一种VCM马达的转角加强弹片的制作方法

一种vcm马达的转角加强弹片
技术领域
1.本发明属于音圈马达技术领域，具体涉及一种vcm马达的转角加强弹片。


背景技术：

2.vcm马达是一种将电能转化为机械能的装置，并实现直线型及有限摆角的运动。利用来自永久磁钢的磁场与通电线圈导体产生的磁场中磁极间的相互作用产生有规律的运动的装置。因为音圈马达是一种非换流型动力装置，其定位精度完全取决于反馈及控制系统，与音圈马达本身无关。vcm马达的出现，将智能手机摄像头从定焦转变为自动对焦，同时赋予小型或微型摄像头防抖功能，它的最大作用就是是的摄像头能够自动对焦，也能够提供运动补偿。
3.手机摄像头的vcm需要driver ic配合完成对焦和防抖，现有的vcm通过driver ic控制vcm供电电流的大小，来确定vcm搭载的镜头移动的距离，从而调节到适当的位置拍摄清晰图像。vcm马达实际上是通过通电线圈在磁场中受到作用力的原理，进行移动，精确控制需要借助一些外部的部件，其中还需要采用弹片对传感器或镜头模组进行弹性限位和支撑，以提供支撑固定效果和弹性运动状态。
4.但是随着像素的提升，对vcm马达内部的部件要求也越来越高，特别是针对弹簧式的大像素的vcm马达对弹簧的厚度要求越来越高，从普通的0.035-0.04-0.05mm厚度，发展到现在的0.07-0.08-0.09mm厚度，甚至更厚的弹簧，大像素的马达需要搭配比较厚的弹簧，对于设计人员来说才能设计匹配出相对弹簧k值及弹簧应力，达到马达的合理设计要求。
5.现有的马达弹片常常会根据所承载的模块动能来进行结构设计和材料选型，且为了在较薄结构上实现较大的拉伸行程，则会通过设有多个转角在有限的空间中形成盘旋状的长条结构。而这种弹片结构会在折弯处形成应力集中，长时间时候后材料疲劳产生裂痕，从而撕裂损坏。同时采用折弯处理会破坏bf158和c1990gsh这种弹片常用的合金材质的本身结构，折弯后就出现裂纹或者断裂。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种vcm马达的转角加强弹片，通过在弹片的转角处设置定量的转角加强部，既能够增强弹片的结构强度，提高使用寿命，同时在加强后对其弹簧系数k值影响较小，避免因改变弹片特性而导致其无法达到设计需求。
7.本发明所采用的技术方案为：
8.第一方面，本发明提供一种vcm马达的转角加强弹片，设置在马达中提供运动复位力，该弹片为均质厚度片体，且至少具有一个沿弹片宽度方向折弯的转角，转角处具有转角加强部，转角加强部的平均转角厚度不大于弹片厚度的两倍。
9.值得说明的是，现有的弹片主要为平面结构，且一般为均质厚度，通过在同一片体材料上切割成型。而这种弹片的宽度尺寸远大于厚度尺寸，在使用时也主要通过其在具有较大表面积的宽度所在平面上进行弯折形变实现弹性限位。
10.上述中提到的均质厚度片体是本领域常见的弹片应用方式，但可以预见的是，即使是弹片本身在局部具有厚度方向上的加厚处理，也应当认为属于本发明所保护的范围内，其实质主要是用于限定本发明中的尺寸限定关系。
11.同时，本发明中的转角加强部同样是属于弹片厚度方向上的增加补强，只是限定设置在转角处。所谓转角处是指该弹片具有明显的沿其宽度方向弯折的部分，由于普通弹片在初始状态下可看作平面结构，则该转角不同于普通的弹片在同一平面内的弯折转角。处于同一平面内的弯折转角形式，由于其受力主要由弹片宽度方向的材料承载，则在该方向上具有较好的结构强度，并不容易产生裂痕。
12.而本发明中的转角处是指会在其宽度所在表面上产生折线的弯折方式，此时受力由厚度方向上的材料承载，由于其厚度远低于宽度尺寸，则导致在该方向上受力容易出现断裂的问题。
13.还值得说明的是，转角加强部为贴合在弹片宽度所在面的结构，但弹片具有两个宽度所在面，则所谓的平均厚度是指设置有转角加强部的位置的整体增加厚度，而转角加强部包括单侧设置和双侧设置两种方式。但由于转角加强部在固定后可看作与弹片形成一体结构，只需要保证转角处的整体厚度，则单侧设置在内凹面上所采用的材料更少，同时也能够满足加强要求，是常用方式。
14.结合第一方面，本发明提供第一方面的第一种实施方式，所述转角加强部的平均转角厚度不小于弹片厚度。
15.值得说明的是，转角加强部的厚度变化为渐变增加的方式，并在平滑过渡后形成一段厚度相等的部分，该部分的厚度具有一个范围值，也就是至少大于等于弹片的厚度，而小于等于弹片的两倍厚度。也就是说，增设有转角加强部的弹片部分的厚度是原来弹片厚度的2-3倍。
16.且在设置转角加强部时，会保证整个弯折处均覆盖有平均厚度达到1-2倍弹片厚度的材料，避免因局部覆盖不均而产生额外的应力集中点。
17.结合第一方面或第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第二种实施方式，弹片的转角为单折痕转角、具有多条折痕的多段式转角和弧形面转角的一种或多种。
18.值得说明的是，所谓单条折痕是指其转角处有且仅有一条折痕(宏观意义上的单条折痕)，此时无论其角度大小，该折痕处即为应力集中位置，此处厚度可大于弹片厚度的2倍。且加强后的转角加强部通过至少两条折痕或平滑弯曲过渡的方式避免应力完全集中。而多条折痕是通过多次弯折达到目标角度的方式，同样是以单侧或双侧覆盖的方式实现加强，相较于单条折痕，多条折痕本身结构强度更好。而强度最佳的方式则是平滑的曲面过渡，即为上述的弧形面转角，此时的转角加强部同样采用弧形面过渡的方式，同时在与两侧平直的弹片接触位置也采用渐变径方式设置，避免额外产生应力集中部位，影响到转角加强部与弹片之间的连接稳定性。
19.结合第一方面或第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第三种实施方式，弹片的转角为通过宽度方向与弹片宽度方向具有不为0的夹角的转角体连接方式，所述转角体与弹片弯折连接。
20.值得说明的是，本发明的结构主要针对竖向设置在vcm马达中的弹片结构，这种弹片主要提供xy方向上的弹性限位和支撑，也就是垂直于摄像头轴线的平面方向的防抖限
位。则为了尽可能降低转角处的强度下降情况，还会采用另一种转角方式，也就是利用其较大的宽度尺寸而将转角处通过平行设置且呈类三角形的转角体连接两侧的弹片部分。
21.结合第一方面或第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第四种实施方式，转角加强部为与弹片加工一体成型的部分。
22.结合第一方面或第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第五种实施方式，转角加强部为通过工艺在弹片成型后将不定型材料固定在弹片转角处形成的加厚结构。
23.结合第一方面的第五种实施方式，本发明提供第一方面的第六种实施方式，所述工艺包括锡焊和点胶固化。
24.结合第一方面或第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第七种实施方式，所述转角加强部为通过工艺在弹片成型后将独立的贴合加强块固定在弹片转角处所形成的加厚结构。
25.结合第一方面的第三种实施方式，本发明提供第一方面的第八种实施方式，所述转角加强部为通过工艺在弹片成型后将独立的贴合加强块固定在转角体上所形成的加厚结构，所述贴合加强块同时与弹片贴合接触。
26.结合第一方面或第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第九种实施方式，所述弹片厚度为0.03-0.1mm。
27.本发明的有益效果为：
28.(1)本发明通过在弹片的转角处增加各种类型的转角加强部结构，从而与弹片形成一体或固定连接的加强结构，其厚度要求能够使转角处的应力明显下降，同时通过可靠性实验验证后发现断裂改善效果明显；
29.(2)本发明通过严格的尺寸限定，从而在提高结构强度的同时，将弹片的弹性特点保留，测试其k值的变化率小于1％，从而避免因结构的改变而导致其弹性特征变化，不利于后续的弹片调教；
30.(3)本发明通过设置的不定型补强结构和单独完整补强结构来适用于不同转角的折弯方式，从而满足多种弹片折弯角的加强。
附图说明
31.图1是本发明实施例1采用直角转角方式的折弯弹簧的一倍厚度加强对比示意图；
32.图2是本发明实施例1采用直角转角方式的折弯弹簧的二倍厚度加强对比示意图；
33.图3是本发明实施例2采用弧形转角方式的折弯弹簧的一倍厚度加强对比示意图；
34.图4是本发明实施例2采用弧形转角方式的折弯弹簧的二倍厚度加强对比示意图；
35.图5是本发明实施例3采用两次折弯转角方式的折弯弹簧的一倍厚度加强对比示意图；
36.图6是本发明实施例4中采用多个折弯角的折弯部作为转角结构的弹片毛坯件整体图；
37.图7是本发明图6中单个弹片转角处的加强对比示意图；
38.图8是本发明实施例1中在ansys workbench仿真软件的结构静力学有限元分析示意图；
39.图9是本发明实施例4中另一种加固方式示意图。
40.图中：1-转角加强部，2-贴合加强部。
具体实施方式
41.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
42.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
43.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
44.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
45.在本技术的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。此外，本技术的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.此外，本技术的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
47.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
48.实施例1：
49.本实施例公开一种vcm马达的转角加强弹片，该弹片是指应用在微型摄像头中作为af自动对焦模组或ois光学防抖模组使用的音圈马达中。由于这种马达体积较小，一般通过电磁力约束控制部件运动，为了较好的约束，则会采用这种金属材质的薄片型弹片。
50.该弹片装配在镜头中时，以镜头轴线方向为z轴，而镜头传感器所在平面建立xy轴的坐标系，用以说明相对位置关系。
51.本实施例中的弹片主要涉及两种弹片型号，c1990-gsh和bf158-tm10，其中的c1990-gsh是具有铜合金中高等级强度的高性能钛铜材料，弹片厚度一般在0.03-0.1mm之间，常用厚度在0.03-0.06mm。
52.本身弹片是在一整块金属板体上通过蚀刻工艺而成的结构，一般为平面结构，虽
然具有多个共面的弯折点，但本身是同一块金属板体切割而成，没有任何弯曲处理，则本身不具有内应力。
53.而平面结构的弹片主要作为af自动对焦中对镜头模组在z轴上的弹性限位和支撑，以结构特征分为固定端和悬丝部，固定端通过点胶或锡焊固定在马达的对应部位，而悬丝本身为直线结构，相邻悬丝之间为弯折部。
54.本实施例中所涉及到的弹片不仅具有平面部分，同时会在同个弹片上形成垂直方向的部分，也就是将其部分平面上的悬丝进行弯折，从而使其宽度所在面能够朝向x、y方向，从而给其承载的结构提供x、y轴方向上的弹性限位和支撑效果。
55.但由于本身弹片是通过在金属板体上蚀刻形成，则即使是预留有垂直的悬丝部分，也需要在切割成型后将其折弯。而需要从x、y轴两个方向上提供弹性限位和支撑效果，则折弯后的悬丝至少具有一个转角部，从而形成相互垂直的悬丝部分。
56.由于存在折弯工艺处理所形成的转角部分，则该部分转角处具有内应力。如图1和图2所示，本实施例中的转角部分以这种单条折痕的直角转角方式处理。针对这种转角处，本身具有内应力，同时在发生弹性形变时自然会存在应力集中的情况，从而导致一定时间后会因其结构强度差而出现断裂异常现象。
57.如图所示，本实施例中通过点胶或锡焊工艺增加一倍弹片厚度和两倍弹片厚度的转角加强布，加强后的弹片在其转角处形成平均厚度为两倍厚度或三倍厚度的部分，增加其结构强度。且加厚的转角处形成多条折痕或平滑过渡，将90
°
的宏观角度的单折痕修改为小角度的多条折痕或平滑过渡，从而降低断裂风险。值得说明的是，所谓折痕是指宏观角度查看在弯折处形成的大弧度角度变化部分，由于处于人眼视界查看仅为一条折线，则以折痕进行指代，但局部放大后是材料本身的平滑自然弯曲。
58.与其他应用领域不同，由于该金属弹片主要给镜头模块中的镜头或传感器部件提供xy轴方向上的防抖限位和支撑，则需要保证其在一定范围内的弹性性能均衡，若直接通过常规技术手段加厚，结构强度会随着厚度的增加而不断增强。但弹片在各个方向上的弹性系数k值则会产生变化，一旦变化较大，则会影响整个弹片的限位和支撑效果，对于这种需要精确定位和复位的机构中，一旦k值变化会导致内部的电磁结构也需要调整，若弹性形变阻力增大，可能超过电磁线圈能提供的最大电磁作用力，导致镜头或传感器无法推动到对应位置而出现无法对焦或画面异常抖动。上述情况在后期也无法调教，甚至整个弹片报废无法使用。
59.本实施例中的加厚处理所限定的厚度范围至关重要，针对于该厚度下同样弹片材料的成品，最多增加两倍厚度能够使其结构强度提升的前提下所对应的各个方向上的弹性系数k值变化较小。若大于该厚度，不仅结构强度提升不明显，而且所带来的k值变化会需要对其他部件进行调整，成本较高。
60.为了验证上述加厚尺寸对k值和结构强度的影响，本实施例通过对多组不同厚度的弹片进行仿真模拟，来反馈真实情况，具体如下。
61.针对0.03mm厚度的弹片材料，通过ansys workbench仿真软件的结构静力学有限元分析，主要通过等效应力工具来评估韧性金属材料的强度。
62.1、厚度为0.03mm的弹片进行处理的数据
[0063][0064]
上表是针对0.03mm厚度的弹片进行一个和两个厚度的加厚处理后，在不同变位测试过程中可以看到，整个弹簧的k值和应力变化不大，但可以看到，在0.03mm厚度的弹片下，两倍厚度的加厚对于x方向上的应力改变变化已经接近可接受的变化最大值。若继续增加厚度，其k值的改变已经无法满足正常的弹片调节和功能需求。
[0065]
2、厚度为0.04mm的弹片进行处理的数据
[0066][0067]
上表是针对0.04mm厚度的弹片进行仿真测试，相较于0.03mm，该厚度下的应力改变和k值变化同样符合要求。
[0068]
3、厚度为0.05mm的弹片进行处理的数据
[0069][0070][0071]
上表与0.04mm相同结论。
[0072]
4、厚度为0.06mm的弹片进行处理的数据
[0073][0074]
上表与是0.06mm的弹片厚度，可以看到，针对该厚度的弹片，在弯折点应力有所下降，而且k值的变化量最小，可认为是弹片本身厚度增加后，弹片的厚度增加对于k值的改变影响较小。
[0075]
在图8中展示了该仿真软件针对0.06mm弹片加厚两个弹片厚度后的回转测试图，由于图片本身去色后无法展示应力分布，故仅作为数值和仿真过程示意。
[0076]
同时针对该弹片的转角和加厚转角进行可靠性试验，实验数据如下：
[0077][0078]
可以看到，在经过数据模拟后发现不同厚度的弹片在未加固的情况下，弹片折弯试验后100％的不良比例，均存在断裂现象，实验结果均为fail，且ra试验中的测试曲线严重错乱。而加固后的转角不良比例为0，均未存在断裂现象，测试中的曲线平滑，且在加固至少一个弹片厚度的结果最佳。
[0079]
综上所述，通过仿真测试可以认为，针对该厚度(也是本领域的常用弹片厚度)的弹片，在最简单的直角转角处进行加厚处理的最佳厚度范围值在一倍到两倍厚度的范围内。
[0080]
实施例2：
[0081]
本实施例与实施例1相同，同样公开一种vcm马达的转角加强弹片，如图3和图4所示，图中可以看到，该弹片的转角处为弧形转角方式，则加固后的转角表面与同样是弧形表面。
[0082]
且与实施例1相同的是，本实施例中的转角加强部1同样是仅在内侧采用锡焊或点胶工艺进行补强，而图中用实线将补强部分单独示出，而实际工艺处理后的转角部分为一体式结构。
[0083]
由于采用弧形表面过渡，则应力分布均匀，不存在宏观上的应力集中点，则针对该弹片加强后进行测试，结果与实施例1具有相同的规律，在增加一个到两个厚度的弹片转角处具有较好的结构强度的前提下，还能够保持k值的变化在可接受的范围内。
[0084]
实施例3：
[0085]
本实施例与实施例1相同，同样公开一种vcm马达的转角加强弹片，如图5所示，图中可以看到，该弹片的转角处为多条折线的多个弯折处理方式，这也是工艺中最常见的弯折处理方式。该转角处理相较于单条折痕，具有更好的结构强度，而加固后的转角表面与同样也是多条折痕表面。
[0086]
且与实施例1相同的是，本实施例中的转角加强部1同样是仅在内侧采用锡焊或点胶工艺进行补强，而图中用实线将补强部分单独示出，而实际工艺处理后的转角部分为一体式结构。
[0087]
针对该弹片加强后进行测试，结果与实施例1具有相同的规律，在增加一个到两个厚度的弹片转角处具有较好的结构强度的前提下，还能够保持k值的变化在可接受的范围内。
[0088]
实施例4：
[0089]
本实施例与实施例1相同，同样公开一种vcm马达的转角加强弹片，如图6所示，图中可以看到，该弹簧是同时具有x、y、z轴方向上的支撑悬丝，而转角处理也主要针对与x、y轴方向上的竖向设置的弹片悬丝的转角连接处。
[0090]
与上述实施例不同的是，图9中展示了这种弹片的竖向悬丝部分的转角处理方式。
本实施例中的转角部分采用转角体进行过度，该转角体本身属于弹片一体成型的部分，在切割时形成一个类三角形结构，通过两条等宽的部分与两侧相互垂直的悬丝连接。当需要将两侧弹片部分折叠时，会在该部分形成两个45
°
且对称的弯折部。采用这种转角体连接的转角结构，在工艺上更容易处理。
[0091]
则针对这种转角结构，会在转角体的两个折弯处分别点胶或锡焊加强处理，处理后的强度变化和k值变化如实施例1相同，最佳加厚条件是一到两个弹片厚度，其k值变化较小。
[0092]
进一步的，如图7所示，为了适用该转角结构的加强，本实施例还单独设置了一种塑料块，其厚度等于两倍的弹片厚度，具有贴合弹片表面的端面，通过粘胶的方式将其固定在转角处，从而形成与两侧弹片和底部转角体同时贴合接触的贴合加强部2。
[0093]
该贴合加强部2同样能够给整个弹片带来较好的转角结构加强，通过可靠性试验测试在加强后的弹片不良率为0，同时由于本身采用较软的塑料材质，且质量较轻，其弹性低于弹片本身，则虽然体积较大，但加厚处理后的弹片的k值也并未发生较大改变，符合弹片要求。
[0094]
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。