CN1691491A - 线性振动马达 - Google Patents

Abstract

一种线性振动马达包括：定子，设置有永久磁铁和包括绕组的电磁铁中的一个；振动器，设置有永久磁铁和电磁铁中的另一个，并被支撑为能振动；运动检测单元，检测振动器的运动；控制输出单元，基于运动检测单元的输出提供电力给电磁铁的绕组，以产生振动器的振动；可再充电电池，提供电力给控制输出单元；及供电单元，提供电力给控制输出单元和可再充电电池，其中该供电单元利用同步的定时以间歇模式提供电力，使间歇供电的定时与向绕组的供电定时同步。由此，可再充电电池提供给绕组的左侧和右侧输出的电压，在向用于左侧和右侧输出的绕组供应电力的定时，变得相同，可防止由可再充电电池电压之差导致的振幅变化，由此防止振幅波动和嗡嗡噪声。

Description

线性振动马达

技术领域

本发明涉及一种用于产生往复振动的线性振动马达，更具体地涉及一种使用可再充电电池作为电源的线性振动马达。

背景技术

可以用作往复型电动剃刀的驱动源的传统线性振动马达(如U.S专利No.6,351,089所公开的)在工作中被控制为：检测振动器的运动(位移、速度或加速度)以在即使负载波动时仍能连续产生恒定振幅变化，由此产生具有稳定振幅的往复运动。

图9示出传统线性振动马达的电路图。如图9所示，传统线性振动马达包括：定子101，设置有绕组110；振动器102，设置有永久磁铁120；框架103，用于保持振动器102；弹簧104，连接在框架103和振动器102之间，用于悬挂振动器102；控制输出单元105，用于提供驱动电流给绕组110；以及运动检测单元106，用于基于绕组110产生的电动力检测该振动器102的运动。基于运动检测单元106的输出，控制输出单元105通过例如PWM(脉冲宽度调制)控制，来控制待提供给绕组110的驱动电流。

另一方面，这种线性振动马达也能够用作被连续操作相对长时间的电动理发刀(理发剪)的驱动源。然而，在该线性振动马达使用可再充电电池作为电源的情况下，当它被长时间操作时，该可再充电电池的压降容易成为一个问题。在这种情况下，期望在该线性振动马达工作期间，电力可以提供到可再充电电池和线性振动马达。

在这样的线性驱动马达中，除了可再充电电池外，可以提供从AC电源提供电力的供电单元，以使得如上所述的提供电力给可再充电电池和线性振动马达成为可能。

在此情况下，如果在启动操作或具有重负载时流过较大电流的假设下来设计供电单元，供电单元容易在容量和尺寸上变得非常大。为此，即使连接有该供电单元，也经常设计在启动操作或具有重负载时也使用可再充电电池的电源，其并不与可再充电电池电气上分离。

现在，假设在线性振动马达操作期间供电单元不仅提供电力给控制输出单元而且提供电力给可再充电电池，关于在线性振动马达的负载电流(平均值)和供电单元的输出电流(平均值)之间的关系，认为可能存在以下三种情况：

(i)[线性振动马达的负载电流]＜[供电单元的输出电流]

(ii)[线性振动马达的负载电流]＝[供电单元的输出电流]

(iii)[线性振动马达的负载电流]＞[供电单元的输出电流]

在情况(i)，对可再充电电池充电以增加其电压。在情况(ii)，不对可再充电电池充电(可再充电电池的电压不改变)，而在情况(iii)，对可再充电电池放电，以减少其电压。

如果情况(i)的状态持续，可再充电电池最终变得过充电。如果此过充电状态进一步持续，将导致可再充电电池产生热量和液体泄漏，由此缩短其寿命。因而，为避免过充电状态，需要改变由供电单元提供的电力量，以在线性振动马达操作期间满足情况(ii)或情况(iii)的关系。

为了在线性振动马达操作期间改变(减少)所提供的电力量，可以考虑将持续的供电改变为间歇供电。然而，这种改变导致与供电前相比，可再充电电池的电压增加。然后，与供电前相比，流经绕组的电流增加，因此，由此产生的磁性推力增加，从而增加了振动器102的振幅位移。

同时，控制输出单元105控制和稳定振动器102的振幅，从而调整随后的驱动输出，以尝试将所增加的振幅减少到一预定值。然后，可能发生控制输出单元105过多地减少振动器102的振幅的情况。当重复振幅位移的增加和振动器102的过多振幅减少时，会导致振幅波动，这产生嗡嗡噪声。

发明内容

本发明的目的是提供一种即使间歇性提供电力也不会产生振幅波动和嗡嗡噪声的线性振动马达。

根据本发明，此目的由一种线性振动马达实现，其包括：定子，设置有永久磁铁和包括绕组的电磁铁中的一个；振动器，设置有该永久磁铁和该电磁铁中的另一个，并被支撑为能够振动；运动检测单元，用于检测该振动器的运动；控制输出单元，用于基于该运动检测单元的输出提供电力给该电磁铁的该绕组，以产生该振动器的振动；可再充电电池，用于提供电力给该控制输出单元；以及供电单元，用于提供电力给该控制输出单元和该可再充电电池，其中，该供电单元利用同步的定时以间歇模式提供电力，以使该间歇电力供应的定时与向该绕组的电力供应的定时同步。

根据该线性振动马达，可再充电电池向该绕组提供的左侧和右侧输出的电压，在向该绕组提供用于左侧和右侧输出的电力的定时，变得彼此相同，由此防止由可再充电电池的电压之间的差别导致的振幅变化。

根据本发明的该线性振动马达可以设置为：运动检测单元检测该振动器的振幅，以及根据该运动检测单元检测到的该振动器的振幅，供电单元改变从其提供的电力量。

该线性振动马达可以进一步设置为：根据该可再充电电池的电压，供电单元改变从其提供的电力量，或设置为：根据该可再充电电池和/或该供电单元的温度，供电单元改变从其提供的电力量。

进一步，该线性振动马达可以设置为，供电单元通过改变其输出的脉冲宽度来改变从其提供的电力量，或设置为，供电单元通过改变其输出的脉冲的电压幅度来改变从其提供的电力量。

优选的是，供电单元提供与该线性振动马达的无负载电流相同的电流。

进一步，该线性振动马达可以设置为，该供电单元以一定时的频率提供电力，该定时的频率是提供电力到绕组的定时的频率的偶数倍。

根据本发明，即使以间歇模式将电力提供给可再充电电池，可再充电电池的电压在提供电力给绕组时仍不会改变。因而，归因于可再充电电池的振动器的振幅波动不会发生，由此可防止嗡嗡噪声产生。

附图说明

在下文中将参考附图描述本发明。应注意所有附图均是为说明本发明的技术构思及其实施例的目的而示出，其中：

图1为根据本发明实施例的线性振动马达的方框形式的示意电路图；

图2为说明该线性振动马达的操作的实例的定时图；

图3A为说明该线性振动马达的操作的另一实例的定时图；

图3B为说明该线性振动马达的操作的又一实例的定时图；

图4为说明该线性振动马达的操作的再一实例的定时图；

图5为说明该线性振动马达的操作的另一实例的定时图；

图6为说明该线性振动马达的操作的又一实例的定时图；

图7为说明该线性振动马达的操作的再一实例的定时图；

图8为说明该线性振动马达的操作的又一不同的实例的定时图；以及

图9为根据已知技术的线性振动马达的方框形式的示意电路图。

具体实施方式

在下文中将参照附图描述本发明的最佳模式和优选实施例。所描述的特定实施例并不是用来覆盖本发明的全部范围，因此本发明并不仅限于该特定的实施例。

图1示出根据本发明实施例的线性振动马达的基本结构的电路图。如图1所示，线性振动马达包括：定子1，设置有用于形成电磁铁的绕组10；振动器2，设置有永久磁铁20；框架3，用于保持振动器2；弹簧4，连接在框架3和振动器2之间，用于悬挂振动器2，从而振动器2被支撑而能振动；控制输出单元5，用于提供驱动电流给绕组10；以及运动检测单元6，用于基于绕组10产生的电动力检测该振动器2的运动。该线性振动马达进一步包括：可再充电电池7，用于提供电力给该控制输出单元5；以及供电单元8，用于提供电力给该控制输出单元5和该可再充电电池7。基于运动检测单元6的输出，控制输出单元5通过例如PWM(脉冲宽度调制)控制，来控制待提供给绕组110的驱动电流(电力)，以接近弹簧振动系统(其包括弹簧4和振动器2)的自然频率的频率产生振动器2的往复振动。

运动检测单元6可以是至少检测位移、速度和加速度中的一个的运动检测单元。基于该检测，控制输出单元5控制待提供给绕组10的驱动电流，以使振动器2的振幅恒定。由于这种控制是公知的，例如由上述日本公开号2001-16892所公开的，这里省略详细的描述。在图1中，定子1设置有永久磁铁(绕组10)，而振动器2设置有永久磁铁20。然而，只要定子1设置有永久磁铁和电磁铁中的一个，而振动器2设置有永久磁铁和电磁铁中的另一个，它们就可以互相交换。

本发明的特点在于：控制输出单元5包括定时控制器(图1中未示)，从而当用于从AC电源提供电力的供电单元8间歇地提供电力时，定时控制器将电力供应的定时调整到控制输出单元5允许驱动电流从其中流入绕组10的定时，如图2所示。图2从顶部到底部示出：振动器2的振幅；用于使振动器2振动的控制信号(左侧和右侧驱动输出也是由图1中的实线L和虚线R表示)；驱动电流波形；可再充电电池7的电压波形；以及供电单元8的输出波形。

换句话说，供电单元8以间歇模式以同步的定时提供电力，从而该间歇供电的定时与向绕组10的供电定时同步(以一对一的同步)。更具体地，控制输出单元5控制供电单元8以间歇模式提供电力。此电力供应定时到驱动电流流动定时的调整使得这成为可能，即允许可再充电电池7向绕组10提供的左侧和右侧输出的电压(电压波形)，在当用于使振动器2振动的左侧和右侧控制信号(电力)(左侧和右侧驱动输出也是由图1中的实线L和虚线R表示)被分别输出或被从控制输出单元5分别供应的定时处，彼此相同。这导致提供至绕组10的分别用于左侧和右侧输出的电力量(能源量)彼此相同，由此，具有左侧和右侧输出的振动器2的幅度，在用于使振动器2振动的左侧和右侧控制信号被分别从控制输出单元5输出的定时处，变得彼此相同。这防止了根据本实施例的线性振动马达因振幅波动而制造嗡嗡噪声。

来自供电单元5的供电时间t(脉冲宽度)被确定为可防止可再充电电池7的过充电。时间t优选为可以使供电单元8提供与线性振动马达的无负载电流相同的电流，由此即使在线性振动马达在无负载条件下连续工作期间，仍可防止可再充电电池7的过充电。

当振动器2的振幅随负载波动而改变时，优选根据振动器2的振幅(振幅值)来改变从供电单元8供应的电力量。更具体地，当振动器2的振幅改变时，可使该振幅稳定，从而当振幅位移量减少时，驱动输出的脉冲宽度被增加，如图3A所示，而当振幅位移量增加时，驱动输出的脉冲宽度被减少，如图3B所示。图3A和图3B每个均从顶部到底部示出：振动器2的振幅；用于使振动器2振动的控制信号(左侧和右侧驱动输出也是由图1中的实线L和虚线R表示)；驱动电流波形；可再充电电池7的电压波形；以及供电单元8的输出波形。如上所述，根据振幅的改变或位移对所提供的电力量的优选改变是：当驱动输出的脉冲宽度增加时，来自供电单元8的电力量被增加，而当驱动输出的脉冲宽度减少时，来自供电单元8的电力量被减少。

如果即使当振幅位移增加时仍持续提供恒定的电力量，将带来以下顺序的原因和后果：由于上述的振幅稳定使得驱动输出的脉冲宽度减少；这导致驱动电流减少；这导致流入可再充电电池的电流增加；以及这导致可再充电电池的电压波动。如果即使当振幅位移减少(与增加相反)时仍持续提供恒定的电力量，将带来以下顺序的原因和后果：由于上述的振幅稳定使得驱动输出的脉冲宽度增加；这导致驱动电流增加；这导致流出可再充电电池的电流减少；以及这导致可再充电电池的电压波动。然而，由于在本实施例中如上所述所提供的电力量随着驱动输出的脉冲宽度而改变，可以减少可再充电电池的电压波动，由此可最小化由可再充电电池的电压波动导致的振幅位移的波动。

进一步，优选根据可再充电电池7的电压来改变从供电单元8提供的电力量。更具体地，当可再充电电池7的电压增加时，振动器2的振幅增加，从而由于上述的振幅稳定导致驱动输出的脉冲宽度减少；而当可再充电电池7的电压减少时，振动器2的振幅减少，从而由于上述的振幅稳定导致驱动输出的脉冲宽度增加。如上所述，此进一步优选的所提供的电力量的改变是：当可再充电电池7的电压增加时，来自供电单元8的电力量被减少，如图4所示，而当可再充电电池7的电压减少时，来自供电单元8的电力量被增加，如图5所示。图4和图5每个均从顶部到底部示出：振动器2的振幅；用于使振动器2振动的控制信号(左侧和右侧驱动输出也是由图1中的实线L和虚线R表示)；驱动电流波形；可再充电电池7的电压波形(瞬时值)；可再充电电池7的电压波形(平均值)；以及供电单元8的输出波形。注意，通过例如积分(integrator)电路可以平滑可再充电电池7的电压来获得其平均值，该平均值将要被反馈到控制输出单元5。

如果即使当可再充电电池的电压增加时仍以间歇电源模式持续提供恒定的电力量，将带来以下顺序的原因和后果：脉冲位移增加；这导致由于上述的振幅稳定使得驱动输出的脉冲宽度减少；这导致驱动电流减少；这导致流入可再充电电池的电流增加；以及这导致可再充电电池的电压进一步增加。如果即使当可再充电电池的电压减少(与增加相反)时仍持续提供恒定的电力量，将带来以下顺序的原因和后果：脉冲位移减少；这导致由于上述的振幅稳定使得驱动输出的脉冲宽度增加；这导致驱动电流增加；这导致流出可再充电电池的电流减少；以及这导致可再充电电池的电压进一步减少。然而，由于在本实施例中如上所述所提供的电力量随着可再充电电池的电压而改变，可以减少可再充电电池的电压波动，而且可最小化振幅位移的波动。注意，图4示出可再充电电池的电压增加的情况，而图5示出可再充电电池的电压减少的情况。

当可再充电电池7和/或供电单元8的温度增加时，优选减少从供电单元8提供的电力量，如图6所示。为实现上述操作，在可再充电电池7和/或供电单元8上配置温度传感器，且所检测到的温度信号被送到控制输出单元5。图6从顶部到底部示出：振动器2的振幅；用于使振动器2振动的控制信号(左侧和右侧驱动输出也是由图1中的实线L和虚线R表示)；驱动电流波形；可再充电电池7的电压波形(瞬时值)；可再充电电池7和/或供电单元8的温度；以及供电单元8的输出波形。这可以减少可再充电电池7和/或供电单元8的温度上升。

对于可再充电电池7，尤其是，响应于温度上升所提供的电力量的减少对于避免可再充电电池7的过充电也是有效的，因为当过充电时可再充电电池7的温度会突然上升。进一步，与切断电源相反，由于供电单元8即使在供应量减少时仍持续提供电力，可防止可再充电电池7的电压突然下降。为此，可减少将要由可再充电电池7的电压波动导致的振动器2的振幅位移的波动，由此可稳定线性振动马达的工作。

需要注意的是：本发明并不局限于上述具体化的结构或构造。例如，在上述实施例中，使用改变来自供电单元8的输出的脉冲宽度(供电时间t)的PWM控制，来改变所提供的电力量。然而，可代替的是，使用改变来自供电单元8的输出的脉冲的电压振幅的PAM(脉冲幅度调制)控制，来改变所提供的电力量，如从顶部到底部示出与图2相同的因素的图7的所示。

进一步，在上述实施例中，以一对一同步的方式将驱动输出的定时与供电的定时同步。然而，可代替的是，可以使供电单元8以一定时的频率提供间歇的电力，该定时的频率是驱动输出(用于提供电力到绕组10)的定时的频率的偶数倍，如从顶部到底部示出与图2相同的因素的图8所示。这可以防止产生嗡嗡噪声。

已使用当前的优选实施例描述了本发明，但这种描述不应被解释为用来限制本发明。对于阅读了该描述的本领域的普通技术人员，各种改型将变得显而易见、明显或显然的。因而，所附的权利要求书应被解释为可覆盖落入本发明的精神和范围的所有改型和替换。

Claims (9)

1.一种线性振动马达，包括：

定子，设置有永久磁铁和包括绕组的电磁铁中的一个；

振动器，设置有该永久磁铁和该电磁铁中的另一个，并被支撑为能够振动；

运动检测单元，用于检测该振动器的运动；

控制输出单元，用于基于该运动检测单元的输出向该电磁铁的该绕组供应电力，从而产生该振动器的振动；

可再充电电池，用于提供电力给该控制输出单元；以及

供电单元，用于向该控制输出单元和该可再充电电池供应电力，

其中，该供电单元利用同步的定时以间歇模式供应电力，使间歇供电的定时与向该绕组的供电定时同步。

2.如权利要求1所述的线性振动马达，

其中，该控制输出单元将该供电单元控制为利用该同步的定时以该间歇模式供应该电力。

3.如权利要求2所述的线性振动马达，

其中，该运动检测单元检测该振动器的振幅，以及

其中，该控制输出单元根据该运动检测单元检测到的该振动器的振幅，控制该供电单元以改变从该供电单元供应的电力量。

4.如权利要求3所述的线性振动马达，

其中，该控制输出单元根据该可再充电电池的电压，来控制该供电单元改变从该供电单元供应的电力量。

5.如权利要求3所述的线性振动马达，

其中，该控制输出单元根据该可再充电电池和/或该供电单元的温度，来控制该供电单元改变从该供电单元供应的电力量。

6.如权利要求3所述的线性振动马达，

其中，该供电单元通过改变从其输出的脉冲宽度来改变从其供应的电力量。

7.如权利要求3所述的线性振动马达，

其中，该供电单元通过改变从其输出的脉冲的电压幅度来改变从其供应的电力量。

8.如权利要求3所述的线性振动马达，

其中，该供电单元提供与该线性振动马达的无负载电流相同的电流。

9.如权利要求3所述的线性振动马达，

其中，该供电单元以一定时的频率供应电力，该定时的频率是向该绕组供应电力的定时的频率的偶数倍。

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