CN1969591A - 压电惯性转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有操作频率范围的惯性力转换器(1)，其包括谐振元件(2)和耦接装置(4)，该谐振元件(2)在该转换器的操作频率范围内具有模式的频率分布，该耦接装置(4)用于将该谐振元件(2)安装至要施力的地方。该谐振元件(2)为压电装置，其包含压电材料层(6)和置于该压电材料层(6)上的基板层(3)。该基板层(3)具有延伸超出该压电层(6)的区域，而该耦接装置安装于该延伸区域(7)，由此扩展该转换器(1)的低频性能。

Description

压电惯性转换器
技术领域
本发明涉及一种力转换器或致动器，例如用于将弯波能量(bendingwave energy)施加至面板式声音振动板(panel-form acoustic diaphragm)以形成扬声器。本发明尤其涉及在国际申请第WO 01/54450号中所描述类型的力转换器或致动器。这种装置已知为“分散模式致动器”或由首字母代表为“DMA”。
背景技术
从WO 01/54450中已知将DMA耦接至要借由例如短管(stub)的偏心耦接装置(off-centre coupling means)予以施力的地方。另外，从WO 01/54450中已知该DMA的参数可经调整以增强DMA的模态(modality)。
希望提供一种改变转换器的基频谐振的替代方法。
发明内容
根据本发明，提供一种惯性力转换器，该惯性力转换器具有一操作频率范围并且包含
谐振元件，该谐振元件在该转换器的操作频率范围内具有模式的频率分布，该谐振元件为压电装置并且包括
压电材料层，和
置于该压电材料层上的基板层，及
用于将该谐振元件安装到要施加力的地方的耦接装置，
其特征在于该基板层具有延伸超过该压电层的区域，其中该耦接装置安装于该延伸区域，由此该转换器的低频性能得以扩展。
在WO 01/54450号中，偏心耦接使得短管的刚度(stiffness)作为用于判断该转换器基频谐振模式频率f0的要素。通过降低该短管的刚度，该管束(beam)的基频谐振f0由单纯地为管束弯曲的函数变成弯曲与平移的函数，这是因为某些弯曲此刻发生在该短管中。
在本发明中，该谐振元件基板的延伸会降低耦接系统的刚度以提供柔顺性(compliance)，亦即耦接装置与谐振元件之间的柔性。该柔顺性导致该转换器的基频谐振f0下降。因而使得该转换器的性能扩展至更低的频率。
由于柔顺性是由延伸叶片(extended vane)所提供，故可降低该系统的复杂度而仍保留设计灵活性。该耦接装置的弯曲刚度优选的大于该延伸区域的弯曲刚度。该耦接装置可以是坚硬且坚固的。类似地，该基板层与耦接装置之间的连接可以是坚固的。
耦接装置可以是残留的(vestigial)，例如受到控制的粘结剂层或者可呈短管形式。该连接可以是残留的例如粘结剂层。
该转换器是惯性的，即：为接地于框架或其它支撑物，并且是在该延伸区域外侧随意振动。即，该谐振元件随意弯曲并因而经由在振动期间与加速和减速其自身质量有关的惯性产生力。
该谐振元件通过可呈矩形或束状。该基板层的延伸区域可位于矩形或束状谐振元件的一端，而在相对端处产生最大平移。
谐振元件可呈一双压电晶片形式(piezoelectric bimorph)，其中该基板层是夹置于两层压电材料之间。该基板层可为金属的，例如黄铜。
从另一方面来看，本发明是一扬声器，其包括如上所限定的力转换器或致动器。
又从另一方面得知，本发明是电子装置，例如移动电话或蜂窝电话，其如上所限定的扬声器。
附图说明
本发明将借助于示例在附图中示意性说明，其中：
图1是根据本发明的力转换器或致动器的透视图；
图2是图1的转换器或致动器的侧视图；
图3针对延伸区域的长度变化，封闭力对频率的曲线；
图4是图1的转换器安装于振动板的透视图；以及
图5是含有图1的转换器的移动电话的透视图。
具体实施方式
图1和2示出力转换器1，其包含两个呈双压电晶片束2形式的谐振元件。每一束2皆包含一中央基板层，该中央基板层呈夹置于压电层6之间的金属叶片3的形式，该金属例如为黄铜。在每一束的一端处，该中央叶片3延伸，突出超过该压电层6而伸入一延伸区域7。
该束2经由硬的支撑短管4的形式的耦接装置藉由例如粘结剂在该延伸叶片区域7中予以耦接，其中该等短管的弯曲刚度大于该板的弯曲刚度。该短管4是藉由粘结剂固定于一施力处，在此实例中为一封闭力夹具5。该夹具5提供一机械接地，即一安装位置，该安装位置具有使得所有重要频率产生实际零速度的高机械阻抗(大于1000Ns/m)。在实用领域中，此为相对于该转换器具有高质量(大于1公斤)的金属块。
图2示出该转换器于接近该基本弯曲频率f0的频率下的偏移形状。该转换器与延伸区域相对的另一端未附着于框架或其它支撑物并且随意振动。转换器在一与该转换器平面垂直的平面中的偏移在这一端最大。然而，大部分弯曲发生在该延伸叶片区域7中。
图3表示增加束的所述端与所述硬短管之间的叶片长度对封闭力的效应。仅呈现该力的垂直分量以及为了减少噪声和构造造成的误差，利用标定后的有限元模型显示该效应。实线表示未延伸的叶片的效应，点线表示有长度0.5厘米的延伸区域以及虚线表示有1.5厘米的延伸区域。
发生最低力峰值的频率随着叶片的延伸而减少，如同谷的强度一样。由曲线作外推，该峰值的频率可藉由利用1厘米的延伸区域从300Hz降低到200Hz，附随相应的力减小6.3dBN。
出现于5kHz区域的谷仅对垂直于该束平面的封闭力呈现。检查封闭力在平行于该束长度的方向上的分量未显示该种特性。因此，当该束是安装在弯曲波面板声辐射器上时，所测量的声压中在5kHz处的谷是不可见的。
本发明提供一种通过将中央叶片的长度增大而超出该束的所述端并且粘合至延伸部上，来提供一种增加DMA操作带宽的简单方法。然而，在力输出中具有相对应的递减。
图4表示扬声器，其包含呈平面的振动板8，如图1所示的转换器1在偏心位置安装到该振动板8上。转换器1激发振动板中的弯曲波振动，由此该振动板传播，产生声音。
图5示出移动电话9，其包括类似于图4所示的扬声器。该转换器1在侧面部分安装于屏幕盖10上，以不遮挡窗口，通过该窗口可看到屏幕。

Claims (11)

1.一种惯性力转换器，该惯性力转换器具有操作频率并且包括：
谐振元件，该谐振元件在所述转换器的操作频率范围内具有模式的频率分布，该谐振元件是压电装置并且包括
压电材料层，和
位于该压电材料层上的基板层，以及
耦接装置，该耦接装置用于将该谐振元件安装于施力处，
其特征在于，该基板层具有延伸超出该压电层的区域，而该耦接装置安装于该延伸区域，由此扩展该转换器的低频性能。
2.如权利要求1所述的力转换器，其中，选取所述延伸区域的参数，以增强该谐振元件的模态(modality)。
3.如权利要求1或2所述的力转换器，其中该谐振元件大致呈矩形或束状，以及所述基板层的延伸区域是所述谐振元件的一端。
4.如上述权利要求中任一项所述的力转换器，其中，该耦接装置的弯曲刚度大于该延伸区域的弯曲刚度。
5.如上述权利要求中任一项所述的力转换器，其中，基板层和耦接装置以刚性连接耦接在一起。
6.如上述权利要求中任一项所述的力转换器，其中，该谐振元件是双压电晶片。
7.如上述权利要求中任一项所述的力转换器，其中，所述基板层是金属的。
8.如上述权利要求中任一项所述的力转换器，其中，包括多个谐振元件。
9.一种扬声器，其包括如上述权利要求中任一项所述的力转换器。
10.一种电子装置，其包括如权利要求9所述的扬声器。
11.一种移动电话或蜂窝电话，其包括如利要求10所述的扬声器。
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