Устройство изменения поверхности электронного устройства с применением электромагнитных элементов Российский патент 2021 года по МПК G06F3/46 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Устройство относится к электротехническим средствам изменяющих форму поверхности портативных средств или их частей с целями визуального и (или) тактильного информирования (например, планшетные компьютеры, периферийные компьютерные устройства, кнопки и др.), изменения свойств поверхности предмета или с целью механического воздействия на пользователя или объект использования предмета (медицинские массажные устройства, устройства информирования опасной ситуации за рулём и др.).

Уровень техники

Известны устройства с изменяющейся формой поверхности применяемые с целью передачи на этой поверхности информации в виде шрифта Брайля, использующие в качестве исполнительного органа для отображения информации на поверхности выдвигающиеся стержни (патент RU 2653234, дата приоритета 05.12.2016; RU 2355017, дата приоритета 10.10.2003).

Существенным недостатком данных решений является повышенная энергозатратность механизма действия устройства, что связано с потерями на преодоление сил трения между движущимися элементами устройства. Также к недостаткам устройства относится шум и вибрации вызванные работой механизмов привода движущихся стержней.

Также известно устройство использующее в качестве исполнительного органа на поверхности с изменяющейся формой жидкие или газообразные вещества (а также воски, гели и прочие полимеры с температурой плавления менее 100°С) приводимые в движение за счёт своего расширения и нагрева источником электромагнитного или инфракрасного излучения (патент US 9157551, дата приоритета 04.11.2013).

Существенным недостатком данного технического решения являются нагрев устройства в целом, что связано с естественным нагревом основных исполнительных органов, а также источников электромагнитного излучения. К элементам устройства предъявляются повышенные требования к герметичности в связи с возможностью утечки газов и жидкостей применяемых в качестве основных исполнительных органов.

Известен тактильный привод с подвижной спиралью применяемый в электронных устройствах, передача тактильных воздействий в котором осуществляется путём перемещения подвижного массивного тела соединенного с электромагнитной катушкой прикрепленными к корпусу устройства упругими проводящими элементами относительно другой электромагнитной катушки прикрепленной к корпусу устройства (патент US 10032550, дата приоритета 30.03.2017).

Таким образом тактильный сигнал пользователю устройства передаётся путём вибраций тактильного привода передающиеся на корпус электронного устройства. Недостатком данного технического решения является невозможность передачи тактильных сигналов путём изменения формы корпуса электронного устройства.

Технический результат изобретения

Техническим результатом данного изобретения служит повышение тактильного воздействия, интерактивности и качества обратной связи от использования различного рода устройств за счёт не только цветовых, световых, вибрационных воздействий на пользователя, но и за счёт изменения формы поверхности эти устройств. К таким устройствам относятся экрана мобильных устройств, кнопки и рычаги управления механическими или электронными устройствами, массажные средства.

Сущность изобретения

Варианты осуществления изобретения.

Устройство на Фиг. 1, которое выполнено из корпуса (1). Часть поверхности указанного корпуса покрыта эластичным материалом (2). Внутри корпуса или между ним и поверхностью эластичного материала к корпусу прикреплен по меньшей мере один электрический элемент, в виде электромагнита (3). Между корпусом и эластичным материалом также расположен по меньшей мере один электрический элемент, в виде электромагнита (4), который может двигаться относительно первого магнита. Взаимодействие указанных магнитов осуществляется через управляющий программируемый контроллер присоединенный к данным электромагнитам, выполненный с возможностью создания электромагнитного поля между магнитами таким образом, что неприкрепленный к корпусу магнит двигался относительно закрепленного магнита. В результате взаимодействия электромагнитных полей происходит механическое воздействие магнита на поверхность из эластичного материала, тем самым меняя форму поверхности устройства на Фиг. 2. Работа контроллера может связана с системой обратной связи и элементами устройства, в котором используется изобретение.

Устройство на Фиг. 3, может выполнено таким образом, что электрические элементы могут быть выполнены в виде катушки индуктивности винтовой, спиральной, винтоспиральной формы, в форме бифилярной катушки Теслы и др. При этом возможно исполнение электромагнита (4) может быть таким образом, что форма электромагнитов будет меняться вместе с формой поверхности из эластичного материала (2), в случае воздействия на неё изнутри или снаружи. В результате взаимодействия электромагнитных полей происходит механическое воздействие магнита на поверхность из эластичного материала, тем самым меняя форму поверхности устройства на Фиг. 4. На Фиг. 5 и Фиг. 6 изображен вид устройства с магнитом в виде бифилярной катушки Теслы. Работа контроллера может связана с системой обратной связи и элементами устройства, в котором используется изобретение.

Устройство на Фиг. 5 и Фиг. 6 может быть выполнено таким образом, что либо закрепленный к корпусу (1) электрический элемент (2), либо движущийся электрический элемент (4) выполнены в виде постоянного магнита, в том числе магнитопластов, ферритовых магнитов, Редкоземельных магнитов и из сплавов металлов и их комбинаций. В таком случае другой из этих электрических элементов должен быть выполнен в виде электромагнита или электрической катушки. Взаимодействие указанных элементов осуществляется через управляющий программируемый контроллер присоединенный к электромагниту или электрической катушке, выполненный с возможностью создания электромагнитного поля между магнитами таким образом, что неприкрепленный к корпусу элемент двигался относительно закрепленного элемента. В результате взаимодействия электромагнитного и магнитного полей происходит механическое воздействие подвижного электрического элемента (4) на поверхность из эластичного материала (2), тем самым меняя форму поверхности устройства на Фиг. 7 и 8. Работа контроллера может связана с системой обратной связи и элементами устройства, в котором используется изобретение.

Устройство на Фиг. 5 и Фиг. 6 может быть выполнено таким образом, что либо закрепленный к корпусу (1) электрический элемент (3), либо движущийся электрический элемент (4) выполнены в виде по меньшей мере одной пластины с положительным или отрицательным зарядом. В таком случае другой элемент из этих двух элементов должен быть выполнен в виде проводника или катушки индуктивности с переменным электрическим током. Электрический ток и заряд пластины регулируются управляющим программируемым контроллером. В результате, воздействия электромагнитного поля переменного электрического тока в проводнике или в катушке индуктивности происходит воздействие подвижного элемента (4) на эластичный материал (2) устройства, в результате чего меняется форма его поверхности на Фиг. 7 и 8. Работа контроллера может связана с системой обратной связи и элементами устройства, в котором используется изобретение.

Устройство на Фиг. 5 и Фиг. 6 может быть выполнено таким образом, что закрепленные к корпусу (1) по меньшей мере один электрический элемент (3) и по меньшей мере один подвижный электрический элемент (4) выполнены в виде заряжаемых пластин. Заряд пластин регулируются управляющим программируемым контроллером. В результате наличия заряда одного знака или различного знаков пластины отталкиваются или притягиваются соответственно, в результате чего меняется форма поверхности из эластичного материала устройства на Фиг. 7 и 8. Работа контроллера может связана с системой обратной связи и элементами устройства, в котором используется изобретение.

Устройство на Фиг. 5 и Фиг. 6 может быть выполнено таким образом, что закрепленные к корпусу (1) по меньшей мере один электрический элемент (3) и по меньшей мере один подвижный электрический элемент (4) выполнены в виде проводящих ток элементов, таким образом, что токи могут идти сонаправленно или разнонаправленно, в результате согласно закону Ампера подвижный элемент (4) может отталкиваться или притягиваться относительно неподвижного элемента (3) тем самым изменяя поверхность устройства из эластичного материала (2), в результате чего меняется форма поверхности устройства на Фиг. 7 и 8. Ток в проводниках регулируются управляющим программируемым контроллером. Работа контроллера может связана с системой обратной связи и элементами устройства, в котором используется изобретение.

Устройство на Фиг. 5 и Фиг. 6 может быть выполнено таким образом, что закрепленный к корпусу (1) по меньшей мере один электрический элемент (3) и по меньшей мере один подвижный элемент (4) выполнены из постоянных магнитов из электропроводящих материалов и являются элементами электрической цепи. В результате прохождения электрического тока через магниты таким образом, что ток проходит под углом к оси на которой лежат полюса магнитов согласно закону Ампера усиливает или ослабляет магнитное взаимодействие между магнитами (3 и 4) в зависимости от направления силы тока. В результате действия сил, подвижный магнит (4) будет воздействовать на поверхность из эластичного материала (2) изменяя форма поверхности устройства на Фиг. 7 и 8. Ток регулируются управляющим программируемым контроллером. Работа контроллера может связана с системой обратной связи и элементами устройства, в котором используется изобретение.

Управляемые программируемыми контролерами и имея достаточное множество таких устройств возможно создание изображения в форме текста из шрифта Брайля и иных шрифтов или объёмных изображений Фиг. 9, Фиг. 10. Кроме того, свойства устройства возможно использовать для тактильного сигнализирования пользователю устройства.

Согласно Фиг. 5, Фиг. 6, Фиг. 7 и Фиг. 8 в целях повышения обратной связи и интерактивности устройства возможно исполнение эластичного материала, являющейся по сути эластичной поверхностью (2) устройства, в виде эластичной поверхности с технологией сенсора касания (резистивного, матричного, поверхностно-ёмкостного, проекционно-ёмкостного, Тензометрического, а также работающего на основе дисперсионного сигнала или поверхностно-акустических волн и другого) , посредством которой происходит приём информации о касании устройства его пользователем и дальнейшая передача сигналов на управляющий программируемый контроллер(5), который в свою очередь инициирует сигналы на электрические элементы устройства.

Согласно Фиг. 5, Фиг. 6, Фиг. 7 и Фиг. 8 в целях повышения обратной связи и интерактивности устройства возможно исполнение эластичного материала (2), являющейся по сути эластичной поверхностью устройства, в виде гибкого дисплея, изготовленного по технологии гибкой бумаги на электронных чернилах или по технологии органических светодиодов или технологии жидкокристаллических дисплеев на квантово-точечных светодиодах или на основе других технологий гибких видеодисплеев.

Фиг. 11 представляет собой упрощенную блок-схему, показывающую взаимосвязь компонентов устройства обратной связи в соответствии с одним из вариантов осуществления. В этом примере система тактильной обратной связи включает в себя программируемый контроллер(101), исполнительный механизм (102), выполненный в виде описываемого в данной заявке устройства, и датчик обратной связи. В роли датчика обратной связи (103), может выступать сенсорный экран или датчик электромагнитной индукции, показывающий изменение или возникновение ЭДС в следствии перемещения подвижного электрического элемента устройства от воздействия на неё через нажатие на поверхность, выполненной из эластичного материала. Указанный датчик может быть частью контроллера (1).

В различных вариантах осуществления контроллер (101) принимает инструкции для приведения в действие привода (102) для формирования тактильного вывода из одного или более компонентов электронного устройства. Как правило, сигнал возбуждения представляет собой сигнал напряжения, который соответствует конкретному тактильному выводу, который может генерироваться контроллером (102).

Фиг. 12 представляет собой упрощенную блок-схему, показывающую примеры операций управляющего контролера, такие как описанные в настоящей заявке. Блок схема-реализации включает в себя этап 111, в которой контроллер принимает команду для обеспечения тактильной обратной связи, например, используя сенсорный датчик касания или датчик электромагнитной индукции, показывающий изменение или возникновение ЭДС в следствии перемещения электрического элемента от воздействия на него через нажатие на поверхность. Затем, на этапе 112, контроллер посылает сигнал на исполнительный механизм (например, электромагниты), который заставляет перемещаться подвижный электрический элемент и изменить форму поверхности. Затем на этапе 113 контроллер принимает обратную связь от датчика обратной связи, связанного с исполнительным механизмом, который может использоваться для облегчения дальнейшего управления исполнительным механизмом.

Как отмечено выше, многие варианты осуществления, описанные в данной заявке, ссылаются на систему обратной связи, работающую совместно с портативным электронным устройством. Однако следует иметь в виду, что это лишь один пример из множества вариаций применения изобретения; возможны другие конфигурации, реализации и конструкции ввиду различных принципов и способов работы и приемлемых альтернативных вариантов.

Например, но не только так, система тактильной обратной связи может быть дополнительно или альтернативно связана с: поверхностью дисплея, поверхностью электронного устройства или кнопок на нём.

Кроме того, несмотря на то, что многие варианты осуществления ссылаются на систему тактильной обратной связи в портативном электронном устройстве (таком как мобильный телефон или планшетный компьютер), можно распространить применение устройства из данной заявки на любое подходящее электронное устройство, систему или аксессуар, включая, но не ограничиваясь этим: портативные электронные устройства (например, батарейные устройства, устройства с беспроводным питанием, привязные устройства и т.д.); стационарные электронные устройства; устройства управления (например, домашние устройства автоматизации, промышленные устройства автоматизации, средства управления транспортным средством т.д.); медицинские устройства (например, массажёры, имплантированные части теле и тд); и т.д.

Управляемые программируемыми контролерами и имея достаточное множество таких устройств возможно создание изображения в форме текста из шрифта Брайля и иных шрифтов или объёмных изображений Фиг. 9, Фиг. 10. Кроме того, свойства устройства возможно использовать для тактильного сигнализирования пользователю устройства или с целью воздействия на пользователя.

Многие варианты осуществления, описанные в данной заявке, ссылаются на систему обратной связи, работающую совместно с портативным электронным устройством. Однако следует иметь в виду, что это лишь один пример из множества вариаций применения изобретения; возможны другие конфигурации, реализации и конструкции ввиду различных принципов и способов работы и приемлемых альтернативных вариантов.

Например, но не только так, система тактильной обратной связи может быть дополнительно или альтернативно связана с: поверхностью дисплея, поверхностью электронного устройства или кнопок на нём.

Кроме того, несмотря на то, что многие варианты осуществления ссылаются на систему тактильной обратной связи в портативном электронном устройстве (таком как мобильный телефон или планшетный компьютер), можно распространить применение устройства из данной заявки на любое подходящее электронное устройство, систему или аксессуар, включая, но не ограничиваясь этим: портативные электронные устройства (например, батарейные устройства, устройства с беспроводным питанием, привязные устройства и т.д.); стационарные электронные устройства; устройства управления (например, домашние устройства автоматизации, промышленные устройства автоматизации, средства управления транспортным средством т.д.); медицинские устройства (например, массажёры, имплантированные части тела и тд); и т.д.

Устройство относится к электротехническим средствам. Устройство тактильного воздействия и передачи информации с изменяющейся формой поверхности путём взаимодействия управляемых контроллером по меньшей мере двух электрических элементов, состоящее из корпуса с неподвижной частью, а также подвижных элементов, обеспечивающих изменение формы поверхности устройства путём выдвижения этих элементов относительно корпуса за счёт электрического, магнитного или электромагнитного взаимодействия электрических элементов, как минимум один из которых может воздействовать на подвижный элемент, являясь этим подвижным элементом, являясь его частью или имея с ним механическую связь, отличающееся тем, что по меньшей мере часть поверхности неподвижной части корпуса покрыта эластичным материалом; по меньшей мере один электрический элемент прикреплён к неподвижной части корпуса; также по меньше мере ещё один электрический элемент является подвижным относительно корпуса; подвижный электрический элемент расположен таким образом относительно эклектического элемента, прикреплённого к неподвижной части корпуса, что может двигаться под силами, возникающими согласно закону Кулона, закону Ампера или (и) Силе Лоренца, в результате электрического, магнитного или электромагнитного взаимодействия этих элементов; подвижный электрический элемент расположен между неподвижной частью корпуса и эластичным материалом таким образом, что в результате своего движения, вызванного указанным взаимодействием с электрическим элементом, прикрепленным к неподвижной части корпуса, изменяет форму поверхности эластичного материала. Технический результат - повышение тактильного воздействия, интерактивности и качества обратной связи. 11 з.п. ф-лы, 12 ил

1. Устройство тактильного воздействия и передачи информации с изменяющейся формой поверхности путём взаимодействия управляемых контроллером по меньшей мере двух электрических элементов, состоящее из корпуса с неподвижной частью, а также подвижных элементов, обеспечивающих изменение формы поверхности устройства путём выдвижения этих элементов относительно корпуса за счёт электрического, магнитного или электромагнитного взаимодействия электрических элементов, как минимум один из которых может воздействовать на подвижный элемент, являясь этим подвижным элементом, являясь его частью или имея с ним механическую связь, отличающееся тем, что по меньшей мере часть поверхности неподвижной части корпуса покрыта эластичным материалом; по меньшей мере один электрический элемент прикреплён к неподвижной части корпуса; также по меньше мере ещё один электрический элемент является подвижным относительно корпуса; подвижный электрический элемент расположен таким образом относительно эклектрического элемента, прикреплённого к неподвижной части корпуса, что может двигаться под силами, возникающими согласно закону Кулона, закону Ампера или (и) Силе Лоренца, в результате электрического, магнитного или электромагнитного взаимодействия этих элементов; подвижный электрический элемент расположен между неподвижной частью корпуса и эластичным материалом таким образом, что в результате своего движения, вызванного указанным взаимодействием с электрическим элементом, прикрепленным к неподвижной части корпуса, изменяет форму поверхности эластичного материала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один прикрепленный к корпусу электрический элемент выполнен в виде электромагнита, по меньшей мере один подвижный электрический элемент выполнен в виде электромагнита.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что по меньшей мере один прикрепленный к корпусу электрический элемент и по меньшей мере один подвижный электрический элемент выполнены в виде катушки индуктивности винтовой, спиральной, винтоспиральной формы, в форме бифилярной катушки Теслы.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что форма электромагнитов будет меняться вместе с формой поверхности из эластичного материала в случае механического воздействия на неё изнутри или снаружи.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что либо по меньшей мере один прикрепленный к корпусу электрический элемент, либо по меньшей мере один подвижный электрический элемент выполнены в виде постоянного магнита.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что либо прикрепленный к корпусу электрический элемент, либо подвижный электрический элемент выполнены в виде пластины с положительным или отрицательным зарядом; в таком случае другой элемент из этих двух элементов должен быть выполнен в виде проводника или катушки индуктивности с переменным электрическим током.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что закрепленные к корпусу по меньшей мере один электрический элемент и по меньшей мере один подвижный электрический элемент выполнены в виде заряжаемых пластин.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что закрепленные к корпусу по меньшей мере один электрический элемент и по меньшей мере один подвижный электрический элемент выполнены в виде проводящих ток элементов таким образом, что токи могут идти сонаправленно или разнонаправленно; токи в проводниках регулируются управляющим программируемым контроллером.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что закрепленный к корпусу (1) по меньшей мере один электрический элемент (3) и по меньшей мере один подвижный элемент (4) выполнены из постоянных магнитов из электропроводящих материалов и являются элементами электрической цепи таким образом, что в результате прохождения электрического тока через магниты под углом к оси, на которой лежат полюса магнитов, согласно закону Ампера усиливается или ослабляется магнитное взаимодействие между магнитами в зависимости от направления силы тока; ток регулируется управляющим программируемым контроллером.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что имеет совокупность необходимого количества закрепленных к корпусу электрических элементов и подвижных электрических элементов; электрические элементы распределены по устройству и расположены таким образом, что в случае работы устройства образуют изображение в форме текста из шрифта Брайля и иных шрифтов или объёмных изображений.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эластичный материал выполнен в составе с поверхностью с функцией сенсора касания и с передачей сигналов на управляющий программируемый контроллер;

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эластичный материал выполнен в виде гибкого видеодисплея.