CN109890517B - 用于产生触觉反馈的设备和电子仪器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于触觉反馈的设备(1)，具有压电执行器(2)和机械结构(3)，其中所述压电执行器(2)设计用于沿着第一方向(x)改变压电执行器的延展，并且其中所述机械结构(3)设计用于，由于所述压电执行器(2)的延展的改变而变形为，使得所述机械结构(3)的区域(5a，5b)相对于所述压电执行器(2)沿着垂直于所述第一方向(x)的第二方向(y)运动。此外，本发明涉及一种电子仪器，所述电子仪器具有这种设备(1)。

Description

用于产生触觉反馈的设备和电子仪器
技术领域
本发明涉及一种用于产生触觉反馈的设备以及一种电子仪器，所述电子仪器具有这种设备。在各式各样的电子仪器中，例如在触敏屏幕中，人工产生的触觉反馈是期望的，所述触觉反馈模拟天然的击键。其它应用，例如游戏主机，同样使用产生触觉反馈的振动模块。在这种仪器中，可供使用的空间通常是极其受限的，使得触觉反馈应借助于尽可能小的设备来产生。
背景技术
从US 2014/0292144 A1中已知压电执行器作为用于产生触觉反馈的设备的驱动器的应用。
发明内容
本发明的目的是，提出一种用于产生触觉反馈的改进的设备。
该目的通过本发明的实施例所述的设备来实现。
提出一种用于产生触觉反馈的设备，所述设备具有压电执行器和机械结构，其中压电执行器设计用于，改变其沿着第一方向的延展，并且其中机械结构设计用于，由于压电执行器的延展的改变而变形为，使得机械结构的一个区域相对于压电执行器沿着垂直于第一方向的第二方向运动。
机械结构能够设计用于，将压电执行器的延展的改变转变为该区域沿第二方向的运动。所述区域在此能够是机械结构的如下区域，该区域由于压电执行器的延展的改变而经历最大程度的运动。机械结构的其它区域也能够由于压电执行器的延展的改变而变形。这些其它区域在此能够经历如下运动，所述运动的运动幅度小于该区域的运动。
通过该区域的运动能够产生触觉反馈。为此，例如能够将重物或者壳体元件例如顶盖或者底板固定在该区域上。这些重物或者壳体元件能够跟随该区域的运动。通过该区域的运动能够产生振动，所述振动被使用者感知为触觉反馈。
机械结构由此能够实现：将压电执行器的运动转换成压电执行器垂直于第二方向的延展。所述设备沿着第二方向与沿着第一方向相比能够具有更小的延展。与之相应地，触觉反馈或者振动能够沿着如下方向起作用，在所述方向上，所述设备是非常扁平的。所述设备的这种扁平的形状对于装入电子仪器中能够是有利的。
压电执行器能够是多层器件，其中内部电极和压电层沿着堆叠方向交替地上下堆叠。堆叠方向能够平行于第一方向。压电执行器能够设计用于，由于施加到内部电极上的电压而沿着第一方向改变其延展。压电执行器能够延展或者收缩。在延展时，执行器的长度沿着第一方向增大。在收缩时，执行器的长度沿着第一方向减小。执行器能够设计用于，使得其由于施加到内部电极上的交流电压而不断地改变其延展，由此产生振动。
机械结构能够具有钢或者青铜。尤其，机械结构能够由钢或者青铜制成。机械结构能够是一件式的。
机械结构能够设计用于，使得机械结构的区域由于压电执行器的延展的改变而沿着第二方向运动一定路段，所述路段是压电执行器的延展沿着第一方向的改变的至少10倍大。优选地，所述路段是压电执行器的延展的改变的至少20倍大。与之相应地，机械结构能够实现至少1:10，优选至少1:20的用于压电执行器的延展的改变的行程比(Hubüersetzung)。与之相应地，机械结构能够用于增大运动幅度。与之相应地，机械结构能够显著地增强所产生的振动或所产生的触觉反馈，所述触觉反馈可由压电执行器产生。
机械结构能够具有子结构，所述子结构设计用于，由于压电执行器的延展的改变而不相对于压电执行器沿着第二方向运动。触觉反馈能够通过所述区域相对于子结构的相对运动产生。子结构在此能够作用为相对于压电执行器的对角式支架。尤其，具有所述区域的杠杆臂能够与压电执行器和子结构连接，使得压电执行器的延展引起杠杆臂围绕转动点的转动，所述转动点通过子结构和杠杆臂的连接部位形成。
子结构能够沿着第一方向梁状地延伸，其中子结构平行于压电执行器设置。
机械结构能够具有第一杠杆臂，所述第一杠杆臂具有所述区域，其中压电执行器的第一端部固定在第一杠杆臂上。与之相应地，在压电执行器的延展改变时，固定有执行器的杠杆臂的位置沿着第一方向运动。压电执行器例如能够通过夹紧、粘接或者焊接与第一杠杆臂连接。
第一杠杆臂能够与子结构可移动地连接。第一杠杆臂和子结构能够是一件式的并且经由薄部可弯曲地彼此连接。替选地，第一杠杆臂和子结构能够是多件式的并且经由铰链可移动地彼此连接。通过第一杠杆臂相对于子结构可移动的方式，机械结构整体上本身是可移动的并且能够以这种方式变形。第一杠杆臂和子结构能够设计为，使得运动或变形始终弹性地进行。
第一杠杆臂能够具有第一端部部段、第二端部部段和中间部段。端部部段能够彼此平行。中间部段能够使这两个端部部段彼此连接并且垂直于这两个端部部段。与之相应地，第一杠杆臂能够是U形的。中间部段能够比第一端部部段和第二端部部段更长。中间部段在此能够平行于压电执行器设置。压电执行器能够设置在这两个端部部段之间。
设计用于在机械结构沿着第二方向变形时进行运动的区域，能够设置在中间部段中。尤其，中间部段在第一杠杆臂变形时能够是如下部段，所述部段经历其位置的最大改变。杠杆臂例如能够设计为，使得这两个端部部段由于压电执行器的延展的改变彼此受压分开或收缩在一起，由此中间部段拱起。
第一端部部段能够可移动地固定在子结构上，并且压电执行器的一个端部能够固定在第一端部部段上。
第二端部部段能够具有薄部，所述薄部将第二端部部段划分为第一子部段和第二子部段，所述第一子部段和第二子部段彼此是可弯曲的，其中第一子部段连接到中间部段上，并且其中第二子部段设计用于，固定在固定设备上。固定设备不是用于产生触觉反馈的设备的一部分。固定设备能够电子仪器的一部分，所述电子仪器具有用于产生触觉反馈的设备。
机械结构能够具有第二杠杆臂，所述第二杠杆臂具有如下区域，所述区域设计用于，在机械结构由于压电执行器的延展改变而变形时沿着第二方向运动。压电执行器的第二端部能够固定在第二杠杆臂上。杠杆臂能够设计为，使得第一杠杆臂的该区域和第二杠杆臂的该区域始终沿着相同方向运动。杠杆臂中的每一个都能够具有第一端部部段和第二端部部段，所述第一端部部段和第二端部部段分别具有薄部，其中所述薄部位于一个平面中。由此能够保证：避免机械结构被夹紧或者被机械地卡住。
第二杠杆臂能够设计为，使得第二杠杆臂的这两个端部部段由于压电执行器的延展的改变彼此受压分开或收缩在一起，由此中间部段拱起。
机械结构能够是多件式的。所述设备能够具有保持设备，所述保持设备设计用于，从外部将力施加到机械结构上，通过所述力将机械结构保持在一起。
压电执行器能够具有多层构造，其中沿着堆叠方向将内部电极和压电层交替地上下相叠地设置，其中第一方向平行于堆叠方向。
此外，本发明涉及一种电子仪器，所述电子仪器具有上述设备以及第一壳体元件和第二壳体元件。第一和第二壳体元件借助于机械结构被固定，使得在压电执行器的延展沿着第一方向改变时，所述壳体元件相对于彼此运动。第一壳体元件例如能够固定在子结构上，所述子结构不沿着第二方向相对于压电执行器运动，并且第二壳体部件能够固定在机械结构的如下区域上，所述区域由于压电执行器的延展的改变而沿着第二方向运动。
电子仪器例如能够是屏幕，尤其触敏屏幕。电子仪器能够是游戏主机的控制仪器。
附图说明
接下来根据附图详细阐述本发明。
图1和图2示出用于触觉反馈的设备。
图3和4示出机械结构。
具体实施方式
图1和2示出用于产生触觉反馈的设备1。图1示出设备1的立体视图。图2示出设备1的横截面。
设备1具有压电执行器2和机械结构3，所述机械结构设计用于，将压电执行器2的长度改变转换为具有增大的运动范围的机械运动。压电执行器2是多层器件，所述多层器件设计用于沿着堆叠方向振荡，在所述堆叠方向上内部电极和压电层交替地上下堆叠。堆叠方向平行于第一方向x。压电执行器2设计用于，由于施加到内部电极上的电压而使其延展沿着第一方向x改变，其中压电执行器2交替地延展和收缩。
图3示出机械结构3的立体视图。图4示出机械结构3的横截面。
机械结构3具有第一杠杆臂4a和第二杠杆臂4b。机械结构3设计为，使得由于压电执行器2的延展的改变而使机械结构3变形为，使得第一杠杆臂4a的区域5a和第二杠杆臂4b的区域5b分别沿着第二方向y运动。第二方向y垂直于第一方向x。机械结构3尤其成形为，使得第一和第二杠杆臂4a、4b的区域5a、5b运动一定路段，所述路段大于压电执行器2沿着第一方向x的长度改变。第一和第二杠杆臂5a、5b的区域4a、4b所运动的路段例如能够为压电执行器2的延展的改变的至少10倍大。与之相应地，机械结构3能够实现1:10的行程比。
接下来首先更仔细地观察第一杠杆臂4a。第一杠杆臂4a是U形的。第一杠杆臂4a具有第一端部部段6a和第二端部部段7a，所述第一端部部段和第二端部部段彼此平行地设置。此外，第一杠杆臂4a具有中间部段8a，所述中间部段垂直于第一和第二端部部段6a、7a并且所述中间部段使这两个端部部段6a、7a彼此连接。由于压电执行器2的延展的改变而经历沿着第二方向y的最大运动的区域5a设置在第一杠杆臂4a的中间部段8a中。
机械结构3还具有子结构9，所述子结构设计用于，由于压电执行器2的延展的改变而不发生运动。该子结构9用作为压电执行器2的对角式支架。所述子结构形成固定点，关于所述固定点，压电执行器2和杠杆臂4a、4b能够相对运动。子结构9是梁状的。子结构9平行于压电执行器2设置。子结构9以小于1mm的间距平行于压电执行器2伸展。
子结构9和第一杠杆臂4a一件式地成形。子结构9和第一杠杆臂4a经由第一薄部10彼此连接。第一杠杆臂4a能够相对于子结构9运动，其方式是：薄部10弯曲。第一薄部10设计用于，在弯曲时弹性变形。第一薄部10是转动点，第一杠杆臂4a能够围绕所述转动点相对于子结构9转动。第一杠杆臂4a由此可移动地固定在子结构9上。此外，压电执行器2固定在第一杠杆臂4a上。压电执行器2能够不可松开地固定在第一杠杆臂4a上，例如通过夹紧、粘接、焊接或者其它固定方法固定。
子结构9和压电执行器2分别与第一杠杆臂4a的第一端部部段6a连接。子结构9在此可移动地与第一端部部段6a连接。压电执行器2固定在第一端部部段4a上，使得通过压电执行器2的延展或收缩使第一端部部段4a运动。压电执行器2固定在第一端部部段4a的如下位置处，所述位置与第一端部部段4a的固定有子结构9的位置相比离中部部段8a更近。
第一杠杆臂4a还具有第二端部部段7a。第二端部部段7a通过第二薄部11划分为两个子部段12a、13a。第二端部部段7a的第一子部段12a直接连接于中部部段8a。第二端部部段7a的第二子部段13a设置在第二端部部段7a的远离中部部段8a的一侧上。第二薄部11实现：第二端部部段7a的这两个子部段12a、13a能够相对于彼此运动。尤其，第二端部部段7a能够在第二薄部11处弯曲。第二子部段13a设计用于，固定在外部的固定设备上。
此时观察到如下情况：压电执行器2由于所施加的电压而沿着第一方向x延展。在这种情况中，在子结构9和第一杠杆臂4a的第一端部部段6a之间的第一薄部10弯曲。压电执行器2沿着第一方向x挤压第一端部部段6a。由此，第一端部部段6a围绕作为转动点的第一薄部10弯曲。如果第二端部部段7a的第二子区域13a固定在固定设备上，那么所述第二子区域与之相应地能够不跟随所述转动。为了均衡第一端部部段6a的转动运动，因此第二端部部段7a在其薄部11处弯曲。在此，第二端部部段7a的第一子部段12a相对于第二端部部段7a的第二子部段13a运动。与此伴随着中间部段8a的拱起。尤其，中间部段8a沿着第二方向y运动。在图1和图2中的视图中，中间部段8a向下弯曲。在此，所标明的区域5a经历尤其大的运动。
机械结构3还具有第二杠杆臂4b。第二杠杆臂4b与第一杠杆臂4a具有相同的构造。第二杠杆臂4b也具有第一端部部段6b、中间部段8b和第二端部部段7b，所述第一端部部段可移动地与子结构9连接并且所述第一端部部段固定在压电执行器2上，所述第二端部部段通过第三薄部14划分为两个子部段12b、13b。子结构9和压电执行器2与第二杠杆臂4b连接为，使得第二杠杆臂4b的由于压电执行器2的延展的改变而经历最大的位置改变的区域5b始终沿着与第一杠杆臂4a的区域5a相同的方向运动。为此，压电执行器2在第二杠杆臂4b处固定在第一端部部段6b的如下位置处，所述位置和子结构9与第二杠杆臂4b连接的位置相比离中间部段8b更远。由此保证，第二杠杆臂4b的第一端部部段6b与第一杠杆臂4a的第一端部部段6a沿着相同的转动方向转动。第二杠杆臂4b的第一端部部段6b经由第四薄部15与子结构9连接。
在图1和图2中示出的实施例中，第一和第二杠杆臂4a、4b的中部部段8a、8b的区域5a、5b如在上文中所探讨的那样由于压电执行器2的延展而向下运动。由于压电执行器2的收缩，区域5a、5b向上运动。
在一个替选的实施例中，机械结构3能够是多件式的。在这种情况下，薄部10、11、14、15中的一个或多个通过铰链代替，在所述铰链处，实现相应的杠杆臂4a、4b的第一端部部段6a、6b相对于子结构9的相对运动或第一子部段12a、12b相对于第二端部部段7a、7b的第二子部段13a、13b的运动。在这种情况下，设备1还能够具有如下元件，所述元件设计用于，从外部将力施加到机械结构3上，以便将所述机械结构保持在一起。在此，所述元件例如能够是弹簧。
作用为转动点的四个薄部10、11、14、15设置在一个平面中。由此能够保证：防止机械结构3的夹紧并且能够将在外部的固定设备之间的间距保持恒定。如果四个薄部10、11、14、15以最大1mm远离所述平面设置，那么这四个薄部也视为位于一个平面中。薄部10、11、14、15中的一个以小于1mm从所述平面向外偏移的设置不引起机械结构3的夹紧。
触觉反馈此时通过在子结构9和杠杆臂4a、4b之间的相对运动产生。电子仪器的壳体元件例如能够固定在子结构9和杠杆臂4a、4b上。壳体元件例如能够是底板、顶盖或者重物。所述壳体元件能够通过螺旋连接或者其它连接固定在子结构9和杠杆臂4a、4b上。
如果此时固定在子结构9上的壳体元件相对于固定在杠杆臂4a、4b之一上的壳体元件或重物运动，那么由此产生触觉反馈，所述触觉反馈被电子仪器的使用者感知到。
附图标记列表
1 设备
2 执行器
3 机械结构
4a 第一杠杆臂
4b 第二杠杆臂
5a 第一杠杆臂的区域
5b 第二杠杆臂的区域
6a 第一杠杆臂的第一端部部段
6b 第二杠杆臂的第一端部部段
7a 第一杠杆臂的第二端部部段
7b 第二杠杆臂的第二端部部段
8a 第一杠杆臂的中间部段
8b 第二杠杆臂的中间部段
9 子结构
10 第一薄部
11 第二薄部
12a 第一杠杆臂的第二端部部段的第一子部段
12b 第二杠杆臂的第二端部部段的第一子部段
13a 第一杠杆臂的第二端部部段的第二子部段
13b 第二杠杆臂的第二端部部段的第二子部段
14 第三薄部
15 第四薄部
x 第一方向
y 第二方向

Claims (15)

1.一种用于产生触觉反馈的设备(1)，所述设备具有压电执行器(2)和机械结构(3)，
其中所述压电执行器(2)设计用于沿着第一方向(x)改变所述压电执行器的延展，
其中所述机械结构(3)设计用于，由于所述压电执行器(2)的延展的改变而变形为，使得所述机械结构(3)的区域(5a，5b)相对于所述压电执行器(2)沿着垂直于所述第一方向(x)的第二方向(y)运动，
其中所述机械结构(3)具有子结构(9)，所述子结构设计用于，由于所述压电执行器(2)的延展的改变而不相对于所述压电执行器(2)沿着所述第二方向运动，
其中所述触觉反馈通过所述区域(5a，5b)相对于所述子结构(9)的相对运动产生，和
其中所述子结构(9)沿着所述第一方向(x)梁状地延伸。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，
其中所述机械结构(3)设计用于，由于所述压电执行器(2)的延展的改变而使所述机械结构(3)的所述区域(5a，5b)沿着所述第二方向(y)运动一定路段，所述路段为所述压电执行器(2)的延展沿着所述第一方向(x)的改变的至少十倍大。
3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其中所述子结构(9)平行于所述压电执行器(2)设置。
4.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其中所述机械结构(3)具有第一杠杆臂(4a)，所述第一杠杆臂具有所述区域(5a)，并且其中所述压电执行器(2)的第一端部固定在所述第一杠杆臂(4a)上。
5.根据权利要求4所述的设备(1)，其中所述第一杠杆臂(4a)可移动地与所述子结构(9)连接。
6.根据权利要求5所述的设备(1)，其中所述第一杠杆臂(4a)和所述子结构(9)是一件式的并且经由薄部(10)可弯曲地彼此连接，或者
其中所述第一杠杆臂(4a)和所述子结构(9)是多件式的并且经由铰链可移动地彼此连接。
7.根据权利要求4所述的设备(1)，其中所述第一杠杆臂(4a)具有第一端部部段(6a)、第二端部部段(7a)和中间部段(8a)，其中所述端部部段(6a，7a)彼此平行，并且其中所述中间部段(8a)将这两个端部部段(6a，7a)彼此连接并且垂直于这两个端部部段(6a，7a)，并且
其中设计用于在所述机械结构(3)变形时沿着所述第二方向(y)运动的所述区域(5a)设置在所述中间部段(8a)中。
8.根据权利要求7所述的设备(1)，其中所述第一杠杆臂(4a)设计为，使得两个所述端部部段(6a，7a)由于所述压电执行器(2)的延展的改变彼此受压分开或收缩在一起，由此所述中间部段(8a)拱起。
9.根据权利要求7所述的设备(1)，其中所述第一端部部段(6a)可移动地固定在所述子结构(9)上，并且
其中所述压电执行器(2)的一个端部固定在所述第一端部部段(6a)上。
10.根据权利要求7所述的设备(1)，其中所述第二端部部段(7a)具有薄部(11)，所述薄部将所述第二端部部段(7a)划分为第一子部段(12a)和第二子部段(12b)，所述第一子部段和第二子部段彼此是可弯曲的，
其中所述第一子部段(12a)连接到所述中间部段(8a)上，并且
其中所述第二子部段(12b)设计用于，固定在固定设备上。
11.根据权利要求4所述的设备(1)，其中所述机械结构(3)具有第二杠杆臂(4b)，所述第二杠杆臂具有如下区域(5b)，所述区域设计用于，在所述机械结构(3)由于所述压电执行器(2)的延展的改变而变形时沿着所述第二方向(y)运动，
其中所述压电执行器(2)的第二端部固定在所述第二杠杆臂(4b)上，并且
其中所述杠杆臂(4a，4b)设计为，使得所述第一杠杆臂(4a)的区域(5a)和所述第二杠杆臂(4b)的区域(5b)始终沿着相同的方向运动。
12.根据权利要求11所述的设备(1)，其中所述杠杆臂(4a，4b)中的每一个都具有第一端部部段(6a，6b)和第二端部部段(7a，7b)，
其中所述第二端部部段(7a，7b)分别具有薄部(11，14)，
其中所述第一端部部段(6a，6b)分别经由薄部(10，15)与所述子结构(9)连接，并且
其中所述薄部(10，11，14，15)位于一个平面中。
13.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其中所述机械结构(3)是多件式的，并且
其中所述设备(1)具有保持设备，所述保持设备设计用于，从外部将力施加到所述机械结构(3)上，通过所述力将所述机械结构(3)保持在一起。
14.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其中所述压电执行器(2)具有多层构造，其中内部电极和压电层沿着堆叠方向交替地上下相叠地设置，其中所述第一方向(x)平行于所述堆叠方向。
15.一种电子仪器，具有根据权利要求1至14中任一项所述的设备(1)、第一壳体元件和第二壳体元件，其中所述第一壳体元件和所述第二壳体元件固定在机械结构(3)上，使得在压电执行器(2)的延展沿着第一方向(x)改变时，所述壳体元件相对于彼此运动。
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