[发明专利]具有弹簧预载荷设备的触觉致动器组件

权利要求书

1.一种触觉致动器组件，包括：

触觉致动器，包括

压电材料层，所述压电材料层被配置为沿着平行轴生成应变，所述平行轴平行于所述压电材料层的平面表面，以及

位移转换设备，所述位移转换设备被配置为将压电材料层沿着平行轴的应变转换成触觉致动器沿着垂直轴的扩展或收缩，所述垂直轴垂直于所述压电材料层的平面表面，

其中触觉致动器的扩展或收缩被配置为生成触觉致动器沿着垂直轴的位移；以及

预载荷设备，所述预载荷设备与触觉致动器相邻并且被配置为沿着垂直轴在触觉致动器上生成压缩载荷，所述预载荷设备包括：

壳体，所述壳体具有盖子和与盖子间隔开并平行于盖子延伸的基部，其中所述触觉致动器部署在盖子和基部之间，盖子和基部沿着其垂直轴部署在触觉致动器的相应的相对端处，以及

第一弹簧部件，所述第一弹簧部件部署在所述壳体内，使得第一弹簧部件的第一端耦合到盖子的内表面，并且第一弹簧部件的相对的第二端耦合到触觉致动器的外表面，所述第一弹簧部件被配置为施加力以便沿着垂直轴在触觉致动器上产生压缩载荷。

2.如权利要求1所述的触觉致动器组件，其中触觉致动器的位移转换设备是位移放大设备，所述位移放大设备被配置为将压电材料层由于其应变而沿着平行轴输出的位移转换成触觉致动器沿着垂直轴的更大位移。

3.如权利要求2所述的触觉致动器组件，其中所述触觉致动器的位移放大设备包括杠杆设备，所述杠杆设备被配置为将沿着平行轴的位移转换成沿着垂直轴的更大位移。

4.如权利要求3所述的触觉致动器组件，其中所述触觉致动器的杠杆设备包括部署在压电材料层的相应的相对平面表面上的第一盘和第二盘，其中所述第一盘和所述第二盘中的每个盘形成具有压电材料层的相应平面表面的截头圆锥。

5.如权利要求1所述的触觉致动器组件，其中第一弹簧部件是弹簧柱塞。

6.如权利要求1所述的触觉致动器组件，其中第一弹簧部件包括螺钉和柔性膜部件，所述螺钉被配置为调节柔性膜部件的弹簧力。

7.如权利要求1所述的触觉致动器组件，其中预载荷设备还包括

第二弹簧部件，所述第二弹簧部件部署在所述壳体内，使得第二弹簧部件的第一端耦合到基部的内表面并且第二弹簧部件的相对的第二端耦合到触觉致动器的外表面，所述第一弹簧部件和所述第二弹簧部件被配置为共同施加力，以便沿着垂直轴在触觉致动器上产生压缩载荷。

8.如权利要求7所述的触觉致动器组件，其中第一弹簧部件具有第一弹簧常数并且第二弹簧部件具有第二弹簧常数，所述第一弹簧常数不同于所述第二弹簧常数。

9.如权利要求1所述的触觉致动器组件，其中由预载荷设备的第一弹簧部件和第二弹簧部件生成的、沿着垂直轴的压缩载荷在2N至4N的范围内。

10.如权利要求1所述的触觉致动器组件，其中触觉致动器还包括至少两个电极，所述至少两个电极附接到或嵌入在压电材料层内并且被配置为沿着垂直轴产生电压差，其中所述压电材料层被配置为响应于沿着垂直轴的电压差而沿着平行轴收缩。

11.如权利要求10所述的触觉致动器组件，其中当所述至少两个电极之间的电压差在50V和100V之间时并且当通过预载荷设备将压缩载荷施加到触觉致动器时，所述触觉致动器相对于其中在所述至少两个电极之间没有电压差的基线状态输出沿着垂直轴的位移，其在1μm至15μm的范围内，并且所述触觉致动器组件被配置为输出沿着垂直轴的在2N至10N的范围内的力。

12.如权利要求1所述的触觉致动器组件，其中所述触觉致动器具有第一谐振频率，并且所述触觉致动器组件具有第二谐振频率，所述第二谐振频率不同于所述第一谐振频率，并且所述第二谐振频率经由第一弹簧部件的弹簧常数确定。