CN104753303A - 驱动装置及器件制作方法 - Google Patents

Abstract

一种驱动装置和器件制作方法，其中，驱动装置包括定子(21)，动子(22)和形变连接件(23)，动子通过形变连接件与定子连接，外源驱动力驱动形变连接件产生形变使得动子相对于定子发生位置变化，在尚未施加外源驱动力的情况下，形变连接件保持于受力平衡位置(x0)，形变连接件的受力包括形变连接件的形变力(F1)以及与之方向相反的第一原生力(F2)。由于驱动装置预先在一对不消耗外部能源的力，即形变连接件的形变力与第一原生力的作用下保持平衡，使得当驱动装置工作在平衡点附近时，只需要较小的外源驱动力，从而降低了功耗或提高了外源驱动力的使用效率。

Description

驱动装置及器件制作方法

技术领域

本发明涉及机电领域，具体涉及一种驱动装置及器件制作方法。 

背景技术

驱动装置是一类进行能量传递和/或转换的装置，例如电机，由于发电机与电动机的可逆性，本文中所称电机既包括发电机也包括电动机，或者是具有双重功能的可逆电机。驱动装置具有丰富的种类，但通常都具有定子和动子，本文中，将装置中运动的部件称为动子，将装置中相对固定的部件称为定子。在一些驱动装置中，动子和定子通过形变连接件连接在一起，一种简单的例子是直线型音圈马达（VCM, Voice Coil Motor），其在光学领域，例如在手机摄像头自动对焦模组中，得到了广泛的应用。

音圈马达的基本结构可参考图1，通常包括定子11，动子12和充当形变连接件的弹簧13，弹簧连接动子和定子，负载（未图示）固定安装于动子。图1中，定子为永磁体，驱动线圈121缠绕于动子上。驱动线圈通电后，动子在定子的磁场作用下直线移动，反向的运动可以通过加反向电流或者利用弹簧的复原力来实现。在另外的情况下，也可以设置动子为永磁体，而驱动线圈则可作为定子的一部分。

采用上述结构的音圈马达，通过驱动线圈产生的电磁力与弹簧的弹力之间的平衡来对负载的位置进行精确定位，例如将对焦镜头移动到所需要的位置。通常，在工作区间内，弹簧的弹力与其位移成正比，这使得动子的位移越大，所需要的电磁力也就越大，驱动线圈的电流也越大。如果动子需要长时间保持在某个固定的位置，例如实现对焦的位置，则驱动线圈的电流也需要长时间保持，使得音圈马达具有较大的静态保持功耗。由于上述原因，音圈马达通常适用于短行程的应用，例如对焦，而对于行程较长的应用，例如变焦，则由于功耗过高而难以实现。 

发明内容

依据本发明的一方面提供一种驱动装置，包括定子，动子和形变连接件，动子通过形变连接件与定子连接，在尚未施加外源驱动力的情况下，形变连接件保持于受力平衡位置x0，形变连接件的受力包括形变连接件的形变力以及与之方向相反的第一原生力，而外源驱动力驱动动子或形变连接件产生形变使得动子相对于定子发生位置变化。

依据本发明的另一方面提供一种器件制作方法，包括制作定子，动子和形变连接件，动子通过形变连接件与定子连接，在施加外源驱动力之前，施加第一原生力于形变连接件，使得形变连接件在包括自身的形变力以及与之方向相反的第一原生力的作用下保持于受力平衡位置x0，之后，外源驱动力用于驱动动子或形变连接件产生形变使得动子相对于定子发生位置变化。

依据本发明的驱动装置，由于预先在一对不消耗外部能源的力，即形变连接件的形变力与第一原生力的作用下保持平衡，使得当驱动装置工作在平衡点附近时，只需要较小的外源驱动力，从而降低了功耗或提高了外源驱动力的使用效率。

以下结合附图，对依据本发明的具体示例进行详细说明。

附图说明

图1是现有音圈马达的一种结构示意图；

图2是依据本发明的驱动装置的一种等效结构示意图；

图3是实施例1.1的可变电容器的结构示意图；

图4是实施例1.2的可变焦距镜头的结构示意图；

图5是实施例1.3的自然能源发电机的结构示意图；

图6是实施例1.3的电动机的结构示意图；

图7是依据本发明的音圈马达的一种等效结构示意图；

图8是依据本发明的一种4层印刷电路的绕线方式示意图；

图9是依据本发明的另一种4层印刷电路的绕线方式示意图；

图10是依据本发明的多环链式线圈示意图；

图11是实施例2.1的音圈马达的结构示意图；

图12是实施例2.2的音圈马达的结构示意图；

图13是实施例2.3的音圈马达的结构示意图；

图14是实施例2.4的音圈马达的结构示意图。

具体实施方式

依据本发明的一方面的驱动装置的一种等效结构可参照图2，包括定子21，动子22和形变连接件23，动子通过形变连接件与定子连接，不失一般性地，图2中示出的形变连接件为立体螺旋状弹簧，在具体实施时，可根据实际需要采用各种不同形式的形变连接件，只要其能提供与形变量正相关的力即可。例如，形变连接件可采用基于弹性形变产生弹力的弹簧、弹片等。

在尚未施加外源驱动力的情况下，形变连接件保持于受力平衡位置x0，形变连接件的受力包括形变连接件的形变力F1以及与之方向相反的第一原生力F2。

其中，外源驱动力用于驱动形变连接件产生形变，使得动子相对于定子发生位置变化。外源驱动力为消耗外部能量而产生的力，所称外部能量包括自然能源，例如水能，风能，潮汐能，太阳能等，也包括转换后的能源，例如电能、机械动能。外源驱动力可表现为外部能源直接作用于驱动装置的形式，例如水力或风力直接对驱动装置的受力部件产生推力或压力，也可以间接作用于驱动装置，例如通过传动的方式将机械力传导至受力部件得到的传动机械力。外源驱动力还可以是外部能量经过能量形式转换后获得的力，例如电磁力或电能转换为机械能后得到的电致机械力。

形变力为与形变连接件的形变量正相关的力，第一原生力为不消耗外部能源而预先客观存在的力。所使用的第一原生力可以有各种可能的形式，例如磁体之间的相互吸引或排斥的磁力，万有引力，预置形变产生的形变力，预置流体或气体的压力，电场力，例如极性相反或相同的电荷之间的吸引或排斥的静电力或磁场产生的电场力等。第一原生力与动子相对于定子的位置（动子相对于定子的位置通常同时反映形变连接件的形变量）有关，但方向与形变力相反。 为了达到节能的目的，除方向应与形变连接件的形变力相反外，第一原生力最好也应与形变连接件的形变量成正相关（例如，下面所述的k2 > 0）。本领域技术人员能够理解，可以根据所使用的第一原生力的类型对驱动装置进行相应的配置，例如布置适当的磁体或电荷等，以产生所需要的第一原生力。

因此，依据本发明的另一方面，提供一种器件制作方法，包括制作定子，动子和形变连接件，动子通过形变连接件与定子连接，在施加外源驱动力之前，施加第一原生力于形变连接件，使得形变连接件在包括自身的形变力以及与之方向相反的第一原生力的作用下保持于受力平衡位置x0。

简明起见，以下将形变力与形变量的关联系数称为变化系数k1，将第一原生力与形变位置的关联系数称为变化系数k2。不失一般性地，在受力平衡位置x0附近，可以将形变力F1及第一原生力F2的变化关系简化表述为：

F1 = k1*x，

F2 = F0 + k2*x，

其中，x为以形变连接件的形变量为0的位置作为原点的位置变量（显然，x同时也表示形变量），F0为形变连接件在形变量为0的位置所受的第一原生力的大小，k1可以是常数，例如弹簧工作于线性区中的情形，也可以是随位置的变化值，即非线性的情形，k2同样可以是常数或变化值，k1和k2方向相反，符号相同。

由上即可获得形变连接件在F1和F2共同作用下的受力平衡位置x0：

F0 + k2*x0 = k1*x0，

x0 = F0 / (k1－k2)，

由此可知，当驱动装置工作在受力平衡位置x0附近时，外源驱动力所需要克服的形变连接件的等效变化系数仅为(k1－k2)，小于未施加第一原生力时的变化系数k1，因此可以降低能耗。一般而言，k1大于k2，当然，若k2大于k1（x0将等于最大形变量, 外源驱动力将用来对抗第一原生力与形变连接件的最大形变力的差值），也是可以的，只要k2-k1<k1同样能降低外源驱动力的能耗。

在一种优选的实施方式中，受力平衡位置x0可位于形变连接件的工作区间的两个端点之一或之间，即可实现相应工作状态的零功耗保持。所称形变连接件的工作区间是指动子的行程范围[xa, xb]。对于大多数应用情况而言，x0可优选设置为xa或xb或(xa+xb)/2，具体可根据动子的运动规律和优化目标来确定。

依据本发明的器件制作方法可以制作可控器件，其中，外源驱动力用于作为控制输入，形变连接件的形变或形变导致的效果用于作为输出或被控制的状态变量。以下举出几种具体的例子进行示例性说明。

实施例1.1

一种可变电容器的制作方法，定子和动子分别包括具有相反或相同极性电荷的第一电极和第二电极，形变连接件为弹簧片，第一原生力包括第一电极与第二电极之间的静电吸引力或排斥力，定子与动子之间还包括压电陶瓷或记忆金属，外源驱动力包括压电陶瓷或记忆金属通电后产生的形变力，弹簧片的制作采用高介电常数材料，其外表有绝缘涂层，或可与压电陶瓷或记忆金属集成为一体。

第一原生力为静电力，仅在产生漏电的情况下需要补充，基本上不消耗外部能源。按照上述方法制作的一种驱动装置（可变电容器）可参考图3，其中，负极金属片311充当定子，正极金属片32充当动子，压电陶瓷片或记忆金属312与金属片之间的弹簧片33充当形变连接件。

当正极与负极金属片上预先施加较高的电压时，正极金属片与负极金属片之间将产生吸引力（第一原生力），这个吸引力随着两极之间的距离缩小而增大，并符合k1-k2 < k1的要求。当压电陶瓷或记忆金属加电压时，就会产生形变，从而产生推力（外源驱动力），改变正负两极的位置。预加的静电力使得压电陶瓷或记忆金属加压时，只需对抗弹簧弹力与静电力之差，即(k1-k2)*x。

实施例1.2

一种可变焦距镜头的制作方法，定子和动子分别包括具有相反或相同极性电荷的第一电极和第二电极，形变连接件为弹簧片，第一原生力包括第一电极与第二电极之间的静电吸引力或排斥力，定子还包括压电陶瓷或记忆金属，外源驱动力包括压电陶瓷或记忆金属通电后产生的形变力，动子具有中空结构，内部用于安装对焦或变焦镜头组。

按照上述方法制作的一种驱动装置（可变焦距镜头）可参考图4，基本结构与图3类似，其中，支撑件413和正极金属片411充当定子，另一个正极金属片42充当动子，压电陶瓷片或记忆金属412和两个正极金属片之间的弹簧片43充当形变连接件。与图3相比区别在于，采用了相同极性的一对电极，因此第一原生力由吸引力变成了排斥力，且将一个电极移动到压电陶瓷片或记忆金属与弹簧片之间，使得压电陶瓷片通过挤压正极金属片来挤压弹簧片。

在上述实施例1.1和实施例1.2中，弹簧片可以采用一体化的制作方法，与压电陶瓷片或记忆金属合二为一，集成制作在一起。

实施例1.3

一种自然能源发电机的制作方法，动子包括第一磁体，第一磁体为永磁体，形变连接件为弹簧或线圈弹簧，所称线圈弹簧的材料包括导电材料，用于充当励磁线圈，动子用于作为发电机动子或用于驱动发电机动子，外源驱动力包括作用于动子的外力，外力来自于自然能源，第一磁体设置于曲面斜坡上，第一原生力包括第一磁体的重力在与线圈弹簧弹力方向相反的方向上的分量。由于自由状态下重力随位置的变化系数很小，因此使用了曲面斜坡来提高重力在与线圈弹簧弹力方向相反的方向上的分量随位置的变化系数。

按照上述方法制作的一种驱动装置（自然能源发电机）可参考图5，其中固定墙51充当定子，可采用永磁体制成，磁铁521及固定其上的推力板522充当动子，放置在曲面斜坡523上，用于在风力或水力等的冲击下沿曲面斜坡运动，弹簧或线圈弹簧53充当形变连接件，其可以仅仅传递永磁体的固定墙提供的磁力，也可以用作励磁线圈，加强此磁力。在用作发电机时，弹簧起到将动子回位，并通过与动子重力的预平衡，提高水力和风力的使用效率的作用。在预平衡点x0附近，只需要少许的外力就能破坏平衡，使动子动起来，从而带动相应的发电线圈。

当然，上述结构也适用于电动机，参考图6，固定墙61充当定子，可采用永磁体或非磁性材料制成，动子包括设置于曲面斜坡623上的第一磁体621，第一磁体为永磁体，形变连接件63为线圈弹簧，线圈弹簧的材料包括导电材料，用于充当驱动动子运动的线圈，外源驱动力包括线圈弹簧产生的用于驱动动子运动的电磁力，第一原生力包括第一磁体的重力在与线圈弹簧弹力方向相反的方向上的分量。由于第一磁体的重力分量与弹簧弹力达成预平衡的原因，在平衡点x0附近，线圈弹簧只需较小的电流就能驱动第一磁体做往复运动，从而带动所需要驱动的机械结构。

依据本发明制作的驱动装置还可以是一种音圈马达，其一种等效结构可参照图7，包括定子71，动子72和弹性件73，动子通过用作形变连接件的弹性件与定子连接，不失一般性地，图7中示出的弹性件为立体螺旋状弹簧，在具体实施时，也可采用其它形式的弹性件，例如采用金属蚀刻工艺制作的平面弹簧片等。

上述组件中包括有至少两个磁体和至少一个驱动线圈。其中：

（一）关于两个磁体——第一磁体和第二磁体

第一磁体和第二磁体中一者为永磁体，另一者为永磁体或受磁体。第一原生力包括第一磁体与第二磁体之间的吸引或排斥的磁力F2。本文中所称永磁体是指自身带有磁性的材料，所称受磁体是指自身不带有磁性，但是会被永磁体吸引或排斥的材料，例如铁、钢等导磁系数高的材料。第一磁体布置于动子，可以采用中空的结构，内部可用于安装负载，例如对焦或变焦镜头组，第二磁体可布置于定子或弹性件。显然，在VCM不通电的情况下，第一磁体与第二磁体之间即具有预先存在的或吸引或排斥的磁力。

由于动子通过弹性件与定子连接，因此弹性件的受力包括弹性件的弹力F1以及第一磁体与第二磁体之间的磁力F2，简明起见，若VCM还包括其他的磁性部件，可根据该磁性部件与定子和动子的相对关系将其等效为第一磁体或第二磁体的一部分。当然，还可能包括一些其他的力，例如，弹性件在行程中所受到的摩擦力以及由于摆放方向所引入的重力等，在实际确定弹性件的平衡位置时需要综合考虑所有的受力，但是由于除F1和F2外的这些力相对较小且受位置变化的影响较小，因此以下在讨论弹性件的受力平衡时，将以F1和F2为主。

基于此前对受力平衡位置x0的分析可知，若将弹力表示为，F1 = k1*x，其中，k1为弹性件的弹力系数，x为弹性件的形变位置，即弹性件偏离自由位置的距离，将磁力表示为，F2 = F0 + k2*x，其中，F0为弹性件处于自由平衡位置（即弹性件不受外力时的平衡位置）时，所受到的由于第一磁体与第二磁体之间的吸引或排斥产生的力（磁力与位置的关系较为复杂，基本可认为其与两个吸引或排斥体的中心距离的平方的倒数有关，不过按照泰勒定律，任何连续函数在一个固定的点，都可以用线性函数来逼近，因此可以将磁力与位置的关系简化表述为上式，当用上式来表示磁力与位置的关系时，我们称k2为磁力系数），则可获得弹性件在F1和F2共同作用下的受力平衡位置x0：

F0 + k2*x0 = k1*x0，

x0 = F0 / (k1－k2)，

显然，F1和F2方向相反，且若k1大于k2，弹性件会在线性区与磁力保持平衡，而不会被压缩（或拉伸）到底进入到非线性区。当然，若弹性件被压缩或拉伸至非线性区，也是可以的。

由上可以看出，只要按照上述关系适当设置第一磁体，第二磁体以及弹性件的弹力系数，即可以在不通电的情况下（不产生任何功耗），将弹性件保持在受力平衡位置x0。若将该受力平衡位置x0设置为位于弹性件的工作区间的两个端点之一或之间，即可实现相应工作状态的零功耗保持。所称弹性件的工作区间是指动子的行程范围[xa, xb]。对于大多数应用情况而言，x0可优选设置为xa或xb或(xa+xb)/2，具体可根据动子的运动规律来确定。例如，如果动子在大部分的情况下，处于位置xa或xb，那么可将x0设在xa或xb，使得在大多数情况下，VCM的功耗为零；如果动子大部分时间需要在[xa, xb]之间做循环往复运动，那么可将x0设在(xa+xb)/2，使得VCM产生的偏离平衡位置的最大位移为(xa+xb)/2，其所需的驱动电流将为最小。

依据本发明的VCM除了能够在某个工作位置零功耗保持外，在偏离受力平衡位置x0移动时也具有优越性。对于传统的VCM而言，在设计上存在一对矛盾：为了减少功耗，提高运动速度，应该减小弹力系数；但弹力系数的减小，会导致振荡的加剧，使得负载的位置长时间不能固定，从而降低速度和位移的精度。而对于依据本发明的VCM，由于F2的存在，使得弹性件在x0附近移动时，驱动线圈所需要平衡的是弹力系数为(k1－k2)的等效弹簧，因此在忽略重力和摩擦力的影响的情况下，在同样的结构尺寸下，依据本发明的VCM与传统VCM相比，移动同样距离所需要电流和功耗的比值为(k1－k2)/ k1；而与此同时弹性件的振荡（或阻尼）系数，仍然由k1决定，使得既减小了功耗又保证了位移的精度。

（二）关于驱动线圈

驱动线圈可布置于动子或定子或弹性件，只要至少一个永磁体与驱动线圈未布置在同一部件上即可，外源驱动力包括驱动线圈产生的用于驱动动子运动的电磁力。例如，若定子包括永磁体，则驱动线圈可布置于动子或弹性件，若动子包括永磁体，则驱动线圈可布置于定子或弹性件。当然，驱动线圈也可同时布置在两个部件上，例如，若动子包括永磁体，驱动线圈可同时布置于定子和弹性件。

依据本发明的VCM有两种优选的驱动线圈布置方式：

一种是将驱动线圈布置于弹性件，即与弹性件合二为一形成为线圈弹簧，线圈弹簧的材料包括导电材料，用于充当驱动动子运动的线圈。线圈弹簧可通过端部的导电插针接入电路并与定子的基板固定连接。由于弹簧通常采用钢材制作，而钢的导电性能不是特别好，可以通过在钢丝弹簧的外表镀导电性好的镍、铜、银或其他合金材料来解决导电性的问题。此外，当弹簧用作驱动线圈时，表面需要绝缘，可在弹簧外表包覆绝缘材料，例如喷涂绝缘漆。

另一种是采用独立的第一线圈作为驱动线圈，第一线圈由印刷电路制成，通常可布置于定子，印刷电路的基板即可作为定子的基板（图7中即示出了该种情形，作为定子基板711的印刷电路板上制作有第一线圈712）。所称印刷电路可制作于硬板，例如印刷电路板（PCB, Print Circuit Board），也可制作于软板，例如柔性印刷电路板（FPC, Flexi ble Printed Circuit）。每一块PCB或FPC可以具有单层电路，也可以由两层以上电路组成。印刷电路采用导电材料制成，例如可采用常规的铜材料或者其他金属及其复合材料，也可优选地采用超导材料，从而大幅降低电机的铜损和发热，提高电机的性能和可靠性。例如石墨烯（Graphane）和最近提出的锡氟（Stanene）复合超导材料（斯坦福大学，张首晟教授），由其制成的锡氟单层晶格复合材料薄膜，其边缘具有常温下的超导性能，将这种超导薄膜材料用于PCB或FPC的电路制作，将带来优越的性能。基于成熟的印刷电路制作技术，可以按照预定的线圈构造对印刷电路的结构进行排布，以整体（一块PCB或FPC）或多块拼装（端部需要连接的线路进行焊接）的方式来实现所需要的绕组。参见图8和图9，示出了两种典型的印刷电路排布方式，图中箭头为示例的电流方向，本领域技术人员容易理解，可以根据线圈需要的构造相应设计印刷电路的排布和/或拼装方式。其中，图8中示出了轴向多层重叠的平面螺旋绕线方式，先在单层进行螺旋绕线然后通过穿孔进入另一层继续进行螺旋绕线，每一层螺旋电路可以是一块单层的PCB或FPC，也可以是多层PCB或FPC中的一层，层间通过导电通孔进行连接（下同）。图9中示出了径向多层嵌套的立体螺旋绕线方式，先在不同的层间螺旋绕线，再从内到外（或从外到内）进行立体螺旋绕线，可视为多个不同直径的立式线圈的嵌套。

第一线圈可采用单个同心螺旋状的环式线圈，如图7所示，这种线圈具有较大的漏磁，因此驱动效率不高。为进一步改善驱动线圈的效率，本发明还提供一种优选的线圈结构——多环链式线圈，可参考图10，第一线圈1512由多个小的螺旋线圈组合而成，这种结构的线圈，能够以较小的电流产生较大的电磁力，从而进一步降低VCM的功耗。多环链式线圈中的各个线圈，可以并联，也可以串联，也可以分组并联或分组串联；允许分别对这些线圈实现开、关控制或通以不同大小甚至不同方向的电流，以此实现不依赖于电压的分压精度而进行精确的步进控制。

上述线圈弹簧与印刷电路制作的第一线圈可择一配置或全部配置，在全部配置时，可择一使用或同时使用，具体可根据所需要的驱动力的大小来决定。例如，对于尺寸和负载不大的VCM，可仅采用线圈弹簧，而对于负载较大或行程要求较长的VCM，单纯使用线圈弹簧可能不能产生足够大的电磁力，级可搭配使用第一线圈。

当定子包括由永磁或受磁材料制作的第一定位套筒时，可以将第一线圈设置在第一定位套筒上或位于第一定位套筒底部，例如图10所示，将第一线圈1512制作在第一定位套筒1513底部的基板1511上，利用第一定位套筒的磁性或受磁能力，将第一线圈的产生电磁力高效地传导给布置于动子的第一磁体。当然，若第一线圈与线圈弹簧结合使用，第一线圈也可放置在线圈弹簧的底部。

以下通过具体实施例来对依据本发明的VCM进行举例说明。其中涉及前述已经详细描述的内容，例如受力平衡位置x0的设置等将不再赘述。

实施例2.1

依据本发明的VCM的一种实施方式可参考图11，包括定子161，动子162和弹性件163。其中，动子包括充当第一磁体的永磁环，定子包括充当第二磁体的铁质或钢制第一定位套筒1613以及基板1611，弹性件为表面喷涂绝缘漆的镀铜钢簧，其底部通过插针1631固定在基板1611上并接入电路，顶部与动子的永磁环粘接。由于弹性件采用钢簧，本身为受磁材料，因此在确定弹性件的受力平衡位置时，钢簧可等效入第二磁体一并进行考虑。

本实施例中，动子的永磁环具有中空结构，可用于安装对焦或变焦镜头组，由于本实施例中采用线圈和弹簧合二为一的线圈弹簧，并未增加额外的驱动线圈，较适宜用作行程较短的对焦用途，因此本例中采用对焦镜头组1622。动子的永磁环可优选采用多片磁环1621粘接叠加的结构，在生产过程中，磁环片逐一增加，直至弹性件的受力平衡位置x0处于期望的工作位置，例如对于对焦应用而言，位于镜头对无穷远处进行聚焦的工作位置。为更好地固定镜头组，动子可包括用于固定磁环的镜头筒1623，镜头筒可采用例如塑胶材质，并嵌套在第一定位套筒外，确保镜头沿轴向移动的稳定性。定子的基板可采用PCB或FPC，可将感光芯片164及相应的电路安装于其上，即可获得紧凑的VCM驱动的自动对焦镜头模组。

本实施例中，线圈弹簧163套设于第一定位套筒1613之内，在通电时将产生磁力，而第一定位套筒采用受磁材料制成，将与线圈弹簧相吸引，由于线圈弹簧的外径与第一定位套筒的内径接近，因此在磁力作用下线圈弹簧发生形变与第一定位套筒的内壁紧贴，从而产生摩擦以增加弹簧的阻尼系数，使得在调整镜头位置时能很快稳定下来。此外，线圈弹簧与第一定位套筒紧贴还可以通过第一定位套筒传递线圈的磁力，从而进一步提高线圈的电磁效率。当然，在其他实施方式中，线圈弹簧也可以套设于第一定位套筒之外，在通电时与第一定位套筒的外壁紧贴。

本实施例中，由于线圈弹簧的受力平衡位置位于镜头对无穷远处进行聚焦的工作位置，因此在镜头模组处于预览工作状态时，VCM可不需要通电，只有在开始照相或摄像使镜头需要做调焦动作时，VCM才开始工作并产生功耗。

实施例2.2

依据本发明的VCM的另一种实施方式可参考图12，包括定子171，动子172和弹性件173。其中，动子包括充当第一磁体的永磁环，定子包括充当第二磁体的铁质或钢制第一定位套筒1713以及基板1711，弹性件为表面喷涂绝缘漆的镀铜钢簧，其底部通过插针1731固定在基板1711上并接入电路，顶部与动子的永磁环粘接。与实施例2.1相比，主要区别在于除了使用线圈弹簧，还在定子的基板上增加设置第一线圈1712，以提供更大的驱动力。

本实施例中，第一线圈采用印刷电路制成的多环链式线圈，布置在第一定位套筒底部，能够与弹簧线圈一起提供强大的电磁力，因此本实施例VCM可适宜做行程较长的变焦用途。动子的永磁环为中空结构，可安装变焦镜头组1722。为更好地固定镜头组，动子可包括用于固定磁环的镜头筒1723，镜头筒可采用例如塑胶材质，并嵌套在第一定位套筒之内，确保镜头沿轴向移动的稳定性。

本实施例中，弹性件的受力平衡位置x0可位于镜头完全收缩的位置，或者位于镜头1倍变焦的位置。若受力平衡位置位于镜头完全收缩的位置（例如镜头与机体齐平的位置），这种情况下，无需通电，镜头即可自动收缩，但相应地镜头工作时需要较大的维持电流。若受力平衡位置位于镜头1倍变焦的位置，则只在需要超过1倍的变焦使用时产生功耗，但镜头的收缩可能需要人力来完成，例如手动将镜头压下并使用锁扣来维持镜头处于收缩位置。

实施例2.3

依据本发明的VCM的另一种实施方式可参考图13，由一组定子，两组动子和弹性件嵌套而成，一组动子和弹性件嵌套在定子之内，另一组嵌套在定子之外。具体包括共用的定子181，第一动子182，第一弹性件183，第二动子185和第二弹性件186。其中，第一动子包括永磁环（充当第一磁体），第二动子包括永磁环和用于固定永磁环的第一变焦镜头筒1851，第一变焦镜头筒可采用铁质或钢制，可以与第二动子的永磁环一起充当第一磁体；定子181包括充当第二磁体的铁质或钢制第一定位套筒1813，PCB或FPC基板1811以及分别布置在两个弹性件底部的两组第一线圈1812和1814，两组线圈均采用印刷线路制作的多环链式线圈；第一弹性件和第二弹性件均为表面喷涂绝缘漆的镀铜钢簧，其底部通过插针（未图示）固定在基板1811上并接入电路，第一弹性件顶部与第一动子的永磁环粘接，第二弹性件的顶部通过驱动第二动子的永磁环。在其他实施例中，可根据所需要的驱动力调整驱动线圈的配置，例如，第一弹性件可仅为弹簧，或者第一弹性件为线圈弹簧而取消其底部布置的驱动线圈1812等。

本实施例中，第一动子的永磁环为中空结构，可安装第一对焦镜头组1822。第二动子的永磁环为中空结构，可安装第一变焦镜头组1852。为达到更好的光学设计，还可在第一对焦镜头组1822与第一变焦镜头组1852之间设置固定的第二变焦镜头组1815，通过中空磁环1816固定于第一定位套筒，该中空磁环可等效为第二磁体的一部分；以及，在第一对焦镜头组1822以内设置固定的第二对焦镜头组1817，通过第二定位套筒1818固定在基板1811上，第二定位套筒可采用塑胶材质。为保护作为第二弹性件的线圈弹簧，还可在第一变焦镜头筒外设置固定于基板的镜头保护筒1819，镜头保护筒可采用塑胶材质。

采用上述结构，再将感光芯片184及相应的电路安装于基板上，即可获得具有非常紧凑结构的采用嵌套式VCM驱动的完整变焦镜头。第一定位套筒内壁紧贴驱动第一对焦镜头的第一弹性件，外壁紧贴驱动第一变焦镜头的第二弹性件，使得结构大为简化和小型化，且能够同时具有变焦和对焦的能力，整体结构简单，没有困难的加工步骤。

第一弹性件和第二弹性件的受力平衡位置根据其所受到的预先施加的磁力与自身弹力的平衡位置确定，可分别设置为所期望的工作位置。例如第一弹性件的受力平衡位置设置为镜头预览状态的工作位置，第一弹性件的受力平衡位置设置为镜头1倍变焦的位置。

在其他实施方式中，若光学设计简单，也可以省去固定的第二变焦镜头组和第二对焦镜头组，上述结构将进一步简化。

实施例2.4

依据本发明的VCM的另一种实施方式可参考图14，包括定子191，动子192和弹性件193，动子通过弹性件与定子连接。其中，动子包括充当第一磁体的永磁环；弹性件为线圈、弹簧、磁体三合一的磁性线圈弹簧，磁性线圈弹簧的材料包括导电材料，用于充当驱动动子运动的线圈，磁性线圈弹簧的材料还包括永磁或受磁材料，用于充当第二磁体，例如可采用表面喷涂绝缘漆的镀铜钢簧来作为磁性线圈弹簧，其底部通过插针1931固定在基板1911上并接入电路，顶部与动子的永磁环粘接。

在本实施例中，由于弹性件同时充当驱动线圈、弹簧以及第二磁体，因此定子可采用非磁性材料制作，例如定子可包括PCB基板1911以及固定于其上的塑胶筒1913。

在其他实施例中，为了增强电磁驱动能力以及增大预先施加的磁力，可设置永磁或受磁材料制作的定位套筒，或增加驱动线圈等。

以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，应该理解，以上实施方式只是用于帮助理解本发明，而不应理解为对本发明的限制。对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，可以对上述具体实施方式进行变化。 

Claims (25)

1. 一种驱动装置，包括定子(21)，动子(22)和形变连接件(23)，动子通过形变连接件与定子连接，外源驱动力驱动所述动子或所述形变连接件产生形变使得动子相对于定子发生位置变化，其特征在于，

在尚未施加外源驱动力的情况下，所述形变连接件保持于受力平衡位置(x0)，所述形变连接件的受力包括所述形变连接件的形变力(F1)以及与之方向相反的第一原生力(F2)。

2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述动子包括第一磁体，定子包括第二磁体，第一磁体和第二磁体中一者为永磁体，另一者为永磁体或受磁体，第一原生力包括第一磁体与第二磁体之间的吸引或排斥的磁力；

所述动子或定子还包括第一线圈，所述外源驱动力包括第一线圈产生的用于驱动所述动子运动的电磁力；和/或，

所述形变连接件为线圈弹簧，所述线圈弹簧的材料包括导电材料，用于充当驱动所述动子运动的线圈，所述外源驱动力包括所述线圈弹簧产生的用于驱动所述动子运动的电磁力。

3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，第一磁体为永磁体，第二磁体为永磁或受磁材料制作的第一定位套筒，所述动子套设于第一定位套筒之内或之外。

4. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，第一线圈为环式线圈或多环链式线圈，和/或，第一线圈由印刷电路制成。

5. 如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述印刷电路制作于印刷电路板PCB或柔性印刷电路板FPC，所述PCB或FPC由一层或两层以上电路组成，和/或，所述印刷电路采用高导电材料或超导材料，所述高导电材料包括石墨烯，所述超导材料包括锡氟复合超导材料。

6. 如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述线圈弹簧套设于第一定位套筒之内或之外，在通电时在磁力作用下与第一定位套筒的内壁或外壁紧贴，以增加弹簧的阻尼系数。

7. 如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述动子和形变连接件分别有两个，第一动子和第一形变连接件套设于第一定位套筒之内，第二动子和第二形变连接件套设于第一定位套筒之外。

8. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一磁体具有中空结构，内部用于安装对焦或变焦镜头组。

9. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定子或动子包括第一磁体，第一磁体为永磁体，所述形变连接件为磁性线圈弹簧，所述磁性线圈弹簧的材料包括导电材料以及永磁或受磁材料，所述磁性线圈弹簧的永磁或受磁材料用于充当第二磁体，

第一原生力包括第一磁体与第二磁体之间的吸引或排斥的磁力，

所述磁性线圈弹簧的导电材料用于充当驱动所述动子运动的线圈，所述外源驱动力包括所述磁性线圈弹簧产生的用于驱动所述动子运动的电磁力；或者，所述磁性线圈弹簧的导电材料用于充当驱动所述动子运动的线圈，且所述动子或定子还包括第一线圈，所述外源驱动力包括第一线圈和磁性线圈弹簧产生的用于驱动所述动子运动的电磁力。

10. 如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述磁性线圈弹簧为表面镀铜并包覆有绝缘材料的钢簧。

11. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述动子包括第一磁体，第一磁体为永磁体，所述形变连接件为线圈弹簧，所述线圈弹簧的材料包括导电材料，用于充当驱动所述动子运动的线圈，

所述外源驱动力包括所述线圈弹簧产生的用于驱动所述动子运动的电磁力，

第一磁体设置于曲面斜坡上，第一原生力包括第一磁体的重力在与线圈弹簧弹力方向相反的方向上的分量。

12. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述动子包括第一磁体，第一磁体为永磁体，

所述形变连接件为弹簧或线圈弹簧，所述线圈弹簧的材料包括导电材料，用于充当励磁线圈，

所述动子用于作为发电机动子或用于驱动发电机动子，所述外源驱动力包括作用于所述动子的外力，

第一磁体设置于曲面斜坡上，第一原生力包括第一磁体的重力在与线圈弹簧弹力方向相反的方向上的分量。

13. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定子和动子分别包括具有相反或相同极性电荷的第一电极和第二电极，所述形变连接件为弹簧片，第一原生力包括第一电极与第二电极之间的静电吸引力或排斥力，所述定子与动子之间还包括压电陶瓷或记忆金属，所述外源驱动力包括所述压电陶瓷或记忆金属通电后产生的形变力。

14. 如权利要求1-13任意一项所述的装置，其特征在于，在受力平衡位置x0，形变力的变化系数k1大于第一原生力的变化系数k2。

15. 如权利要求1-13任意一项所述的装置，其特征在于，受力平衡位置x0位于所述形变连接件的工作区间的两个端点之一或之间。

16. 如权利要求1-13任意一项所述的装置，其特征在于，

第一原生力包括磁力、万有引力、预置形变产生的形变力、流体或气体的压力、电场力，

外源驱动力包括电磁力、电致机械力、传动机械力。

17. 如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述的弹簧片采用高介电常数材料，其外表有绝缘涂层，或与所述压电陶瓷或记忆金属集成为一体。

18. 一种器件制作方法，包括制作定子，动子和形变连接件，动子通过形变连接件与定子连接，其特征在于，

在施加外源驱动力之前，所述外源驱动力用于驱动所述动子或所述形变连接件产生形变使得动子相对于定子发生位置变化，施加第一原生力于所述形变连接件，使得所述形变连接件在包括自身的形变力以及与之方向相反的第一原生力的作用下保持于受力平衡位置x0。

19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，在受力平衡位置x0，形变力的变化系数k1大于第一原生力的变化系数k2。

20. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，受力平衡位置x0位于所述形变连接件的工作区间的两个端点之一或之间。

21. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，

第一原生力包括磁力、万有引力、预置形变产生的形变力、流体或气体的压力、电场力，

外源驱动力包括电磁力、电致机械力、传动机械力。

22. 如权利要求18-21任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法为可控器件的制作方法，所述外源驱动力用于作为控制输入，所述形变连接件的形变或形变导致的效果用于作为输出或被控制的状态变量。

23. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法为可变电容器的制作方法，所述定子和动子分别包括具有相反或相同极性电荷的第一电极和第二电极，所述形变连接件为弹簧片，第一原生力包括第一电极与第二电极之间的静电吸引力或排斥力，所述定子和动子之间还包括压电陶瓷或记忆金属，所述外源驱动力包括所述压电陶瓷或记忆金属通电后产生的形变力，所述弹簧片的制作采用高介电常数材料，其外表有绝缘涂层，或与所述压电陶瓷或记忆金属集成为一体。

24. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法为可变焦距镜头的制作方法，所述定子和动子分别包括具有相反或相同极性电荷的第一电极和第二电极，所述形变连接件为弹簧片，第一原生力包括第一电极与第二电极之间的静电吸引力或排斥力，所述定子和动子之间还包括压电陶瓷或记忆金属，所述外源驱动力包括所述压电陶瓷或记忆金属通电后产生的形变力，所述动子具有中空结构，内部用于安装对焦或变焦镜头组。

25. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法为自然能源发电机的制作方法，

所述动子包括第一磁体，第一磁体为永磁体，

所述形变连接件为弹簧或线圈弹簧，所述线圈弹簧的材料包括导电材料，用于充当励磁线圈，

所述动子用于作为发电机动子或用于驱动发电机动子，所述外源驱动力包括作用于所述动子的外力，所述外力来自于自然能源，

所述第一磁体设置于曲面斜坡上，第一原生力包括第一磁体的重力在与线圈弹簧弹力方向相反的方向上的分量。