[发明专利]致动器

说明书

技术领域

本发明涉及致动器，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。

背景技术

在WO01/54450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1a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24的上环状磁体和安装到下杯板26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28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28夹在上和下杯板24、26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1b示出力随着在图1a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。

本发明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。

发明内容

根据本发明，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。在结构上实现本发明的结果，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。