专利名称：可变偏心率触觉发生器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及触觉发生器，并且特别涉及在无线通信设备中的触觉发生器。
背景技术：
触觉发生器通过用马达旋转不平衡负荷产生振动。给定触觉产生器中产生的振动的量主要是不平衡负荷的质量、负荷质量中心到旋转轴的距离以及旋转速度的函数。在传统的设备，这些参数经常由厂家确定并且不能被变化。结果，传统设备给出的振动量也是固定的。
进一步地，在传统的设备中，负荷的质量中心到旋转轴的距离是固定的，这样，典型要求启动负荷旋转的电流为定额的。这个起动电流基本上大于给马达设计的相应的工作电流。然而，不能拉引(draw)必需量的起动电流的设备也就不能旋转负荷以产生振动。因此，需要一种设备，它可以产生变化量的振动并能够操作减少起动电流负荷。
发明内容
本发明提供一触觉发生器，包括一偏心的质量块，该质量块在绕轴旋转时可以给予变化的振动等级。在一个实施例中，电动机绕轴选转质量块。质量块可相对于轴径向移动，这样质量块和轴的距离是可变的。质量块到轴的距离的变化改变质量块旋转时产生的振动的量。旋转质量块产生的振动量取决于质量块的转速和从质量中心到旋转轴的距离。
本发明可以实施为，例如无线通信设备，它包括耦合到天线的收发信机，和产生指示测量的环境噪声级的控制信号的控制器。触觉发生器对控制信号反应，通过改变质量块到轴的距离产生可变的振动。
图1显示了本发明一个实施例的透视图。
图2显示了本发明可替代的实施例。
图3显示了本发明另一个实施例。
图4显示了本发明另一个实施例。
图5显示了本发明另一个实施例。
图6显示了本发明另一个实施例。
图7显示了本发明应用到无线通信设备的一个实施例。
图8显示了根据本发明的一个实施例探测环境噪声级的方法。
具体实施例方式
现在参照图1，本发明的一个实施例在此被显示并通常标记为10。触觉发生器10包括马达12、输出轴14、偏心的质量块16、以及偏置部件18。如此处所使用的，偏心意指质量块的重心偏离旋转轴中心。
马达12包括耦合到印刷电路板的电动机(未显示)，可以是变速电动机。马达12可以被控制以便从电源拉引变化等级的电流，从而以多个不同速度旋转输出轴14。如下述将更详细描述的，转速的量变化可以被转换为变化的振动等级被用户感知。
输出轴14被连接到马达12的一端，并沿马达12纵向地伸展。当马达12被驱动，其沿纵轴24旋转输出轴14。输出轴14的转速取决于马达12拉引的电流并与之成比例。例如，马达12拉引的电流越大，输出轴14绕轴24旋转得更快。
质量块16包括一重体(weight)具有插入在输出轴14上的狭槽15。输出轴14绕轴24的旋转导致质量块16绕轴24离心旋转。因为马达12可以以多样的速度工作，质量块16可以同样地绕轴24以多种速度旋转。质量块16优选具有这样的形状或重量以在被输出轴14旋转时提供不平衡负荷，其被用户感知为振动。
偏置部件18布置在输出轴14和质量块16内表面之间的狭槽15中。如图1A所示，偏置部件施加使质量块16趋向轴24的偏置力。偏置部件18也允许质量块16在绕轴24离心旋转时相对于轴24向外的径向移动，如图1B所示。更特别的，在旋转中，偏置部件18促使质量块16向内地靠近轴14和轴24并抵抗质量块16向外移动的趋势。质量块16向外的径向移动的阻力的量通过小心地选择偏置部件18的一定的刚度来控制。达到足够的旋转速度阈值时，质量块16经受的离心力克服了偏置力，使质量块16从轴24向外径向移动。然而，当质量块16从轴24向外径向移动时，质量块16的转速趋向减少。为了对抗这个趋向和维持期望的转速，可以施加更多电流到马达12以增加施加给输出轴14的扭矩。这允许本发明减少启动马达12所必需电流的量，同时产生变化的振动等级，将在下面更详细地说明。
所以，质量块16到旋转轴24的距离取决于输出轴14的转速。即，旋转轴14旋转越快，质量块16从轴24向外径向移动越远。相反地，轴14旋转越慢，质量块16向内地向轴24径向移动得越近。这样，偏置部件18在旋转期间，允许质量块16达到多个位置，并转化为振动的变化量。
本发明相对传统设备，可以使用更小的，价格更低廉的马达。在传统的带有不变质量块的振动器中，马达必须提供充分的扭矩来克服质量块的惯性。通常，启动旋转质量块要求的扭矩远远大于保持其旋转所要求的扭矩。进一步地，所要求的扭矩取决于质量块到旋转轴的距离。通过使用本发明，当马达12开始旋转时，质量块16由偏置部件18促使接近于旋转轴24。这样，开始质量块16的旋转的要求扭矩较小，并且因此，更小的、价格比较低廉马达能被使用。
另外，因为传统的设备预先放置质量块到旋转轴的距离是固定的，只能产生唯一的振动等级。在本发明中，质量块16的位置相对于输出轴14是变化的，从而允许振动的输出在一定的振动级范围内。即，本发明产生的振动等级随质量块16到轴24的距离的改变而改变。
在一可替换的如图2所示的实施例中，附于轴14的延臂26具有机械限动器(stop)28，并且质量块16安装在延臂26上。偏置部件18，此处显示为盘簧，布置在机械限动器28和质量块16之间。与上述的实施例相似，当轴14是固定的或以低于速度阈值旋转(图2A)时，偏置部件18向轴24偏置质量块16。质量块16可以保持在这个位置直到轴14到达一充分的旋转速度。当到达这个閾值时，质量块16所经受的离心力就会克服偏置部件18所施加的偏置力。然后质量块16沿延臂26从轴24向机械限动器28径向地向外滑动。质量块16到轴24的距离取决于质量块16的转速，因而这样产生的振动量也是。
图3显示了本发明的另一个实施例，它没有使用弹簧当做偏置力。而是使用磁体当做偏置部件18。进一步地，这个实施例允许在两个不同的等级振动。偏置部件18在这个实施例中附于轴14上或者整体地成为轴14的一部分。当轴14静止或以低于閾值速度的速度旋转时(图3A)，磁性的偏置部件18吸引(例如，促使)质量块16向轴24向内。质量块16保持磁性地附着于偏置部件18并且产生第一等级的振动直到轴14到达充分的旋转速度。当旋转质量块16所经受的离心力克服磁性的吸引力时，质量块16打破偏置部件18的磁掌握。离心力使质量块16沿延臂26向上滑动直到质量块16接触机械限动器28。在这个位置，触觉发生器10产生第二等级的振动。
图4的实施例虽然在结构上是不同的，但也可以通过允许质量块16到达离轴24的变化距离而产生多样的振动等级。在这个实施例中，偏置部件18是一板簧，其连接质量块16到轴14的终端。当轴14是固定的时，或在比速度阀值低的速度旋转时(图4A)，偏置部件18偏置质量块16接近于轴24和轴14。当轴14到达充分的旋转速度时，给予质量块16的离心力使其从轴24向外径向移动。如上述的实施例所述，质量块16到轴24的距离取决于质量块16的转速，因而这样产生的振动量也是如此。如上所述，质量块16的转速取决于提供给马达的电流。
通常，图4的实施例允许质量块16移动，因此当轴14全速地旋转时，其唯一的达到位置基本上相对于轴24正交。质量块16在低速时，可以在轴14和图4B显示的位置之间的任何位置。进一步地，注意到在这个实施例中，质量块16不是明确地在基本上垂直于轴14的方向移动。然而，在任何给定的时间，质量块16到轴14径向距离的变化取决于马达12的转速，施加给马达12的电流，和偏置部件18的特性。所以为了这一目标，图4的质量块16也可以认为即使在轴向移动时，也相对于轴24向内和向外径向移动。
图5显示一可替代实施例，其中一电磁的外壳29围绕质量块16。电磁的外壳29可能是，例如，一电磁套筒，由来自马达12或者其它的电源的电流驱动。电磁的外壳29提供独立于偏置部件18控制质量块16的位置的装置。更特别地，偏置部件18促使质量块16向内地朝向轴24。当轴14旋转时，质量块16趋向于从轴24向外径向移动。与上述的实施例相似，偏置部件18抵抗质量块16向外的移动，直到转速到达质量块16经受的离心力可以克服偏置部件18的偏置力。然而，电磁的外壳29产生的电磁场可以被控制用来抵消质量块16向外的径向移动。这样，质量块16的位置，以及因此产生的振动量，可以独立于偏置力通过加强或削弱围绕质量块16的电磁场来控制。电磁的外壳29实际上的作用是辅助偏置部件。
图6显示了图5的一可替换实施例，它不包括偏置部件18。在这个实施例中，电磁的外壳29充当主偏置部件向轴24向内地偏置质量块16。特别地，电磁的外壳29产生的电磁场的力量可以被控制(例如，增或减)以允许质量块16径向向内和向外的径向移动。
如图7所示，触觉发生器10可能是应用到无线通信设备30中。无线通信设备30可以是例如移动电话、卫星电话或个人数字助理(PDA)，并且包括话筒32、扬声器34、键区36、显示器38、连接到天线46的收发信机44以及控制器42。也可以按要求包括其他的元件。其中每个元件可以通过输入/输出(I/O)接口40相互可通信地连接在一起。除了下文所述，设备30是一典型的无线通信设备，因此，收发信机44、天线46、I/O接口40、键区36、扬声器34和显示器38的操作没有详细描述。可以充分地说，设备30允许用户向远程用户方发送呼叫和从远程用户方接收呼叫。
然而，不像传统的无线通信设备，设备30包括允触觉发生器10自主控制的电路。更特别的，可以包含一微处理器或类似物的控制器42控制触觉发生器10产生的振动量。在一实施例中，控制器42通过根据探测的环境噪声等级生成控制信号来控制马达12的转速，从而控制质量块16的位置。
通常，更高等级的振动产生更高等级的噪声。这样，传统的振动设备产生与其固定的振动等级相对应的噪音量。但是，这个噪声级在某些场合是不能接受的。因此，本发明产生的振动等级对于探测环境噪声的等级被优化。这可以保持产生噪声为最小值，但仍然允许用户感觉到振动。
图8显示了根据探测环境噪声等级优化振动的方法50。举例来说，当接收到打进来的电话时，控制器42可以激活话筒32以便在告知用户之前感测环境噪声(方框52)。控制器42中的逻辑，或者可替代的，在另一个元件在的逻辑可以测量探测到的环境噪声(方框54)。控制器42可以接着使用预先确定的查找表来确定如何变化振动(方框56)。在这个实施例中，查找表将测得的噪声等级映射到相应的电压等级。一个可替代的实施例使用将测得的噪音等级映射到相应的电流等级的查找表。然而，对于本领域技术人员来说，本发明并不局限于查找表并且，进一步，其他类型的信息也可以被储存。控制器42响应于探测噪声等级和查找表中的值，将提供一控制信号到触觉发生器10(方框58)。噪声等级越高，产生的振动越大。例如，可以通过改变提供给马达12的电压/电流等级实现不同振动等级(方框60)。另外，变化等级的电压可以被施加到电磁外壳29来相应地加强或削弱其电磁场(方框62)。
如上所述，质量块16从轴24向外径向移动，其趋向减少质量块16的转速。控制器42产生的控制信号可用于对抗这个趋向，这样基本上维持一希望的质量块16的转速。例如，触觉发生器10可以通过使用内部电路测量施加到输出轴14的扭矩来周期性地确定质量块16的转速。在另一个例子，触觉发生器10可以使用一内部传感器周期地测量质量块16到输出轴16或轴24的实际距离。触觉发生器10可能向控制器42提供信号来指示质量块16的测量转速，其可以使用这些信息计算质量块16的转速。基于这个计算，控制器42可以增加、减少，或维持提供给马达12的电压/电流等级，来影响质量块16的转速。
进一步地，在除了设备30接收打进来的电话之外的情况下，本发明可以响应于环境噪声等级提供多样的振动等级。例如，本发明的触觉发生器10可以配置成产生多级的振动用于多样的游戏或游戏中多样的竞技等级、收到警报、寻呼以及警报。
本领域技术人员可以理解，触觉发生器10事实上也可以用于没有明确显示在附图中的其他通信设备，并且还可以在其他的设备，例如游戏控制器在使用。另外，偏置部件18并不被限制在附图显示的弹簧或电磁的外壳29。相反，偏置部件18可能也包含加压的泡沫或类似物。
可以理解，本发明还涵盖了除了此处清楚显示的其他类型的振动马达。例如，本发明可能是包含一扁平振动器。扁平振动器是平坦的，驱动一碟形盘绕旋转轴离心旋转。这类振动器可以适于沿着碟形的平面包括可移动质量块16。质量块16被偏置部件18向旋转轴偏置，但允许质量块16在碟形旋转时从旋转轴移动或滑动开。如上述实施例，改变碟形的转速和马达电流将产生变化的振动等级。这类振动器能在游戏控制器、寻呼器，和通信设备中用来例如产生触觉输出。
另外、质量块16相对于轴(24)的径向移动不是单独地取决于质量块16的转速。事实上，质量块16可以独立于质量块16的转速移动。例如，本发明的可替代实施例通过利用伺服电机或者螺线管来向内和向外移动质量块16以响应控制器42产生的控制信号。
当然，本发明可以以没有在此明确阐述的其他方式执行而不背离本发明的基本特征。这些实施例是说明性的而不是限制性的，以及其全部的变化将落在附加的权利要求的等效范围和定义中。
权利要求
1.一种触觉发生器(10)，包括电机(12)；偏心质量块(16)，通过电机(12)绕旋转轴(24)旋转来产生振动，该质量块(16)可径向移动以改变该质量快(16)和轴(24)之间的距离；以及其中，改变该质量块(16)到轴(24)的距离会改变当质量块(16)旋转时产生的振动量。
2.如权利要求1的触觉发生器，其中，在质量块(16)旋转时，该质量块到轴(24)的距离取决于质量块(16)的旋转速度。
3.如权利要求1的触觉发生器，其中，电机(12)通过互连质量块(16)和电机(12)的输出轴(14)来旋转质量块(16)。
4.如权利要求3的触觉发生器，进一步包括偏置(18)部件来促使质量块(16)朝向轴(24)。
5.如权利要求4的触觉发生器，其中，偏置部件(18)包括弹簧。
6.如权利要求4的触觉发生器，其中，偏置部件(18)包括磁体。
7.如权利要求4的触觉发生器，其中，偏置部件(18)包括电磁体(29)。
8.如权利要求4的触觉发生器，进一步包括一延臂(26)，其包括一个机械限动器(28)，延臂(26)附于轴(14)的一端。
9.如权利要求8的触觉发生器，其中，偏置部件(18)安装在延臂(26)上，位于机械限动器(28)和质量块(16)之间。
10.如权利要求8的触觉发生器，其中，偏置部件(18)安装在轴(14)上。
11.如权利要求1的触觉发生器，其中，控制器(42)通过控制质量块(16)到轴(24)之间的距离来控制质量块(16)产生的振动。
12.如权利要求11的触觉发生器，其中，控制器(42)改变电机(12)的速度。
13.如权利要求11的触觉发生器，其中，控制器(42)改变电磁体(29)的磁场强度。
14.如权利要求11的触觉发生器，其中，控制器(42)响应环境噪声等级改变质量块(16)和轴(24)之间的距离。
15.如权利要求11的触觉发生器，其中，控制器(42)保持质量块(16)的期望转速。
16.如权利要求1的触觉发生器，其中，旋转质量块(16)产生的振动和质量块(16)到轴(24)的距离成比例地变化。
17.一种无线通信设备，包括收发信机(44)，耦合到天线(46)来和远程用户方通信；控制器(42)，响应探测到的环境噪声等级产生控制信号；以及响应该控制信号的触觉发生器(10)，该触觉发生器(10)包括电机(12)；偏心质量块(16)，通过电机(12)绕选转轴(24)旋转产生振动，该质量块(16)可径向移动以改变质量块(16)和轴(24)之间的距离；以及其中改变质量块(16)到轴(24)距离会改变当质量块(16)旋转时产生的振动量。
18.如权利要求17的无线通信设备，在质量块(16)旋转时，质量块(16)到轴(24)的距离取决于质量块(16)的转速。
19.如权利要求17的无线通信设备，进一步包括被电机(12)驱动绕轴(24)旋转的输出轴(14)。
20.如权利要求19的无线通信设备，其中，旋转输出轴(14)使质量块(16)绕轴(24)旋转。
21.如权利要求17的无线通信设备，进一步包括偏置(18)部件来促使质量块(16)朝向轴(24)。
22.如权利要求21的无线通信设备，其中，偏置部件(18)包括弹簧。
23.如权利要求21的无线通信设备，其中，偏置部件(18)包括磁体。
24.如权利要求21的无线通信设备，其中，偏置部件(18)包括电磁体(29)。
25.如权利要求17的无线通信设备，其中，控制器(42)响应探测到的环境噪声等级改变质量块(16)到轴(24)之间的径向距离。
26.如权利要求25的无线通信设备，进一步包括话筒(32)以探测环境噪声等级。
27.如权利要求25的无线通信设备，其中，控制器(42)改变电机(12)的速度。
28.如权利要求25的无线通信设备，其中，控制器(42)改变电磁体(29)的磁场强度。
29.如权利要求25的无线通信设备，其中，控制器(42)保持质量块(16)的转速。
30.如权利要求17的无线通信设备，其中，无线通信设备包括蜂窝电话(30)。
31.如权利要求17的无线通信设备，其中，旋转质量块(16)产生的振动和质量块(16)中心到轴(24)的距离成比例地变化。
32.一种在无线通信设备里提供触觉功能的方法，包括绕旋转轴(24)旋转偏心质量块(16)以便向无线通信设备(30)给予振动；以及在质量块(16)旋转时，改变质量块(16)到轴(24)的径向距离来改变振动量。
33.如权利要求32的方法，其中，旋转质量块(16)产生的振动取决于质量块(16)的旋转速度。
34.如权利要求32的方法，其中，绕旋转轴(24)旋转偏心质量块(16)包括用电机(12)旋转输出轴(14)。
35.如权利要求32的方法，进一步包括向轴(24)偏置质量块(16)。
36.如权利要求32的方法，进一步包括测量环境噪声等级。
37.如权利要求36的方法，进一步包括产生指示测得的环境噪声等级的控制信号。
38.如权利要求37的方法，其中，改变质量块(16)到轴(24)的径向距离包括响应该控制信号而改变该径向距离。
39.如权利要求32的方法，其中，改变质量块(16)到轴(24)的径向距离包括控制电机(12)的速度。
40.如权利要求39的方法，其中，控制电机(12)的速度包括控制电机(12)的速度来给予轴(14)离散等级的旋转力。
41.如权利要求39的方法，其中，控制电机(12)的速度包括控制电机(12)的速度来维持质量块(16)的期望转速。
42.如权利要求32的方法，其中，改变质量块(16)到轴(24)的径向距离包括控制围绕质量块(16)的电磁体(29)的强度。
43.如权利要求32的方法，其中，旋转质量块(16)产生的振动和质量块(16)到轴(24)的距离成比例。
44.一触觉发生器，包括偏心的质量块(16)，绕旋转轴(24)旋转，质量块(16)可径向移动以改变质量块(16)和轴(24)之间的距离；以及其中，改变质量块(16)和轴(24)之间的距离会改变当质量块(16)旋转时产生的振动量。
45.如权利要求44的触觉发生器，其中，质量块(16)到轴(24)的距离取决于质量块(16)的转速。
46.如权利要求44的触觉发生器，进一步地包括电机(12)，该电机(12)具有输出轴(14)以旋转质量块(16)。
47.如权利要求44所述的触觉发生器，进一步包括一偏置部件(18，29)以促使质量块(16)朝向轴(24)。
48.如权利要求44的触觉发生器，其中，质量块(16)到轴(24)的径向距离响应于环境噪声等级被控制。
全文摘要
一触觉发生器(10)包括一偏心质量块(16)，当其绕旋转轴(24)旋转时产生振动。质量块(16)可相对于旋转轴(24)径向移动，这样质量块(16)和轴(24)之间的距离是可变化的。改变质量块(16)到轴(24)的距离会改变当质量块(16)旋转时产生的振动量。振动的量可以响应于测到的环境噪声等级来控制。
文档编号B06B1/16GK1910805SQ200480039322
公开日2007年2月7日 申请日期2004年6月24日 优先权日2003年12月31日
发明者C·伊顿, M·J·默里, M·D·汤森, G·S·帕特森 申请人:索尼爱立信移动通讯股份有限公司