CN106063127B

CN106063127B - 低频微振荡器

Info

Publication number: CN106063127B
Application number: CN201580009673.6A
Authority: CN
Inventors: 梅纳赫姆·P·韦斯
Original assignee: Individual
Current assignee: Mi Fitpeel Medical Co Ltd
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2018-10-09
Anticipated expiration: 2035-02-19
Also published as: WO2015125145A1; CN106063127A; US9780622B2; US20160352185A1

Abstract

一种低频微振荡器驱动的振荡系统，包括：至少一个电振荡发生器，其操作用于产生第一频率的振荡；至少一个振荡物品；至少一个中间元件，其具有至少一个低于第一频率的谐振频率，所述至少一个中间元件通过至少一个电振荡发生器振荡并且操作用于使至少一个振荡物品振荡；以及供电电路，其以周期性的方式间歇地向至少一个电振荡发生器供给电力，从而使至少一个振荡物品以至少一个第二频率振荡，所述第二频率低于所述第一频率。

Description

低频微振荡器

相关申请的引用

本申请根据37CFR 1.78(a)(4)和(5)(i)要求于2014年2月20日提交题为“LOWERFREQUENCY VIBRATION GENERATOR”的美国临时专利申请No.61/942,160的优先权，其公开内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明总体上涉及振荡器，更具体地涉及微振荡器和籍其驱动的系统。

背景技术

各种类型的微振荡器是已知的。

发明内容

本发明旨在提供低频微振荡器。

因此根据本发明的优选实施方案提供了一种低频微振荡器驱动的振荡系统，该振荡系统包括：至少一个电振荡发生器，其操作用于产生第一频率的振荡；至少一个振荡物品；至少一个中间元件，其具有至少一个比第一频率低的谐振频率，该至少一个中间元件通过至少一个电振荡发生器进行振荡并且操作用于使至少一个振荡物品振荡；以及供电电路，其以周期性的方式间歇地向至少一个电振荡发生器供给电力，从而使至少一个振荡物品以至少一个第二频率振荡，该第二频率低于第一频率。

优选地，至少一个振荡物品的至少一部分具有至少一个谐振频率，并且至少一个第二频率中的至少一个近似地等于至少一个振荡物品的至少一部分的至少一个谐振频率。此外或替选地，至少一个第二频率中的至少一个近似地等于至少一个中间元件的至少一个谐振频率中的至少一个。

根据本发明的优选实施方案，至少一个中间元件形成至少一个振荡物品的一部分。

优选地，至少一个振荡物品以大于至少一个中间元件的振荡幅度的振荡幅度进行振荡。

根据本发明的优选实施方案，中间元件的振荡处在与中间元件、至少一个振荡物品、中间元件的一部分和至少一个振荡物品的一部分中的至少之一的至少一个谐振频率接近的频率。替选地，至少一个第二频率包括在窄带频率范围内的多个频率，该窄带频率范围被选择为包括中间元件、至少一个振荡物品、中间元件的一部分和至少一个振荡物品的一部分中的至少之一的至少一个谐振频率。

优选地，供电电路接收来自位于至少一个振荡物品、至少一个振荡物品的至少一部分和中间元件中的至少之一的至少一个传感器的至少一个反馈信号，并且调节振荡使其处在接近中间元件、至少一个振荡物品、中间元件的一部分和至少一个振荡物品的一部分中的至少至一的谐振频率的频率，从而控制至少一个振荡物品的振荡的参数。

根据本发明的优选实施方案，至少一个振荡物品选自留在胃里的可吞咽的胶囊、导管和体内移植物。此外，低频微振荡器驱动的振荡系统还包括遥控子系统，该遥控子系统实现供电电路的无线遥控。

根据本发明的优选实施方案，至少一个振荡物品选自蜂窝电话、通信装置、无线电话机、有线电话、计算机和平板电脑。

优选地，供电电路在小于100毫秒的时间间隔T₁内向至少一个电振荡发生器供给电力，并且其后在小于100毫秒的时间间隔T₂内不向至少一个电振荡发生器供给电力。此外，在时间间隔T₂内，电振荡发生器的电引线彼此断开连接或彼此连接。

根据本发明的优选实施方案，至少一个电振荡发生器选自具有偏心旋转块的直流电动机、电磁致动器、静电致动器和线性谐振致动器。替选地，至少一个电振荡发生器选自压电致动器和具有偏心旋转块的交流电动机。

根据本发明的优选实施方案，低频微振荡器驱动的振荡系统还包括遥控子系统，该遥控子系统实现供电电路的无线遥控。

优选地，供电电路直接机械地和电气地连接至至少一个振荡物体。

根据本发明的优选实施方案，中间元件是梁、弹簧、膜、刚性部件和印刷电路板元件中的一个。

根据本发明的另一优选实施方案，还提供了一种用于与寻求振荡的物品一起使用的振荡机构，该振荡机构包括：至少一个电振荡发生器，其操作用于产生第一频率的振荡；至少一个中间元件，其具有至少一个比第一频率低的谐振频率，该至少一个中间元件通过至少一个电振荡发生器进行振荡并且操作用于使物品振荡；以及供电电路，其以周期性的方式间歇地向至少一个电振荡发生器供给电力，从而使物品以至少一个第二频率振荡，该第二频率低于第一频率。

附图说明

根据下文中参照附图的说明，将更全面地理解和认识本发明，在附图中：

图1是根据本发明的优选实施方案构造和操作的微振荡器驱动的振荡系统的一个实施方案的简化图示；

图2A是在图1的微振荡器驱动的振荡系统中采用的优选输入电压定时的简化的电压-时间图；

图2B是在图1的微振荡器驱动的振荡系统中采用的交变输入电压的简化的电压-时间图。

图3是示出了图1的实施方案中针对微振荡器的电输入以及中间元件和振荡物品的相应振荡的简化的定时和幅度图；

图4是图1的实施方案中可用的微振荡器、中间元件和物品的布置的一个实施方案的简化图示；

图5是图1的实施方案中可用的微振荡器、中间元件和物品的布置的另一实施方案的简化图示；

图6是根据本发明的优选实施方案构造和操作的微振荡器驱动的振荡系统的另一实施方案的简化图示；

图7是根据本发明的优选实施方案构造和操作的微振荡器驱动的振荡系统的又一实施方案的简化图示；以及

图8是根据本发明的优选实施方案构造和操作的微振荡器驱动的振荡系统的再一实施方案的简化图示。

具体实施方式

现在参照图1，图1是根据本发明的优选实施方案构造和操作的微振荡器驱动的振荡系统的一个实施方案的简化图示；参照图2A，图2A是在图1的微振荡器驱动的振荡系统中采用的优选输入电压定时的简化的电压-时间图；参照图2B，图2B是在图1的微振荡器驱动的振荡系统中采用的交变输入电压的简化的电压-时间图；以及参照图3，图3是示出图1的实施方案中针对微振荡器的电输入以及中间元件和振荡物品的相应的振荡的简化的定时和幅度图。

现在参照图1，可以看见根据本发明的实施方案构造和操作的低频微振荡器驱动的振荡系统100，其包括至少一个电振荡发生器102，电振荡发生器102操作用于产生第一频率的振荡，该第一频率通常大于150Hz。振荡发生器102优选地包括具有转子和连接到该转子的偏心块的直流电机。该电机的操作产生离心力，该离心力产生振动。替选地，振荡发生器102包括例如压电元件、螺线管或静电装置。适合的商业可用的振荡发生器102的示例包括：C10-100Haptic、Linear 310-114和Cylindrical304-109，这三者全部可从PrecisionMicrodrives.com获得；可从JinLong Machinery(Vibramotor.com)获得的Z3OC1T8219651；可从Physik Instrumente GmbH(www.pi.ws)获得的压电致动器。典型地，本发明的实施方案中可使用的大多数振荡发生器的振动频率至少为150Hz。

系统100优选地包括至少一个振荡物品110，振荡物品100寻求以第二频率进行振荡，该第二频率显著小于第一频率，典型地在5-50Hz的范围内。振荡物品110的示例可以是诸如导管、可吞咽的药丸和外科手术装置的医疗装置及其部件，以及蜂窝电话和寻呼机及其部件。振荡物品优选地具有至少一个谐振频率，该谐振频率优选地与第二频率相同。

根据本发明的优选实施方案，设置至少一个中间元件120，中间元件120具有显著低于第一频率的谐振频率，该中间元件通过电振荡发生器102进行振荡并且操作用于使至少一个振荡物品110以小于第一频率的频率进行振荡。至少一个中间元件120可以具有通常与至少一个振荡物品110的谐振频率相同或替选地与至少一个振荡物品110的谐振频率不相同的谐振频率。

此外，根据本发明的优选实施方案，该系统包括供电电路130，供电电路130以周期性的方式间歇地向电振荡发生器102供给电力，从而使振荡物品110以第二频率进行振荡，该第二频率小于第一频率。供电电路130优选地包括诸如一个或更多个电池或者感应电源的电源132，以及计算机化控制器134，计算机化控制器134管理对电振荡发生器102的电力供给的定时。供电电路130还可以包括一个或更多个振动传感器136，振动传感器136感测振荡物品110的振荡并且经由反馈电路138输出至控制器134，用于保持振荡物品110的期望振荡频率。

此外，控制器134还可以包括遥控子系统，该遥控子系统实现供电电路130的无线遥控。

将认识到，在本发明的一些实施方案中，供电电路130直接机械地和电气地连接至至少一个振荡物品110。

图2A示出了根据本发明的优选实施方案的图1的微振荡器驱动的振荡系统中采用的优选输入电压定时。在该实施方案中，电振荡发生器102典型地具有约180Hz的振荡频率，并且按预定数目n的间隔被供给电力，每个间隔的持续时间是T1，诸如50ms，每个T1被诸如60ms的间隔T2隔开，在间隔T2期间电振荡发生器102未被供给电力。为了电池电力的保存和恢复，有时可以使对电振荡发生器102的电力供给中断较长的时间间隔T3。在图2A中，电力供给被示出为单极的，而图2B中示出了双极电力供给，其具有与图2A中相同的定时。

现在参照图3，图3是示出图1的实施方案中针对微振荡器的电输入以及中间元件和振荡物品的相应的振荡的简化的定时和幅度图。

在图示示例中，T1和T2均等于50ms，并且电振荡发生器102以大约180Hz操作，因此在每50ms的时段内生成约9次振荡。在该示例中，发生器102是圆柱形的振动电机。供给发生器的电压被示出为长T1ms并且高V伏特的矩形。在间隔T1期间，振动电机的旋转从非旋转取向逐渐增加，直到其达到电机的额定旋转速度。在间隔T1结束时，供给振动电机的电压停止并且旋转速度减小。振动电机的旋转生成以牛顿为单位的向心力F，如图3中的矩形内所示的那样。如图3所示，在间隔T1期间向心力逐渐增加，但是在振动电机未被供给电压的间隔T2期间急剧下降。

将认识到，当在振动电机被供给零电压的间隔T2期间电振荡发生器102的电引线彼此电连接时，相比电引线未电连接的情况，向心力F更加迅速地下降。因此电连接电引线增加引入到中间元件120中的第二频率振荡的幅度。

通过电振荡发生器102的经编程的开始和停止而引入到中间元件120中的第二频率振荡的振动导致的频率Fr近似地等于1/(T1+T2)。因此，T1与T2的和支配所选择的频率。将认识到，T1和T2优选地被选择成使得Fr将等于中间元件120的谐振频率。还将认识到，虽然T1和T2两者的选择支配振动频率，但是T1的选择单独影响所实现的振荡的幅度。再者，还通过电源132的电力供给特性限制T1的选择，以避免使电源132过载。中间元件120的振荡的幅度按mm在图3中被示为A_I。

将认识到，中间元件120的振荡的幅度是开始向振动电机供给电力和振动电机达到额定旋转速度或最大期望速度之间的间隔的函数，该最大期望速度可以小于额定旋转速度。因此，该间隔越长，将产生的中间元件120的振荡的幅度就越大。

将认识到，在一些应用中，所选择的其间向电振荡发生器102供给电力的间隔T1可以短于开始向振动电机供给电力和振动电机达到额定旋转速度或最大期望速度之间的间隔，该最大期望速度可以小于额定旋转速度。在这种情况下，振动电机将不会达到额定旋转速度或最大期望速度，并且中间元件120的振荡的幅度是间隔T1的函数。

将认识到，在诸如移植的医疗装置的实施方案中，电源132典型地是小电池或电池组，所述小电池或电池组限制了能够实现的最大旋转速度，从而限制了能够实现的振荡的幅度。在诸如蜂窝电话的实施方案中，电源132典型地是更大的电池或电池组，所述更大的电池或电池组能够支持更长的间隔T1，并且因此通过使用本发明能够产生更强的振荡而不使电源132过载或耗尽。

振荡物品110典型地具有与中间元件120的振动频率相同的振动频率，除其他之外，所述振动频率取决于它们各自的谐振频率和阻尼。该系统具有两个自由度并且具有若干个可能的振荡模式。物品的优选振荡模式的幅度按mm被示为A_A。本发明人已经发现，通过合适地选择系统参数，振荡物品110的振动幅度显著地高于中间元件120的振动幅度，如图3所示的那样。

现在参照图4，其示出了在其若干个附器中产生低频振动的可吞咽的药丸的简化示例。如图4所示，可吞咽的药丸400包括药丸壳体402，药丸壳体402装有包括电源和控制器的供电电路404。控制器创建振荡参数并且将振荡参数提供给振荡发生器410，振荡发生器410在图示实施方案中被示出为具有附接的偏心块414的电机412。将认识到，振荡发生器410可以是任何合适的振荡发生器。

振荡发生器410使用作中间元件的药丸壳体402振动。药丸壳体402典型地是密封壳体，其还为药丸的内部部件提供保护。如图4所示，振荡发生器410优选地位于凹入部420，并且经由诸如膜或印刷电路板的连接器422连接至药丸壳体402。

可吞咽的药丸400还包括至少一个附器430，优选地包括多个附器430。用作中间元件的药丸壳体402的振动使附器430振动，在这里附器430是要被振动的物品。在本发明的优选实施方案中，附器430在附器的谐振频率处或其附近以高幅度振荡。

如上文参照图1所述，虽然可吞咽的药丸400的图示实施方案没有示出反馈传感器，但是可吞咽的药丸400还可以包括连接至控制器的反馈电路和反馈传感器。

将认识到，虽然理论上所有的附器都具有相同的谐振频率，但是实际上，由于制造误差，分立的附器会具有稍微不同的谐振频率。在可吞咽的药丸400的第一实施方案中，所有的附器430被构造成具有接近中间元件的谐振频率的谐振频率，在这种情况下中间元件是药丸壳体402。

在替选实施方案中，由于附器430的伸长的形状，附器430可被配置成具有比药丸壳体402更高的谐振频率。在该替选实施方案中，由于附器430在其一端仅附接到药丸壳体402，因此附器430被配置成在如下振动频率下在对药丸壳体402的附接点处行为如同近似刚性体，该振动频率被选择成接近药丸壳体402的谐振频率，以便在远离对药丸壳体402的附接点的末端处以较高的幅度振荡。

在另一替选实施方案中，连接器422用作中间元件，并且药丸壳体402和附器430一起包括要被振动的物品。

现在参照图5，其是本发明的另一实施方案的简化图示。如图5所示，蜂窝电话或平板电脑500典型地包括显示器520和键阵列530。替选地，键阵列530可以是被生成为呈现在显示器520上的键。图5的实施方案允许在蜂窝电话或平板电脑500中包括不同类型和强度的振荡。振荡变化允许使用者调节振荡水平和模式，例如以在嘈杂环境或运动环境中时更好地感觉电话振动。此外，振动变化实现了例如针对不同呼叫者的不同振动，和/或不同的振动以信号形式传达使用者能够识别的提醒，而不需要看显示器520。

图5还示意性地示出了蜂窝电话500的一些内部部件。蜂窝电话500优选地包括电源540，电源540可以是电话的常规电池。将认识到，本发明的蜂窝电话500的振荡需要比常规的振动使用的电力更少的电力。蜂窝电话500还包括控制器545，控制器545形成蜂窝电话500的硬件和软件的部分。控制器545控制使中间元件555振荡的电发生器550，中间元件555是具有相对低的谐振频率的柔性元件，其实施方案在下文中可见并且参照图6描述。中间元件555使蜂窝电话500的主体560振动，主体560即是要被振动的物品。蜂窝电话500还包括连接至动电话500的主体560的振荡反馈传感器570。

现在参照图6，其示出了本发明的实施方案中可使用的中间元件连同图1的系统的一些元件。这里由附图标记602标记的要被振动的物品连接至中间元件604。优选地具有扁平型振动电机的形式的电发生器608位于中间元件604上，中间元件604是图示实施方案中的操纵台梁。电发生器608可以是任何其他合适类型的发生器。中间元件604可以是任何合适类型的元件，优选地是具有至少一个低谐振频率的相对柔性的元件。控制器610和电源612优选地位于要被振动的物品602上。

如图6所示，附加的柔性元件614，优选地是具有阻尼能力的橡胶柔性元件，位于要被振动的物品602上，优选地在与中间元件604的连接至要被振动的物品602的末端相对的中间元件604的末端处接近中间元件604。将认识到，通过改变发生器608的电力通/断周期的定时，中间元件604可以以多个振动频率被振动。图6的实施方案的特定特征在于，附加的柔性元件614被定位和配置成使得附加的柔性元件614作为针对中间元件604的振动的阻尼器来操作，从而生成附加的振动模式。

现在参照图7，其图示了本发明的实施方案中可使用的替选的中间元件连同图1的系统的一些元件。如图7所示，要被振动的物品702连接至中间元件704。图7的实施方案还包括电源706、控制器708和电振荡发生器710。在图示实施方案中，中间元件704是印刷电路板。图7中示出的实施方案特别适用于使用微机电系统(MEMS)或类似元件的非常小的装置。

现在参照图8，其图示了根据本发明的另一实施方案构造和操作的导管。将认识到，相对高幅度的振动可以保护导管使其免于细菌粘附。

如图8所示，导管802被插入病人的身体部分804。中间元件806连接到至少一个电振荡发生器808。中间元件806连接至作为要被振动的物品的导管802。在该实施方案中，振荡是沿着导管802的长度的。

配重部分810优选地用作用于针对导管802的振动传输的平衡物，并且优选地还包括供电电路812。配重部分810还被配置成放大中间元件806的振荡幅度，继而放大导管802的振荡幅度。

本领域的技术人员将认识到，本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述和示出的特征的组合和子组合两者，以及阅读以上描述的人将想到的且不属于现有技术的修改。

Claims

1.一种低频微振荡器驱动的振荡系统，包括：

至少一个电振荡发生器，其操作用于产生第一频率的振荡；

至少一个振荡物品；

至少一个中间元件，其具有至少一个低于所述第一频率的谐振频率，所述至少一个中间元件通过所述至少一个电振荡发生器进行振荡并且操作用于使所述至少一个振荡物品振荡；以及

供电电路，其以周期性的方式间歇地向所述至少一个电振荡发生器供给电力，从而使所述至少一个振荡物品以至少一个第二频率振荡，所述第二频率低于所述第一频率。

2.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述至少一个振荡物品的至少一部分具有至少一个谐振频率，并且所述至少一个第二频率中的至少一个近似地等于所述至少一个振荡物品的所述至少一部分的所述至少一个谐振频率。

3.根据权利要求2所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述至少一个第二频率中的至少一个近似地等于所述至少一个中间元件的所述至少一个谐振频率中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述至少一个第二频率中的至少一个近似地等于所述至少一个中间元件的所述至少一个谐振频率中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述至少一个中间元件形成所述至少一个振荡物品的一部分。

6.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述至少一个振荡物品以大于所述至少一个中间元件的振荡幅度的振荡幅度进行振荡。

7.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述中间元件的所述振荡处在与所述中间元件、所述至少一个振荡物品、所述中间元件的一部分和所述至少一个振荡物品的一部分中的至少之一的至少一个谐振频率接近的频率。

8.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述至少一个第二频率包括窄带频率范围内的多个频率，所述窄带频率范围被选择为包括所述中间元件、所述至少一个振荡物品、所述中间元件的一部分和所述至少一个振荡物品的一部分中的至少之一的至少一个谐振频率。

9.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述供电电路接收来自位于所述至少一个振荡物品、所述至少一个振荡物品的至少一部分和所述中间元件中的至少之一处的至少一个传感器的至少一个反馈信号，并且调节所述振荡使其处在接近所述中间元件、所述至少一个振荡物品、所述中间元件的一部分和所述至少一个振荡物品的一部分中的至少之一的谐振频率的频率，从而控制所述至少一个振荡物品的振荡的参数。

10.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述至少一个振荡物品选自留在胃里的可吞咽的胶囊、导管和体内移植物。

11.根据权利要求10所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，还包括实现所述供电电路的无线遥控的遥控子系统。

12.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述至少一个振荡物品选自蜂窝电话、通信装置、无线电话机、有线电话、计算机和平板电脑。

13.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述供电电路在小于100毫秒的时间间隔T₁内向所述至少一个电振荡发生器供给电力，并且其后在小于100毫秒的时间间隔T₂内不向所述至少一个电振荡发生器供给电力。

14.根据权利要求13所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中在所述时间间隔T₂内所述电振荡发生器的电引线彼此断开连接或彼此连接。

15.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述至少一个电振荡发生器选自具有偏心旋转块的直流电动机、电磁致动器、静电致动器和线性谐振致动器。

16.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述至少一个电振荡发生器选自压电致动器和具有偏心旋转块的交流电动机。

17.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，还包括实现所述供电电路的无线遥控的遥控子系统。

18.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述供电电路直接机械地和电气地连接至所述至少一个振荡物品。

19.根据权利要求1所述的低频微振荡器驱动的振荡系统，其中所述中间元件是梁、弹簧、膜、刚性部件和印刷电路板元件中的一个。

20.一种用于与寻求振荡的物品一起使用的振荡机构，所述振荡机构包括：

至少一个电振荡发生器，其操作用于产生第一频率的振荡；

至少一个中间元件，其具有至少一个低于所述第一频率的谐振频率，所述至少一个中间元件通过所述至少一个电振荡发生器进行振荡并且操作用于使所述物品振荡；以及

供电电路，其以周期性的方式间歇地向所述至少一个电振荡发生器供给电力，从而使所述物品以至少一个第二频率振荡，所述第二频率低于所述第一频率。