CN115373146A - 智能头戴设备及其壳体 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种智能头戴设备及其壳体，智能头戴设备的壳体的至少一部分形成为减重框架，所述减重框架至少由有机气凝胶材料制成，所述减重框架的密度为0.4g/cm³‑1.3g/cm³，所述减重框架的弯曲模量大于2.5GPa。根据本发明实施例的智能头戴设备的壳体，通过将壳体的至少一部分设置为包含有机气凝胶材料制备而成的减重框架，由有机气凝胶材料制备而成的减重框架内部具有大量孔隙，通过控制减重框架的密度和弯曲模量，使减重框架在满足刚度需求的基础上，具有更轻的质量，使用户佩戴更舒适，提高了用户使用体验。

Description

智能头戴设备及其壳体

技术领域

本申请涉及可穿戴设备技术领域，更具体地，涉及一种智能头戴设备的壳体以及具有该智能头戴设备的壳体的智能头戴设备。

背景技术

可穿戴设备在生活中的应用越来越广泛，用户对于可穿戴设备的需求和体验感也与日俱增。VR作为一种常见的可穿戴设备，其壳体通常采用注塑材料或者碳纤维复合结构来支撑，此类材料虽然强度较高，但是由于密度较大，因此极大的增加了产品重量，降低了用户使用体验。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种智能头戴设备的壳体，该壳体具有强度高、质量轻的优点。

本发明的另一个目的在于提供上述智能头戴设备的壳体组成的电子设备。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。

根据本发明第一方面实施例的智能头戴设备的壳体，所述壳体的至少一部分形成为减重框架，所述减重框架至少由有机气凝胶材料制成，所述减重框架的密度为0.4g/cm³-1.3g/cm³，所述减重框架的弯曲模量大于 2.5GPa。

根据本发明的一些实施例，所述壳体整体形成为所述减重框架。

根据本发明的一些实施例，所述壳体还包括辅助支撑部，所述辅助支撑部与所述减重框架粘结或一体成型为所述壳体。

根据本发明的一些实施例，所述辅助支撑部由工程塑料、不锈钢或轻质合金中的至少一种制备而成。

根据本发明的一些实施例，所述减重框架内还含有增强材料，所述有机气凝胶材料占所述减重框架总重量的质量百分比为30％-90％，所述增强材料占所述减重框架总重量的质量百分比为10％-70％；且/或，所述减重框架的比模量大于3.5GPa·cm³/g。

根据本发明的一些实施例，所述有机气凝胶材料具有基体骨架和孔隙结构，所述增强材料为分布于所述基体骨架和所述孔隙结构内的增强纤维。

根据本发明的一些实施例，所述增强材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和PBO纤维中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述增强材料为短切纤维粉、无纺布毡和纤维织物中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述增强纤维的长度大于1mm。

根据本发明的一些实施例，所述减重框架的弯曲强度大于30MPa。

根据本发明的一些实施例，所述减重框架内还含有导热填料，所述导热填料为金属填料和无机非金属填料的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述导热填料的导热系数大于60W/m·K，所述减重框架的导热系数大于等于0.55W/m·K。

根据本发明的一些实施例，所述减重框架的损耗因子大于0.01。

根据本发明的一些实施例，所述有机气凝胶包括聚酰亚胺类、聚酰胺类、聚酯类、醛类、聚烯烃类和多糖类中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述减重框架为非透明材料件。

根据本发明的一些实施例，所述壳体包括：主壳体，所述主壳体设有适于佩戴的佩戴部；前壳，所述前壳与所述主壳体连接，并与所述主壳体配合限定出容纳空间，其中，所述前壳和所述主壳体的至少一部分形成为所述减重框架。

根据本发明第二方面实施例的可穿戴设备，包括：根据上述实施例任一项所述的壳体；和光学镜头，所述光学镜头设于所述壳体。

根据本发明实施例的智能头戴设备的壳体，通过将壳体的至少一部分设置为包含有机气凝胶材料制备而成的减重框架，由有机气凝胶材料制备而成的减重框架内部具有大量孔隙，通过控制减重框架的密度和弯曲模量，使减重框架在满足刚度需求的基础上，具有更轻的质量，使用户佩戴更舒适，提高了用户使用体验。

具体实施方式

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

下面首先具体描述根据本发明实施例的智能头戴设备的壳体。

根据本发明实施例的智能头戴设备的壳体的至少一部分形成为减重框架，减重框架至少由有机气凝胶材料制成，减重框架的密度为 0.4g/cm³-1.3g/cm³，减重框架的弯曲模量大于2.5GPa。

换言之，根据本发明实施例的智能头戴设备的壳体可以整体均由减重框架构成，也可以仅有部分为减重框架，其余部分采用智能头戴设备的壳体的常规材料制备而成。减重框架也可以通过在有机气凝胶材料中添加其他加强材料或加强结构制备得到。减重框架的密度控制在 0.4g/cm³-1.3g/cm³之间，例如可以是0.4g/cm³、0.7g/cm³、1g/cm³、1.2g/cm³、1.3g/cm³等，减重框架的弯曲模量设置为大于2.5GPa，可以满足壳体的刚度需要。

其中需要说明的是，有机气凝胶材料是一种孔隙率大、比表面积高的固体材料，其体积大部分由空气构成，减重框架的密度可以通过控制有机气凝胶材料中孔隙率、孔径大小等参数进行调节。弯曲模量是指材料在弹性极限内抵抗弯曲变形的能力，弯曲模量即弯曲应力与弯曲所产生的形变之比。弯曲性能是智能头戴设备的壳体的重要物理性能指标之一，弯曲模量是检测壳体质量是否达标的重要数据之一，通常壳体的弯曲模量越大，说明壳体的刚度和抗变形能力越强。由有机气凝胶材料制备而成的减重框架，可以通过调整有机气凝胶材料的孔隙率、孔径大小等参数调节其弯曲模量，从而达到具有较高的弯曲模量的要求。

由此，根据本发明实施例的智能头戴设备的壳体，通过将壳体的至少一部分设置为包含有机气凝胶材料制备而成的减重框架，由有机气凝胶材料制备而成的减重框架内部具有大量孔隙，通过控制减重框架的密度和弯曲模量，使减重框架在满足刚度需求的基础上，具有更轻的质量，使用户佩戴更舒适，提高了用户使用体验。

智能头戴设备的壳体的结构可以根据智能头戴设备的具体需要进行合理设置，从而满足用户的不同使用需求。在本发明的一些具体实施例中，壳体包括：主壳体和前壳，主壳体设有适于佩戴的佩戴部，前壳与主壳体连接，并与主壳体配合限定出容纳空间，其中，前壳和主壳体的至少一部分形成为减重框架。

换句话说，根据本发明实施例的智能头戴设备的壳体主要由主壳体和前壳两部分组成，其中，主壳体上设有用于佩戴智能头戴设备的佩戴结构，例如可以是头环、镜腿等，前壳设于主壳体的前部，并且与主壳体配合形成容纳空间，容纳空间内可以用于装配智能头戴设备的主板、光学组件、散热件等结构。主壳体构成了智能头戴设备的壳体的主体结构，智能头戴设备的壳体的重量也主要集中在主壳体上，在壳体制备过程中，可以分别控制主壳体和前壳体的材料配比，以使主壳体和前壳体满足不同的密度和弯曲模量需求。

根据本发明的一个具体实施例，壳体整体形成为减重框架。

也就是说，在本实施例中，智能头戴设备的壳体整体均由减重框架构成，而减重框架至少由有机气凝胶材料制备而成，因此，根据本发明实施例的智能头戴设备的壳体整体至少由有机气凝胶材料制备而成。当减重框架整体由有机气凝胶材料制备而成时，则根据本发明实施例的智能头戴设备的壳体整体也由有机气凝胶材料制备而成。

由此，通过将智能头戴设备的壳体整体均由减重框架构成，该结构的壳体整体均可以由有机气凝胶材料制备而成，制备方便，并且可以更加精确的控制壳体的密度和弯曲模量，从而更精确的控制壳体的刚度和轻量化程度，提高智能头戴设备的壳体的整体可设计性。

在本发明的一些具体实施方式中，壳体还包括辅助支撑部，辅助支撑部与减重框架粘结或一体成型为壳体。

换句话说，在本实施例中，智能头戴设备的壳体不仅仅只包含减重框架，而是由减重框架和辅助支撑部两部分组成，辅助支撑部可以与减重框架通过粘结的方式连接，也可以将辅助支撑部与减重框架通过一体成型的方式制备而成。

其中，当辅助支撑部与减重框架通过一体成型的方式制备时，可以先将辅助支撑部提前成型，然后作为预制嵌件镶嵌到模具中与有机气凝胶材料一起注塑或者模压成型。由此，该结构的壳体制备方式多样，可以根据使用需要进行灵活调整，实用性更强。

可选地，根据本发明的一个实施例，辅助支撑部由工程塑料、不锈钢或轻质合金中的至少一种制备而成。

具体地，辅助支撑部可以构成智能头戴设备的壳体的骨架部分，选用工程塑料、不锈钢或轻质合金等材质作为壳体的骨架部分，不仅可以提高壳体的整体强度和刚性，而且可以成型比较复杂的形状，满足不同产品的生产需求。由有机气凝胶材料构成的减重框架可以作为智能头戴设备的壳体的辅助支撑结构，在保证壳体的整体强度和刚度需求的基础上，可以起到减轻壳体的重量的效果。

在本发明的一些可选实施例中，减重框架内还含有增强材料，有机气凝胶材料占减重框架总重量的质量百分比为30％-90％，增强材料占减重框架总重量的质量百分比为10％-70％；且/或，减重框架的比模量大于3.5GPa ·cm³/g。

也就是说，减重框架可以由有机气凝胶材料和增强材料共同制备而成，其中，有机气凝胶材料占减重框架整体重量的百分比可以在30％-90％之间，剩余成分则可以均为增强材料。例如，当减重框架中有机气凝胶材料的质量百分比为30％时，增强材料的质量百分比则为70％；当减重框架中有机气凝胶材料的质量百分比为40％时，增强材料的质量百分比则为60％；当减重框架中有机气凝胶材料的质量百分比为50％时，增强材料的质量百分比则为50％；当减重框架中有机气凝胶材料的质量百分比为90％时，增强材料的质量百分比则为10％。

其中，由于有机气凝胶材料具有孔隙结构，有机气凝胶材料在减重框架中的质量百分比至少需要达到30％，才能达到连续基体增强的效果。如果有机气凝胶材料含量过高，则会导致减重框架整体强度降低，因此，需要控制减重框架中有机气凝胶材料的质量百分比不超过90％，同时，控制减重框架中增强材料的质量百分比不超过70％。

比模量是材料的模量与密度之比,是材料承载能力的一个重要指标，材料的比模量越大,说明该材料的刚性越大，由该材料制备而成的零件的刚性也就越大。根据本发明实施例的减重框架，通过调节其中增强材料的百分比，可以有效保证其对于刚度的需求。

由此，通过在减重框架内增加增强材料与有机气凝胶材料进行配合，可以进一步提高减重框架的刚性和强度，在保证了减重框架的刚性和强度的基础上，则可以进一步减小减重框架的材料用量，从而起到降低壳体整体重量的效果。

可选地，根据本发明的一个实施例，有机气凝胶材料具有基体骨架和孔隙结构，增强材料为分布于基体骨架和孔隙结构内的增强纤维。

具体地，智能头戴设备的壳体的减重框架可以由有机气凝胶材料和增强纤维复合而成，其中，具有孔隙结构的有机气凝胶材料可以构成减重框架的辅助支撑部分，而增强纤维为纤维状结构，可以均匀分布于有机气凝胶材料的基体骨架和孔隙结构内，使得有机气凝胶复合材料的弯曲模量与弯曲模量也会相应增加，孔隙率会下降，导致整体密度增加，从而既不会增加减重框架的体积，又可以起到增强减重框架的强度的效果。

在本发明的一些可选实施例中，增强材料可以为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和PBO纤维中的至少一种。

可选地，增强材料也可以为包括不同状态的短切纤维或者连续纤维，其中，增强材料可以为短切纤维粉、无纺布毡和纤维织物中的至少一种。由此，增强材料的来源广泛，并且成本低廉，实用性强。

根据本发明的一个实施例，增强纤维的长度大于1mm。由于增强纤维为纤维状结构，若增强纤维的长度过短，则难以起到增加强度的支撑作用，对于减重框架的增强效果较差。因此，通过控制增强纤维的长度，可以保证对于减重框架的增强效果，从而保证智能头戴设备的壳体的强度。

考虑到可穿戴设备在使用构成中可能会出现的变形或损坏问题，智能头戴设备的壳体强度较低，壳体容易发生变形和破坏，从而导致产品出现破损，因此，需要保证智能头戴设备的壳体具有一定的弯曲强度。在本发明的一些具体实施方式中，减重框架的弯曲强度大于30MPa。由此，可以保证智能头戴设备的壳体具有较强的强度，不容易发生变形和破坏。

可选地，根据本发明的一个实施例，减重框架内还含有导热填料，导热填料为金属填料和无机非金属填料的至少一种。

具体地，导热填料的导热系数大于60W/m·K，减重框架的导热系数大于等于0.55W/m·K。

需要说明的是，智能头戴设备的壳体通常可以包括主壳体和前盖，壳体内设有光学镜头，光学镜头在工作过程中会产生热量。为了散发光学镜头产生的热量，可以在减重框架内设置导热填料，即可以在有机气凝胶材料中添加导热材料共同制备出智能头戴设备的壳体，导热填料可以是金属填料或者高导热无机非金属填料中的一种或者多种混合，优选可以是氮化硼或石墨烯。

由此，通过在智能头戴设备的壳体内添加导热填料，可以改善壳体的导热性，从而在满足壳体的刚度和质量要求的基础上，提高可穿戴设备的散热效果。其中，考虑到智能头戴设备在佩戴过程中，主壳体会与人体直接接触，而前壳体则不与人体直接接触，因此可以在前壳体中添加适当的导热填料，以增加前壳体的导热性能，而避免将热量传到人体，影响用户佩戴体验。

在本发明的一些具体实施方式中，减重框架的损耗因子大于0.01。

智能头戴设备的壳体内安装有光学镜头，壳体的减重框架至少由有机气凝胶材料制备而成，而有机气凝胶材料具有孔隙结构，通过控制减重框架的损耗因子，使其具有较好的阻尼，当应力作用于有机气凝胶材料内部的孔隙结构时，有机气凝胶材料的骨架发生变形，孔隙结构中的流体被排除，而排除孔隙结构内部的粘滞性流体需要做功，从而造成能量损耗，在振动时将机械能转化为内能，从而保护可穿戴设备壳体内的光学镜头，避免其受冲击造成损坏。

根据本发明的一个实施例，有机气凝胶包括聚酰亚胺类、聚酰胺类、聚酯类、醛类、聚烯烃类和多糖类中的至少一种。

具体地，气凝胶是指通过溶胶凝胶法，干燥后使气体取代凝胶中的液相而形成的一种纳米级多孔固态材料，并且，气凝胶还具凝胶的性质。在本申请中，有机气凝胶可以为一种采用高分子有机材料制成的气凝胶，不仅具有多孔和质轻的特征，相比于无机气凝胶材料，链长较大，还具有一定的强度，适用于制作具有一定力学要求的壳体。在实际应用中，可根据可穿戴设备的实际需求选择上述有机气凝胶材料中的一种或者几种，应用性更强。

在本发明的一些具体实施方式中，减重框架为非透明材料件。

也就是说，智能头戴设备的壳体整体为不透明材料，壳体的颜色可以通过将相应颜色的材料加入有机气凝胶中进行调节得到。

根据本发明实施例的可穿戴设备包括根据上述实施例的智能头戴设备的壳体，壳体内设有光学镜头。可穿戴设备可以是VR等电子设备，本申请对此不做限定。

由于根据本发明上述实施例的智能头戴设备的壳体具有上述技术效果，因此，根据本发明实施例的可穿戴设备也具有相应的技术效果，即可以极大减轻可穿戴设备的重量，使佩戴更舒适。

下面结合具体实施例和对比例对本发明的智能头戴设备的壳体进行详细说明。

实施例

首先，制备有机气凝胶复合材料：合成聚酰亚胺水凝胶，然后加入长度为3mm的短切碳纤维，短切碳纤维质量含量占比为50％，得到含有增强纤维的有机气凝胶复合材料。

将制备得到的有机气凝胶复合材料注入模具一体成型为壳体，然后冷冻干燥，进行亚胺化制得最终的壳体一，其中壳体的孔隙率为47％。

对比例

壳体二采用PC一体注塑成型。对比例中壳体二的结构和尺寸与实施例中壳体一的结构和尺寸相同。

将实施例和对比例制备得到的壳体分别进行质量、弯曲模量和阻尼测试，测试结果如表1所示。

表1壳体测试结果

壳体	实施例	对比例
			质量/g	105	147
密度/g/cm<sup>3</sup>	0.9	1.25
			弯曲模量/GPa	5.6	3.5
比模量/GPa·cm<sup>3</sup>/g	6.2	2.8
			损耗因子	0.03	0.01

从表1可以看出，在实施例和对比例的结构和尺寸相同的情况下，实施例中采用有机气凝胶复合材料的壳体一的质量仅仅为注塑成型的壳体二的质量的71.5％，减重达到28.5％，同时，实施例中采用有机气凝胶复合材料的壳体一的弯曲模量是对比例中采用注塑成型的壳体二的弯曲模量的1.6倍，实施例中采用有机气凝胶复合材料的壳体一的比模量是对比例中采用注塑成型的壳体二的比模量的2.2倍，弯曲模量和比模量可以用于衡量产品的抗破坏能力，说明采用根据本发明实施例的有机气凝胶复合材料的壳体一不仅具有更好的强度和抗破坏能力，在保证了产品结构设计强度的基础上，还可以大幅减少产品重量，提高用户的佩戴舒适度。

通过对实施例中采用有机气凝胶复合材料的壳体一的阻尼与注塑成型的壳体二的阻尼进行测试，可以看出，采用有机气凝胶复合材料的壳体一的损耗因子为0.03，大于对比例中注塑成型的壳体二的损耗因子，说明有机气凝胶复合材料所具有的孔道和长链结构，使得该壳体一具有较好的阻尼性。

虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (17)

1.一种智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述壳体的至少一部分形成为减重框架，所述减重框架至少由有机气凝胶材料制成，所述减重框架的密度为0.4g/cm³-1.3g/cm³，所述减重框架的弯曲模量大于2.5GPa。

2.根据权利要求1所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述壳体整体形成为所述减重框架。

3.根据权利要求1所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述壳体还包括辅助支撑部，所述辅助支撑部与所述减重框架粘结或一体成型为所述壳体。

4.根据权利要求3所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述辅助支撑部由工程塑料、不锈钢或轻质合金中的至少一种制备而成。

5.根据权利要求1所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述减重框架内还含有增强材料，所述有机气凝胶材料占所述减重框架总重量的质量百分比为30％-90％，所述增强材料占所述减重框架总重量的质量百分比为10％-70％；

且/或，所述减重框架的比模量大于3.5GPa·cm³/g。

6.根据权利要求5所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述有机气凝胶材料具有基体骨架和孔隙结构，所述增强材料为分布于所述基体骨架和所述孔隙结构内的增强纤维。

7.根据权利要求6所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述增强材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和PBO纤维中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述增强材料为短切纤维粉、无纺布毡和纤维织物中的至少一种。

9.根据权利要求6所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述增强纤维的长度大于1mm。

10.根据权利要求1所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述减重框架的弯曲强度大于30MPa。

11.根据权利要求1所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述减重框架内还含有导热填料，所述导热填料为金属填料和无机非金属填料的至少一种。

12.根据权利要求11所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述导热填料的导热系数大于60W/m·K，所述减重框架的导热系数大于等于0.55W/m·K。

13.根据权利要求1所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述减重框架的损耗因子大于0.01。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述有机气凝胶包括聚酰亚胺类、聚酰胺类、聚酯类、醛类、聚烯烃类和多糖类中的至少一种。

15.根据权利要求1-13中任一项所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述减重框架为非透明材料件。

16.根据权利要求1-13中任一项所述的智能头戴设备的壳体，其特征在于，所述壳体包括：

主壳体，所述主壳体设有适于佩戴的佩戴部；

前壳，所述前壳与所述主壳体连接，并与所述主壳体配合限定出容纳空间，其中，所述前壳和所述主壳体的至少一部分形成为所述减重框架。

17.一种可穿戴设备，其特征在于，包括：

根据权利要求1-16中任一项所述的壳体；

光学镜头，所述光学镜头设于所述壳体。