[发明专利]一种可以缩短响应时间的变频振动方法以及振动致动器

说明书

本发明涉及一种可以缩短响应时间的变频振动方法以及振动致动器，振动致动器包括中空轴、振动输出界面和环形定子弹性体，在中空轴上套设环形定子弹性体，振动输出界面通过螺钉固设在中空轴顶部，中空轴对环形定子弹性体轴向锁定，同时环形定子弹性体产生预压力抵住振动输出界面；环形定子弹性体与振动输出界面的接触面上铺设摩擦材料；环形定子弹性体与振动输出界面远离的端面铺设分区极化的压电陶瓷；定子弹性体与中空轴之间设有塑料耐磨套管，且塑料耐磨套管同样套设在中空轴上；本发明可以弥补传统电机响应时间慢的问题，基于振动方法设计的振动致动器的响应时间得到大幅度的提高。

技术领域

本发明涉及一种可以缩短响应时间的变频振动方法以及振动致动器，属于环形超声电机领域。

背景技术

如今市场上的手持智能设备都以尺寸大、占比高的触控屏幕为主流，设备制造商正一步步的干掉物理按键。与之相对的虚拟按键和压感按键的应用正越来越多，虚拟按键相较于物理按键有诸多优点，如：易于编程，形式、位置随意设置，提高系统操作的人性化；提高设备使用寿命，物理按键的机械结构随着使用会有性能下降和防水防尘难题，但虚拟按键有一个致命的缺点：没有手感，因为虚拟按键都设置在触屏上，所以用户在使用时都会有一种的不真实感，如没有一定的视觉或听觉反馈，用户无法确定是否按压到按键；于是工程师们采用振动来作为虚拟按键的反馈，如今的振动触觉反馈已经做到了以假乱真的效果，如苹果公司(Apple Inc)最新笔记本电脑的压感触控面板和一款独立的触摸板产品Magic Trackpad 2就是一类很好的实施案例；传统的触控面板一般采用翘板结构，如图1中的1a所示，触控面板通过铰链机构固定，另一端与触感开关相连，按压触控面板就会，触发到触感开关，会产生一种“阶跃”的按压手感以及按钮按压的声音；显然，这种结构在按压触控面板的顶部，即图中的1a的固定端附近时，是无法按压下去的，给用户的体验大打折扣；图中的1b所示为苹果公司压感触控板结构示意图，该结构在触控面板四角装有压力传感，当用户的按压力量达到设定阈值时，启动固定在触控面板下方的线性振动马达，输出一定波形的振动，如此来模拟按压的触感(这是触觉心理学方面的振动似动现象，简言之就是使用一系列调制好的振动，可以给用户触控面板存在运动位移的错觉)。

上文提到了使用虚按键和振动致动器的组合代替物理按键是未来智能设备的发展趋势，那么针对现有的振动致动器技术，第一种是回转偏心转子马达(ERM)，ERM是最常见、最经典的振动致动马达，在非智能机时代的手机中就有安装这种马达，这种马达是一种电磁电机，通过转动轴带动偏心质量块高速转动从而带动系统振动。ERM的优点是技术成熟，成本低廉，激振频率范围为90Hz-200Hz，但缺点也很明显，由于电磁电机的工作原理，这种振动马达在启动时有一个缓慢的加速过程，在停止时也有一个减速的过程，大概在100ms-200ms，所以它的振动不干脆，波形失真度高，用户体验差；第二种是直线振动马达(LRC)，LRC是近几年才开始流行并被安装于各种智能设备上的，LRC还是采用的电磁力驱动，但性能比ERM好很多，原理和电磁式直线电机类似，增加了弹簧机构给动子提供复位力，当给动子线圈施加方波信号时，动子在电磁力和弹簧力的共同作用下来回往复运动，起到激振的作用，其优点有：启停响应时间相对较短，能达到30ms；由于使用了弹簧，能耗较低；激振频率范围为150～200Hz，缺点是由于振动马达的激振依然可靠电磁力，无法真正做到无延迟响应，形成复杂波形的能力依然有限；第三种是是采用压陶瓷的变形直接推动质量块振动的振动致动器，这种振动致动器没有依赖电磁力，因此机械响应时间极低，能达到5ms以内，满足实时反馈的要求，激振频率范围为150Hz-300Hz，但由于结构尺寸和电压的限制，在小型手持设备上产生的振动强度依旧不足。

发明内容

本发明提供一种可以缩短响应时间的变频振动方法以及振动致动器，可以弥补传统电机响应时间慢的问题，基于此振动方法设计的振动致动器的响应时间得到大幅度的提高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可以缩短响应时间的变频振动方法，包括以下步骤：