带音圈的动磁致动器的制作方法

1.本公开主要涉及动磁致动器，并且具体地涉及用于面板音频换能器的动磁致动器的音圈。


背景技术：

2.用于移动设备的面板音频换能器的动磁致动器通常包括：导电材料的线圈，通常称为音圈；和磁体，该磁体悬挂在线圈附近。音圈通常附接到面板，诸如显示面板。当交流电穿过音圈时，线圈产生磁场，该磁场使磁体移动。来自移动磁体的振动耦合到面板，该面板振动以产生音频。在这一过程期间，穿过音圈的交流电加热音圈。当音圈附接到面板时，面板在音圈与面板之间的附接位置处和附近被局部加热。例如，当面板是显示面板时，显示面板的这种局部加热可能在这种附接位置周围不期望地使显示器失真(例如，改变所显示图像的色调)。


技术实现要素：

3.公开了用于降低面板的局部加热的线圈设计。
4.一方面，描述了一种致动器，该致动器包括音圈和动磁组件。音圈附接到在平面中延伸的面板。音圈包括第一部和第二部。音圈的第一部包括第一多个绕组，该第一多个绕组被布置成平行于平面延伸的螺旋。第一多个绕组在平行于平面的第一方向上跨越第一维度。第一多个绕组附接到面板。音圈的第二部包括第二多个绕组，该第二多个绕组垂直于平面延伸。第二多个绕组在第一方向上跨越第二维度。第一维度大于第二维度。磁体组件从面板悬挂。磁体组件包括被定位在音圈的第二部内的磁体。磁体组件被配置成在致动器操作期间在垂直于平面的第二方向上振动。
5.在一些实施方式中，以下一项或多项可以单独实施或以任何可行或合适的组合实施。磁体组件被配置成响应于在致动器操作期间交流电穿过音圈的第二部而振动。音圈由通过交流电的穿过而在音圈内产生热的材料制成。在换能器操作期间，音圈内的热对面板加热。第一多个绕组被设计成在致动器操作期间将热散布在面板上，以避免热集中在音圈的第二部的基部处。
6.第二多个绕组被布置成形成在第二部的高度上具有均匀截面的管。均匀截面具有带弯曲拐角的矩形形状。在一些示例中，均匀截面具有基本矩形形状。在某些示例中，均匀截面具有圆形形状。在个别示例中，均匀截面具有椭圆形状。
7.音圈的第二部具有垂直于平面的壁，该壁包括第二多个绕组中的两个或更多个绕组。该两个或更多个绕组在平行于平面的对应平面中以螺旋排列。第一多个绕组在第一方向上具有第一密度。该两个或更多个绕组在第一方向上具有第二密度。第二密度高于第一密度。第二多个绕组在第二方向上具有第三密度。第三密度高于第二密度。
8.磁体组件还包括在其中容纳磁体的杯。杯包括磁性背板和磁性侧壁。线圈的第二部位于磁性侧壁和磁体之间的气隙中。磁性侧壁经由弹簧元件耦合到垂直于平面布置的框
架。弹簧元件引起(例如，使得能够)将磁体组件从面板悬挂。
9.面板可以是显示面板。显示面板可以是有机发光二极管(oled)面板。
10.另一方面，致动器是移动设备的一部分。这种移动设备包括外壳、安装在外壳中的显示面板、音圈和磁体组件。音圈在平面中附接到显示面板。音圈包括第一部和第二部。音圈的第一部包括第一多个绕组，该第一多个绕组被布置成平行于平面延伸的螺旋。第一多个绕组在平行于平面的第一方向上跨越第一维度。第一多个绕组附接到显示面板。音圈的第二部包括第二多个绕组，该第二多个绕组垂直于平面延伸。第二多个绕组在第一方向上跨越第二维度。第一维度大于第二维度。磁体组件从显示面板的框架悬挂。磁体组件包括被定位在音圈的第二部内的磁体。电子控制模块电耦合到音圈，并被编程以对音圈加电从而引起在磁体组件的第二方向上相对于音圈的运动，使得显示面板以足以产生显示面板的音频响应的频率和幅度振动。
11.在一些实施例中，以下一项或多项可以单独实施或以任何可行或合适的组合实施。第二多个绕组被布置成形成在第二部的高度上具有均匀截面的管。均匀截面具有带弯曲拐角的基本矩形形状。音圈的第二部具有垂直于平面的壁。壁包括第二多个绕组中的两个或更多个绕组。该两个或该更多个绕组在平行于平面的对应平面中以螺旋排列。第一多个绕组在第一方向上具有第一密度。该两个或更多个绕组在第一方向上具有第二密度。第二密度高于第一密度。第二多个绕组在第二方向上具有第三密度。第三密度高于第二密度。
12.磁体组件还包括在其中容纳磁体的杯。杯包括磁性背板和磁性侧壁。线圈的第二部位于磁性侧壁和磁体之间的气隙中。磁性侧壁经由弹簧元件耦合到垂直于平面布置的框架。弹簧元件允许/使得能够将磁体组件从面板悬挂。
13.显示面板可以是有机发光二极管(oled)面板。
14.本文描述的主题提供了许多优点。例如，音圈的结构可以有利于将音圈产生的热散布到面板的大部分区域，由此消除显示面板在音圈和显示面板之间的附接点处的局部加热，并因而也消除由这种局部加热引起的显示器中的失真。
15.本文描述的主题的一个或多个变体的细节在附图和以下描述中阐述。本文所描述的主题的其它特征和优点将从描述和附图以及权利要求中变得显而易见。
附图说明
16.图1示出了特征在于面板音频换能器的移动设备的透视图。
17.图2示出了移动设备的截面示意图。
18.图3是面板音频换能器中的致动器(也称为动磁致动器)的实施方式的截面图。
19.图4示出了致动器的音圈的一个示例的透视图。
20.图5是音圈的前视图。
21.图6是音圈的顶视图。
22.图7是用于向致动器提供驱动信号的电子控制模块的实施例的示意图。
23.附图中的相同附图标记指示相同的元件。
具体实施方式
24.图1是特征在于面板音频换能器的移动设备100的透视图。移动设备(例如，智能手
机)100包括设备底板102和显示面板104，该显示面板包括平板显示器(例如，oled或lcd显示面板)，该平板显示器集成了由显示面板104和致动器110(也可以称为动磁致动器)组成的面板音频换能器，其中致动器机械耦合到显示面板104的背表面。移动设备100以多种方式与用户交互，包括通过显示图像、经由显示面板104的触摸特征接收触摸输入，以及产生音频和触觉输出。通常，作为面板音频换能器的一部分，振动面板产生人类可听到的声波，例如，在20hz(赫兹)至20khz(千赫兹)的范围内。除了产生声音输出之外，移动设备100还可以经由显示面板104产生触觉输出。例如，触觉输出可以对应于150hz至300hz范围内的振动。
25.移动设备100可以具有近似10mm(毫米)以下的深度(沿z轴)，60mm至80mm(例如，68mm至72mm)的宽度(沿x轴)，以及100mm至160mm(例如，138mm至144mm)的高度(沿y轴)。因而，期望用于驱动显示面板104的紧凑且高效的致动器，诸如上述那些致动器。
26.图2是移动设备100的截面示意图。该截面示出了具有背板201和侧壁202的设备底板102，并且显示面板104形成了用于容纳移动设备100的部件的壳体，移动设备的部件包括致动器110、电池230和电子控制模块220。
27.下面描述致动器110的各种实施方式。通常，致动器110的尺寸被设计成配合在被容纳在移动设备100中的其它部件(包括电子控制模块220和电池230)所限制的容积内。电子控制模块220向致动器110提供控制信号，从而引起致动器110产生音频和/或触觉输出。
28.图3是面板音频换能器中的致动器300的实施方式的截面图。致动器300适用于移动设备100中。致动器300包括：磁体320(也可以称为永磁体)，形状为薄盘；和线圈340。线圈340连接到板(该板也可以称为致动器耦合板)350，在完全组装时，该板附接到面板音频换能器的面板301。音圈340包括：第一部352，该第一部包括在平行于板350的平面延伸的公共平面中缠绕成螺旋的多个绕组；和第二部354，该第二部包括在垂直于平面的堆叠中延伸的绕组，在图4中示出了其一个示例。与第二部354相比，音圈340的第一部352中的绕组间隔隔开并在更大的区域上延伸。这允许第一部354将在致动器300的操作期间在音圈340中产生的热散布在板350上——并且因而散布在面板301上。通过散布热，线圈减少了在音圈340的第二部354的基部处的热集中。减少局部加热可以减少(例如，防止)由这种局部加热引起的显示器中的失真。
29.重新参考致动器300的结构，磁体320被容纳在由软磁背板311(例如，铁板)和侧壁组成的杯310中，侧壁由磁性部322和软磁帽312组成。磁体320被夹在杯310的基部(即，软磁背板311)与软磁顶板330之间。顶板330可以指示磁体320的磁极，并可以被称为极片。杯310经由弹簧元件370附接到框架360，该框架附接到板350。弹簧元件370相对于线圈340的第二部354悬挂杯310、磁体320以及顶板330。在杯310的侧壁与磁体320和顶板330之间存在气隙。线圈340的第二部354位于该气隙中。
30.通常，致动器300的部件——包括线圈340、磁体320和杯310——可以围绕轴线连续地旋转对称(即，圆柱形)，或者可以围绕轴线分立或不具有旋转对称性。例如，具有分立旋转对称性的致动器部件在与轴线正交的平面中可以具有正方形、矩形或其它多边形的覆盖区(footprint)。这些形状可以有尖角、斜角或圆角。
31.图3中所示的致动器可以是紧凑的。例如，致动器在轴向方向上的厚度可以约为几mm，例如，10mm以下、8mm以下、5mm以下、4mm以下、3mm以下、2mm以下。因而，在某些实施方式
中，线圈340的第二部354可以具有约2mm-6mm的轴向长度，其中，其长度的近似一半位于磁体组件的气隙中，并且近似一半凸立于气隙之上。致动器300的横向维度也可以相对地小。例如，外部轴向磁化磁体322可以具有20mm以下(例如，15mm以下、12mm以下、10mm以下、8mm以下、7mm以下、6mm以下、5mm以下)的横向直径(即，正交于对称轴线的直径)。第一部352
32.通常，磁体320可以由可以被永久磁化的材料形成，诸如稀土磁体材料。一些这样的稀土磁体材料包括钕铁硼、钐钴、钡铁氧体和锶铁氧体。
33.软磁极片330和杯的杯部311、312和/或322可以由在存在外部磁场时容易磁化并且在去除外部磁场时去磁的一种或多种材料形成。通常，这些材料具有高磁导率。这些材料的示例包括高碳钢和钒permendur合金。因而，软磁板和磁轭用于引导来自轴向磁化的磁体的磁通线横跨气隙。
34.磁体320通常被轴向磁化。换言之，磁铁320的磁极沿轴向方向对齐。当线圈340被加电时，线圈340产生与磁体320的场相互作用的磁场，使磁杯310、磁体320和顶板330相对于线圈340轴向位移。磁体322可以例如被轴向或径向地磁化。
35.图4示出了致动器300的音圈340的一个示例的透视图。音圈340包括：第一部352，该第一部包括被布置成平行于板350的平面延伸的螺旋的绕组；和第二部354，该第二部包括垂直于该平面延伸的绕组。
36.线圈340的第一部352的螺旋形状是曲线——在板350的平面中——缠绕线圈340的第二部354的基部，与基部的距离连续地增大。线圈340是导电线，交流电流穿过该导电线以产生磁场。如上所述，音圈340的第一部352中的螺旋绕组被设计成在致动器300操作期间，将热——通过交流电流的穿过而在音圈340中产生的热——散布在板350上并因而散布在面板301上。例如，线圈绕组可以散开并散布在足够大的面积上以消散线圈所产生的热。这种热散布减少了在音圈340的第二部354的基部处的热集中。避免局部加热可以防止由这种局部加热引起的显示器中的失真。尽管线圈340的第一部352中所示的螺旋绕组中形成圆形螺旋，但在某些实施方式中，线圈340的第一部352可以形成其它螺旋形状，诸如椭圆螺旋、矩形螺旋、方形螺旋、或任何其它适当的螺旋形状。在一些实施方式中，可以通过若干不同的螺旋形状中的一种在数学上描述螺旋，诸如算术螺旋(也称为阿基米德螺旋)、双曲螺旋、具有一个或多个分支的抛物线、对数螺旋(也称为等角螺旋或生长螺旋)、欧拉螺旋(也称为螺环、回旋曲线或考纽螺线)、任何其它一个或多个螺旋和/或它们的任何组合。
37.线圈340的第一部352例如使用粘合剂附接到板350的表面。进出线圈340的第一部352的电引线可以附接到板350，从而允许电接入线圈340。
38.线圈340的第二部354具有管405的形式。管405在第二部354的高度上具有均匀截面。对于所示实施方式，均匀截面为圆形。在一些其它实施方式中，管405的均匀截面为椭圆形。在某些实施方式中，管405的均匀截面为矩形，例如，带弯曲拐角的矩形。在其它实施方式中，管405的均匀截面为基本矩形。形成管405的绕组以紧密的螺旋缠绕并堆叠在彼此的顶部上，使得管405在z方向上垂直于板350的平面延伸。
39.如图所示，管405中的线圈340在z方向上的绕组堆叠在彼此的顶部上，以及彼此相邻(例如，彼此物理接触)。在管405内，线圈340在z方向上和整个z方向上的相邻绕组之间的间距小于线圈340在x-y平面中任何方向上的相邻曲线之间的间距。例如，在管405内，线圈340在z方向上和整个z方向上的相邻绕组可以彼此接触或者可以间隔隔开0.1mm以下。因
而，根据绕组的线规，它们可以具有在每毫米10个绕组或更多绕组的范围内的密度(例如，高达每毫米15个绕组)。横向地，在x-y平面内，线圈340中的绕组可以彼此接触(例如，在第二部354中)或者可以间隔隔开0.01mm或更多(例如，在第一部352中)，例如，高达约1mm。在第一部352中，绕组密度可以在从线圈中心沿径向方向测量的每毫米0.2个绕组到每毫米约10个绕组的范围内。
40.管405的不同区域——诸如区域410(该区域410在气隙和板350之间延伸)和区域420(该区域420延伸到气隙中)——可以在z方向上具有不同的绕组密度。在z方向上，区域410的绕组密度低于区域420的绕组密度。例如，区域410的在z方向上的绕组密度为每毫米10个绕组，而区域420的在z方向上的绕组密度为每毫米1个绕组。区域410和区域420的相对绕组密度取决于驱动致动器300所需的磁场强度和对应的电流负载而变化。
41.与绕组密度均匀的线圈相比，通过在来自磁体组件的磁场集中的空间(例如，在气隙内)中使用具有更高绕组密度的线圈，能够从致动器获得更大的推力(即，力)。这里，“推力”是指值bl2/r，其中，b是线圈处的来自磁体组件的磁场强度，l是线圈线在磁场中的长度，r是线圈的电阻。因而，与具有均匀的高绕组密度的线圈相比，通过在磁场集中的区域使用具有高绕组密度的线圈，而在没有磁场集中的区域使用具有低绕组密度的线圈，在降低r的同时维持了bl。结果是与具有均匀绕组密度的线圈相比更大的推力。
42.区域410和区域420的相对轴向长度可以变化。如图所示，这些区域410和420可以具有近似相等的轴向长度。可替选地，区域410可以比区域420长或短，这取决于致动器的设计。在一些实施方式中，每个区域具有在从约0.5mm至约3mm的范围内的轴向长度。
43.线圈340由导电材料制成，诸如铜。在其它实施方式中，线圈340可以由任何其它导电材料制成，诸如银、金、铝、锌、镍、黄铜、青铜、铁、铂、钢、铅或不锈钢。通常，线圈340具有足够的机械刚度——例如，大于阈值的机械刚度——使得线圈340可以自支撑以维持其形状。机械刚度是弹性体(诸如线圈340)对施加的力引起的偏转或变形的抵抗力。
44.图5是音圈340的前视图。该图示出了线圈340的各种维度。线圈340具有厚度(或直径，其中线圈340的截面为圆形)t。线圈340的第一部352具有直径d1。线圈340的第二部354具有直径d2和高度h。通常，选择线圈的维度以适应致动器的磁体组件并提供适合致动器操作的磁场强度。例如，t的值介于0.1mm与1mm之间。d1的值可以是25mm以下(例如，22mm以下、20mm以下、15mm以下、12mm以下、10mm以下、8mm以下、7mm以下、6mm以下、5mm以下等)。d2可以具有10mm以下的值(例如，8mm以下、6mm以下、4mm以下、2mm以下等)。h的值可以在2mm至5mm之间。
45.图6是音圈340的顶视图。音圈340的第一部352具有螺旋形状，由此，线圈340具有缠绕线圈340的第二部354的基部的曲线，与基部的距离连续地增大。音圈340的第一部352中的螺旋绕组被设计成在致动器300操作期间将在音圈340中产生的热散布在板350上并因而散布在面板301上，以便减少在音圈340的第二部354的基部处的热集中。减少局部加热可以防止由这种局部加热引起的显示器中的失真。虽然在第一部352中示出了螺旋绕组，但是在可替选实施方式中，第一部352可以具有适合于散布热的其它形状。
46.如上所述，在面板音频扬声器中利用动磁致动器的移动设备和其它设备使用电子控制模块来控制致动器的操作。通常，电子控制模块由一个或多个电子部件组成，这些电子部件接收来自例如移动设备的一个或多个传感器和/或信号接收器的输入，处理输入，并生
成和传递信号波形，这些信号波形使致动器510提供合适的触觉响应。参考图7，移动设备100(诸如，移动电话)的例证性电子控制模块700包括处理器710、存储器720、显示驱动器730、信号发生器740、输入/输出(i/o)模块750以及网络/通信模块760。这些部件彼此电通信(例如，经由信号总线702)并与致动器110电通信。
47.处理器710可以被实施为能够处理、接收或者传输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。
48.存储器720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成执行关于移动设备所述的操作或功能中的一个或多个。例如，指令可以被配置成经由显示驱动器730、信号发生器740、i/o模块750的一个或多个部件、可经由网络/通信模块760访问的一个或多个通信信道、一个或多个传感器(例如，生物特征传感器、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110来控制或协调设备的显示器的操作。
49.信号发生器740被配置成产生适合致动器110的变化幅度、频率和/或脉冲分布的ac波形，并经由致动器产生声学和/或触觉响应。尽管被描绘为单独部件，但是在一些实施方式中，信号发生器740可以是处理器710的一部分。在一些实施方式中，信号发生器740可以包括放大器，例如，作为其集成或单独的部件。
50.存储器720可以存储可以由移动设备使用的电子数据。例如，存储器720可以存储电子数据或内容，诸如音频和视频文件、文档和应用程序、设备设置和用户偏好、定时和控制信号或各种模块的数据、数据结构或数据库等。存储器720还可以存储用于重建以下各种类型波形的指令，所述各种类型波形可以由信号发生器740使用从而为致动器110产生信号。存储器720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、可移除存储器或其它类型的存储元件，或这些设备的组合。
51.如上文简要讨论的，电子控制模块700可以包括图7中表示的各种输入和输出部件作为i/o模块750。尽管i/o模块750的部件在图7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、开关和拨盘。在一些实施例中，i/o模块750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用户能够向移动设备提供输入的一个或多个触摸传感器和/或一个或多个力传感器。
52.i/o模块750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呈现在显示器上的提示或用户界面对象相对应的应用程序特定输入的反馈。
53.如上所述，网络/通信模块760包括一个或多个通信信道。这些通信信道可以包括提供处理器710与外部设备或其它电子设备之间的通信的一个或多个无线接口。一般而言，通信信道可以被配置成传输和接收可以由在处理器710上执行的指令解释的数据和/或信号。在一些情况下，外部设备是被配置成与其它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，并且可以被配置成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。
54.在一些实施方式中，网络/通信模块760的一个或多个通信信道可以包括移动设备与另一设备(诸如另一移动电话、平板电脑、计算机等)之间的无线通信信道。在一些情况下，输出、音频输出、触觉输出或视觉显示元素可以被直接传输到其它设备以进行输出。例如，声音警报或视觉警告可以从电子设备700传输到移动电话以在该设备上输出，反之亦然。类似地，网络/通信模块760可以被配置成接收在另一设备上提供的输入以控制移动设备。例如，声音警报、视觉通知或触觉警报(或因此的指令)可以从外部设备传输到移动设备以供呈现。
55.虽然上述面板音频换能器被结合到移动电话中，但更一般地，本文公开的致动器技术可以用于其它面板音频系统中，例如，被设计成提供声学和/或触觉反馈。通常，面板可以是显示系统，例如基于oled或lcd技术。面板可以是智能手机、平板电脑或可穿戴设备(例如，智能手表或头戴式设备，诸如智能眼镜)的一部分。
56.此外，虽然上述示例以惯性系统为特征，其中，磁体组件通过弹簧元件从结合到面板的刚性框架悬挂，但是其它布置也是可能的。例如，本文所述的线圈可以用于其中磁体组件机械接地(例如，通过刚性附接到框架)的致动器中。
57.虽然上文已经详细地描述了个别实施方式，但是其它实施方式和/或修改也是可能的。其它实施方式可能在所附权利要求的范围内。