CN105103421B

CN105103421B - 触觉致动器

Info

Publication number: CN105103421B
Application number: CN201480013990.0A
Authority: CN
Inventors: 千世俊
Original assignee: Hysonic Co Ltd
Current assignee: Hysonic Co Ltd
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2018-01-23
Anticipated expiration: 2034-07-18
Also published as: US9619981B2; CN105103421A; US20160247368A1; KR101491456B1; WO2015068930A1

Abstract

本发明涉及一种通过改善磁力结构，在使用者触控时，可提高反应速度及频率范围等性能的触觉致动器，包括：内部具有收容空间的外壳；固定在所述收容空间内的磁芯；安装在所述磁芯的外侧，上下方向隔开的第一线圈部件及第二线圈部件；配置在所述第一线圈部件和所述第二线圈部件之间，安装在所述磁芯外侧的中心磁轭；配置子所述中心磁轭外侧的磁块；固定安装在所述磁块外侧的重量锤；一端固定在所述磁块和所述重量锤上，另一端固定在所述外壳的上部，弹性支撑所述磁块和所述重量锤的第一弹性部件。

Description

触觉致动器

技术领域

本发明涉及一种触觉致动器，尤其是在便携式终端设备触控时，内置在需要有振动反应的电子器械内，通过线圈部件和磁块的相互作用发生振动的触觉致动器。

背景技术

一般来说，手机等便携式终端设备在来电的时候，会使用铃声和振动。为了振动，要驱动小型振动发生装置，驱动力传达至机器的外壳，从而使便携式终端设备整体振动。

目前用于手机等便携式终端设备上的来电振动发生装置是利用电磁力的产生原理，将电磁能量转化成振动的零件，其搭载在便携式终端机行，用于无声来电提示。

这种振动发生装置被广泛用于便携式终端设备的来电提示，近来，在游戏装置上，为了向用户提示游戏状态或在触控手机上让用户感受到触控，也都在使用振动发生装置。

便携式终端设备的市场在不断发展，便携式终端设备也被附加上各种功能，在对便携式终端设备小型化、高品质话的要求下，振动发生装置也需要跟随趋势来进行改良，高品质新结构的产品更新是势在必行的。

安装在便携式终端设备上的以往技术的振动发生装置，基本上是利用1次振动计，将重量体安装在线圈型弹簧等弹性体上，并具有使重量体振动的线圈。

当向上述线圈施加电流时，依据重量体和弹性体的弹性系数，按照事先定的频率应答特性，上述重量体振动。

最近市面上的便携式终端设备，如上所述，针对用户的触控输入，会输出语音或振动的反应，具有回馈给用户触控信息的功能。

尤其是对于使用触觉致动器的便携式终端设备来说，为了应对用户的多种输入并提供多样的触觉反馈，需要有多种形态的振动发生装置。

但是，以往技术的振动发生装置是利用在线圈和固定磁体之间发生的劳伦兹之力，产生重量体的上下驱动力，因为劳伦兹之力产生振动的振动发生装置在结构上有局限，很难体现振动频率等较好的特性。

尤其是，以往的 LRA(Linear Resonant Actuator)方式的振动装置中，振动值增加有局限，导致反应速度不快等问题。

专利技术文献

1. 韩国授权专利第10-1250288号

2. 韩国授权专利第10-1055562号

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种通过改善磁力结构，在使用者触控时，可提高反应速度及频率幅度等性能的触觉致动器。

为了实现本发明的目的，本发明的触觉致动器，包括：内部具有收容空间的外壳；固定在所述收容空间内的磁芯；安装在所述磁芯的外侧，上下方向隔开的第一线圈部件及第二线圈部件；配置在所述第一线圈部件和所述第二线圈部件之间，安装在所述磁芯外侧的中心磁轭；配置子所述中心磁轭外侧的磁块；固定安装在所述磁块外侧的重量锤；一端固定在所述磁块和所述重量锤上，另一端固定在所述外壳的上部，弹性支撑所述磁块和所述重量锤的第一弹性部件。

所述第一线圈部件和所述第二线圈部件互相反方向卷圈，所述磁块的极性上下方向形成，厚度厚于所述中心磁轭的厚度。

还包括：安装在所述第一线圈部件上端的第一辅助磁轭；安装在所述第二线圈部件下端的第二辅助磁轭。

所述第一辅助磁轭及所述第二辅助磁轭的厚度薄于所述中心磁轭的厚度。

还包括：配置在所述收容空间内，固定安装在所述外壳上部的第一垫材；配置在所述收容空间内，固定安装在所述外壳下部的第二垫材。

还包括：一端固定安装在所述磁块及所述重量锤的下端，另一端固定安装在所述外壳的下部，弹性支撑所述磁块及所述重量锤的第二弹性部件。

所述磁块的磁力（N）和所述第一弹性部件的弹性力（N）的差不足±1。

所述磁芯为圆筒形的轴状；所述第一线圈部件及所述第二线圈部件在所述磁芯的外周面上，以所述磁芯为中心卷圈而成；所述中心磁轭呈环状，围住所述磁芯的外周面；所述磁块和所述重量锤呈环状，围住所述磁芯的外侧。

本发明的有益效果如下。

由所述磁块600、所述磁芯200、所述中心磁轭400、所述第一辅助磁轭510和所述第二辅助磁轭520形成的磁力线结构，具有提高频率范围并可提高反应速度的效果。

此外，所述触觉制动器的反应速度变快时，使用触觉致动器的便携式终端设备触控时，可将反应快速的传达给使用者，从而可提高品质及性能。

所述第一垫材和所述第二垫材分别安装在所述外壳上下部，在所述磁块和所述重量锤冲突时，起到吸音作用，减少噪音发生产生反冲力，增加振动的加速速度。

附图说明

图1是本发明实施方式的触觉致动器的立体图；

图2是本发明实施方式的触觉致动器的分解立体图；

图3是图1A-A的剖视图；

图4是本发明实施方式的触觉致动器的初始状态的磁力线结构图；

图5是本发明实施方式的触觉致动器在下降时的磁力线结构图；

图6是本发明实施方式的触觉致动器在上升时的磁力线结构图；

图7是本发明实施方式的触觉致动器及以往技术的振动马达的性能比较图；

图8是本发明实施方式的触觉致动器的磁块磁力、第一弹性部的弹性力的对比图。

具体实施方式

图1是本发明实施方式的触觉致动器的立体图；图2是本发明实施方式的触觉致动器的分解立体图；图3是图1A-A的剖视图；图4是本发明实施方式的触觉致动器的初始状态的磁力线结构图；图5是本发明实施方式的触觉致动器在下降时的磁力线结构图；图6是本发明实施方式的触觉致动器在上升时的磁力线结构图；图7是本发明实施方式的触觉致动器及以往技术的振动马达的性能比较图；图8是本发明实施方式的触觉致动器的磁块磁力、第一弹性部的弹性力的对比图。

如图1至图6所示，本发明实施方式的触觉致动器包括：外壳100、磁芯200、第一线圈部件310、第二线圈部件320、中心磁轭400、第一辅助磁轭510、第二辅助磁轭520、磁块600、重量锤700、第一弹性部件810、第二弹性部件820、第一垫材910、第二垫材920。

所述外壳呈圆筒形，内部具有收容空间100a，由底板110和盖部120构成。

底板110呈圆板形，为强磁性SPCC材质。

盖部120为强磁性SPCC材质，下端呈开放的圆筒形，配置在底板110的上部，内部形成圆筒形的收容空间100a。

底板110及盖部120，如后述，在不使用第一辅助磁轭510和第二辅助磁轭520时，必须为强磁性体，但是，在使用第一辅助磁轭510和第二辅助磁轭520时，可以为SUS材质。

磁芯200呈上下方向的长圆筒形轴状，为强磁性材质，具体为SPCC材质。

上述磁芯200配置在外壳100内部，即收容空间100a的中心部，上端和下端分别固定在外壳100上。

此外，磁芯200如后述，在第一线圈部件310和第二线圈部件320通电时，周边产生强磁场。

第一线圈部件310和第二线圈部件320为漆包线，以磁芯200为中心呈圆筒形卷圈而成，第一线圈部件310和第二线圈部件320的卷圈方向相反。

此外，第一线圈部件310配置在磁芯200的上部，第二线圈部件320配置在磁芯200的下部，第一线圈部件310和第二线圈部件320在上下方向上隔开配置。

也就是说，第一线圈部件310在磁芯200的上端周围面上顺时针方向卷圈，第二线圈部件320在磁芯200的下端外周面上逆时针方向卷圈。

另外，中心磁轭400为强磁性体，具体地为SPCC材质，其直径与第一线圈部件310和第二线圈部件320相同，呈圆筒形，配置在第一线圈部件310和第二线圈部件320之间。

也就是说，中心磁轭400配置在磁芯200的上下方向的中心，围住磁芯200的外周面。

上述中心磁轭400在第一线圈部件310和第二线圈部件320通电时，使磁块600上下移动，具有诱导磁场的性能。

此外，第一线圈部件310的上部具有第一辅助磁轭510，第二线圈部件320的下部具有第二辅助磁轭520。

所述第一辅助磁轭510和第二辅助磁轭520为SPCC材质，其直径与第一线圈部件310和第二线圈部件320相同，呈圆筒形，厚度薄于中心磁轭400的厚度。

根据情况，第一辅助磁轭510和第二辅助磁轭520也可以没有，这时，第一线圈部件310和第二线圈部件320的厚度要增加到第一辅助磁轭510和第二辅助磁轭520的厚度，底板110和盖部120的材质必须是强磁性材质。

上述第一线圈部件310的上部和第二线圈部件320的下部，分别具有第一辅助磁轭510和第二辅助磁轭520，在第一线圈部件310和第二线圈部件320通电时，为了使磁块600上下移动，可引导磁场，具有增加驱动力的效果。

此外，磁芯200、中心磁轭400、第一辅助磁轭510、第二辅助磁轭520均为相同材质可一体型形成。

另外，磁块600的内径大于中心磁轭400的外径，呈环状，包住中心磁轭400的外侧。

上述磁块600的极性上下方向形成，也就是说，N极在上部，S极在下部。

当然，根据情况不同，磁块600的极性可以相反形成。

也就是说，磁块600的上部为S极，下部为N极，这时，第一线圈部件310和第二线圈部件320的卷圈方向也相反。

如图4所示，自磁块600产生的磁场，因磁芯200、第一辅助磁轭510及第二辅助磁轭520被诱导，形成强磁力线。

此外，磁块600的厚度厚于中心磁轭400的厚度，第一线圈部件310和第二线圈部件320通电时，即在初始状态时，磁块600的空极部分与中心磁轭400一致。

重量锤700包住磁块600的外侧，与磁块600一起，在第一线圈部件310和第二线圈部件320通电时，具有与电源相同频率的共振频率，在第一线圈部件310和第二线圈部件320通电时，与磁块600一起上下方向并振运动，产生振动。

此外，磁块600和重量锤700因第一弹性部件810被弹性支撑在外壳100内部。

具体地说，第一弹性部件810为板簧，包括：环形的第一固定部800a、直径大于第一固定部800a并呈环形的第二固定部800b、连接第一固定部800a和第二固定部800b的螺旋形连接部800c。

连接部800c由四个构成，呈螺旋形。

当然，连接部800c的形状和个数根据情况不同可做多种变化。

第一弹性部件810的一端，即第一固定部800a固定在磁块600和重量锤700的上端；另一端，即第二固定部800b固定在外壳100上部，即盖部120上。

上述第一弹性部件810在磁块600和重量锤700上，附加上下方向的弹性力，使磁块60和重量锤700易于上下并振运动。

第二弹性部件820与第一弹性部件810构成相同，第一固定部800a固定在磁块600和重量锤700下端，第二固定部800b固定在底板110上。

上述第二弹性部件820和第一弹性部件810相同，在磁块600和重量锤700上施加弹性力，使磁块600和重量锤700易于上下并振运动。

此外，第一垫材910和第二垫材920为具有弹性感的橡胶材质，呈圆形的环状，内径大于磁块600的内径，外径小于重量锤700的外径。

此外，第一垫材910配置在收容空间100a的内部，固定安装在盖部120上部；第二垫材920配置在收容空间100a的内部，固定安装在底板110上。

上述第一垫材910和第二垫材920在磁块600和重量锤700上下并振运动冲突时，可产生反冲力，增加振动的加速速度。

此外，第一垫材910和第二垫材920在磁块600和重量锤700上下并振运动冲突时，可起到吸音作用，具有减少噪音发生的效果。

有上述结构构成的本发明实施方式的触觉致动器的动作过程如下。

首先在初始状态，也就是说，在第一线圈部件310和第二线圈部件320通电前，如图4所示，在磁块600上部，通过第一辅助磁轭510、磁芯200及第二辅助磁轭520，形成使磁块600上下移动的磁力线。

如图5所示，电源从第一线圈部件310向第二线圈部件320方向施加时，在第二线圈部件320周边，向着中心磁轭400的方向，配有S极的磁极，形成自第二线圈部件320下部向第二辅助磁轭520、磁块600、中心磁轭400及磁芯200移动的磁力线。

因上述磁力线的相互作用，磁块600向下移动。

相反，如图6所示，电源自第二线圈部件320向第一线圈部件310施加时，在第一线圈部件310的周边向着中心磁轭400方向配有N极磁极，自第一线圈部件310下部向着磁芯200、中心磁轭400及第一辅助磁轭510形成磁力线，从而使磁块600上向移动。

因上述移动，一定的频率范围被施加在第一线圈部件310和第二线圈部件320上，磁块600和重量锤700上下并振运动，从而产生振动。

另外，依据本发明实施方式的触觉致动器，如图4的箭头方向，在第一线圈部件310、第二线圈部件320和磁块600之间形成封闭环结构的磁力线。

上述磁力线结构和第一弹性部件810及第二弹性部件820使磁块600和重量锤700在振动时呈负劲度(Negative stiffness)状态。

也就是说，第一线圈部件310和第二线圈部件320通电时，如图8所示，磁块600上下移动的变位距离mm的一定区间内，在磁块600上发生的磁力的力N与第一弹性部件810及第二弹性部件820的弹性力的差异不到±1时，为稳定的状态。

因上述磁力线结构，产生磁块600配在中心磁轭200上的力。

上述磁块600在负劲度状态时，磁块600的振动值增加，从而使控制部信号下的磁块600的反应速度变快。

在此，对以往技术的振动马达和本发明的触觉致动器的反应速度进行测定的结果显示，以往的振动马达的反应速度约为27.5ms，本发明实施方式的触觉致动器的反应速度约为5.5ms。

此外，如图7所示，与以往的振动马达T1相比，本发明实施方式的触觉致动器T2的加速速度更大，反应频率范围更宽。

具体来说，在图7中，依据施加在线圈部件上的电源的频率，以往的振动马达T1及本发明实施方式的触觉致动器T2的加速速度进行比较时，以1G为基准来看，以往的振动马达T1的反应频率范围约为20～30Hz，本发明的触觉致动器T2的反应频率范围约为170Hz。

依据上述本发明实施方式的触觉制动器，由磁块600、磁芯200、中心磁轭400、第一辅助磁轭510和第二辅助磁轭520形成的磁力线结构，具有提高频率范围并可提高反应速度的效果。

以上是本发明的优选具体实施方式，本发明并不局限于此，但凡在本发明的技术思想和技术原则范围内的所有替换、变更等，均属于本发明的保护范畴之内。

Claims

1.一种触觉制动器，其特征在于，包括：内部具有收容空间的外壳；固定在所述收容空间内的磁芯；安装在所述磁芯的外侧、上下方向隔开的第一线圈部件及第二线圈部件；配置在所述第一线圈部件和所述第二线圈部件之间、安装在所述磁芯外侧的中心磁轭；安装在所述第一线圈部件上端的第一辅助磁轭；安装在所述第二线圈部件下端的第二辅助磁轭；所述第一辅助磁轭和第二辅助磁轭为SPCC材质，其直径与所述第一线圈部件和第二线圈部件相同，呈圆筒形；配置子所述中心磁轭外侧的磁块；固定安装在所述磁块外侧的重量锤；一端固定在所述磁块和所述重量锤上、另一端固定在所述外壳的上部、弹性支撑所述磁块和所述重量锤的第一弹性部件；一端固定安装在所述磁块及所述重量锤的下端、另一端固定安装在所述外壳的下部、弹性支撑所述磁块及所述重量锤的第二弹性部件；第一弹性部件和第二弹性部件为板簧，包括：环形的第一固定部、直径大于第一固定部并呈环形的第二固定部、连接第一固定部和第二固定部的螺旋形连接部，所述磁块的磁力(N)和所述第一弹性部件的弹性力(N)的差不足±1，所述外壳呈圆筒形，由底板和盖部构成，所述底板及盖部为SUS材质。

2.根据权利要求1所述的触觉制动器，其特征在于，所述第一线圈部件和所述第二线圈部件互相反方向卷圈，所述磁块的极性上下方向形成，厚度厚于所述中心磁轭的厚度。

3.根据权利要求1所述的触觉制动器，其特征在于，所述第一辅助磁轭及所述第二辅助磁轭的厚度薄于所述中心磁轭的厚度。

4.根据权利要求1所述的触觉制动器，其特征在于，还包括：配置在所述收容空间内，固定安装在所述外壳上部的第一垫材；配置在所述收容空间内，固定安装在所述外壳下部的第二垫材。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的触觉制动器，其特征在于，所述磁芯为圆筒形的轴状；所述第一线圈部件及所述第二线圈部件在所述磁芯的外周面上，以所述磁芯为中心卷圈而成；所述中心磁轭呈环状，围住所述磁芯的外周面；所述磁块和所述重量锤呈环状，围住所述磁芯的外侧。