(57)【要約】  上側部品、下側部品、永久磁石、電磁石コイル、およびいくつかの実施態様においてはばねスペーサを結合した振動トランスデューサおよびアクチュエータのいくつかの実施態様が開示されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動トランスデューサおよびアクチュエータであって、
上側部品と、
下側部品と、
前記上側部品と前記下側部品との間に配置された永久磁石と、
前記上側部品と前記下側部品との間に配置された電磁石コイルと、
前記上側部品と前記下側部品との間に配置されたばねスペーサであって、前記上側部品と前記下側部品との間の空間内へ、およびそこから外への空気の自由な移動を可能にする少なくとも１つの開口が形成されたばねスペーサと、
を包含し、
それにおいて前記上側部品および前記下側部品は、前記永久磁石によって作られる第１の磁界に起因する引力によって互いに向かって引き寄せられ、
前記上側部品と前記下側部品との間における前記引き寄せが、前記ばねスペーサの圧縮を、前記ばねスペーサの復元力が前記引力と平衡するまで生じさせ、
前記電磁石コイルの付勢が、前記電磁石コイルによって作られる第２の磁界に起因して前記引力の追加または差し引きをもたらし、それぞれ、前記上側部品および前記下側部品を動かして互いに近づけるか、または遠ざけ、それぞれの場合に前記少なくとも１つの開口を通じて前記上側部品と前記下側部品との間の前記空間から空気を吐出させるか、その中に引き込む、
振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項２】
前記永久磁石はレアアース磁石を包含する、請求項１に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項３】
前記レアアース磁石はネオジム磁石を包含する、請求項２に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項４】
前記上側部品および前記下側部品は鉄系金属から形成される、請求項１に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項５】
前記鉄系金属は低炭素鋼である、請求項４に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項６】
前記ばねスペーサは、ゴム、シリコーン、および金属からなるグループから選択された材料から形成される、請求項１に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項７】
前記電磁石は１つまたは複数のワイヤのループを包含する、請求項１に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項８】
前記少なくとも１つの開口は、前記ばねスペーサの周縁に形成された少なくとも１つのノッチを包含する、請求項１に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項９】
振動トランスデューサおよびアクチュエータであって、
第１の部品と、
第２の部品であって、前記第１の部品と前記第２の部品との間の空間内へ、およびそこから外への空気の自由な移動を可能にする少なくとも１つの開口が形成された第２の部品と、
前記第１の部品と前記第２の部品との間に配置された永久磁石と、
前記第１の部品と前記第２の部品との間に配置された電磁石コイルと、
前記第１の部品と前記第２の部品との間に配置されたばねスペーサと、
を包含し、
それにおいて前記第１の部品および前記第２の部品は、前記永久磁石によって作られる第１の磁界に起因する引力によって互いに向かって引き寄せられ、
前記第１の部品と前記第２の部品との間における前記引き寄せが、前記ばねスペーサの圧縮を、前記ばねスペーサの復元力が前記引力と平衡するまで生じさせ、
前記電磁石コイルの付勢が、前記電磁石コイルによって作られる第２の磁界に起因して前記引力の追加または差し引きをもたらし、それぞれ、前記第１の部品および前記第２の部品を動かして互いに近づけるか、または遠ざけ、それぞれの場合に前記少なくとも１つの開口を通じて前記上側部品と前記下側部品との間の前記空間から空気を吐出させるか、その中に引き込む、
振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項１０】
前記永久磁石はレアアース磁石を包含する、請求項９に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項１１】
前記レアアース磁石はネオジム磁石を包含する、請求項１０に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項１２】
前記上側部品および前記下側部品は鉄系金属から形成される、請求項９に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項１３】
前記鉄系金属は低炭素鋼である、請求項１２に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項１４】
前記ばねスペーサは、ゴム、シリコーン、および金属からなるグループから選択された材料から形成される、請求項９に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項１５】
前記電磁石は１つまたは複数のワイヤのループを包含する、請求項９に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの開口は、前記第２の部品の周縁に形成された少なくとも１つのノッチを包含する、請求項９に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの開口は、前記第２の部品に形成された少なくとも１つのチャンネルを包含する、請求項９に記載の振動トランスデューサおよびアクチュエータ。
【請求項１８】
振動トランスデューサおよびアクチュエータを含むデバイスであって、
間にキャビティを画定するトップ表面およびボトム表面と、
前記トップ表面に動作可能に結合される上側部品と、
前記ボトム表面に動作可能に結合される下側部品と、
前記上側部品と前記下側部品との間に配置された永久磁石と、
前記上側部品と前記下側部品との間に配置された電磁石コイルと、
を包含し、
それにおいて前記上側部品および前記下側部品は、前記永久磁石によって作られる第１の磁界に起因する引力によって互いに向かって引き寄せられ、
前記トップ表面および前記ボトム表面が歪んで引力を平衡させ、
前記電磁石コイルの付勢が、前記電磁石コイルによって作られる第２の磁界に起因して前記引力の追加または差し引きをもたらし、それぞれ、前記上側部品および前記下側部品を動かして互いに近づけるか、または遠ざけ、前記トップ表面および前記ボトム表面のうちの少なくとも１つの移動を生じさせる、
デバイス。
【請求項１９】
前記トップ表面および前記ボトム表面は、コンピューティング・デバイスのための筐体の部分を形成する、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記永久磁石はレアアース磁石を包含する、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記レアアース磁石はネオジム磁石を包含する、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記上側部品および前記下側部品は鉄系金属から形成される、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記鉄系金属は低炭素鋼である、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記電磁石は１つまたは複数のワイヤのループを包含する、請求項１８に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対するクロスリファレンス
この出願は、２０１１年１０月１７日に『バイブレーション・トランスデューサ・アンド・アクチュエータ（Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒ）』と題して出願された米国特許仮出願第６１／６２７，６３６号の恩典を主張するものであり、当該出願は、その全体が参照によりこれに援用される。
【０００２】
この開示は、概して電磁デバイスに関し、特に振動トランスデューサおよびアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００３】
電磁振動（またはシェーク）トランスデューサおよびアクチュエータは、ホームシアター設備、携帯電話等のモバイル・デバイス、能動的振動コントロール、能動的ノイズ・コントロール、および多くのそのほかの応用といった多様な応用において使用される。異なる応用は、振動デバイスに異なるパフォーマンス特性およびサイズ制約を求める。この分野ではその種のデバイスのための多くの設計が知られているが、振動デバイスに必要とされる空間を最小にするパッケージから高い振動振幅を呈する振動デバイスの提供には改良のための余地がかなり残されている。ここに現在開示されている実施態様は、この必要性を満たすべく設計されている。
【発明の概要】
【０００４】
ここでは、振動トランスデューサおよびアクチュエータの複数の実施態様を開示する。１つの実施態様においては、上側部品と、下側部品と、上側部品と下側部品との間に配置された永久磁石と、上側部品と下側部品との間に配置された電磁石コイルと、上側部品と下側部品との間に配置されたばねスペーサであって、上側部品と下側部品との間の空間内へ、およびそこから外への空気の自由な移動を可能にする少なくとも１つの開口が形成されたばねスペーサと、を包含する振動トランスデューサおよびアクチュエータが開示され、それにおいて上側部品および下側部品は、永久磁石によって作られる第１の磁界に起因する引力によって互いに向かって引き寄せられ、上側部品と下側部品との間における引き寄せが、ばねスペーサの圧縮を、ばねスペーサの復元力が引力と平衡するまで生じさせ、電磁石コイルの付勢が、電磁石コイルによって作られる第２の磁界に起因して引力の追加または差し引きをもたらし、それぞれ、上側部品および下側部品を動かして互いに近づけるか、または遠ざけ、それぞれの場合に少なくとも１つの開口を通じて上側部品と下側部品との間の空間から空気を吐出させるか、その中に引き込む。
【０００５】
別の実施態様においては、第１の部品と、第２の部品であって、第１の部品と第２の部品との間の空間内へ、およびそこから外への空気の自由な移動を可能にする少なくとも１つの開口が形成された第２の部品と、第１の部品と第２の部品との間に配置された永久磁石と、第１の部品と第２の部品との間に配置された電磁石コイルと、第１の部品と第２の部品との間に配置されたばねスペーサと、を包含する振動トランスデューサおよびアクチュエータが開示され、それにおいて第１の部品および第２の部品は、永久磁石によって作られる第１の磁界に起因する引力によって互いに向かって引き寄せられ、第１の部品と第２の部品との間における引き寄せが、ばねスペーサの圧縮を、ばねスペーサの復元力が引力と平衡するまで生じさせ、電磁石コイルの付勢が、電磁石コイルによって作られる第２の磁界に起因して引力の追加または差し引きをもたらし、それぞれ、第１の部品および第２の部品を動かして互いに近づけるか、または遠ざけ、それぞれの場合に少なくとも１つの開口を通じて上側部品と下側部品との間の空間から空気を吐出させるか、その中に引き込む。
【０００６】
別の実施態様においては、振動トランスデューサおよびアクチュエータを含むデバイスが開示され、当該デバイスは、間にキャビティを画定するトップ表面およびボトム表面と、トップ表面に動作可能に結合される上側部品と、ボトム表面に動作可能に結合される下側部品と、上側部品と下側部品との間に配置された永久磁石と、上側部品と下側部品との間に配置された電磁石コイルと、を包含し、それにおいて上側部品および下側部品は、永久磁石によって作られる第１の磁界に起因する引力によって互いに向かって引き寄せられ、トップ表面およびボトム表面が歪んで引力を平衡させ、電磁石コイルの付勢が、電磁石コイルによって作られる第２の磁界に起因して引力の追加または差し引きをもたらし、それぞれ、上側部品および下側部品を動かして互いに近づけるか、または遠ざけ、トップ表面およびボトム表面のうちの少なくとも１つの移動を生じさせる。
【０００７】
このほかの実施態様も開示される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この開示に従った第１の実施態様の振動デバイスの断面図である。
【図２】この開示に従った第２の実施態様の振動デバイスの断面図である。
【図３】この開示に従った第３の実施態様の振動デバイスの断面図である。
【図４】この開示に従った第４の実施態様の振動デバイスの断面図である。
【図５】この開示に従った第５の実施態様の振動デバイスの断面図である。
【図６】この開示に従った第６の実施態様の振動デバイスの断面図である。
【図７】この開示に従った第７の実施態様の振動デバイスの断面図である。
【図８】この開示に従った、ノッチが形成されたばねスペーサの１つの実施態様の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下においては、本発明の原理の理解を促進する目的で、図面の中に図解された実施態様を参照し、それの説明に具体的な文言を使用する。しかしながら、それによって本発明の範囲を限定するいかなる意図も存在しないことは理解されるものとする。記述された実施態様におけるあらゆる変形およびさらなる修正、およびこの中に述べられているとおりの本発明の原理のさらなる応用は、本発明が関係する分野の当業者が通常に思い浮かべると見られることから、これにおいて企図されている。いくつかの本発明の実施態様が詳細に示されているが、本発明に関係のないいくつかの特徴が明瞭のために示されていないことは関連分野の当業者に明らかであろう。
【００１０】
図１を参照すると、この開示に従った振動デバイスの１つの実施態様が示されている。デバイスは、略図的に断面図で図解されており、当業者には、図中に示された相対的な寸法が変倍を意図したものでないこと、およびサイズにおける多様性が必要な振動パワー、必要なパッケージ・サイズ、およびこれらの類といった異なる応用によって決定づけられることが認識されるであろう。図１の第１の実施態様のデバイスは、上側鉄系部品１、下側鉄系部品３、磁石５、コイル７、およびスペーサばね９を含む。
【００１１】
第１の実施態様においては、磁石５が、任意の好都合な手段によって下側鉄系部品３に取り付けられている。磁石５は、任意の磁束源とすることができ、いくつかの実施態様においてはネオジム（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）レアアース永久磁石を包含する。Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂの結晶構造は、例外的に高い単軸結晶磁気異方性を有し、また高い飽和磁気も有し、したがって大量の磁気エネルギを蓄える可能性を有する。当業者は認識することになろうが、そのほかのタイプの磁石もまた磁石５に使用することができる。いくつかの実施態様においては、上側鉄系部品１および下側鉄系部品３の両方が低炭素鋼またはそのほかの、磁石５および／またはコイル７によって作られる磁界を運ぶが、それを保持しない充分な透磁率の材料から形成される。
【００１２】
図１の実施態様の上側鉄系部品１は、磁石５によって作られ、下側鉄系部品３によって運ばれる磁界によって下側鉄系部品３および磁石５のアッセンブリに引かれるように、当該アッセンブリに近接して配置される。図１の実施態様のスペーサばね９は、上側鉄系部品１を磁石５および下側鉄系部品３から離して維持する。スペーサばね９は、限定的でないわずかな例として挙げれば、ゴム、シリコーン、または金属等の任意の弾力性のある、または弾性材料から形成することができ、上側鉄系部品１および下側鉄系部品３を互いに引く磁石５の磁力によって圧縮され、その結果、スペーサばね９の復元力がその磁気引力と拮抗する大きさとなり、したがってそれら２つの力の間において平衡が維持されてそれ以上のばねスペーサ９の圧縮が生じないようになるまでスペーサばね９が圧縮される。この状態においては、ばねスペーサが圧縮バイアスの下にあり、上側鉄系部品１と下側鉄系部品３との間の力が変化しない限り、それらの間における間隔が維持されることになる。
【００１３】
コイル７は、１つまたは複数のマグネットワイヤ等の導体のループを包含し、そこに電流が流れると磁界が形成される。コイル７は、コイル７に電流が印加されるとき、コイル７によって作られる磁界が磁石５によって作られる磁界と結合し、磁石５によって作られる磁界に追加されるか、またはそれから減じられるかのいずれかとなるように磁石５および磁石５が関係する磁気回路に関して配置される。
【００１４】
コイル７にＡＣ電流が印加されると、コイル７によって作られる磁界が磁石５によって作られる磁界と、コイルを通る電流の方向に応じて加法または減法態様で結合する。結合される２つの磁界の総和は、磁石５のみによって作られる静磁界周りで変動し、下側鉄系部品３への上側鉄系部品１の引きつけは、磁界強度の変動とともに変動する。スペーサばね９は、鉄系部品１、３を互いにさらに近づける加法磁界強度に伴ってさらに圧縮されるが、減法磁界強度を伴うか、またはコイル７の電流が取り除かれると、ばねスペーサ９の復元力が鉄系部品１、３を押して互いに離す。これは、コイル７内の電流の大きさおよび極性に依存する鉄系部品１、３の間におけるコントロール付き可変距離を可能にする。
【００１５】
いくつかの実施態様においては、振動トランスデューサおよびアクチュエータが対象になるが、ほかの実施態様においては軸対称になる。そのほかの実施態様は、そのほかのアレンジメントを示す。
【００１６】
図２〜図７に図解された実施態様は、上で論じた多様な構成要素のそのほかの多くの可能なアレンジメントのうちのいくつかを示しているに過ぎない。図８は、図２〜図５に示されているもの等の環状スペーサばね９のための１つの代替実施態様を示している。図８に図解されているとおりのスペーサばね９を用いると、上側および下側鉄系部品１、３が圧縮されるか、または押し返されるとき、振動トランスデューサおよびアクチュエータ内側の空気圧がそれぞれ増加、および減少されるが、この圧力を均等化してユニットの効率を増加するために、図８のスペーサばね９に形成された開口（図８に図解されているノッチ、または周縁に形成されない場合のチャンネル等）が振動トランスデューサおよびアクチュエータの内部から、および内部への空気流を可能にする。上記の説明から認識されるであろうが、開口は任意の望ましい形状で作ることができ、単一の開口から複数の開口まで任意の望ましい数で提供できる。代替として、またはそれに加えて、上側および下側鉄系部品１、３のいずれかまたは両方に少なくとも１つの開口またはチャンネル１１（図３に示されるとおり）を、鉄系部品１、３が圧縮されるか、または押し返されるときに空気が均等化されるべく提供できる。上記の説明から認識されることになろうが、図３に示されているとおり鉄系部品１および／または３のいずれかの周縁にチャンネル１１を形成することもでき、あるいは鉄系部品１および／または３の別の場所にチャンネル１１を形成することもできる。
【００１７】
この中に開示されている振動トランスデューサおよびアクチュエータの実施態様の用途の例として、２つの鉄系部品１、３のうちの１つをパネルに取り付け、それによって他方の鉄系部品を、コイル７への電流の印加と調和してパネルに作用する慣性質量として使用できる。これは、容器の内部の材料をシェークするため、パネルを使用して空気を動かし、スピーカとして作用させるため、またはそのほかの望ましい目的のためといった任意の望ましい目的のために振動態様でパネルの動きを電流によりコントロールすることを可能にする。それに加えて、隣接する固体表面に各鉄系部品１、３を取り付け、それらの固体表面の間の距離をコイル７に印加される電流によってコントロールすることができる。
【００１８】
いくつかの実施態様においては、図７に示されているようにスペーサばね９を取り除くことができる。それらの実施態様においては、離隔およびばね機能を、上側鉄系部品１および下側鉄系部品３がそれぞれ取り付けられる２つの外部の機械的な構成要素の相対的な位置によって供給できる。コイル７への電流の印加は、２つの構成要素の間における相対的な距離をコントロールするべく作用する。非限定的な例として述べるが、２つの機械的な構成要素は、この振動トランスデューサおよびアクチュエータが中に取り付けられるラップトップ・コンピュータのケース内キャビティのトップ表面およびボトム表面を構成することができる。コイル７への電流の印加は、したがって、ケース内において振動力を作り出すため、たとえばコンピュータによって作り出される可聴音の増強のために使用できる。多くのこのほかの類似した取り付けも可能であり、上記の実施態様の観点から当業者はそれを認識するであろう。
【００１９】
以上、図面および記述の中で本発明を詳細に図解し、説明してきたが、それらはその役目において例証となるものであって、限定として考えられるものではなく、好ましい実施態様のみが示され、かつ説明されており、本発明の真意に含まれるあらゆる変更および修正の保護が望まれることは理解されるものとする。これも企図とされているが、この例の中で具体化されている構造および特徴は、変更、再配置、置換、削除、複製結合、または追加が互いに可能である。なお、『その』または数を示さない表現は、唯一であることに必ずしも限定されず、むしろ複数のその種の要素を随意的に含む制限のない包括的な表現である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014530104.tif 000009
【図８】
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【国際調査報告】
2014530104.tif 000011