一种线性振动器及电子设备的制作方法

[0001]
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种线性振动器及电子设备。


背景技术：

[0002]
传统的用于触觉反馈的微型振动器，大都采用直流马达带动偏心轮旋转产生的振动来实现，由于直流马达采用电刷换向，传统的微型振动器的使用寿命受到电刷的限制，很难突破200小时。
[0003]
现今已有微型无刷马达振动器，取代直流马达带动偏心轮旋转产生振动的方式，可解决寿命的问题，但由于启动时间偏长、响应速度偏慢且存在反馈延迟的现象，故其应用受到限制。
[0004]
另外，利用线性马达原理研制的线性振动器在振动时只有单一共振点，然而单一共振点的线性振动器所产生的触觉反馈模式已不能满足多样化触觉反馈的需求，在这一背景下双共振点双方向的振动器应运而生。
[0005]
目前，业内使用的双共振点双方向的线性振动器，包括振动组件、弹片组件。
[0006]
如图1和图2所示，振动组件包括振子、定子和电路板d，定子为位置固定的两个线圈a，振子为设于两个线圈a之间的永磁铁b和配重块c，电路板d与两个线圈a分别电连接，定子在通电后可驱使振子进行往复运动。
[0007]
该结构的振动组件，在因定子的通电电流过大导致振子产生过振时，由于振子的振动幅度过大，作为振子的永磁铁b易与其相邻的其他部件产生碰撞，导致永磁铁b破裂损坏，最终造成线性振动器的振动性能劣化甚至失效。
[0008]
如图3所示，按照图中所示的三维坐标系，弹片组件包括在永磁铁b的x方向上设置的至少一组弹片e和在永磁铁b的y方向上设置的至少一组弹片e，每组弹片e包括分设永磁铁b两侧的两个弹片e，各个弹片e分别独立安装于永磁铁b的外侧。该线性振动器，利用x方向上的弹片e实现x方向上的振动，利用y方向上的弹片e实现y方向上的振动。
[0009]
该结构的弹片组件，由于其各个弹片e需要独立加工和独立安装，使得不同弹片e之间往往存在个体差异和组装差异，常常会由此导致线性振动器的实际振动性能与理论设计要求出现偏差，例如：不能实现所设计的共振点，或者不能实现所设计的响应频宽范围。


技术实现要素：

[0010]
本发明的目的在于提供一种线性振动器及电子设备，克服现有技术存在的在过振时永磁铁易碰撞受损导致振动性能劣化甚至失效的问题，以及因各个弹片之间存在差异导致的实际振动性能与理论设计要求产生偏差的问题。
[0011]
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0012]
一种线性振动器，包括：振动组件和弹片组件；
[0013]
所述振动组件，包括：
[0014]
定子，包括相对间隔设置的第一永磁体和第二永磁体；所述第一永磁体和所述第
二永磁体的磁场n区和磁场s区均沿对角线分割，且所述第一永磁体的磁场n区与所述第二永磁体的磁场s区正相对设置，所述第一永磁体的磁场s区与所述第二永磁体的磁场n区正相对设置；
[0015]
振子，为电磁铁；所述电磁铁，设于所述第一永磁体和所述第二永磁体之间，包括相对的两端，一端与所述第一永磁体相对间隔设置，另一端与所述第二永磁体相对间隔设置；
[0016]
电路板，安装于所述电磁铁上，并与所述电磁铁电连接；
[0017]
所述弹片组件，包括：
[0018]
底板，包括相对的第一侧边和第二侧边；
[0019]
第一弯折片，与所述第一侧边固定连接，具有至少两个弯折部；
[0020]
第二弯折片，与所述第二侧边固定连接，具有至少两个弯折部；
[0021]
所述第一弯折片、所述底板与所述第二弯折片围设形成一与所述振子相匹配的振子装配空间；
[0022]
所述振子装设于所述振子装配空间内。
[0023]
可选的，所述电路板整体呈s型结构。
[0024]
可选的，所述电磁铁包括铁芯和缠绕于铁芯外周的线圈，所述线圈与所述铁芯之间还设有绝缘层；
[0025]
所述线圈的轴向长度小于所述铁芯的沿所述线圈轴向上的长度，使得所述铁芯的长度方向上的两端均相对于所述线圈裸露于外。
[0026]
可选的，所述铁芯的长度方向上的至少一端连接有安装件，所述柔性电路板经所述安装件固定安装于所述电磁铁上。
[0027]
可选的，所述安装件包括本体；
[0028]
所述本体上开设有与所述铁芯的裸露的端部相匹配的通槽，所述铁芯的裸露的端部穿设于所述通槽内；
[0029]
所述线圈的连接端经缠绕所述本体后与所述电路板电连接；
[0030]
所述本体上设有至少一个定位柱，所述电路板上开设有定位孔；所述电路板，通过所述定位孔与所述定位柱的配合，实现与所述电磁铁的相对位置固定。
[0031]
可选的，所述第一弯折片与所述第二弯折片，关于所述底板呈对称结构设计；
[0032]
所述第一弯折片和所述第二弯折片，均包括四个分片和三个所述弯折部；每个所述分片包括相对的第一边部和第二边部；
[0033]
其中，第一个分片的第一边部与所述底板的第一侧边或第二侧边固定连接，第i个分片的第二边部与第i+1个分片的第一边部通过第i个弯折部固定连接，第i+1个分片的第二边部与第i+2个分片的第一边部通过第i+1个弯折部固定连接，使得相邻的两个分片形成小于90度的预设夹角，1≤i≤2。
[0034]
可选的，第1个弯折部和第3个弯折部的弯折角度为6度，第2个弯折部的弯折角度为12度，所述第一弯折片和所述第二弯折片的厚度为0.1mm，至少一个所述分片上形成有镂空。
[0035]
可选的，所述底板，还包括相对的第三侧边和第四侧边；
[0036]
所述弹片组件还包括与所述底板垂直设置的两个挡片，其中一个所述挡片与所述
第三侧边固定连接，另一个所述挡片与所述第四侧边固定连接。
[0037]
可选的，所述第一弯折片和所述第二弯折片，远离所述振子装配空间的外侧，分别设有用于与所述线性振动器的外壳连接的连接部；
[0038]
所述第一永磁体和所述第二永磁体的背向所述振子的外侧，分别连接有一定位板。
[0039]
一种电子设备，所述电子设备包括如上任一所述的线性振动器。
[0040]
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
[0041]
1)本发明实施例由于将电磁铁作为振子、两个永磁体作为定子，过振时不在振子振动方向上且位置固定的两个永磁体，既不会与振子发生碰撞，又不会与其他任何部件发生碰撞，因而杜绝了两个永磁体因碰撞受损的情况产生，有效保障了两者的质量，从而确保了线性振动器的振动性能。
[0042]
2)本发明实施例采用了非常规的弹片组件，该弹片组件由两个弯折片固定连接形成，不仅在二维方向上同时具有弹性性能，能够辅助振子实现二维方向上的往复运动，而且整体为固定结合结构且提供有振子装配空间，不同于传统的相互分离的多个v型弹片，较大程度的减小了弹片组装差异和个体差异，在有效提高振动性能加工精度的同时还能够提升组装简易度。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0044]
图1为现有的双共振点双方向的线性振动器的振动组件的爆炸图；
[0045]
图2为现有的双共振点双方向的线性振动器的定子与电路板的连接示意图；
[0046]
图3为现有的双共振点双方向的线性振动器的弹片组件的爆炸图；
[0047]
图4为本发明实施例提供的线性振动器的装配立体图；
[0048]
图5为本发明实施例提供的线性振动器的在去除外壳后的装配立体图；
[0049]
图6为本发明实施例提供的线性振动器的振动组件的装配立体图；
[0050]
图7为本发明实施例提供的线性振动器的振动组件的爆炸图；
[0051]
图8为本发明实施例提供的线性振动器的电路板的立体图；
[0052]
图9为本发明实施例提供的线性振动器的弹片组件的立体图；
[0053]
图10为本发明实施例提供的线性振动器的外壳的爆炸图。
[0054]
【图示说明】
[0055]
线圈a、永磁铁b、配重块c、电路板d、弹片e、振动组件1、弹片组件2、外壳3、第一永磁体11、第二永磁体12、电磁铁13、电路板14、安装件15、定位板16、铁芯131、线圈132、绝缘层133、本体151、通槽152、定位柱153、底板21、第一弯折片22、第二弯折片23、振子装配空间24、挡片25、分片221、弯折部222、连接部223、外壳3：上壳31、底壳32。
具体实施方式
[0056]
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请实施例方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明实施例一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。
[0057]
本发明实施例中，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0058]
为便于理解，本发明提供了以下相关术语的解释：
[0059]
共振点：是指一物理系统在特定频率下，比其他频率以更大的振幅做振动的情形；这些特定频率称之为共振(频率)点。双共振点即在频率分布的范围内，由两个这样的特定共振频率点。
[0060]
双方向振动：振动发生在二维方向(相对于通常的线性振动器的振动发生在直线的一维方向)，此二维振动可以分解为平面系的xy两个方向的振动，故称此为双方向振动。
[0061]
定子：振动器工作的核心部件之一，振动时固定不动，不发生相对位移。
[0062]
振子：振动器工作的核心部件之一，振动时发生相对位移(振动)，这种振动使振动器表现出振动的效果。
[0063]
挠性电路版：可弯折的柔性电路板(fpc，flexible printed circuit)，相对于刚性电路板的一种称呼。
[0064]
请参阅图4至图9，本发明实施例提供一种线性振动器，其主要包括振动组件1和弹片组件2。
[0065]
如图6和图7所示，振子组件，具体包括定子、振子和电路板14。
[0066]
定子，包括相对间隔设置的第一永磁体11和第二永磁体12；第一永磁体11和第二永磁体12的磁场n区和磁场s区均沿对角线分割，且第一永磁体11的磁场n区与第二永磁体12的磁场s区正相对设置，第一永磁体11的磁场s区与第二永磁体12的磁场n区正相对设置，使得两个永磁体之间形成一磁场。
[0067]
振子，具体为电磁铁13；该电磁铁13，设于第一永磁体11和第二永磁体12之间，包括相对的两端，一端与第一永磁体11相对间隔设置，另一端与第二永磁体12相对间隔设置；
[0068]
如图8所示，电路板14，具体为fpc，安装于振子上，并与振子电连接，用于为振子提供驱动电流。在电流驱动作用下，振子能够在磁场内产生沿x方向和y方向上的往复运动。
[0069]
如图9所示，弹片组件2，包括：底板21、第一弯折片22和第二弯折片23。其中，底板21，为矩形结构，包括相对的第一侧边和第二侧边；第一弯折片22，与第一侧边固定连接，具有至少两个弯折部222；第二弯折片23，与第二侧边固定连接，具有至少两个弯折部222；第一弯折片22、底板21与第二弯折片23围设形成一与振子相匹配的振子装配空间24；振子组件的振子装设于弹片组件2提供的振子装配空间24内。
[0070]
一方面，本发明实施例由于将电磁铁13作为振子、永磁体作为定子，过振时在线性振动器内位置固定于振子z向的第一永磁体11和第二永磁体12，既不会与xy两个方向上振
动的振子发生碰撞，也不会与其他任何部件发生碰撞，因而杜绝了第一永磁体11和第二永磁体12因碰撞受损的情况产生，有效保障了两者的质量，从而确保了线性振动器的振动性能。
[0071]
另一方面，本发明实施例采用了非常规的弹片组件2，该弹片组件2由两个弯折片固定连接形成，不仅在xy两个方向上同时具有弹性性能，能够辅助振子实现xy两个方向的往复运动，而且为固定结合结构且提供有振子装配空间24，不同于图3所示的传统的相互分离的多个v型弹片，较大程度的减少了弹片组装差异和个体差异，在有效提高振动性能加工精度的同时还能够提升组装简易度。
[0072]
示例性的，请参阅图7，振动组件1中，作为振子的电磁铁13包括铁芯131和缠绕于铁芯131外周的线圈132，线圈132与铁芯131之间还设有绝缘层133。其中，线圈132与电路板14电连接，其驱动电流的大小和方向均可通过电路板14上的外部脉冲电路来调整，电流越大则振子的振动幅度越大，电流方向改变则振子的振动方向也随之相应改变。铁芯131作为配重块，以增加振子的重量，提升振动性能。绝缘层133，用于将线圈132和铁芯131相隔离，避免因两者导通导致振动性能失效。
[0073]
线圈132的轴向长度小于铁芯131的沿线圈132轴向上的长度，使得铁芯131在此长度方向上的两端因未被线圈132覆盖而裸露于外。裸露于外部的铁芯131两端，可以用于实现振子与其他部件的装配连接。
[0074]
请参阅图6，铁芯131的裸露的两端分别连接有一安装件15，电路板14经其中的任一个安装件15固定安装于电磁铁13上。
[0075]
铁芯131与安装件15，可以采用铆接、焊接、卡接或者粘接等任意方式实现连接，只要能够将两者相对固定即可，本发明不作限制。当然，为了保证两者的紧固性，避免在长期使用过程中两者脱离，优选铆接和焊接方式。
[0076]
针对铆接方式，本实施例提供了一种安装件15的实例，如图7所示，包括本体151；本体151上开设有与铁芯131的裸露端部相匹配的通槽152，铁芯131的裸露的端部穿设于通槽152内，实现铁芯131与安装件15的铆接。
[0077]
该本体151还同时具有理线功能，线圈132的连接端经缠绕本体151后与电路板14电连接，这样可避免线性振动器内部的线材杂乱，保证内部整洁有序。
[0078]
本体151上设有至少一个定位柱153，电路板14上开设有定位孔；电路板14，通过定位孔与定位柱153的配合，实现与电磁铁13的相对位置固定。当然，为了确保紧固性，电路板14可与本体151焊接等方式进一步固定。
[0079]
基于上述结构的安装件，不仅可以实现电路板14和振子的可靠连接，为获得良好的振动性能奠定基础，而且能够使得线材的摆放井然有序，便于装配和维护。
[0080]
可以理解的，安装件15的具体结构不局限于图7中所示，也可以采用其他常规的能够实现不同对象相互连接的各种结构。在另一实例中，也可省略安装件15的使用，直接将电路板14采用粘贴等方式固定装配于电磁铁13的铁芯131的裸露端部，以节省成本。
[0081]
需要说明的是，在图1所示的常规结构中，永磁体作为振子，分设永磁体两侧的两个线圈a作为定子，此时电路板d需要与两个分离设置的线圈a同时连接，往往电路板呈常规的平面设计，两端分别与对应端的线圈a的连接端电连接。
[0082]
而本实施例中，由于作为振子的电磁铁13的数量仅为一个，电路板14仅需要与该
电磁铁13的一个连接端电连接即可，因此，可以将电路板14固定安装于两个安装件15中的任一个上。
[0083]
同时，在振子发生振动时，固定安装于振子上的电路板14会跟随振子振动，而由于电路板14往往具有一定长度，在振动过程中电路板14会对振子产生与振动方向相反的牵制力，因此，如图8所示，本实施例中电路板14整体呈s型结构设计，具有缓冲作用，这样可以有效减小电路板14对振子产生的牵制力，降低牵制力对振动性能产生的不良影响程度。
[0084]
另外，第一永磁体11和第二永磁体12的背向振子的外侧，分别连接有一定位板16，该定位板16将用于与外壳3连接，实现定子与外壳3的组装。
[0085]
示例性的，请参阅图9，弹片组件2中，第一弯折片22与第二弯折片23，关于底板21呈对称结构设计，可以保证在x轴上的正负方向的弹性性能相同，获得良好的振感。实际上，两个弯折片也可以采用非对称结构设计，以实现非常规的符合特定需求的振感；第一弯折片22与第二弯折片23中，每个弯折部222的弯折角度可以相同，也可以不同。本发明均不作限制。
[0086]
需要说明的是，线性振动器的振动性能参数包括共振点、可响应频率宽度等，其影响因素包括：第一弯折片22/第二弯折片23的厚度、各个弯折部222的弯折角度、第一弯折片22/第二弯折片23的具体结构和尺寸等等。因此，为获得所需的振动性能，需要根据其参数来灵活的配合调整各个影响因子的数值，使得最终能够呈现出所需的效果。当然，在不同需求下，通过调整这些影响因子的数值，可以获得不同的振感。
[0087]
需要注意的是，弹片组件2中分片221和弯折部222的数量设计越多，越难以把握线性振动器的振动性能，实际效果越容易与理论设计要求产生偏差；弹片组件2中分片221和弯折部222的数量设计过少，则难以实现二维方向上的振动，无法获得丰富的振动效果。因此，本实施例提供了一种比较优选的两个弯折片采用对称结构设计方式的示例：
[0088]
如图9所示，以第一弯折片22为例，其包括四个分片221和三个弯折部222；每个分片221包括相对的第一边部和第二边部；其中，第一个分片221的第一边部与底板21的第一侧边或第二侧边固定连接，第i个分片221的第二边部与第i+1个分片221的第一边部通过第i个弯折部222固定连接，第i+1个分片221的第二边部与第i+2个分片221的第一边部通过第i+1个弯折部222固定连接，使得相邻的两个分片221形成小于90度的预设夹角，1≤i≤2。
[0089]
简言之，该示例中的第一弯折片22和第二弯折片23为对称的m型结构。在此基础上，本实施例还对其他各项数值提供了以下参考设计值：第1个弯折部和第3个弯折部的弯折角度为6度，第2个弯折部的弯折角度为12度，第一弯折片22和所述第二弯折片23的厚度为0.1mm，每个弯折片中位于中间的两个分片221上加工有呈矩形的镂空结构。基于上述结构设计和各项参数设计的弹片组件2，本实施例的线性振动器，可以实现低频共振点160hz和高频共振点320hz。
[0090]
此外，底板21，还包括相对的第三侧边和第四侧边；弹片组件2还包括与底板21垂直设置的两个挡片25，其中一个挡片25与底板21的第三侧边固定连接，另一个挡片25与底板21的第四侧边固定连接。换言之，相对间隔设置的两个挡片25，形成于振子装配空间24的前后两端，用于对内置于振子装配空间24的电磁铁13在z方向上进行限位，避免在线性振动器的使用过程中电磁铁13由z方向上的开口脱出。
[0091]
每个挡片25上，还设置有呈矩形的镂空结构，在电磁铁13装入振子装配空间24时，
电磁铁13内的铁芯131的裸露两端可以穿设于该镂空结构中，实现电磁铁13与挡片25的铆接，提升装配的可靠性。
[0092]
为便于弹片组件2的生产和弹片组件2与振动组件1的组装，整个弹片组件2可以由一片金属片采用多次冲压方式一体成型，这样制成的弹片组件2为一体结构，可以与振动组件1快速组装，大大提高了组装速率，减小了组装差异。
[0093]
请参阅图10，本实施例的线性振动器还包括外壳3，该外壳3可进一步分为可拆卸式连接的上壳31和底壳32两部分。为便于振动组件1和弹片组件2与外壳3之间的连接，第一弯折片22和第二弯折片23的远离振子装配空间24的外侧，分别设有用于与外壳3连接的连接部223；第一永磁体11和第二永磁体12的背向振子的外侧，分别连接有一定位板16。振动组件1和弹片组件2收容于外壳3的容置空间内，且第一弯折片22和第二弯折片23上的连接部223分别与底壳32可拆卸式连接，第一永磁体11和第二永磁体12连接的定位板16分别与上壳31可拆卸式连接。
[0094]
综上，上述线性振动器的装配方法为：先将两个安装件15铆接于振子的两端，在其中的一个安装件15上装配电路板14，然后将振子的连接端与电路板14电连接；再将与电路板14完成装配的振子置入弹片组件2提供的振子容置空间，并将振子与弹片组件2铆接，如图4和图5所示；然后，将第一永磁体11和第二永磁体12的外侧分别连接一定位板16，将定位板16与外壳3的上壳31组装，将弹片组件2与外壳3的底壳32组装，最后完成上壳31与外壳3的组装。
[0095]
相应的，上述线性振动器的振动过程为：
[0096]
振子组件的两个定子相对间隔配置，形成一n级与s级沿对角线斜向分割的磁场。由于振子处于两侧定子形成的磁场中，因此在通电时振子会受到一个与磁场分割线垂直的电磁力f。参照图中所示的三维坐标系，电磁力f分别在x方向及y方向产生两个分量fx及fy，分量fx带动振子产生x方向(按图中示为水平方向)的运动；分量fy带动振子产生y方向(按图中示为水平方向)的运动。
[0097]
当采用低频脉冲电流(如160hz)驱动时，在分量fx的作用下，弹片组件2在x方向产生谐振，实现动能和弹性势能的同步转换，进而实现在水平方向的交替往复运动，对外表现为钝的振感。此时分量fy由于不在弹片组件2y方向的谐振点上，对外不会表现为明显的振感。
[0098]
当采用高频脉冲电流(如320hz)驱动时，在分量fy的作用下，弹片组件2在y方向产生谐振，实现动能和弹性势能的同步转换，进而实现在竖直方向的交替往复运动，对外表现为尖锐清脆的振感。此时分量fx由于不在弹片组件2x轴方向的谐振点上，对外不会表现为明显的振感。
[0099]
当采用低频与高频脉冲电流混合驱动时，低频脉冲产生的分量fx带动振子在x方向产生谐振，高频脉冲产生的分量fy带动振子在y方向产生谐振，对外表现出的振感介于高频与低频之间。通过改变低频与高频的驱动的混合比例，可以获得多种不同的振感。
[0100]
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括如上任意所述的线性振动器。可以理解的，该电子设备，可以是任意需要通过线性振动器提供振感的设备，不限于手机、电视机、计算机、个人数字助理、多媒体播放器、导航系统、智能手表、游戏手柄等。
[0101]
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前
述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。