CN205104519U - 便携式电子设备 - Google Patents

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F·R·罗斯科普夫
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Abstract

本公开涉及便携式电子设备。所述便携式电子设备包括：外壳；和振动器组件，所述振动器组件包括：耦接到所述外壳的第一隔膜和与所述第一隔膜相对并间隔开的第二隔膜；和压电元件，所述压电元件与所述第一隔膜和所述第二隔膜间隔开并耦接到所述第一隔膜和所述第二隔膜，并且被配置为使所述第一隔膜和所述第二隔膜同时振动。本公开的一个实施例解决的一个问题是提供包括生成触觉和/或声音警报的压电致动振动器的便携式电子设备。根据本公开的一个实施例的一个用途是提供了包括为用户提供触觉反馈的压电致动振动器的便携式电子设备。

Description

便携式电子设备
技术领域
本公开整体涉及便携式电子设备，并且更具体地涉及能够放置在用户的皮肤(直接或间接)上且被配置为向用户提供触觉反馈的电子设备。
背景技术
日常生活中，便携式电子设备随处可见，诸如个人数据助理、媒体播放器、移动电话、平板电脑和其他类似的计算设备。在某些情况下，用户可能希望与便携式设备进行交互和/或接收来自该设备的反馈或警报。频繁的反馈是可以听到的，和/或可能因此被视为干扰，或甚至可能无法保护用户及其便携式电子设备之间通信的隐私性。例如，用户可能希望在特定的时间或发生特殊事件时收到警报，然而用户可能希望警报完全保密(例如，用户周围的其他人无法察觉)。众所周知，某些设备具有静音或振动工作模式，然而即使这些模式也存在用户或用户周围的人可以察觉的余音效果。便携式电子设备的典型振动器通过旋转非平衡电机而生成振动，然而以这种方式产生的振动通常比可能必要的振动更强烈，并且因此可能会更引人注目和/或声音更大。
实用新型内容
本公开的一个实施例的一个目的是提供一种便携式电子设备，其包括生成触觉和/或声音警报的压电致动振动器(本文也称为振动器组件)。根据一些实例，便携式电子设备可包括外壳和振动器组件。振动器组件可包括耦接到该外壳的隔膜；和压电元件(本文也称为压电致动器或压电换能器)，其耦接到该外壳和隔膜，并被配置为使隔膜振动。该压电元件和隔膜可由压电元件和隔膜的内表面之间限定的腔间隔开。在一些实施例中，压电元件可使用附接到该压电元件的一端或多端的至少一个连接器耦接到该隔膜。
根据本公开的一个方面，提供了一种便携式电子设备，其特征在于，所述便携式电子设备包括：外壳；和振动器组件，所述振动器组件包括：耦接到所述外壳的第一隔膜和与所述第一隔膜相对并间隔开的第二隔膜；和压电元件，所述压电元件与所述第一隔膜和所述第二隔膜间隔开并耦接到所述第一隔膜和所述第二隔膜，并且被配置为使所述第一隔膜和所述第二隔膜同时振动。根据一个实施例，所述第一隔膜具有第一厚度，并且所述第二隔膜具有不同于所述第一厚度的第二厚度。
根据一个实施例，所述第一隔膜和所述第二隔膜被配置为响应于所述压电元件施加的负载分别产生第一振动和第二振动，其中所述第一振动的频率或量值不同于所述第二振动的频率或量值。
根据一个实施例，所述便携式电子设备的用户听不到所述第一隔膜或第二隔膜中至少一者的振动。
根据一个实施例，所述第一隔膜或所述第二隔膜中的至少一者被配置为放大所述第一隔膜或第二隔膜中另一者的振动。
根据一个实施例，所述第一隔膜或第二隔膜中的至少一者被封闭在所述外壳内。
根据一个实施例，被封闭在所述外壳内的所述第一隔膜或第二隔膜中的所述至少一者被配置为生成声音。
根据一个实施例，所述便携式电子设备还包括用于将所述便携式电子设备固定到用户的身体部位的带条。
根据一个实施例，所述振动器组件还包括用于放大所述压电元件的行程的连杆组件。
根据本公开另一个方面，提供了一种便携式电子设备，其特征在于，所述便携式电子设备包括：外壳；和振动器组件，所述振动器组件包括：耦接到所述外壳的隔膜；和压电元件，所述压电元件耦接到所述外壳和所述隔膜，并且被配置为使所述隔膜振动以有选择地生成触觉输出和音频输出中的一种或两种，其中所述压电元件和所述隔膜通过两者之间限定的腔间隔开。
根据一个实施例，所述压电元件使用附接到所述压电元件的一端或多端的至少一个连接器耦接到所述隔膜。
根据一个实施例，所述至少一个连接器刚性地附接到所述压电元件的一端。
根据一个实施例，所述至少一个连接器为一对杠杆臂，所述一对杠杆臂耦接到所述压电元件的相对端，并且进一步耦接到彼此间隔开的第一位置和第二位置处的所述隔膜。
根据一个实施例，所述压电元件从所述外壳的一部分悬伸。
根据一个实施例，所述隔膜的形状与所述外壳的现有特征结构的形状相对应。
根据一个实施例，所述便携式电子设备还包括发声部件，所述发声部件被配置为提供用于消除由所述隔膜产生的声音的噪声消除信号。
根据一个实施例，所述便携式电子设备被配置为附接到用户的身体部位，并且其中所述振动器被进一步配置为检测所述用户的脉搏或心跳。
根据一个实施例，所述便携式电子设备被配置为附接到用户的身体部位，所述外壳还包括外部特征结构，所述外部特征结构被配置为在所述用户佩戴所述便携式电子设备时，保持所述隔膜和所述用户的身体部位之间的间隙。
根据本公开再一个方面，提供了一种便携式电子设备，该便携式电子设备适于由用户佩戴，其特征在于所述便携式电子设备包括：由陶瓷材料制成的外壳，所述陶瓷材料的至少一部分为压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料操作性地耦接到封闭在所述外壳内的电路，并且被配置为驱动所述压电陶瓷材料以使所述外壳的一部分偏转。
根据一个实施例，所述外壳的所述一部分包括被配置为放置在所述用户的皮肤上的弯曲的外表面。
根据本公开的再一个方面，提供了一种便携式电子设备，其特征在于，所述便携式电子设备包括：包括内表面和外表面的外壳；嵌在所述外壳的所述内表面和所述外壳的所述外表面的至少一部分之间的压电材料，所述压电材料被布置成使得所述压电材料的伸长轴垂直于所述外壳的所述内表面或所述外表面中的至少一者。
根据本公开的便携式电子设备可被配置为由用户佩戴，例如附接到用户的身体部位。就这一点而言，便携式电子设备可包括附接机构，例如带条、夹子或绑带，用于将该便携式电子设备固定到用户的身体部位。所述振动器组件可被配置为生成振动，用户可凭触觉(例如，以触觉反馈的形式)和听觉(例如，以声音的形式)感知该振动。在某些实例中，振动器组件可被配置为生成除触觉反馈之外或代替触觉反馈的有声振动。在其他实例中，便携式电子设备还可包括发声部件，该发声部件被配置为提供用于减少或消除振动器组件所生成的声音的噪声消除信号。噪声消除功能可被结合到振动器组件内。例如，振动器组件的发声隔膜可提供噪声消除功能，该发声隔膜可操作性地耦接到电路(例如，反向波形发生器)，从而产生噪声消除信号。在某些实例中，便携式电子设备的振动器组件可被进一步配置为检测用户或用户皮肤的移动，例如检测用户的脉搏或心跳。该振动器组件可与便携式电子设备的现有设计特征结构相结合。就这一点而言，隔膜可具有与外壳的现有特征结构的形状相对应的形状。例如，隔膜可具有与饰件相对应或与附连到外壳或嵌入外壳中的徽标的形状相对应的形状。
根据本公开的实例，可以实现包括双隔膜配置的振动器组件。振动器组件可包括耦接到外壳的第一隔膜；和与第一隔膜相对并间隔开的第二隔膜。振动器组件还可包括压电元件，该压电元件与第一隔膜和第二隔膜间隔开并耦接到第一隔膜和第二隔膜，并且被配置为使第一隔膜和第二隔膜同时振动。根据本文实例的便携式电子设备能够由用户佩戴，并且可包括由陶瓷材料制成的外壳，所述陶瓷材料的至少一部分为压电陶瓷材料。外壳内的压电陶瓷材料可操作性地耦接到封闭在外壳内的电路，并且可被配置为驱动该压电陶瓷材料，以使外壳的一部分偏转。在一些实例中，便携式电子设备的外壳可包括弯曲的外表面。该弯曲的表面可以是凸的、凹的，或具有被配置为适形于用户皮肤(直接或间接)的其他形状。在一些实例中，根据本公开的便携式电子设备可包括外壳，该外壳包括内表面和外表面，并且其中该外壳的至少一部分包括嵌在外壳的内表面和外表面之间的压电材料。压电材料可被布置成使得其伸长轴垂直于外壳的内表面或外表面中的至少一者。
根据本公开的一个实施例的一个技术效果是提供了包括为用户提供触觉反馈的压电致动振动器的便携式电子设备。
附图说明
通过参考以下描述以及所附权利要求并结合附图，本公开的上述特征和其他特征将变得更加显而易见。应当理解，这些附图仅示出了根据本公开的若干实例，因此不被视为是对本公开范围的限制，将通过使用附图以另外的特定性和细节来描述本公开，如下文所述。
图1为根据本公开的一个实例的示例性便携式电子设备的图示。
图2为根据本公开的实例的使用中的样品便携式电子设备的图示。
图3A和图3B为根据本公开的另一个实例的便携式电子设备的前视图和后视图(分别示出)。
图4为根据本公开的一个实例的压电致动振动器的示意图。
图5为根据本公开的另一个实例的压电致动振动器的示意图。
图6A和图6B为根据本公开的其他实例的压电致动器的示意图。
图7为根据本公开的又一个实例的压电致动振动器的示意图。
图8为根据本公开的实例的压电致动隔膜的另外的实例。
图9为包括集成压电隔膜的便携式电子设备的实例。
图10为包括压电陶瓷外壳的便携式电子设备的实例。
图11A-C示出了根据本公开的便携式电子设备的压电致动外壳的压电复合材料配置的实例。
具体实施方式
在以下详细描述中，将参考构成本说明书一部分的附图。在附图中，除非在上下文中另外指明，否则相似的符号通常表示相似的部件。具体实施方式、附图和权利要求中描述的示例性实例并非意在限制。在不脱离本文所述主题的实质或范围的前提下，可使用其他实例和做出其他修改。应当理解，本文中总体描述的以及附图中示出的本公开的各方面可以各种不同的配置进行布置、替换、组合、分离和设计，所有这些在本文中都是明确可预期的。
本公开涉及包括一个或多个振动生成系统(本文也称为振动器或振动组件)的便携式电子设备，该振动生成系统可被配置为生成有声振动和/或无声振动。本公开可适用于被设计为与用户皮肤接触的几乎任何消费电子产品，包括由用户手持的设备、附接到用户身体部位的设备或以其他方式放置在用户皮肤上的设备。由于可被配置为通过衣服提供触觉反馈，因此产品无需与用户的皮肤直接接触。图1-图3B示出了根据本公开的便携式电子设备的若干实例的图示。根据一个实例，便携式电子设备10可以是媒体播放器12或计时设备(例如，电子表或计时器)或任何其他可佩戴的设备或物品。便携式电子设备10可包括用于将设备10附接至用户的机构，使得设备10与用户的皮肤直接或间接接触(例如，通过衣服接触)。用于附接的机构可以是带条14，例如，用于将设备10附连到用户的手腕、前臂或上臂上。例如，如图2所示，便携式电子设备可以是媒体播放器12’或其他专用的或多功能计算设备，其可以用绑带或其他弹性构件或柔性构件固定在用户的皮肤上。臂带14’可与便携式电子设备集成在一起，或其可为可拆卸的。在其他情况下，可包括一根或多根带条，用于将平板计算机或eBook阅读器(未示出)附接到人的手掌、或前臂或其他身体部位上。其他机构可包括夹子、套环、绑带等。可以使用可移除的粘合剂例如将柔性贴片附接到用户的皮肤上，该柔性贴片包括被编程为具有所需功能的电路。在另外的其他实例中，便携式电子设备10可以是或者包括生物特征监视器20(其一个实例如图2所示)，例如心率监视器。在此类实例中，便携式电子设备可被配置为放置在用户的胸部或适于监视用户心率或脉搏的用户其他身体部位上。
重新参见图1，根据本公开的便携式电子设备(例如，设备12,12’,20)可包括压电致动振动器16，如将在下文进一步详细描述的那样，该压电致动振动器16可安装或结合到电子设备的外壳内。如可由设备功能所需要或要求的那样，压电致动振动器16可操作性地耦接到便携式电子设备10的电路18，以便驱动压电致动振动器16。例如，可驱动压电致动振动器16在预先确定的时间振动或响应于某个事件(该事件的实例包括收到电子邮件、短信提醒、推送通知等)的发生而振动，从而生成声音和/或触觉警报。例如，压电材料可被配置为刺激产生噪音或无声振动的一个或多个隔膜。在一些实例中，有源噪声消除还可用于减少或消除压电振动器所产生的任何声音。听觉或触觉警报的其他潜在用途可包括运动性能指示、日历通知、触觉反馈、调节、提醒、手机铃声等。如将进一步描述的那样，压电致动振动器16可被配置为通过或借助振动设备10的外壳来生成有声和/或无声振动(本文也称为触觉振动或触觉刺激)。
图3A-3B示出了根据本公开的便携式电子设备的又一个实例。该便携式电子设备可以是智能手机30，该智能手机可包括显示设备32(例如LCD、LED等)、外壳34和封闭在其中的电路(未示出)。外壳34可具有几乎任何形状因数，其实例包括矩形、圆形、椭圆形或不规则形状。外壳34的表面可以是大致平坦或弯曲的。在本实例中，外壳34可包括平坦的后部36。然而，在其他实例中，后部36可以是弯曲的或以其他方式被成形为基本上适形于便携式电子设备10将附接至的用户的身体部位。例如，压电致动振动器可被配置为使外壳的一部分(弯曲形状或其他形状)振动，从而为佩戴者提供触觉反馈。该外壳可以是弯曲的，以改善触觉振动器的响应。在一些实例中，振动器可被布置在曲率最大的位置处，这可提高触觉反馈的灵敏度。此外，振动器的振动频率可调谐至产品的谐振频率，以便最大化或以其他方式提高用户感知的振动。
根据本公开的压电致动振动器(例如，图3B中以虚线显示的振动器组件16’)可结合到外壳的现有特征结构或与外壳的现有特征结构集成在一起。正如一些实例所示，此类振动器可与徽标40、一个或多个控制按钮42,42’,42”、饰件44以及其他特征结构集成在一起。在一些实例中，压电致动振动器可集成在相机45的饰件43(例如，外壳的一部分)内。在另外的其他实例中，压电致动振动器可结合到外壳的周边部分35中。可在各种实施例中使用其他变型。出于说明目的，将结合图4-7的示意图对压电致动振动器16’的若干实施例进行进一步描述。正如阅读后所应理解的那样，图4-7仅出于说明目的而提供，并因此部件可能未按比例示出。同样，为了清楚起见，图中可能省略了无助于理解实例的组件的某些部件。当可能描述示出单个压电致动器的具体实例时，应当理解，可在其他实例中使用多个压电致动器，或可如本领域的技术人员所理解的那样实现其他变型。
图4示出了根据本公开的一个实例的压电致动振动器的实例。如在图4的实例中所示意性示出的那样，电子设备10可包括外壳112和压电致动振动器114，该压电致动振动器可包括压电元件116。在一些实例中，外壳112可包括隔膜111，该隔膜可比隔膜周围或附近外壳的周边部分113薄。隔膜111可耦接到该外壳，使得在设备的外表面115(本文也称为接触表面115)处由该隔膜和外壳界定连续的表面，包括穿过隔膜的边界119的表面。隔膜和外壳之间的接头可用加强构件118加强，例如以防止因隔膜重复弯曲(例如，当隔膜振动时)导致接头损坏。
电子设备可被配置为使得外表面或接触表面115能够放置于用户的皮肤上。在本公开的上下文中，“与皮肤接触”旨在包括外表面115与用户的皮肤117的直接接触和间接接触(例如，通过衣服接触)。如本文所述，电子设备可被配置为由用户佩戴，并且可包括能够将设备10固定在用户的身体部位上的带条或其他附接机构(参见图1-2)上。该电子设备可以是便携式媒体播放器、智能手机或其他移动计算设备。在一些实例中，该电子设备可以是计时器、心率监视器或任何其他生物特征监视设备，或者可以是具有生物特征监视功能的移动计算设备。在图1的示意图中，外壳112和隔膜115被示出为具有平坦的连续表面，然而在一些实例中，电子设备10的外壳112可以是弯曲的(例如，如图7和图8所示)和或能够以其他方式适形于用户的身体部位，如手腕、前臂、上臂、胸部、颈部、足踝等。在一些实例中，如本文所描述和本领域的技术人员所理解的那样，采用弯曲的表面可以提高设备的灵敏度和/或响应能力。
在某些实例中，电子设备10可被配置为佩戴时接触表面靠近或贴着用户的皮肤，或邻近衣服，透过衣服，用户仍可感知设备的触觉输出。佩戴时(例如，当绑在用户的手臂或手腕上时)，平坦表面可能会压紧用户皮肤表面的一部分，从而形成更好的接触和提高对设备生成的触觉振动(例如，如振动波120所指示)的敏感性。在其他实例中，外壳113可被配置为使得该外壳与用户的皮肤间隔开，例如在皮肤和隔膜之间提供气隙，以更好地生成声音(参见例如图9)。外壳的外部处可包括外部结构诸如圆形垫片或小块等，例如在隔膜的周边的周围或在用于保持气隙的外壳后部的周边处。圆形垫片可使外壳处于相对于用户的身体部位的间隔开的位置处。在某些实例中，垫片的脚部可内置一个或多个触觉振动器，而音频振动器位于垫片之间。
在一些实例中，如图4所示，压电致动振动器114可包括单个压电致动隔膜111。隔膜111可耦接到压电元件116，使得可利用压电元件116驱动隔膜以振动。就这一点而言，压电元件116可被配置为压电致动器。压电元件(例如，压电致动器)可包括压电材料。一般来讲，压电材料是响应于所施加的力而产生电压的材料，所述所施加的力通常为但不限于单轴压缩力。相反，施加电压至压电材料可导致尺寸发生变化。在这种逆向工作模式下，压电材料可用作压电致动器。压电材料的实例包括石英、钛酸钡、铌酸铅、锆钛酸铅(也称为PZT)和聚偏二氟乙烯，这里仅举出几个实例。根据本公开和本文所描述的一些实例，可实现各种各样的压电换能器。应当理解，所述的具体实例本质上用于示例性目的，并且本公开的范围不限于本文所述的具体实例。
压电材料可以结合到和/或被配置为各种各样的压电换能器，该压电换能器可用作电机(例如，压电致动器)和/或发生器(例如，压电传感器)。根据本公开的压电致动器可以是线性致动器、片状致动器和/或弯曲致动器。
例如，压电材料可被提供为单片状或条状的压电材料(例如PZT)，该材料可通电以沿其厚度、长度和/宽度方向移动，这取决于所使用的特定材料的极性。因此，压电片或压电条可通过施加电压被拉伸或被压缩，或者相反地可通过机械地拉伸或压缩压电片或压电条来生成电压。这种单层配置通常称为线性致动器，因为其沿直线方向动作(例如，沿材料的长度、厚度或宽度伸展)。
根据其他实例，压电致动器可被配置为弯曲型。压电条材料或范围可从约.005英寸至约.1英寸的压电片材料可沿其长度粘附至非压电基底或背衬材料。这样，当施加电压至压电材料使其收缩或伸展时，非压电材料可因所导致的压电材料尺寸变化而弯曲。
某些压电致动器的一个限制在于致动器行程的大小(例如，其能够生成的偏转量)。在一些实例中，可通过堆叠两层或多层压电材料来增加压电致动器的行程，如将在下文所述。通过粘附两个或更多个压电片以沿压电材料的厚度形成叠堆，可获得多层压电元件。可以选择每个压电片的极性，以增大压电致动器的弯曲度。这种类型的叠堆可称为“弯曲型”，因为其能够实现比单层换能器更大的偏转度。在其他实例中，可沿纵向方向实现多层叠堆(例如，通过沿其长度布置和耦接压电条)。这种类型的叠堆可称为“伸展型”，并且可能更硬且产生小于同等长度的单根压电条的偏转度，但能够产生更大的力。可基于压电致动器至其余结构的耦接方式和/或利用实现机械优势的某些特征结构(例如，杠杆臂或弯曲件)来确定用于修改致动器行程的其他实例，如将在下文进一步描述的那样。
参见图4中的实例，压电元件116可与隔膜111间隔开(例如，利用垫片127)，并且可使用连接器121将其耦接到该隔膜。压电元件116可悬伸在外壳的一侧，并且压电元件116的自由端126可使用连接器121耦接到隔膜111的中心部分。在其他实例中，压电元件可被定位在隔膜111的内表面附近并且附接于其上。压电元件116和/或连接器121可采用传统技术附接到隔膜，例如将部件粘附、焊接或钎焊在一起。
压电元件116可根据本文所述的任何压电换能器实例或本领域的技术人员所理解的内容进行配置。例如，压电元件116可以是被配置为线性致动器(例如，沿箭头123所指示的方向伸展或收缩)的PZT条。应当理解，由于压电元件116和隔膜111相耦接，压电元件116沿特定方向123伸展或收缩可导致隔膜111向下或向上偏转。在一些实例中，压电元件116可被配置为能够上下偏转(例如，沿箭头125所指示的方向)的弯曲型。尽管由于通过连接器121至隔膜的平面外负载，压电元件116的上下振动可导致隔膜111相应的上下振动。可采用其他耦接布置方式。
在其他实例中，压电致动振动器114可被配置为用作麦克风换能器。在一种工作模式下，压电致动振动器114可被配置为在被驱动至特定频率时生成声音。在相反的模式下，压电致动振动器114可被配置为将机械能转换为电能。就这一点而言，该压电致动振动器114可检测周围的声音，并将因周围的声音引起的隔膜111的机械振动转换为电能。在一些情况下，便携式电子设备可包括一对隔膜，其中一个隔膜生成声音，并且另一个隔膜生成触觉振动并通常为无声振动。
图5示出了根据本公开的另一个实例。其一部分在图5中被示意性示出的便携式电子设备10’可包括外壳12和压电致动振动器组件114’。如将在下文所述，可在双隔膜配置中实现压电致动振动器114’。压电致动振动器114’可包括第一隔膜111’，其可用于产生触觉振动120，而第二隔膜135可用于产生有声振动140。在此实例中，基于其可被配置为执行的功能，第一隔膜可称为触觉隔膜，并且第二隔膜可称为听觉隔膜。压电致动振动器114’可包括压电元件116，其可根据本文所述实例中的任一者实现。压电元件116可设置在第一隔膜111’和第二隔膜135之间，并且可使用一对连接器121,121’耦接到该第一隔膜111’和第二隔膜135的相对侧。
在图5所示的实例中，第一隔膜111’和第二隔膜135被布置成使得彼此相对并彼此间隔开。压电致动振动器组件114’可被布置成使得第一隔膜111’(例如，触觉隔膜)为被配置为放置于用户皮肤上的外部隔膜，而第二隔膜135(例如，听觉隔膜)为内部隔膜，其可部分或全部封闭在便携式电子设备10’的外壳112内。该听觉隔膜可与声音端口声学耦接，该端口被设置为穿过将听觉隔膜生成的声音传至周围环境中的壳体。在一些实例中，内部听觉隔膜周围可提供导管(未示出)，该导管用于对听觉隔膜和声音端口进行声学耦接，以引导声波穿过电子设备的内部并传向该设备的外部。在其他实例中，听觉隔膜可以暴露于外部，这与触觉隔膜类似。
以与图4中的实例相类似的方式，第一隔膜111’和第二隔膜135可耦接到外壳113的一部分，该外壳可比第一隔膜111’和第二隔膜135厚，和/或由与第一隔膜111’和第二隔膜135不同的材料制成。在一些实例中，外壳和隔膜都可采用相同的材料，然而其厚度可能有所不同，如图2所示。第一隔膜111’和第二隔膜135可分别具有可适合生成特定频率和/或量值的振动的不同厚度。例如，触觉隔膜可比听觉隔膜厚，从而当受到相同量值的力时，使听觉隔膜能够以大于触觉隔膜的振动频率的振动频率振动。
如上所述，在某些情况下可能需要增大压电致动器(例如，压电元件116)的行程。通过使用弯曲件和/或连杆装置可放大行程，从而获得机械优势。可根据一个实例，使用刚性连接构件164和有源压电构件162实现行程放大的压电致动器160，如图6A所示，其示出了双隔膜组件的示意图。根据本文实例中的任一者，可将第一隔膜111’和第二隔膜135设置在外壳113的开口上并进行配置。压电致动器160可设置在隔膜之间，并使用连接器122,122’耦接到该隔膜的相对表面。压电致动器160可包括有源元件，该有源元件可由被配置为在通电时伸长的压电材料制成。压电致动器160的每一端均可耦接到可枢转地耦接在一起的两个连接构件。连杆组件163可铰接地耦接到隔膜111”,135’的相对表面。电压可经由电引线165施加至有源压电元件162，使该有源压电元件162伸长。有源压电元件162的伸长可导致每个连接处的连杆臂之间的角度168,169增大，从而使隔膜111”,135’朝向彼此偏转。在下一实例中，有源压电元件162的收缩可使角度168,169减小，并且连接点远离彼此偏转。因此，有源压电元件的重复伸长/收缩会使隔膜振动。应当理解，无论是否使用两个隔膜，均可实现此类型的压电致动器。在一些实例中，连杆组件的顶部可耦接到基本上可比隔膜更硬的支承构件上。这样，支承构件可不被配置为偏转，但可用作弹簧板，致动器在该弹簧板上的偏转可被传递至隔膜111”。
图6B示出了放大的压电致动器160’的另一种变型。在该实例中，连杆组件166呈椭圆形，而非前述实例中的菱形。以与图6A中的实例相类似的方式，有源压电元件162’的伸长或收缩(例如，沿着椭圆的长轴)可分别导致椭圆形连杆组件的短轴收缩或伸长。在本实例中，有源压电元件162被实施为“伸展”型叠堆(例如，被布置成沿其纵轴彼此相邻的PZT条167的叠堆)。如前面所述，这种布置方式可允许增加压电致动器160’的所施加的力、控制和/或可靠性。
如图7所示，放大压电致动器行程的另一种技术可使用一个或多个杠杆臂。在该实例中，有源压电元件162”可使用一对杠杆臂171,173悬挂在隔膜111”’上，这一对杠杆臂可刚性地安装到有源压电元件162”和隔膜111”’两者上。有源压电元件162”的端部可使用低阻尼弹簧组件、或低摩擦滚轴或其他类型的轴承组件标称地支撑，以允许端部自由移动。压电元件162”的端部的伸长和收缩可导致在杠杆臂和隔膜之间的每个接头处施加弯矩，从而使隔膜相应地偏转。根据本文所述的实例，不同的偏转模式可为可行的。如图7所示，本实例中的接触表面115’可以是弯曲的，或如结合本文其他实例中所述，可以是大致平坦的。虽然在图7的实例中使用了两个杠杆臂，但在其他情况下也可使用一个杠杆臂。例如，有源压电元件162”可以从外壳113’悬伸，并且单杠杆臂可用于将有源压电元件162”的自由端耦接到隔膜111”’。根据本公开，可以实现并应当理解许多其他变型。
图8示出了根据本公开的另一个实例。在图8的实例中，压电致动隔膜101耦接到其周边周围至电子设备10”的外壳112’。一个或多个线性压电致动器103以大致垂直的方式耦接到隔膜101。线性压电致动器103可以是大致为圆柱形或矩形的PZT条，其可以固定地附接到隔膜101和与隔膜相对的支承梁107。腔105可界定在隔膜101的相对表面和支承梁107之间，该腔可以填满或可保持为空。应当理解，线性压电致动器103可被配置为在施加电压时，沿其纵向(例如，如箭头108所指示的方向)伸长或收缩。还应当理解，一个或多个压电致动器的伸长和收缩可使隔膜振动。所有或部分压电致动器可同时被驱动，和/或其可在某些部分或沿着隔膜101的整个表面根据产生触觉振动(例如，敲击感)的几乎任何模式被驱动。
根据本公开的其他实例，压电元件可与外壳集成在一起。压电陶瓷部分可以融合或键合到外壳的一部分，使得其与外壳的其他(非压电)部分无法区分。在一些实例中，外壳本身或外壳的部分可以由压电陶瓷材料制成。在此类实例中，压电陶瓷外壳或外壳的压电陶瓷部分可被配置为生成振动，用户通过触觉或听觉可以感知该振动。
图9示出了根据本公开的实例，其中压电元件和隔膜集成到压电致动部件110中，该压电致动部件可被安装为与外壳齐平，从而被视为与外壳集成在一起。该实例中的便携式电子设备10包括外壳113，该外壳封闭了设备10的内部电子器件(未示出)。外壳可包括具有压电致动器和隔膜两者的功能的压电致动部件110。压电致动部件110可通过将压电材料嵌入隔膜内，和/或利用压电材料制造隔膜予以实现，使得在施加电流至压电致动部件时，压电致动部件可直接振动。如前所述，在一些实例中，压电致动部件可用作触觉振动器，或其可用作扬声器(例如，发声部件)。在本实例中，以相对于用户皮肤的间隔开的配置提供外壳113，以允许更好地生成声音。外壳113可具有垫片175，以允许将压电致动部件110的外表面保持在间隔开位置。
根据另外的其他实例，可利用压电陶瓷或压电复合材料外壳来实现便携式电子设备的压电致动振动器，如将在下文结合图10、图11A-C进一步描述的那样。根据本公开的一些实例，便携式电子设备220的外壳213自身可包含压电材料，例如外壳可以由形状适合特定应用的压电陶瓷材料构成。压电外壳200的某些部分可与其他部分绝缘，使得可以独立地对各个部分进行控制和/或将其驱动至振动。可将电引线和驱动电路提供至结合到外壳中的压电陶瓷材料中的一部分或多部分。在一些实例中，外壳可由陶瓷、塑料或复合材料制成。可将压电材料结合到外壳中，例如在外壳的结构中结合一层或多层压电晶体或陶瓷。可采用常规的复合材料制造技术来形成含压电和非压电材料层的复合材料层压体。
根据本公开的一些实例，可采用压电复合材料结构(例如，压电复合材料)。根据本公开的压电复合材料可包含基材或块材，该材料为非压电材料。基材或块材可以是金属、聚合物诸如树脂或聚碳酸酯丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(PC/ABS)塑料，或非压电陶瓷材料。一层或多层、一串或多串或一粒或多粒压电材料层可集成在基材内。供应或接收电能的引线可从压电材料延伸至压电复合材料外壳的表面。根据本公开的压电复合材料可采用常规的复合材料制造技术形成，包括层压和/或注塑成型技术。压电复合材料可注塑成型或层压至几乎任何形状或构造。与传统的单片式压电陶瓷(例如，PZT条或薄晶片)不同，由于压电复合材料可制成几乎任何形状，因此压电复合材料结构特别适用于弯曲结构内的应用。
根据一些实例，由压电材料制成的纵向绑带203可结合在外壳压电陶瓷外壳200的块材201内(参见图11A)。在一些实例中，绑带203可大致对齐，和/或沿其长度方向的厚度保持不变。在其他实例中，绑带203沿其长度方向的厚度或取向可有所变化。在另外的其他实例中，电子设备10的外壳113可以自然地偏转(例如，拉伸或弯曲)一定量。在此类实例中，压电材料的波纹绑带，例如由压电聚合物制成的绑带，可用于在外壳经受较大的偏转时，最小化对压电材料的损害，例如破裂。压电材料的其他配置或形状可用于实现偏转模式。可以某种模式来布置压电材料的同心环形带，以形成圆形的压电复合材料隔膜。根据另外的实例，压电棒203’可沿块材201’内的横向方向布置，并且可用作线性致动器，以通过外壳200’导致对用户的触觉刺激，如图11B所示。该压电棒可被布置成阵列式、簇集式或被布置成几乎任何其他模式。在另外的其他实例中，压电材料203”的离散珠可随机或有序地散布在外壳200”的整个块材201”上(见图11C)，该离散珠203”可有效地耦接到驱动器，从而实现几乎任何振动模式。
根据本公开的便携式电子设备的压电元件可被配置为相反地得到外壳材料中的应变。例如，在佩戴时，便携式电子设备可固定在佩戴者的皮肤上。压电元件可被配置为感应不同量值的偏转，例如由于产品固定的身体部位肌肉收缩和/或膨胀而导致的微偏转。压电元件可被进一步配置为感测来自周围环境和/或用户的身体(例如，人的脉搏或心跳)的声能。压电元件可操作性地耦接到电路来记录事件(例如，肌肉痉挛、心跳或其他生物特征信息)，并且可被进一步配置为接收与所感测的机械应力相对应的电能。
尽管本文所述的实施例一般都引用了压电元件，但应当理解，某些其他材料诸如电活性聚合物、电磁驱动的材料和其他类似的材料可代替压电材料使用。在一些实施例中，可引起大致与设备/外壳表面或用户的皮肤处于同一平面的运动或力，而非垂直运动或力。
根据本实例，可实现许多技术优势。其中一个优势在于，可有能力进一步减小便携式电子设备的尺寸，并且在一些实例中，使用便携式设备的外壳来产生声音、有声振动和其他触觉反馈。因此，两个大致独立的机电系统可以组合成单个系统(例如，通过将设备的外壳用作扬声器和振动器)，这可进一步减小设备的总体尺寸和/或能量消耗。此外，振动器中使用了压电致动器则无需使用基于电机的振动器，从而减少了移动部件的数量和机电系统内部潜在的复杂性。值得注意的是，由于电机型振动器比压电致动振动器往往更大更重，因此可以减小产品的总厚度。另外，通过在外壳(例如，一体式压电陶瓷外壳的情况下)中结合了压电材料，从而可进一步减小设备的厚度。在一些实例中，压电致动器组件可被配置为逆转压电材料的压电效应，使得压电致动器可作为压电传感器操作，从而响应于所检测到的偏转生成电势变化。在这些实施例中，压电元件可相应地被配置为响应于所检测到的隔膜移动生成电力。在其他实例中，压电传感器可用于测量与用户相关的生物特征信息，例如用户的脉搏或心跳。便携式设备的外壳中结合的压电传感器的其他潜在用途可为可行的，和/或取决于特定的设备和放置。
本文所述实例的一些优势可包括能够生成非常精确的移动，同时结构非常紧凑并且具有低能耗。另外，压电致动器通常具有快速的响应时间，并且通常不具有EMI(电磁干扰)，当在紧凑的便携式电子设备中使用压电致动器时，这一优势可尤其显著。虽然已经描述了某些示例性优势，但也可以理解本文所述实例的其他优势，并且一些实施例可以提供或可以不提供与现有系统相同的优势或高于现有系统的任何优势。
虽然本文已经公开了多个方面和多个实例，但其他方面和其他实例对于本领域的技术人员将是显而易见的。本文所公开的多个方面和多个实例仅出于说明性目的，并非旨在对以下权利要求书所指出的真正范围和实质进行限制。

Claims (21)

1.一种便携式电子设备，其特征在于，所述便携式电子设备包括：
外壳；和
振动器组件，所述振动器组件包括：
耦接到所述外壳的第一隔膜和与所述第一隔膜相对并间隔开的第二隔膜；和
压电元件，所述压电元件与所述第一隔膜和所述第二隔膜间隔开并耦接到所述第一隔膜和所述第二隔膜，并且被配置为使所述第一隔膜和所述第二隔膜同时振动。
2.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，所述第一隔膜具有第一厚度，并且所述第二隔膜具有不同于所述第一厚度的第二厚度。
3.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，所述第一隔膜和所述第二隔膜被配置为响应于所述压电元件施加的负载分别产生第一振动和第二振动，其中所述第一振动的频率或量值不同于所述第二振动的频率或量值。
4.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，所述便携式电子设备的用户听不到所述第一隔膜或第二隔膜中至少一者的振动。
5.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，所述第一隔膜或所述第二隔膜中的至少一者被配置为放大所述第一隔膜或第二隔膜中另一者的振动。
6.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，所述第一隔膜或第二隔膜中的至少一者被封闭在所述外壳内。
7.根据权利要求6所述的便携式电子设备，其特征在于，被封闭在所述外壳内的所述第一隔膜或第二隔膜中的所述至少一者被配置为生成声音。
8.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，所述便携式电子设备还包括用于将所述便携式电子设备固定到用户的身体部位的带条。
9.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，所述振动器组件还包括用于放大所述压电元件的行程的连杆组件。
10.一种便携式电子设备，其特征在于，所述便携式电子设备包括：
外壳；和
振动器组件，所述振动器组件包括：
耦接到所述外壳的隔膜；和
压电元件，所述压电元件耦接到所述外壳和所述隔膜，并且被配置为使所述隔膜振动以有选择地生成触觉输出和音频输出中的一种或两种，其中所述压电元件和所述隔膜通过两者之间限定的腔间隔开。
11.根据权利要求10所述的便携式电子设备，其特征在于，所述压电元件使用附接到所述压电元件的一端或多端的至少一个连接器耦接到所述隔膜。
12.根据权利要求11所述的便携式电子设备，其特征在于，所述至少一个连接器刚性地附接到所述压电元件的一端。
13.根据权利要求11所述的便携式电子设备，其特征在于，所述至少一个连接器为一对杠杆臂，所述一对杠杆臂耦接到所述压电元件的相对端，并且进一步耦接到彼此间隔开的第一位置和第二位置处的所述隔膜。
14.根据权利要求10所述的便携式电子设备，其特征在于，所述压电元件从所述外壳的一部分悬伸。
15.根据权利要求10所述的便携式电子设备，其特征在于，所述隔膜的形状与所述外壳的现有特征结构的形状相对应。
16.根据权利要求10所述的便携式电子设备，其特征在于，所述便携式电子设备还包括发声部件，所述发声部件被配置为提供用于消除由所述隔膜产生的声音的噪声消除信号。
17.根据权利要求10所述的便携式电子设备，其特征在于，所述便携式电子设备被配置为附接到用户的身体部位，并且其中所述振动器被进一步配置为检测所述用户的脉搏或心跳。
18.根据权利要求10所述的便携式电子设备，其特征在于，所述便携式电子设备被配置为附接到用户的身体部位，所述外壳还包括外部特征结构，所述外部特征结构被配置为在所述用户佩戴所述便携式电子设备时，保持所述隔膜和所述用户的身体部位之间的间隙。
19.一种便携式电子设备，该便携式电子设备适于由用户佩戴，其特征在于，所述便携式电子设备包括：
由陶瓷材料制成的外壳，所述陶瓷材料的至少一部分为压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料操作性地耦接到封闭在所述外壳内的电路，并且被配置为驱动所述压电陶瓷材料以使所述外壳的一部分偏转。
20.根据权利要求19所述的便携式电子设备，其特征在于，所述外壳的所述一部分包括被配置为放置在所述用户的皮肤上的弯曲的外表面。
21.一种便携式电子设备，其特征在于，所述便携式电子设备包括：
包括内表面和外表面的外壳；
嵌在所述外壳的所述内表面和所述外壳的所述外表面的至少一部分之间的压电材料，所述压电材料被布置成使得所述压电材料的伸长轴垂直于所述外壳的所述内表面或所述外表面中的至少一者。
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