具体实施方式

参照图1，移动设备100包括设备机架102和触摸显示面板104，触摸显示面板104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和机械耦合到面板104的背表面的致动器110组成的面板音频扬声器。移动设备(例如，智能电话)100以各种方式与用户交互，包括通过显示图像、经由触摸面板显示器104接收触摸输入以及产生音频和触觉输出。通常，作为面板音频扬声器的一部分，振动面板产生人可听见的声波，例如在20Hz至20kHz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。

通常，类似移动设备100的移动设备的深度(沿z轴)约为10毫米或更小，宽度(沿x轴)为60毫米至80毫米(例如68毫米至72mm)，高度(沿y轴)为100mm至160mm(例如138mm至144mm)。因此，期望用于驱动面板104的紧凑且有效率的致动器，例如上述的致动器。

参照图2，其示出了移动设备100的横截面，设备机架102(具有后板201和侧壁202)和显示面板104一起形成了包围，其用于容纳包括致动器110、电池230和电子控制模块220的移动设备100的部件。

下面描述致动器110的实施例。通常，致动器110的尺寸设置成适合在移动设备100中容纳的其他部件所约束的体积内，该其他部件包括电子控制模块220和电池230。电子控制模块220向致动器110提供控制信号，从而使其产生音频和/或触觉输出。

参照图3，适用于移动设备100的示例性移动磁体致动器是致动器300，其包括成形为薄盘的永磁体320和线圈340。线圈340包括缠绕在线圈中并连接至致动器耦合板350的线圈绕组，当完全组装时，线圈绕组被附接到面板音频扬声器的面板301。磁体320被容纳在由软磁性背板311(例如，铁质板)组成的杯体310和由磁性部分322和软磁性盖312组成的侧壁中。磁体320被夹在杯体310的基座311和软磁顶板330或极靴之间。杯体310经由弹簧元件370附接到框架360，该框架360附接到致动器耦合板350。弹簧元件370相对于线圈340悬挂杯体310、磁体320和顶板330。在杯体310和磁体320和顶板330的侧壁之间存在气隙。线圈340位于气隙中。

通常，致动器300的包括线圈340、磁体320和杯体310的部件可以关于轴线连续旋转对称(即，圆柱形)，或者可以具有关于轴线的离散或非旋转的对称性。例如，具有离散的旋转对称性的致动器部件可以在与轴正交的平面上具有正方形、矩形或其他多边形的覆盖区。这样的形状可以具有尖锐的、倒角的(beveled)或倒圆角(filleted)的角。

图3中所示的致动器可以是紧凑的。例如，致动器在轴向上的厚度可以在几毫米的数量级上，例如，10mm或更小、8mm或更小、5mm或更小、4mm或更小、3mm或更小、2毫米或更小。因此，在某些实施例中，线圈340可以具有大约2-6mm的轴向长度，其中，线圈的大约一半的长度位于磁体组件的气隙中，并且大约一半突出于该气隙。致动器300的横向尺寸也可以相对较小。例如，外部轴向磁化磁体可以具有20mm或更小(例如15mm或更小、12mm或更小、10mm或更小、8mm或更小、7mm或更小、6mm或更小、5mm或更小)的横向直径(即，与对称轴正交的直径)。

通常，磁体可由能够永久磁化的材料形成，例如稀土磁体材料。示例性材料包括钕铁硼、钐钴、钡铁氧体和锶铁氧体。

软磁极靴和杯体的杯体部分可以由一种或多种材料形成，该一种或多种材料在存在外部磁场的情况下易于磁化，并且在去除外部磁场时被消磁。通常，这种材料具有高磁导率。例子包括高碳钢和钒钛。因此，软磁板和磁轭用于引导来自轴向磁化磁体的磁通线穿过气隙。

磁体320通常被轴向磁化。换句话说，永磁体的磁极沿轴向排列。当将线圈通电时，它会产生与永磁体磁场相互作用的磁场，从而使磁杯体、磁体和顶板相对于线圈轴向位移。磁体322例如可以被轴向或径向磁化。

参照图4，线圈340由一段螺旋形地缠绕以形成弹簧的导电线(例如，铜线)组成。如横截面中所示，各个绕组401并排布置，但是通常，每个绕组在轴向上延伸一小段距离，使得随后的绕组相对于先前的绕组轴向位移。导线具有足够的机械刚度，使得线圈可以自支撑(例如，它不需要包括线圈架或其他支撑件即可保持其形状)。线圈340在一端例如使用粘合剂附接到板350的表面。往返于线圈的电导线可以附接到面板350，从而允许对线圈的电接触。

线圈340由具有不同绕组密度的两个区域组成。绕组密度是指每单位距离的线圈匝数。对应于在气隙和板350之间延伸的线圈的一部分的第一区域410是低绕组密度区域，而延伸到气隙中的区域420是高绕组密度区域。在此，“高”和“低”密度是相对于线圈的平均绕组密度，该平均绕组密度是绕组的总数除以线圈的长度。尽管第一区域410被描绘为由单个绕组层构成，而第二区域420被描绘为由双层绕组构成，但是通常，任何一个区域都可以具有单个或多个绕组层。此外，相邻的绕组不必如图所示并排接触布置。更一般地，线圈可包括彼此堆叠和/或彼此间分开的相邻绕组。

通常，第一区域和第二区域的相对绕组密度可以根据磁场强度和驱动致动器所需的相应电流负载而变化。在一些实施例中，第一区域410可具有与平均绕组密度相比为75％或更小的最小绕组密度(例如，60％或更小、50％或更小、40％或更小、30％或更小、20％或更少)。在某些实施例中，第二区域420可具有与平均绕组密度相比的125％或更高的最大绕组密度(例如，140％或更高、150％或更高、160％或更高、170％或更高、180％或更高、190％或更高、200％或更高)。

通常，区域410和区域420的相对轴向长度可以变化。如图4所示，这些区域可以具有近似相等的轴向长度。替选地，取决于致动器的设计，区域410可以比区域420更长或更短。在一些实施例中，每个区域的轴向长度在大约0.5mm至大约3mm的范围内。

不希望受理论的束缚，据信通过在磁体组件的磁场集中的区域中(例如，在气隙内)使用具有较高绕组密度的线圈，与绕组密度均匀的线圈相比，可以获得来自致动器的更大的推力(shove)(即力)。此处，“推力”是指值Bl²/R，其中B是来自线圈上磁体组件的磁场强度，l是磁场中线圈绕线的长度，R是线圈的电阻。因此，通过在磁场集中的区域中使用具有高绕组密度的线圈，而在磁场不集中的区域中使用低绕组密度的线圈，与具有均匀的高绕组密度的线圈相比，可以维持Bl，同时减小R。与具有均匀绕组密度的线圈相比，结果是更大的推力。

此外，在具有绕组适当分布的情况下，低绕组密度区域在结合到面板上时会产生额外的共振模式。该模式是耦合振荡器的结果，其是由面板区域中线圈的顺从性增强所导致的。具体地，耦合的振荡器是由通过更顺从的“类弹簧的”低绕组密度区域耦合的、高绕组密度区域中的线圈质量和的面板的质量形成。

该共振的频率可以被调谐为在音频频带内(例如，5kHz–20kHz)，从而产生增加的高频输出。通常，可以通过适当地选择由低绕组密度区域提供的弹簧的刚度和高绕组密度区域的质量来调节该共振的精确频率。可以通过振荡器的仿真或物理实验，或同时通过这两种方法，经验地进行调谐。在一些实施例中，该系统可以被设计成提供例如在从8kHz-10kHz、10kHz-12kHz、12kHz-15kHz或15kHz-20kHz范围内的共振。

低绕组密度区域在垂直于其轴线的平面中的线圈顺应性可导致在来自侧面的跌落冲击下线圈的变形增加，例如，降低了与面板的结合断脱的可能性。因此，包含低绕组密度区域可以提高致动器的机械强度。

尽管前述致动器的特征在于线圈是独立式的(free standing)(例如，不受诸如线圈架之类的其他结构支撑)，但是其他实施方式也是可能的。例如，参考图5，在一些实施例中，线圈340的低绕组密度区域410可以由盖510支撑。盖510是附接到板350或集成到板350中的圆柱形元件，其为线圈340的低绕组密度区域410提供机械支撑。盖510可以由具有比线圈的区域410更高的刚度的材料形成。在一些实施例中，例如，盖510由聚酰亚胺(或其他聚合物)或铝(或其他金属)形成。

线圈的形状因子意味着可以将盖放置在线圈的端部并沿着线圈薄的侧面延伸，从而实现了与盖的良好结合以及将线圈附接到面板音频对象的可靠方式。在图5中，组合的低绕组密度区域410和盖510的径向厚度被示出为T_A，而高绕组密度区域420的径向厚度被示出为T_B。如图所示，T_A＝T_B，但是T_A和T_B可以不同。通常，在T_A小于或等于T_B的情况下，与高绕组密度区域420中的线圈厚度相比，可以在不增加线圈总宽度的情况下实现由盖510提供的附加刚度。

虽然盖510被示为具有沿其轴向长度具有均匀厚度的壁，但是其他形状因子也是可能的。例如，在一些实施例中，盖可包括凸缘，以在一端处提供较大的表面积以结合至板350。

其他变体也是可能的。例如，参考图6，在一些实施例中，线圈640包括仅与线圈的低绕组密度区域620部分共同延伸的盖610。此外，高绕组密度区域可以包括不同绕组密度的子区域。例如，区域630具有子区域631，该子区域631具有比子区域632更高的绕组密度。类似地，区域620中的绕组密度可以沿其轴向长度变化。

此外，尽管前述示例的特征在于线圈具有两个不同绕组密度的区域，但是更一般地，线圈可以具有两个以上区域。例如，线圈可以具有高绕组密度的多个区域，其被低绕组密度的区域分开。

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移动电话的一个或多个传感器和/或信号接收器的输入，处理输入，并生成和传递引起致动器(例如致动器110或致动器300)提供合适的触觉响应的信号波形。参考图7，诸如移动电话100之类的移动设备的示例性电子控制模块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和网络/通信模块760。这些部件彼此电连通(例如，经由信号总线702)，并且与致动器110电连通。

处理器710可以被实现为能够处理、接收或发送数据或指令的任何电子设备。例如，处理器710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。

存储器720具有存储在其上的各种指令、计算机程序或其他数据。指令或计算机程序可以被配置为执行关于移动设备描述的操作或功能中的一个或多个。例如，指令可以被配置为经由显示驱动器730、信号发生器740、I/O模块750的一个或多个部件、经由网络/通信模块760可访问的一个或多个通信信道、一个或多个传感器(例如，生物传感器、温度传感器、加速度计、光学传感器、气压传感器和湿度传感器等)和/或致动器110来控制或协调设备的显示器的操作。

信号发生器740被配置为产生适合于致动器110的、具有变化的幅度、频率和/或脉冲轮廓的AC波形，并且经由致动器产生声音和/或触觉响应。尽管被描绘为单独的部件，但是在一些实施例中，信号发生器740可以是处理器710的一部分。在一些实施例中，信号发生器740可以包括放大器，例如，作为其整体或单独的部件。

存储器720可以存储可以被移动设备使用的电子数据。例如，存储器720可以存储电数据或内容，例如音频和视频文件、文档和应用、设备设置和用户偏好、用于各种模块的定时和控制信号或数据以及数据结构或数据库的数据等等。存储器720还可以存储用于重新创建各种类型的波形的指令，这些指令可以被信号发生器740用来产生用于致动器110的信号。存储器720可以是任何类型的存储器，例如，随机存取存储器、只读存储器、闪存、可移动存储器或其他类型的存储元件或此类设备的组合。

如上所述，电子控制模块700可以包括在图7中表示为I/O模块750的各种输入和输出部件。虽然在图7中将I/O模块750的部件表示为单个项，但是移动设备可以包括许多不同的输入部件，包括按钮、麦克风、开关和用于接受用户输入的拨盘。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。

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。在某些情况下，这些部件可能会为与显示器上显示的提示或用户界面对象相对应的专用输入产生或提供反馈。

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一个或多个无线接口，该无线接口提供处理器710与外部设备或其他电子设备之间的通信。通常，通信信道可以被配置为发送和接收可以由处理器710上执行的指令解释的数据和/或信号。在一些情况下，外部设备是被配置为与其他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，并且可以被配置为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。

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、平板电脑或计算机等)之间的无线通信信道。在某些情况下，可以将输出、音频输出、触觉输出或视觉显示元素直接传输到另一个设备以进行输出。例如，可听见的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可以被配置为接收在另一设备上提供的输入以控制移动设备。例如，听觉警报、视觉通知或触觉警报(或用于其的指令)可以从外部设备传输到移动设备以进行呈现。

尽管上述面板音频扬声器被结合到移动电话中，但是更一般地，本文公开的致动器技术可以在其他面板音频系统中使用，例如被设计为提供声音和/或触觉反馈的其他面板音频系统。通常，面板可以是例如基于OLED或LCD技术的显示系统。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，例如智能眼镜)的一部分。

此外，尽管上述示例具有惯性系统，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下来，但是其他布置也是可能的。例如，本文所述的线圈可以用于例如通过到框架的刚性附接而将磁体组件机械接地的致动器中。

公开了多个实施例。其他实施例在所附权利要求书中。