[发明专利]流体致动器和具有流体致动器的显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及流体致动器。本发明还涉及包括多个流体致动器的显示装置。

更确切的说，本发明涉及流体致动器，该致动器包括充填有流体的室、相对于该室活动并与流体接触的活动元件、以及流体在室的内部和外部之间循环以改变室内的流体量和因此导致活动元件移动的通道。

背景技术

这种流体致动器特别使用在带有可变形屏的二维显示装置、如公布号为US 5,222,895的专利中描述的装置中。该文献中使用的机构建立在所用流体的电流变特性的基础上。通过在流体循环通道周围设置电极来形成流体阀，当给这些电极足够地供给电流时，通过增加流体的表观粘度关闭通道。因此，通过打开或关闭通道，允许或阻止活动元件移动，以改变或保持显示屏的变形。

该技术在希望关闭通道时、即在希望保持显示屏的一定变形时需要给电极施加较高电压。因此，出于安全考虑，在致动器内部与显示装置的外表面之间设置良好的电绝缘变得必不可少。最后，观察到的是，只要希望关闭通道，换句话说，只要希望流体阀保持在关闭位置，就应保持给电极施加电压，这意味着一定的能耗。

在公布号为US 5,496,174的专利中也描述了使用相同技术的流体致动器。

此类致动器可特别地用于设计带有可变形表面的显示装置，例如盲人用的盲文或其它的信息显示屏，多个致动器则分布在显示屏的表面上。因此，能以可重配置的方式在显示屏上显示不同形状。

实现此类显示屏需要低成本致动器和简单的组装方法，以便保持合理的制造成本。实际上，具有1mm分辨率的尺寸为32cm x 24cm的触摸界面有76800个独立启动或成组启动的致动器。另外，可能应同时启动许多个致动器，这提出能耗问题。利用上述文献中提出的技术，能耗不是最佳的。

为制造集成在具有可变形表面的显示装置中的致动器，可以考虑其它技术，但是这些技术一般不能在或结构复杂性方面、或能耗方面、或这两个方面带来令人满意的方案。例如，已知气动致动器，但阀和连接器的设计很复杂。还已知压电双金属片致动器，但这些致动器非常昂贵。另外，它们体积非常庞大。还已知以形状记忆合金线为基础的方案，但致动通过热传递进行和必须使合金线保持在预先确定的温度，这消耗很多能量。对于使用材料热膨胀以使空腔鼓胀的方案同样如此：必须在空腔中保持一定温度。另外，每个致动器的响应时间取决于有源元件的冷却时间，这大大限制了系统的动态性能。

因此，会希望设置允许避免至少一部分上述问题和约束的流体致动器。

发明内容

因此，本发明的目标是一种流体致动器，该流动致动器包括流体充填室、相对于室活动并与流体接触的活动元件、流体在室的内部和外部之间循环以改变室内的流体量并因此导致活动元件移动的通道，其中，流体是磁流变流体；并且，流体致动器包括磁场产生部件，磁场产生部件被设置用于在通道中产生受控磁场。

磁流变流体包括悬浮在液体溶剂中的铁磁微粒。这些微粒在磁场的作用下形成具有与磁场强度成比例的抗断裂强度的链。因此改变了磁流变流体的表观粘度。因而可以控制流体在产生受控磁场的通道中的流动。

这种致动器的设计非常简单，并且需要极少的运动机械零件，这允许得到坚固的机构。另外，低于电流变流体的供电电压就足够了。最后，存在磁场时，致动器内部与装置外表面之间的电绝缘问题不如产生电场时敏感。

作为选择，在根据本发明的流体致动器中，磁场产生部件包括电磁铁，该流体致动器可以包括给电磁铁供应电流的装置，该装置设计用于：

－给电磁铁的线圈临时提供强度足够高的电流，以便产生使致动器的可磁化元件饱和的磁场，其产生在提供电流后继续存在的剩余磁场，剩余磁场的强度足以通过作用于位于通道中的磁流变流体的粘度使通道保持关闭；

－给电磁铁的线圈临时提供通过取消剩余磁场使致动器的可磁化元件去磁的强制励磁。

在这种情况下，只有希望打开和关闭通道以使活动元件移动的时刻需要消耗电能，这就使致动器尤其消耗极少能量。

以同样可选择的方式，根据本发明的流体致动器可以另外包括在通道中产生永磁场的永磁体，永磁场的强度足以通过作用于位于通道中的磁流变流体的粘度使通道保持关闭，并且磁场产生部件可被构造成以使在它们被激发时，受控磁场至少部分地补偿永磁场的作用。

在这种情况下，只有希望打开通道以导致活动元件移动的时刻需要消耗能量，这也使致动器需要很少能量。

还是作为选择，根据本发明的流体致动器可以包括位于永磁体两侧的两个电磁铁，以便在给这两个电磁铁供电时在两个电磁铁之间引导永磁体产生的永磁场。