JP7203213B2

JP7203213B2 - パネルオーディオスピーカのためのコイルを有する移動磁石アクチュエータ

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Publication number: JP7203213B2
Application number: JP2021521049A
Authority: JP
Inventors: スターンズ，マーク・ウィリアム; イースト，ジェイムズ
Original assignee: Google LLC
Current assignee: Google LLC
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2023-01-12
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Also published as: US10999681B2; JP2022523607A; CN112868246B; EP3738323B1; WO2020190343A1; EP3738323A1; US20200296515A1; CN112868246A

Description

分野
本開示は、概して移動磁石アクチュエータに関し、特にパネルオーディオスピーカのためのアクチュエータに関する。

背景
多くの従来型スピーカは、振動板にピストンのような動きを生じさせることによって音を発生する。これに対し、分布モードスピーカ（ＤＭＬ：distributed mode loudspeaker）のようなパネルオーディオスピーカは、電気音響アクチュエータを利用して均一に分布する振動モードをパネルに生じさせることによって動作する。典型的に、アクチュエータは移動磁石アクチュエータまたは圧電アクチュエータである。

従来型のパネルオーディオスピーカの磁石システムには、軟磁性材料に起因する性能限界があり、周波数の増加に伴ってインダクタンスおよび電気インピーダンスが増加する場合がある。この電気インダクタンスの増加には、高周波数の音響出力の減少を含む欠点がある場合がある。

移動磁石アクチュエータにおけるコイル導体の温度および電気抵抗も、電流の増加に伴って増加する傾向があり、そうすると、電力圧縮が生じてアクチュエータが発生する最大力を制限する場合がある。そのため、アクチュエータが発生する力の効率を最大にすることが必要であろう。

概要
概して、ある局面において、本開示は、パネルと、パネルの表面に固定的に結合されたアクチュエータとを含むパネルオーディオスピーカを特徴とする。アクチュエータは、磁石アセンブリを含み、磁石アセンブリは、カップの中に配置された永久磁石を含み、カップの側壁と永久磁石との間にエアギャップがあり、アクチュエータはさらに、パネルに固定的に結合されたコイルを含み、コイルは、コイル状に巻かれた、ある長さの導電ワイヤを含み、軸に沿って延在する。コイルは、第１の巻線密度を有する第１の領域と、第１の巻線密度よりも高い第２の巻線密度を有する第２の領域とを含み、第２の領域は、少なくともその一部が、磁石アセンブリのエアギャップの中に延在する。

パネルオーディオスピーカの実施形態は以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。たとえば、第１の領域は、パネルに結合されたコイルの第１の端部から磁石アセンブリへと軸方向に延在し得る。第２の領域は、エアギャップの中で、コイルの第１の端部と反対側のコイルの第２の端部まで軸方向に延在し得る。

第１の領域の巻線密度は、コイルの平均巻線密度よりも低く、第２の領域の巻線密度は、平均巻線密度よりも高くてもよい。第１の領域は、平均巻線密度の７５％以下の最小巻線密度を有し得る（たとえば６０％以下、５０％以下、４０％以下、３０％以下、２０％以下）。第２の領域は、平均巻線密度の１２５％以上の最大巻線密度を有し得る（たとえば１４０％以上、１５０％以上、１６０％以上、１７０％以上、１８０％以上、１９０％以上、２００％以上）。

第１の領域および／または第２の領域におけるコイルの巻線密度は、軸方向に沿って実質的に一定であってもよい。これに代えて、第１の領域および／または第２の領域におけるコイルの巻線密度は軸方向に沿って変化してもよい。

コイルの、第１の領域における機械的コンプライアンスは第２の領域における機械的コンプライアンスよりも大きくてもよい。第１の領域および第２の領域は、パネルオーディオスピーカが、コイル巻線密度が均一であるコイルを有する同等のパネルオーディオスピーカには存在しない５ｋＨｚ～２０ｋＨｚの範囲の周波数の共鳴モードを含むように、構成されてもよい。

アクチュエータは、コイルの第１の領域に隣接してコイルに沿って延在するキャップを含み得るものであり、キャップはコイルの一端と同じ表面に接合される。キャップはカプトンまたはアルミニウムのキャップであってもよい。キャップとコイルの第１の領域との径方向の厚さは、コイルの第２の領域の径方向の厚さ以下であってもよい。キャップはコイルの外周に位置していてもよい。

磁石アセンブリは、１つ以上のコンプライアント部材によってパネルから垂下するようにされてもよい。磁石アセンブリは磁極片を含み得るものであり、永久磁石は、軸方向において磁極片とカップのバックプレートとの間に配置され、エアギャップは磁極片に隣接して延びている。コイルの第２の領域は軸方向において磁極片に隣接していてもよい。磁極片は軟磁性材料を含み得る。カップの側壁は、永久磁石材料を含む部分と、軟磁性材料を含む部分とを含み得る。

アクチュエータは、コイルとパネルとの間のプレートを含み得るものであり、プレートは、一方の面がパネルに接合され、反対側の面がコイルに接合される。

パネルは、ＯＬＥＤディスプレイパネルのようなディスプレイパネルを含み得る。
一般的に、別の局面において、本発明は、以下を含むモバイルデバイスまたはウェアラブルデバイスを特徴とする。これは、筐体と、筐体内に設置されたディスプレイパネルと、ディスプレイパネルに装着されたアクチュエータ結合プレートと、アクチュエータ結合プレートに装着されたコイルとを含み、コイルは、軸を定め、第１の領域および第２の領域を有し、第１の領域は、第２の領域よりも低い巻線密度を有し、さらに、内側部分と内側部分からエアギャップで隔てられた外側部分とを含む磁石アセンブリを含み、内側部分は、磁石アセンブリの中で軸の方向に沿って延在する永久磁石を含み、コイルは第２の領域がエアギャップの中に入るように配置される。モバイルデバイスまたはウェアラブルデバイスはさらに、電子制御モジュールを含み、電子制御モジュールは、コイルに電気的に結合され、コイルに通電することによりコイルに対する磁石アセンブリの軸方向の動きを生じさせ、それにより、ディスプレイパネルが当該ディスプレイパネルから音声応答を発生するのに十分な周波数および振幅で振動するように、プログラムされる。

モバイルデバイスまたはウェアラブルデバイスの実施形態は、先の局面の１つ以上の特徴を含み得る。いくつかの実装形態において、モバイルデバイスは携帯電話またはタブレットコンピュータである。いくつかの実装形態において、ウェアラブルデバイスはスマートウォッチまたはヘッドマウントディスプレイである。

その他の利点のうちでも特に、本開示は、従来のアクチュエータと比較して効率が改善されたパネルオーディオスピーカのためのアクチュエータを特徴とする。たとえば、システムの磁場が集束している領域において巻線密度が高いコイルを含むアクチュエータにより、巻線密度が一定であるコイルと比較して、同じ電圧でより大きな力を提供することができる。

堅牢性が改善されたアクチュエータが開示される。たとえばアクチュエータの移動面から外れた落下についての落下試験性能の改善は、アクチュエータフレームへのコイルの接続をより弾力性のあるものにすることによって実現できる。このような接続は、コイルがフレームに接続するポイントに低巻線密度領域を設けその位置でキャップを含むことにより、コイルの体積を増加させることなく、提供することができる。このキャップを用いることにより、コイルとフレームとの間の接合の機械的強度を改善することができる。

さらに、周波数応答が改善されたアクチュエータが開示される。たとえば、巻線密度を低くした領域を有するコイルを、結果として得られるばね質量系の追加の共鳴を提供するように調整することができ、これを同調させることにより、特定の音声周波数における応答を改善することができる。

この技術は、音声および／または触覚フィードバックを提供するように設計されたパネルオーディオシステムに適用される。パネルは、たとえばＯＬＥＤ技術に基づいたディスプレイシステムであってもよい。パネルは、スマートフォンまたはウェアラブルデバイスの一部であってもよい。

その他の利点は、明細書、図面、および請求項から明らかになるであろう。

パネルオーディオスピーカを特徴とするモバイルデバイスの斜視図である。図１に示されるモバイルデバイスの概略断面図である。パネルオーディオスピーカにおける移動磁石アクチュエータのある実施形態の断面図である。アクチュエータのコイルの詳細を示す、移動磁石アクチュエータのある実施形態の一部の断面図である。アクチュエータのコイルの詳細を示す、移動磁石アクチュエータの別の実施形態の一部の断面図である。アクチュエータのコイルの詳細を示す、さらに他の移動磁石アクチュエータの一部の断面図である。駆動信号をアクチュエータに与えるための電子制御モジュールのある実施形態の概略図である。

詳細な説明
図１を参照して、モバイルデバイス１００は、デバイスシャーシ１０２と、パネルオーディオスピーカを組み込んだフラットパネルディスプレイ（たとえばＯＬＥＤまたはＬＣＤディスプレイパネル）を含むタッチディスプレイパネル１０４とを含み、パネルオーディオスピーカは、ディスプレイパネル１０４と、パネル１０４の裏面に機械的に結合されたアクチュエータ１１０とで構成される。モバイルデバイス（たとえばスマートフォン）１００は、画像を表示すること、タッチパネルディスプレイ１０４を介してタッチ入力を受けること、ならびに音声出力および触覚出力を生成することを含む、さまざまな方法で、ユーザに対するインターフェイスの役割を果たす。一般的に、パネルオーディオスピーカの一部として、振動するパネルは、たとえば２０Ｈｚ～２０ｋＨｚの範囲の人間の可聴域の音波を生成する。モバイルデバイス１００は、音声出力を生成することに加えて、ディスプレイパネル１０４を介して触覚出力を生成することもできる。たとえば、触覚出力は、１５０Ｈｚ～３００Ｈｚの範囲の振動に相当する。

典型的に、モバイルデバイス１００のようなモバイルデバイスは、（ｚ軸に沿う）奥行きがおよそ１０ｍｍ以下、（ｘ軸に沿う）幅が６０ｍｍ～８０ｍｍ（たとえば６８ｍｍ～７２ｍｍ）、（ｙ軸に沿う）高さが１００ｍｍ～１６０ｍｍ（たとえば１３８ｍｍ～１４４ｍｍ）である。したがって、先に述べたようなパネル１０４を駆動するためのコンパクトで効率が良いアクチュエータが望ましい。

図２を参照して、図２は、モバイルデバイス１００の断面を示し、（バックプレート２０１と側壁２０２とを有する）デバイスシャーシ１０２およびディスプレイパネル１０４は、アクチュエータ１１０、バッテリ２３０、および電子制御モジュール２２０を含む、モバイルデバイス１００の構成部品を収容するための筐体を形成する。

アクチュエータ１１０の実施形態を以下で説明する。一般的に、アクチュエータ１１０の大きさは、電子制御モジュール２２０およびバッテリ２３０を含む、モバイルデバイス１００に収容されたその他の構成部品によって制限される体積の中に納まるように定められる。電子制御モジュール２２０は、制御信号をアクチュエータ１１０に与えることにより、アクチュエータに音声および／または触覚出力を生成させる。

図３を参照して、モバイルデバイス１００に使用するのに適した、具体例としての移動磁石アクチュエータは、薄い円盤状に成形された永久磁石３２０とコイル３４０とを含むアクチュエータ３００である。コイル３４０は、コイル状に巻かれアクチュエータ結合プレート３５０に接続されたコイル巻線を含み、アクチュエータ結合プレート３５０は、完全に組み立てられたときに、パネルオーディオスピーカのパネル３０１に装着される。磁石３２０はカップ３１０に収容され、カップ３１０は軟磁性材料のバックプレート３１１（たとえば鉄金属プレート）と側壁とで構成され、側壁は磁性部分３２２と軟磁性カップ３１２とで構成される。磁石３２０は、カップ３１０の底３１１と、軟磁性材料のトッププレート３３０または磁極片との間に挟まれている。カップ３１０はばね要素３７０を介してフレーム３６０に装着され、フレーム３６０はアクチュエータ結合プレート３５０に装着される。ばね要素３７０は、カップ３１０、磁石３２０およびトッププレート３３０を、コイル３４０から垂下させる。カップ３１０の側壁と磁石３２０およびトッププレート３３０との間にはエアギャップがある。コイル３４０はエアギャップの中に配置されている。

一般的に、コイル３４０、磁石３２０、およびカップ３１０を含むアクチュエータ３００の構成部品は、一続きで軸を中心として回転対称（円筒形状）であってもよく、または、分離して軸を中心とする回転対称であってもよく、または軸を中心とする回転対称でなくてもよい。たとえば、分離して回転対称をなすアクチュエータの部品は、軸に直交する面において、正方形、矩形、またはそれ以外の多角形の占有面積を有していてもよい。このような形状は、鋭角の、傾斜した、または湾曲した角部を有し得る。

図３に示されるアクチュエータはコンパクトにすることができる。たとえば、軸方向におけるアクチュエータの厚さは、数ミリメートルのオーダ、たとえば１０ｍｍ以下、８ｍｍ以下、５ｍｍ以下、４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下とすることができる。したがって、特定の実施形態において、コイル３４０の軸方向の長さを約２～６ｍｍとすることができ、その長さのおよそ２分の１は磁石アセンブリのエアギャップの中にあり、およそ２分の１はエアギャップから突出した状態である。アクチュエータ３００の横方向の寸法も比較的小さくすることができる。たとえば、外側の軸方向に磁化される磁石の横方向の直径（すなわち対称軸に直交する直径）は、２０ｍｍ以下（たとえば１５ｍｍ以下、１２ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、８ｍｍ以下、７ｍｍ以下、６ｍｍ以下、５ｍｍ以下）とすることができる。

一般的に、磁石は、希土類磁石材料のように永久的に磁化されることができる材料から形成することができる。具体例としての材料は、ネオジム鉄ホウ素、サマリウムコバルト、バリウムフェライト、およびストロンチウムフェライトを含む。

軟磁性磁極片およびカップのそれぞれの部分は、外部の磁場の中では容易に磁化され外部磁場が取り除かれると消磁される１つまたは複数の材料から形成することができる。典型的に、このような材料は透磁率が高い。その例は、高炭素鋼およびバナジウムパーメンジュールを含む。したがって、軟磁性プレートおよびヨークは、軸方向に磁化された磁石からの磁束線をエアギャップにわたって導く役割を果たす。

典型的に、磁石３２０は軸方向に磁化される。言い換えると、この永久磁石の極は軸方向に沿って並んでいる。コイルは、通電されると、永久磁石の磁場と相互作用する磁場を生成し、磁性カップ、磁石、およびトッププレートを、コイルから軸方向に変位させる。磁石３２０は、たとえば軸方向または径方向に磁化することができる。

図４を参照して、コイル３４０は、螺旋状に巻かれてばねを形成する長さの導電性ワイヤ（たとえば銅ワイヤ）で構成されている。断面で示される、個々の巻線４０１は、隣り合わせで配置されているが、一般的に、各巻線の軸方向に延びる距離は短く、次の巻線は前の巻線から軸方向にずれている。ワイヤは、コイルが自立できるように（たとえばその形状を維持するために巻型（former）またはその他の支えを必要としない）、十分な機械的スチフネスを有する。コイル３４０は、たとえば接着剤を用いて、その一端がプレート３５０の表面に装着される。コイルへのおよびコイルからの電気リード線をプレート３５０の表面に装着することで、コイルへの電気的アクセスを可能にする。

コイル３４０は、巻線密度が異なる２つの領域で構成される。巻線密度は、単位距離当たりのコイルの巻数である。エアギャップとプレート３５０との間に延在するコイルの部分に対応する第１の領域４１０は、低巻線密度領域であり、エアギャップ内に延在する領域４２０は、高巻線密度領域である。ここで、「高」密度および「低」密度は、巻線の総数をコイルの長さで割ったものであるコイルの平均巻線密度との比較における相対的な密度である。第１の領域４１０は１層の巻線で構成されたものとして描かれており、第２の領域４２０は２層の巻線で構成されたものとして描かれているが、一般的に、どちらの領域も、単層または多層の巻線を有し得る。加えて、隣り合う巻線が図示のように隣り合わせで接触して配置されていなくてもよい。より一般的には、コイルは、互いに積み重ねられおよび／または互いに離隔された隣り合う巻線を含み得る。

一般的に、第１の領域および第２の領域の相対巻線密度は、アクチュエータを駆動するのに必要な磁場強度および対応する電流負荷に応じて変化し得る。いくつかの実施形態において、第１の領域４１０は、平均巻線密度との比較で７５％以下である最小巻線密度を有し得る（たとえば６０％以下、５０％以下、４０％以下、３０％以下、２０％以下）。特定の実施形態において、第２の領域４２０は、平均巻線密度との比較で１２５％以上の最大巻線密度を有し得る（たとえば１４０％以上、１５０％以上、１６０％以上、１７０％以上、１８０％以上、１９０％以上、２００％以上）。

一般的に、領域４１０および領域４２０の相対的な軸方向長さは変化し得る。図４に示されるように、これらの領域の軸方向長さはほぼ同じであってもよい。これに代えて、アクチュエータの設計次第で、領域４１０が領域４２０よりも長くなるまたは短くなる可能性がある。いくつかの実施形態において、各領域の軸方向長さは、約０．５ｍｍ～約３ｍｍの範囲である。

理論に束縛されることを望むものではないが、磁石アセンブリからの磁場が集束する領域（たとえばエアギャップ内）の巻線密度を高くしたコイルを使用することにより、巻線密度が均一であるコイルよりも大きな押出（shove）（すなわち力）をアクチュエータから得ることが可能であると考えられる。ここで、「押出」は、Ｂｌ^２／Ｒの値であり、Ｂはコイルにおける磁石アセンブリからの磁場強度であり、ｌは、磁場の中のコイル状のワイヤの長さであり、Ｒはコイルの抵抗である。したがって、磁場が集束する領域の巻線密度が高く磁場が集束しない領域の巻線密度が低いコイルを用いることにより、均一な高密度のワイヤを用いるコイルと比較して、Ｒを低減しつつＢｌを維持する。結果として、巻線密度が均一のコイルよりも大きな押出が得られる。

さらに、適切な巻線の分布を用いると、低巻線密度領域は、パネルに接合されたときに追加の共鳴モードを作り出す。このモードは、パネルのこの領域のコイルの増加したコンプライアンスから得られた、結合された発振器の結果である。具体的には、結合された発振器は、高巻線密度領域のコイルの質量と、よりコンプライアントな「ばね状の」低巻線密度領域によって結合されたパネルの質量とで形成される。

この共鳴の周波数を、可聴周波帯（たとえば５ｋＨｚ～２０ｋＨｚ）に同調させることにより、増大した高周波数出力を生成することができる。一般的に、この共鳴の正確な周波数は、低巻線密度領域から与えられるばねのスチフネスと、高巻線密度領域の質量とを適切に選択することにより、同調させることができる。同調は、発振器のシミュレーションまたは物理的実験またはこれらの双方により、経験的に行うことができる。いくつかの実施形態において、たとえば８ｋＨｚ～１０ｋＨｚ、１０ｋＨｚ～１２ｋＨｚ、１２ｋＨｚ～１５ｋＨｚ、または１５ｋＨｚ～２０ｋＨｚの範囲の共鳴を提供するようにシステムを設計することができる。

その軸に対して垂直な面における低巻線密度領域のコイルのコンプライアンスは、結果として、側面からの落下の衝撃を受けたコイルの変形を増加させ、パネルとの接合が切断される可能性を低くすることができる。したがって、低巻線密度領域を含めることにより、アクチュエータの機械的堅牢性を高めることができる。

上記アクチュエータは自立するコイル（たとえば巻型のようなその他の構造によって支えられていない）を特徴とするが、その他の実装形態も可能である。たとえば、図５を参照して、いくつかの実施形態において、コイル３４０の低巻線密度領域４１０をキャップ５１０によって支えることができる。キャップ５１０は、コイル３４０の低巻線密度領域４１０を機械的に支持するプレート３５０に装着されたまたは一体化された円筒状要素である。キャップ５１０は、コイルの領域４１０よりも剛性が高い材料から形成することができる。いくつかの実施形態において、キャップ５１０は、たとえば、カプトン（もしくはその他のポリマー）またはアルミニウム（もしくはその他の金属）から形成される。

コイルのフォームファクタは、キャップをコイルの端部上に配置しコイルが薄い場所の側面に沿って延在させることで、キャップへの良好な接合とパネルオーディオ物にコイルを装着する確実な手段とを提供することを、意味する。図５において、低巻線密度領域４１０とキャップ５１０とを組み合わせた部分の径方向厚さはＴ_Ａで示され、高巻線密度領域４２０の径方向厚さはＴ_Ｂで示される。示されているのはＴ_Ａ＝Ｔ_Ｂであるが、Ｔ_ＡとＴ_Ｂが異なっていてもよい。一般的に、Ｔ_ＡがＴ_Ｂ以下である場合、キャップ５１０から与えられる追加の剛性を、高巻線密度領域４２０のコイル厚さと比較してコイルの全体の幅を大きくすることなく、得ることができる。

キャップ５１０はその軸方向長さに沿って厚さが均一である壁を有するものとして示されているが、その他のフォームファクタも可能である。たとえば、いくつかの実施形態において、キャップは、プレート３５０に接合するために一方端により大きな表面積を設けるためのフランジを含み得る。

その他の変形も可能である。たとえば、図６を参照して、いくつかの実施形態において、コイル６４０は、コイルの低巻線密度領域６２０と一部のみが同じ場所で延びているキャップ６１０を含む。加えて、高巻線密度領域は、巻線密度が異なるサブ領域を含み得る。たとえば、領域６３０は、サブ領域６３２よりも巻線密度が高いサブ領域６３１を特徴とする。同様に、領域６２０の巻線密度は、その軸方向長さに沿って変化していてもよい。

さらに、上述の例は、巻線密度が異なる２つの領域を有するコイルを特徴としているが、より一般的には、コイルは３つ以上の領域を特徴としていてもよい。たとえば、コイルは、低巻線密度の領域によって分離された複数の高巻線密度領域を特徴としていてもよい。

一般的に、電子制御モジュールは１つ以上の電子部品で構成され、１つ以上の電子部品は、携帯電話の１つ以上のセンサからおよび／または信号受信機から入力を受け、この入力を処理し、アクチュエータ、たとえばアクチュエータ１１０またはアクチュエータ３００に適切な触覚応答を提供させる信号波形を生成して送る。図７を参照して、携帯電話１００のようなモバイルデバイスの、具体例としての電子制御モジュール７００は、プロセッサ７１０と、メモリ７２０と、ディスプレイドライバ７３０と、信号発生器７４０と、入出力（Ｉ／Ｏ）モジュール７５０と、ネットワーク／通信モジュール７６０とを含む。これらの構成部品は、（たとえば信号バス７０２を介して）相互に電気通信するとともに、アクチュエータ１１０と電気通信する。

プロセッサ７１０は、データまたは命令を処理、受信、または送信することが可能な任意の電子デバイスとして実現されてもよい。たとえば、プロセッサ７１０は、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、またはこのようなデバイスを組み合わせたものとすることができる。

メモリ７２０には、各種命令、コンピュータプログラムまたはその他のデータが格納されている。この命令またはコンピュータプログラムは、モバイルデバイスに関して述べた動作または機能のうちの１つ以上を実行するように設定されてもよい。たとえば、命令は、ディスプレイドライバ７３０、信号発生器７４０，入出力モジュール７５０の１つ以上の構成部品、ネットワーク／通信モジュール７６０を介してアクセス可能な１つ以上の通信チャネル、１つ以上のセンサ（たとえばバイオメトリックセンサ、温度センサ、加速度計、光センサ、気圧センサ、湿度センサなど）、および／またはアクチュエータ１１０を介して、デバイスのディスプレイの動作を制御または調整するように設定されてもよい。

信号発生器７４０は、アクチュエータ１１０に適しておりかつアクチュエータを介して聴覚および／または触覚応答を生成する、さまざまな振幅、周波数、および／またはパルスプロファイルのＡＣ波形を生成するように構成される。信号発生器７４０は、独立した構成部品として描かれているが、いくつかの実施形態において信号発生器７４０はプロセッサ７１０の一部であってもよい。いくつかの実施形態において、信号発生器７４０は、この信号発生器に一体化された部品またはこの信号発生器とは別個の部品として増幅器を含み得る。

メモリ７２０は、モバイルデバイスが使用できる電子データを格納することが可能である。たとえば、メモリ７２０は、電気データまたはコンテンツ、たとえば音声および映像ファイル、文書およびアプリケーション、デバイス設定およびユーザの好み、さまざまなモジュールに対するタイミングおよび制御信号またはデータ、データ構造またはデータベースなどを、格納することができる。また、メモリ７２０は、アクチュエータ１１０に対する信号を生成するために信号発生器７４０が使用し得るさまざまなタイプの波形を再生成するための命令を格納してもよい。メモリ７２０は、たとえばランダムアクセスメモリ、読出専用メモリ、フラッシュメモリ、リムーバブルメモリ、またはその他のタイプの記憶素子、またはそのようなデバイスの組み合わせなどの、任意のタイプのメモリであってもよい。

先に簡単に述べたように、電子制御モジュール７００は、図７においてＩ／Ｏモジュール７５０として示されるさまざまな入力および出力構成要素を含み得る。Ｉ／Ｏモジュール７５０の構成要素は、図７では単一のアイテムとして表されているが、モバイルデバイスは、ユーザ入力を受け付けるためのボタン、マイク、スイッチ、およびダイヤルを含む、いくつかの異なる入力構成要素を含み得る。いくつかの実施形態において、Ｉ／Ｏモジュール７５０の構成要素は、１つ以上のタッチセンサおよび／または１つ以上の力センサを含み得る。たとえば、モバイルデバイスのディスプレイは、ユーザがモバイルデバイスに入力を与えることを可能にする１つ以上のタッチセンサおよび／または１つ以上の力センサを含み得る。

Ｉ／Ｏモジュール７５０の構成要素の各々は、信号またはデータを生成するための専用回路を含み得る。場合によっては、これらの構成要素は、ディスプレイ上に示されるプロンプトまたはユーザインターフェイスオブジェクトに対応するアプリケーション固有の入力に対するフィードバックを生成または提供し得る。

先に述べたように、ネットワーク／通信モジュール７６０は１つ以上の通信チャネルを含む。これらの通信チャネルは、プロセッサ７１０と外部デバイスまたはその他の電子デバイスとの間の通信を提供する１つ以上のワイヤレスインターフェイスを含み得る。一般的に、通信チャネルは、プロセッサ７１０上で実行される命令によって解釈することができるデータおよび／または信号を送信および受信するように構成されてもよい。場合によっては、外部デバイスは、その他のデバイスとデータをやり取りするように構成された外部通信ネットワークの一部である。一般的に、ワイヤレスインターフェイスは、限定されないが、無線周波数、光、音響、および／または磁気信号を含み得るものであり、ワイヤレスインターフェイスまたはプロトコルに関して動作するように構成されてもよい。ワイヤレスインターフェイスの例は、無線周波数セルラーインターフェイス、光ファイバインターフェイス、音響インターフェイス、ブルートゥース（登録商標）インターフェイス、近距離通信インターフェイス、赤外線インターフェイス、ＵＳＢインターフェイス、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）インターフェイス、ＴＣＰ／ＩＰインターフェイス、ネットワーク通信インターフェイス、または任意の従来の通信インターフェイスを含む。

いくつかの実装形態において、ネットワーク／通信モジュール７６０の通信チャネルのうちの１つ以上は、モバイルデバイスと、別のデバイス、たとえば別の携帯電話、タブレット、コンピュータなどとの間のワイヤレス通信チャネルを含み得る。場合によっては、出力、音声出力、触覚出力または視覚表示要素は、出力のために他のデバイスに直接送信されてもよい。たとえば、可聴アラートまたは視覚的警告を電子デバイス７００から携帯電話に送信してその装置で出力してもよく、その逆も同様である。同様に、ネットワーク／通信モジュール７６０は、モバイルデバイスを制御するために別のデバイスで提供される入力を受信するように構成されてもよい。たとえば、可聴アラート、視覚的通知、または触覚アラート（またはそのための指示）が、外部デバイスからモバイルデバイスに送信されて提示されもよい。

上記パネルオーディオスピーカは携帯電話に組み込まれているが、より一般的には、本明細書に開示されるアクチュエータ技術は、たとえば音声および／または触覚フィードバックを提供するように設計されたその他のパネルオーディオシステムにおいて使用することができる。一般的に、パネルは、たとえばＯＬＥＤまたはＬＣＤ技術に基づくディスプレイシステムであってもよい。パネルは、スマートフォン、タブレットコンピュータ、またはウェアラブルデバイス（たとえばスマートウォッチ、もしくはスマートグラスのようなヘッドマウントデバイス）の一部であってもよい。

さらに、上述の例は、パネルに接合された剛性フレームから磁石アセンブリがばね要素によって垂下されている慣性系を特徴とするが、その他の構成も可能である。たとえば、本明細書に記載のコイルは、磁石アセンブリが機械的に接地されている、たとえば剛性装着具によってフレームに装着されている場合のアクチュエータに使用することができる。

いくつかの実施形態が開示されている。その他の実施形態は以下の請求項にある。

Claims

パネルオーディオスピーカであって、
パネルと、
前記パネルの表面に固定的に結合されたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータは、
磁石アセンブリを含み、前記磁石アセンブリは、カップの中に配置された永久磁石を含み、前記カップの側壁と前記永久磁石との間にエアギャップがあり、前記アクチュエータはさらに、
前記パネルに固定的に結合されたコイルを含み、前記コイルは、コイル状に巻かれた、ある長さの導電ワイヤを含み、軸に沿って延在し、前記コイルは、第１の巻線密度を有する第１の領域と、前記第１の巻線密度よりも高い第２の巻線密度を有する第２の領域とを含み、前記第２の領域は、少なくともその一部が、前記磁石アセンブリの前記エアギャップの中に延在し、
前記パネルはディスプレイパネルを含む、パネルオーディオスピーカ。
前記第１の領域は、前記パネルに結合された前記コイルの第１の端部から前記磁石アセンブリへと前記軸の方向に延在する、請求項１に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記第２の領域は、前記エアギャップの中で、前記コイルの第１の端部と反対側の前記コイルの第２の端部まで前記軸の方向に延在する、請求項１または２に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記第１の領域の巻線密度は、前記コイルの平均巻線密度よりも低く、前記第２の領域の巻線密度は、前記平均巻線密度よりも高い、請求項１～３のいずれか１項に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記第１の領域は、前記コイルの平均巻線密度の７５％以下の最小巻線密度を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記第２の領域は、前記コイルの平均巻線密度の１２５％以上の最大巻線密度を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記第１の領域における前記コイルの巻線密度は、前記軸の方向に沿って実質的に一定である、請求項１～６のいずれか１項に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記第１の領域における前記コイルの巻線密度は前記軸の方向に沿って変化する、請求項１～６のいずれか１項に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記第２の領域における前記コイルの巻線密度は前記軸の方向に沿って実質的に一定である、請求項１～８のいずれか１項に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記第２の領域における前記コイルの巻線密度は前記軸の方向に沿って変化する、請求項１～８のいずれか１項に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記コイルの、前記第１の領域における機械的コンプライアンスは、前記第２の領域における機械的コンプライアンスよりも大きい、請求項１～１０のいずれか１項に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記第１の領域および前記第２の領域は、前記パネルオーディオスピーカが、コイル巻線密度が均一であるコイルを有する同等のパネルオーディオスピーカには存在しない５ｋＨｚ～２０ｋＨｚの範囲の周波数の共鳴モードを含むように、構成される、請求項１～１１のいずれか１項に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記コイルの前記第１の領域に隣接して前記コイルに沿って延在するキャップをさらに備え、前記キャップは前記コイルの一端と同じ表面に接合される、請求項１～１２のいずれか１項に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記キャップはカプトンまたはアルミニウムのキャップである、請求項１３に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記キャップと前記コイルの前記第１の領域との径方向の厚さは、前記コイルの前記第２の領域の径方向の厚さ以下である、請求項１３または１４に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記キャップは前記コイルの外周に位置する、請求項１３～１５のいずれか１項に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記磁石アセンブリは、１つ以上のコンプライアント部材によって前記パネルから垂下するようにされている、請求項１～１６のいずれか１項に記載のパネルオーディオシステム。
前記磁石アセンブリは磁極片を含み、前記永久磁石は、軸方向において前記磁極片と前記カップのバックプレートとの間に配置され、前記エアギャップは前記磁極片に隣接して延びている、請求項１～１７のいずれか１項に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記第２の領域は前記軸方向において前記磁極片に隣接する、請求項１８に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記磁極片は軟磁性材料を含む、請求項１８または１９に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記カップの前記側壁は、永久磁石材料を含む部分と、軟磁性材料を含む部分とを含む、請求項１～２０のいずれか１項に記載のパネルオーディオスピーカ。
前記コイルと前記パネルとの間のプレートをさらに備え、前記プレートは、一方の面が前記パネルに接合され、反対側の面が前記コイルに接合される、請求項１～２１のいずれか１項に記載のパネルオーディオスピーカ。
モバイルデバイスであって、
筐体と、
前記筐体内に設置されたディスプレイパネルと、
前記ディスプレイパネルに装着されたアクチュエータ結合プレートと、
前記アクチュエータ結合プレートに装着されたコイルとを備え、前記コイルは、軸を定め、第１の領域および第２の領域を有し、前記第１の領域は、前記第２の領域よりも低い巻線密度を有し、前記モバイルデバイスはさらに、
内側部分と前記内側部分からエアギャップで隔てられた外側部分とを含む磁石アセンブリを備え、前記内側部分は、前記磁石アセンブリの中で前記軸の方向に沿って延在する永久磁石を含み、前記コイルは前記第２の領域が前記エアギャップの中に入るように配置され、前記モバイルデバイスはさらに、
電子制御モジュールを備え、前記電子制御モジュールは、前記コイルに電気的に結合され、コイルに通電することにより前記コイルに対する前記磁石アセンブリの軸方向の動きを生じさせ、それにより、前記ディスプレイパネルが前記ディスプレイパネルから音声応答を発生するのに十分な周波数および振幅で振動するように、プログラムされる、モバイルデバイス。
前記モバイルデバイスは携帯電話またはタブレットコンピュータである、請求項２３に記載のモバイルデバイス。
ウェアラブルデバイスであって、
筐体と、
前記筐体内に設置されたディスプレイパネルと、
前記ディスプレイパネルに装着されたアクチュエータ結合プレートと、
前記アクチュエータ結合プレートに装着されたコイルとを備え、前記コイルは、軸を定め、第１の領域および第２の領域を有し、前記第１の領域は、前記第２の領域よりも低い巻線密度を有し、前記ウェアラブルデバイスはさらに、
内側部分と前記内側部分からエアギャップで隔てられた外側部分とを含む磁石アセンブリを備え、前記内側部分は、前記磁石アセンブリの中で前記軸の方向に沿って延在する永久磁石を含み、前記コイルは前記第２の領域が前記エアギャップの中に入るように配置され、前記ウェアラブルデバイスはさらに、
電子制御モジュールを備え、前記電子制御モジュールは、前記コイルに電気的に結合され、コイルに通電することにより前記コイルに対する前記磁石アセンブリの軸方向の動きを生じさせ、それにより、前記ディスプレイパネルが前記ディスプレイパネルから音声応答を発生するのに十分な周波数および振幅で振動するように、プログラムされる、ウェアラブルデバイス。
前記ウェアラブルデバイスはスマートウォッチまたはヘッドマウントディスプレイである、請求項２５に記載のウェアラブルデバイス。