弯曲致动器和包括该弯曲致动器的面板音频扬声器

摘要

一种分布模式扬声器(DML)包括在面板平面中延伸的平板。该DML还包括刚性细长构件，该细长构件从平板移位并且平行于面板平面延伸，该细长构件在沿着细长构件的第一位置处机械耦合到平板并且远离第一位置延伸到该构件的在垂直于该平面的方向上自由振动的端部。细长构件包括软磁性材料。DML还包括电磁系统，该电磁系统包括至少一个导电线圈，该导电线圈具有垂直于面板平面的轴线并且从细长构件移位。该DML还包括电子控制模块，该电子控制模块与电磁系统电耦合并且被编程以充分对导电线圈供能，使得由导电线圈产生的磁场使细长构件的自由端部移位。

说明书

背景技术

许多传统扬声器通过在膜片中引起类似活塞的运动来产生声音。相反，诸如分布模式扬声器(DML)的面板音频扬声器通过经由电声致动器在面板中引起均匀分布的振动模式来操作。通常，致动器是电磁致动器或压电致动器。

传统压电致动器通常包括诸如铅的有毒材料，而传统EM致动器可以包括诸如铁或钕的预磁化材料，其可能是重的、易碎的和/或难以制造的。此外，预磁化材料当被加热到其居里温度以上时可能变得不能操作，因此导致包括预磁化材料的传统压电致动器停止操作。

发明内容

公开包括软磁性材料的刚性细长构件(例如，梁或板)的致动器，所述软磁性材料响应于定位成靠近所述构件但从所述构件移位的一个或多个电磁体的致动而表现出弯曲模式。在一些实施例中，细长构件通过短柱附接到面板并且具有能够振动的自由端部。电磁体对被定位在构件的相对侧上，并且当电磁体被激活时，它们生成使构件弯曲的磁场。在没有磁场的情况下，由构件的偏转生成的恢复力使构件返回到其静止状态。通过适当地循环电流通过相对电磁体，可以在构件中激活各种振动模式，并且这些振动经由短柱传递到板。

通常，在第一方面，本发明特征在于一种分布模式扬声器，其包括在面板平面中延伸的平板。分布模式扬声器还包括从所述平板移位并且平行于所述面板平面延伸的刚性细长构件，所述细长构件在沿着所述细长构件的第一位置处机械地耦合到所述平板并且远离所述第一位置延伸到所述构件的在垂直于所述平面的方向上自由振动的端部。所述细长构件包括软磁性材料。该分布模式扬声器还包括电磁系统，所述电磁系统包括至少一个导电线圈，所述导电线圈具有垂直于所述面板平面的轴线并且从所述细长构件移位。该分布模式扬声器还包括电子控制模块，所述电子控制模块电耦合到所述电磁系统并且被编程为充分地对所述导电线圈供能，使得由所述导电线圈产生的磁场使所述细长构件的所述自由端部垂直于所述面板平面移位。

分布模式扬声器的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个和/或其他方面的一个或多个特征。例如，所述电子控制模块可以被编程为对所述导电线圈供能，以使所述细长构件以足以从所述平板产生音频响应的频率和振幅振动。

在一些实施方式中，所述导电线圈是第一导电线圈，并且所述电磁系统还包括具有垂直于所述面板平面的对应轴线的第二导电线圈，所述第一导电线圈和所述第二导电线圈在所述细长构件的相对侧上。所述第一导电线圈和所述第二导电线圈可以沿公共轴线对准。所述电子控制模块可以被编程为同时对所述第一导电线圈和所述第二导电线圈供能以使所述细长构件振动。

在一些实施方式中，所述构件通过刚性元件机械地耦合到所述平板，所述刚性元件将所述构件从所述平板的表面移位。

在其他实施方式中，分布模式扬声器还包括刚性框架，并且所述导电线圈机械地耦合到所述刚性框架。所述刚性框架可以将所述导电线圈机械接地。

在一些实施方式中，所述导电线圈被布置在所述平板和所述细长构件之间。在其它实施方式中，所述细长构件被布置在所述导电线圈与所述平板之间。

在一些实施方案中，所述平板包括平板显示器。

在又其他实施方式中，所述导电线圈是第一线圈，并且所述电磁系统还包括与所述第一线圈布置在所述细长构件的公共侧上的第二导电线圈。

在一些实施方式中，所述细长构件的自由振动的端部是第一端部，并且所述细长构件远离所述第一位置延伸到所述构件的在垂直于所述平面的方向上自由振动的第二端部，所述第二端部与所述第一端部相对。所述第一线圈可以布置在所述第一位置和所述第一端部之间，并且所述第二线圈布置在所述第一位置和所述第二端部之间。

在一些实施方式中，细长构件具有在从约10mm至约50mm的范围内的尺寸和3mm或更小的厚度。在一些实施方式中，所述细长构件具有刚度和尺寸，使得所述分布模式扬声器具有在从约200Hz至约500Hz的范围内的共振频率。

在另一方面，移动设备或可穿戴设备包括壳体和安装在壳体中的显示面板。移动设备或可穿戴设备还包括在面板平面中延伸的平板。所述移动设备或可穿戴设备还包括刚性细长构件，所述刚性细长构件从所述平板移位并且平行于所述面板平面延伸，所述细长构件在沿着所述细长构件的第一位置处机械地耦合到所述平板并且远离所述第一位置延伸到所述构件的在垂直于所述平面的方向上自由振动的端部。所述细长构件包括软磁性材料。移动设备或可穿戴设备还包括电磁系统，所述电磁系统包括至少一个导电线圈，所述导电线圈具有垂直于所述面板平面的轴线并且从所述细长构件移位。所述移动设备或可穿戴设备还包括电子控制模块，所述电子控制模块电耦合到所述电磁系统并且被编程为充分地对所述导电线圈供能，使得由所述导电线圈产生的磁场使所述细长构件的所述自由端部垂直于所述面板平面移位。

在一些实施方式中，移动设备是移动电话或平板计算机。在一些实施方式中，可穿戴设备是智能手表或头戴式显示器。可选地，移动设备或可穿戴设备可以包括分布模式扬声器的实施方式的先前提及的特征中的任何或所有。

除了其它优点之外，实施例特征在于具有较少移动部件的电磁(EM)致动器。例如，EM致动器可以仅包括与细长构件相对应的单个移动部件。这种致动器与例如传统EM致动器相比可能更不易于损坏。特别地，与传统的EM致动器相比，这种致动器可以较不易于受到由于机械冲击——例如掉落——而造成的损坏。所公开的EM致动器提供的另一个优点是它们可以比包括永磁体的致动器更小和更轻。另外，所公开的DML可以在不使用诸如铅的有毒材料的情况下制造。所公开的EM致动器提供的另一个优点是它们可以在某些磁体和压电器件的居里温度以上操作。因此，所公开的EM致动器可以用作高温致动器，例如，在极端环境中操作的致动器。

从说明书、附图和权利要求书中，其它优点将是显而易见的。

附图说明

图1是移动设备的实施例的透视图。

图2是图1的移动设备的示意性截面图。

图3是特征在于包括单个电磁体对的电磁致动器302的移动设备的横截面。

图4是特征在于包括两个电磁体对的电磁致动器的移动设备的横截面。

图5是特征在于包括八个电磁体对的电磁致动器的移动设备的横截面。

图6是移动设备的电子控制模块的实施例的示意图。

在各个附图中相同附图标记表示相同元件。

具体实施方式

本公开特征在于用于诸如分布模式扬声器(DML)的面板音频扬声器的致动器。这种扬声器可以集成到诸如移动电话的移动设备中。例如，参考图1，移动设备100包括设备机架102和触摸面板显示器104，该触摸面板显示器104包括集成了面板音频扬声器的平板显示器(例如，OLED或LCD显示面板)。为了便于参考，图1还包括具有x、y和z轴的笛卡尔坐标系。移动设备100以各种方式与用户对接，包括通过经由触摸面板显示器104显示图像和接收触摸输入。通常，移动设备具有大约10mm或更小的深度(在z方向上)、60mm至80mm(例如，68mm至72mm)的宽度(在x方向上)以及100mm至160mm(例如，138mm至144mm)的高度(在y方向上)。

移动设备100还产生音频输出。使用面板音频扬声器生成音频输出，该面板音频扬声器通过使平板显示器振动来产生声音。显示面板耦合到致动器，诸如分布模式致动器或DMA。致动器是被布置为向诸如触摸面板显示器104的面板提供力从而使该面板振动的可移动部件。振动面板生成人类可听到的声波，例如在20Hz到20kHz的范围内。

除了产生声音输出之外，移动设备100还可以使用致动器产生触觉输出。例如，触觉输出可以对应于180Hz到300Hz的范围内的振动。

图1还示出对应于图2中所示的横截面方向的虚线。参考图2，移动设备100的横截面示出设备机架102和触摸面板显示器104。设备机架102具有沿着z方向测量的深度和沿着x方向测量的宽度。设备机架102还具有背板，其由设备机架102的主要在xy平面中延伸的部分形成。移动设备100包括致动器210，其在机架102中被容纳在显示器104后面，并且贴附到显示器104的背面。通常，致动器210的大小被设计为装配在由容纳在机架中的其它部件限制的体积内，所述其它部件包括电子控制模块220和电池230。

参考图3，以横截面示出的移动设备300特征在于电磁致动器302，其包括以虚线画出轮廓的电磁组件310a和310b的对。电磁组件310a和310b定位在细长构件330的相对侧上。构件330通过短柱350附接到面板104。该构件在一端部处附接到短柱350，而相对端部自由振动。电磁组件定位在细长构件330的靠近构件的自由端部的相对侧上。电磁组件310a附接到框架320，该框架在一端部附接到机架102。框架320将电磁组件310a悬挂在构件330上方。在构件330下方，电磁组件310b附接到间隔件340，这确保电磁组件310a和310b与构件330间隔在z方向上测量的近似相同距离。

电磁组件310a和310b每一个包括对应的支撑结构312a和312b，其包括分别支撑导电线圈314a和314b的中心磁极。线圈314a和314b平行于z轴轴向对齐。

磁性部件310a和310b可以相对紧凑。例如，当在x方向上测量时，中心磁极的宽度可以是大约3mm至8mm，而当在x方向上测量时，支撑结构的周围壁的宽度可以是中心磁极的宽度的大约一半。电磁组件310a和310b的高度可以为大约1mm至3mm，例如2mm。

通常，细长构件330在xy平面中的尺寸显著大于其厚度(即，在z方向上)。例如，构件330可以成形为梁(例如，其中沿x方向的尺寸显著大于y维度和厚度)或板(例如，其中x和y维度是相当的，并且两者显著大于厚度)。例如，x维度的尺寸可以是约10mm至约50mm(例如，约12mm至约20mm)，厚度可以是约3mm或更小(例如，2mm或更小，1mm或更小，0.5mm更小)。

选择构件330的材料成分，使得构件可以被磁化，即，被电磁组件310a和310b生成的磁场磁化。构件330还应是足够刚性，以支撑由构件的自由端部处的位移引入的振动模式。构件330可以包括软磁性材料。软磁性材料的示例包括某些合金，诸如镍铁合金(坡莫合金)和软铁氧体(例如铁立方体)。在一些实施例中，构件330由钢(例如1018钢)制成。应当理解，这里使用的术语“软”描述了材料的磁性性能，而不是其机械性能。软磁性材料是一种易于磁化和退磁的材料。

通常，电磁组件相对于细长构件的放置基于包括机架内可用于致动器的空间量和细长构件的机械阻抗的许多考虑来选择。在一些实施例中，电磁组件相对于细长构件的放置被选择为使得细长构件的机械阻抗与面板104的机械阻抗匹配。在某些情况下，电磁体越靠近短柱350，梁330呈现给电磁系统的机械阻抗越高。

在操作致动器302期间，电子控制模块220通过向线圈施加AC电流来对线圈314a和314b中的一个供能。作为响应，每个线圈生成与构件330相互作用的磁场，从而导致构件的自由端部振动。通常，控制供应给两个线圈的AC电流的频率、振幅和相对相位，以在该构件中生成期望频率响应并且通过经由短柱将该构件耦合到面板，生成面板的期望音频输出。在一些实施例中，线圈314a和314b利用具有相同频率但相位相差大约180°的AC电流驱动。当线圈314a和314b不再被供能时，构件330返回到静止位置，如图3所示。

周期性地对线圈314a和314b供能可以使致动器302在面板104中激发各种振动模式，包括谐振模式。例如，触摸面板显示器可以具有从大约200Hz到大约600Hz的范围内(例如，在大约500Hz)的基本谐振频率，以及从大约5kHz到大约20kHz的范围内的一个或多个附加高阶谐振频率。

通常，尽管图3示出致动器的一种配置，但是变型是可能的。例如，虽然致动器302包括间隔件340，但间隔件可以被省略，例如，当构件330在z方向上被定位成使得电磁组件310a和310b与构件等距时。

此外，虽然图3示出具有在一端部固定而另一端部自由振动的构件并且包括单个电磁组件对以激活自由端部的致动器302的实施方式，但是其他配置是可能的。例如，实施例可以包括多于一个的电磁组件对。例如，图4以截面示出包括致动器402的移动设备400，该致动器402包括电磁组件310a和310b以及电磁组件410a和410b。致动器402包括构件330和将构件330附接在构件的两个相对端部之间的大致中间的短柱350。

致动器402还包括分别支撑电磁组件310a和410a的框架420a和420b的对。间隔件440a和440b支撑电磁组件310b和410b。电磁组件310a和310b在构件330的一个自由端部处定位在该构件的相对侧上，而部件410a和410b在构件330的另一自由端部处定位在相对侧上。与部件310a和310b类似，部件410a包括支撑结构412a和线圈414a，而部件410b包括支撑结构412b和线圈414b。

就像电子控制模块220驱动致动器302使得一次仅激活子集，例如两个电磁组件310a和310b中的一个，电子控制模块可以驱动致动器402使得一次仅激活电磁体310a、310b、410a和410b的子集。例如，电子控制模块220可以周期性地一次激活四个电磁体中的一个，并且循环通过四个电磁体中的每一个。作为另一个示例，电子控制模块220可以周期性地一次激活四个电磁体中的两个并且循环通过四个电磁体中的两个，例如，使得电磁体310a和410a在循环的一部分内被激活，而电磁体310b和410b在循环的剩余部分内被激活。

虽然图3示出包括电磁体对的致动器，但是可以使用单个电磁体。当使用单个电磁体时，选择构件330的材料性质，使得当电磁体未被激活时，构件返回到其静止位置，如图3所示。在包括单个电磁体的实施方式中，用于驱动电磁体的AC信号可以在电压上偏移，使得波形的最小值对应于构件330的静止位置。也就是说，驱动信号被偏置，使得其在偏移电压附近振荡，而不是例如零伏。在该实施方式中，驱动信号可以被处理以去除由于当构件相对于电磁体改变位置时构件330上的变化力而发生的失真分量。

在一些实施例中，致动器可以包括以二维排列的多个电磁部件对。例如，参照图5，致动器502包括上框架504、下框架506和定位在上框架和下框架之间的细长构件530。细长构件530是在x和y方向两者上延伸的板的形式。上框架504和下框架506由短柱510支撑，该短柱在一端部处附接到上框架的角部并且在相对端部处附接到设备机架102。在它们与上框架504和移动设备内的设备机架或其它部件的附接之间，每个短柱510也附接到下框架506。上框架504包括孔508，短柱350穿过该孔。在一端部，短柱350附接到面板104，而在相对端部，短柱附接到构件530。

上框架504和下框架506都包括多个电磁组件(示例分别被标记为310a和310b)。特别地，每个框架包括以三乘三网格排列的八个电磁组件(除了孔508所处的中心栅格位置之外)。

在操作期间，构件530响应于上框架504和下框架506的电磁组件的周期性激活而振动。振动力通过短柱350传递到面板104，从而使面板104振动并且产生声波。电子控制模块220可以选择性地激活上框架504和下框架506的电磁体中的一个或多个。以二维阵列布置电磁部件促进构件530中的二维振动模式。

虽然图5示出包括八个电磁体的配置，但是具有比图5所示的电磁体更多或更少的电磁体的其他配置也是可能的。

通常，上述致动器由电子控制模块(例如上述图2中的电子控制模块220)控制。通常，电子控制模块由一个或多个电子部件组成，所述电子部件从移动电话的一个或多个传感器和/或信号接收器接收输入，处理输入，并且生成和传递信号波形，所述信号波形使得致动器210提供合适的触觉响应。参考图6，诸如移动设备100的移动设备的示例性电子控制模块600包括处理器610、存储器620、显示器驱动器630、信号生成器640、输入/输出(I/O)模块650和网络/通信模块660。这些部件彼此(例如，经由信号总线602)电通信并且与致动器210电通信。

处理器610可以被实现为能够处理、接收或传送数据或指令的任何电子设备。例如，处理器610可以是微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或这些设备的组合。

存储器620具有存储在其上的各种指令、计算机程序或其它数据。指令或计算机程序可以被配置为执行关于移动设备描述的操作或功能中的一个或多个。例如，指令可以被配置为经由显示器驱动器630、信号生成器640、I/O模块650的一个或多个部件、经由网络/通信模块660可访问的一个或多个通信信道、一个或多个传感器(例如，生物计量传感器、温度传感器、加速度计、光学传感器、气压传感器、湿度传感器等)和/或致动器210来控制或协调设备的显示器的操作。

信号生成器640被配置成产生具有适合于致动器210并且经由致动器产生声学和/或触觉响应的变化的振幅、频率和/或脉冲轮廓的AC波形。尽管被描绘为单独部件，但是在一些实施例中，信号生成器640可以是处理器610的一部分。在一些实施例中，信号生成器640可以包括放大器，例如作为其整体或单独的部件。

存储器620可以存储可以由移动设备使用的电子数据。例如，存储器620可以存储电数据或内容，诸如音频和视频文件、文档和应用、设备设置和用户偏好、定时和控制信号或用于各种模块的数据、数据结构或数据库等。存储器620还可以存储用于重建各种类型的波形的指令，信号生成器640可以使用这些波形来生成用于致动器210的信号。存储器620可以是任何类型的存储器，诸如随机存取存储器、只读存储器、闪存、可移动存储器或其它类型的存储元件，或者这些设备的组合。

如上文简要讨论的，电子控制模块600可以包括在图6中表示为I/O模块650的各种输入和输出部件。尽管I/O模块650的部件在图6中被表示为单个项目，但是移动设备可以包括多个不同的输入部件，包括用于接受用户输入的按钮、麦克风、开关和拨号盘。在一些实施例中，I/O模块650的部件可以包括一个或多个触摸传感器和/或力传感器。例如，移动设备的显示器可以包括使得用户能够将输入提供到移动设备的一个或多个触摸传感器和/或一个或多个力传感器。

I/O模块650的每个部件可以包括用于生成信号或数据的专用电路。在一些情况下，部件可以产生或提供针对与显示器上呈现的提示或用户界面对象相对应的专用输入的反馈。

如上所述，网络/通信模块660包括一个或多个通信信道。这些通信信道可以包括一个或多个无线接口，其提供处理器610与外部设备或其它电子设备之间的通信。通常，通信信道可以被配置为传送和接收可以由在处理器610上执行的指令解释的数据和/或信号。在一些情况下，外部设备是被配置为与其他设备交换数据的外部通信网络的一部分。通常，无线接口可以包括但不限于射频、光、声和/或磁信号，并且可以被配置为通过无线接口或协议进行操作。示例无线接口包括射频蜂窝接口、光纤接口、声学接口、蓝牙接口、近场通信接口、红外接口、USB接口、Wi-Fi接口、TCP/IP接口、网络通信接口或任何常规通信接口。

在一些实施方式中，网络/通信模块660的通信信道中的一个或多个可以包括移动设备和另一设备之间的无线通信信道，所述另一设备诸如另一移动电话、平板电脑、计算机等。在一些情况下，输出、音频输出、触觉输出或视觉显示元素可被直接传送到另一设备以供输出。例如，可以从移动设备100向移动电话传送可听警报或视觉警告以在该设备上输出，反之亦然。类似地，网络/通信模块660可被配置以接收在另一设备上提供的输入以控制移动设备。例如，可以从外部设备向移动设备传送可听警报、视觉通知或触觉警报(或因此的指令)以用于呈现。

本文公开的致动器技术可以用在面板音频系统中，例如，被设计为提供声学和/或触觉反馈。该面板可以是例如基于LCD技术的OLED的显示系统。面板可以是智能电话、平板计算机或可穿戴设备(例如，智能手表或头戴式设备，诸如智能眼镜)的一部分。

其它实施例在以下权利要求中。