双线圈差分驱动触觉换能器的制作方法

本文中公开的方面大体上涉及双线圈差分驱动触觉换能器。

背景技术：

button等人的美国专利第8,325,943号提供双线圈双磁隙电磁换能器，其中每个音圈被布线为包括单独的引线，使得每个单独的音圈可以由单独的放大器或单独的桥接放大器驱动。可以进一步利用信号处理来增大扬声器的输出。该方面可以实现极端偏移而没有极端失真，并提供替代音圈设计以解决双线圈双磁隙换能器的常见问题，包括但不限于发热。

技术实现要素：

在至少一个实施方案中，提供一种触觉换能器，所述触觉换能器包括壳体、第一音圈和磁性总成。所述第一音圈包括导电线，所述导电线定向在第一卷绕方向上以产生第一磁场。所述磁性总成定位在所述壳体内。所述磁性总成被配置为在所述壳体内移动以产生触觉输出，并且当所述磁性总成朝向所述第一音圈移动时基于所述第一磁场的极性而与所述第一音圈相排斥，以防止所述磁性总成的第一部分与所述壳体的第一侧接触。

在至少另一实施方案中，提供一种触觉换能器，所述触觉换能器包括壳体、第一音圈和磁性总成。所述第一音圈包括第一卷绕方向以产生第一磁场。所述磁性总成定位在所述壳体内。所述磁性总成被配置为在所述壳体内移动以产生触觉输出，并且当所述磁性总成朝向所述第一音圈移动时基于所述第一磁场的极性而与所述第一音圈相排斥，以防止所述磁性总成的第一部分与所述壳体的第一侧接触。

在至少另一实施方案中，提供一种触觉换能器，所述触觉换能器包括壳体、第一音圈和磁性总成。所述第一音圈包括第一卷绕方向以产生第一磁场。所述磁性总成定位在所述壳体内。所述磁性总成被配置为在所述壳体内移动以产生触觉输出，并且当所述磁性总成朝向所述第一音圈移动时基于所述第一磁场的极性而与所述第一音圈相排斥，以防止所述磁性总成的第一部分与所述壳体的第一侧接触。

附图说明

在所附权利要求书中特别指出了本公开的实施方案。然而，通过结合附图参考以下具体实施方式，各种实施方案的其他特征将变得更显而易见，并且将得到最好的理解，在附图中：

图1大体上示出了根据一个实施方案的低音触觉换能器的横截面视图；

图2大体上示出了根据一个实施方案的换能器的另一横截面视图；

图3大体上示出了根据一个实施方案的换能器的另一横截面视图；以及

图4大体上示出了根据一个实施方案的定位在换能器的中心柱上的第一音圈和第二音圈的详细视图。

具体实施方式

根据需要，本文中公开了本发明的详细实施方案；然而，应理解，公开的实施方案仅仅是可以各种形式和替代形式体现的本发明的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的特定结构细节和功能细节不应解释为限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。

trestain的美国序列号15/864,401(“该‘401申请)提供一种用于提供与音频输出相关联的触觉输出的设备。所述设备包括头部单元，所述头部单元联接到多个触觉换能器，其中每个触觉换能器定位在车辆的座椅中。所述头部单元被配置为接收指示车辆的座椅的期望的触觉反馈的命令，所述期望的触觉反馈与由车辆中的一个或多个扬声器回放的音频输出相关联。所述头部单元被进一步配置为传输指示将由车辆的座椅中的触觉换能器提供的期望的触觉反馈的控制信号，使得当车辆中的一个或多个扬声器回放音频输出时，所述触觉换能器在座椅处产生期望的触觉反馈。

该‘401申请向用户提供选择与车辆收听环境中的音频输出信号相关联的对应的低音触觉反馈的能力。这为用户创造了较好的用户体验。除了音频低音体验之外，车辆中的每个座椅还可以定制他们的触觉低音体验。因此，非常喜欢感觉他们的座位隆隆的用户可以相应地设置低音触觉水平。相反，期望较小的身体体验的用户可以相应地设置他们的低音触觉水平。

具体地，触觉换能器(或摇动器)可以安装在车辆中的每个座位位置。触觉换能器可以安装在座椅背后或下方或两者的组合。将触觉换能器附接到座椅框架以使得触感(或振动)均匀地分布在框架上可能是有利的。座椅安装位置可以在物理上彼此分开，以防止打扰车辆中的其他用户(或乘客)。这方面的实例可以包括长凳座位。触觉换能器可以提供很少甚至没有可听的输出。具体地，触觉换能器可以凭借触觉输出的存在而向乘客提供在音频输出中存在更多低音(或低频)的感觉。

可以调谐触觉换能器的触觉输出以补充音频系统。在调谐操作期间，用户可以坐在车辆中，同时音频系统输出各种低音频率(例如，20-70hz)的音调，使得频率提供相同的振动量。可以利用加速度计执行调谐操作。

用户可以控制触觉换能器针对在20-70hz范围内的低频信号提供的振动量(或触觉反馈)。触觉换能器可以使用户能够基于系统的整体调谐来控制比所述范围更高或更低的频率的触觉反馈。该设备为定位在对应座椅处的每个触觉换能器提供可调节的触觉控制(即，个性化)。可以为每个触觉换能器提供放大器，以为触觉换能器提供的触觉输出提供增益控制。对于增益控制，该方面对应于音量控制与触觉反馈之间的相关性。如果应用较多增益(即，应用较大音量)，则触觉换能器提供较多振动。如果应用较少增益(即，应用较小音量)，则触觉换能器提供较少振动。各种开关装置(诸如靠近座椅定位的物理旋钮)、移动装置、个性化触摸屏或头部单元上的用户界面可以使用户能够控制由触觉换能器提供的触觉反馈的量。

应认识到，这种触觉换能器可能经历过度偏移和硬触底。例如，定位在触觉换能器内部的各种磁体或其他部件可以竖直地(即，向上和向下)移动(即，当两个音圈都通电时)并且物理地接触容纳磁体的壳体的底部部分。在这种情况下，磁性部件经历高度偏移。这种偏移和硬触底不仅影响触觉换能器的寿命，而且还产生令人不愉快的可听的输出，所述可听的输出干扰用户为了娱乐目的而试图收听的音频数据。为了减轻高度偏移和触底反弹，本文中公开的实施方案提供但不限于相对的音圈，所述音圈彼此不同地卷绕以与极化磁体介接，使得当一个音圈通电时，磁体将沿着竖直轴线在一个方向上移动直到磁体接近另一音圈为止，响应于另一音圈通电，所述另一音圈将磁体的移动排斥为在竖直轴线上的相对方向上。本文中将更详细地讨论这些方面和其他方面。

图1大体上示出了根据一个实施方案的低音触觉换能器(或摇动器)10的横截面视图。换能器10大体上包括壳体12，壳体12可以圆柱形的形式成形。应认识到，壳体12或换能器10的形状可以基于期望的实现方式而变化。壳体12大体上包括第一盖板14a和第二盖板14b。接合环16将第一盖板14a联接到第二盖板14b。如所示，接合环16定位在换能器10的外周边上。接合环16的几何形状可以基于期望的实现方式而变化。接合环16可以由塑料、钢或其他合适的材料制成。接合环16可以将换能器10联接到车辆中的合适位置，诸如车辆座椅(未示出)的靠背或座椅底部。车辆座椅可以包括使得能够与换能器10联接的各种安装特征，诸如螺钉、通孔、安装耳、安装脚等。

换能器10还包括第一音圈18a、第二音圈18b和磁性总成20。第一音圈18a和第二音圈18b中的每一者卷绕在中心柱19周围。一般来说，第一音圈18a包括在第一方向上布置或卷绕的第一绕组(或第一导电线)。第二音圈18b包括在第二方向上布置或卷绕的第二绕组(或第二导电线)。应认识到，第一音圈18a和第二音圈18b可以各自具有相同的线但是在不同的方向上卷绕。可选地，第一音圈18a和第二音圈18b可以各自具有彼此分开的线。第一音圈18a的第一绕组的第一方向不同于第二音圈18b的第二绕组的第二方向。当第一音圈18a和第二音圈18b的线通电时，该方面使第一音圈18a具有与第二音圈18b的极性不同的极性。因此，当第一音圈18a和第二音圈18b的线通电时，第一音圈18a与第二音圈18b是异相的。

响应于接收到输入的交流(ac)信号而对第一音圈18a和第二音圈18b通电。响应于ac信号，第一音圈18a产生第一交变磁场，并且第二音圈18b产生第二交变磁场。应认识到，输入的ac信号使第一交变磁场和第二交变磁场交换极性，所述极性根据输入的ac信号的交变波形(例如，正波形和负波形)而翻转。然而，由于第一音圈18a的第一绕组与第二音圈18b的第二绕组是异相的(或相反的)，因此当第一音圈和第二音圈18a和18b通电时，第一音圈18a的极性将与第二音圈18b的极性相反，而与输入的ac信号的正波形与负波形之间的翻转无关。

磁性总成20定位在第一音圈18a和第二音圈18b周围。第一前板22a和第一音圈18a定位在第一气隙26a中。第二前板22b和第二音圈18b定位在第二气隙26b中。中心柱19可以由实心钢制成。磁性总成20包括第一前板22a、第二前板22b和环形磁体24。环形磁体24定位在第一前板22a与第二前板22b之间。第一前板22a和第二前板22b的形状可以彼此相似。虽然第一前板22a和第二前板22b可以不是磁性的，但是第一前板22a和第二前板22b由实心钢制成并且用作环形磁体24(在利用给定极性激励后)的磁场的导体。

环形磁体24可以由陶瓷或钕制成，并且包括正极(例如，南极)和负极(例如，北极)。一般来说，放大器28通常被配置为向第一音圈和第二音圈18a、18b的线提供电流(或ac信号)。如上所述，第一音圈18a和第二音圈18b响应于ac信号而各自产生交变磁场，并且磁通量的方向是基于第一音圈18a和第二音圈18b周围的线的卷绕方向。当通电时，第二音圈18b提供第二交变磁场，该第二交变磁场跨过气隙26b并与由第二前板22b、环形磁体24和第一前板22a产生的固定磁场相互作用。固定磁场从磁性总成20流过气隙26a并与由第一音圈18a产生的第一交变磁场相互作用。中心柱19用作dc磁场的磁通返回路径。

因此，如所见，第一音圈18a、第二音圈18b、第一前板22a、第二前板22b和中心柱19形成磁路。磁场在换能器10内的行进使磁性总成20沿着第一轴线30线性地竖直地上下振动。磁性总成20的振动提供触觉反馈并且基于放大器28经由ac信号向第一音圈和第二音圈18a、18b提供的电流量。这种竖直运动或振荡/振动使换能器10产生在20-70hz范围内的低频信号。当换能器10嵌入在车辆座椅中时，听众通常听不到这种信号。

换能器10包括联接到磁性总成20的悬挂总成32。当磁性总成20围绕第一轴线30移动时，悬挂总成32使磁性总成20围绕中心柱19的摇摆(或倾斜)最小化。悬挂总成32包括第一外伸支架34a和可选的第二外伸支架34b。第一外伸支架34a附接到环形磁体24的顶侧并且附接到接合环16。应认识到，第一外伸支架34a可以附接到第一前板22而不是环形磁体24。如上所述，第二外伸支架34b可以是可选的，并且通常可以基于整个磁性总成20(例如，第一前板22a、第二前板22b和环形磁体24)的大小和重量而用于换能器10内。

第二外伸支架34b附接到环形磁体24的底侧并且附接到接合环16。应认识到，第二外伸支架34b可以直接附接到第二前板22b。第一外伸支架34a和第二外伸支架34b可以彼此相对。换句话说，第一外伸支架34a和第二外伸支架34b的形状彼此对称地相对(或者是彼此的镜像)。第一外伸支架34a和第二外伸支架34b有助于减轻磁性总成20的摇摆。如上所述，两个外伸支架(或第一外伸支架和第二外伸支架34a、34b)的使用是可选的并且基于磁性总成20的质量。第一外伸支架34a和第二外伸支架34b有助于防止摇摆并且提供改进的支撑，特别是在磁性总成20的质量较大的情况下。如果磁性总成20的质量通常较低，则第一外伸支架34a还防止磁性总成20摇摆并将磁性总成20支撑在换能器10内。第一盖板14a、第二盖板14b和接合环16中的每一者可以由铝构成，以在第一音圈和第二音圈18a和18b接收到来自放大器28的电流时有助于从第一音圈和第二音圈18a和18b散热。

提供第一防尘帽33a和第二防尘帽33b并且第一防尘帽33a和第二防尘帽33b覆盖中心柱19的内腔35。第一防尘帽33a和第二防尘帽33b防止磁性材料或颗粒进入中心柱19的内腔35中。进入中心柱19的内腔35中的任何磁性材料可能使换能器10产生外来(或不期望的)噪声。第一防尘帽和第二防尘帽33a和33b可以实现为布、塑料、金属等或防止小块碎屑进入中心柱19的内腔35中的任何其他材料。第一防尘帽33a大体上定位在换能器10的顶侧上。第二防尘帽33b大体上定位在换能器10的底侧上并且覆盖中心柱19的内腔35。第一防尘帽33a可以在中心柱19的内腔35上方胶合到第一盖板14a。第二防尘帽33b可以胶合到第二盖板14b以覆盖中心柱19的内腔35。通常，当换能器10安装在车辆中时，金属屑可能存在并且可能被吸引到在换能器10内产生的dc磁场。

如上所述，触觉换能器可能遭遇过度偏移和触底反弹。然而，换能器10减轻了这些问题，这将在下文结合图2和3进行描述。图2提供换能器10的另一横截面视图。同样如上所述，第一音圈18a和第二音圈18b响应于ac信号而分别产生第一交变磁场和第二交变磁场。例如，放大器28向第一音圈18a和第二音圈18b提供ac信号，以分别在磁性总成20中起始第一交变磁场和第二交变磁场的流动。第一音圈18a包括定向在第一卷绕方向上的线，以使第一交变磁场在中心柱19周围在方向52上(例如，逆时针)流动或行进。第二音圈18b包括定向在第二卷绕方向上的线，以使第二交变磁场在中心柱19周围在方向54上(例如，顺时针)流动或行进。图2示出了第一音圈18a的第一卷绕方向与第二音圈18b的第二卷绕方向相反。

另外，图2示出了环形磁体24的极化。例如，环形磁体24(其可以是铁氧体或钕)被磁化(即，北-南或南-北)。环形磁体24产生固定的直流(“dc”)磁场，所述磁场基于环形磁体24被磁化的方式而建立极性。如图2所示的环形磁体24提供北-南磁化(即，北极定位在环形磁体24的顶侧上，并且南极定位在环形磁体24的底侧上)。当固定的dc磁场(或固定的dc磁通量)与从第一音圈18a产生的第一交变磁场相互作用并且当固定的dc磁场与从第二音圈18b产生的第二交变磁场相互作用时，悬挂的磁性总成20沿着第一轴线30上下移动。当第一音圈18a和第二音圈18b响应于来自放大器28的ac信号而通电时，磁性总成20(例如，第一前板22a、第二前板22b和环形磁体24)通常沿着第一轴线30上下移动。

图3大体上示出了根据一个实施方案的换能器10的另一横截面视图。如上所述，磁性总成20产生固定的dc磁场(其现在在图3中示出为元件60)。固定的dc磁场60被极化并且按从南极向北极的定向行进通过磁性总成20。固定的dc磁场60顺时针行进并与由第一音圈18a产生的第一交变磁场(其现在在图3中示出为元件62a)相互作用。电流在流动方向64上流过中心柱19，并且第二音圈18b产生第二交变磁场(其现在示出为元件62b)。因此，换能器10内的磁流(例如，dc固定磁通场60与第一交变磁场62a和第二交变磁场62b的相互作用)使磁性总成20围绕第一轴线30在向下方向上行进(参见磁性总成的运动方向，如元件66所示)。

当第一前板22a行进远离第一音圈18a并且行进得更靠近第二音圈18b时(例如，由于可能归因于来自放大器28的输入的ac信号上的大振幅的过度偏移)，从第一前板22a传导的固定的dc磁场60与第二交变磁场62b相互作用。固定的dc磁场60的极性类似于第二交变磁场62b的极性(即，当第二音圈18b通过ac信号通电时)。因此，假定固定的dc磁场60的极性类似于第二交变磁场62b的极性，则第一前板22a与第二音圈18b相排斥并且第一前板22a(除了环形磁体24和第二前板22b之外)沿着第一轴线30在向上方向上行进远离第二音圈18b。这种情况产生磁性制动作用，其防止磁性总成20抵着第二盖板14b触底反弹。

当到第一音圈和第二音圈18a和18b的输入的ac信号的极性翻转为用于对第一音圈和第二音圈18a和18b通电的相反极性时，磁性总成20的方向沿着第一轴线30向上。当第二前板22b行进远离第二音圈18b并且行进得更靠近第一音圈18a时(例如，由于归因于来自放大器28的输入的ac信号上的大振幅的过度偏移)，从第二前板22b传导的固定的dc磁场60与第一音圈18a的第一交变磁场62a相互作用。在这种情况下，固定的dc磁场60的极性类似于第一交变磁场62a的极性。因此，假定固定的dc磁场60的极性类似于第一交变磁场62a的极性，则第二前板22b与第一音圈18a相排斥并且第二前板22b(除了环形磁体24和第一前板22a之外)沿着第一轴线30在向下方向上行进远离第一音圈18a。这防止磁性总成20接触第一盖板14a。

图4大体上示出了根据一个实施方案的定位在换能器10的中心柱19上的第一音圈18a和第二音圈18b的详细视图。应认识到，中心柱19可以是实心圆柱体或空心圆柱体。第一线40形成第一音圈18a并且以第一卷绕方向42缠绕在中心柱19周围。如所示，第一卷绕方向42可以是逆时针的。第二线形成第二音圈18b并且以第二卷绕方向44缠绕在中心柱19周围。如所示，第二卷绕方向44可以是顺时针的。应认识到，第一卷绕方向42可以是顺时针的(例如，参见元件50)，并且第二卷绕方向44可以是逆时针的(例如，参见元件52)。如本文所述，第一卷绕方向42具有与第二卷绕方向44相反的定向，以向磁性总成20提供磁性制动以防止过度偏移。

通常，由于第一音圈18a和第二音圈18b的不同卷绕方向，触觉换能器10相对于磁性总成20提供磁性制动作用。该实现方式可以降低磁性总成20过度行进或对着第一盖板14a和第二盖板14b“触底反弹”的可能性。如本文中阐述的换能器10可以应用于并入有具有相反卷绕方向的音圈的单个放大器通道。应认识到，第一音圈18a和第二音圈18b可以用线彼此联接。可选地，第一音圈18a和第二音圈18b可以彼此隔离或彼此分开地布线，并且第一音圈18a和第二音圈18b可以与两个不同的放大器28(或放大器通道)分开地供电。在这种情况下，第一音圈18a和第二音圈18b可以具有彼此相似的卷绕方向，但是向每个音圈18a和18b提供的ac信号的相位可以彼此异相180度。磁性总成20通常移动的方向取决于：(i)(例如，从放大器28或信号产生装置)递送到音圈18a、18b的信号的相位(或输入的ac信号的极性)，(ii)环形磁体24在被磁化后的极性，以及(iii)第一音圈18a和第二音圈18b的卷绕方向。

虽然上文描述了示例性实施方案，但这些实施方案并不意图描述本发明的所有可能形式。而是，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。另外，可以组合各种实现的实施方案的特征以形成本发明的其他实施方案。