CN1291035A - 振动发生器 - Google Patents
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Abstract
一种振动发生器能耐久地提供大冲击力及其尺寸、成本及重量能被减小,它包括:具有与其连接的永久磁铁(60)的可动单元(50);具有通过一预定间隙分别与可动单元的各一端面(53),(54)对置的端面(23),(25)的静止单元(10),该静止单元通过使附设线圈(30)中流过电流而被激磁,并与可动单元形成磁路;及弹性支承件(80),用于支承可动单元,以使可动单元能在静止单元被线圈磁化方向上振动。
Description
本发明涉及一种振动发生器。
作为移动通信系统终端的便携式电话机如蜂窝式电话机常常在便携式装置本身内或在其附件内包括一个振动发生器，以通过无声的振动而非音频振铃音调来通知用户有到来的呼叫。由该发生器产生的振动由人体感受并促使用户接电话。
从结构上说，这种类型的传统振动发生器包括具有一个转动轴及安装于轴上的一个转动体的电动机，其中转动体的重心位于与转轴重心不同的位置上，以致当转动体转动时产生振动。
在具有此种结构的振动发生器中，当转动体转动时产生的转轴摇摆被用作振动源。因此，该电动机转轴的轴承遭受到过大的力，此乃有损发生器耐久性及可靠性的情况。
注意到固定于一弹簧自由端(可动端)的可动单元的简谐运动，本申请人在先已提示了一种振动发生器(日本专利申请公开文献NO．10-180186)，它被表示在图8中，其包括：一个大致C形的磁轭210，在上面绕有线圈240；一个条簧220，它具有固定于磁轭210中部附近的下端；及固定于条簧220可动上端的可动单元230。
可动单元230包括安装在磁轭234两侧的每侧上的永久磁铁235，236。当预定电流通过线圈240时，可动单元230作简谐运动，因此条簧220从一侧偏转到另一侧。
但是，该建议的振动发生器具有一些缺点。
具体地，虽然使用条簧220作为支承可动单元230的弹性体，但条簧220具有较高的刚性。因而，随着长期的工作将有使条簧220断裂的危险。虽然可增长条簧220来防止其发生，但此种措举难以减小振动发生器的尺寸。
另一问题是，由于条簧220通过螺丝或铆钉固定到磁轭210及可动单元230上，因此固定操作较麻烦。
此外，因为使用了两个永久磁铁235，236，这防碍了成本的下降。
再者，传统的振动发生器不能产生足够的振动冲击。因此需要一种能产生更强冲击的振动发生器。
于是，本发明的目的是提供一种振动发生器，它耐久，可产生强的冲击并可以减小尺寸、成本及重量。
根据本发明，上述目的通过提供一种振动发生器来实现，其包括：可动单元，它具有安装其上的永久磁铁；静止单元，它具有通过一预定间隙分别与可动单元的各一端面对置的端面，该静止单元通过使一个附设的线圈中流过电流而被激磁并与可动单元形成磁路；及一个弹性支承件，它具有连接到可动单元的一端及连接到静止单元的另一端，由此支承可动单元，使它在静止单元被线圈激磁的方向上振动；其中永久磁铁的一个极面与静止单元对面地放置，及通过线圈激磁静止单元使静止单元的端面形成所需极性，由此使可动单元以预定频率在静止单元被线圈激磁的方向上振动。
最好，将永久磁铁的一个极面这样地放置，即使其在装于静止单元中的线圈的一个外周侧的对面。由此形成磁路，其中从磁铁该极面出来的磁通将穿过线圈的外周面并透过线圈的内部，然后在静止单元被线圈磁化的方向上传导。
最好，在线圈外周面对面的侧上，永久磁铁的极面上装有高磁导率件，该高磁导率件使磁通集中在该极面上。
根据本发明的另一方面，通过提供一种振动发生器来达到上述目的，该振动发生器包括：可动单元，它具有安装其上的永久磁铁；静止单元，它具有通过一预定间隙分别与可动单元的各一端面对置的端面，该静止单元通过使一个附设的线圈中流过电流而被激磁并与可动单元形成磁路；及一个弹性支承件，它具有连接到可动单元的一端及连接到静止单元的另一端，由此支承可动单元，使它在静止单元被线圈激磁的方向上振动；其中可动单元具有设在其两侧中各一侧上的臂，它们伸向静止单元，这些臂具有构成端面的各个内侧面，这些内侧面通过预定间隙与静止单元的相应端面相对置。
最好，弹性支承件包括一个圈簧，及可动单元被一对弹性支承件这样地支承，即，使其在静止单元被线圈磁化的方向上振动。
最好，静止单元包括：一个固定的单元磁轭，线圈装在其上；及一个由人造树脂作的基体，在其上固定着该固定的单元磁轭。
从以下结合附图的说明中将会阐明本发明的其它特征及优点，在所有附图中相同的标记表示相同的或类似的部件。
图1是根据本发明的第一实施例的振动发生器；
图2A是概要正视图，及图2B是概要侧视图，它们用于表示概据本发明第一实施例的振动发生器；
图3是表示根据本发明第一实施例的振动发生器的解体透视图；
图4是表示可动单元的位移及作用于可动单元上冲击力之间关系的曲线图；
图5是表示由永久磁铁产生的冲击力，由弹性支承件产生的冲击力及可动单元位移之间的曲线图；
图6是表示力如何作用于可动单元的示意图；
图7是表示根据弗来明(Fleming)法则，力是如何作用于线圈的示意图；及
图8是表示根据现有技术中一个例子的振动发生器的透视图。
现在将参照附图详细描述本发明的优选实施例。
图1是表示根据本发明第一实施例的振动发生器1的透视图。图2A是该振动发生器的概要正视图，及图2B是它的概要侧视图，以及图3是该振动发生器的解体透视图。如这些附图所示，振动发生器1包括：静止单元10，可动单元50及两个弹性支承件80，后者用于将可动单元50保持在静单元10的中央上部分上。
更具体地，静止单元10包括一个固定的单元磁轭11，一个线圈30及一个基体31，如图3中所示。该固定的单元磁轭11包括一个软磁体，如纯铁体并具有大致H型的构型，其中纵向延伸的左及右磁轭部分13，15被沿横向延伸的中心磁轭部分17连接。通过围绕中心磁轭部分17绕上线圈30形成了一个电磁铁。左及右磁轭部分13，15的下部分构成了固定部分19，21，及左、右磁轭13，15的上部分的外侧面构成磁路的端面23，25。线圈30的两端被连接到电流供给装置100(见图1)。
基体31由模制人造树脂构成，并具有：槽状固定部分33，35，在其中插入及固定该固定的单元磁轭11的固定部分19，21；槽37(在图3中表示出前侧的槽)，它们横向地以沟的形式延伸；及伸向上方的槽39，它们设在槽37中央的附近。
弹性支承件80是所谓的双扭转圈簧，其中每个通过单根丝的弯曲构成。该丝具有两个圈部分81，每个圈部分通过将丝绕过近一圈半而得到，两个实质上平行的臂83延伸在圈部分81的一侧上，及两个实质上平行的臂85延伸在圈部分81的另一侧上。一侧上的臂83通连接部分82连接，而另一侧上的臂85在其远端部向上弯曲，作为锚定端851。
可动单元50包括一个由类似于固定的单元磁轭11的材料组成的可动磁轭51，及连接到可动磁轭51上的永久磁铁60。具有大致C型构型的可动磁轭51具有两上臂52，它们的内侧面构成了端面53，54，它们通过预定间隙分别位于固定的单元磁轭11的端面23，25的对面。永久磁铁60用其一个极面(在该实施例中为S极面)与可动磁轭51下方中心部分紧密接触被连接到可动磁轭51上。可动磁轭51的臂52的外侧面的上部分设有槽状连接部分55，用于与弹性支承件80的连接部分82的相应一个相配合。在永久磁铁60的另一侧上的极面上连接着一个板状高磁导率件57(即该实施例中的N极面，也就是在线圈30的外周面对面侧上的永久磁铁60的极面。)该高磁导率件57引起磁通集中在该极面上并由诸如纯铁的材料构成。
为了组装振动发生器1，固定的单元磁轭11的固定部分19，21被插入及固定的基体31的槽状固定部分33，35中。接着，将弹性支承件80的锚定端851从两侧插入及锚定在基体31的槽39中。在此时，弹性支承件80的臂85远端侧上的部分被插入到基体31的槽37中。然后弹性支承件80的连接部分82与可动单元50的连接部分55相连接。这就完成了振动发生器1的组装。
如图2A中所示，其布置是这样的，即静止单元10的两端面23，25与可动单元50的两端面53，54相对置，并通过相应的一个预定间隙28，29彼此平行(这两上间隙的尺寸相同)。可动单元50被弹性支承件80这样地支承，即它能够在静止单元10被线圈30磁化的方向(即图2A中的横向)上振动。在连接高磁导率件57的一侧上永久磁铁60的极面这样地布置，即它通过间隙27位于线圈30外周侧面的对面。其布置成，使这些对置的面彼此相互平行。
这样构成的振动发生器1的磁路如下地形成：它从装有高磁导率件57的永久磁铁60的极面经过线圈30的外周面，穿过固定的单元磁轭11的中心磁轭部分17，在静止单元10被线圈30磁化的方向上延伸(在其N及S极的方向上，即在两个端面23，25的方向上)，通过间隙28，29从静止单元10的两端面23，25穿过可动单元50的两端面53，54，及从可动磁轭51的中心穿过永久磁铁60的另一极面。
如果一个预定电流从电流供给装置100流过线圈30，可动单元50就开始在图2A的横向上作简谐运动。现在将描述该操作的原理。
图4是表示可动单元50的横向位移X(mm)及作用于可动单元50上的横向冲击力F(N)之间关系的曲线图。冲击力的正值指示图2A中向右的力，及冲击力F的负值指示图2A中向左的力。位移X的正值指示图2A中向右的位移，及位移X的负值指示图2A中向左的位移。在该实施例中，间隙28，29均具有1．5mm的尺寸。
图4中的圆圈指示在没有对线圈30施加电流时的永久磁铁60的磁力和弹支承件80的弹性力的结果。三角形表示当NI=+100(AT)的电流通过线圈30时永久磁铁60的磁力及弹性支承件80的弹性力与产生的电磁力相组合的结果。方形指示当NI=-100(AT)的电流通过线圈30时永久磁铁60的磁力及弹性支承件80的弹性力与产生的电磁力相组合的结果。
如图4中所示，施加于可动单元50的冲击力实质上在所有情况下是线性的。这表示为了使可动单元50受到简谐运动，每种情况均是理想的。现在来描述为什么获得这种冲击力的原因。
如图5中曲线a所示，仅由弹性支承件80引起的冲击力是企图使可动单元50恢复到中性位置的力，它随着位移X增大而线性增大。另一方面，如图5中曲线b所示，仅由永久磁铁60引起的冲击力是作用于与弹性支承件80产生的冲击力相反的方向上的冲击力。如果位移量小，几乎没有冲击力产生。如果位移量增大，则左间隙28或右间隙29变小，在小间隙的方向上冲击力急剧增大。如果这两种冲击力相组合，就获得了图4中圆圈所示的实质上线性的冲击力。为什么仅由永久磁铁60引起的冲击力是如图5中曲线b所示的形状，是由于可动单元50的两端面53，54是S极，当可动单元50在中性位置时，它不含被吸向左或右方。但是，如果任一端面53或54接近静止单元10的任一端面23或25时，企图使这些面吸在一起的冲击力指数地上升。因此，由于在中性位置附近仅由永久磁铁60引起的冲击力小，当无电流施加于线圈30时，甚至弹性支承件80的弹性力不怎么大时，可动单元50易于被保持在中性位置上。
在电流供给装置100将NI=+100(AT)的电流供入线圈30并激磁静止单元10时，它的左及右端面23，25变为N和S磁极，就获得了冲击力，该冲击力是如图4所示，由永久磁铁60从弹性支承件80引起的冲击力约向上移动预定距离而得到的。换言之，不管可动单元50位移的位置如何，所得到的冲击力比由永久磁铁60及弹性支承件80引起的冲击力大一个由实质上固定的位移量产生的冲击力。如果施加NI=-100(AT)的电流，则相反地，冲击力的曲线受到向下的位移。
以上变化的理由如下：当在线圈30中通过电流而在静止单元10的端面23，25上产生出N及S极时，如图6所示，在左侧的端面23，53之间产生出推力，在右侧的端面25，54之间产生出吸力，其结果是，在可动单元50上产生出向左的力。如果另一方面，可动单元50移向左面，在右侧的端面25，54之间作用的吸力增加，而在左侧的端面23，53之间作用的推力减小。总的结果是，企图使可动单元50移向左方的冲击力在任何位置上实质上为常数。
在本发明中，还有另一冲击力在工作，具体地，如图6中所示，来自带高磁导率件57一侧上永久磁铁60的极面的磁通G穿过线圈30的内部被引导到：中心磁轭部分17中线圈30的N及S磁极方向的点上。因此，根据弗来明法则，如图7中所示(它表示从图6右侧所示的线圈30，其中电流以图7所示方向流过，这时以图6所示方式由线圈30形成N极及S极)，当电流通过线圈30时，从纸平面中伸出(即指向图6中的右侧)的冲击力作用在线圈30的上段301上，但没有冲击力相应地作用于线圈30的左及右段303上，及进入纸平面(即指向图6中左侧)的冲击力作用在线圈的上段307上。但是，由于通过线圈下段307的磁通远小于通过线圈上段301的磁通，其结果是，指向图6中右方的冲击力作用在线圈30上。因为静止单元10是固定的，由于反作用力，在可动单元50上作用着指向左方的冲击力。因此，除曲线圈30的电磁力产生的冲击力外，也在相同方向上作用着根据弗来明法则形成的冲击力。因此，企图驱动可动单元50的总冲击力增大。在电流以相反方向流过线圈30的情况下，根据弗来明法则的冲击力也作用于相反方向上。在该实施例中，高磁导率件57被装在线圈30外周面对面的永久磁铁60一侧的极面上。其结果是，磁通能集中在该极面上。及磁通以有效方式通过线圈30的外周面被引导到内部。因此，根据弗来明法则的冲击力增大。
以下来描述驱动振动发生器1的方法。
当无电流流入线圈30时，弹性支承件80将可动单元50保持在中性位置上，如图2中所示。
如果电流(NI=-100AT)从电流供给装置100供给线圈30，静止单元10的端面23，25被分别磁化成S及N磁极，如图6所示，因此线圈30的端面25被拉向端面54(即在图6中向左)。对此的理由是，如图4中最下方曲线所示，在位移X=0时冲击力为负。如果当可动单元50的端面54接近端面25时，施加给线圈30的电流反向(NI=+100AT)，则冲击力变为如图4中最上方曲线所示。因为这将在相反方向(图6中向右)拉动可动单元50，可动单元50开始在相反方向上移动。
当与可动单元50的振荡频率一致地重复使电流反向时，在可动单元50的端面53，54接触到静止单元10的端面23，25前立即使可动单元50向相反方向移动(即端面23，25决不与端面53，54接触)，由此使可动单元50能形成重复振动。
在此实施例中，可动单元50被一对左及右弹性支承件80支承。其结果是，可使得可动单元50在横向上经受近似平移的运动，可使得可动单元50的端面53，54相对于静止单元10的端面23，25的运动成为近似平移的运动，及使得高磁导率件57及静止单元10之间的间隙变为实质上恒定的。因此，该结构是一种不会干扰磁路的结构，其结果可保证稳定的振荡。
应当指示，也可采用重复以下操作的方案：电流流入线圈30，由此引起可动单元50被吸向端面23或25，并接着停止电流供给，由此使可动单元50以预定谐振频率振动。然后，当振动已衰减时，电流再次通过线圈30以加大可动单元50的振动幅值，此后电流再次停止。此外；可用脉冲形式以不同于上述的定时供给电流。如果采用这种方案，不需要持续地供给电流。由此可以减少功率损耗。
在该实施例中，使用圈簧作为弹性支承件80。因为这些圈簧的圈部分81扭曲，在圈部分81两侧上的臂83，85仅需少量的弯曲。因此，与图8中所示的条簧220相比，当它们振动时弹性支承件80的耐久性大为提高，并甚至当该装置在长时间上振动时也不会出现断裂的问题。尤其是，由于在该实施例中圈部分81不是由轴件或类似部件轴向地支承，它们处于自由状态。这是一个新的构思，因为它消除了由轴支承产生的磨擦。
此外，因为在该实施例中采用了构成可动单元50的永久磁铁60，这比图8的现有技术例子中的永久磁铁数目减少了，由此降低了成本。
根据该实施例，在可动单元的两侧设有延伸到静止单元的臂，及臂的内侧面用作通过预定间隙与静止单元的两端面对置的端面。这种构型具有低重心及左右对称性，这提供了稳定性。其结果是稳定的振动。
虽然以上已详细地描述了本发明的一个实施例，但本发明并不局限于该实施例，并可在权利要求书的范围内及在说明书及附图中给出的技术概念的范围内作出改变。在该实施例中出现的形状、数目及材料实质上不受限制，并只要它们能体现本发明的功能，任可形状、数目及材料匀可采用。
例如，静止单元，可动单元，线圈及高磁导率件等的形状、结构和材料能以各种方式被修改。此外，不言而谕，根据本发明的振动发生器不应限制在便携式装置的应用上，它可用于在其中需要产生振动的任何装置。
本发明提供了下述的多种优点：
(1)因为永久磁铁的一个极面作成与静止单元对置，可动单元由于单个永久磁铁可具有良好平衡的结构。
(2)通过将永久磁铁的一个极面放置在线圈外周侧面，形成了一个磁路，其中出自永久磁铁极面的磁通通过线圈外周侧，穿过线圈内部及然后引导到静止单元被线圈磁化的方向上。其结果是，当电流流入线圈时，根据弗来明法则的冲击力被加到由线圈的电磁力产生的冲击力中，由此增加了驱动可动单元的整体冲击力。
(3)在线圈外侧面对面的永久磁铁极面上连接高磁导率件，由此使磁通收集到极面上的情况下，磁通可被集中到极面及磁通可向内导经线圈的外周侧面。这可增加由弗来明法则产生的冲击力，以致驱动可动单元的冲击力可进一步增加。
(4)可动单元的两侧设有伸向静止单元的臂，这些臂的内侧面作为通过预定间隙与静止单元两端面对置的端面。这种结构具有低重心及左右对称，这就提供了稳定性。结果是一种稳定的振荡。
(5)因为使用圈簧作为弹性支承件，甚至当可动单元振动一超长时间也不会产生问题，耐久性大为增加。因为圈簧在振动方面具有很好的耐久性，它们的长度可减小。这有利于小型化。此外，安装圈簧既容易又简单。
(6)因为可动单元被一对弹性支承件支承，可动单元的运动可作到在横向上接近平移的移动。因此，该结构是一种不会干扰磁路的结构，结果是保证了稳定振荡。
(7)静止单元通过将具有线圈的固定单元磁轭固定到由人造树脂作的基体上而获得，其结果是静止单元的整体重量减小了。
(8)对于构成可动单元用单个永久磁铁就够了，由此使降低成本变为可能。
(9)装置的结构简化并导致它本身尺寸减小。
Claims (6)
1．一种振动发生器，它包括：
可动单元，它具有安装其上的永久磁铁；
静止单元，它具有安装于其上的线圈，以及通过一预定间隙分别与所述可动单元的相应端面对置的端面，所述静止单元通过使所装的线圈中流过电流而被激磁并与所述可动单元形成磁路；及
一个弹性支承件，它具有连接到所述可动单元的一端及连接到所述静止单元的另一端，由此支承所述可动单元，使它在所述静止单元被线圈磁化的方向上振动；
其中所述永久磁铁的一个极面与所述静止单元对面地放置，及通过线圈激磁所述静止单元使所述静止单元的端面形成所需极性，由此使所述可动单元以预定频率在所述静止单元被线圈激磁的方向上振动。
2．根据权利要求1的振动发生器，其中所述永久磁铁的一个极面这样地放置，即，使其在装于所述静止单元中的线圈的一个外周侧的对面，由此形成磁路，其中从所述永久磁铁该极面出来的磁通将穿过线圈的外周面并透过线圈的内部，然后在所述静止单元被线圈磁化的方向上传导。
3．根据权利要求2的振荡发生器，其中在线圈外周面的对面侧上，所述永久磁铁的极面上装有高磁导率件，所述高磁导率件使磁通集中在所述极面上。
4．一种振动发生器，它包括：
可动单元，它具有安装其上的永久磁铁；
静止单元，它具有安装于其上的线圈，以及通过一预定间隙分别与所述可动单元的相应端面对置的端面，所述静止单元通过使所装的线圈中流过电流而被磁化并与所述可动单元形成磁路；及
弹性支承件，它具有连接到所述可动单元的一端及连接到所述静止单元的另一端，由此支承所述可动单元，使它在所述静止单元被线圈激磁的方向上振动；
其中所述可动单元具有设在其两侧中各一侧上的臂，它们伸向所述静止单元，这些臂具有构成端面的各内侧面，这些端面通过预定间隙与所述静止单元的相应端面相对置。
5．根据权利要求1至4中任一项的振动发生器，其中所述弹性支承件包括一个圈簧，及所述可动单元被一对弹性支承件这样地支承，即，使其在所述静止单元被线圈磁化的方向上振动。
6．根据权利要求1至5中任一项的振动发生器，其中所述静止单元包括：
一个固定的单元磁轭，线圈装在其上；及
一个由合成树脂作的基体，在其上固定着所述固定的单元磁轭。
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