CN114761141A - 体感振动产生装置以及体感振动呈现装置 - Google Patents

体感振动产生装置以及体感振动呈现装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种体感振动产生装置以及体感振动呈现装置，体感振动产生装置能够安装于体感呈现装置，以简单的结构产生与声音对应的适当的振动而使使用者体验。该装置具有：电磁致动器，其通过所输入的驱动信号，在可动体的振动方向的一个方向上驱动可动体而使其振动，其中，可动体以能够相对于固定体进行弹性振动的方式被支承；交流信号输入部，其被输入交流信号；以及整流部，其对交流信号进行半波整流并作为驱动信号输出至电磁致动器。

Description

体感振动产生装置以及体感振动呈现装置
技术领域
本发明涉及对使用者赋予振动的体感的体感振动产生装置以及具备该体感振动产生装置的体感振动呈现装置。
背景技术
以往，对于用扬声器、耳机等听到的声音，考虑使用将该声音变为电声音信号并通过声音信号产生振动的振动器，除了来自耳朵之外还通过身体或身体的其他一部分来进行体验。
例如，在专利文献1中，公开了一种简易佩戴型体感振动装置，该简易佩戴型体感振动装置将电-机械振动转换器内置于口袋中，经由带子与身体大致紧贴，该电-机械振动转换器对可听域的声音进行电气转换而得到的声音信号进行振动。专利文献1中的电-机械振动转换器经由壳体内周的上部的板状阻尼器，悬挂有在一面张贴有环状的磁轭的环状的磁铁。在磁铁的另一面张贴有将凸部隔开间隙地插通于磁铁的内孔的凸状的磁轭。在与磁铁的内孔的凸部之间的间隙插入有线圈，线圈安装于堵塞壳体的盖的中央。向电-机械振动转换器输入对声音施加低通滤波而进行处理后的声音信号、通过联络了声音的振幅高度的包络信号对低音域的单一频率进行调制后的声音信号。通过输入的声音信号，在线圈中流过信号电流，从而电-机械振动转换器产生符合声音信号的波形的振动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-245793号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，作为与声音对应地产生振动的振动装置，期望使用向一个方向驱动的电磁致动器，以比专利文献1简单的结构产生适当的振动。
本发明的目的在于提供一种体感振动产生装置及体感振动呈现装置，其能够以简单的结构产生与声音对应的适当的振动而使使用者进行体验。
用于解决课题的手段
本发明的体感振动产生装置采用具有如下部件的结构：
电磁致动器，其通过所输入的驱动信号，在可动体的振动方向的一个方向上驱动可动体而使其振动，其中，所述可动体以能够相对于固定体进行弹性振动的方式被支承；
交流信号输入部，其被输入交流信号；以及
整流部，其对所述交流信号进行半波整流，作为所述驱动信号输出至所述电磁致动器。
本发明的体感振动呈现装置采用具有如下部件的结构：
上述结构的体感振动产生装置；以及
振动传递部，其被所述体感振动产生装置振动，向使用者传递振动。
发明效果
根据本发明，能够以简单的结构使使用者体验到与声音对应的适当的振动。
附图说明
图1是表示具有本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的振动呈现装置的侧视图。
图2是具有本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的振动呈现装置的外观立体图。
图3是本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的后视图。
图4是表示本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的主要部分结构的框图。
图5是体感振动产生装置所具备的电磁致动器的平面侧外观立体图。
图6是该电磁致动器的背面侧外观立体图。
图7是图5的A-A线剖视图。
图8是该电磁致动器的分解立体图。
图9是表示该电磁致动器的磁路结构的图。
图10A是通过弹性部将可动体保持在离开芯组装体的位置的状态的图，图10B是表示因磁路的磁动势被吸引到芯组装体侧而移动的可动体的图。
图11是表示该体感振动产生装置的主要部分结构的变形例的框图。
图12A和图12B是用于说明本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的半波整流部的变形1的图。
图13A和图13B是用于说明本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的半波整流部的变形2的图。
图14A和图14B是用于说明本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的半波整流部的变形3的图。
图15是表示由本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的半波整流部的变形4输出的波形的图。
图16是用于说明本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的半波整流部的变形5的图。
图17是表示应用了本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的体感振动呈现装置的一例的图。
图18是表示应用了本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的体感振动呈现装置的一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
在本实施方式中，使用正交坐标系(X，Y，Z)进行说明。在后述的图中也用共同的正交坐标系(X，Y，Z)进行表示。以下，具有体感振动产生装置的振动呈现装置(体感振动呈现装置)200的宽度、进深、高度分别是X方向、Y方向、Z方向的长度，电磁致动器10的宽度、进深、高度也分别对应地设为X方向、Y方向、Z方向的长度。另外，Z方向正侧是对使用者(赋予振动的部位)赋予振动的方向，设为“上侧”，Z方向负侧是远离使用者的方向，设为“下侧”来进行说明。
(具有体感振动产生装置100的振动呈现装置200的整体结构)
图1和图2所示的振动呈现装置200具有：体感振动产生装置100，其具有电磁致动器10；以及振动传递部2，其对使用者赋予由体感振动产生装置100产生的振动来使其进行体验。振动呈现装置200使用体感振动产生装置100对使用者赋予与所输入的交流信号对应的振动。例如，体感振动产生装置100用于游戏设备(例如，图17所示的游戏控制器300、图18所示的游戏用座椅400)等。另外，也可以将振动呈现装置200用于游戏控制器300或游戏用座椅400，例如将与声音音响的交流信号同步的振动经由振动传递部2赋予游戏控制器300、游戏用座椅400的使用者。
在图1和图2所示的振动呈现装置200中，将体感振动产生装置100的电磁致动器10配置在振动传递部2与配置于振动传递部2的背面侧的作为装置背面部的基台3之间。
在背面侧，振动传递部2固定于电磁致动器10的可动体40(参照图3)的面部固定部44。另外，基台3被配置成与振动传递部2对置，电磁致动器10的固定体经由腿部4固定于基台3。这样，电磁致动器10被配置成在振动传递部2与基台3的中央部的各自之间相互连接。
振动传递部2与电磁致动器10的可动体40(参照图5和图6)一体地驱动。在使用者的身体(手指、手、四肢、躯干等)位于表面2a上的情况下，电磁致动器10中的可动体40的振动方向优选为相对于表面2a的面垂直方向(相对于表面2a垂直的方向)。在本实施方式中，将电磁致动器10中的可动体40的振动方向即Z方向设为与表面2a的面垂直方向相同的方向。由此，相较于振动方向与表面2a的面垂直方向不同的情况，电磁致动器10能够以较强的振动直接驱动振动传递部2。在本实施方式中，能够使使用者强烈地体验到与音频(声音音响)音源等对应的振动。
因此，如使用者与振动传递部2接触的情况等那样处于能够经由振动传递部2向使用者传递振动的状态的情况下，能够使可动体40可动而赋予与音频音源对应的振动。
另外，在本实施方式中，振动传递部2形成为矩形板状，但不限于此，只要能够对接触的使用者赋予振动，则可以任意地构成。振动传递部2也可以由多个材料、部件构成。
<体感振动产生装置100>
体感振动产生装置100对所输入的交流信号(例如，作为音频音源的交流信号)进行半波整流，作为驱动信号输入到电磁致动器10。由此，体感振动产生装置100使电磁致动器10与向体感振动产生装置100的交流信号的输入同步地进行驱动。
图1、图3和图4所示的体感振动产生装置100具有向一个方向驱动的电磁致动器10、交流信号输入部120和半波整流部130。此外，在本实施方式中，将交流信号输入部120和半波整流部130作为控制部1的一部分进行说明。向一个方向驱动是指，就相对于固定体经由弹性体而被支承为能够在振动方向上移动的可动体而言，通过对线圈进行励磁，从而向振动方向的一个方向(一方向)驱动可动体，并通过弹性体的作用力而复位(复原)，由此进行驱动。本实施方式的电磁致动器10构成为，相对于在一条直线上进行往复移动的可动体，向一条直线上的一个方向(一方向)驱动，通过弹性体的作用力，在一条直线上向与一个方向相反的另一个方向复位。只要可动体是向一个方向驱动的结构，则电磁致动器可以任意地构成。
首先，对作为体感振动产生装置100所具有的电磁致动器的一例的电磁致动器10进行说明。
<电磁致动器10的结构>
图5是本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置100的电磁致动器10的平面侧外观立体图，图6是该电磁致动器10的底面侧外观立体图。另外，图7是图5的A-A线向视剖视图，图8是电磁致动器10的分解立体图。
图5～图8所示的电磁致动器10作为振动传递部2的振动产生源发挥功能。
电磁致动器10具有固定体30和可动体40，该可动体40固定于振动传递部2并被支承为能够相对于固定体30弹性振动。电磁致动器10使可动体40向一个方向驱动，通过产生作用力的部件(弹性部50)的作用力使可动体40向与一个方向相反的方向(与一个方向相反的方向)移动，从而使可动体40进行直线往复移动(包括振动)。
电磁致动器10向振动传递部2的使用者(例如，与振动传递部2接触的使用者)传递与输入到体感振动产生装置100的交流信号、例如音频音源对应的振动而使使用者进行体验。
电磁致动器10具有：固定体30，其具有在芯24上卷绕线圈22而成的芯组装体20和基座部32；可动体40，其具有磁性体的磁轭41；以及弹性部50(50-1、50-2)，其将可动体40弹性支承为能够相对于固定体30在振动方向上可动。
电磁致动器10将由弹性部50以能够移动的方式支承的可动体40驱动为相对于固定体30向一个方向移动。另外，可动体40向与一个方向相反的方向的移动通过弹性部50的作用力来进行。
电磁致动器10通过芯组装体20使可动体40的磁轭41振动。具体而言，通过被通电的线圈22励磁的芯24的吸附力和弹性部50(50-1、50-2)的作用力，使可动体40振动。在本实施方式中，电磁致动器10通过电磁铁的作用而驱动。
电磁致动器10构成为以Z方向为厚度方向的扁平形状。电磁致动器10使可动体40相对于固定体30以Z方向、即厚度方向为振动方向进行振动。在可动体40中，使在电磁致动器10自身的厚度方向上分离配置的表背面中的一个面相对于另一个面在Z方向上接近、分离。
在本实施方式中，电磁致动器10通过芯24的吸附力使可动体40向作为一个方向的负Z方向移动，并通过弹性部50(50-1、50-2)的作用力使可动体40向正Z方向移动。
在本实施方式的电磁致动器10中，可动体40在相对于可动体40的可动中心呈点对称的位置，由沿着与Z方向正交的方向配置的多个弹性部50(50-1、50-2)弹性支承，但不限于该结构。
<固定体30>
如图7和图8所示，固定体30具有芯组装体20和基座部32，该芯组装体20具备线圈22和芯24。
基座部32固定有芯组装体20，并经由弹性部50(50-1、50-2)以自由振动的方式支承可动体40。基座部32是扁平形状的部件，形成电磁致动器10的底面。基座部32具有以在X方向上夹着芯组装体20的方式固定弹性部50(50-1、50-2)的一端部的安装部32a。安装部32a分别与芯组装体20隔开相同间隔地配置。此外，该间隔是成为弹性部50(50-1、50-2)的变形区域的间隔。
如图8所示，安装部32a具有固定弹性部50(50-1、50-2)的固定孔321和用于将基座部32固定于基台3(参照图1)的固定孔322。固定孔322以在进深(Y方向)夹着固定孔321的方式设置于安装部32a的两端部，如图1所示，分别经由筒状的腿部4(参照图1)固定于基台3。由此，基座部32全面稳定地固定于基台3(参照图1)。
在本实施方式中，基座部32构成为，对金属板进行加工，使作为安装部32a的一边部和另一边部夹着底面部32b而位于在宽度方向(X方向)上分离的位置。在安装部32a之间设置有具有高度比安装部32a低的底面部32b的凹状部。凹状部内、即底面部32b的表面侧的空间是确保弹性部50(50-1、50-2)的弹性变形区域的空间，是用于确保由弹性部50(50-1、50-2)支承的可动体40的可动区域的空间。
底面部32b为矩形状，在其中央部形成有开口部36，芯组装体20位于该开口部36内。
芯组装体20以一部分插入到开口部36内的状态被固定。具体而言，在开口部36内插入有芯组装体20的下侧的绕线管26的分割体26b以及线圈22的下侧部分，以在侧视观察时芯24位于底面部32b上的方式被固定。由此，与在底面部32b上安装有芯组装体20的结构相比，Z方向的长度(厚度)变薄。另外，芯组装体20的一部分、在此为底面侧的一部分以嵌入到开口部36内的状态被固定，因此芯组装体20成为以难以从底面部32b脱离的状态被牢固地固定的状态。
开口部36是与芯组装体20的形状对应的形状。在本实施方式中，开口部36形成为正方形状。由此，能够使芯组装体20和可动体40配置于电磁致动器10的中央部，使电磁致动器10整体在俯视观察时呈大致正方形状。此外，开口部36也可以是矩形状(包括正方形状)。
芯组装体20通过与弹性部50(50-1、50-2)的协作，使可动体40的磁轭41振动(在Z方向上进行往复直线运动)。
在本实施方式中，芯组装体20形成为矩形板状。在矩形板状的在长度方向上分离的两边部分配置有磁极部242、244。这些磁极部242、244被配置成在X方向上隔开间隙G(参照图7)而使可动体40的被吸附面部46、47的下表面对置。磁极部242、244在作为上表面的对置面(对置面部)20a、20b，在可动体40的振动方向上与磁轭41的被吸附面部46、47的下表面(详细而言为下表面的一部分)对置。
在本实施方式中，芯组装体20形成为矩形板状，在长度方向上分离的两边部分具有磁极部242、244。
通过在芯24的外周经由绕线管26卷绕线圈22而构成芯组装体20。如图7和图8所示，芯组装体20使线圈22的卷绕轴朝向在基座部32分离的安装部32a彼此的对置方向而固定于基座部32。在本实施方式中，芯组装体20配置于基座部32的中央部，具体而言配置于底面部32b的中央部。
如图7所示，芯组装体20以芯24与底面部32b平行且位于在底面上跨过开口部36的位置的方式固定于底面部32b。芯组装体20通过作为固定部件的螺钉68(参照图6～图8)，在使线圈22以及卷绕于线圈22的部位(芯主体241)位于基座部32的开口部36内的状态下被固定。
具体而言，芯组装体20在将线圈22配置于开口部36内的状态下使螺钉68穿过固定孔28和底面部32b的固定孔33(参照图6以及图7)而紧固，从而固定于底面部32b。芯组装体20和底面部32b成为利用在X方向上分离的开口部36的两边部和磁极部242、244通过螺钉68夹着线圈22并在线圈22的轴心上的两个部位接合的状态。
线圈22是在电磁致动器10驱动时被通电而产生磁场的螺线管。线圈22与芯24和可动体40一起构成吸引可动体40并使其移动的磁回路(磁路)。此外，经由半波整流部130(参照图4)向线圈22输入来自交流信号输入部120(参照图4)的驱动信号。例如，经由半波整流部130向电磁致动器10供给交流驱动信号，由此向线圈22供给电力来驱动电磁致动器10。
芯24具有卷绕线圈22的芯主体241和设置于芯主体241的两端部且通过对线圈22通电而励磁的磁极部242、244。
芯24只要是具有通过线圈22的通电而两端部成为磁极部242、244的长度的构造，则可以是任意的构造。例如，也可以形成为直线型(I型)平板状，但本实施方式的芯24形成为俯视H型的平板状。
H型的芯24与I型的芯相比，是在芯主体241的两端部使间隙侧面比卷绕线圈22的芯主体的宽度长且在前后方向(Y方向)上扩大的形状。因此，根据H型的芯24，与I型的芯的情况相比，能够降低磁阻，实现磁路的效率的改善。另外，仅通过在磁极部242、244中从芯主体241的两侧部分向Y方向伸出的部位之间嵌入绕线管26，就能够进行芯24中的线圈22的定位。因此，在电磁致动器10中，不需要另外设置绕线管26相对于芯24的定位部件。
芯24在卷绕有线圈22的板状的芯主体241的两端部分别沿与线圈22的卷绕轴正交的方向突出地设置有磁极部242、244。
芯24是磁性体，例如由硅钢板、坡莫合金、铁氧体等形成。另外，芯24也可以由电磁不锈钢、烧结材料、MIM(金属注射成型)材料、层叠钢板、电镀锌钢板(SECC)等构成。
从线圈22的两开口部内，在Y方向上分别突出地设置有磁极部242、244。
磁极部242、244通过向线圈22通电而被励磁，吸引并移动在振动方向(Z方向)上分离的可动体40的磁轭41。具体而言，磁极部242、244通过所产生的磁通而对隔着间隙G对置配置的可动体40的被吸附面部46、47进行吸附。
磁极部242、244是在与沿X方向延伸的芯主体241垂直的方向即Y方向上延伸的板状体。磁极部242、244在Y方向上较长，因此与形成于芯主体241的两端部的结构相比，与磁轭41对置的对置面20a、20b的面积较大。
在磁极部242、244上，在Y方向的中央部分形成有固定孔28，通过插入到固定孔28的螺钉68固定于基座部32。
绕线管26被配置成包围芯24的芯主体241。绕线管26例如由树脂材料形成。由此，能够确保与金属制的其他部件(例如，芯24)的电绝缘，因此作为电路的可靠性提高。在树脂材料中通过使用高流动的树脂而成形性变得良好，能够在确保绕线管26的强度的同时使壁厚变薄。另外，绕线管26以夹着芯主体241的方式组装分割体26a、26b，而形成为覆盖芯主体241的周围的筒状体。另外，在绕线管26上，在筒状体的两端部设置有凸缘，规定线圈22位于芯主体241的外周上。
<可动体40>
可动体40被配置成在与振动方向(Z方向)正交的方向上隔开间隙G而与芯组装体20对置。可动体40设置为相对于芯组装体20在振动方向上往复移动自如。
可动体40具有磁轭41，包括固定于磁轭41的弹性部50-1、50-2的可动体侧固定部54。
可动体40经由弹性部50(50-1、50-2)以能够相对于底面部32b在接触分离方向(Z方向)上移动的方式，以大致平行地分离而悬吊的状态(基准常态位置)配置。
磁轭41是由电磁不锈钢、烧结材料、MIM(金属注射成型)材料、层叠钢板、电镀锌钢板(SECC)等磁性体构成的板状体。在本实施方式中，磁轭41是对SECC板进行加工而形成的。
磁轭41通过分别固定于在X方向上分离的被吸附面部46、47的弹性部50(50-1、50-2)，相对于芯组装体20以在振动方向(Z方向)上隔开间隙G(参照图7)而对置的方式吊设。
磁轭41具有安装振动传递部2(参照图1)的面部固定部44和与磁极部242、244对置配置的被吸附面部46、47。
在本实施方式中，磁轭41形成为由面部固定部44和被吸附面部46、47包围中央部的开口部48的矩形框状。
开口部48与线圈22相对。在本实施方式中，开口部48位于线圈22的正上方，开口部48的开口形状形成为在磁轭41移动到底面部32b侧时能够供芯组装体20的线圈22部分插入的形状。磁轭41采用具有开口部48的结构，由此与没有开口部48的情况相比，能够使电磁致动器整体的厚度变薄。
另外，使芯组装体20的线圈22位于开口部48内，因此在线圈22附近不配置磁轭41，能够抑制从线圈22泄漏的漏磁通引起的转换效率的降低，能够实现高输出。
面部固定部44具有固定于振动传递部2的固定面44a。固定面44a经由插入到面部固定孔42的螺钉等固定部件而在包围芯组装体20的位置固定于振动传递部2。
被吸附面部46、47被吸引到芯组装体20中被磁化的磁极部242、244，并且固定有弹性部50(50-1、50-2)。
在被吸附面部46、47分别以层叠的状态固定有弹性部50-1、50-2的可动体侧固定部54。在被吸附面部46、47设置有在向底面部32b侧移动时避开芯组装体20的螺钉64的头部的切口部49。
由此，即使可动体40向底面部32b侧移动，被吸附面部46、47接近磁极部242、244，也不会与将磁极部242、244固定于底面部32b的螺钉68接触，能够确保相应的Z方向的磁轭41的可动区域。
<弹性部50(50-1、50-2)>
弹性部50(50-1、50-2)将可动体40支承为相对于固定体30可动自如。弹性部50(50-1、50-2)构成为板状。弹性部50(50-1、50-2)只要是支承相对于固定体30向振动方向的一个方向进行驱动的可动体40的部件，则也可以不是板状，而是由任意的形状、材料构成的弹性体。
弹性部50(50-1、50-2)将可动体40的上表面支承为在与固定体30的上表面相同的高度、或者比固定体30的上表面(在本实施方式中为芯组装体20的上表面)靠下表面侧相互平行。另外，弹性部50-1、50-2具有相对于可动体40的中心对称(点对称或线对称)的形状，在本实施方式中，是同样地形成的部件。
弹性部50使磁轭41以与固定体30的芯24的磁极部242、244隔开间隙G而对置的方式大致平行地配置。弹性部50将可动体40的下表面支承为在比与芯组装体20的上表面的高度水平大致相同的水平靠底面部32b侧的位置沿振动方向移动自如。
弹性部50是具有连接固定体侧固定部52和可动体侧固定部54的蛇行形状弹性臂部56的板簧。
弹性部50在安装部32a的表面安装固定体侧固定部52，在磁轭41的被吸附面部46、47各自的表面安装可动体侧固定部54，使蛇行形状弹性臂部56与底面部32b平行地安装可动体40。
固定体侧固定部52与安装部32a面接触并通过螺钉62接合而固定，可动体侧固定部54与被吸附面部46、47面接触并通过螺钉64接合而固定。
蛇行形状弹性臂部56是具有蛇行形状部的臂部。蛇行形状弹性臂部56具有蛇行形状部，由此在固定体侧固定部52与可动体侧固定部54之间且在与振动方向正交的面(在X方向以及Y方向上形成的面)上，确保了可动体40的振动所需的能够变形的长度。
在本实施方式中，蛇行形状弹性臂部56沿固定体侧固定部52与可动体侧固定部54的对置方向延伸并折回，分别与固定体侧固定部52和可动体侧固定部54接合的端部形成于在Y方向上错开的位置。蛇行形状弹性臂部56相对于可动体40的中心配置在点对称或线对称的位置。
由此，可动体40被具有蛇行形状的弹簧的蛇行形状弹性臂部56在两侧方支承，因此能够进行弹性变形时的应力分散。即，弹性部50能够使可动体40相对于芯组装体20不倾斜地在振动方向(Z方向)上移动，能够实现振动状态的可靠性的提高。
弹性部50分别具有至少2个以上的蛇行形状弹性臂部56。由此，与蛇行形状弹性臂部56分别为一个的情况相比，弹性变形时的应力被分散，能够实现可靠性的提高，并且针对可动体40的支承的平衡变好，能够实现稳定性的改善。
在本实施方式中，作为弹性部50的板簧由磁性体构成。另外，弹性部50的可动体侧固定部54配置于与芯的两端部(磁极部242、244)在线圈卷绕轴向上对置的位置或其上侧，作为磁路发挥功能。在本实施方式中，可动体侧固定部54以层叠的状态固定于被吸附面部46、47的上侧。
由此，能够增大与芯组装体的磁极部242、244对置的被吸附面部46、47的厚度H(参照图7)作为磁性体的厚度。由于弹性部50的厚度与磁轭41的厚度相同，因此能够使与磁极部242、244对置的磁性体的部位的截面积成为2倍。由此，与板簧为非磁性的情况相比，能够扩展磁路，缓和磁路中的磁饱和引起的特性的降低，实现输出提高。
此外，在本实施方式的电磁致动器10中，也可以设置检测部，该检测部检测使用者经由被面部固定部44固定的振动传递部2对可动体40的压入量，能够基于该压入量和输入的交流信号来产生振动。例如，作为检测压入量的检测部，也可以设置检测弹性部50的应变的传感器。
图9是表示电磁致动器10的磁路的图。此外，图9是沿图5的A-A线切断的电磁致动器10的立体图，磁路的未图示的部分也具有与图示的部分相同的磁通的流动M。另外，图10A和图10B是用于说明电磁致动器10的动作的图，是示意性地表示基于磁路的可动体40的移动的剖视图。详细而言，图10A是通过弹性部50将可动体40保持在从芯组装体20分离的位置的状态的图，图10B表示通过磁路的磁动势被吸引到芯组装体20侧而移动的可动体40。
具体而言，当对线圈22通电时，芯24被励磁而产生磁场，芯24的两端部(磁极部242、244)成为磁极。例如，如图9所示，在芯24中，磁极部242成为N极，磁极部244成为S极。这样，在芯组装体20与磁轭41之间形成由磁通的流动M表示的磁路。该磁路中的磁通的流动M从磁极部242流向对置的磁轭41的被吸附面部46，通过磁轭41的面部固定部44，从被吸附面部47到达与被吸附面部47对置的磁极部244。
在本实施方式中，弹性部50也是磁性体，因此流到被吸附面部46的磁通(用磁通的流动M表示)通过磁轭41的被吸附面部46以及与其重叠的弹性部50-1的可动体侧固定部54。然后，磁通(磁通的流动M)从可动体侧固定部54到达弹性部50-2的可动体侧固定部54，并且从被吸附面部46的两端经由面部固定部44到达被吸附面部47以及弹性部50-2的可动体侧固定部54的两端。
由此，根据电磁螺线管的原理，芯组装体20的磁极部242、244产生以吸附磁轭41的被吸附面部46、47的方式进行吸引的吸引力F。这样，磁轭41的被吸附面部46、47被芯组装体20的磁极部242、244双方吸引，线圈22被插入到磁轭41的开口部48内。此外，包含磁轭41的可动体40克服弹性部50的作用力而向F方向移动(参照图10A以及图10B)。
另外，当解除向线圈22的通电时，磁场消失，由芯组装体20导致的可动体40的吸引力F消失，通过弹性部50的作用力，移动到原来的位置(向-F方向移动)。
通过反复进行该动作，电磁致动器10使可动体40在Z方向上进行往复直线移动而产生振动方向(Z方向)的振动。
通过使可动体40进行往复直线移动，固定有可动体40的振动传递部2也追随可动体40而在Z方向上位移。
具有卷绕有线圈22的芯24的芯组装体20固定于固定体30，该芯组装体20配置于被弹性部50支承为相对于固定体30在Z方向上可动自如的可动体40的磁轭41的开口部48内。
由此，不需要为了产生磁力而在Z方向上驱动可动体而将分别设置于固定体以及可动体的部件在Z方向上重叠设置(例如，将线圈和磁铁在Z方向上对置配置)，因此作为电磁致动器能够使Z方向的厚度变薄。另外，不使用磁铁，通过使可动体40进行往复直线驱动，能够对振动传递部2赋予振动。
这样，支承构造简单，因此设计变得简单，能够实现省空间化，能够实现电磁致动器10的薄型化。另外，由于不使用磁铁，因此与使用磁铁的结构的振动装置(所谓致动器)相比，能够实现成本的低廉化。
以下，对电磁致动器10的驱动原理进行简单说明。电磁致动器10也能够使用下述的运动方程式(1)以及电路方程式(2)，通过所供给的脉冲产生共振现象而进行驱动。在本实施方式中，通过输入短脉冲来进行驱动，但也可以不使用短脉冲而以产生任意的振动的方式进行驱动。
此外，电磁致动器10中的可动体40基于式(1)、(2)进行往复运动。
[数学式1]
Figure BDA0003662709840000141
m：质量[kg]
x(t)：位移[m]
Kf：推力常数[N/A]
i(t)：电流[A]
Ksp：弹簧常数[N/m]
D：衰减系数[N/(m/s)]
[数学式2]
Figure BDA0003662709840000142
e(t)：电压[V]
R：电阻[Ω]
L：电感[H]
Ke：反电动势常数[V/(rad/s)]
即，电磁致动器10中的质量m[Kg]、位移x(t)[m]、推力常数Kf[N/A]、电流i(t)[A]、弹簧常数Ksp[N/m]、衰减系数D[N/(m/s)]等能够在满足式(1)的范围内适当变更。另外，电压e(t)[V]、电阻R[Ω]、电感L[H]、反电动势常数Ke[V/(rad/s)]能够在满足式(2)的范围内适当变更。
这样，电磁致动器10由可动体40的质量m和作为弹性部50的金属弹簧(弹性体，在本实施方式中为板簧)的弹簧常数Ksp决定。
另外，在电磁致动器10中，基座部32与弹性部50的固定以及弹性部50与可动体40的固定使用螺钉62、64。由此，能够将为了驱动可动体40而需要相对于固定体30以及可动体40牢固地固定的弹性部50以能够再加工的状态机械牢固地固定。
<控制部1>
控制部1控制电磁致动器10的驱动，该电磁致动器10向振动方向的一个方向驱动被支承为能够弹性振动的振动传递部2(参照图1)。
控制部1向电磁致动器10供给驱动电流，将可动体40拉入至固定体30侧，由此使振动传递部2相对于固定有固定体30的基台3向-Z方向移动。通过停止向线圈22供给驱动电流，将可动体40释放，通过弹性部50，可动体40向与被拉入的方向相反的方向施力而移动。
控制部1对所输入的交流信号进行半波整流而作为驱动信号向电磁致动器10的线圈22输出。
图4所示的交流信号输入部120将所输入的交流信号输出到半波整流部130。交流信号输入部120例如被输入音频音源，将所输入的音频音源的交流信号输出到半波整流部130。
半波整流部130设置在交流信号输入部120与电磁致动器10之间。半波整流部130删除经由交流信号输入部120输入的交流信号的半波即对交流信号的正弦波进行半波整流，并作为驱动信号输出到电磁致动器10的线圈22。由此，电磁致动器10与输入到体感振动产生装置100的音频音源的输入同步地驱动可动体40。具体而言，接受来自半波整流部130的半波整流后的驱动信号，在电磁致动器10中，可动体40相对于固定体30向一个方向、在此为-Z方向移动之后，通过弹性部50的复位力(复原力)，向与一个方向相反的方向、即Z方向移动。
通过该可动体40的移动，能够对使用者赋予与经由振动传递部2(参照图1及图2)输入到体感振动产生装置100的音频音源的输入同步的振动而进行体验。
此外，半波整流部130输出的驱动信号也可以根据从交流信号输入部120输入的交流信号进行放大，并输出到电磁致动器10。半波整流部130例如也可以由使用了整流二极管的整流电路等构成。
在本实施方式中，如图3所示，半波整流部130构成为搭载于电磁致动器10的底面部32b，但不限于此。例如，如图11所示，也可以不将半波整流部130搭载于电磁致动器10，而与交流信号输入部120一起安装为电路部140。
在图11所示的体感振动产生装置100A中，在控制部1A所具有的电路部140中，通过半波整流部130对输入到交流信号输入部120的音频音源的交流信号进行半波整流并通过放大部150进行放大后，输入到电磁致动器10。由此，电磁致动器10能够以与向交流信号输入部120的音频音源的输入同步的方式驱动可动体40，经由振动传递部2对使用者赋予振动而使其体验。
图12A～图16是用于说明本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的半波整流部的变形1～5的图。
<变形1>
图12A和图12B是用于说明本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的半波整流部的变形1的图。图12A表示变形1的结构图，图12B是表示经由半波整流部130A输入到电磁致动器10的驱动电流的图。
图12A所示的体感振动产生装置100a具有正向插入整流二极管132的整流电路，作为设置在交流信号输入部120和电磁致动器10之间的半波整流部130A。根据图12A所示的作为半波整流部130A的半波整流电路，成为图12B所示的向电磁致动器10的供给电压V1和向电磁致动器10的供给电流D1，产生与所输入的交流信号的周期对应的振动。
这样，通过使用整流二极管132，能够以低成本产生符合所输入的交流信号的频率的振动。在变形1的整流电路中，整流二极管132从交流信号输入部120向电磁致动器10之间正向插入，因此能够以简单的结构起到上述效果。
<变形2>
图13A和图13B是用于说明本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的半波整流部的变形2的图。图13A表示半波整流部的变形2的结构图，图13B是表示经由半波整流部130B输入到电磁致动器10的驱动电流的图。
图13A所示的体感振动产生装置100b具有包括整流二极管132和续流二极管134的半波整流保护电路，作为交流信号输入部120与电磁致动器10之间的半波整流部130B。
半波整流部130B在交流信号输入部120与电磁致动器10之间正向插入整流二极管132(设置有整流二极管132)。此外，半波整流部130B在电磁致动器10的端子间与电磁致动器10并联地插入续流二极管134。
根据图13A所示的作为半波整流部130B的半波整流保护电路，成为图13B所示的向电磁致动器10的供给电压V2和向电磁致动器10的供给电流D2，产生与音频音源的输入同步的振动。
由此，续流二极管134作为整流二极管132的保护电路发挥功能，即使在电磁致动器10内产生反电动势的情况下，也不会对整流二极管施加高电压，不需要更换破损的整流二极管。
<变形3>
图14A和图14B是用于说明本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的半波整流部的变形3的图。图14A表示半波整流部的变形3的结构图，图14B是表示经由半波整流部130C输入到电磁致动器10的驱动电流的图。
图14A所示的体感振动产生装置100c具有包含整流二极管132、续流二极管134和电阻136的半波整流保护电路，作为交流信号输入部120与电磁致动器10之间的半波整流部130C。
半波整流部130C具有在交流信号输入部120与电磁致动器10之间正向插入的整流二极管132。另外，在半波整流部130C中，在电磁致动器10的端子间，将电阻136与续流二极管134连接，与电磁致动器10并联地插入。续流二极管134和电阻136作为整流二极管132的保护电路发挥功能。
根据图14A所示的作为半波整流部130C的半波整流保护电路，成为与图14B所示的向电磁致动器10的供给电压V3和向电磁致动器10的供给电流D3同样的供给电压以及供给电流，产生与所输入的交流信号对应的振动。
半波整流部130C具有续流二极管134和与续流二极管134连接的电阻136作为整流二极管132的保护电路。
根据半波整流部130C，与仅通过续流二极管134来保护整流二极管132的保护电路不同，通过电阻136来抑制电流平滑地流动，从而产生舒适的体感振动，能够防止体感振动的再现性的恶化。另外，即使在电流始终流动的情况下，也能够通过电阻136防止因焦耳热而引起器件的温度上升。
图15表示在体感振动产生装置100c的结构中，在提高了电阻136的电阻值的情况下向电磁致动器10供给的电流。此外，输入到电磁致动器10的电压V4与图14B所示的电压V3相同。如图15所示，通过使电阻136的电阻值比图14A的结构高，驱动电流D4的上升变得陡峭，电磁致动器10能够产生与音频音源的交流信号的输入对应的舒适的振动。
<变形4>
图16是用于说明本发明的实施方式涉及的体感振动产生装置的半波整流部的变形4的图，是半波整流部的变形4的结构图。
图16所示的体感振动产生装置100d在交流信号输入部120与电磁致动器10之间具有半波整流部130D。半波整流部130D具有整流二极管132、138、续流二极管134、电阻136以及作为放大部(运算放大器)的运算放大器139。
在半波整流部130D中，在交流信号输入部120与电磁致动器10之间正向插入有运算放大器139和与运算放大器139的输出侧连接的整流二极管132。另外，在半波整流部130C中，在电磁致动器10的端子间与电磁致动器10并联地插入有电阻136。而且，连接在运算放大器139与整流二极管132之间的其他整流二极管138与电磁致动器10并联地插入。这样，半波整流部130C由具有运算放大器139的运算放大电路构成。
根据半波整流部130D，由于使用了运算放大器139，因此能够设为所谓的理想二极管，能够防止使用了整流二极管132的结构中的正向压降。即，即使是微小电压成分，也能够将其再现，即生成与微小电压成分对应的驱动电流，并供给至电磁致动器10，产生与音频音源的输入同步的振动。
这样，根据体感振动产生装置100、100a～100d，通过高效的驱动，即使是小型的产品也能够实现输出增加。即，能够使用电磁致动器，实现低成本化及薄型化，并且经由振动传递部2使使用者体验到振动。
此外，在本实施方式中，半波整流部130安装于电磁致动器10。通过这样将半波整流部130安装在电磁致动器10内，与在交流信号输入部120侧设置半波整流部130的情况(例如参照图11)相比，不会对电路设计造成负担，不需要专用的电路结构。即，不需要与产生声音的音源电路不同的电路，例如，能够将表示音频音源的交流信号直接输入到致动器(整流部安装)。因此，能够实现使用上的便利性的提高。
另外，在电磁致动器10中，优选在相对于可动体40的中心对称的位置固定有多个弹性部50，但如上所述，也可以利用一个弹性部50将可动体40支承为能够相对于固定体30振动。弹性部50也可以具备至少2个以上的臂部，该臂部连结可动体40与固定体30，且具有蛇行形状弹性臂部56。弹性部50也可以由磁性体构成。在该情况下，弹性部50的可动体侧固定部54相对于芯24的两端部分别配置于线圈22的卷绕轴方向或者与卷绕轴方向正交的方向，在对线圈22通电时，与芯24一起构成磁路。
另外，在电磁致动器10的结构中，也可以代替用于基座部32与弹性部50的固定、以及弹性部50与可动体40的固定的螺钉62、64、68而使用铆钉。铆钉分别由头部和没有螺钉部的主体部构成，插入到开设有孔的部件中，通过对相反侧的端部进行铆接而使其塑性变形，从而将开设有孔的部件彼此接合。铆接例如也可以使用冲压加工机、专用的工具等来进行。
图17及图18是表示体感振动产生装置100的安装方式的一例的图。图17及图18表示将与体感振动产生装置100同样地构成的体感振动产生装置320、420分别安装在游戏控制器300、游戏用座椅400上的例子。另外，游戏用座椅400的结构能够设为如体感模拟器(例如，体感模拟器的座椅)、聆听用座椅那样使用者接触而使用的装置的结构。
游戏控制器300例如通过无线通信与游戏机主体连接，通过使用者握住或把持来使用。在此，游戏控制器300具有矩形板状的主体部310，用户用双手对游戏控制器300的左右侧进行抓取操作。此外，主体部310作为振动传递部发挥功能。
游戏控制器300在游戏中，能够通过使用户体验到与表示来自游戏机主体的指令通知、音乐、声音等的交流信号对应的振动来进行通知。此外，虽然未图示，但游戏控制器300具备与指令通知、音乐或声音对应的振动以外的功能，例如具备针对游戏机主体的输入操作部。
游戏用座椅400例如是与游戏机主体连接且在进行游戏时供使用者就座的座椅。游戏用座椅400能够通过振动使用户体验到根据游戏内容发出的声音(音乐、音响)，实现游戏用座椅400的各功能(例如，给予操作感、临场感的功能)。
图17、图18所示的游戏控制器300以及游戏用座椅400分别具有交流信号输入部120、半波整流部130以及作为驱动部的电磁致动器(例如可以是与电磁致动器10的结构相同的结构)323、324、424、422。在本实施方式中，在游戏控制器300、游戏用座椅400分别安装有多个电磁致动器323、324、424、422，但安装数量没有限定，只要分别安装1个以上即可。
此外，在游戏控制器300中，优选体感振动产生装置320的电磁致动器323、324以振动方向与操作的用户的指尖、指腹、手掌等接触的面、或者设置有操作部的面正交的方式安装。
另外，在游戏用座椅400的情况下，例如，优选在座部414内以使座面振动的方式安装电磁致动器424，在靠背部412内以能够使靠背面振动的方式安装电磁致动器422。座部414和靠背部412分别作为振动传递部发挥功能。
由此，在玩游戏中等存在游戏音、音乐等音频音源的情况下，该音频音源被输入到交流信号输入部120，作为音频音源的交流信号被输出到半波整流部130。半波整流部130对所输入的交流信号进行半波整流，作为驱动信号输出到各电磁致动器323、324、424、422。
由此，各电磁致动器323、324、424、422产生与表示所输入的音频音源(声音、音响)的交流信号的输入同步的振动，能够使使用者进行体验。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。此外，以上的说明是本发明的优选的实施方式的例证，本发明的范围并不限定于此。即，关于上述装置的结构、各部分的形状的说明是一个例子，显然在本发明的范围内能够进行针对这些例子的各种变更、追加。
在本实施方式中，由控制部1驱动控制的电磁致动器的驱动方向为Z方向，但不限于此，在与使用者的接触面平行的方向，具体而言，在X方向或Y方向上，也能够得到上述的高效的驱动、振动的强化等效果。
2019年11月29日申请的日本特愿2019-217040的日本申请所包含的说明书、附图以及说明书摘要的公开内容全部引用于本申请。
产业上的可利用性
本发明的电磁致动器使用电磁致动器，能够实现低成本化及薄型化，并且具有能够高效地产生适合于对使用者的体感振动的推力的效果，例如，适用于游戏控制器、游戏用座椅、聆听专用座椅等是有用的。
符号说明
1 控制部；
2 振动传递部；
2a 表面；
10、323、324、424、422 电磁致动器；
20 芯组装体；
22 线圈；
24 芯；
26 绕线管；
30 固定体；
32 基座部；
40 可动体；
50 弹性部；
100、100A、100a、100b、100c、100d、320、420 体感振动产生装置；
120 交流信号输入部；
130、130A、130B、130C、130D 半波整流部；
132、138 整流二极管；
134 续流二极管；
136 电阻；
139 运算放大器；
140 电路部；
150 放大部；
200 振动呈现装置(体感振动呈现装置)；
300 游戏控制器；
310 本体部；
400 游戏用座椅；
412 靠背部；
414 座部。

Claims (8)

1.一种体感振动产生装置，其特征在于，具有：
电磁致动器，其通过所输入的驱动信号，在可动体的振动方向的一个方向上驱动所述可动体而使其振动，其中，所述可动体以能够相对于固定体进行弹性振动的方式被支承；
交流信号输入部，其被输入交流信号；以及
整流部，其对所述交流信号进行半波整流，作为所述驱动信号输出至所述电磁致动器。
2.根据权利要求1所述的体感振动产生装置，其特征在于，
所述整流部是设置在所述交流信号输入部与所述电磁致动器之间，并具有连接双方的整流二极管的整流电路。
3.根据权利要求2所述的体感振动产生装置，其特征在于，
将所述整流二极管正向地插入到所述整流电路中。
4.根据权利要求2所述的体感振动产生装置，其特征在于，
所述整流部是具有与所述整流二极管并联连接的续流二极管的整流保护电路。
5.根据权利要求4所述的体感振动产生装置，其特征在于，
所述整流保护电路具有与所述续流二极管连接的电阻。
6.根据权利要求3所述的体感振动产生装置，其特征在于，
所述整流电路具有运算放大器，该运算放大器与所述整流二极管连接，对输入到所述整流二极管的所述交流信号进行放大。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的体感振动产生装置，其特征在于，
将所述整流部安装于所述电磁致动器。
8.一种体感振动呈现装置，其特征在于，具有：
权利要求1至7中的任一项所述的体感振动产生装置；以及
振动传递部，其被所述体感振动产生装置振动，向使用者传递振动。
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