CN102347708B - 振动发生器以及包括该振动发生器的电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动发生器及包括该振动发生器的电子装置，所述振动发生器通过将质量体的质量额外地施加到振动板而能够增加振动板的振动力。所述振动发生器包括：至少一个压电元件，被安装在壳体内，并响应于输入的电力经历压缩和膨胀；振动板，包括沿着预设的长度方向延伸的主体，所述至少一个压电元件被安装在所述振动板上，所述振动板通过所述至少一个压电元件的压缩和膨胀而产生振动；至少一个质量部分，将预设大小的质量添加到所述振动板。

Description

振动发生器以及包括该振动发生器的电子装置

技术领域

本发明涉及一种振动发生器以及一种包括该振动发生器的电子装置，更具体地讲，涉及一种通过将质量体的质量额外地施加(添加)到振动板而能够增加振动板的振动力的振动发生器以及一种包括该振动发生器的电子装置。

背景技术

近来，根据那些期望以更简单的方式来使用电子设备的用户的需求，允许通过用户的触摸(例如，手指接触)对电子装置进行输入操作的触摸型装置的使用已经普及。

当前，触觉反馈装置除了秉承通过触摸来便于执行输入操作的理念之外，还秉承着提供直观的用户界面体验和使接触反馈的类型多样化的理念。

触觉反馈装置具有多个优点：可节省空间、在操作和简洁方面实现改进、允许在规格方面具有简单的改变、具有高水平的用户识别性并且与IT装置具有良好的可协作性。

由于这些优点，触觉反馈装置通常被用于在家用计算机、交通票据发布装置(trafficnoteissuingdevice)、公共信息服务、医疗设备中使用的电子装置中或用于移动通信的目的等。

通常，现有技术的电子装置使用振动电机来实现与触觉有关的功能。振动电机被设计为使整个电子装置主体振动，因此，为了增加振动力，需要增加质量体的尺寸。

为此，触觉反馈装置以及具有该触觉反馈装置的电子装置具有不期望的大的体积。

发明内容

本发明的一方面提供一种通过将质量体的质量额外地施加到振动板而增加振动板的振动力的振动发生器以及一种包括该振动发生器的电子装置。

根据本发明的一方面，提供一种振动发生器，该振动发生器包括：至少一个压电元件，响应于输入的电力经历压缩和膨胀；振动板，包括沿着预设的长度方向延伸的主体，所述至少一个压电元件被安装在所述振动板上，所述振动板通过所述至少一个压电元件的压缩和膨胀而产生振动；至少一个质量部分，将预设大小的质量添加到所述振动板。

该振动发生器还可包括从所述振动板延伸出来的安装部分，所述至少一个质量部分被安装在所述安装部分上，以将所述至少一个质量部分的质量施加到所述振动板。

所述安装部分可将所述至少一个质量部分的质量施加到所述振动板的沿着其长度方向的中央部分。

所述至少一个质量部分可包括第一质量体和第二质量体，所述第一质量体和第二质量体被布置为将所述振动板置于其两者之间并且将其两者的质量施加给所述振动板。

所述安装部分可包括：第一安装区域，所述第一质量体被安装在该第一安装区域上；第二安装区域，所述第二质量体被安装在该第二安装区域上；第一连接部分，连接于所述振动板的中央部分和所述第一安装区域之间，并将所述第一质量体的质量施加给所述振动板；第二连接部分，连接于所述振动板的中央部分和所述第二安装区域之间，并将所述第二质量体的质量施加给所述振动板。

所述振动发生器还可包括容纳部分，该容纳部分用于容纳所述振动板和所述安装部分。

所述振动发生器还可包括支撑部件，所述支撑部件被布置在所述主体的沿着长度方向的每一端处，并从所述容纳部分支撑所述主体。

所述至少一个质量部分可由具有预定密度的金属材料形成。

所述至少一个质量部分可由不锈钢(SUS)和钨中的至少一种金属材料形成。

所述振动板可由金属材料形成。

所述振动板可由不胀钢形成。

所述至少一个压电元件可以是单层压电元件或多层压电元件。

所述振动发生器还可包括连接部分，所述连接部分从所述振动板延伸出来并连接到所述至少一个质量部分，以将所述至少一个质量部分的质量施加到所述振动板。

所述连接部分可将所述至少一个质量部分连接到所述振动板的沿着其长度方向的中央部分，以将所述至少一个质量部分的质量施加到所述中央部分。

所述至少一个质量部分可包括第一质量体和第二质量体，所述第一质量体和第二质量体将所述振动板置于其两者之间并将其两者的质量添加到所述振动板。

所述连接部分可包括：第一连接单元，连接于所述振动板的中央部分和所述第一质量体之间，并将所述第一质量体的质量施加到所述振动板；第二连接单元，连接于所述振动板的中央部分和所述第二质量体之间，并将所述第二质量体的质量施加到所述振动板。

所述振动发生器还可包括容纳部分，该容纳部分容纳所述振动板、所述连接部分和所述至少一个质量部分。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子装置，该电子装置包括根据用户的选择显示图像的显示模块、具有容纳所述显示模块的内部空间的壳体以及振动发生器，所述振动发生器包括：至少一个压电元件，被安装在所述壳体的内部，并响应于输入的电力经历压缩和膨胀；振动板，包括沿着预设的长度方向延伸的主体，所述至少一个压电元件被安装在所述振动板上，所述振动板通过所述至少一个压电元件的压缩和膨胀而产生振动；至少一个质量部分，将预设大小的质量添加到所述振动板。

所述振动发生器可被安装在所述壳体的内表面上。

所述振动发生器可被安装在所述显示模块的底表面上。

所述显示模块可包括：触摸面板，接收作为输入的用户的接触；显示面板，接触所述触摸面板的底表面并在所述触摸面板上提供与所述用户的接触对应的图像。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它方面、特点和其它优点将会被更加清楚地理解，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的振动发生器的示意性分解立体图；

图2A是示出图1的振动发生器的局部立体图；

图2B是示出图1的振动发生器的主视图；

图3是示出在根据本发明的示例性实施例的图1的振动发生器中所使用的压电元件的立体图；

图4是示出振动发生器的振动板如何振动的视图；

图5是示出根据本发明的另一示例性实施例的振动发生器的示意性分解立体图；

图6A是示出图5的振动发生器的局部立体图；

图6B是图5的振动发生器的主视图；

图7是示出在根据本发明的另一示例性实施例的图5的振动发生器中所使用的压电元件的立体图；

图8是显示根据本发明的振动发生器的共振频率的曲线图；

图9是示出根据本发明的示例性实施例的电子装置的示意性立体图；

图10是示出图9的电子装置的示意性剖视图；

图11是示出根据本发明的另一示例性实施例的电子装置的剖视图。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应当被理解为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且将把本发明的范围完全传达给本领域技术人员。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的振动发生器的示意性分解立体图。图2A是示出根据本发明的该示例性实施例的振动发生器的局部立体图，图2B是示出根据本发明的该示例性实施例的振动发生器的主视图。

参照图1、图2A和图2B，根据本发明的示例性实施例的振动发生器100可包括振动板110、至少一个压电元件120、质量部分130、安装部分140和容纳部分150。

振动板110包括具有预设长度的主体，并且可在振动被施加于其上时由于其主体被弯曲而振动。安装部分140可形成在主体的沿着主体的长度方向的中央部分处。这里，术语“中央部分”可指覆盖主体的沿长度方向的中心以及该中心的附近区域的部分。

此外，支撑部件111和112可分别布置在主体沿主体的长度方向的两端处。支撑部件111和112接触容纳部分150，从而支撑主体。

安装部分140可被构造为至少一个部分，或者可被构造为将振动板110介于其之间的两个部分141和142。对于安装部分140，具有预定面积的第一安装区域141a和第二安装区域142a被互相平行地布置，同时振动板110介于第一安装区域141a和第二安装区域142a之间。另外，可形成第一连接部分141b来将第一安装区域141a和振动板110的主体的中央部分连接，可形成第二连接部分142b来将第二安装区域142a和振动板110的主体的中央部分连接。

质量部分130可被安装在安装部分140上，以将预设大小的质量添加到振动板110。质量部分130可包括与安装部分140的安装区域对应的质量体。由于安装部分140具有第一安装区域141a和第二安装区域142a，所以质量部分130也可包括第一质量体131和第二质量体132。

第一质量体131可被安装在第一安装区域141a上，第二质量体132可被安装在第二安装区域142a上。这样，第一质量体131和第二质量体132的质量可被施加到振动板110的主体的中央部分。即，质量部分130的质量通过颈式结构(neckstructure)被施加到振动板110。因此，可添加质量，同时实现振动发生器厚度的降低并抑制驱动力的损失。

所述至少一个压电元件120可被安装在振动板110的主体的顶表面上，优选地，所述至少一个压电元件120可沿着所述主体的长度方向被安装在主体的顶表面上。所述至少一个压电元件120响应于施加的外部电力重复地被压缩和膨胀，从而使得振动板110如图4所示地被向上和向下弯曲，并因此而相应地振动，结果，这产生振动力。此时，质量部分130可通过将其质量添加到中央部分而增加振动力，振动板110的位移在中央部分处达到最大水平。

即，如下面的等式1所表示的，振动力可通过增加振动板110的质量或增加驱动位移而增加：

F＝m*x*w²(等式1)

其中，F表示振动力，m表示振动板的质量，x表示振动板的位移，w表示振动板的振动频率。

如上所述，可安装所述至少一个压电元件120。然而，如图3中所示，多个压电元件120可被安装在振动板110的主体的顶部上，压电元件120可具有单层或多层结构。在使用多层压电元件的情况下，即使在低电压水平的情况下，也可获得足够水平的电力，以驱动压电元件，因此，可使用具有低电压水平的驱动电力。

同时，根据本发明的示例性实施例的振动发生器可按照各种方式被构造，现在将参照附图描述实施例中的一个。

图5是示出根据本发明的另一示例性实施例的振动发生器的示意性分解立体图，图6A是示出根据本发明的该示例性实施例的振动发生器的局部立体图，图6B是示出根据本发明的该示例性实施例的振动发生器的主视图。图7是示出在根据本发明的示例性实施例的图5的振动发生器中所使用的压电元件的立体图。

参照图5、图6A和图6B，根据本发明的另一示例性实施例的振动发生器200可包括振动板210、至少一个压电元件220、质量部分230、连接部分240和容纳部分250。

振动板210包括具有预设长度的主体，并且可在振动被施加于其上时由于其主体被弯曲而振动。连接部分240可形成在主体的沿着主体的长度方向的中央部分处。

此外，支撑部件211和212可分别被布置在主体的沿着主体的长度方向的两端处。支撑部件211和212接触容纳部分250，从而支撑主体。

连接部分240可被构造为至少一个单元，或者可被构造为将振动板210介于其之间的两个单元241和242。即，连接部分240可包括第一连接单元241和第二连接单元242，第一连接单元241将第一质量体231与振动板210的主体的中央部分连接，第二连接单元242将第二质量体232与振动板210的主体的中央部分连接。

质量部分230连接到连接部分240，从而能够将预设大小的质量添加到振动板210，质量部分230可包括与连接部分240的连接单元对应的质量体。即，由于连接部分240包括第一连接单元241和第二连接单元242，所以质量部分230可包括第一质量体231和第二质量体232。这里，第一质量体231和第二质量体232可被彼此平行地布置，同时将振动板210置于其两者之间。

第一质量体231连接到第一连接单元241，第二质量体232可连接到第二连接单元242。即，第一连接单元241和第二连接单元242从振动板210的中央部分延伸出来，并分别连接到第一质量体231和第二质量体232，以将第一质量体231和第二质量体232的质量施加到振动板210的主体的中央部分。即，由于第一连接单元241和第二连接单元242从振动板210延伸出来，以具有颈式结构，所以质量可被添加到振动板210上，同时使得振动发生器的厚度最小化并使振动发生器中的驱动力的损失最小化。

所述至少一个压电元件220可被安装在振动板210的主体的顶表面上，优选地，所述至少一个压电元件220可沿着振动板210的主体的长度方向被安装在振动板210的主体的顶表面上。

如上所述，可安装所述至少一个压电元件220。然而，如图7所示，可在振动板210的主体的顶部上安装多个压电元件220，并且压电元件220可具有单层或多层结构。

图8是示出根据本发明的振动发生器的共振频率的曲线图。

参照图8，根据本发明的振动发生器的共振频率可根据使用振动发生器的用途而改变。即，在振动发生器用于蜂窝电话的情况下，如果认为用于呼叫、文本消息等的提醒功能(alarmfunction)重要，则振动发生器的共振频率可被设为落入150Hz至200Hz的范围内，如曲线图中的曲线“B”所示，然而，如果认为触觉功能的使用重要，那么可将共振频率设为在200Hz以上的频率段内，如曲线图中的曲线A所示。

如下面的等式2所表达的，通过振动板的质量和刚度来确定共振频率：

$\mathrm{Fn}=\sqrt{\frac{k}{m}}$ (等式2)

其中，Fn表示共振频率，m表示振动板的质量，k表示振动板的刚度。

如上面的等式2所表达的，通过增加振动板的质量或减小振动板的刚度可将共振频率设置得低。

如下面的等式3所表达的，振动板的刚度可根据振动板的长度、厚度、宽度、机械和物理特性值等而增加或降低：

$k\∝C\frac{\mathrm{EI}}{L^3}$ (等式3)

其中，k表示振动板的刚度，E表示杨氏模量，I表示惯性矩，L表示振动板的有效长度，C表示预设常数。

振动板110可由预设金属材料形成。此外，振动板110可由每单位面积密度高的金属材料(例如钨和不锈钢(SUS))形成。此外，振动板110也可以由热膨胀系数与压电构件120的热膨胀系数接近的材料(例如，不胀钢(Invar))形成。压电元件120在高温或热冲击下会出现压电性能变差，这意味着由热应力导致的电性能变差。因为压电元件和振动板的热膨胀系数之间的差足够小可实现热应力的降低，所以，考虑到防止压电性能变差，可期望振动板由其热膨胀系数与压电元件的热膨胀系数相近的材料形成，例如由不胀钢形成。

可由相应的容纳部分150和250来容纳振动板110、压电元件120、质量部分130和安装部分，或者振动板210、压电元件220、质量部分230和连接部分240，从而被用于各种电子装置。

图9是示出根据本发明的示例性实施例的电子装置的示意性立体图。图10是示出图9的电子装置的示意性剖视图，图11是示出根据本发明的另一示例性实施例的电子装置的示意性剖视图。

如图9中所示，根据本发明的示例性实施例的电子装置1000可基于用户的选择显示图像。参照图10，电子装置1000可包括基于用户的选择显示图像的显示模块以及具有容纳显示模块的内部空间的壳体400。显示模块可包括：触摸面板500，提供与用户的接触压力一致的压力；显示面板300，安装在触摸面板500的底部，以基于用户的选择提供图像。根据本发明的示例性实施例的振动发生器100被安装在壳体400的内表面上，从而根据用户的选择提供振动。如图11中所示，振动发生器100可被安装在显示面板300的底部上，从而直接给显示模块提供振动。

如上所述，通过将质量添加到振动板的位移最大的点处来增加驱动力。因此，与通过增加整个振动板的质量来增加驱动力的情况相比，根据本发明的示例性实施例的振动装置以及包括该振动装置的电子装置可实现重量、厚度和尺寸的减小。

如上所述，根据本发明的示例性实施例，质量体的质量被额外地施加到振动板，从而增加了振动板的振动力。

虽然已经结合示例性实施例显示和描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围和精神的情况下进行的修改和变化将是明显的。

本申请要求于2010年7月28日提交到韩国知识产权局的第10-2010-0072735号韩国专利申请以及于2010年10月4日提交到韩国知识产权局的第10-2010-0096466号韩国专利申请的优先权，这两个申请公开的内容通过引用被包含于此。

Claims (31)

1.一种振动发生器，包括：

至少一个压电元件，响应于输入的电力经历压缩和膨胀；

振动板，包括沿着预设的长度方向延伸的主体，所述至少一个压电元件被安装在所述振动板上，所述振动板通过所述至少一个压电元件的压缩和膨胀而产生振动；

至少一个质量部分，将预设大小的质量添加到所述振动板；

支撑部件，被布置在所述主体的沿着长度方向的每一端处，并支撑和固定所述主体；以及

连接部分，所述连接部分从所述振动板延伸出来并连接到所述至少一个质量部分，以将所述至少一个质量部分的质量施加到所述振动板；

安装部分，从所述振动板延伸出来，所述至少一个质量部分被安装在所述安装部分上，以将所述至少一个质量部分的质量施加到所述振动板；

容纳部分，该容纳部分用于容纳所述振动板和所述安装部分，

其中，当振动被施加到所述主体上时，所述主体的除了与支撑部件对应的部分以外的部分被弯曲，

其中，所述连接部分将所述至少一个质量部分连接到所述振动板的沿着振动板的长度方向的中央部分，以将所述至少一个质量部分的质量施加到所述中央部分，所述中央部分是振动板的位移达最大水平的部分。

2.如权利要求1所述的振动发生器，其中，所述安装部分将所述至少一个质量部分的质量施加到所述振动板的沿着振动板的长度方向的中央部分。

3.如权利要求2所述的振动发生器，其中，所述至少一个质量部分包括第一质量体和第二质量体，所述第一质量体和第二质量体被布置为使所述振动板置于其两者之间并且将其两者的质量施加给所述振动板。

4.如权利要求3所述的振动发生器，其中，所述安装部分包括：

第一安装区域，所述第一质量体被安装在该第一安装区域上；

第二安装区域，所述第二质量体被安装在该第二安装区域上；

第一连接部分，连接于所述振动板的中央部分和所述第一安装区域之间，并将所述第一质量体的质量施加给所述振动板；

第二连接部分，连接于所述振动板的中央部分和所述第二安装区域之间，并将所述第二质量体的质量施加给所述振动板。

5.如权利要求1所述的振动发生器，其中，所述至少一个质量部分由具有预定密度的金属材料形成。

6.如权利要求5所述的振动发生器，其中，所述至少一个质量部分由不锈钢和钨中的至少一种金属材料形成。

7.如权利要求1所述的振动发生器，其中，所述振动板由金属材料形成。

8.如权利要求7所述的振动发生器，其中，所述振动板由不胀钢形成。

9.如权利要求1所述的振动发生器，其中，所述至少一个压电元件是单层压电元件或多层压电元件。

10.如权利要求1所述的振动发生器，其中，所述至少一个质量部分包括第一质量体和第二质量体，所述第一质量体和第二质量体将所述振动板置于其两者之间并将其两者的质量添加到所述振动板。

11.如权利要求10所述的振动发生器，其中，所述连接部分包括：

第一连接单元，连接于所述振动板的中央部分和所述第一质量体之间，并将所述第一质量体的质量施加到所述振动板；

第二连接单元，连接于所述振动板的中央部分和所述第二质量体之间，并将所述第二质量体的质量施加到所述振动板。

12.如权利要求1所述的振动发生器，该振动发生器还包括容纳部分，该容纳部分容纳所述振动板、所述连接部分和所述至少一个质量部分。

13.如权利要求12所述的振动发生器，该振动发生器还包括支撑部件，从所述容纳部分支撑所述主体。

14.一种电子装置，包括：

显示模块，根据用户的选择显示图像；

壳体，具有容纳所述显示模块的内部空间；和

振动发生器，包括：

至少一个压电元件，被安装在所述壳体的内部，并响应于输入的电力经历压缩和膨胀；

振动板，包括沿着预设的长度方向延伸的主体，所述至少一个压电元件被安装在所述振动板上，所述振动板通过所述至少一个压电元件的压缩和膨胀而产生振动；

至少一个质量部分，将预设大小的质量添加到所述振动板；以及

支撑部件，被布置在所述主体的沿着长度方向的每一端处，并支撑和固定所述主体；以及

连接部分，所述连接部分从所述振动板延伸出来并连接到所述至少一个质量部分，以将所述至少一个质量部分的质量施加到所述振动板，

其中，当振动被施加到所述主体上时，所述主体的除了与支撑部件对应的部分以外的部分被弯曲，

其中，所述连接部分将所述至少一个质量部分连接到所述振动板的沿着振动板的长度方向的中央部分，以将所述至少一个质量部分的质量施加到所述中央部分，所述中央部分是振动板的位移达最大水平的部分。

15.如权利要求14所述的电子装置，其中，所述振动发生器被安装在所述壳体的内表面上。

16.如权利要求14所述的电子装置，其中，所述振动发生器被安装在所述显示模块的底表面上。

17.如权利要求14所述的电子装置，其中，所述显示模块包括：

触摸面板，接收作为输入的用户的接触；

显示面板，接触所述触摸面板的底表面并在所述触摸面板上提供与所述用户的接触对应的图像。

18.如权利要求14所述的电子装置，其中，所述振动发生器还包括从所述振动板延伸出来的安装部分，所述至少一个质量部分被安装在所述安装部分上，以将所述至少一个质量部分的质量施加到所述振动板。

19.如权利要求18所述的电子装置，其中，所述安装部分将所述至少一个质量部分的质量施加到所述振动板的沿着振动板的长度方向的中央部分。

20.如权利要求19所述的电子装置，其中，所述至少一个质量部分包括第一质量体和第二质量体，所述第一质量体和第二质量体将所述振动板置于其两者之间，并将其两者的质量添加到所述振动板。

21.如权利要求20所述的电子装置，其中，所述安装部分包括：

第一安装区域，所述第一质量体被安装在所述第一安装区域上；

第二安装区域，所述第二质量体被安装在所述第二安装区域上；

第一连接部分，连接于所述振动板的中央部分和所述第一安装区域之间，并将所述第一质量体的质量施加到所述振动板；

第二连接部分，连接于所述振动板的中央部分和所述第二安装区域之间，并将所述第二质量体的质量施加到所述振动板。

22.如权利要求18所述的电子装置，其中，所述振动发生器还包括容纳部分，该容纳部分用于容纳振动板和安装部分。

23.如权利要求14所述的电子装置，其中，所述至少一个质量部分由具有预定密度的金属材料形成。

24.如权利要求23所述的电子装置，其中，所述至少一个质量部分由不锈钢和钨中的至少一种金属材料形成。

25.如权利要求14所述的电子装置，其中，所述振动板由金属材料形成。

26.如权利要求25所述的电子装置，其中，所述振动板由不胀钢形成。

27.如权利要求14所述的电子装置，其中，所述至少一个压电元件是单层压电元件或多层压电元件。

28.如权利要求14所述的电子装置，其中，所述至少一个质量部分包括第一质量体和第二质量体，所述第一质量体和第二质量体将所述振动板置于其两者之间并将其两者的质量施加到所述振动板。

29.如权利要求28所述的电子装置，其中，所述连接部分包括：

第一连接单元，连接在所述振动板的中央部分和第一质量体之间，并将所述第一质量体的质量施加到所述振动板；

第二连接单元，连接在所述振动板的中央部分和第二质量体之间，并将所述第二质量体的质量施加到所述振动板。

30.如权利要求14所述的电子装置，所述电子装置还包括容纳部分，该容纳部分容纳所述振动板、所述连接部分和所述至少一个质量部分。

31.如权利要求30所述的电子装置，该电子装置还包括支撑部件，从所述容纳部分支撑所述主体。