CN115208156B - 一种致动器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种致动器及其制造方法，其中，致动器包括柔性电路板、柔性外壳和弹性薄膜，外壳设在电路板上，外壳设有多个沿阵列排布的第一通孔，每个第一通孔内设有与电路板连接的线圈，弹性薄膜设在外壳远离电路板的一侧，弹性薄膜上设置有多个弧形开口，弧形开口与第一通孔一一对应，以使弧形开口与第一通孔连通，弹性薄膜设有多个磁振子，弧形开口沿磁振子的部分外周边环绕，磁振子一一对应设在第一通孔内，且磁振子与线圈间隔设置。本发明的致动器能通过电路板使线圈通电并产生磁场驱使磁振子振动，实现对振动触觉的模拟，而且使用柔性的电路板和外壳，使得致动器具有良好的形变能力，能够随智能可穿戴设备发生变形，从而提高用户的体验感。

Description

一种致动器及其制造方法

技术领域

本发明涉及触觉反馈装置制造技术领域，尤其涉及一种致动器及其制造方法。

背景技术

随着科技的发展，虚拟现实技术正在进入大众的生活中。智能可穿戴设备作为实现虚拟现实技术的重要载体，是连接人体与虚拟环境的重要途径。智能可穿戴设备可以通过各种电子元件的辅助，以及算法的加持，实现人体与虚拟环境中视觉、听觉、触觉、温度等各种感知。

如触觉反馈手套等智能可穿戴设备，为了使人体在虚拟环境中具有更加真实的感受，通过使用线性谐振马达来实现触觉反馈，在使用时紧贴人体皮肤，通过多个线性谐振马达的振动反馈触觉。但是线性谐振马达采用硬质材料制成，当拉伸、扭转时，硬质的线性谐振马达无法随着智能可穿戴设备而变形，线性谐振马达不仅限制了智能可穿戴设备的变形能力，影响用户的使用体验，而且还可能会因拉扯而使线路断裂。

发明内容

本发明实施例的一个目的在于：提供一种致动器，其结构简单，能够随着智能可穿戴设备发生弯曲变形，提高用户体验感。

本发明实施例的另一个目的在于：提供一种致动器的制造方法，其操作简单，能够便于线圈与电路板焊接，简化致动器的组装操作。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供一种致动器，包括：

电路板，所述电路板为柔性电路板；

外壳，所述外壳为柔性外壳，所述外壳设置在所述电路板上，所述外壳设置有多个沿阵列排布的第一通孔，每个所述第一通孔内均设置有线圈，所述线圈与所述电路板电连接；

弹性薄膜，所述弹性薄膜设置在所述外壳远离所述电路板的一侧，所述弹性薄膜上设置有多个弧形开口，所述弧形开口与所述第一通孔一一对应，以使所述弧形开口与所述第一通孔连通，所述弹性薄膜还设置有多个磁振子，所述弧形开口沿所述磁振子的部分外周边环绕，所述磁振子一一对应设置在所述第一通孔内，且所述磁振子与所述线圈间隔设置。

作为致动器的一种优选方案，所述弧形开口的弧形角度为90°～270°。

作为致动器的一种优选方案，所述磁振子呈圆柱型，所述线圈的外径大于所述磁振子的外径。

作为致动器的一种优选方案，所述弹性薄膜的厚度为0.01mm～0.2mm。

作为致动器的一种优选方案，所述弹性薄膜采用聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任意一种制成。

第二方面，提供一种致动器的制造方法，用于制造如上所述的致动器，包括以下步骤：

步骤S10、将线圈与电路板焊接，在所述电路板具有所述线圈的一侧注塑成型外壳，使所述外壳包裹在所述线圈外，注塑时，在所述外壳上成型第一通孔，所述线圈位于所述第一通孔内；

步骤S20、在弹性薄膜上切割形成弧形开口，将磁振子粘接在所述弹性薄膜上；

步骤S30、将具有所述磁振子的所述弹性薄膜与所述外壳远离所述电路板的一侧粘接，并使所述磁振子安装于第一通孔内，且所述磁振子与所述线圈间隔设置。

作为致动器的制造方法的一种优选方案，在步骤S10中包括以下步骤：

步骤S11、提供模具，所述模具包括底座和压板，所述底座具有注塑腔，所述压板朝向所述底座的一侧面上设置有凸柱；

步骤S12、将所述线圈焊接在所述电路板上；

步骤S13、将所述电路板固定在所述注塑腔内，使所述线圈朝向上设置；

步骤S14、在所述注塑腔内倒入注塑液；

步骤S15、将所述压板抵紧所述底座，使所述凸柱插入所述注塑液内并与所述线圈抵接，以使所述注塑液固化后形成具有所述第一通孔的所述外壳。

作为致动器的制造方法的一种优选方案，在步骤S20中包括以下步骤：

步骤S21、提供组装工装，所述组装工装包括底板和盖板，所述盖板具有多个沿阵列排布的第二通孔；

步骤S22、将所述弹性薄膜切割形成有多个沿阵列排布的所述弧形开口；

步骤S23、将所述弹性薄膜对准后固定在所述底板上；

步骤S24、将所述盖板与所述底板对准后抵紧，以使所述弹性薄膜固定在所述盖板和所述底板之间的间隙内；

步骤S25、通过所述第二通孔将粘结剂涂在所述弹性薄膜上，然后将所述磁振子从所述第二通孔穿过并粘结在所述弹性薄膜上。

作为致动器的制造方法的一种优选方案，在步骤S21中，所述组装工装还包括定位柱，所述底板设置有第一定位孔、所述弹性薄膜设置有第二定位孔、所述盖板设置有第三定位孔，所述定位柱能依次穿过所述第一定位孔、所述第二定位孔和所述第三定位孔，以使所述底板、所述弹性薄膜和所述盖板快速对准。

作为致动器的制造方法的一种优选方案，所述电路板设置有第四定位孔，所述外壳设置有第五定位孔；

在步骤S30中包括以下步骤：

步骤S31、将所述盖板取下，将粘接剂涂在在所述弹性薄膜和/或所述外壳上；

步骤S32、将所述定位柱穿过所述第五定位孔和所述第四定位孔，以使所述外壳与所述弹性薄膜对准后粘接。

本发明的有益效果为：

(1)此设计能够在电路板形成阵列致动器，电路板能够控制所有线圈通电，以使通电线圈产生的交变磁场驱动磁振子在弹性薄膜上进行机械振动，弹性薄膜与皮肤贴合，能够将每个致动器的磁振子产生的振动进行传递，从而实现对振动触觉的模拟。使用柔性的电路板和柔性的外壳，使得致动器具有良好的形变能力，能够随着智能可穿戴设备而变形，从而提高用户的体验感；

(2)通过在弹性薄膜上设置弧形开口，在磁振子振动时能够使薄膜弯曲，同时弧形开口沿磁振子的部分外周边环绕，弹性薄膜可简化成悬臂杆模型或弹簧-质量块耦合模型，根据悬臂杆模型或弹簧-质量块耦合模型的谐振频率公式可知，通过改变弧形开口的宽度和弧形角度、弹性薄膜的弹性模量、弹性薄膜厚度及磁振子的质量能够调节致动器的谐振频率，以使致动器能够满足不同谐振频率的使用需求，提高致动器的适用性。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的一种实施例所述致动器的立体视图。

图2为本发明一种实施例所述致动器的剖视图。

图3为本发明另一种实施例所述致动器的装配分解图。

图4为本发明实施例所述模具的装配分解图。

图5为本发明实施例所述的组装工装的装配分解图。

图中：

1、电路板；11、第四定位孔；2、外壳；21、第一通孔；22、第五定位孔；3、线圈；4、弹性薄膜；41、弧形开口；42、第二定位孔；5、磁振子；

100、模具；101、底座；1011、注塑腔；102、压板；1021、凸柱；200、组装工装；201、底板；2011、第一定位孔；2012、第一板；2013、第二板；202、盖板；2021、第二通孔；2022、第三定位孔。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图3所示，本发明提供的一种致动器包括电路板1、外壳2和弹性薄膜4，电路板1为柔性电路板，外壳2为柔性外壳，外壳2设置在电路板1上，外壳2设置有第一通孔21，第一通孔21内设置线圈3，线圈3与电路板1电连接，弹性薄膜4设置在外壳2远离电路板1的一侧，弹性薄膜4上设置有弧形开口41，弧形开口41与第一通孔21连通，弹性薄膜4还设置有磁振子5，弧形开口41沿磁振子5的部分外周边环绕，磁振子5位于第一通孔21内，且磁振子5与线圈3间隔设置，以防止干涉磁振子5的振动。电路板1能够控制线圈3通电，以使通电的线圈3产生的交变磁场能够驱动磁振子5在弹性薄膜4上进行机械振动，弹性薄膜4与皮肤贴合，能够将磁振子5产生的振动进行传递，从而实现对振动触觉的模拟。使用柔性的电路板1和柔性的外壳2，使得致动器具有良好的形变能力，能够随着智能可穿戴设备而变形，从而提高用户的体验感；而且通过在弹性薄膜4上设置弧形开口41，在磁振子5振动时能够使弹性薄膜4弯曲，同时弧形开口41沿磁振子5的部分外周边环绕，弹性薄膜4与磁振子5可简化成悬臂杆模型或弹簧-质量块耦合模型，根据悬臂杆模型和/或弹簧-质量块耦合模型的谐振频率公式，通过改变弧形开口41的宽度和弧形角度、弹性薄膜4的弹性模量、弹性薄膜4的厚度及磁振子5的质量均能够调节致动器的谐振频率，以使致动器能够满足不同谐振频率的使用需求，提高致动器的适用性。

在本实施例中，如图3所示，电路板1沿阵列设置有多个线圈3，外壳2设置有多个第一通孔21，线圈3一一对应设置在第一通孔21内，弹性薄膜4沿阵列设置有多个磁振子5和弧形开口41，磁振子5与弧形开口41一一对应，且磁振子5一一对应设置在第一通孔21内，以形成阵列致动器。通过将多个致动器形成阵列致动器，能够提高多个致动器的结构强度，而且阵列致动器能够便于安装在智能可穿戴设备上，提高智能可穿戴设备的触觉反馈效果。

具体地，致动器呈为矩形阵列致动器。

在其他实施例中，致动器可呈手掌形阵列或圆形等不同形状的阵列。

具体地，外壳2为柔性胶体外壳，外壳2由聚二甲基硅氧烷(PDMS)或硅胶等软质胶体制成，以使外壳2具有良好的变形能力。

具体地，弧形开口41的弧形角度为90°～270°。优先可取地，弧形开口41的弧形角度为180°。

在本实施例中，磁振子5呈圆柱型，弧形开口41的内径与磁振子5的外径相等，弧形开口41的外径与外壳2的第一通孔21的直径相等。

优选地，线圈3为环形线圈，线圈3的外径大于磁振子5的外径。此设计能够使线圈3在相同功耗下，增大线圈3产生的交变磁场，以使磁振子5更容易受到交变磁场而产生振动，且受力更大，从而提高致动器的触觉反馈效果。

具体地，为了使弹性薄膜4具有良好的弹性和支撑力，弹性薄膜4采用聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种制成。

优选地，弹性薄膜4的厚度为0.01mm～0.2mm。

具体地，磁振子5为钕铁硼。优选地，使用N52型号的钕铁硼。在其他实施例中，还可选用N35、N50等型号的钕铁硼。

本发明还提供一种致动器的制造方法，包括以下步骤：

步骤S10、将线圈3与电路板1焊接，在电路板1具有线圈3的一侧注塑成型外壳2，使外壳2包裹在线圈3外，注塑时，在外壳2上成型第一通孔21，线圈3位于第一通孔21内；

步骤S20、在弹性薄膜4上切割形成弧形开口41，将磁振子5粘接在弹性薄膜4上；

步骤S30、将具有磁振子5的弹性薄膜4与外壳2远离电路板1的一侧粘接，并使磁振子5安装于第一通孔21内，且磁振子5与线圈3间隔设置。

由于智能可穿戴设备往往需要集成多个致动器，而单个生产的致动器在装配时较为繁琐，且不同生产批次的致动器装配后性能可能会有差距，降低智能可穿戴设备的良率。通过上述的方法能够制得阵列致动器，并通过一次装配即可形成阵列致动器，无需多次进行装配，提高阵列致动器的装配效率；而且阵列成型后的外壳2壁厚更大，整体强度更高，使用时不容易损坏；同一批量制造的阵列致动器性能基本相同，不会降低智能可穿戴设备的生产良率。

而且外壳2会对线圈3与电路板1的焊接造成阻挡，导致焊接难度大，且容易对外壳2造成损坏，通过先将线圈3与电路板1焊接连接后再通过注塑形成外壳2，能够降低线圈3与电路板1的焊接难度，提高生产效率和生产良率。

具体地，如图4所示，在步骤S10中具体包括以下步骤：

步骤S11、提供模具100，模具100包括底座101和压板102，底座101具有注塑腔1011，压板102朝向底座101的一侧面上设置有凸柱1021；

步骤S12、将线圈3焊接在电路板1上；

步骤S13、将焊接有线圈3的电路板1固定在注塑腔1011内，使线圈3朝向上设置；

步骤S14、将注塑液倒入注塑腔1011内，并排出注塑液内的气泡；

步骤S15、将压板102通过螺栓与底座101固定抵紧，使凸柱1021插入注塑液内并与线圈3抵接，以使注塑液固化后形成具有所述第一通孔21的外壳2，

此方法中的模具100能够通过凸柱1021使得在注塑形成外壳2时能够形成第一通孔21，且使线圈3能够准确位于第一通孔21内。

示例的，可根据实际需求使用不同的模具100以使致动器呈矩形、手掌形或圆形等不同形状的阵列排布。

进一步地，凸柱1021设置有多个，多个凸柱1021沿阵列排布，且与线圈3的阵列排布相同，以使成型后的外壳2具有多个第一通孔21，线圈3一一对应设置在第一通孔21内。

示例的，如图5所示，在制造阵列致动器时，步骤S20具体包括以下步骤：

步骤S21、提供组装工装200，组装工装200包括底板201和盖板202，盖板202具有多个沿阵列排布的第二通孔2021；

步骤S22、将弹性薄膜4切割形成有多个沿阵列排布的弧形开口41；

步骤S23、将弹性薄膜4对准后并固定在底板201上；

步骤S24、将盖板202与底板201对准后抵紧，以使弹性薄膜4位于在盖板202和底板201之间的间隙内；

步骤S25、通过第二通孔2021将粘结剂涂在弹性薄膜4上，然后将磁振子5从第二通孔2021穿过并粘结在弹性薄膜4上。

此方法中弹性薄膜4位于间隙内，当底板201和盖板202抵紧后不会挤压到弹性薄膜4，避免弹性薄膜4损坏；第二通孔2021的阵列排布方式与线圈3的阵列排布方式相同，当盖板202、弹性薄膜4和底板201对准后，能够通过第二通孔2021快速精准地将磁振子5沿阵列粘接在弹性薄膜4上，从而保证弹性薄膜4与外壳2粘接后，磁振子5能够一一对应设置在第一通孔21内。

进一步地，在步骤S21中，弹性薄膜4通过激光切割或机械加工形成弧形开口41。

具体地，底板201包括第一板2012和第二板2013，第二板2013位于第一板2012和盖板202之间，第一板2012为具有磁吸作用的金属板(在本实施例中，第一板2012为铁板)，第二板2013为没有磁吸作用的塑料板。由于多个磁振子5同时设置在弹性薄膜4上，相邻的磁振子5容易因相互磁吸而使弹性薄膜4发生变形损坏，通过设置第一板2012能够将磁振子5牢固在弹性薄膜4上，相邻的磁振子5不会相互磁吸而使弹性薄膜4发生变形损坏，而通过设置第二板2013能够防止第一板2012与磁振子5直接接触，避免因第一板2012与磁振子5的磁吸作用过大导致弹性薄膜4与磁振子5粘接后难以取下。

进一步地，在步骤S21中，组装工装200还包括多个定位柱(图中未示出)，多个定位柱固定在操作平台上，底板201设置有多个第一定位孔2011、弹性薄膜4设置有多个第二定位孔42、盖板202设置有多个第三定位孔2022，定位柱能依次穿过第一定位孔2011、第二定位孔42和第三定位孔2022，以使底板201、弹性薄膜4和盖板202快速精准地对位，提高对准效率。

具体地，电路板1设置有多个第四定位孔11，外壳2设置有多个第五定位孔22。

在步骤S30中包括以下步骤：

步骤S31、磁振子5粘结在弹性薄膜4后，将盖板202从定位柱上取下，将粘接剂涂在弹性薄膜4和/或外壳2上；

步骤S32、将定位柱穿过第五定位孔22和第四定位孔11，以使外壳2与弹性薄膜4对准后粘接。

通过定位柱和第五定位孔22和第四定位孔11的配合能够使外壳2与弹性薄膜4能够快速精准地对位后进行粘接，形成列阵致动器。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种致动器，其特征在于，包括：

电路板，所述电路板为柔性电路板；

外壳，所述外壳为柔性外壳，所述外壳设置在所述电路板上，所述外壳设置有多个沿阵列排布的第一通孔，每个所述第一通孔内均设置有线圈，所述线圈与所述电路板电连接；

弹性薄膜，所述弹性薄膜设置在所述外壳远离所述电路板的一侧，所述弹性薄膜上设置有多个弧形开口，所述弧形开口与所述第一通孔一一对应，以使所述弧形开口与所述第一通孔连通，所述弹性薄膜还设置有多个磁振子，所述弧形开口沿所述磁振子的部分外周边环绕，所述磁振子一一对应设置在所述第一通孔内，且所述磁振子与所述线圈间隔设置。

2.根据权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述弧形开口的弧形角度为90°～270°。

3.根据权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述磁振子呈圆柱型，所述线圈的外径大于所述磁振子的外径。

4.根据权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述弹性薄膜的厚度为0.01mm～0.2mm。

5.根据权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述弹性薄膜采用聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任意一种制成。

6.一种致动器的制造方法，用于制造如权利要求1至5任一项的致动器，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10、将线圈与电路板焊接，在所述电路板具有所述线圈的一侧注塑成型外壳，使所述外壳包裹在所述线圈外，注塑时，在所述外壳上成型第一通孔，所述线圈位于所述第一通孔内；

步骤S20、在弹性薄膜上切割形成弧形开口，将磁振子粘接在所述弹性薄膜上；

步骤S30、将具有所述磁振子的所述弹性薄膜与所述外壳远离所述电路板的一侧粘接，并使所述磁振子安装于第一通孔内，且所述磁振子与所述线圈间隔设置。

7.根据权利要求6的所述致动器的制造方法，其特征在于，在步骤S10中包括以下步骤：

步骤S11、提供模具，所述模具包括底座和压板，所述底座具有注塑腔，所述压板朝向所述底座的一侧面上设置有凸柱；

步骤S12、将所述线圈焊接在所述电路板上，

步骤S13、将所述电路板固定在所述注塑腔内，使所述线圈朝向上设置；

步骤S14、在所述注塑腔内倒入注塑液；

步骤S15、将所述压板抵紧所述底座，使所述凸柱插入所述注塑液内并与所述线圈抵接，以使所述注塑液固化后形成具有所述第一通孔的所述外壳。

8.根据权利要求7的所述致动器的制造方法，其特征在于，在步骤S20中包括以下步骤：

步骤S21、提供组装工装，所述组装工装包括底板和盖板，所述盖板具有多个沿阵列排布的第二通孔；

步骤S22、将所述弹性薄膜切割形成有多个沿阵列排布的所述弧形开口；

步骤S23、将所述弹性薄膜对准后固定在所述底板上；

步骤S24、将所述盖板与所述底板对准后抵紧，以使所述弹性薄膜位于在所述盖板和所述底板之间的间隙内；

步骤S25、通过所述第二通孔将粘结剂涂在所述弹性薄膜上，然后将所述磁振子从所述第二通孔穿过并粘结在所述弹性薄膜上。

9.根据权利要求8的所述致动器的制造方法，其特征在于，在步骤S21中，所述组装工装还包括定位柱，所述底板设置有第一定位孔、所述弹性薄膜设置有第二定位孔、所述盖板设置有第三定位孔，所述定位柱能依次穿过所述第一定位孔、所述第二定位孔和所述第三定位孔，以使所述底板、所述弹性薄膜和所述盖板快速对准。

10.根据权利要求9的所述致动器的制造方法，其特征在于，所述电路板设置有第四定位孔，所述外壳设置有第五定位孔；

在步骤S30中包括以下步骤：

步骤S31、将所述盖板取下，将粘接剂涂在所述弹性薄膜和/或所述外壳上；

步骤S32、将所述定位柱穿过所述第五定位孔和所述第四定位孔，以使所述外壳与所述弹性薄膜对准后粘接。

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