CN107251384A

CN107251384A - 振荡共振模块控制器

Info

Publication number: CN107251384A
Application number: CN201680009777.1A
Authority: CN
Inventors: 罗宾·埃伦加; 丹·克诺德; 布莱恩·佩平
Original assignee: Resonant Systems Inc
Current assignee: Resonant Systems Inc
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2016-02-14
Publication date: 2017-10-13
Also published as: WO2016131031A1; CN107210663A; US20160248310A1; WO2016131032A1; CN107210664A; US20160276973A1; WO2016131033A1; EP3257149A1; EP3257149A4; US20160248361A1

Abstract

本文件涉及各种类型的振荡共振模块(ORM)，包括线性共振振动模块，这些模块可以应用于各种各样的电器、设备和系统中，来提供振动力。振动力由配重或构件沿某个路线(一般是空间曲线的某一段)来回振荡而产生。控制器控制一个或多个ORM，以根据指定驱动振荡的频率与时间关系的ORM控制曲线或控制模式产生驱动振荡。驱动振荡反过来引起安装有一个或多个ORM的设备、电器或系统实现所需的振动响应。考虑设备、电器或系统的已知振荡频率，通过选择和缩放控制模式，实现上述所需的振动响应。

Description

振荡共振模块控制器

交叉参考相关的专利申请

本申请要求2015年2月13日提交的第62/116,144号美国临时专利申请的权益，其通过引用结合到本申请中。

技术领域

本文件涉及振动发生设备，尤其是涉及可安装到各种不同类型的机电装置和系统，进而产生预定振动响应的振动模块。

发明背景

振动感应电机和机械装置在各种不同的消费类电器、玩具以及其他装置和系统中已经使用多年。例如，寻呼机、智能机产生的振动信号、振动驱动电器，例如理发器、电子牙刷、电子玩具足球游戏及许多其他电器、设备和系统。用于产生振动最常见的机电系统要属故意不平衡电机。

附图1A-B所示为常在各种不同设备中用于产生振动的不平衡电机。如附图1A所示，一台小型、相对低功率电机102带动圆柱形轴104旋转，圆柱形轴上安装有不对称的配重106。附图1B所示为不对称安装在轴上的配重，以轴心线的方向向下俯视配重和轴。如附图1B所示，配重106不平衡地安装在电机轴104上。附图2A-B所示为图1A-B所示不平衡电机产生的振动运动。如附图2A-B所示，当电机带动轴以相对高速旋转时，不对称安装的配重在垂直于轴心线的轴端产生椭圆振荡。附图2A所示为从上往下看附图1B所示轴心线的配重和轴，轴旋转时，配重和轴相对于固定轴心线的位移。在附图2A中，电机轴的盘形端的周围有一个小标记202，用于图示轴的旋转。当轴高速旋转时，配重边缘的点204会形成椭圆206，轴208的中心会形成更窄、更小的椭圆210。如果轴平衡，则旋转时，轴的中心会保持在图示中心的某个位置212上，但是，由于轴安装有不对称安装的配重，加上电机、轴及不平衡配重的其他几何和重量分布特征的共同作用，形成力，在轴相对高速旋转时，此力会带动轴端沿椭圆路线210移动。附图2B所示的移动可以用振动长轴线220和短轴线222表示，其中，振动长轴线的方向等于椭圆长轴线的方向，如附图2A所示，长轴线的长度对应于此方向的振动幅度。在许多沿着预定路线来回振荡的应用中，设计人员寻求让长轴幅度/短轴幅度比尽量大，以接近线性路线，但是，由于振动是旋转力产生的，所以一般无法实现沿着预定路线来回振荡。在许多情况下，轴中心形成的轨迹线可能接近于圆形。不平衡电机的振动频率等于电机轴的旋转频率，因此，受限于电机带动轴旋转的速度。低速旋转时，产生的振动较小。

尽管产生振动很有效，但是在各种设备、系统和上述应用中常用的不平衡电机振动产生模块仍有许多相关问题，如附图1A所示。电机轴不平衡不仅会产生可用于各种应用的有用振动，而且会在电机内产生破坏性不平衡力，加速电机部件的性能老化。花时间和精力确保准确平衡电机、车辆和其他类型机械的旋转部件，熟悉汽车、机床及其他此类设备和系统的任何人清楚旋转部件不平衡的后果。那些采用不平衡电机产生振动的许多设备和电器，尤其是手持设备和电器的使用寿命从几十个小时到几千个小时不等，达到使用寿命后，随着电机和其他部件性能的退化，设备产生的振动服务会陡然下降。不平衡电机产生振动运动的效率相对较低。不平衡电机产生一定振动力所消耗的功率大大超出产生上述特定振动力所需的理论最小功率。为此，许多利用不平衡电机产生振动的手持设备在工作过程中会迅速消耗蓄电池。上述沿着预定路线或空间曲线作来回振动运动的不平衡电机一般无法由不平衡电机产生。不平衡电机只在总振动力/频率空间极有限的部分中产生振动。附图3图示了各种不平衡电机的振动力与频率对照图。图表显示为连续的假想曲线，当然，实际数据是不连续的。如附图3所示，对于手持电器所用相对低功率电机，只有以80Hz为中心的极小频率范围(附图3中的302)会产生明显的振动力。而且，振动力相对较小。不平衡电机消耗的大部分能量用于带动轴和不平衡配重旋转，以及克服电机内的摩擦力和惯性力。仅相对少部分消耗能量被转换为所需的振动力。

由于上述探讨的常用不平衡电机振动产生模块的不足，各种不同的基于振动的设备、电器和系统的设计人员、制造商以及最终用户都在继续寻求更有效、性能更佳的振动产生模块，应用到各种各样消费电子、设备和系统中。

发明内容

附图说明

附图1A-B所示为常在各种不同设备中用于产生振动的不平衡电机。

附图2A-B图示了附图1A-B所示不平衡电机产生的振动运动。

附图3图示了各种不平衡电机的振动力与频率对照图。

附图4A-D部分地图示了本文中“振荡共振模块”短语的含义。

附图5A-G图示了一种特殊的ORM。

附图6A-B图示了一个H桥开关，它可以在各种ORM中用于改变应用于线圈的电流方向，从而驱动ORM内来回振振荡。

附图7提供了附图5A-G所示ORM的框图。

附图8A-C提供了CPU执行的、用以控制ORM运行的控制程序的控制流程图。

附图9图示了ORM和ORM控制程序不同实现方法能够实现的频率与振动力的范围。

附图10给出了不平衡电机和ORM通过运行可以实现的振幅/频率空间与该空间中的各个区域的关系图。

附图11-18所示为ORM的各种不同可选实施例。

附图19所示为附图17所示ORM优化处理后的实施例。

附图20所示为第一线圈层。

附图21所示为第二线圈层。

附图22A所示为拥有两层线圈层的定子的横截面。

附图22B所示为拥有四层线圈层的定子的横截面。

附图22C所示为拥有两层线圈层的定子的横截面。

附图23A图示了驱动力垂直于基板表面的电机。

附图23B图示了磁电枢处于上升位置的电机。

附图23C图示了磁电枢处于下降位置的电机。

附图24A-D提供了与振荡相关的各种物理和数学概念的示意图。

附图25所示为利用ORM产生振动的一般设备、电器或系统的框图。

附图26A-B所示为设备或系统内的多个共振频率。

附图27提供了上述附图25所讨论的含ORM的一般设备的示例性共振频率表。

附图28A-C图示了ORM控制方案与共振频率组合，以产生振动响应的方法。

附图29所示为可通过一般设备内的控制逻辑应用到ORM的一些控制模式的例子。

附图30所示为可用于附图25所示一般设备的示例性振动类型表。

附图31-36提供控制流程图，用于说明上述附图25所讨论的一般设备中用于产生物理设备或系统的振动模式或振动响应的控制逻辑。

详细说明

本文件涉及各种振荡共振模块(ORM)，包括线性共振振动模块(“线性ORM”)，这些模块可以应用于各种不同类型的电器、设备和系统中，来提供振动力。ORM通过ORM内的配重或组件沿空间曲线某一段振荡，从而产生振动力，而不是不平衡旋转的结果，这一点与不平衡电机相同。ORM振动诱导运动的振荡特性有效解决了不平衡电机的许多相关问题。将ORM与反馈控制结合在一起，使ORM产生的驱动频率接近于使用了ORM的设备的共振频率，最优化相对于ORM产生的振幅和振动频率的功耗，并最大化设备的振动能量。ORM内的振荡可转化为ORM产生的高定向驱动力，驱动安装有ORM的电器或设备内的振动响应。本文件分两个部分，第一部分介绍各种ORM，第二部分讨论ORM控制器，本文对控制器有详细介绍。

ORM

附图4A-D部分地图示了本文中“振荡共振模块”短语的含义。与常用于产生振动驱动电器中的振动的上述不平衡电机不同，振荡共振模块包含配重或质量，可沿着某个路线来回振荡。此路线可以是线性路线、线段，但是一般情况下，可以是空间曲线的任何一段。附图4A图示了线性振荡共振模块的操作。在第一个图402中，它标示了时间“0”，线性ORM为在时间0(附图4A中的404)时的情况，其中，质量或配重406对中在被两个止动器410和412限制的线性路线408内。当激活线性ORM时，配重开始移至左侧，如图414所示。盘状质量406内的小箭头415指示移动方向。此质量继续移动，如图416所示，直到质量碰到左侧止动器410，在这一点上，质量的行走方向反转，质量开始往相反方向回移，如图418所示。在图419和420中，在时间间隔4和5期间，质量继续向右行走。在时间6时，如图421所示，质量碰到右侧止动器404并反转方向，向右回移，如图422所示。椭圆424表示在线性ORM运行期间，此过程无限延续下去。此质量沿线性路线来回振荡。振荡周期和最大振幅一般可以由输入到ORM的控制信号进行控制。

附图4B给出了配重沿圆持续逻辑运动与配重在线性ORM内的实际线性运动的映射关系，具体参考附图4A。在附图4B中，配重的位置在圆430上。在时间0时，即点432，配重位置(圆430内的虚线434和实线436)垂直映射到圆下方所示线性路线440上的中心点438。只要线性ORM运行，配重的位置就可以以逆时针方向验证圆行走，如虚线圆箭头442所示。在时间1时，即圆430的点444，质量的位置通过垂直虚线446映射到线性路线440的点448。在时间2时，即点450，线性路线440上质量的位置即点452。在时间3时，即沿圆的点454，质量的位置还是点448。因此，当沿圆分布的质量位置从点444移到点454，质量的移动方向反转，且质量继续以与原始移动方向相反的方向移动。线性路线440下方的小水平箭头，即箭头456所示为每一对相邻时间点之间的线性ORM的质量的线性运动。因此，可以使用质量绕圆做逻辑旋转描述质量在线性ORM中的来回振荡。如果圆的半径为1，则沿实际行走路线的质量在时间t时的位置x可以表示为：

其中，ω是代表质量绕圆移动的点的角速度。

附图4C所示为一般空间曲线段路线。附图4C所示为在三维卡迪尔坐标系462中的空间曲短线段460。振荡共振模块(ORM)的配重或质量可沿着空间曲线段路线来回振荡。在附图4C 458的第一个图中，配重或质量沿路线从左移到右，如小曲线箭头所示，例如曲线箭头460。如附图4C中的第二个图462所示，一旦配重或质量到达空间曲线段的左端，会逆转方向并移到左侧。如附图4C中的第三个图464所示，一旦配重或质量到达空间曲线段的左端，会再次逆转方向并移到右侧。椭圆466表示当ORM运行时，继续来回振荡。ORM内配重的空间曲线段路线由ORM的物理实现和运行进行定义。

附图4D所示为ORM的配重或质量所振荡的另外两个示例路线。第一个路线是一个圆弧470，第二个路线是一个部分椭圆弧形路线472。如上所述，ORM还有许多其他不同类型的空间曲线段路线。

附图5A-G图示了一种特殊的ORM。附图5A-G均使用相同的图示约定，下文结合附图5A进行讨论。ORM有一个筒形机匣502，内部有一个实心、筒形质量504或配重，可以沿着筒形机匣或管502内的内部空心筒形室506做线性移动。此配重是一块磁铁，在所述的实施例中，极性使用“+”和“-”表示，配重504右侧使用“+”号510表示，左侧使用“-”号512表示。筒形室506两端盖有两个磁盘514和516，极性使用“+”号518和“-”号519表示。盘状磁铁514和518在磁性的作用下，方向与配重504的磁性取向相反，这样一来，当配重移到筒形室的最左侧或最右侧时，筒形室左端或右端的其中一个盘状磁铁会阻挡配重前进。换言之，盘状磁铁的作用非常像弹簧，可方便配重减速和反转配重的运动方向，也可以最小化或防止配重和关闭筒形室的端盖的机械冲击力。最后，导电线圈520围绕在筒形机匣或者管502接近筒形机匣中点的位置。

附图5B-G所示为附图5A所示ORM的操作。当电流应用到第一个方向522的线圈520时，平行于筒形室轴线的方向上产生对应的磁力524，加速配重504在磁力524方向上的移动。当配重到达位于或接近对应盘状磁铁514的点时，如附图5C所示，在相反方向产生盘状磁铁514和配重504,526相互排斥造成的磁力，降低配重的速度，并逆转其方向。当配重逆转方向时，如附图5D所示，在与线圈520相反的方向530应用电流，在与附图5B所示磁力方向相反的方向上形成磁力532，加快与附图5B加速的配重的方向相反的方向上的配重504的运行速度。如附图5E所示，然后，配重右移，如附图5F所示，直到配重减速，停止，然后在盘状磁铁516的排斥作用下在相反方向加速。然后，在相同方向534上，如附图5B所示，往线圈520应用电流，加速实心筒形质量在与附图5B同一方向的运动。因此，通过将磁场与变换应用到线圈的电流的方向而产生的快速极性换向相结合，以及通过配重磁铁与中空筒形室每一端的盘状磁铁之间的排斥力，配重在筒形机匣502内来回振荡，在筒形室的端部传递导向力，在到达止动点时逆转方向。

显然，振动幅度和ORM内产生的振动力的其他特征与配重振荡所在的中空筒形室的长度、应用到线圈的电流、配重的质量、线圈产生的配重的加速度和整个ORM的质量有关。所有这些参数基本上都是ORM的设计参数，因此，ORM具有非常大的振幅设计范围。

实心筒形质量的振荡频率由应用到线圈的电流方向的变换频率决定。附图6A-B图示了一个H桥开关，它可以在各种ORM中用于改变应用于线圈的电流方向，从而驱动ORM内来回振振荡。附图6A-B均使用相同的图示约定，下文结合附图6A进行讨论。H桥开关接收定向信号d 602和直流(DC)电源604。方向控制信号d 602控制四个开关606-609，如附图6A所示的晶体管。当输入控制信号d 602较高或“1”时，如附图6A所示，开关608和609合上，开关606和607打开，因此，电流按照曲线箭头(若曲线箭头610)所示，向左从电源输入604流至接地612，通过线圈614。当输入控制信号d较低或“0”时，如附图6B所示，通过线圈的电流方向反转。如附图6A-B所示，H桥开关只是用于快速变换ORM线圈内电流方向的各种不同电气和机电开关的其中一个例子。

附图7提供了附图5A-G所示ORM的框图。除了附图5A所示的筒形机匣、线圈和内部组件之外，ORM还包括电源、用户界面(一般包括机电按钮或开关)、H桥开关(上述结合附图7A-B讨论的开关)、中央处理器(CPU)(一般是一个小型低功率微处理器)和一个或多个机电传感器。所有这些组件封装在一起，构成基于振动的电器、设备或系统内的ORM。

如附图7所示，ORM 700由CPU微处理器702执行的控制程序进行控制。所述微处理器可能包含足够容量的板载存储器，可以存储此控制程序和执行此控制程序期间所需的其他数据，或者，可以耦合到低功率存储器芯片704或闪存，用于存储此控制程序。CPU接收共同构成用户界面的用户控制706的输入。这些控制包括各种拨盘、按钮、开关或其他机电控制设备。例如，用户控制可能包括一个用于选择振动强度的拨盘(与应用到线圈的电流相对应)、一个用于选择其中一种工作模式的开关和一个电源按钮。用户控制产生输入到CPU708-710的信号。电源712根据需要为用户控制714、CPU 716和可选配的相关存储器、H桥开关718以及一个或多个传感器732(如有必要)提供电源。电源应用到各组件的电压和电流可能因组件的运行特征和要求而异。H桥开关720接收来自CPU的控制信号输入d 722。电源712接收来自CPU的控制输入724，用于控制馈入H桥开关718的电流，并传输到线圈726。CPU接收来自一个或多个机电传感器732的输入730，机电传感器产生对应于线性振荡质量734当前产生的振动强度的信号。传感器可能包括一个或多个加速计、压电器件、压力感测设备、或其他可产生对应于所需振动力强度的信号的传感器。

附图8A-C提供了CPU执行的、用以控制ORM运行的控制程序的控制流程图。附图8A提供高级控制程序的控制流程图。用户在步骤802中通过电源按钮或其他用户控制调用接通电源事件，此程序开始执行。在步骤802中，各种本地变量设置为默认值，包括以下变量：(1)mode，表示设备的当前工作模式；(2)strength，与当前用户选择的操作强度，与应用于线圈的电流相对应的数值；(3)lvl0，之前感测的振动强度；(4)lvl1，当前感测的振动强度；(6)freq，线圈中电流方向变换的当前频率；(6)d，H桥开关的控制输出；和(7)inc，表示频率当前增加的布尔值。接下来，在步骤804中，控制程序等待下一个事件。剩余步骤表示一个连续执行的闭环，或者事件处理程序，发生的每个事件均由控制程序合理处理。在控制程序的某些实施例中，可通过类似中断的机制启动这些事件，并堆叠执行，而在较为原始的实施例中，可以忽略或放弃时间上重叠的某些事件。在附图8A-C图示的实施例中，使用了两个计时器，一个用于以当前确立的频率控制应用到线圈的电流方向的变换，另一个用于管理控制程序监视当前产生的振动力的监视间隔。某些实施例可以简单地使用计数闭环或其他简单的编程方法来定期执行这些任务，而不使用正式的计时器机制。当发生事件时，控制程序开始执行一系列任务，第一个任务就是条件性步骤806指出的任务，即，确定发生的事件并合理处理该事件。当频率计时器到期后，如步骤806所确定的，输出信号d的值在步骤808中翻转，并输出到H桥开关，频率计时器复位，以触发下一个频率相关事件。频率计时器间隔由变量freq的当前值决定。否则，当事件是步骤810确定的监视时间到期事件时，则要在步骤812中调用例程“monitor”。否则，当事件对应于步骤814确定的通过用户界面更改用户输入时，则要在步骤816中调用例程“control”。否则，当事件为步骤818确定的由于用户禁用电源按钮而导致的关机事件时，则控制程序会在步骤820中合理关闭设备电源，并在步骤822终止控制程序。任何可能发生的其他各种事件由默认事件处理程序824进行处理。这些事件可能包括设备运行期间产生的各种错误条件。

附图8B提供了在附图8A的步骤812中调用的例程“monitor”的控制流程图。在步骤830中，例程“monitor”将传感器输入转换为表示ORM产生的当前振动力的整数，并将整数值存储在变量lvl1中。接下来，在步骤832中，例程“monitor”确定ORM当前是否在默认模式下工作。在默认模式下，ORM通过以尽可能接近ORM共振频率的频率，连续寻求操作ORM，使用连续反馈控制以优化ORM产生的振动力。此外，更为复杂的工作模式可以由附图8B中步骤834表示的各种较为复杂的例程进行处理。更为复杂的振动模式可能系统和/或定期地改变频率，或者产生各种复杂、多组分的振动模式，以用于某些应用、电器、设备和系统。这些较为复杂的模式取决于应用，将不会在控制流程图中详细介绍。如果工作模式为默认模式，即，控制程序寻求优化设备产生的振动力，在步骤836中，例程“monitor”将会确定本地变量inc是否设置为TRUE。如果是这样，控制程序当前会提高设备工作频率，以获取共振频率。根据步骤838确定的，当lvl1大于lvl0时，则说明最近已通过提高频率来增加振动力，因此，在步骤840，例程“monitor”会再次提高频率，并对应地复位频率计时器。否则，根据步骤842确定的，当lvl1小于lvl0时，则控制程序已将频率提高，超过共振频率，因此，在步骤844中，控制程序会降低频率，将变量inc设定为FALSE，并对应地复位频率计时器。按同样方法，根据步骤836确定的，当变量inc的初始设置为FALSE时，且根据步骤846确定的，当lvl1大于lvl0，在步骤848中，例程“monitor”会减小存储在变量freq中的值，并复位频率计时器。否则，根据步骤860确定的，当lvl1小于lvl0时，则在步骤862中，例程“monitor”会增加存储在变量freq中的值，将变量inc设置为TRUE，并复位频率计时器。最后，在步骤864中，lvl1中的值转移到lvl0，并复位监视计时器。

附图8C提供在附图8A的步骤816中调用的例程“control”的控制流程图。用户控制发生变更时会调用此例程。在步骤860中，变量mode和strength设置为当前选择的模式和振动强度，由用户界面中控制功能的当前状态表示。接下来，在步骤862中，例程“control”计算与当前选择的、存储在变量strength中的强度相对应的输出值p，并将值p输出到电源，使电源将合适的电流输出到线圈。最后，在步骤864中，例程“control”计算新监视计时器间隔，并据此复位监视计时器。

结合附图8A-C描述的控制程序是可执行的控制程序的众多不同实施例的一个例子，它取决于ORM的要求、特定ORM的参数和固有特征、接收自特定用户界面的控制输入类型、电源性质以及ORM所实施的工作模式的类型。

附图9图示了ORM和ORM控制程序不同实现方法能够实现的频率与振动力的范围。附图9的轴与附图3所示图表的轴相同。但是，与附图3不同，附图9包括许多不同曲线，例如曲线902，每条曲线代表可从特定ORM实施例获取的振动力和频率。这里再次说明一下，ORM一般至少有一个共振频率，这是ORM各种成分的几何和重量特征，每个ORM会自然而然地在接近于此共振频率的频率下工作，以实现最佳振动力。因此，在所有可能的实施例范围内，即便是频率和振动力范围相对较小，例如不平衡电机，ORM也可以在大振动频率范围内得到所需的振动力，在大振动力范围内可以实现所需振动频率。或许从附图10中可以很好地看清对比。附图10给出了不平衡电机和线性ORM通过运行可以实现的振幅/频率空间与该空间中的各个区域的关系图。可以利用不平衡电机使振幅/振频组合大体控制在振幅/振频空间内的交叉影线方形区域1002以内。通过对比，可以设计和实现线性ORM，使振幅/振频组合在曲线1004下方。因此，相比不平衡电机实际获取的工作频率，线性ORM可以实现高得多的工作频率，相比手持设备及其他常见设备和系统中使用的相对低功率不平衡电机可以实现的振幅和振动力，线性ORM实现的振幅和振动力明显高得多。而且，当需要较大的振动力时，由于电机内回产生破坏力，所以平衡电机一般不切实际或不可行。一般而言，当前可用的振动模块一般以固定振幅和/或固定频率工作，相比之下，单一实现的线性ORM可以进入大得多的振幅/振频空间，这些内容将在下文详细介绍。

附图11-18所示为ORM的各种不同可选实施例。附图11为类似于上述结合附图4A讨论的ORM的示意图。须注意的是，可以选择使用机械弹簧取代端部磁铁1102和1104。可以使用传统的金属螺旋弹簧或者使用可压缩耐用材料制成的弹簧，或受压时可恢复其初始形状的机械设备。须注意的是，配重和室的横截面可以是筒形的，如上述附图5A所示，或者可以是其他形状，例如矩形或六边形横截面。

附图12所示为类似的实施例，其中活动质量1202安装有控制器和电源。在此实施例中，活动质量1202的相对质量和ORM的其他组件得到优化，进而最大化特定功耗水平下产生的振动力。

附图13所示为可选ORM。在此可选实施例中，活动质量安装了额外的线圈1302和1304，机匣的某个固定位置安装对中磁铁或线圈1306，这样一来，当应用到线圈1302和1304的电流方向发生变化时，会产生振荡旋转力，导致可移动配重在垂直于筒形室轴线的平面上振荡，以及在筒形室的方向上呈线性振荡。

附图14所示为采用了多个电磁线圈的ORM。在附图14中，两个线圈1402和1404分别布设在机匣的两个不同位置上。第一个线圈1402可用于带动活动质量1406呈线性振荡，而第二个线圈可以激活，以缩短活动质量线性振荡的筒形室的长度，本质上作为第二个排斥磁铁。在ORM的此实施例中，活动质量可以至少两个不同振幅呈线性振荡，具体取决于第二个线圈1404是否激活来排斥活动质量。此外，可以利用两个线圈中更为复杂的电流倒向模式，来产生复杂的活动质量多组分振动模式。

当机匣完全封闭时，筒形室内的空气会抑制活动质量的振荡。可通过在活动质量侧面布设通道，让空气从活动质量的一侧流到另一侧，借助活动质量的通道、或者在机匣上留一些开孔，让空气进出机匣，将此抑制效应降到最低。此外，可以在筒形室内采用不同流体或液体，改变当活动质量线性振荡时流体和气体移位产生的抑制效果。

附图15所示为本文所述的线性共振振动模块的可选ORM实施例，它依靠活塞线性振荡来产生振动。活塞1502布设在与ORM主机匣1504长轴正交的活动式组件轨道上，可滑动，而主机匣内包括电源、微控制器和其他控制组件。活塞周围围绕着或包括吸附的驱动磁铁1506，并寻求与安装在机匣内的对中磁铁1508相对齐。往两个驱动线圈1512和1514的其中一个应用电流，可强制驱动磁铁脱离平衡位置，如附图15所示。通过快速切换应用至驱动线圈的电流的方向，微控制器可以控制活塞，使其上下线性振荡，如箭头1520所示。

附图16所示为本文所述线性共振振动模块的另一个ORM实施例。在本文所述线性共振振动模块的此实施例中，有一个弹簧状构件1602的一端1604夹在机匣上。驱动磁铁1606和1608固定在弹簧状构件1602上，当电流在线圈1610上快速逆向时，会导致弹簧状构件1602以相对较高的频率振动。

附图17所示为类似于附图16所示ORM的另一个ORM。在此ORM中，弹簧构件1702延长，提供一个外部按摩臂1704从机匣伸出，以提供一个线性振荡按摩脚构件1706，用于按摩人类皮肤或一些其他基板，具体取决于应用。

附图18所示为可以加入附图16和17所示任一个ORM的机械振动调整功能。可以操纵调整螺钉1802，改变活动式弹簧夹1804的位置，弹簧夹的作用是当作弹簧状构件1806的活动式夹持点。向左移动活动式弹簧夹1804，如附图18所示，可缩短弹簧状构件的长度，因此，往往会提高特定功耗水平下的共振频率。相反，向右移动活动式弹簧夹，如附图18所示，可延长弹簧状构件的长度，进而减小振动频率。

附图19所示为附图17所示ORM优化处理后的实施例。在此实施例中，按摩脚经过增强，包括有弹性鬃毛1902-1906，可以将按摩脚的线性振荡传输到人类皮肤或其他基板。弹性鬃毛，或拥有大量弹性鬃毛的垫子或毛刷即便工作功率非常低，也可以将振动传输到表面，而刚性或者甚至半柔性按摩脚不能克服摩擦力时，只是简单地停止移动。

附图20-23C所示为另外一种不同的ORM。此ORM的印刷电路板(PCB)内有一个电机。此电机内的活动和非活动组件通过电磁力实现相互作用，以产生运动。非活动组件包括产生磁场的定子。可以使用一个或多个线圈制成定子。在某些实施例中，使用一个或多个螺旋状导电线路的组合，制造集成到平面基板的定子。

附图20所示为第一线圈层。第一个线圈层2000包括一个基板2002和螺旋状线路2004，该螺旋状线路以顺时针方向从螺旋外侧绕到螺旋内侧。螺旋状线路2004围绕中心并覆盖基板2002。在一些实施例中，基板2002是一个印刷电路板。线路的宽度和厚度影响最终线圈的导电性。一般而言，线路越厚越宽，电阻越低，线圈电阻越低，载流容量越高。内径较大的螺旋和圈数较多的螺旋做成的线圈的电感相应较高。螺旋中心有一个空心的螺旋状线路2004的电感表示为：

其中：

r是核心半径，单位为英寸；

N是圈数；和

W是绕圈总宽，单位为英寸。

最终线圈的电感可以通过改变上述参数，以及通过选择内核材料进行调整。

第一连接板2006和第二连接板2008端接在螺旋状线路2004的两端。在某些实施例中，第一连接板2006和/或第二连接板2008被安装到一个或多个导电通孔，将第一线圈层连接到其他线圈层或基板的电路。其他连接板2010、2012、2014和2016可以提供连接点或可以加入连接多层线路的通孔。

附图20另外图示了大量电机元件在特定电机实施例中的布置。在螺旋状线路2004的中心是一个圆孔2018。此圆孔为电枢2020提供空间。此电枢2020可以使用黑色金属或磁性材料制成，向线圈层应用驱动电流时，它以基本垂直于基板2002表面的方向移动。对中弹簧2022将电枢2020保持在基板2002上的圆孔2018中，并允许垂直于基板的有限移动。

在某些实施例中，线路和连接板由导电性材料制成，例如，金属、铜、铝或导电合金。第一线圈层2000上的线路和连接板可以使用印刷电路板制造技术进行制造。在某些实施例中，基板2002层压了铝箔贴纸。使用一系列技术实现多层线圈的结构，包括多层PCB构造；由绝缘层隔离的层压铝箔贴纸和双面PCB构造。在某些实施例中，线路和连接板嵌在基板2002上。

附图21所示为第二线圈层。使用与第一线圈层2000相同的方法构建第二线圈层2100。螺旋状线路2102以顺时针方向从起始连接板2104绕到结束连接板2106。附图20所示的线圈层在附图21所示的线圈层上，两个线圈层相互对齐，这样一来，附图20所示的第二连接板2008覆盖附图21所示的起始连接板2104，而附图20所示的连接板2010对齐附图21所示的结束连接板2106。PCB通孔形成附图1所示第二连接板2008与起始连接板2104之间的电气连接。当附图20所示的第一线圈层2000与附图21所示的第二线圈层2100按此方式连接并通电时，会增加这些层的电感。在其中一个工作模式下，从第一连接板2006开始，电流流入附图20所示的线圈层，顺时针绕线圈，进入第二连接板2008，通过通孔进入起始连接板2104，顺时针进入结束连接板2106。增加额外的线圈层可增加最终线圈的总电感。其他连接板2108、2110、2112和2114提供连接点，并为连接到其他线圈层的通孔提供支持。在某些实施例中，可以使用上述类似方法，往线圈加入额外的线圈层。额外的线圈层通过绝缘层隔离，或者放在绝缘基板的对侧。在某些实施例中，多层线圈在电机中用作定子。

附图22A所示为拥有两层线圈层的定子的横截面。第一线圈层2202和第二线圈层2204层压在绝缘平面基板2206上，例如PCB。第一和第二线圈层2202和2204由绝缘层隔离，并通过通孔2208相互电气连接。定子由第一连接板2210和第二连接板2212驱动。在某些实施例中，第二连接板2212使用通孔引向PCM的正面。提供一个电枢用开口2214，定子通电后，电枢会垂直于基板表面进行移动。可以使用附图20和21所示的线圈层构建第一和第二线圈层，或者将类似线路布局好，使线圈层绕开口2214作单方向旋转。附图22A所示实施例可以进一步包括额外的线圈层，层压在平面基板两侧。

附图22B所示为拥有四层线圈层的定子的横截面。第一正面线圈层2250和第二正面线圈层2252层压在绝缘平面基板2254正面上，例如PCB。第一背面线圈层2256和第二背面线圈层2258层压在绝缘平面基板2254背面上。第一通孔2260通过电气的方式将第一正面线圈层2250结束点连接到第二正面线圈层2252的起始点。第二通孔2262通过电气的方式将第一背面线圈层2256结束点连接到第二背面线圈层2258的起始点。基板通孔2264将第一正面线圈层2250结束点连接到第一背面线圈层2256的结束点。当电流进入入口连接板2266，并通过四层线圈层，电流会作单方向旋转，直到电流从出口连接板2268退出。附图22B所示定子的电感大约是附图22A所示定子的电感的两倍。

附图22C所示为拥有两层线圈层的定子的横截面。正面线圈层2280和背面线圈层2282层压在绝缘平面基板2284的对侧上，例如PCB。通孔2288通过电气的方式将正面线圈层2280连接到背面线圈层2282，形成线圈，以单一方向绕在开口2290上。连接板2292和2294提供电气触点，使线圈连接到驱动电流。

在某些实施例中，组成定子的线圈层不会互连形成单一线圈。例如，基板通孔2264可以忽略，两个正面线圈层2250和2252的电力驱动独立于两个背面线圈层2256和2258。在其他实施例中，两个正面线圈层2250和2252相对于两个背面线圈层2256和2258对绕。在此配置下，两个正面线圈层在开口2270产生的磁场与两个背面线圈层产生的磁场相反。

PCB是适合制作本文所述线圈和电机的基板。可以使用PCB工艺制作PCB，其中，印刷铜层被硬心层板隔开，例如使用FR-4玻璃纤维增强环氧树脂。使用聚酰亚胺制成的PCB可以支持较高密度的线圈，且具有较高的机械灵活性。使用陶瓷制成的PCB，例如氧化铝，具有较高的耐热性。可以使用任何这些PCB材料制作上述定子。

在某些实施例中，上述线圈层经过布置，形成一个或多个线圈，覆盖PCB的正面和/或背面。线圈形成定子，驱动电机的电枢。

附图23A图示了驱动力垂直于基板表面的电机。电机2300布设在基板2302上，例如PCB。第一正面线圈层2304和第二正面线圈层2306覆盖基板2302的正面。第一背面线圈层2308和第二背面线圈层2310覆盖基板的背面。第一通孔2312通过电气的方式将第一正面线圈层2304连接到第二正面线圈层2306，形成正面线圈，第二通孔2314通过电气的方式将第一背面线圈层2308连接到第二背面线圈层2310，形成背面线圈。正面线圈接头2316和2318提供驱动正面线圈的电力，背面线圈接头2320和2322提供驱动背面线圈的电力。

磁电枢2324有一个北极2326和一个南极2328，它位于基板2302的开孔中，通过正面和背面线圈的中心位置。为了使磁电枢2324振动，要将第一振荡电流应用到正面线圈接头2316和2318，第二振荡电流应用到背面线圈接头2320和2322。当电机运行时，流过正面线圈的电流和流过背面线圈的电流的流向与旋转方向相反。在某些实施例中，如果线圈是对绕的，这要通过往正面和背面线圈应用相同的振荡电流来完成。在可选实施例中，如果线圈不是对绕的，第二振荡电流要偏离第一振荡电流180度。形成的振荡磁场同步向北极2326和南极2328提供磁动势，带动磁电枢2324以与应用振荡电流时的频率成比例的频率振动。在可选实施例中，第二正面线圈层2306通过第三导电通孔连接到第一背面线圈层2308，形成单驱动对绕定子，利用单振荡电流驱动该定子，带动电枢作振动运动。

磁电枢由轴向极化磁铁制成。在一个实施例中，此磁铁是一个钕级N-42盘形磁。要部分地根据所需的电机振动剖面来调整磁铁的尺寸和形状。

附图23B图示了磁电枢处于上升位置的电机。当第一驱动电流应用到正面线圈2330时，正面线圈2330会产生向下的磁通量2332。在向下磁通量2332的作用下，北极2336会形成向上垂直力。由于应用了第一驱动电流，将第二驱动电流应用到背面线圈2338，然后产生向上磁通量2340。在向上磁通量2340的作用下，磁铁南极2342会形成向上垂直力。在向上力的作用下，磁电枢2334上移，如附图23B所示。

附图23C图示了磁电枢处于下降位置的电机。当第一和第二驱动电流的方向逆转时，北极2360和南极2362的力逆转。当第一逆转电流应用到正面线圈2364时，正面线圈2364会产生向上磁通量2366，并在北极2360上形成向下垂直力。当第二逆转电流应用到背面线圈2368时，会产生向下磁通量2370。磁电枢2372的南极2362上形成向下垂直力。在这两种力的作用下，磁电枢2372下移，如附图23C所示。

驱动电流交替，导致磁电枢以所选频率垂直于基板表面进行振动。在一个实施例中，正面线圈和背面线圈相互对绕。正面和背面线圈通过导电通孔或线连接在一起，并由一个驱动电流驱动。此布置方式会导致正面和背面线圈在相反方向产生同时磁通量信号，这反过来会作用在磁电枢的北极和南极，带动磁电枢振动。

在可选实施例中，采用了额外的线圈层。例如，8层PCB可以拥有四个正面线圈层和四个背面线圈层。四个正面线圈层连接，形成一个正面线圈，四个背面线圈层连接，形成一个背面线圈。在某些实施例中，正面线圈和背面线圈对绕，并由一个驱动电流驱动，具体见上文的描述。

接下来，从数学的角度介绍振荡、共振和Q系数。附图24A-D提供了与振荡相关的各种物理和数学概念的示意图。通过考虑简单、一维弹簧，可以深入了解谐波振荡器。附图24A所示为可在x方向伸展的弹簧。在第一图2402中，所示弹簧是一个平衡、静止状态，弹簧端部的某个点或质量2404在位置x＝0上。在第二图2406中，弹簧沿着x方向向右拉，现在，质量2404位于位置x上。众所周知，伸展的弹簧具有势能，会造成力F_x 2408指向相反方向。换言之，弹簧被释放后，质量将会左移，来回振荡，最终返回图2402所示的0位置。但是，如果弹簧无摩擦，质量将会以类似于附图4A-B所示线性ORM的方式继续、无限地来回振荡。

无摩擦弹簧从数学角度可以建模为：

F_x(x)＝-kx,

其中Fx(x)是弹簧形成的力；

x是弹簧端部的位置；和

k是力常数。

力常数k是弹簧的一个属性，包括构成弹簧弹性、压缩性和其他物理特征的所有参数。在较为复杂、现实的情况中，有许多不同的因素会影响谐波振荡器相关力常数，包括与物理设备或模块内其他谐波振荡模式的交互。

附图24A所示弹簧系统的势能可建模为：

其中，U(x)是弹簧系统的势能。

根据牛顿第二定律，弹簧伸展或压缩时形成的力的方程可以表示为一个简单、二阶微分方程：

其中m＝振荡器的质量；和

此微分方程可以简化为：

其中

以一种方式，此简单、二阶微分方程的通解为：

x(t)＝C₁e^iωt+C₂e^-1ωt.

在此方程中，C₁和C₂为通过特定弹簧系统初始条件确定的任意常数。此解可以彻底改为：

x(t)＝B₁cos(ωt)+B₂sin(ωt),

其中，B₁＝C₁+C₂；和

B₂＝i(C₁-C₂)

此解的最终，或许是最佳形式为：

x(t)＝Re[Ae^i(ωt-δ)],

其中，Ae^-iδ＝B₁-iB₂＝C.

在此方程中，A是振荡幅度，ω是振荡角速度(具体见附图24B的讨论)，δ是初始相位偏移。此最终表达式描述了旋转与线性谐波振荡的映射关系，具体见附图4B以及附图24B的讨论，其中，注释摘自此微分方程的解的最终表达式。

如上所述，无摩擦弹簧从伸展位置释放后将继续无限振荡。但是，在实际系统中，阻力是不可避免的，例如摩擦力，会抑制振荡，以至于随着时间的推移，振荡幅度会降低，最终停止振荡。这种较为复杂、更为现实的场景可以通过在二阶微分方程加入阻力项进行建模：

其中–bx是阻力；和

按以下方法定义几种新常数：

和

并求解上述转换后的二阶常微分方程，获取以下结果：

x(t)＝Ae^-βtcos(ω₁t-δ)

其中，β＜ω₀；和

如上所述，当阻尼常数β的值小于固有频率ω₀的值时，系统阻尼不足，振荡幅度呈非线性下降，如附图24C所示。当β大于ω₀时，系统阻尼过大，在这种情况下，只会发生单一振荡，如附图24D所示。

多数物理系统受到机械扰动时，会偏离平衡状态，以一个或多个固有频率进行振荡。在ORM中，电机用于持续扰动系统，以驱动ORM振荡和产生振动。安装了ORM的设备在ORM产生的驱动振动作用下开始振动。在这种情况下，ORM会提供外部驱动力F(t)，来驱动安装有ORM的设备的连续振荡。可以通过以下方程表示外部力驱动线性振荡器：

其中F(t)是外部驱动力。

定义如下：

数学模型变为：

此表达式的解为：

x(t)＝Acos(ωt-δ)

f(t)＝f₀cos(ωt)；

其中，和

在此表达式中，常数ω是驱动力的驱动频率，略小于固有频率ω₀。从振幅的平方(与振动能量成比例)的表达式可以看出，当此表达式的分母是一个接近于0的值时，此振幅最大。可以通过改变物理设备，来改变固有频率ω₀，而外部驱动力频率保持不变ω，或者通过改变驱动频率ω，而固有频率ω₀保持不变来最大化此表达式。当ω₀变化，ω保持不变时，当ω₀＝ω时，A最大；当ω变化，ω₀保持不变时，当时，A最大。这就是“共振”一词出现的地方。共振频率指的是幅值A最大时的频率。由此可以看出，这一般在电机或其他机械力输入机制的驱动频率接近或等于物理系统的固有频率ω₀时出现。可以使用固有频率和阻尼系数表示品质因数Q，如下：

这是最大值一半时振幅峰值的宽度与固有频率ω₀的比的倒数。

本文介绍的ORM控制器

附图25所示为利用ORM产生振动的一般设备、电器或系统的框图。振动在人、动物或物体中的应用并不少见，用途也各种各样，包括临床治疗，此外，它还可以提供触觉反馈，例如手机振动、振动通知或振动通信。因此，本文介绍各种不同应用中，或者大型设备和系统中所用常见ORM设备或系统的特定功能。在附图25中，设备、电器或系统用外矩形2502表示。此设备包括四个ORM 2504-2507。ORM可以是任何类型，包括上文讨论的ORM。一般而言，ORM将输入能量(例如电流)转换为机械振动。此设备还包括多个振动传感器2510-2511。振动传感器类型多种多样，包括测量一个、两个、三个不同正交方向加速度的压电加速度计。其他类型的传感器可能包括附于活动线圈的薄膜，当薄膜振动时，活动线圈会产生电子信号，这类似于反向扬声器。除此之外，此设备或系统包含一个控制器2516。此控制器包括ORM控制逻辑2418，可以传输控制信号，在某些情况下，可以传输电气信号，用于接通ORM的电源。当控制器2516是一个处理器或者处理器控制的控制器子系统，ORM控制逻辑可以实现为一系列的处理器指令。在许多ORM设备和系统中，控制器会访问某个类型的电子存储器2520，此存储器存储着处理器指令和实现ORM控制逻辑2518的其他类型的数据。附图25未显示各种标配组件和信号线，包括电源和电源传输电路、显示屏、按钮、其他用户界面相关组件以及特定设备才有的其他类型的逻辑和逻辑控制组件，例如手机内的收发器和通信子系统。一组双头箭头(例如双头箭头2522)表示除了ORM以外，控制器还可以控制设备或系统许多其他组件和功能的事实。

在前面有关振荡、振动和共振的讨论中，给出了一维谐波振荡的简易数学模型。但是，在一般含有ORM设备或系统中，可能有多个ORM，激活时会产生极其复杂的三维空间振动。各个ORM的振动模式可以结合在一起，产生大量的复杂的空间振动模式。这些振动模式的物理特征可能高度依赖准确的几何形状、重量和平衡和机匣的材料类型，以及特定设备或系统的内部组件。为此，设备或系统可能有大量不同的固有共振频率。

附图26A-B所示为设备或系统内的多个共振频率。附图26A所示为振动能或振幅的平方与频率的关系图。垂直轴表示能量和振动2602，而水平轴表示振动频率2604。曲线2606显示大量不同的振动能峰2610-2615。这些频率轴2604上的峰的高度和位置可能随着ORM组件振动的设备或系统的物理特征的细微变化而出现巨大变化。

附图26B所示为更为复杂的振动响应图。在附图26B所示的图中，振动响应使用曲面2620表示。测量得到的振幅或振动能在三维卡迪尔坐标系中形成曲面2620，坐标系包括x方向振动频率轴2522、y方向频率轴2624和振动能轴2626。获取振动响应曲面2620的设备或系统包括两个ORM，其中一个产生x方向的振动，另一个产生y方向的振动。两个ORM可以独立控制，以不同频率产生相应方向的振动。振动能曲面2620下方的x,y平面2628代表设备或系统内两个ORM可能产生的所有可能x方向振动频率和y方向振动频率。如附图26B所示，曲面包括三个局部振动能极大值2630-2632。这三个局部极大值各与x方向频率和y方向频率分量2634有关。因此，在附图26B所示的情况下，就两个ORM工作频率而言，在设备或系统内两个不同方向产生振动的两个ORM可以产生复杂的振动响应曲面。根据ORM的类型和数量，在较高维度的频率空间，振动响应可以是超维度曲面。但是，在所有情况下，就设备或系统驱动各个ORM的频率而言，设备或系统一般都有一些特征性共振频率，来表示最大振动能或振幅。一般而言，共振频率的数量等于设备、电器或系统中的振动自由度数量。

通过测量传感器输出获取的设备或系统的振动响应可以用于确定设备或系统的固有共振频率及制作表格。附图27提供了上述附图25所讨论的含ORM的一般设备的示例性共振频率表。共振频率表2702的每一行(例如行2704)表示一般设备的振动响应中的局部极大值或峰值。在附图27所示的示例表中，每个峰值都具有x 2706/y 2707和z 2708方向的幅值、峰值ω2710表示的振动频率以及ORM控制逻辑2712-2715驱动的四个ORM的频率。因此，为了在设备任何共振频率下实现一般设备的最大振动能，要在该共振频率对应的控制频率下驱动ORM。

附图28A-C图示了ORM控制方案与共振频率组合，以产生振动响应的方法。附图28A所示为简单设备的振动响应，设备的振动由单个ORM刺激。有一个单一固有频率ω₁2802与振动能和频率的振动频率图中的振动能峰值2804相对应。附图28B所示为ORM产生的振荡频率与时间关系图，时间间隔代表ORM控制方案。在附图28B中，垂直轴2810表示ORM控制输入驱动ORM的频率，而水平轴2812表示时间。控制曲线2814表示，ORM在初始时间周期2816内受非线性驱动，接近安装有ORM的设备的固有频率ω₁2818。在时间t_f2820的终点上，ORM输入中断。附图28C所示为当ORM根据上述附图28B所示的控制曲线2814运行时，安装有ORM的设备的振动响应曲线。如振动响应曲线2822所示，在启动控制方案后，发生可感知的设备振动前，有一个初始时滞2824，即时间t_i2826。由于ORM受控，接近和等于设备的固有频率ω₁，所以振动能或振幅从此点开始急剧增加。在时间t_f2820上，由于ORM不再被驱动，所以，设备的振动能相对急剧下降。但是，振动能不会立即降到0，而是在控制曲线中，ORM停止被驱动后经过一小段时间2828。

上述一般设备有一个存储器，可以存储ORM控制逻辑控制的ORM的各种控制方案或控制模式。附图29所示为可通过一般设备内的控制逻辑应用到ORM的一些控制模式的例子。示例模式包括线性上升和下降模式2802、指定时期内恒定控制2904和振荡控制2906。可通过模式的时长2908和ORM的最大输入2910将这些模式参数化。对于某些ORM，输入可以指定为电流或电压。其他ORM可通过数字控制信号进行控制，其中，数字编码命令要传输到ORM。控制模式可以从时间和频率这两个方面按比例缩放，以得到形式类似、但是最大振幅和时期不同的ORM的各种等效振动响应。

一系列可缩放控制模式(如附图29所示的控制模式)和共振频率表(如附图27所示的共振频率表)可以用于生成不同振动类型的表格，可以根据缩放控制模式，通过控制设备内的ORM，生成一般设备的不同振动类型。附图30所示为可用于附图25所示一般设备的示例性振动类型表。表的每一行(例如行3004)表示通过控制控制设备内的ORM可以在一般设备内产生的不同振动类型。例如，手机可以使用各种不同的触觉振动信号来向手机用户提示许多不同类型的事件。每个不同振动信号对应一个不同振动类型。每个振动类型具有振动类型标识符3006、振动幅度范围3008、振动基准时长3010以及控制模式和ORM 3012-3015的模式的缩放参数等特征。每个振动类型可以在幅度范围内缩放，也可以缩放得到所需时长。

通过使用外部或内部传感器，将包含ORM的物理设备或系统的固有共振频率特征化，可以基于共振频率和一系列ORM控制模式，汇编物理设备或系统的大量不同振动响应。在可选振动控制方法中，可以即时计算不同类型的振动响应，而不是基于一系列控制模式进行制表。但是，在所有情况下，将设备或系统内所含ORM振动的设备或系统的共振频率特征化是通过ORM控制产生可预测振动响应的一个必要步骤。

附图31-36提供控制流程图，用于说明上述附图25所讨论的一般设备中用于产生物理设备或系统的振动模式或振动响应的控制逻辑。附图31所示为附图25所示物理设备内控制逻辑的内部控制闭环。在步骤3102中，内部控制闭环等待下一个事件，然后处理发生的事件。当事件是步骤3104确定的characterize-vibration事件时，会调用例程characterize vibration来处理步骤3106中的事件。当事件是步骤3108确定的generate-vibration事件时，在步骤3110中会调用generate-vibration例程，产生振动，以对generate-vibration事件作出响应。当下一个事件是步骤3112确定的user-input事件时，在步骤3114中会调用process-input例程，来处理来自用户的输入。附图31中使用椭圆3116表示许多其他类型的事件由控制逻辑的内部事件闭环进行处理。处理最近发生的事件后，正在处理步骤3118确定的最近处理的事件时，如有其他事件排队等待处理，则在步骤3120中，下一个事件会取消排队，且控制返回步骤3104。否则，控制会返回步骤3102，使内部事件闭环等待下一个事件发生。

Characterize-vibration事件3104是一个控制逻辑例程、计时器到期处理程序和其他控制逻辑生成的事件，它用于控制一般设备内的ORM和传感器执行物理设备的振动响应的重新特征化(具体见上文附图26A-B的讨论)，以更新共振频率表，例如附图27讨论的共振频率表。在使用振动类型表的设备中，例如附图30讨论的振动类型表，在更新振动类型表之后还会更新共振频率表。

Generate-vibration事件被控制逻辑触发，以出于各种不同原因振动一般设备。例如，设备可以振动，对用户输入作出响应。再如，当控制逻辑确定发生任何提示条件时，设备可以振动。再如，可以生成generate-vibration事件，将信息传达给设备用户。

附图32提供附图31的步骤3106调用的characterize-vibration事件处理程序的控制流程图。在步骤3202中，例程调用子例程sweep，以生成振动响应曲线、曲面或超维度曲面的样本。在步骤3204中，例程调用store-vibration-maxima子例程，以确定在步骤3202中采样的曲线或曲面的共振频率。最后，在步骤3206中，例程调用compute-and-store-vibration-type-controls子例程，以基于在步骤3202和3204确定的新共振频率，更新振动类型表。

附图33提供附图32的步骤3202调用的子例程sweep的控制流程图。在步骤3302中，子例程sweep初始化存储振动响应的数据结构。如上所述，振动响应可能是采样曲线、采样曲面或者采样超维度曲面。在步骤3304-3306的for-loop中，启动每个ORM的频率扫描。频率扫描是一种在驱动频率大范围内连续扫描每个ORM的控制模式。每个ORM在不同时间间隔内重复单一的频率扫描，这样一来，在一系列迭代后，可以采集多维度ORM驱动频率空间。然后，在步骤3308-3312的for-loop中，sweep例程使用传感器输出，连续采集设备产生的振幅或振动能，同时发生驱动频率扫描。当然，采集多维度驱动频率空间以得到振动响应曲线、曲面或超曲面有很多方法可供选择。在某些情况下，可以采集定向振幅或振动能，而在其他情况下，可以采集标量振幅或振动能。

附图34提供附图32的步骤3204调用的store-variation-maxima子例程的控制流程图。在步骤3402中，此例程确定sweep例程产生的振动响应曲线或曲面中的局部极大值。曲线、曲面或超曲面内局部极大值的确定具有许多知名的数学方法。然后，在步骤3404-3406的for-loop中，共振频率表给出了特征化每个局部极大值的数据。

附图35提供附图32的步骤3206调用的compute-and-store-vibration-type-control子例程的控制流程图。在步骤3503-3509的for-loop中，考虑了每个可能的ORM/控制模式/共振频率三元组。当前考虑的三元组用于在步骤3504中估算最终设备振动的振动模式和强度。在步骤3505中，确定估算振动模式的最近振动类型(如有)。如果找到步骤3506确定的最近振动类型，且如果当前ORM/控制模式/共振频率三元组提供的设备响应比与步骤3507确定的振动类型相关的控制参数更接近振动类型，则，在步骤3508中，要使用当前考虑的ORM/控制模式/共振频率表示的当前控制参数更新所找到的振动类型的振动类型表条目。当然，在某些情况下，在合适的时间量内，可能要考虑太多可能的ORM/控制模式/共振频率三元组，这种情况下，可以以其他方式使用共振频率数据，为振动类型表中的振动类型找到最佳控制参数。在可选实施例中，可对振动响应/控制模式执行较为复杂的振动响应，以选择最佳控制模式组合，得到与每个振动类型相对应的全时间相关振动响应，利用最近确定的设备、电器或系统的固有振动频率来限制或获知搜索。

附图36提供附图31的步骤3110调用的generate-vibration处理程序的控制流程图。在步骤3602中，处理程序接收与正在处理的generate-vibration事件相关的振动类型、时长和振幅。在步骤3604中，从振动类型表中选择合适的ORM控制参数和模式。在步骤3606中，根据接收的时长和振幅调整ORM控制参数。在步骤3608中，将根据接收时长确定振动完成时的停止时间。然后，在步骤3610-3613的for-loop中，generate-vibration处理程序根据步骤3606中产生的调整后ORM控制参数连续调整每个ORM的输入。

尽管本发明只是从特定实施例的角度进行介绍，但是这并不意味着本发明仅限于这些实施例。本发明精神内的修改对本领域技术人员来说是显而易见的。例如，可以修改任何设计和实现参数，来提供上述ORM控制逻辑的不同实施例，包括控制逻辑类型，编程语言、处理器控制的控制器、模块化组织、数据结构、控制结构、逻辑电路、处理器类型和许多其他此类设计和实现参数的选择。可以在不同时间点和不同时间间隔执行设备共振频率的重新特征化。对于某些类型的设备，可以在制造过程中确定设备的共振频率，存储在设备内的闪存中，以便后期通过控制逻辑进行访问。通过在制造过程中确定设备的共振频率，相比通过设备的数学和物理模型确定的共振频率，按这种方法获取的共振频率信息更为准确。或者，可以通过定期重新特征化共振频率更新设备内存储的共振频率信息。例如，可以将共振频率重新特征化计时器设置为以恒定间隔时间到期，以使生成的共振频率重新特征化事件造成共振频率重新特征化并更新共振频率表。在其他情况下，可以选择更复杂的共振频率重新特征时间点。例如，可以在设备不使用时，或者基于之前的使用模式，当预估设备不工作的时间足以执行共振频率重新特征化时，执行共振频率重新特征化。在其他情况下，可以选择使用在之前驱动ORM变成不驱动时紧接着收集到的传感器数据执行共振频率重新特征化。在这期间，当物理设备振动变小，紧接着ORM驱动，此时确定的设备固有振动频率最为精确。在选择重新确定物理设备的共振频率的时间点时，可以考虑许多其他因素和时间。

在上述讨论中，介绍并并利用表格说明了控制ORM所使用的信息。当然，许多可选实施例可能使用其他信息编码和存储方法。例如，在某些情况下，除了表格数据之外，还可以利用数学表达式，实时计算控制值。为了描述清楚起见，使用了基于表格的讨论和说明。

上述描述为说明之目的使用了特定的术语来帮助彻底理解本发明。但是，对于所属领域的技术人员，这些特定细节内容对于本发明的实践明显不必要。本发明特定实施例的上述描述仅作说明和描述之用。内容并未详尽，或者不意在将本发明限制于所公开的精确形式。可在上述言论范围内进行许多修改和改动。所示和所述实施例旨在尽力解释本发明的原理及其实际应用，进而让所属领域的其他技术人员能够尽力利用本发明和各种实施例，并做各种合适的修改，以满足预期特定用途的需求。以下权利要求项及其等价物定义了本发明的范围。

Claims

1.一种受物理设备内一个或多个振荡共振模块机械驱动后表现出振动响应的物理设备，所述物理设备包括：

所述一个或多个振荡共振模块，每个模块对应于产生驱动振荡的控制输入；

所述物理设备的固有振动频率的特征；

所述一个或多个振荡共振模块为一个或多个振动类型而存储的控制信息，这些信息依据的是所存储的物理设备的固有振动频率的特征；和

访问存储的控制信息，用以控制所述一个或多个振荡共振模块，使其驱动所述物理设备，以表现出由一个或多个振动类型指定的振动响应的控制器。

2.权利要求项1所述的物理设备

其中，每个振荡共振模块将提供的能量转换为机械振荡，其频率和振幅特征由控制器输入到振荡共振模块的控制信息指定；和

其中，所述机械振荡包括质量沿着某个空间曲线段做前后移动。

3.权利要求项1所述的物理设备，其中，每个振动类型是所述一个或多个振荡共振模块产生的时间相关驱动振荡在物理设备中产生的时间相关振动响应。

4.权利要求项3所述的物理设备，其中，所述一个或多个振荡共振模块产生的时间相关驱动振荡对应于由振荡共振模块的时间相关控制输入组成的控制模式。

5.权利要求项4所述的物理设备，其中，所述一个或多个振动类型的存储的控制信息包括每个振荡共振模块对应的一个或多个控制模式。

6.权利要求项5所述的物理设备，其中，所述控制器调整振动类型的控制信息所含的控制模式，产生与指定时长和振幅的振动类型相对应的振动响应的控制信息。

7.权利要求项4所述的物理设备，其中，基于所述物理设备的固有振动频率的存储的特征化，及时选择和调整振动类型控制信息中所含的控制模式。

8.权利要求项1所述的物理设备，其中，所述物理设备的固有振动频率的特征化在所述物理设备制造过程中确定，并存储在所述物理设备的闪存或其他非易挥发存储器中。

9.权利要求项1所述的物理设备还包括一个或多个检测物理设备振动的振动传感器。

10.根据权利要求项9所述的物理设备，其中，通过在驱动振荡范围内同时扫描一个或多个振荡共振模块的驱动振荡并使用来自一个或多个振动传感器的输出监测物理设备振动响应，确定最大幅度频率，最终确定所述物理设备的固有振动频率的特征。

11.根据权利要求项10所述的物理设备，其中，由所述控制器定期确定所述物理设备的固有振动频率的特征。

12.权利要求项9所述的物理设备，其中，所述物理设备的固有振动频率的特征化在所述物理设备不被用以产生不使用的振动响应时确定。

13.权利要求项9所述的物理设备，其中，在控制器产生某个振动类型的振动响应后，而所述物理设备的振动仍处于无振动状态时，立即确定所述物理设备的固有振动频率的特征化。

14.权利要求项1所述的物理设备，其中，所述物理设备的固有振动频率的特征化和控制信息存储在所述物理设备内的电子存储器中。

15.一种受物理设备内两个或两个以上振荡共振模块机械驱动后表现出振动响应的物理设备，所述物理设备包括：

所述两个或两个以上振荡共振模块，每个模块对应于产生驱动振荡的控制输入；

一个存储特征化所述物理设备固有振动频率的信息的存储器；和

使用存储的所述物理设备的固有振动频率的特征化，来控制所述一个或多个振荡共振模块，使其驱动所述物理设备，以表现出由一个或多个振动类型指定的振动响应的控制器。

16.权利要求项15所述的物理设备，其中，控制器包括存储在所述物理设备存储器内的处理器指令，当处理器处理这些指令时，可控制所述一个或多个振荡共振模块，驱动所述物理设备，使其表现出指定的振动响应。

17.一种物理设备，包括：

一个电子存储器；

特征化存储在所述电子存储器中的物理设备的固有振动频率的信息；和

访问特征化所述物理设备的固有振动频率的信息，并利用此信息控制所述物理设备一个或多个组件的控制器。

18.权利要求项17所述的物理设备，其中，所述控制器控制所示一个或多个振荡共振模块，生成时间相关驱动振荡，驱动所述物理设备中的振动响应，至少一个或所述一个或多个振荡共振模块的时间相关驱动振荡的频率等于所述物理设备的其中一个固有振动频率，这段时间内，至少一个或所述一个或多个振荡共振模块会生成驱动振荡。