实施方式，上述底座 51与顶盖52均采用金属制成，即第一片体512、第二片体513、第三片体514、第四片体521及第五片体522均为金属片，金属不仅具有较好的屏蔽作用，且加工成型工艺简单，底座采用冲压工艺即
可，加工方便且成本低。当然，在本发明的其他实施例中，根据实际情况及具体要求，上述底座及顶盖也可以采用其他材料制作，只要具有良好的屏蔽作用，且加工工艺简单即可，此处
不做唯一限定。

[0051] 进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的音圈电机的一种具体实施方式，上述音圈电机还包括角度感应器6，角度感应器6用于实时检测动子组件1的实际旋转角度，通过角
度感应器6将动子组件1的实际旋转角度转化处理成电信号，从而实现音圈电机实际旋转角
度的实时反馈，进而完成输入驱动电流、音圈电机旋转(或摆动)、感应实际旋转角度、反馈
实际旋转角度和补偿旋转角度误差的闭环控制。

[0052] 进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的音圈电机的一种具体实施方式，上述角度感应器6包括磁性件61及感应元件，磁性件61设于旋转轴11上并随旋转轴11转动，具体
的，旋转轴11的一端套设有安装套63，旋转轴11的一端设置呈扁平状以方便套设安装套63，
安装套63内具有空腔，磁性件61容置于安装套63中。感应元件设于外壳5上并用于感应磁性
件61磁场变化，具体的，感应元件设于一PCB板62上并与PCB板62电连接，PCB板62通过一外
套64固定于外壳5上，且使得感应元件与磁性件61之间有一定间隙不会相互接触，这样，当
磁性件61随着旋转轴11旋转时，带动周围的磁场发生变化，感应元件将磁场的变化通过电
磁感应原理转化处理为电信号，从而实现音圈电机实际旋转角度的实时反馈，进而完成输
入驱动电流、音圈电机旋转(或摆动)、感应实际旋转角度、反馈实际旋转角度和补偿旋转角
度误差的闭环控制。

[0053] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。