[发明专利]触觉致动器系统及其方法

说明书

技术领域

本发明的示例性实施方案一般涉及触觉致动器系统，并且更具体地涉及一种压电超声电机及其方法，所述压电超声电机包括旋转轴以及产生垂直于旋转轴线的振荡向心力的不均衡质量块。

背景技术

手机和其它电子器件(例如游戏控制器)需要振动源来发出事件信号而无需产生可听声，但这仅通过触觉来感知。例如，这些事件可能包括电话来电、传入短信或计算机视频游戏中虚拟飞机的湍流。振动源产生的振动必须足够强以便手持所述装置的人可以感觉到。这些振动源最通常被称为振动电机或触觉致动器。一种普通类型的振动电机为电磁电机，其具有旋转轴和附接至该轴的不均衡质量块，所述不均衡质量块产生垂直于旋转轴线的振荡向心力。目前，每年会制造超过十亿个振动电机，并且典型的旋转速度为100至300Hz且典型的向心力为0.1至1N。

示例性电磁旋转振动电机由许多公司制造，这些公司包括Minebea Motor Manufacturing Company(东京，日本)、Sanyo Seitmitsu Co.Ltd.(长野，日本)和KTOL-金龙机电股份有限公司(浙江，中国)。一些型式为管式振动电机，而另一些为盘式振动电机。例如，一些最小的管式电机的直径为约4mm且长度为约6mm，其具有从电机的一端延伸约4mm的轴以及安装在延伸轴上的不均衡钨质量块。最小的盘式电机的直径为10mm且厚度为2mm，其具有在电机外壳内部旋转的钨质量块。对于两种类型的电机，均会产生扭矩以采用常规直流(DC)电机设计来旋转所述轴，所述电机设计包括铜线圈、铁芯、永久磁铁以及采用电刷和电枢的线圈切换。将钨用于所述质量块中，因为其密度大于钢的密度的两倍。对于管式电机而言，典型的钨质量块为0.4克，其从产生不均衡质量块的轴旋转中心线的重心偏移量为1mm。对于该实例而言，当所述质量块(例如)以200Hz(1,256弧度/秒)旋转时，产生的向心力F_c＝(质量)×(角速度)²×(偏移半径)，这相当于：0.0004Kg×(1256弧度/秒)²×0.001M，或者F_c＝0.63N。该动力足以加速整个手机手持装置并产生用户可感知的振动。

遗憾的是，现有电磁电机(例如DC振动电机)的一个缺陷是其产生干扰磁场并且由铁磁材料和导电材料构成。这些电机产生的磁干扰会干扰手机中其它装置(例如指南针)的操作。随着手机附加装置的增加并且手机分级还继续变得细化，该问题变得日益严重。DC电机也由对射频(RF)不透明的导电材料制成并且不能位于无线通信设备的无线电天线附近。

陶瓷电机(例如压电超声电机)不会产生磁场，不由铁磁材料制成并且大体上由大致RF透明的非导电材料制成。非磁性和RF透明的压电电机具有集成于高度微型化手机中的许多示例性优点。这些压电电机产生旋转并且还可用于产生振动。

产生双向旋转或平移的常规驻波管状超声电机采用多个压电陶瓷元件，其为被电分成多个独立段的单个陶瓷部件或者单独的陶瓷部件。压电元件由独立电路电驱动，并且采用具有可调相的双相驱动信号或通过将单相从一个压电元件转换至另一个来产生双向移动。这些压电电机需要振动管与旋转轴之间的一个或多个接触点，所述旋转轴采用轴向预负荷(平行于轴中心线)来产生该轴上产生扭矩所需的接触摩擦。遗憾的是，采用轴向预负荷来产生摩擦扭矩的这些压电电机通常会产生较低输出速度和效率。

发明内容

一种触觉致动器系统包括超声振动电机主体、连接至所述振动电机主体的轴以及至少一个不均衡质量块，所述轴被布置成响应于所述振动电机主体在至少一个方向上旋转，所述至少一个不均衡质量块连接至所述轴且可与所述轴一起移动以响应于所述轴的移动来产生人可检测的振动。

一种制造触觉致动器系统的方法包括提供超声振动电机主体；将轴连接至所述振动电机主体，所述轴被布置成响应于所述振动电机主体在至少一个方向上旋转；并且将至少一个不均衡质量块连接至所述轴且将该不均衡质量块与所述轴一起移动以响应于所述轴的移动来产生人可检测的振动。

该技术的各个示例性实施方案提供了许多优点。例如，超声振动电机实现了单向轴旋转、高于常规电机的效率和旋转速度，而同时其制造也更便宜和更简单。另外，该超声电机的示例性实施方案采用了具有圆柱形轴衬触点的驻波管设计，其中不均衡质量块产生的向心力在轴衬触点处产生摩擦力。振动管与旋转轴之间的接触提高了效率，并且单相电子电路产生了产生轴旋转的驻波振动。

附图说明

图1A为图11A的示例性触觉致动器的管状电机主体的侧视图；