CN113839539B - 一种多方向触觉执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用户与计算机交互技术领域，尤其涉及一种多方向触觉执行器，包括壳体、振动组件和电磁驱动组件；壳体内具有容纳振动组件和电磁驱动组件的腔室，振动组件的两端固定在壳体内，振动组件的中间部分在腔室内悬空设置；电磁驱动组件固定在壳体内的侧壁上，其中，振动组件上具有至少一个磁钢，磁钢与壳体的侧壁平行设置，电磁驱动组件具有与磁钢平行设置的线圈，线圈通入交流电时，驱动磁钢在磁场内振动，磁钢的充磁方向与壳体的竖直方向倾斜设置，使得磁钢带动振动组件在壳体的水平和竖直方向振动。本发明通过将振动组件上与线圈相对设置的磁钢的充磁方向倾斜设置，从而实现了振动组件的多方向的振动，提高了用户的感知体验。

Description

一种多方向触觉执行器

技术领域

本发明涉及用户与计算机交互技术领域，尤其涉及一种多方向触觉执行器。

背景技术

触觉反馈技术就是通过电子部件产生一个受控的振动信号，让用户获得一种触觉体验，随着科技的发展，手机、Ipad、智能手表、智能冰箱、VR体验等电子消费产品，都离不开触觉执行器，现有的执行器多为压电式执行器；

压电执行器的原理是利用压电陶瓷的正逆压电效应，当对压电陶瓷施加压力时，压电陶瓷产生形变，内部的极化状态发生变化，从而产生电荷，当给陶瓷加载驱动电压时，陶瓷产生机械变形，引起振动；然而上述振动仅能在一个方向产生振动，振感单一，无法提供更好的用户体验。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种多方向触觉执行器，实现多方向振动，提高操作者的感知体验。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种多方向触觉执行器，包括壳体、振动组件和电磁驱动组件；

所述壳体内具有容纳所述振动组件和电磁驱动组件的腔室，所述腔室的尺寸精度满足所述振动组件在至少两个方向上振动的精度需求；

所述振动组件的两端固定在所述壳体内，所述振动组件的中间部分在所述腔室内悬空设置；

所述电磁驱动组件固定在所述壳体内的至少一侧壁上，用于驱动所述振动组件的振动；

其中，所述振动组件上具有至少一个磁钢，所述磁钢与所述壳体的侧壁平行设置，所述电磁驱动组件具有与所述磁钢平行设置的线圈，所述线圈通入交流电时，驱动所述磁钢在磁场内振动，所述磁钢的充磁方向与所述壳体的竖直方向倾斜设置，使得所述磁钢带动所述振动组件在所述壳体的水平和竖直方向振动。

进一步地，所述壳体包括两L型边壳和两底板，两所述L型边壳对接形成框体，两所述底板分别与所述框体的上下两侧对接固定。

进一步地，两所述L型边壳的其中一个在二者的对接面处具有凹槽部，另一个在二者的对接面处具有与所述凹槽部相匹配的凸起部。

进一步地，所述振动组件还包括悬架，所述悬架包括中间的开口固定厢以及与所述开口固定厢两侧连接的悬臂，所述悬臂朝向远离所述开口固定厢的方向呈连续的V型设置。

进一步地，所述悬臂靠近所述开口固定厢的部分中空设置。

进一步地，两所述悬臂的自由端朝其长度方向延伸形成固定部，所述壳体内具有与所述固定部对应的开口卡扣部，所述固定部卡设在所述开口卡扣部内。

进一步地，所述开口固定厢两端具有卡口，所述振动组件还包括甩块和托架，所述甩块两端凸出于所述卡口设置，所述托架套设固定在所述甩块凸出于所述卡口外侧的部分上，所述托架侧壁上还具有翻折部，所述磁钢被所述翻折部固定在所述托架上。

进一步地，所述振动组件还包括极片，所述极片固定在所述磁钢与所述托架之间。

进一步地，所述电磁驱动组件还包括增磁芯，所述增磁芯底部与所述壳体侧壁固定连接，所述增磁芯顶部伸入至所述线圈的中空部分。

进一步地，还包括线路板，所述线路板呈L型，所述线路板一面固定在所述底板上，另一面固定在L型边壳的外壁上，并且从所述L型边壳与所述底板的对接缝出伸出所述腔室。

本发明的有益效果为：本发明通过固定在壳体内的线圈以及中间部分悬空设置的振动组件，通过将振动组件上与线圈相对设置的磁钢的充磁方向倾斜设置，使得线圈通电时，磁钢受到倾斜的力，从而实现了振动组件的多方向的振动，与现有技术相比，丰富了触觉执行器的振动方向，提高了用户的感知体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中多方向触觉执行器的结构示意图（省略顶部底板）；

图2为本发明实施例中图1中的A-A向剖视图；

图3为本发明实施例中多方向触觉执行器的爆炸结构示意图；

图4为本发明实施例中磁钢充磁方向的结构示意图；

图5为本发明实施例中壳体的爆炸结构示意图；

图6为本发明实施例中悬架的结构示意图；

图7为本发明实施例中振动组件的结构示意图；

图8为本发明实施例中电路板的结构示意图；

图9为本发明实施例中电路板在壳体中的位置结构示意图；

图10为本发明实施例中磁钢驱动的原理结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图9所示的多方向触觉执行器，包括壳体10、振动组件20和电磁驱动组件30；

壳体10内具有容纳振动组件20和电磁驱动组件30的腔室10a，腔室10a的尺寸精度满足振动组件20在至少两个方向上振动的精度需求；这里需要指出的是，壳体10的材质可以是不锈钢材质也可以为塑料材质，通过激光焊接或者超声波振动焊接固定；在本发明实施例中，如图2中所示，腔室10a在长度方向上截面为矩形，这里的至少两个方向是指腔室10a的宽度方向和高度方向；

振动组件20的两端固定在壳体10内，振动组件20的中间部分在腔室10a内悬空设置，这里的悬空设置是指振动组件20中间部分不与壳体10内部接触，从而实现振动；

电磁驱动组件30固定在壳体10内的至少一侧壁上，用于驱动振动组件20的振动；电磁驱动组件30的驱动原理是电磁感应原理，即导线在通电后会产生磁场，而永磁体在磁场中受力会发生振动，振动组件20上具有至少一个磁钢31，磁钢31与壳体10的侧壁平行设置，电磁驱动组件30具有与磁钢31平行设置的线圈21，线圈21通入交流电时，驱动磁钢31在磁场内振动，磁钢31的充磁方向与壳体10的竖直方向倾斜设置，使得磁钢31带动振动组件20在壳体10的水平和竖直方向振动。如图4中所示，在磁钢31上具有一分界线，分界线倾斜设置，在分界线的一侧为N极，另一侧为S极，这样，如图10中所示，由于线圈21与磁钢31相对设置，在线圈21通电时，磁钢31上的S极受到排斥力，而N极上受到吸引力，从而将磁钢31朝向右侧驱动；若线圈21的电流方向相反，则磁钢31朝向左侧移动，在线圈21中通以交流电的时候，使得磁钢31往复受力，从而产生振动；

在上述实施例中，通过固定在壳体10内的线圈21以及中间部分悬空设置的振动组件20，通过将振动组件20上与线圈21相对设置的磁钢31的充磁方向倾斜设置，使得线圈21通电时，磁钢31受到倾斜的力，从而实现了振动组件20的多方向的振动，与现有技术相比，丰富了触觉执行器的振动方向，提高了用户的感知体验。

在上述实施例的基础上，为了简化制造工艺，降低制造成本，如图5中所示，壳体10包括两L型边壳11和两底板12，两L型边壳11对接形成框体，两底板12分别与框体的上下两侧对接固定。这样，在拼接时，仅需将两个L型边壳11对接，然后再将两底板12分别固定在对接后的L型边壳11形成的框体的上下两侧即完成了壳体10的成型，这样，与现有技术中的六个面焊接相比，简化了操作步骤，降低了加工成本。

为了进一步提高对接强度，在本发明实施例中，请继续参照图5，两L型边壳11的其中一个在二者的对接面处具有凹槽部11a，另一个在二者的对接面处具有与凹槽部11a相匹配的凸起部11b。这里需要指出的是，底板12与两L型边壳11的上下两侧对接时同样具有该凹槽部11a和凸起部11b；通过凹槽部11a与凸起部11b的配合，增加了对接时的接触面积，提高了焊接的效果。

在本发明实施例中，振动组件20还包括悬架32，如图6中所示，悬架32包括中间的开口固定厢32a以及与开口固定厢32a两侧连接的悬臂32b，悬臂32b朝向远离开口固定厢32a的方向呈连续的V型设置。通过连续V型的悬臂32b设置，使得固定厢可以在宽度方向和高度方向进行振动，再与磁钢31配合，就实现了振动组件20在多个方向上的振动；

为了进一步提高振动效果，请继续参照图6，悬臂32b靠近开口固定厢32a的部分中空设置。通过中空设置，提高了悬臂32b的弹性以及变形程度，从而提高了振动的效果。关于悬臂32b的固定，在本发明实施例中，如图3中所示，为了提高固定精度简化固定难度，两悬臂32b的自由端朝其长度方向延伸形成固定部32c，壳体10内具有与固定部32c对应的开口卡扣部11c，固定部32c卡设在开口卡扣部11c内。通过这种设置，仅需将悬架32的固定部32c卡在卡扣部中再进行焊接即可；

如图6和图7中所示，在本发明实施例中，开口固定厢32a两端具有卡口32d，振动组件20还包括甩块33和托架34，甩块33两端凸出于卡口32d设置，托架34套设固定在甩块33凸出于卡口32d外侧的部分上，托架34侧壁上还具有翻折部34a，磁钢31被翻折部34a固定在托架34上。甩块33的作用在于提高振动的幅度，而通过在固定厢两端设置的卡口32d，可以方便的实现对甩块33的固定，甩块33两端呈“凸”字型设置，从而可以将甩块33固定在固定厢内，通过托架34的设置，实现从开口固定厢32a外部的进一步固定，而且在托架34上设置的翻折部34a，可以进一步实现对磁钢31的固定，仅需将翻折部34a包裹住磁钢31即可，这样，通过托架34将磁钢31、甩块33以及开口固定厢32a组成一个整体，进一步提高了振动部振动时的一致性。在本发明实施例中，托架34设置为不锈钢材质，不仅可以降低成本，还方便了加工。此外，为了提高磁钢31的受力效果，在本发明实施例中还设置有极片35，如图7中所示，振动组件20还包括极片35，极片35固定在磁钢31与托架34之间。

同时，如图3或图9所示，电磁驱动组件30还包括增磁芯22，增磁芯22底部与壳体10侧壁固定连接，增磁芯22顶部伸入至线圈21的中空部分。通过增磁芯22的设置，可以提高线圈21的形成的磁场强度，从而提高整个振动组件20的受力效果。

如图8和图9中所示，还包括线路板，线路板呈L型，线路板一面固定在底板12上，另一面固定在L型边壳11的外壁上，并且从L型边壳11与底板12的对接缝出伸出腔室10a。线路板在腔室10a内侧与线圈21连通，在壳体10外侧与驱动电源连接，从而实现振动的执行。

本发明实施例中的多方向触觉执行器，结构简单，安装方便，在具体安装时，首先将线路板固定在底板12上，然后再将该底板12与两L型边壳11对接固定，同时将电磁驱动组件30固定在L型边壳11的两短边内侧，再将甩块33、托架34、极片35、磁钢31固定在悬架32上组成振动组件20，再将悬架32的两悬臂32b的自由端固定在开口卡扣部11c，最后将另一底部焊接即完成了整个产品的制作，与现有技术相比，不仅振动效果丰富，还大大节约了加工工序，降低了加工难度，便于批量生产推广。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种多方向触觉执行器，其特征在于，包括壳体、振动组件和电磁驱动组件；

所述壳体内具有容纳所述振动组件和电磁驱动组件的腔室，所述腔室的尺寸精度满足所述振动组件在至少两个方向上振动的精度需求；

所述振动组件的两端固定在所述壳体内，所述振动组件的中间部分在所述腔室内悬空设置；

所述电磁驱动组件固定在所述壳体内的至少一侧壁上，用于驱动所述振动组件的振动；

其中，所述振动组件上具有至少一个磁钢，所述磁钢与所述壳体的侧壁平行设置，所述电磁驱动组件具有与所述磁钢平行设置的线圈，所述线圈通入交流电时，驱动所述磁钢在磁场内振动，所述磁钢的充磁方向与所述壳体的竖直方向倾斜设置，使得所述磁钢带动所述振动组件在所述壳体的水平和竖直方向振动；

所述振动组件还包括悬架，所述悬架包括中间的开口固定厢以及与所述开口固定厢两侧连接的悬臂，所述悬臂朝向远离所述开口固定厢的方向呈连续的V型设置；

所述开口固定厢两端具有卡口，所述振动组件还包括甩块和托架，所述甩块两端凸出于所述卡口设置，所述托架套设固定在所述甩块凸出于所述卡口外侧的部分上，所述托架侧壁上还具有翻折部，所述磁钢被所述翻折部固定在所述托架上；所述托架的翻折部包裹住所述磁钢，使得所述托架将所述磁钢、甩块以及开口固定厢组成一个整体。

2.根据权利要求1所述的多方向触觉执行器，其特征在于，所述壳体包括两L型边壳和两底板，两所述L型边壳对接形成框体，两所述底板分别与所述框体的上下两侧对接固定。

3.根据权利要求2所述的多方向触觉执行器，其特征在于，两所述L型边壳的其中一个在二者的对接面处具有凹槽部，另一个在二者的对接面处具有与所述凹槽部相匹配的凸起部。

4.根据权利要求1所述的多方向触觉执行器，其特征在于，所述悬臂靠近所述开口固定厢的部分中空设置。

5.根据权利要求1所述的多方向触觉执行器，其特征在于，两所述悬臂的自由端朝其长度方向延伸形成固定部，所述壳体内具有与所述固定部对应的开口卡扣部，所述固定部卡设在所述开口卡扣部内。

6.根据权利要求1所述的多方向触觉执行器，其特征在于，所述振动组件还包括极片，所述极片固定在所述磁钢与所述托架之间。

7.根据权利要求1所述的多方向触觉执行器，其特征在于，所述电磁驱动组件还包括增磁芯，所述增磁芯底部与所述壳体侧壁固定连接，所述增磁芯顶部伸入至所述线圈的中空部分。

8.根据权利要求3所述的多方向触觉执行器，其特征在于，还包括线路板，所述线路板呈L型，所述线路板一面固定在所述底板上，另一面固定在L型边壳的外壁上，并且从所述L型边壳与所述底板的对接缝出伸出所述腔室。

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