CN105518983B

CN105518983B - 触觉致动器

Info

Publication number: CN105518983B
Application number: CN201480013982.6A
Authority: CN
Inventors: 千世俊
Original assignee: Hysonic Co Ltd
Current assignee: Hysonic Co Ltd
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2018-02-02
Anticipated expiration: 2034-07-18
Also published as: CN105518983A; WO2016010180A1; US20170120297A1; US9815085B2

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幅度等性能的触觉致动器，振动体包括：配置在线圈部件纵向一段的第一磁性体；配置在所述线圈部件的纵向另一端的第二磁性体；分别安装在所述第一磁性体的横向两端的第一磁块及第二磁块；分别安装在所述第一磁性体横向两端的第三磁块及第四磁块；安装在所述第一磁块及所述第三磁块横向一端的第三磁性体；安装在所述第二磁块及所述第四磁块横向另一端的第四磁性体；分别安装在所述第三磁性体及所述第四磁性体上的第一重锤及第二重锤。

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。

（专利文献 1）韩国授权专利第10-1250288号

（专利文献 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，具有内部形成收容部的外壳；固定安装在所述外壳上，纵向卷曲形成，自控制部接收电源的线圈部件；及配置在所述线圈部件的外侧，在所述收容部上可沿横向弹性移动安装的振动体。所述振动体包括：配置在线圈部件纵向一段的第一磁性体；配置在所述线圈部件的纵向另一端的第二磁性体；分别安装在所述第一磁性体的横向两端的第一磁块及第二磁块；分别安装在所述第一磁性体横向两端的第三磁块及第四磁块；安装在所述第一磁块及所述第三磁块横向一端的第三磁性体；安装在所述第二磁块及所述第四磁块横向另一端的第四磁性体；分别安装在所述第三磁性体及所述第四磁性体上的第一重锤及第二重锤。

所述第一磁块及所述第二磁块的极性在所述第一磁性体方向为N极，在其反方向为S极；所述第三磁块及所述第四磁块的极性在所述第二磁性体方向为N极，在其反方向为S极；所述第一磁性体及所述第二磁性体的极性在所述线圈部件方向为N极，在其反方向为S极。

所述第一次磁性体及所述第二磁性体为强磁性金属，或是磁块。

所述第三磁性体为一个本体，在纵向两端分别与所述第一磁块及所述第三磁块相接；所述第四磁性体为一个本体，在纵向两端分别与所述第二磁块及所述第四磁块相接。

在所述第三磁性体及所述第四磁性体的上端及下端，向着中间方向，分别形成凹陷的磁力加强槽。

所述第三磁性体由两个分离而成，分别隔开配置在所述第一磁块及所述第三磁块上；所述第四磁性体由两个分离而成，分别隔离配置在所述第二磁块及所述第四磁块上。

在所述振动体的横向两端和所述外壳上，分别安装有横向弹性支撑所述振动体的第一弹性部件及第二弹性部件；所述第一弹性部件和所述第二弹性部件为波形弯曲而成的板簧。

所述振动体还包括：插入配置所述线圈部件的贯通孔；内部形成可安装所述第一磁性体、所述第一磁块、所述第二磁块、所述第二磁性体、所述第三磁块、所述第四磁块、所述第三磁性体、所述第四磁性体、所述第一重量锤及所述第二重量锤的安装空间的支撑板。

所述第一弹性部件及所述第二弹性部件分别安装在所述外壳及所述支撑板的横向两端之间，弹性支撑所述支撑板横向移动。

在所述线圈部件的横向两端，还具有因与所述振动体冲突而产生的反冲力，提高所述振动体加速速度的第三弹性部件及第四弹性部件。

本发明的有益效果如下。

所述振动体300因磁力线的结构，通过磁性呈负劲度（Negative stiffness）状态，在所述振动体300上，在所述线圈部件200的中心上产生要配置的力，从而增加了振动体300的振动值，依据所述控制部的信号，产生所述振动体300反应速度增加的效果。

此外，所述振动体300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。

所述第三磁性体323及所述第四磁性体324上分别形成磁力加强槽323a、324a，所述第三磁性体323及所述第四磁性体324自传时，磁力加强，具有可提高驱动力的效果。

所述第三弹性部件510及所述第四弹性部件520分别安装在所述线圈部件200的两侧，可提高所述振动体300的加速速度，从而提高触觉致动器的反应速度。

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平面结构图；

图5是本发明实施方式的振动体的磁力结构图；

图6是本发明实施方式的触觉致动器的动作状态图；

图7是本发明实施方式的第三磁性体及第四磁性体的平面结构图；

图8是图7中第三磁性体及第四磁性体的力变图；

图9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。

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平面结构图；图5是本发明实施方式的振动体的磁力结构图；图6是本发明实施方式的触觉致动器的动作状态图；图7是本发明实施方式的第三磁性体及第四磁性体的平面结构图；图8是图7中第三磁性体及第四磁性体的力变图；图9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。

如图1至图7所示，本发明的触觉致动器由外壳100、线圈部件200、振动体300、第一弹性部件410、第二弹性部件420、第三弹性部件510及第四弹性部件520构成。

外壳100在横向（HD），即左右方向呈长的直六面体形状，非磁性体，进一步，包括底板110和盖部120。

底板110在横向（HD）呈长直四角形板形，在中心部如后述，形成固定安装线圈部件200的固定槽111。

盖部120如图3所示，内部形成收容线圈部件200及振动体300的收容部121，围住底板110。

线圈部件200在横向（HD），即左右方向围住纵向（VD），固定安装在外壳100的底板110上。

也就是说，线圈部件200纵向（VD）包住线架导线，如图3所示，在线架的下端夹固在固定槽111上。

当然，线圈部件200涂有粘贴剂等，可固定在底板110上。

上述线圈部件200与便携式终端设备等的控制部（未图示）连接，自控制部接收电源。

此外，振动体300配置在收容部121的线圈部件200外侧，可左右移动。

具体来说，振动体包括：支撑板310、第一磁性体321、第二磁性体322、第一磁块331、第二磁块332、第三磁块333、第四磁块334、第三磁性体323、第四磁性体324、第一重量锤341及第二重量锤342。

支撑板310如图2所示，上端为开放的六面体形状，内部具有可安装第一磁性体321、第一磁块331、第二磁块332、第二磁性体322、第三磁块333、第四磁块334、第三磁性体323、第四磁性体324、第一重量锤341及第二重量锤342的安装空间。

支撑板310的横向HD两侧上，如后述，安装有第一弹性部件410及第二弹性部件420，因第一弹性部件410及第二弹性部件420，支撑板310可在外壳100的收容部121上左右移动安装。

进一步，支撑板310的下端中心部上形成可插入配置线圈部件200的四角形贯通孔311。

贯通孔311的大小大于线圈部件200，因此，在支撑板310左右移动时，不会干涉线圈部件200。

第一磁性体321为六面体，固定在支撑板310上，在线圈部件200的纵向VD一端，即如图4所示，在线圈部件200的上部中心上，与线圈部件200稍作隔开配置。

第一磁性体321为强磁性材质，具体说，为SPCC材质，根据情况，可由具有极性的磁块构成。

在此，第一磁性体321为磁块，第一磁性体321的线圈部件200方向的极性，如后述，与第一磁块331及第二磁块332的第一磁性体321方向上的极性相同。

也就是说，如图5所示，第一磁块331及第二磁块332在第一磁性体321方向上为N极，第一磁性体321在线圈部件200方向为N极；在反方向为S极。

依据本发明的实施方式，第一磁性体321为强磁性材质，如后述，因第一磁块331及第二磁块332被磁化，如图5所示，线圈部件200方向上为N极，在其反方向上为S极。

第二磁性体322与第一磁性体321相同，为SPCC材质，在线圈部件200的纵向VD的另一端，即如图4所示，在线圈部件200的下部中心稍作隔开配置，固定在支撑板310上。

第二磁性体322如后述，因第三磁块333及第四磁块334被磁化，极性以线圈部件200为中心，与第一磁性体321的极性对称。

也就是说，如图5所示，在线圈部件200方向为N极，在其反方向为S极。

第一磁块331及第二磁块332为长于第一磁性体321的长六面体形状，固定在支撑板310上，分别安装在第一磁性体321的横向HD的两端。

也就是说，如图4所示，第一磁块331配置在第一磁性体321的左侧，第二磁块332配置在第一磁性体321的右侧。

进一步，第一磁块331及第二磁块332的极性，如图5所示，在第一磁性体321方向上为N极，在其反方向上为S极。

也就是说，第一磁块331及第二磁块332的极性以第一磁性体321为中心相互对称。

第三磁块333及第二磁块332与第一磁块331相同，固定在支撑板310上，分别安装在第二磁性体322的横向HD两端。

也就是说，如图4所示，第三磁块333配置在第二磁性体322的左侧，第四磁块334配置在第二磁性体322的右侧。

进一步，第三磁块333及第四磁块334的极性，如图5所示，在第二磁性体322的方向为N极，在其反方向为S极。

也就是说，第三磁块333及第四磁块334的极性以第二磁性体322为中心相互对称。

如果说，第一磁块331及第二磁块332的极性，在第一磁性体321方向上为N极，在其反方向上为S极，那么第三磁块333及第四磁块334也在第二磁性体322方向上为N极，在其反方向上为S极。此时，第一磁性体321及第二磁性体322的极性在线圈部件200方向上为N极，在其反方向上为S极。

此外，第三磁性体323与第一磁性体321一样，为SPCC材质，即强磁性材质，在纵向VD上为长六面体形状，配置有第一磁块331及第三磁块333的线圈部件200的横向HD一端，即如图4所示，配置在第一磁块331及第三磁块333的左侧，固定在支撑板310上。

也就是说，第三磁性体323为一个本体，纵向VD两端分别与第一磁块331及第三磁块333相接。

进一步，如图2至图7a所示，第三磁性体323的外侧上形成半圆形状的磁力加强槽323a。

磁力加强槽323a分别形成在第三磁性体323的上端及下端，以第三磁性体323为中心方向凹陷而成。

上述磁力加强槽323a在第三磁性体323被磁化时，可增强磁力，提高振动体300的驱动力。

当然，根据情况，如图7b所示，第三磁性体323也可以是没有磁力加强槽323a，呈六面体的一个本体，如图7c所示，在纵向VD由两个分离而成，在分别在纵向CD隔离的状态下，与第一磁块331及第二磁块332相接。

但是，如图8所示，在第三磁性体323上形成磁力加强槽323a时，在振动体300的变为距离上力变大。

也就是说，在图8中，在线圈部件200上施加电源时，依据振动体300的变位距离mm，可测定振动体300的磁力的力N的变化，与图7b相比，图7a中使用磁力加强槽323a更为优选。

当然，在图7c中的力大于图7a中的力，在图7c中分离为两个，其组装性降低，成本变高；在图7a形成磁力加强槽323a则更为优选。

另外，第四磁性体324与第三磁性体323相同，为SPCC材质，在纵向VD为长六面体，配置有第二磁块332及第四磁块334的线圈部件200的横向HD的另一端上，即如图4所示，配置在第二磁块332及第四磁块334的右侧，固定在支撑板310上。

此外，在第四磁性体324的上端及下端，形成上述的磁力加强槽324a，其效果与性能相同，在此省略说明。

有上述结构构成的振动体300，如图5的箭头方向所示，因磁性，形成四个封闭环结构的磁力线。

上述磁力线的结构如后述，因第一弹性部件410及第二弹性部件420的结构，使振动体300呈负劲度状态。

也就是说，当线圈部件200通电时，振动体300左右移动的变位距离mm的一定区间内，在振动体300上发生的磁力的力N与第一弹性部件410及第二弹性部件420的弹性力的差异不到±1时，为稳定的状态。

因上述振动体300的磁性结构，在振动体300上发生要配置在线圈部件200中心的力。

上述振动体300在负劲度状态时，振动体300的振动值增加，从而使控制部信号下的振动体300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9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9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20Hz，本发明的触觉致动器T2的反应频率范围约为40～50Hz。

此外，以往的振动马达T1的最大加速速度为1.2G，本发明的触觉致动器T2的为1.5G左右。

如上所述，本发明实施方式的振动体300的磁性结构，会提高本发明实施方式的触觉致动器的频率范围等性能，优越于以往技术的振动马达，尤其是可以提快反应速度。

此外，触觉致动器的反应速度变快时，使用触觉致动器的便携式设备可依据多种输入信号，迅速输出、生成及传达信息，从而提高品质及性能。

另外，第一重量锤341如图2及图4所示，呈六面体，材质为钢铁，配置在第三磁性体323的右侧，固定安装在支撑板310上。

第二重量锤342与第一重量锤341的构成及材质一样，配置在第四磁性体324的左侧，固定安装在支撑板310上。

上述第一重量锤341和第二重量锤342的共振频率与振动体300在线圈部件200通电后的电源频率相同，影响加速速度，在线圈部件200通电时，在振动体300上形成的电磁力和在线圈部件200周边形成的电磁力相互作用，左右方向并振运动，发生振动。

第一弹性部件410和第二弹性部件420安装在振动体300的横向HD两端和外壳100之间。

进一步，第一弹性部件410和第二弹性部件420为纵向VD波形形状的板簧，两端分别固定在支撑板310的左侧和盖部120上。

第二弹性部件420与第一弹性部件410相同，在纵向VD上为波形形状的板簧，两端分别固定在支撑板310的右侧和盖部120上。

上述第一弹性部件410和第二弹性部件420，在振动体300的横向HD，即左右方向上支撑，易于振动体300的左右并振运动。

此外，第一弹性部件410及第二弹性部件420在纵向VD上为波形形状的板簧，因振动体300的重量，可防止底板120下陷。

此外，第三弹性体520及第四弹性体520，呈六面体，分别安装在线圈部件200的横向HD两侧，由具有弹性力的橡胶材质构成。

上述第三弹性部件510及第四弹性部件520在振动体300的横向HD上并振运动，产生与振动体300冲突时的反冲力，增加振动体300的加速速度。

不仅如此，第三弹性部件510及第四弹性部件520在振动体300冲突时，可起到吸收噪音的效果。

如上所述，第三弹性部件510及第四弹性部件520分别安装在线圈部件200的两侧，可增加振动体300的加速速度，从而增加触觉致动器的反应速度，减少噪音。

由上述结构构成的本发明实施方式的触觉致动器，通过控制部，在线圈部件200上施加具有一定频率的电源，如图6所示，向着振动体300的左侧或右侧并振运动，第一重量锤341及第二重量锤342增振，产生振动。

在此，在振动体300上，因磁极配置形成的四个居于封闭环结构的电磁线，第一弹性部件410及第二弹性部件420相互作用，振动体300在振动时，呈负劲度状态，从而使振动体300的振动值增加，因控制部的信号，触觉致动器的反应速度变快。

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

1.一种触觉致动器，具有内部形成收容部的外壳；固定安装在所述外壳上，纵向卷曲形成，自控制部接收电源的线圈部件；及配置在所述线圈部件的外侧，在所述收容部上可沿横向弹性移动安装的振动体；

所述振动体包括：配置在线圈部件纵向一端的第一磁性体；配置在所述线圈部件的纵向另一端的第二磁性体；分别安装在所述第一磁性体的横向两端的第一磁块及第二磁块；分别安装在所述第二磁性体横向两端的第三磁块及第四磁块；安装在所述第一磁块及所述第三磁块横向一端的第三磁性体；安装在所述第二磁块及所述第四磁块横向另一端的第四磁性体；分别安装在所述第三磁性体及所述第四磁性体上的第一重锤及第二重锤；

2.根据权利要求 1 所述的触觉致动器，其特征在于，所述第一磁性体及所述第二磁性体为强磁性金属，或是磁块。

3.根据权利要求 1 所述的触觉致动器，其特征在于，所述第三磁性体为一个本体，在纵向两端分别与所述第一磁块及所述第三磁块相接；所述第四磁性体为一个本体，在纵向两端分别与所述第二磁块及所述第四磁块相接。

4.根据权利要求 3 所述的触觉致动器，其特征在于，在所述第三磁性体及所述第四磁性体的上端及下端，向着中间方向，分别形成凹陷的磁力加强槽。

5.根据权利要求 1 所述的触觉致动器，其特征在于，所述第三磁性体由两个分离而成，分别隔开配置在所述第一磁块及所述第三磁块上；所述第四磁性体由两个分离而成，分别隔离配置在所述第二磁块及所述第四磁块上。

6.根据权利要求 1 所述的触觉致动器，其特征在于，在所述振动体的横向两端和所述外壳上，分别安装有横向弹性支撑所述振动体的第一弹性部件及第二弹性部件；所述第一弹性部件和所述第二弹性部件为波形弯曲而成的板簧。

7.根据权利要求 6 所述的触觉致动器，其特征在于，所述振动体还包括：插入配置所述线圈部件的贯通孔；内部形成可安装所述第一磁性体、所述第一磁块、所述第二磁块、所述第二磁性体、所述第三磁块、所述第四磁块、所述第三磁性体、所述第四磁性体、第一重锤及第二重锤的安装空间的支撑板；

8.根据权利要求 1 所述的触觉致动器，其特征在于，在所述线圈部件的横向两端，还具有因与所述振动体冲突而产生的反冲力，提高所述振动体加速速度的第三弹性部件及第四弹性部件。