[发明专利]冲击增强型介电弹性体振动器

说明书

一种冲击增强型介电弹性体振动器，包括：上下压板以及由外而内对称设置于其间的一对介电弹性体薄膜、一对框架、一对中心板以及一块中心永磁铁，其中：一对框架内正对中心永磁铁的两侧固定设置一对固定磁铁且活动设置一对弹簧挡板，两侧的固定磁铁的极性与中心永磁铁对应的一侧的极性相反。该振动器结构紧凑、质量轻、操作安静、控制方便、响应快、易于小型化，通过施加周期驱动电压控制介电弹性体薄膜振动，并利用磁铁吸引力加速执行质量块，形成往复冲击弹簧挡板的运动，可实现增强的力反馈效果。

技术领域

本发明涉及力反馈技术领域，具体是一种冲击增强型介电弹性体振动器。

背景技术

随着虚拟现实技术的发展，为了提高人机交互体验，需要将游戏数据通过力反馈设备表现出来，这样可以让用户身临其境地体验游戏中的各种效果，例如道路上的颠簸或者转动方向盘感受到的反作用力。其中使用最多的力反馈设备就是振动器，传统的振动器大多采用电动机带动钢缆或齿轮进行力的传动，但他们往往结构复杂，成本高，而且可靠性相对较低，例如钢缆在长时间使用后，会因为受到反复拉扯而伸长，造成灵敏度降低，而且万一钢缆断裂的话，力反馈效果也会失灵；齿轮传动在长期高强度使用后，连续振动时可能出现齿轮打滑，由于相互磨损，在齿轮的“牙”之间的细小的间隙会随着使用时间的增长而变得越来越大。

近些年，新一代力反馈感应技术也相继出现，美国Artificial Muscle公司开发的Vivi Touch技术，使用介电弹性体薄膜振动器阵列，相比传统的电机振动器，介电弹性体振动器更为轻薄和廉价，易于小型化，并可以实现动态调频。介电弹性体作为一种典型的电活性聚合物还具有高能量密度、高机电转换效率、响应速度快、机械输出大、质轻、成本低等优点，因而是一种理想的柔性驱动器材料。

发明内容

本发明针对现有技术存在驱动电压高，输出力小的缺点，提出一种冲击增强型介电弹性体振动器，通过施加周期驱动电压驱动介电弹性体薄膜振动，并利用磁铁吸引力加速执行质量块，形成往复冲击弹簧挡板的运动，实现大的输出力效果。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：上下压板以及由外而内对称设置于其间的一对介电弹性体薄膜、一对框架、一对中心板以及一块中心永磁铁，其中：一对框架内正对中心永磁铁的两侧固定设置一对固定磁铁且活动设置一对弹簧挡板，两侧的固定磁铁的极性与中心永磁铁对应的一侧的极性相反。

所述的弹簧挡板包括：位于一侧固定磁铁和中心永磁铁之间的挡块、该挡块的两端分别设有弹性件以及位于框架内与弹性件相连的固定块。

所述的框架中用于设置固定磁铁以及弹簧挡板的位置设有对应的沟槽，分别用来固定固定磁铁和弹簧挡板中的固定块，该固定块可以在沟槽内调节位置，通过调节固定块在框架的沟槽内的位置来改变挡板与中心永磁铁的距离，进而调节冲击距离和冲击力的大小。

所述的框架与对应侧的压板固定连接，其中一对框架的总厚度与中心永磁铁和一对中心板的总厚度相同。

所述的介电弹性体薄膜粘贴于对应侧的框架上并通过压板压紧固定，该介电弹性体薄膜优选经过预拉伸处理以提高其执行应变。

所述的介电弹性体薄膜由位于中间的弹性体层和涂抹于其两侧的矩形柔性电极层组成，其中：弹性体层材料采用但不限于聚丙烯酸酯、天然橡胶或硅胶，矩形柔性电极层采用但不限于单壁碳纳米管或银纳米线导电液且电极层中设有铝箔胶带分别引出作为供电端子。

所述的弹性件采用但不限于弹簧、薄金属片或其它弹性材料和结构。

所述的中心永磁铁采用但不限于钕铁硼强力磁铁。

所述的固定磁铁采用永磁铁或电磁铁。