CN101541441B - 超小型线性振动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超小型线性振动装置，该超小型线性振动装置包括：固定体(100)，该固定体(100)通过在包括上、下壳(4，6)的主体的下壳(6)上安装承载有环形励磁线圈(12)、至少一个共振无源元件(14)、和频率发生控制芯片(16)的程序控制板(10)而构成；以及可移动体(200)，该可移动体(200)通过在具有贯通形成的空气流动孔(21)的托架(20)的底面上安装环形砝码(22)和环形永久磁铁(24)、并且在上壳(4)的底面和托架(20)的空气流动孔周边部(20a)连接弹簧(26)而构成，其中所述环形永久磁铁(24)与环形励磁线圈(12)相邻安装，所述环形永久磁铁的垂直地位于其上部和下部的两磁极被磁化。

Description

超小型线性振动装置
技术领域
本发明涉及一种振动装置，尤其是一种超小型且线性振动的振动装置。
背景技术
近来，随着终端机规格的小型化，用于终端机的各种配件也逐渐小型化、薄型化。这些小型和薄型配件包括用于手机振动铃的振动装置，这种振动装置通常通过振动马达的超小型化来实现。
作为超小型化振动马达的例子，由本发明的申请人在2001年12月6日申请的韩国专利实用新型申请No.20-2001-0037688公开了一种扁平型无整流子振动马达(并且，PCT公开号为WO 03/049255 A1)。
上述扁平型无整流子振动马达是厚度、重量以及大小大幅减小的扁平型振动马达，而且是没有电刷和整流子的无电刷型(brushless type)振动马达。在由永久磁铁制成的转子的外周表面的一侧安装有偏心装置(砝码)，在振动马达内部设置有感应永久磁铁的磁极或者磁极位置的一对以上的霍尔传感器，以启动或者操纵振动马达。马达控制器安装在振动马达的内部空间，并且改良定子线圈的配置结构，以减少磁通量的损失，同时去除不启动点。
上述扁平型振动马达为厚度2mm-3mm，直径小于15mm的超小型振动装置。如果这种超小型振动装置可以通过除了上述马达方式以外的其它方式实现，则这种超小型振动装置可以以多种方式实现。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超小型且线性振动的振动装置。
本发明的另一个目的在于提供一种包括线圈共振频率发生器的超小型线性振动装置。
为解决上述问题，本发明提供了一种超小型线性振动装置，该超小型线性振动装置包括：固定体，该固定体通过在包括上壳和下壳的主体的下壳上安装承载有环形励磁线圈、至少一个共振无源元件和频率发生控制芯片的程序控制板而构成；可移动体，该可移动体通过在具有贯通形成的空气流动孔的托架底面固定环形砝码和环形永久磁铁，并且在所述上壳的底面和所述托架的空气流动孔周边部连接弹簧而构成，其中，所述环形永久磁铁与环形励磁线圈相邻安装，所述环形永久磁铁的垂直地位于其上部和下部的两磁极被磁化。
本发明能够提供一种超小型并且可以线性振动的振动装置，而且由于在超小型振动装置内部具备共振频率发生器，所以具有不需要在主体的外部设置额外的回路单元来驱动的优点。
附图说明
图1是根据本发明一种实施方式的超小型线性振动装置的分解示意图；
图2是根据本发明一种实施方式的超小型线性振动装置的纵截面图；
图3是图2的横截面图；
图4是根据本发明一种实施方式的超小型线性振动装置的回路构成图；
图5是根据本发明一种实施方式的超小型线性振动装置的振动原理说明图；
图6是图1中弹簧的放大示意图；
图7是图4的共振频率信号波形图；
图8是根据本发明另一实施方式的超小型线性振动装置的纵截面图；
图9是根据图8的超小型线性振动装置的回路构成图；
图10是图8的超小型线性振动装置的振动原理说明图；
图11是图9的共振频率信号波形图；
图12是图2的超小型线性振动装置的变形例的纵截面图；
图13是根据本发明的超小型线性振动装置的另一种变形例的分解示意图。
具体实施方式
本发明涉及‘超小型线性振动装置’，其中‘线性振动装置’与通过转子的转动而振动的马达型振动装置不同，是通过可移动体的线性运动而振动的装置，‘超小型’表示线性振动装置的主体的厚度优选为2-5mm，直径优选为7-20mm。
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
根据本发明一种实施方式的超小型线性振动装置，与通过转子的转动而振动的马达型振动装置不同。该超小型线性振动装置通过可移动体的上下线性运动，在终端机内部配备时相比马达型振动装置而言感受到的振动量大，应答速度快。
且根据本发明一种实施方式的线性振动装置，其超小型主体的内部安装有线圈共振频率发生器，该线圈共振频率发生器生成的共振频率根据线性振动装置的振动体现的多个参数而变化。本发明实施方式中的线圈共振频率发生器包括频率发生控制芯片(IC)和共振无源元件(电容器或者电阻等)，并且通过利用电容器调整电容值，能够适当地产生所需的共振频率。
图1是根据本发明一种实施方式的超小型线性振动装置2的分解示意图。图2是根据本发明一种实施方式的超小型线性振动装置2的纵截面图。图3是图2的横截面图。图4是本发明一种实施方式的超小型线性振动装置2的回路构成图。
根据本发明一种实施方式的超小型线性振动装置2通过结合上壳4和下壳6而构成主体，所述主体的制造规格为：厚度2-5mm，直径7-20mm。
在下壳6上安装承载有环形励磁线圈12、共振无源元件14和频率发生控制器16的程序控制板10，从而形成固定体100。
优选地，环形励磁线圈12具有一定的直径，在程序控制板10上以同心圆形状安装。在环形励磁线圈12内部的程序控制板10上安装电容器或者电阻之类的共振无源元件14和频率发生控制芯片16。所述共振无源元件14和频率发生控制芯片16构成产生环形励磁线圈12的共振频率的线圈共振频率发生器(图4中40)。根据共振无源元件14的一种实施例，通过调整利用电容器的电容值或者利用电阻的电阻值，频率发生控制芯片16可以生成任意的设计者所需的共振频率。优选地，根据共振无源元件14的一种实施例，电容器为超小型多层陶瓷电容器。对于线圈共振频率发生器40，稍后结合附图4和9详细说明。
在上壳4上形成有通过与下壳6上的固定体100相互作用而线性运动的可移动体200。即，在具备空气流动孔21的托架20的底面安装环形砝码22和环形永久磁铁24，在上壳4的底面和空气流动孔周边部20a连接弹簧26，从而形成可移动体200。
安装于托架20的底面的环形砝码22由钨等密度大的材料制成，用作可移动体200的配重。这里，环形砝码22安装于托架20底面的最外周部。环形永久磁铁24与环形砝码22的内周表面相邻，安装于托架20的底面，并且垂直地位于其上、下部的两磁极被磁化。
托架20的空气流动孔21使可移动体200垂直方向线性往返运动产生的空气流顺畅地流通。所述托架20的空气流动孔周边部20a具有弯曲而成的凹陷形状。如图6所示，弹簧26的下方环片26a通过点焊熔接或者激光熔接方法熔接于托架20弯曲而成的凹陷的空气流通孔周边部20a，弹簧26的上方片26b也通过点焊熔接或者激光熔接方法熔接于上壳4的底面。
图6中未说明的编号26c是弹簧26的弹性连接部.
如图6所示，弹簧26的上方片26b的直径比下方环片26a的内径小，弹簧26的这种结构有利于生产人员先将弹簧26的下方环片26a通过点焊熔接或者激光熔接方法固定到托架20空气流动孔周边部20a的上表面，之后通过托架20的空气流动孔21塞入焊接机，使弹簧26的上方片26b容易点焊熔接或者激光熔接到上壳4的底面。
图1示出了弹簧26和托架20分别制造，通过点焊熔接或者激光熔接结合固定的方式，但是如图13所示，也可以用弹簧27和托架20一体的结构作为变形。如图13所示，采用具有弹簧27的一体型托架20时，托架20的整体厚度可以采用比图1中的托架20厚度更小一些的厚度(约0.2-0.3mm)。也可以省略为熔接弹簧27所设置的弯曲凹陷结构，而采用平面结构。
而且，由于图13中的具备弹簧27的一体型托架20插入到环形砝码22a的固定槽中，并通过焊接或者粘着剂黏着等方式结合固定，所以图13中的环形砝码22a与图1中的环形砝码22具有相同的外径，但是又能相对增加重量。这是因为随着环形砝码22a的固定槽突起的高度其主体也随之隆起。而且，图1中的结构也可以变形为，在环形砝码22上形成固定槽，托架20插入到环形砝码22的固定槽中而固定。
如图2、图8和图12所示，本发明中固定体100的环形励磁线圈12和可移动体200的环形永久磁铁24的安装结构为，垂直位于其上、下部的两磁极被磁化的环形永久磁铁24与环形励磁线圈12相邻安装。
在图2中，固定体100的环形励磁线圈12和可移动体200的环形永久磁铁24的安装结构2A为，在初始状态下环形永久磁铁24的磁极边界PB比环形励磁线圈12的最顶端低一些。
参照图2具体说明如下，当S极和N极垂直地位于环形永久磁铁24的上部和下部时，环形永久磁铁24的S，N磁极边界PB与环形励磁线圈12上将要形成的向下N，S极(励磁极)的上方N极相邻。即，如图2所示，根据本发明的一种实施方式，环形永久磁铁24构成为，S极和N极垂直地位于环形永久磁铁24的上部和下部；环形励磁线圈12构成为，N极和S极垂直地位于环形励磁线圈12的上部和下部，与环形永久磁铁24的两磁极相反。
通过环形永久磁铁24和环形励磁线圈12的这种安装结构2A，环形永久磁铁24的下方N极受到环形励磁线圈12的下方S极(励磁极)的引力作用，环形永久磁铁24的上方S极受到环形励磁线圈12的上方N极(励磁极)的引力作用，从而可移动体200向下方移动。
如图8所示，固定体100的环形励磁线圈12和可移动体200的环形永久磁铁24的安装结构2B为，在初始状态下可移动体200的环形永久磁铁24位于临近固定体100的环形励磁线圈12的上端的侧面位置。如图8所示，根据本发明另一实施方式的超小型线性振动装置2，通过环形励磁线圈12的N，S励磁极交互形成，从而使可移动体200垂直地做往返运动。
图12是由图2的超小型线性振动装置2的安装结构2A变形的安装结构2C。图12所示的安装结构2C为，固定体100的环形励磁线圈12插入到可移动体200的环形永久磁铁24和环形砝码22之间形成的隔离空间中，从而可在隔离空间中上下运动的结构。
图12的安装结构2C是图2的超小型线性振动装置2的安装结构2A的一种变形例，但是显然本领域的技术人员也可以对如图8所示的线性振动装置2的安装结构2B进行如图12所示的变形。
在本发明的超小型线性振动装置2中，下壳6的材料最好采用如钢板的磁性体，以增加环形励磁线圈12的电磁力，阻止电磁力向外部泄露，根据需要也可以采用半磁性体或者非磁性体。托架20的材料应采用如钢板的磁性体，以增强环形永久磁铁24的磁力，阻止磁力通过托架20上部泄露。上壳4可以采用非磁性体或者半磁性体。
在根据本发明一种实施方式的具有图2所示的安装结构2A的超小型线性振动装置2中，通过固定体100的环形励磁线圈12和可移动体200的环形永久磁铁24之间的引力作用和可移动体200的弹簧26的反弹作用，可移动体200上下移动。如图4所示，利用安装在主体内部的线圈共振频率发生器40，使可移动体200沿上下方向产生共振振动，从而实现超小型线性振动装置2的线性振动。
如图4所示，线圈共振频率发生器40包括稳压器42；具有共振无源元件14的共振发振部44；占空比调节部46；以及具有驱动部50的输出部48；并且在环形励磁线圈12上施加与可移动体200发生共振振动所需的共振频率对应的驱动电流。
如图1、图2以及图3所示，线圈共振频率发生器40中的稳压器42、共振发振部44的内部回路组件部、占空比调节部46以及驱动部50，采用与频率发生控制芯片16相同的IC形态。
但是，如图1、图2和图3所示，线圈共振频率发生器40中像RC回路或者LC回路的共振发振部44的共振无源元件，至少采用一个以上的共振无源元件14，并且与频率发生控制芯片16分开安装。
将共振无源元件14分开安装的原因在于，线圈共振频率发生器40产生的共振频率值是根据可移动体200的环形永久磁铁24的磁力大小、固定体100的环形励磁线圈12上通过的驱动电流产生的电磁力的强弱、环形砝码22的重量以及弹簧26的弹性系数等参数而设定的。所以只要确定上述参数，就能得出线圈共振频率发生器40的共振频率，设计者只要把一个以上的、具有能够产生所得出共振频率的电容值的电容器或者具有能够产生所得出共振频率的电阻值的电阻等共振无源元件14安装到程序控制板10上即可。
如果共振发振部44的电容元件也包含在同频率发生控制芯片16一样的IC里面，电容值就会固定，无法调节该线性振动装置要求的共振频率。
下面结合图4详细说明线圈共振频率发生器40的共振频率的生成和与之对应的驱动电流的输出过程。
当将线圈共振频率发生器40的稳压器42产生的固定电压施加到共振发振部44时，共振发振部44产生的发振频率不会变动，一直保持固定的发振频率。共振发振部44是通过RC电路时间常数或者LC电路时间常数而产生振动的，这时如果采用RC电路的共振发振部44，则RC电路时间常数的电容元件通过一个以上的电容器，即一个以上的多层陶瓷电容器形成。
利用电容或者电阻等共振无源元件14，通过设计者对电容值或者电阻值的调整将共振发振部44产生的发振信号调整为线圈共振所需的频率，并施加到占空比调节部46。占空比调节部46将发振频率的脉冲占空比调节为50∶50，向输出部48的驱动部50施加如图7所示的共振频率信号RFS。输出部48的驱动部50将与共振频率信号RFS对应的驱动脉冲二进制逻辑状态施加给如半导体的驱动开关部52。随即驱动开关部52响应与共振频率信号RFS对应的驱动脉冲二进制逻辑高电平并被开启，从而驱动电流通过环形励磁线圈12。
如图2所示，根据本发明的一种实施方式，在S极和N极垂直地位于可移动体200的环形永久磁铁24的上部和下部的情况下，驱动电流通过固定体100的环形励磁线圈12，环形励磁线圈12的上部形成N极，下部形成S极。
因此，在环形励磁线圈12上不通过驱动电流的初始状态下，可移动体200维持如图5中的(a)所示的初始位置，当驱动电流通过时环形励磁线圈12形成如图所示的上方为N极，下方为S极的励磁极。因此，可移动体200如图5中的(b)所示，向下方移动，当移动到最低点时，驱动电流不通过环形励磁线圈12。
这时如图5中的(b)所示，安装在上壳4底面的弹簧26被拉长，使之具有最大的弹性复原力。因此，可移动体200通过弹簧26的弹性复原力如图5中的(c)所示，从最低点上升，升到最高点。
之后，可移动体200通过弹簧26的压缩力，又回到图5中的(a)所示的初始位置。当可移动体200回到初始位置时，固定体100的环形励磁线圈12上又通过驱动电流，可以一直重复上述图5中的(a)、(b)和(c)的过程。
如上所述，通过固定体100和可移动体200之间的相互作用产生共振振动，从而使本发明的线性振动装置线性地振动。
另外，根据本发明的另一种实施方式，在具有图8所示的安装结构2B的超小型线性振动装置2中，N极和S极交替地形成在固定体100的环形励磁线圈12上，从而可移动体200沿上下方向线性往返运动。利用如图9所示的安装于主体内部的线圈共振频率发生器40，可移动体200沿上下方向发生共振振动，使超小型线性振动装置线性振动。
图9中的线圈共振频率发生器40的各个构成要素与图4中的线圈共振频率发生器40的各个构成要素基本类似，只有输出部48的电路构成不同。图4中的输出部48的驱动部50向后端的驱动开关部52输出具有如图7所示的正(+)脉冲的，与共振频率信号RFS对应的二进制逻辑信号，但是，图9中的输出部48内的驱动部50a向后端驱动开关部52a输出具有如图11所示的正(+)负(-)脉冲的共振频率信号RFS1。后端驱动开关部52a响应图11所示的共振频率信号RFS1，使第一、第四开关SW1，SW2和第二、第三开关SW2，SW3互补开关，在环形励磁线圈12上交替形成正向电流通路和逆向电流通路。通过正向电流通路和逆向电流通路在上述环形励磁线圈12上形成的磁极，可移动体200沿上下方向线性往返运动。
下面结合图10详细说明具有图8的安装结构2B和图9的线圈共振频率发生器40的超小型线性振动装置2的工作原理。
在图8的固定体100的环形励磁线圈12上不通过驱动电流的初始状态下，可移动体200临近固定体100的环形励磁线圈12的上端维持初始位置(附图10中的(a))。在此状态下，如图11所示的共振频率信号RFS1即负(-)脉冲施加到输出部48的驱动开关部52a，使输出部48的驱动开关部52a的第2、第3开关SW2，SW3打开，从而驱动电流逆向通过环形励磁线圈12，在环形励磁线圈12上形成如图10中的(a)所示的上方S极和下方N极的励磁极。从而，可移动体200下降到如图10中的(b)所示的、环形励磁线圈12的励磁极S极的引力所能影响到的下方位置。
之后，图11的共振频率信号RFS1即正(+)脉冲施加到输出部48的驱动开关部52a，输出部48的驱动开关部52a的第1、第4开关SW1，SW4打开，驱动电流正向通过环形励磁线圈12，如图10中的(c)所示，环形励磁线圈12形成上方N极和下方S极的励磁极。随即，如图10中的(c)所示，可移动体200通过环形励磁线圈12的励磁极N极的排斥力，上升到初始位置。
可移动体200重复上述图10中的(a)、(b)、(c)的过程，发生共振振动，最终使线性振动装置2线性振动。
上面对本发明的具体实施方式进行了说明，但是也可以在不超出本发明保护范围的前提下对本发明进行其他的变形。因此，本发明要求保护的范围根据权利要求书中记载的内容而定。
工业实用性
本发明可以用作手机和游戏机等的移动设备中的振动装置。

Claims (14)

1.一种超小型线性振动装置，该超小型线性振动装置包括：
固定体，该固定体通过在包括上壳和下壳的主体的下壳上安装承载有环形励磁线圈、频率发生控制芯片和至少一个共振无源元件的程序控制板而构成；以及
可移动体，该可移动体通过在具有贯通形成的空气流动孔的托架的底面上安装环形砝码和环形永久磁铁、并且在所述上壳的底面和所述托架的空气流动孔周边部连接弹簧而构成，
其中，所述环形永久磁铁与环形励磁线圈相邻安装，所述环形永久磁铁的垂直地位于其上部和下部的两磁极被磁化。
2.根据权利要求1所述的超小型线性振动装置，其中，所述至少一个共振无源元件和所述频率发生控制芯片构成用于产生线圈共振频率的线圈共振频率发生器。
3.根据权利要求1或2所述的超小型线性振动装置，其中，所述至少一个共振无源元件为至少一个多层陶瓷电容器，并形成共振发振部的电容元件。
4.根据权利要求1或2所述的超小型线性振动装置，其中，所述环形永久磁铁的磁极边界比所述环形励磁线圈的最顶端低。
5.根据权利要求2所述的超小型线性振动装置，其中，所述线圈共振频率发生器包括：
产生固定电压的稳压器；
具备所述至少一个共振无源元件、并在供给所述固定电压的情况下输出 形励磁线圈、频率发生控制芯片和至少一个共振无源元件的程序控制板而构成；以及
可移动体，该可移动体通过在具有贯通形成的空气流动孔的托架的底面上安装环形砝码和环形永久磁铁、并且在所述上壳的底面和所述托架的空气流动孔周边部连接弹簧而构成，
其中，所述环形永久磁铁与环形励磁线圈相邻安装，从而在初始状态下，所述环形永久磁铁位于邻近所述环形励磁线圈的上端的侧面位置，其中所述环形永久磁铁的垂直地位于其上部和下部的两磁极被磁化。
6.根据权利要求2所述的超小型线性振动装置，其中，所述线圈共振频率发生器产生的线圈共振频率是通过考虑包括所述环形永久磁铁的磁力大小、通过所述环形励磁线圈的驱动电流产生的电磁力的强弱、所述环形砝码的重量、以及所述弹簧的弹性系数在内的参数而得出的。
7.根据权利要求1或2所述的超小型线性振动装置，其中，所述下壳和所述托架由磁性材料制成。
8.根据权利要求1或2所述的超小型线性振动装置，其中，所述托架的空气流动孔周边部是弯曲而成的凹陷形状。
9.根据权利要求8所述的超小型线性振动装置，其中，所述弹簧包括下方环片、上方片、以及弹簧连接部，熔接在所述上壳的底面的所述上方片的直径比熔接在所述空气流动孔周边部的下方环片的内径小。
10.根据权利要求4所述的超小型线性振动装置，其中，所述两磁极垂直地形成在所述环形永久磁铁的上部和下部，而两励磁极垂直地形成在所述环形励磁线圈的上部和下部，并与所述环形永久磁铁的磁极相反。
11.一种超小型线性振动装置，该超小型线性振动装置包括：
固定体，该固定体通过在包括上壳和下壳的主体的下壳上安装承载有环 形励磁线圈、至少一个共振无源元件、和频率发生控制芯片的程序控制板而构成；以及
可移动体，该可移动体通过在具有贯通形成的空气流动孔的托架的底面上安装环形砝码和环形永久磁铁、并且在所述上壳的底面和所述托架的空气流动孔周边部连接弹簧而构成，
其中，所述环形永久磁铁与环形励磁线圈相邻安装，从而在初始状态下，所述环形永久磁铁位于邻近所述环形励磁线圈的上端的侧面位置，其中所述环形永久磁铁的垂直地位于其上部和下部的两磁极被磁化。
12.一种超小型线性振动装置，该超小型线性振动装置包括：
固定体，该固定体通过在包括上壳和下壳的主体的下壳上安装承载有环形励磁线圈、频率发生控制芯片和至少一个共振无源元件的程序控制板而构成；以及
可移动体，该可移动体通过在具有贯通形成的空气流动孔并与弹簧一体形成的托架的底面上安装环形砝码和环形永久磁铁而构成，
其中，所述环形永久磁铁与环形励磁线圈相邻安装，从而在初始状态下，所述环形永久磁铁位于邻近所述环形励磁线圈的上端的侧面位置，其中所述环形永久磁铁的垂直地位于其上部和下部的两磁极被磁化。
13.一种超小型线性振动装置，该超小型线性振动装置包括：
固定体，该固定体通过在包括上壳和下壳的主体的下壳上安装承载有环形励磁线圈、频率发生控制芯片和至少一个共振无源元件的程序控制板而构成；以及
可移动体，该可移动体通过在具有贯通形成的空气流动孔并与弹簧一体形成的托架的底面上安装环形砝码和环形永久磁铁而构成， 
其中，所述环形永久磁铁与环形励磁线圈相邻安装，从而在初始状态下，所述环形永久磁铁的磁极边界比所述环形励磁线圈的最顶端低，其中所述环形永久磁铁的垂直地位于其上部和下部的两磁极被磁化。
14.根据权利要求1和权利要求11至13中任意一项所述的超小型线性振动装置，其中，在所述可移动体的环形永久磁铁和环形砝码之间形成的隔离空间中插入所述固定体的环形励磁线圈，从而所述环形励磁线圈能够在所述隔离空间中上下运动。 
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