致动器制造技术

本发明专利技术涉及一种制作包括多个力元件的致动器的方法和根据该方法制作的致动器。该方法包括：提供用于将来自各力元件的力耦合到负载的耦合器；计算用于每个力元件的传递函数，其中传递函数允许预测提供给负载的力；确定误差泛函，其指示在预测的力中的任何不期望的下陷；计算最小化误差泛函的各力元件的参数；以及将具有计算的参数的各力元件耦合到耦合器，以制作致动器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及致动器，包括平面运动线圈致动器或压电致动器，更具体地但不是唯一地涉及在其操作频率范围内具有一个或多个模态谐振的致动器。
技术介绍
在W001/54450中讨论了采用在弯曲中谐振的板状压电构件的模态致动器。图Ia 示出了已知的模态运动线圈致动器10，该模态运动线圈致动器10关于它的中心轴对称，并且通过耦合器14安装到圆形面板膜片12。致动器包括磁体组件和音圈组件，并且类似于未决UK申请0617551. 7中描述的致动器。磁体组件包括四对共轴安装的环状磁体16、18、20、22和一对低碳钢杯板(cup plate) 24,26.每对磁体包括安装到上杯板M的上环状磁体和安装到下杯板沈的下环状磁体。每对中的上和下环状磁体通过环形平面气隙分开，将线圈组件安装到该环形平面气隙中。线圈组件包括印刷在自支持环形平面基底观上的三个音圈30、32、34。每个音圈施加力(分别为A、B或C)到基底。沿着其内边缘，基底观夹在上和下杯板MJ6之间。 因为致动器有惯性，所以在幅度上等于三个力A、B和C的和的相反的力必须在该内边缘施加到磁体组件。在外边缘，基底附接到耦合器14，并且将致动器耦合到膜片，从而将来自致动器的功率传递到膜片。因为基底不是理想地刚性的，所以这样的模态致动器展现其中几乎没有力传输给负载的次级或反谐振(anti-resonance)。相应地，通过这样的致动器提供的力随着频率变化，从而具有力的零点(null)。例如，图Ib示出力随着在图Ia中的耦合器可用的频率的变化。由于基底的反谐振导致在6. 5kHz存在特性下陷，响应远不令人满意。在响应中还存在峰值，但是已知这些峰值可以通过增加阻尼被最小化。本专利技术的目的是改进用于任何致动器(特别是模态换能器)的力的传递。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种制作包括多个力元件的致动器的方法，该方法包括提供用于将来自力元件的力耦合到负载的耦合器；计算用于每个力元件的传递函数，其中传递函数允许预测提供给负载的力；确定误差泛函，其指示预测的力中任何不期望的下陷；计算最小化误差泛函的力元件的参数；以及将具有计算的参数的力元件耦合到耦合器，以制作致动器。如上所述，反谐振是谐振元件的次要谐振，在此几乎没有力传输到负载，因此在这些模式的频率处存在由致动器提供的力中的下陷或零点。通过减少这些模式的激励，力随着频率的变化减少，并且基本上更一致的力可以传递到负载。如果该负载是扬声器膜片，则与其中没有处理驱动致动器的零点的扬声器相比，得到的扬声器具有改进的效率和响应一致性。在结构上实现本专利技术的结果，而不需要之前已经提出用于处理该问题的、复杂和昂贵的反馈系统。传递函数是施加的力对于耦合到要由致动器驱动的负载的力的趋势的表示。传递函数可以通过测量、通过数值分析(如有限元分析)、或通过系统行为的数学表达式的知识直接获得。在由致动器驱动的负载处的合力可以从传递函数计算。误差函数可以提供从力分布的参数导出的误差平方和响应。力元件的参数可以包括它们在耦合器上的位置和每个力元件施加的力。耦合器可以是谐振元件的形式，该谐振元件具有操作频率中的多个谐振弯曲波模式，该操作频率包括具有指示至少一个反谐振的存在的误差泛函的至少一个反谐振。力元件可以位于谐振元件的至少一个反谐振的节点线处或附近。以该方式，至少最小化或者甚至可以防止至少一个反谐振的激励。谐振元件以及因此致动器自身优选不辐射。力元件可以在抑制谐振元件的第二和第三模式的至少一个的位置上，耦合到谐振元件。例如，可以在第三模式的节点线上将第一和第二力元件耦合到谐振元件，并且可以在第二模式的节点线上将第三力元件耦合到谐振元件。谐振元件可以是横梁、盘或环形板的形式。对于环形板，力元件可以在沿着谐振元件半径的相对位置0. 43,0. 56和0. 69处。谐振元件可以在一端/边被夹住或支持，并且在相对端/边被夹到或支持到负载。谐振元件的边界条件在确定传递函数时是重要的。例如，对于至少一端夹住条件，这样的致动器可以工作下到dc (直流)。这样的致动器可以提供用于在谐振元件的范围内力的分布的最优解决方案，以便最大化在驱动端传递的力，并且最小化谐振元件自身的弯曲。每个力元件施加的力可以不同，从而到负载的和输出趋于随着频率单调，S卩，力是相同幅度，在频率响应中没有零点。致动器还可以包括耦合器，其将作用在谐振元件上的力求和，并且将和力传送到要驱动的负载。对于环形或圆形谐振元件，每个力元件施加的力可以与它们关联节点的半径成比例。例如，对于具有三个力元件的致动器，每个元件施加的力的相对值可以是0.646、0.732和0.215。该作用在谐振元件上的力的分布的修整(位置和 /或力量中)可以增加致动器的可使用带宽。根据本专利技术另一方面，提供了一种根据上述详细描述的方法制作的电磁致动器。 该电磁致动器可以包括具有多个磁体的磁体组件和具有多个音圈的音圈组件，该多个音圈支持在耦合器上，并且与磁体协作以形成力元件。该耦合器可以为圆形或环形，并且音圈可以同心地安装在耦合器上。对于谐振元件形式的耦合器，音圈在基底上的位置可以使得不驱动谐振元件的第二和第三模式的至少一个。致动器可以包括三个音圈，其中内部和外部音圈位于第三模式的节点线上，并且中间音圈位于第二模式的节点线上。音圈可以沿着谐振元件的半径在相对位置0. 43,0. 56和0. 69安装。如上所述，每个力的幅度优选求和以给出正确的净力。对于具有三个音圈的致动器，内部音圈施加的力可设为适当的可用值，并且内部和外部力设为平衡求和输出力。外部力可以小于内部力。例如，力可以为对外部音圈0.05N、对中心音圈0. 17N和对内部音圈 0. 15N。磁体组件可以进一步包括一对极靴(pole piece)。磁体可以是环形磁体，其可以围绕致动器的中心轴共轴地安装。磁体可以具有梯形截面，并且梯形的长平行边可以安装到一个极靴。耦合器可以是如其上印刷音圈的印刷电路板的基底。印刷电路板还可以携带另外的电子设备。根据本专利技术的另一方面，提供了一种使用上述方法制作的压电致动器。该压电致动器可以包括形成力元件的多个电极。每个电极可以施加不同的力或权重给谐振元件。对于压电致动器，力元件的参数可以另外包括各电极之间的划分点和电极的数量。该致动器可以是具有单层压电材料的单压电晶片。通过使用图案形成 (patterning)移除压电材料，可以在单层压电材料中限定多个电极。可替代地，通过施加不同电压给压电层的不同区域，可以限定多个电极。压电致动器可以包括三个电极，每个具有0. 8、0和-0. 6的权重。耦合器可以为横梁的形式，并且可以在一边被夹住，并且在相对边被夹到负载。耦合器可以为夹在两个压电层之间的中心叶片(vane)形式，其中每个压电层包括形成力元件的至少两个电极。因此，根据本专利技术的另一方面，提供了一种单压电晶片致动器，包括夹在两个压电层之间的中心叶片，其中每个压电层包括形成上述致动器的力元件的至少两个电极。至少两个电极的参数可以包括各电极之间的(各)划分位置和施加到每个电极的电压。电压可以只施加到每层中的一个电极，或者相等并相反的电压可以施加到相邻电极。通过在压电层的归一化长度的0. 471设置两个电极之间的划分，并且只施加电压到每层中的一个电极，可以抑制来自第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：NJ哈里斯，
申请(专利权)人：新型转换器有限公司，
类型：发明
国别省市：