CN1196159A - 紧固电枢谐振脉冲电磁换能器 - Google Patents

Abstract

一种紧固电枢谐振脉冲换能器(100)包含一个电枢(12),一个电磁驱动器(24,26)和一个磁性运动体(18)。电枢包括上(14,15)和下(16,17)交叉连接的非线性谐振悬挂件,每一个包含在阶梯形中心区域周围对称地连接到反向相邻的平面周边区域的平面非线性弹簧(62,72)。该电磁驱动器(24,26)连接到上和下非线性谐振悬挂件(14,16),并引起交变电磁场。磁性运动体(18)悬挂在上(14,15)和下(16,17)交叉连接的非线性谐振悬挂件之间,并响应交变电磁场而提供交变运动,该交变运动通过上(14,15)和下(16,17)交叉连接的非线性谐振悬挂件和电磁驱动器(24,26)被转换为动能。

Description

紧固电枢谐振脉冲电磁换能器

本发明一般地涉及电磁换能器，并特别地涉及紧固电枢谐振电磁换能器。

诸如寻呼电话接收机等便携式通信装置一般已使用旋转偏心配重的鼓形电动机或者利用偏心电枢权重的“扁饼”式电动机以产生触感，或振动提示。希望这种提示能够产生“无声”的通知信号用来通知用户已经收到消息，而不会打扰位于附近的人。尽管这种装置已经满意地工作了许多年并仍然被广泛使用着，但是有几个问题限制了更为广泛的使用。电动机当用来提供触感时，“无声”的通知信号与其说是“无声”的，倒不如说是提供了可感觉的声响输出部分地是由于电动机使配重旋转的操作所需要的高频旋转足以提供可感觉的触感刺激。而且，这种电动机由于其固有的设计的结果一般要消耗相当数量的能量用于操作。这意味着电动机必须直接从电池被接通或切断而操作，并对便携式通信装置正常操作期间可期望的电池寿命造成很大影响。

近来，由Mooney等人的美国专利No.5,107540及Mckee等人的美国专利No.5,327,120描述新一代的非旋转径向电磁换能器，这种换能器显著降低了用于作为触感通知信号装置的操作从电池所消耗的能量。此外，由于电磁换能器工作在亚声频，当换能器与人接触时使得所形成的触感达到最大，真正提供了一种无声无扰的通知信号。由于径向电磁换能器的大小和形状类似于扁饼形电动机换能器，故新装置的翻新式样在现有的通信装置中几乎不用改变驱动电路或结构即可很好地适用。

虽然新一代的非旋转径向电磁换能器已经显著降低了能耗，并还显著降低了实际工作时所产生的声响，但还需要在保持径向电磁换能器性能特性的同时能够提供能耗更低的电磁换能器。还需要对于给定的触感能量输出提供能够把换能器的大小减小到最小的电磁换能器。

根据本发明的一个方面，一种紧固的电枢谐振脉冲换能器包括一个电枢，一个电磁驱动器和一个磁性运动体。电枢包括上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件，该悬挂件包含第一和第二平面非线性弹簧，这些弹簧的第一端对称地连接在阶梯形中心区域周围，第二端连接到反向相邻平面周边区域，其中第一平面非线性弹簧的第一端位于第二平面非线性弹簧的周边之内。该电磁驱动器连接到反向相邻的平面周边区域周围的上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件，并响应输入信号引起交变电磁场。磁性运动体悬挂在阶梯形中心区域周围的上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件之间，并与交变电磁场耦合以产生磁性运动体的交变运动。磁性运动体的交变运动通过上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件和电磁驱动器被转换为动能。

根据本发明的另一个方面，一种惯性音频输送装置包括一个紧固的电枢、谐振脉冲换能器和一个外壳。该紧固电枢、谐振脉冲换能器包括一个电枢，一个电磁驱动器和一个磁性运动体。该电枢包括上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件，该悬挂件包含第一和第二平面非线性弹簧，这些弹簧的第一端对称地连接在阶梯形中心区域周围，第二端连接到反向相邻平面周边区域，其中第一平面非线性弹簧的第一端位于第二平面非线性弹簧的周边之内。该电磁驱动器连接到反向相邻的平面周边区域周围的上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件，并响应输入信号引起交变电磁场。磁性运动体悬挂在阶梯形中心区域周围的上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件之间，并与交变电磁场耦合以产生磁性运动体的交变运动。磁性运动体的交变运动通过上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件和电磁驱动器被转换为声能。该外壳容纳该紧固电枢谐振惯性换能器并传送声能。

图1是根据本发明的优选实施例的紧固电枢脉冲换能器的分解图。

图2和3是图1所示紧固电枢谐振脉换能器中交叉连接的非线性谐振悬挂件所用平面非线性弹簧的顶视图。

图4是图1除去外壳的紧固电枢谐振脉冲换能器的顶视图。

图5是图1外壳就位的紧固电枢谐振脉冲换能器的顶视图。

图6是图1的紧固电枢谐振脉冲换能器的剖视图。

图7是使用根据本发明优选实施例的紧固电枢谐振脉冲换能器的通信装置的电学框图。

图1是根据本发明的优选实施例的紧固电枢脉冲换能器100的分解图。紧固电枢脉冲换能器100包括含有上14和15及下16和17交叉连接的非线性悬挂件的一个电枢12，一个包含电磁线圈26(图6中所示)并由线圈端子54表示的支撑框架24，以及包含一个磁撑20和两个永磁体22的一个磁性运动体18。支撑框架24和电磁线圈26一同称为电磁驱动器，该电磁驱动器产生以下进一步说明的交变电磁场。例如，电磁线圈26包括以线圈端子54为终端的漆包铜导线，并且该电磁线圈呈现大约一百(100)欧姆的电阻。电磁驱动器(24，26)最好使用注模工艺制造，其中线圈26被模制到支撑框架24之中。例如，使用充30％玻璃的液晶聚合物形成支撑框架24，虽然知道也可以使用其他可注模热塑材料。如以下所述，上交叉连接的非线性谐振悬挂件14、15和下交叉连接的非线性谐振悬挂件16、17通过四个凸起28装配到支撑框架24上，图1中只能看到这四个凸起中的三个。

上非线性谐振悬挂件14、15和下非线性谐振悬挂件16、17是通过在图2中作为由两个弯曲的平面条62形成的平面非线性弹簧60为例，并在图3中作为由两个弯曲的并置的平面复合条72形成的复合平面非线性弹簧70为例所示的平面非线性弹簧形成的。图2是平面非线性弹簧60的顶视图，该弹簧包含两个终止在第一和第二末端的弯曲的平面条62，第一末端终止在用来连接到磁体支撑20的阶梯形中心区域的安装接头64，而第二末端终止在用来对称地连接到支撑框架24相对的平面周边区域的安装接头66。两个弯曲的平面条62最好具有圆周形的外圈68及椭圆形的内圈69，并在由Mooney等人在1994年8月29日提交的标题为“用于便携式接收器的双模式换能器”、申请序号为08/297,730的美国专利中有进一步的详细说明，该专利申请转让给本发明的受让人并在此结合作为参考文献。

图3是复合平面非线性弹簧70的顶视图，该弹簧包含两个终止在第一和第二末端的弯曲的并置的平面复合条72，第一末端终止在用来连接到磁体支撑20的阶梯形中心区域的安装接头74，而第二末端终止在用来对称地连接到支撑框架24相对的平面周边区域的安装接头76。两个弯曲的并置的平面复合条72由两个独立的同心的具有第一平均尺度的弧形内条和两个独立的同心的具有第二平均尺度的弧形外条形成，第二平均尺度大于第一平均尺度，每一个具有相同的或基本不变的弹性系数(K)，并在由荷尔顿等人在1994年11月17日提交的序号为08/341,242标题为“紧固电枢谐振脉冲换能器”的美国专利申请中被进一步详细说明，该专利申请转让给本发明的受让人并在此结合作为参考文献。可以知道，为了达到基本不变的弹性系数(K)，弧形内条具有第一平均条宽，而弧形外条具有第二平均条宽，其中弧形外条的第二平均条宽大于第一平均条宽。可以知道，从尽量减小触感提示装置尺寸的需要来说，图2所示的平面非线性弹簧最适用于低频应用，且图3所示的平面非线性弹簧最适用于高频应用。

图2和3中所述的非线性弹簧最好由金属薄片制成，例如由瑞典Sandviken的Sandvik钢铁公司生产的.0040英寸(0.10mm)厚的Sandvik^TM7C27Mo2不锈钢，该弹簧最好使用化学蚀刻或者蚀刻工艺成形，虽然知道其他的零件成形工艺也能够使用。

返回图1，磁性运动体18包括一个磁体支撑20和两个永久磁体22。磁体支撑20最好使用压铸工艺制造并最好由诸如Zamak(锌基压铸合金)3锌压铸合金等压铸材料铸造。可以知道，磁性运动体的制造也能够使用其他铸造工艺，诸如熔模铸造工艺，使用诸如钨这样能够显著增加磁体支撑20质量体积比的铸造材料，如下所述，这是达到很低的频率操作所需要的。起磁体固定件作用的磁体支撑20的成形结构中具有末端限制器30和由相对的成对终止支撑34，36形成的顶部与底部限制器，这些限制器用来使永久磁体22在装配到磁体支撑20时就位。磁体支撑20还包括倾斜的表面32，如下所述，这些倾斜的表面为交叉连接的非线性悬挂件在操作期间使磁性运动体18达到最大偏移提供了间隙。端部支撑34，36包含有法兰件，这些法兰件用来保持上非线性谐振悬挂件14，15和下非线性谐振悬挂件16，17在磁体支撑20位于阶梯形中心区域，其中终止支撑34位于第一水平而终止支撑36位于低于第一水平的第二水平。参见图4，永久磁体22以预定的N-S磁场方向被装配到磁体支撑20，使得相同的极性指向相同(北/北或南/南)。永久磁体22使用粘合剂材料被装配到磁体支撑20，例如使用在永久磁体22定位时通过加热和加压凝固的热固性β阶段环氧树脂预成形所形成的材料。两个永久磁体22最好由具有25MGOe最低磁通密度的钐钴材料形成，虽然可以知道其他高磁通密度的磁性材料也可以使用。永久磁体22制成有倾斜表面38，以使磁性运动体18在操作时的偏移达到最大。

紧固电枢谐振脉冲换能器100的设计是为诸如用于自动机装配工艺的Z-轴装配技术而准备的。以下简述装配工艺过程。在永久磁体22已经如上所述装配到磁体支撑20之后，两个上非线性谐振悬挂件14，15的安装接头(64，74)就位到设在磁体支撑20的终止支撑34，36上的两个法兰件上，然后又由轨道铆接等工艺封堵，以便把上非线性谐振悬挂件14，15固定到磁体支撑20上。然后，磁性运动体18被放置到图1和图4中所示的支撑框架24内的空腔中，并由上非线性悬挂件14，15的安装接头(66，76)相对于支撑框架24就位。然后通过使用诸如热或超声波拉软的拉软工艺使凸起28变形而把上非线性悬挂件14，15固定到支撑框架24上。然后翻转支撑框架24，且下非线性谐振悬挂件16，17的安装接头(64，74)被定位于设在终止支撑34，36上的两个法兰上，并且下非线性谐振悬挂件16，17的安装接头(66，76)在凸起28上就位。然后使凸起28按上述那样变形，此后法兰也如上所述被封堵，这样就完成了磁性运动体18向支撑框架24和电枢12的装配。

已经如上所述装配的紧固电枢谐振脉冲换能器100可以在没有外壳的情况下使用，也可以对紧固电枢谐振脉冲换能器100加一外壳。当使用外壳时，如图1所示外壳最好包含一上外壳部分40和一下外壳部分，或底板42。上外壳部分40最好使用“316”不锈钢，使用适当的成形工艺诸如金属薄板拉伸和成形工艺形成。底板42也最好使用“316”不锈钢使用适当的成形工艺形成，例如金属薄板冲压工艺。还知道也可以使用其他非磁性材料形成上外壳部分40和底板42。

当包含外壳时，底板42位于四个下支柱44之上，(与线圈终端54相对，然后使用诸如热或超声波拉软的拉软工艺使之变形以便把底板42固定到支撑框架24上。然后上外壳部分40就位到相对的四个支柱44上，此后最好使印刷电路板46就位，然后使用如上所述的拉软工艺使四个支柱44变形以便把上外壳部分40和电路板46固定到支撑框架24。印刷电路板46最好由适当的印刷电路板材料形成，诸如G10玻璃环氧树脂板，或FR4玻璃环氧树脂板，并用于对线圈终端54提供终端垫片48，如图5所示，该图是紧固电枢谐振脉冲换能器100的顶视图，其中带有就位的上外壳部分40和电路板46。终端垫片48由敷铜装设到已经被选择地蚀刻而确定了垫片位置的印刷电路板46上。线圈终端54使用适当的软焊接技术电连接到终端垫片48，或也可使用对焊工艺等其他适当的连接工艺。图1中所示三个安装接头52设置在底板42上以便把装配完的紧固电枢谐振脉冲换能器100机械固定到一个诸如印刷电路板的支撑基底上，如下所述。

图6是图1的紧固电枢谐振脉冲换能器100的剖视图。如图6中所示，成对的方向相对的支撑在位于磁体支撑20的阶梯形中心区域中的终端支撑34，36处就位，并彼此错开，终端支撑36低于终端支撑34。非线性谐振悬挂件14和16首先在终端支撑36的法兰之一与同电枢中间平面相对的凸起28之一之间就位，然后非线性谐振悬挂件15和17在法兰与位于平面非线性弹簧60或复合平面非线性弹簧70内的终端34之一，以及同电枢中间平面相对的凸起28之一之间就位。

当亚声频范围的输入信号或者声频范围的输入信号耦合到电磁线圈26时，就产生了磁性运动体的交变运动，该运动通过上非线性谐振悬挂件14，15及下和非线性谐振悬挂件16，17与电磁驱动器24，26分别转换为触感能或声能。上非线性谐振悬挂件14，15及下和非线性谐振悬挂件16，17提供了正交于磁性运动体的交变运动沿轴56的恢复力。

图7是使用根据本发明优选实施例的紧固电枢谐振脉冲换能器100的便携式通信装置的电学框图。在解码器/控制器906的控制下，电池节能器开关918被周期地激励，向接收器904供能。当能量供给接收器904时，由天线910截获的被传输的编码信息信号耦合到接收器904的输入，然后该接收器按本专业尽人皆知的方式接收并处理截获的信号。实际上，截获的编码信息信号包含标识信息信号所发往的便携式通信装置的地址信号。接收的地址信号耦合到解码器/控制器906的输入，该解码器/控制器对接收的地址信号与存储在代码存储器908中的预定的地址进行比较。当接收的地址信号与存储的预定地址信号匹配时，该信息信号被接收，且信息存储在信息存储器912中。该解码器/控制器还产生耦合到诸如压电或电磁换能器等的声频提示装置920的提示启动信号，以便产生指示已经收到信息的声频提示。类似的提示启动信号可以耦合到触感提示装置，诸如紧固电枢谐振脉冲换能器100，以便产生如上所述的触感能，该触感能提供指示已经收到信息的触感提示。声频提示或触感提示可由便携式通信装置的用户复位，并且信息可从信息存储器912通过提供各种用户输入功能的控制装置914被重新呼叫。从信息存储器912被重新呼叫的信息通过解码器/控制器906指向诸如LCD显示器等的显示器916，在此信息被显示供便携式通信装置用户查看。

紧固电枢谐振脉冲换能器100已经如上说明，该换能器能够有效地将离散的亚声频(频率一般＜300Hz)或在紧固电枢谐振脉冲换能器100的谐振频率处/或其附近产生的扫描频率电输入信号转换为高水平触感能。按照类似于由荷尔顿等人在1994年11月17日提交的序号为08/341,242标题为“紧固电枢谐振脉冲换能器”的美国专利申请中的方式，紧固电枢谐振脉冲换能器100还能够有效转换声频信号(频率一般＞300HZ)为声能。通过如上所述的交叉连接的上非线性谐振悬挂件14，15和下非线性谐振悬挂件16，17，用于紧固电枢谐振脉冲换能器100的外壳的长度与非线性谐振悬挂件非交叉连接而构成的换能器比较可以显著减小。外壳长度的减小结果是整个紧固电枢谐振脉冲换能器100体积的显著减小，同时提供了与非线性谐振悬挂件非交叉连接的紧固电枢谐振脉冲换能器相同的触感能输出。与传统的电动机驱动触感提示装置相比触感能的产生在很低的耗用电流下实现。当如上所述的紧固电枢谐振脉冲换能器100工作在谐振频率以上时，紧固电枢谐振脉冲换能器100可被描述为有效转换声能为低水平的触感能的紧固电枢谐振脉冲换能器，这种低水平的触感能例如是在乳突形助听器等惯性声频传送装置中传递声频信号所需要的。

Claims (20)

1.一种紧固的电枢谐振脉冲换能器，包括：

一个电枢，该电枢包括上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件，该悬挂件包括第一和第二平面非线性弹簧，这些弹簧的第一端对称地连接在阶梯形中心区域周围，第二端连接到反向相邻平面周边区域，其中所述第一平面非线性弹簧的第一端位于第二平面非线性弹簧的周边之内；

一个电磁驱动器，该电磁驱动器连接到所述反向相邻的平面周边区域周围的所述上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件，所述电磁驱动器用于响应输入信号引起交变电磁场；以及

一个磁性运动体，该磁性运动体悬挂在阶梯形中心区域周围的所述上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件之间，并与所述交变电磁场耦合以响应该交变磁场产生磁性运动体的交变运动，所述磁性运动体的交变运动通过上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件和所述电磁驱动器被转换为动能。

2.根据权利要求1的紧固电枢谐振脉冲换能器，其中所述阶梯形中心区域包含相对的第一水平和低于所述第一水平的第二水平的终端对。

3.根据权利要求1的紧固电枢谐振脉冲换能器，其中所述第一和第二平面非线性弹簧包括两个弯曲的平面条。

4.根据权利要求3的紧固电枢谐振脉冲换能器，其中所述两个弯曲的平面条具有圆形的外周边和椭圆形的内周边。

5.根据权利要求1的紧固电枢谐振脉冲换能器，其中所述第一和第二平面非线性弹簧包括一对并置的平面复合条，每一个包括至少两个独立的同心弧形条。

6.根据权利要求5的紧固电枢谐振脉冲换能器，其中所述至少两个独立的同心弧形条呈现基本相同的弹性系数(K)。

7.根据权利要求5的紧固电枢谐振脉冲换能器，其中所述至少两个独立的同心弧形条包括一个具有第一平均尺度的内弧形条，和至少一个具有第二平均尺度的外弧形条，其中所述第二平均尺度大于所述第一平均尺度。

8.根据权利要求7的紧固电枢谐振脉冲换能器，其中所述内弧形条和所述至少一个外弧形条具有圆形。

9.根据权利要求7的紧固电枢谐振脉冲换能器，其中所述内弧形条具有第一中间条宽，且其中所述至少一个外弧形条具有第二中间条宽，其中所述第二中间条宽大于所述第一中间条宽。

10.根据权利要求1的紧固电枢谐振脉冲换能器，其中所述磁性运动体包括：

第一和第二永久磁体，每一磁体产生具有预定N-S磁场方向的永久磁场；以及

磁体支架，用于安装所述第一和第二永久磁体使得所述第一和第二永久磁体的每一个的所述预定N-S磁场方向是相对的。

11.根据权利要求1的紧固电枢谐振脉冲换能器，其中所述输入信号为亚声频电信号，且其中所述磁运动体的交变运动通过所述上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件和所述电磁驱动器转换为触感能。

12.一种惯性音频输送装置，包括：

一个紧固电枢谐振脉冲换能器，包括

一个电枢，包括上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件，该悬挂件包含第一和第二平面非线性弹簧，这些弹簧的第一端对称地连接在阶梯形中心区域周围，第二端连接到反向相邻平面周边区域，其中第一平面非线性弹簧的第一端位于所述第二平面非线性弹簧的周边之内；

一个电磁驱动器，该电磁驱动器连接到所述反向相邻的平面周边区域周围的上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件，所述电磁驱动器用于响应音频输入信号引起交变电磁场；以及

一个磁性运动体，该磁性运动体悬挂在所述阶梯形中心区域周围的所述上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件之间，并与所述交变电磁场耦合以对其响应而产生所述磁性运动体的交变运动，所述磁性运动体的交变运动通过所述上和下交叉连接的非线性谐振悬挂件和所述电磁驱动器被转换为声能；

一个外壳，用于容纳所述紧固电枢谐振惯性换能器并用于传送声能。

13.根据权利要求12的惯性音频传送装置，其中所述磁性运动体的所述阶梯形中心区域包含相对的第一水平和低于所述第一水平的第二水平的终端对。

14.根据权利要求12的惯性音频传送装置，其中所述第一和第二平面非线性弹簧包括两个弯曲的平面条。

15.根据权利要求14的惯性音频传送装置，其中所述两个弯曲的平面条具有圆形的外周边和椭圆形的内周边。

16.根据权利要求12的惯性音频传送装置，其中所述第一和第二平面非线性弹簧包括一对并置的平面复合条，每一个包括至少两个独立的同心弧形条。

17.根据权利要求16的惯性音频传送装置，其中所述至少两个独立的同心弧形条呈现基本相同的弹性系数(K)。

18.根据权利要求17的惯性音频传送装置，其中所述至少两个独立的同心弧形条包括一个具有第一平均尺度的内弧形条，和至少一个具有第二平均尺度的外弧形条，其中所述第二平均尺度大于所述第一平均尺度。

19.根据权利要求16的惯性音频传送装置，其中所述内弧形条具有第一中间条宽，且其中所述至少一个外弧形条具有第二中间条宽，其中所述第二中间条宽大于所述第一中间条宽。

20.根据权利要求12的惯性音频传送装置，其中所述磁性运动体包括：

第一和第二永久磁体，每一磁体产生具有预定N-S磁场方向的永久磁场；以及

磁体支架，用于安装所述第一和第二永久磁体使得所述第一和第二永久磁体的每一个的所述预定N-S磁场方向是相对的。

Images