CN113958598B - 铰链、折叠装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铰链、折叠装置及其控制方法，该铰链包括：形成有容纳空间的壳套和收容于所述容纳空间内并与所述壳套可转动连接的转轴，以及控制单元，所述壳套内设有磁体和测量所述转轴旋转角度的角度传感器，所述磁体用于形成磁感线沿所述转轴径向分布的磁场，所述转轴上设有位于所述磁场内的线圈，所述转轴旋转时，所述线圈切割所述磁感线，所述壳套的外侧表面设有多个沿其径向延伸的第一支撑臂，所述转轴上设有多个沿其径向延伸的第二支撑臂，所述壳套开设有开口，所述第二支撑臂的端部穿过所述开口并位于所述壳套的外侧，所述控制单元被配置为根据所述角度传感器采集的信号向所述线圈施加电流。本发明中的转轴转动平稳。

Description

铰链、折叠装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及铰链技术领域。更具体地，涉及一种铰链、折叠装置及其控制方法。

背景技术

柔性屏幕作为OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光半导体)的一种重要应用技术，在近年来得到了重要的发展。目前市场上已出现了一些基于柔性屏幕的折叠手机等折叠屏幕的移动终端，现有折叠式的移动终端中的铰链都为纯机械式结构，常见的有蝶形式、连杆式、碟片式等等，但其都有一个共同特性，其转动的阻尼一经调校就固定不变，结构相对复杂、零件精细且多，长时间使用过程中水汽导致的锈蚀、灰尘的侵蚀会轻者使整机使用体验大打折扣，重者会直接导致其失效。其次纯机械构造功能单一，无法满足形式多样的应用场景和环境，无法根据用户设定动态变化其阻尼感，造成终端用户体验差的劣势，也与当今日新月异的智能化电子设备格格不入。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铰链、折叠装置及其控制方法，以解决相关技术中存在的折叠屏所用的铰链在使用中，其阻尼固定不变，无法满足形式多样的应用场景的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种铰链，包括：形成有容纳空间的壳套和收容于所述容纳空间内并与所述壳套可转动连接的转轴，以及控制单元，所述壳套内设有磁体和测量所述转轴旋转角度的角度传感器，所述磁体用于形成磁感线沿所述转轴径向分布的磁场，所述转轴上设有位于所述磁场内的线圈，所述转轴旋转时，所述线圈切割所述磁感线，所述壳套的外侧表面设有多个沿其径向延伸的第一支撑臂，所述转轴上设有多个沿其径向延伸的第二支撑臂，所述壳套开设有开口，所述第二支撑臂的端部穿过所述开口并位于所述壳套的外侧，所述控制单元被配置为根据所述角度传感器采集的信号向所述线圈施加电流。

优选地，所述控制单元被配置为根据外部控制信号及所述角度传感器采集的信号向所述线圈施加电流，以使所述线圈产生驱动所述转轴相对于所述壳套旋转的动力。{用户按键，控制单元响应于按键的触发，使能施加电流以产生动力}

优选地，所述第一支撑臂和/或第二支撑臂上设有与所述控制单元连接的力传感器。

优选地，所述控制单元被配置为根据所述力传感器采集的信号及所述角度传感器采集的信号向所述线圈施加电流，以使所述线圈产生阻碍所述转轴相对于所述壳套旋转的阻尼力。

优选地，所述控制单元被配置为根据所述力传感器采集的信号及所述角度传感器采集的信号向所述线圈施加电流，以使所述线圈产生阻碍所述转轴相对于所述壳套旋转的阻尼力包括：

所述控制单元被配置为在接收到所述力传感器采集的信号时，根据所述角度传感器采集的信号获取所述转轴的转速，并判断所述转速与预设阈值的关系：

若所述转速小于等于所述预设阈值，则向所述线圈施加电流，以使所述线圈产生阻碍所述转轴旋转的预设值的阻尼力；

若所述转速大于所述预设阈值，则向所述线圈施加电流，以使所述线圈产生阻碍所述转轴旋转的与所述转速正相关的阻尼力。

优选地，所述磁体和线圈分别设置为多个，所述磁体形成多个所述磁场，每个所述磁场内均设有所述线圈。

优选地，所述壳套和转轴均设置为两个，两个所述壳套并排固定连接，以使两个所述转轴相互平行设置。

根据本发明的另一个方面，提供了一种折叠装置，包括：

上述的铰链，所述铰链被配置为使所述折叠装置折叠或展开；

柔性屏幕，设置在所述折叠装置的表面上，所述柔性屏幕随着所述折叠装置折叠或展开而折叠或展开。

优选地，所述铰链的第一支撑臂和第二支撑臂分别与所述柔性屏幕的中框连接。

优选地，所述铰链的壳套的形状设置为圆筒形，其半径与所述柔性屏幕折叠后的弯折半径相等。

根据本发明的又一个方面，提供了一种控制上述折叠装置的方法，包括：

利用所述控制单元根据所述角度传感器采集的信号向所述线圈施加电流。

优选地，所述利用所述控制单元根据所述角度传感器采集的信号向所述线圈施加电流包括：利用所述控制单元根据外部控制信号及所述角度传感器采集的信号向所述线圈施加电流，以使所述线圈产生驱动所述转轴相对于所述壳套旋转的动力，从而通过驱动所述转轴旋转带动所述折叠装置折叠或展开。

优选地，所述控制单元响应于所述力传感器采集的信号，并根据角度传感器采集的信号向所述线圈施加电流，以使所述线圈产生阻碍所述转轴相对于所述壳套旋转的阻尼力，所述阻尼力阻碍所述折叠装置折叠或展开。

优选地，所述控制单元根据所述角度传感器采集的信号获取所述转轴的转速，并判断所述转速与预设阈值的关系：

若所述转速小于等于所述预设阈值，则向所述线圈施加电流，以使所述线圈产生阻碍所述转轴旋转的预设值的阻尼力；

若所述转速大于所述预设阈值，则向所述线圈施加电流，以使所述线圈产生阻碍所述转轴旋转的与所述转速正相关的阻尼力。

本发明的有益效果如下：

本发明的铰链能够实现自动模式和手动模式两种工作方式，在自动模式下，线圈能够产生驱动转轴转动的平稳动力，在手动模式下，线圈能够产生阻碍转轴转动的阻尼力，转轴在该阻尼力的作用下，避免过快转动。从而转轴在该动力或阻尼力的作用下能够平稳转动。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明铰链的结构示意图。

图2示出本发明折叠装置展开时的结构示意图。

图3示出本发明折叠装置折叠时的结构示意图。

图4示出本发明折叠装置铰链设有两个壳套和转轴时的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

目前对具有折叠屏幕的电子产品，在实验室使用动态弯折机器进行10万次弯折寿命测试，但是弯折机器弯折的力度和速度均为恒定，这与实际应用场景是不相符的。对于终端设备不同用户无法保证每一次折叠产品的开合力道和速度的相对稳定、均衡，甚至是同一使用者在一次开合中，也无法保证力道和速度的稳定，因此，实际工况下弯折区的屏幕层叠结构中包括CPI、POL等材料的寿命会大打折扣。

基于上述问题，本发明提供了一种铰链，如图1所示，该铰链包括壳套10和转轴20，以及控制单元，壳套10内形成后容纳空间，转轴20收容于所述容纳空间内，并且转轴20可转动的与壳套10连接，具体地，转轴20可通过套接于其上的轴承与壳套10连接，从而转轴20能够在壳套10内旋转。在转轴20的两端设置有一对滚珠轴承，用于减小转轴20和壳套10之间的摩擦，辅助转轴20转动从而减小***整体功耗。

壳套10内设有磁体11和角度传感器12，磁体11用于形成磁感线沿转轴20的径向分布的磁场，例如磁体11可以为一组弧形永磁体，该弧形永磁体固定结合于套壳10的内侧表面，且两块弧形永磁体的极性相对设置，弧形永磁体的弧长可根据壳套10的半径而定，但每块永磁体的弧长不小于90度角对应的弧长，以保证一定的磁场强度。优选地，永磁体可以为钕铁硼强磁铁。

角度传感器12用于采集转轴20的旋转角度，并向所述控制单元发送所采集的信号，控制单元根据该信号可计算出转轴20的旋转速度，以及转轴20当前所处的与壳套10之间的相对位置。具体地，角度传感器12可以为霍尔传感器，检测壳套10与转轴20之间磁场变化得到转轴20的旋转角度，进而得到二者的相对转速。

转轴20上设有线圈21，该线圈21位于磁体11形成的磁场内，并且线圈21随转轴20旋转时，线圈21切割所述磁感线，从而当控制单元向线圈21施加电流后，线圈21受到安培力的作用，进而转轴20受到转矩的作用。线圈21与控制单元中的电源模块形成闭合回路，当控制单元向线圈21施加电压时，在线圈21中形成电流。

壳套10的外侧表面设有多个沿其径向延伸的第一支撑臂13，转轴20上设有多个沿其径向延伸的第二支撑臂22，壳套10上开设有开口，第二支撑臂22的端部穿过所述开口位于壳套10的外侧，所述开口设置为长条形，以使转轴20转动时，壳套10无法阻挡第二支撑臂22。优选地，所述开口的弧长对应180度角，以使转轴20只能相对于壳套10旋转180度。第一支撑臂13和第二支撑臂22的形状设置为梯形，其与壳套10或转轴20的连接处宽度大于自由端的宽度。

控制单元被配置为根据外部控制信号及角度传感器12采集的信号向线圈21施加电流，以使线圈21产生驱动转轴20相对于壳套10旋转的动力。具体地，可以在壳套10的端部设置按键，当使用者按下按键后，控制单元响应于该按键的触发，并根据角度传感器12的信号判断转轴20所处的当前位置后，向线圈21施加电压，由于线圈与控制单元形成闭合回路，从而在线圈21上形成电流，线圈21在磁场中受到安培力的作用，进而驱动转轴20旋转。

本发明电磁式铰链在自动化工作模式下利用控制单元精准化调控电流值进而控制转轴20的转速和扭矩，具有转动匀速稳定、力量均衡的特点，该工作模式下可有效改善折叠产品人为开合折叠的不可控性，同时电控化自动开合可极大程度上提升弯折区域器件寿命。

本实施方式中的第二支撑臂22上设有力传感器23，力传感器23可采用应变片式压力传感器。控制单元根据力传感器23采集的信号及角度传感器12采集的信号向线圈21施加电流，以使线圈21产生阻碍转轴20相对于壳套10旋转的阻尼力。具体地，当控制单元接收到力传感器23采集的信号后，并根据角度传感器12采集的信号判断转轴20所处的当前位置后，向线圈21施加电压，由于线圈与控制单元形成闭合回路，从而在线圈21上形成电流，线圈21在磁场中受到安培力的作用，进而线圈21产生阻碍转轴20转动的阻尼力。可以理解的是，力传感器23也可以设置于第一支撑臂13上，或第一支撑臂13与第二支撑臂22上均设有力传感器23，从而提高力传感器23采集信号的准确性。

进一步地，当控制单元接收到力传感器23采集的信号后，并根据角度传感器12采集的信号判断转轴20所处的当前位置后，根据角度传感器12采集的信号获取转轴20的转速，并判断所述转速与预设阈值的关系：

若所述转速小于等于所述预设阈值，则向线圈21施加电流，以使线圈21产生阻碍转轴20旋转的预设值的阻尼力，即所述转速小于等于预设阈值时，阻尼力恒定；

若所述转速大于所述预设阈值，则向线圈21施加电流，以使线圈21产生阻碍转轴20旋转的与所述转速正相关的阻尼力，即所述转速大于预设阈值时，阻尼力随所述转速的升高而提高。

本实施方式中磁体11和线圈21分别设置有3个，3组磁体11形成3个磁场，每一个磁场内设有线圈21，3个线圈21分别位于转轴20周面的不同位置处，3个线圈21所在的平面之间具有一定夹角，从而提高转轴20的驱动力矩，确保转轴20可稳定转动。

如图4所示，在一些实施方式中壳套10和转轴20可设置为2个，该2个壳套10并排固定为一体，以使两个转轴20相互平行设置，此种结构下，第一支撑臂13和第二支撑臂22分别固定于2根转轴20上。该种结构的铰链适用于大尺寸的折叠屏幕产品，该铰链可有效承载均匀分配载荷，保证中大尺寸产品的折叠机械特性和终端用户使用的交互性。

如图2和图3所示，本发明还提供了一种折叠装置，该折叠装置包括上述的铰链和柔性屏幕30，所述铰链被配置为使所述折叠装置折叠或展开，柔性屏幕30设置在所述折叠装置的表面上，柔性屏幕30随着所述折叠装置折叠或展开而折叠或展开。具体地，所述铰链上的第一支撑臂13和第二支撑臂22分别与柔性屏幕30的中框固定连接，在转轴20相对于壳套10旋转时，柔性屏幕30展开或折叠。转轴外侧非对称第一支撑臂13和第二支撑臂22的设计将弯折时的力均匀分散至整面屏体，以免长时间弯折使用后，屏体外观会出现更为明显的折痕。

转轴20能够相对壳套10转动至第一位置，从而带动柔性屏幕30展开至180度，结合图2，转轴20位于第一位置时，柔性屏幕30处于展开状态，折叠装置能够获得最大的显示面积，以满足使用者大面积显示的需求。

转轴20相对壳套10转动至第二位置，带动柔性屏幕30折叠，即柔性屏幕的两部分出光面近似于贴合，结合图3，转轴20位于第二位置时，柔性屏幕30处于折叠状态，折叠装置能够获得最小的外形尺寸，便于携带。

在本实施方式中，第一位置、第二位置、可以视为转轴20相对于壳套10转动的两个极限位置，转轴20在第一位置时，柔性屏幕30为平整状态，在正常情况下，转轴20不能再继续转动使柔性屏幕30反向折叠。转轴20在第二位置时，柔性屏幕30为折叠状态，在正常情况下，转轴20不能再继续转动使柔性屏幕过度贴合。

可以理解的是，在本申请后文的实施方式中，第一位置、第二位置以及展开状态、折叠状态的表述均是指转轴20与壳体10的相对位置。

如图2所示，折叠装置处于展开状态，从而柔性屏幕30也处于展开状态，转轴20位于第一位置，如图3所示，折叠装置处于折叠状态，从而柔性屏幕30也处于折叠状态，转轴20位于第二位置。所述控制单元根据角度传感器12采集的信号向线圈21施加电流，线圈21在磁场中受到安培力的作用，进而转轴20受到转矩的作用，产生驱动转轴20转动的动力或阻碍转轴20转动的阻尼力。

改变所述折叠装置的状态时，即从展开状态变成折叠状态，或从折叠状态变成展开状态时，使用者先按下按键，控制单元响应于该按键的触发，并根据角度传感器12的信号判断转轴20所处的当前位置，即控制单元判断折叠装置的当前状态后，向线圈21施加电压，进而驱动转轴20旋转带动折叠状态改变状态。例如在图2所示的展开状态，控制单元控制转轴20逆时针转动180度，使折叠装置改变成折叠状态，此过程为自动模式，控制单元能够精准化调控电流值进而控制转轴20的转速和扭矩，具有转动匀速稳定、力量均衡的特点，该工作模式下可有效改善折叠产品人为开合折叠的不可控性，同时电控化自动开合可极大程度上提升弯折区域器件寿命。

在使用者没有按下按键，而是手动展开或折叠本发明的折叠装置时，力传感器23首先采集到一力矩信号，控制单元根据力传感器23采集的信号，判断为手动改变折叠装置的状态，并根据角度传感器12采集的信号向线圈21施加电流，以使线圈21产生阻碍转轴20相对于壳套10旋转的阻尼力，所述阻尼力阻碍所述折叠装置折叠或展开。

例如在图2所示的展开状态时，当使用者手动折叠本发明的折叠装置时，力传感器23将采集的信号发送至控制单元，控制单元根据该信号判断为手动模式，控制单元根据角度传感器12采集的信号，判断所述折叠装置为展开状态时，向线圈21施加电流，以使线圈21产生阻碍转轴20转动的阻尼力，即产生阻碍转轴20逆时针转动的阻尼力。

进一步地，控制单元根据角度传感器12采集的信号获取转轴20的转速，并判断所述转速与预设阈值的关系：

若所述转速小于等于所述预设阈值，则向线圈21施加预设阈值的恒定电流，以使线圈21产生阻碍转轴20旋转的预设值的阻尼力；

若所述转速大于所述预设阈值，则向线圈21施加电流，以使线圈21产生阻碍转轴20旋转的与所述转速正相关的阻尼力。也就是说在手动模式下，若对折叠装置较快速的折叠或展开，则线圈21产生较大的阻尼力，该工作模式下可有效改善折叠产品人为折叠的不可控性。

力传感器23用于获取铰链工作在手动模式下用户施加的外力，控制单元采用数据融合算法将从传感器采集的值进行运算，得到用于补偿外力不均的电流值并施加至线圈21中，实现在手动模式下动态调整转轴20力矩和转速，补偿因终端不同用户甚至是同一人用力不均衡、速度不均匀的缺陷，使得折叠装置能够保持恒定速度展开或折叠，能极大程度提升折叠产品的弯折寿命。

本实施方式中的壳套10大体呈圆筒形，其半径等于或略大于柔性屏幕30的弯折半径，有利于屏体弯折区有支撑不会形成凹陷，进而解决光线在弯折区边缘处和中间凹陷区产生不同反射导致人眼可见弯折区的凹痕。

本发明还提供了一种上述折叠装置的控制方法，该方法包括：

利用所述控制单元根据角度传感器12采集的信号向线圈21施加电流，以使线圈21在磁场中受到安培力的作用，进而转轴20受到转矩的作用，产生驱动转轴20转动的动力或阻碍转轴20转动的阻尼力。

进一步地，利用所述控制单元根据角度传感器12采集的信号向线圈21施加电流包括：利用所述控制单元根据外部控制信号及角度传感器12采集的信号向线圈21施加电流，以使线圈21产生驱动转轴20相对于壳套10旋转的动力，从而通过驱动转轴20旋转带动所述折叠装置折叠或展开。所述外部控制信号可以为使用者通过按动按键形成的触发信号等，控制单元根据该信号判断折叠装置为自动模式，并通过角度传感器12判断折叠装置的当前状态，驱动转轴20转动，从而带动折叠装置折叠或展开。此模式下，控制单元能够精准化调控电流值进而控制转轴20的转速和扭矩，具有转动匀速稳定、力量均衡的特点，该工作模式下可有效改善折叠产品人为开合折叠的不可控性，同时电控化自动开合可极大程度上提升弯折区域器件寿命。

进一步地，所述控制单元响应于力传感器23采集的信号，并根据角度传感器12采集的信号向线圈21施加电流，以使线圈21产生阻碍转轴20相对于壳套10旋转的阻尼力，所述阻尼力阻碍所述折叠装置折叠或展开。

所述控制单元根据角度传感器12采集的信号获取转轴20的转速，并判断所述转速与预设阈值的关系：

若所述转速小于等于所述预设阈值，则向线圈21施加电流，以使线圈21产生阻碍所述转轴旋转的预设值的阻尼力；

若所述转速大于所述预设阈值，则向线圈21施加电流，以使线圈21产生阻碍所述转轴旋转的与所述转速正相关的阻尼力。

力传感器23用于获取铰链工作在手动模式下用户施加的外力，控制单元采用数据融合算法将从传感器采集的值进行运算，得到用于补偿外力不均的电流值并施加至线圈21中，实现在手动模式下动态调整转轴20力矩和转速，补偿因终端不同用户甚至是同一人用力不均衡、速度不均匀的缺陷，使得折叠装置能够保持恒定速度展开或折叠，能极大程度提升折叠产品的弯折寿命。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种铰链，其特征在于，包括：形成有容纳空间的壳套和收容于所述容纳空间内并与所述壳套可转动连接的转轴，以及控制单元，所述壳套内设有磁体和测量所述转轴旋转角度的角度传感器，所述磁体用于形成磁感线沿所述转轴径向分布的磁场，所述转轴上设有位于所述磁场内的线圈，所述转轴旋转时，所述线圈切割所述磁感线，所述壳套的外侧表面设有多个沿其径向延伸的第一支撑臂，所述转轴上设有多个沿其径向延伸的第二支撑臂，所述壳套开设有开口，所述第二支撑臂的端部穿过所述开口并位于所述壳套的外侧，所述控制单元被配置为根据所述角度传感器采集的信号向所述线圈施加电流，其中，所述控制单元根据所述角度传感器采集的信号获取所述转轴的转速，并判断所述转速与预设阈值的关系：

若所述转速小于等于所述预设阈值，则向所述线圈施加电流，以使所述线圈产生阻碍所述转轴旋转的预设值的阻尼力；

若所述转速大于所述预设阈值，则向所述线圈施加电流，以使所述线圈产生阻碍所述转轴旋转的与所述转速正相关的阻尼力。

2.根据权利要求1所述的铰链，其特征在于，所述第一支撑臂和/或第二支撑臂上设有与所述控制单元连接的力传感器。

3.根据权利要求2所述的铰链，其特征在于，所述控制单元被配置为根据所述力传感器采集的信号及所述角度传感器采集的信号向所述线圈施加电流，以使所述线圈产生阻碍所述转轴相对于所述壳套旋转的阻尼力。

4.根据权利要求1所述的铰链，其特征在于，所述磁体和线圈分别设置为多个，所述磁体形成多个所述磁场，每个所述磁场内均设有所述线圈。

5.根据权利要求1所述的铰链，其特征在于，所述壳套和转轴均设置为两个，两个所述壳套并排固定连接，以使两个所述转轴相互平行设置。

6.一种折叠装置，其特征在于，包括：

如权利要求1～5任一项所述的铰链，所述铰链被配置为使所述折叠装置折叠或展开；

柔性屏幕，设置在所述折叠装置的表面上，所述柔性屏幕随着所述折叠装置折叠或展开而折叠或展开。

7.根据权利要求6所述的折叠装置，其特征在于，所述铰链的第一支撑臂和第二支撑臂分别与所述柔性屏幕的中框连接。

8.根据权利要求6所述的折叠装置，其特征在于，所述铰链的壳套的形状设置为圆筒形，其半径与所述柔性屏幕折叠后的弯折半径相等。

9.一种控制如权利要求6～8任一项所述折叠装置的方法，其特征在于，包括：

利用所述控制单元根据所述角度传感器采集的信号向所述线圈施加电流。

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