线性致动器及操作方法技术

一种线性致动器包括：质量块，可移动地安装在线性位移路径中，该质量块具有磁性段；驱动力产生器，配置为选择性地在该线性位移路径的该定向上将加速度施加至该质量块；及反作用力路径，当该质量块自静止位置位移时产生返回力。该返回力处于该线性位移路径的该定向上且朝向该静止位置，该返回力的该振幅根据力响应曲线随该质量块在该线性位移路径中的位置而变化，该反作用力路径包括永磁力元件，该永磁力元件与该线性位移路径横向相邻地布置且与该磁性段磁耦合。该磁性段磁耦合。该磁性段磁耦合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】线性致动器及操作方法

技术介绍

[0001]存在多种类型的线性致动器。线性致动器通常涉及某种形式的质量块，该质量块可在线性路径中来回移动。线性路径通常为直的，但存在线性路径为弯曲的一些情况。诸如例如触觉致动器的一些线性致动器配置为产生加速力。或许加速力的最众所周知的实例为振动，但许多其他类型的加速力或加速力序列是可能的。此类线性致动器可以具有：反作用力路径，例如当质量块在其内移动远离平衡位置或区域时引起逐渐变化的力响应的路径；及驱动力产生器，可以独立于反作用力路径。除了由驱动力产生器及反作用力路径施加在质量块上的力(及通常最小化的量的摩擦力)外，质量块亦可以诸如通过沿着例如某种形式的线性引导件可移动地安装来自由地线性移动。尽管现有的线性致动器在一定程度上令人满意，但始终存在改进的空间。

技术实现思路

[0002]反作用力路径可以源自一个或多个弹簧、一个或多个磁体(与磁化质量块组合)、一个或多个止动件或例如弹簧、止动件及磁体的组合。例如，若质量块被磁化，则驱动力产生器可以源于电驱动电磁体(线圈)。诸如磁体及弹簧的不同类型的力元件相对于彼此可以具有个别优点及不便之处，且使用一种力元件或另一种力元件的选择可以取决于给定实施例的特性。
[0003]在具有线性致动器类型的触觉致动器的情况下，当质量块远离平衡位置或区域移动时，可能期望由反作用力路径产生的力响应曲线表现出返回力。进一步可以期望，反作用力路径配置为在驱动力产生器将最大惯性量施加至质量块的情境下含有质量块。实现该情况的一种方式为产生反作用力，该反作用力随着距平衡位置或区域的距离而逐渐增大。
[0004]图1A展示了系统10的简单情况的简化草图，该系统10具有由弹簧14固持的质量块12，当质量块12自平衡位置16移开时，弹簧14可以压缩或伸展操作。图1B为与图1A的系统10相关联的力响应曲线18的实例。
[0005]当质量块12被在给定频率下操作的驱动产生器(未展示)驱动来振荡时，该质量块12将在驱动频率下振荡。然而，图1A中的质量块12为具有固有频率W0的谐振荡器。若驱动频率接近固有频率，或与固有频率一致，则将观察到共振行为，且归因于此共振行为，将观察到显著更大的振荡振幅，且因此观察到加速度响应。具有诸如图1B中所展示的线性力曲线的线性致动器的加速度回应的频谱20呈现在图1C中。频谱20表示针对在给定驱动振幅下驱动的质量块12针对不同驱动频率将表现出的加速度位准(以Gs为单位的力)。共振频率W0与线性力响应曲线18的斜率k直接相关。
[0006]例如，在触觉致动器的情况下，通常寻求在现有约束内最大化质量块12的加速度回应。在诸如图1B中所展示的线性力响应曲线18的情况下，线性致动器可以表现出诸如图1C中所展示的频率响应谱20，可以看出频率响应谱20以固有频率W0为中心，且可以说在固有频率W0下具有共振。当在对应于固有频率W0的频率下归因于在彼频率下的共振而驱动时，质量块12将趋于显著振荡且表现出更强的加速度变化，但若在其他频率下驱动，则振荡少
得多，且因此产生较小的加速度。固有频率W0的值与力响应曲线18的斜率k相关。例如，在触觉致动器的情况下，频率响应更通用且较不以例如单个共振频率为中心可能为较佳的。在一个实例中，可以期望使用单一品牌的触觉致动器来与各种电子装置模型一起操作，每一电子装置模型具有不同的驱动频率。例如，诸如图1C中所展示的窄带频率响应谱可能不能令人满意地满足该需要且可能需要使弹簧常数适应特定装置的驱动频率。例如，窄带频率响应谱亦可能不允许显著不同频率的触觉信号。
[0007]在其他不同的实例中，可以寻求其他改进领域，诸如降低生产成本，或提高可扩展性、加速度回应或可靠性，或简单地提供新类型的力响应曲线或频率响应谱，仅举几例。
[0008]根据第一方面，提供了一种线性致动器，其具有磁化质量块及至少一个磁体，该至少一个磁体配置为与磁化质量块相互作用以有助于界定力响应曲线。至少一个磁体可以与质量块的线性位移路径横向相邻地布置。实际上，源自与线性位移路径相邻地布置的磁体的力响应曲线可以与源自布置在线性位移路径的一端处的磁体的力响应曲线显著不同，且可以在至少在一些应用中产生新的及有利的力响应曲线中利用该差异。替代地，提供与线性位移相邻地布置的磁体可以简单地提供将磁体定位在线性位移路径的一端处的有利替代物，该情况例如可以允许在有限的长度要求的情境下限制线性致动器的足迹(footprint)的长度。仍替代地，当质量块的磁化部分与具有与质量块的磁化部分相同的磁性定向的磁体相邻地布置时，提供与线性位移路径相邻地布置的磁体可用于提供极强的返回力，或以其他方式提供有助于或界定力响应曲线的替代手段。
[0009]因此，根据第一方面，提供了：一种线性致动器，包括：质量块，可移动地安装在线性位移路径中，质量块具有永磁场；驱动力产生器，配置为选择性地在线性位移路径的定向上将加速度施加至质量块；及至少一个磁体，以与质量块的磁场相互作用且随之产生磁力的方式与线性位移路径横向相邻地布置，磁力的振幅根据力响应曲线取决于质量块在线性位移路径中的位置而变化。
[0010]根据第二方面，提供了一种线性致动器，其具有界定力响应曲线的反作用力路径，该力响应曲线在两个相对间隔开的拐点之间具有平台或相对稳定的非零返回力回应，每一拐点在返回力的显著增加区域之前，且拐点中的一个拐点与零力点或静止位置相关联。该情况可以通过使用一系列弹性部件来界定反作用力路径及具有两个相反定向的磁化部分的质量块来实现。
[0011]因此，根据第二方面，提供了：一种线性致动器，包括：质量块，可移动地安装在线性位移路径中；驱动力产生器，配置为选择性地在线性位移路径的定向上将驱动力施加至质量块；及反作用力路径，在线性位移路径的定向上对质量块产生返回力，返回力的振幅根据力响应曲线随质量块在线性位移路径中的位置而变化，力响应曲线具有与线性位移路径的数个相对端相关联的数个增加返回力的区域及位于该数个增加返回力的区域之间的非零返回力平台区，非零返回力在大于任一增加返回力的区域的长度的距离上介于最大返回力的5与30％之间。
[0012]因此，根据另一方面，提供了一种线性致动器，其包括：质量块，可移动地安装在线性位移路径中；驱动力产生器，配置为选择性地在线性位移路径的定向上将驱动力施加至质量块；及反作用力路径，配置为在线性位移路径的定向上将返回力施加于质量块上，质量块具有由第一磁化部分及第二磁化部分产生的永磁场，第一磁化部分及第二磁化部分彼此
纵向隔开且每一磁化部分具有单独磁场，两个磁化部分的磁场纵向定向且彼此相反取向，反作用力路径由相对于线性位移路径彼此纵向隔开的元件的组合界定，该元件包含与质量块的第一端相关联的A型力元件及与质量块的第二端相关联的B型力元件及A型力元件的系列。
[0013]根据第三方面，提供了一种线性致动器的操作模式，该线性致动器通过使共振频率移位而具有宽的频率响应谱，该使共振频率移位包含使一侧或另一侧上的能量输入失衡。实际上，以该方式，单个线性致动器可以在显著不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种线性致动器，包括：质量块，可移动地安装在线性位移路径中，所述质量块具有磁性段；驱动力产生器，配置为选择性地在所述线性位移路径的定向上将加速度施加至所述质量块；及反作用力路径，当所述质量块自静止位置位移时产生返回力，所述返回力处于所述线性位移路径的所述定向上且朝向所述静止位置，所述返回力的振幅根据力响应曲线随所述质量块在所述线性位移路径中的位置而变化，所述反作用力路径包含永磁力元件，所述永磁力元件与所述线性位移路径横向相邻地布置且与所述磁性段磁耦合。2.如权利要求1所述的线性致动器，其中所述磁性段为第一磁性段，且所述质量块进一步具有由铁磁材料间隔件与所述第一磁性段纵向分开的第二磁性段，两个磁性段具有平行于所述线性位移路径定向且彼此相反地取向的数个对应永磁场。3.如权利要求1所述的线性致动器，其中所述驱动力产生器为与所述线性位移路径横向相邻地布置的电磁体。4.如权利要求3所述的线性致动器，其中所述磁性段为第一磁性段，且所述质量块进一步具有由铁磁材料间隔件与所述第一磁性段纵向分开的第二磁性段，两个磁性段具有平行于所述线性位移路径定向且彼此相反地取向的数个对应永磁场；其中当所述质量块处于所述静止位置时，所述电磁体与所述间隔件横向对准。5.如权利要求1所述的线性致动器，其中所述永磁力元件具有平行于所述线性位移路径定向的永磁场。6.如权利要求5所述的线性致动器，其中当所述质量块处于所述静止位置时，所述永磁力元件与所述磁性段纵向相邻，且所述永磁力元件的所述永磁场在与所述磁性段的永磁场相同的方向上取向。7.如权利要求6所述的线性致动器，其中所述永久力元件表现出单独力响应曲线，所述单独力响应曲线成形为由方程式y＝b
x
‑
1形成的指数函数形成的曲线的一部分，x＝0的位置对应于所述力响应曲线的静止位置。8.如权利要求6所述的线性致动器，其中所述反作用力路径进一步包含第二永磁力元件，所述第二永磁力元件表现出第二单独力响应曲线，所述第二单独力响应曲线成形为由类型y＝(x3)的三次多项式函数形成的曲线的一部分，所述曲线的所述部分以x＝0为中心，所述x＝0的位置对应于所述力响应曲线的所述静止位置。9.如权利要求5所述的线性致动器，其中当所述质量块处于所述静止位置时，所述永磁力元件与所述磁性段横向对准，且所述永磁场或所述永磁力元件与所述磁性段的永磁场在相反方向上取向。10.如权利要求9所述的线性致动器，其中所述永磁力元件表现出第一单独力响应曲线，所述第一单独力响应曲线成形为由类型y＝(x3)的三次多项式函数形成的曲线的一部分，所述曲线的所述部分以x＝0为中心，所述x＝0的位置对应于所述力响应曲线的所述静止位置。11.如权利要求9所述的线性致动器，进一步包括第二永磁力元件，所述第二永磁力元件具有平行于所述线性位移路径定向的第二永磁场，当所述质量块处于所述静止位置时，所述第二永磁力元件与所述磁性段纵向相邻，且所述第二永磁力元件的所述永磁场在与所述磁性段的所述永磁场相同的方向上取向。12.如权利要求1所述的线性致动器，其中所述永磁力元件为第一永磁力元件，进一步
包括第二永磁力元件，每个永磁力元件具有平行于所述线性位移路径定向的永磁场，当所述质量块处于所述静止位置时，所述第一永磁力元件与所述磁性段纵向相邻，且所述第一永磁力元件的所述永磁场在与所述磁性段的永磁场相同的方向上取向，当所述质量块处于所述静止位置时，所述第二永磁力元件与所述磁性段横向对准，且所述永磁场或所述第二永磁力元件在与所述磁性段的所述永磁场相反的方向上取向。13.如权利要求12所述的线性致动器，其中所述力响应曲线具有与所述线性位移路径的数个相对端相关联的数个增加返回力的区域及位于所述数个增加返回力的区域之间的平台区。14.如权利要求12所述的线性致动器，其中所述驱动力产生器为与所述线性位移路径横向相邻地布置的电磁体，其中所述磁性段为第一磁性段，且其中所述质量块进一步具有由铁磁材料间隔件与所述第一磁性段纵向分开的第二磁性段，两个磁性段具有数个对应永磁场，所述数个对应永磁场平行于所述线性位移路径定向且彼此相对地取向；其中所述驱动力产生器为与所述线性位移路径横向相邻地布置的电磁体；且其中当所述质量块处于所述静止位置时，所述电磁体与所述间隔件横向对准。15.一种线性致动器，包括：质量块，可移动地安装在线性位移路径中；驱动力产生器，配置为选择性地在所述线性位移路径的定向上将驱动力施加至所述质量块；及反作用力路径，当所述质量块自静止位置位移时产生返回力，所述返回力处于所述线性位移路径的所述定向上且朝向所述静止位置，所述返回力的所述振幅根据力响应曲线随所述质量块在所述线性位移路径中的位置而变化，所述力响应曲线具有与所述线性位移路径的数个相对端相关联的数个增加返回力的区域及位于所述数个增加返回力的区域之间的平台区。16.如权利要求15所述的线性致动器，其中所述平台区具有对应于所述线性位移路径的一部分的跨度，所述跨度大于所述数个增加返回力的区域中的至少一个增加返回力的区域的跨度。17.如权利要求16所述的线性致动器，其中所述平台区的所述跨度大于所述数个增加返回力的区域中的任一增加返回力的区域的所述跨度的1.5倍。18.如权利要求16所述的线性致动器，其中数个区或增加返回力中的至少一者产生与所述线性位移路径的对应端相关联的最大返回力点，其中在最大返回力值等于所述线性位移路径的所述距离跨度的一半的所述值的数个归化单位中，所述平台区界定为所述线性位移路径的连续部分，其中返回力变化对位移变化的斜率保持低于1，所述平台区在所述力响应曲线的所述斜率等于1的数个点之间延伸。19.如权利要求18所述的线性致动器，其中所述数个增加返回力的区域在其个别跨度的多于3/4上具有保持高于1的斜率。20.如权利要求18所述的线性致动器，其中针对所述平台区的所述跨度的超过3/4，所述平台区的所述斜率保持低于0.5。21.如权利要求16所述的线性致动器，其中所述数个增加返回力的区域中的至少一个增加返回力的区域产生与所述线性位移路径的对应端相关联的最大返回力点，其中所述返回力在所述平台区的所述跨度的超过3/4上保持在所述最大返回力的5％与20％之间。22.如权利要求15所述的线性致动器，其中所述数个增加返回力的区域中的至少一个增加返回力的区域产生与所述线性位移路径的对应端相关联的最大返回力点，其中在最大
返回力值等于所述线性位移路径的所述距离跨度的一半的所述值的数个归化单位中，所述数个增加返回力的区域在其个别跨度的超过3/4上具有高于1的返回力变化对位移变化的斜率，所述平台区在所述平台区的跨度的超过3/4上具有低于1的斜率，且其中所述返回力在所述平台区的所述跨度的超过3/4上保持低于所述最大返回力的10％。23.如权利要求22所述的线性致动器，其中所述返回力在所述平台区的所述整个跨度上保持低于所述最大返回力的10％。24.如权利要求22所述的线性致动器，其中所述力响应曲线成形为由类型y＝(x3)的三次多项式函数形成的曲线的一部分，所述部分以x＝0为中心，所述x＝0的位置对应于所述力响应曲线的所述静止位置。25.如权利要求15所述的线性致动器，其中所述反作用力路径由至少两个力元件的组合形成，所述力元件包含第一力元件及第二力元件，所述第一力元件表现出第一单独力响应曲线，所述第一单独力响应曲线成形为由类型y＝(x3)的三次多项式函数形成的曲线的一部分，所述部分以x＝0为中心，所述x＝0的位置对应于所述力响应曲线的所述静止位置，所述第二力元件表现出第二单独力响应曲线，所述第二单独力响应曲线成形为由方程式y＝b
x
‑
1形成的指数函数形成的曲线的一部分，所述x＝0的位置对应于所述力响应曲线的所述静止位置。26.如权利要求15所述的线性致动器，其中所述反作用力路径由包含A型力元件及B型力元件的至少两个力元件的所述组合形成。27.如权利要求26所述的线性致动器，其中所述反作用力路径由至少一第一永磁力元件与第二永磁力元件的组合形成，每个永磁力元件具有平行于所述线性位移路径定向的永磁场，当所述质量块处于所述静止位置时，所述第一永磁力元件与所述磁性段纵向相邻，且所述第一永磁力元件的所述永磁场在与所述磁性段的永磁场相同的方向上取向，当所述质量块处于所述静止位置时，所述第二永磁力元件与所述磁性段横向对准，且所述永磁场或所述第二永磁力元件在与所述磁性段的所述永磁场相反的方向上取向。28.如权利要求15所述的线性致动器，其中所述力响应曲线相对于所述静止位置为不对称的。29.如权利要求15所述的线性致动器，其中所述线性致动器为触觉致动器，其中所述质量块介于0.5kg与2kg之间，且所述线性致动器的峰值固有频率介于5Hz与500Hz之间。30.如权利要求15所述的线性致动器，其中数个区或增加返回力中的至少一者产生与所述线性位移路径的对应端相关联的最大返回力点，其中在最大返回力值等于所述线性位移路径的所述距离跨度的一半的所述值的数个归一化单位中，其中返回力变化对位移变化的斜率在静止位置处高于0.5。31.如权利要求30所述的线性致动器，其中所述返回力变化对位移变化的斜率在所述静止位置处高于0.8。32.一种操作线性致动器的方法，所述线性致动器包括：质量块，可移动地安装在线性位移路径中，所述方法包括在所述线性位移路径的所述定向上将驱动力施加至所述质量块，从而沿着所述线性路径使所述质量块加速；反作用力路径，当所述质量块自静止位置位移时产生返回力，所述返回力处于所述线性位移路径的所述定向上且朝向所述静止位置，所述返回力的所述振幅根据力响应曲线随所述质量块在所述线性位移路径中的位置而变
化，所述力响应曲线具有与所述线性位移路径的数个相对端相关联的数个增加返回力的区域及位于所述数个增加返回力的区域之间的平台区。33.如权利要求32所述的方法，其中所述施加驱动力在驱动频率及恒定振幅下以重复方式执行，其中作为对所述驱动力及所述反作用力路径的反应，使所述质量块在第一频率及第一加速度振幅下在所述线性位移路径的数个相对端之间振荡。34.如权利要求33所述的方法，其中所述平台区具有对应于所述线性位移路径的一部分的跨度，所述跨度大于数个增加返回力的区域中的至少一个增加返回力的区域的所述跨度，其中数个区或增加返回力中的至少一者产生与所述线性位移路径的对应端相关联的最大返回力点，其中在最大返回力值等于所述线性位移路径的所述距离跨度的一半的所述值的数个归化单位中，所述平台区界定为所述线性位移路径的连续部分，其中返回力变化对位移变化的斜率保持低于1，所述平台区在所述力响应曲线的所述斜率等于1的数个点之间延伸。35.如权利要求33所述的方法，其中数个区或增加返回力中的至少一者产生与所述线性位移路径的对应端相关联的最大返回力点，其中在最大返回力值等于所述线性位移路径的所述距离跨度的一半的所述值的数个归化单位中，所述数个增加返回力的区域在其个别跨度的超过3/4上具有高于1的返回力变化对位移变化的斜率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西，
申请(专利权)人：泰坦触觉公司，
类型：发明
国别省市：