振荡共振模块控制器制造技术

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、电器或系统产生所需的振动响应。为实现上述所需的振动响应，可以根据设备、电器或系统的已知振荡频率选择和缩放控制模式。

Oscillation resonance module controller

This document deals with various types of oscillatory resonance modules (ORM), including linear resonant vibration modules, which can be applied to a wide variety of electrical appliances, equipment, and systems to provide vibration power. The force of a force or component moves back and forth along a path (usually a certain part of a spatial curve). The controller controls one or more ORM to generate a drive oscillation according to the ORM control curve or control mode of the frequency of the specified drive oscillation in relation to time. The driving oscillation, in turn, results in the installation of one or more ORM devices, electrical appliances, or systems to produce the desired vibration response. In order to achieve the desired vibration response, a control mode can be selected and scaled based on the known oscillation frequency of the device, the electrical apparatus, or the system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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。
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。
技术介绍
振动诱导电机和机制在许多不同消费电子、玩具及其他设备和系统的应用已达数年之久。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。用于产生振动的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所示为轴旋转时配重和轴相对于固定轴心线的位移，如附图1B所示，沿轴心线向下俯视配重和轴。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线幅度/短轴线幅度比尽量大，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。
技术实现思路
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、电器或系统产生所需的振动响应。为实现上述所需的振动响应，可以根据设备、电器或系统的已知振荡频率选择和缩放控制模式。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所示为具有两层线圈层的定子的横截面。附图22B所示为具有四层线圈层的定子的横截面。附图22C所示为具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提供相关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37A-D所示为ORM的脉冲宽度调制控制。附图38A为从初始时间ti3804到最终结束时间tf3806内涉及到恒压信号3802的控制模式。附图38B所示为ORM的实际振动响应。附图39所示为附图38A所示原始控制模式的修改版，修改后，使其在时间间隔ti到tf内更接近所需的恒幅振荡。附图40A-40F图示了各种ORM可包含的两种机械控制功能：移动式机械止动器和机械防误装置。附图41提供可存储的示例信息，用以根据本文件公开的方法和考虑因素，更准确地控制ORM。附图42所示为上述附图36所讨论的例程“产生振动”的可选实施例。附图43所示为提高O本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振荡共振模块，包括：一个由供应到所述振荡共振模块的能量驱动，沿着代表某一段空间曲线的振荡路线来回移动的质量；一个或多个传感器，所述传感器可输出与在振动路线内在某些时间点上所述质量的位置直接相关的指示；和一个具备以下功能的控制组件：接收所述振荡共振模块的控制信号输入，接收来自所述一个或多个传感器的输出，和通过对驱动质量振荡的促动器反复生成控制输出，根据接收到的控制信号，控制所述质量的振荡，来产生预定的振动响应，这对应于一个或多个最近接收的传感器输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.13 US 62/116,1441.一种振荡共振模块，包括：一个由供应到所述振荡共振模块的能量驱动，沿着代表某一段空间曲线的振荡路线来回移动的质量；一个或多个传感器，所述传感器可输出与在振动路线内在某些时间点上所述质量的位置直接相关的指示；和一个具备以下功能的控制组件：接收所述振荡共振模块的控制信号输入，接收来自所述一个或多个传感器的输出，和通过对驱动质量振荡的促动器反复生成控制输出，根据接收到的控制信号，控制所述质量的振荡，来产生预定的振动响应，这对应于一个或多个最近接收的传感器输出。2.根据权利要求项1所述的振荡共振模块，其中，所述一个或多个传感器选自以下一个或多个传感器：机械传感器；电磁传感器；和光学传感器。3.根据权利要求项1所述的振荡共振模块，其中，所述控制组件根据接收到的传感器输出，确定在两个或两个以上时间点时所述质量的速度和位置。4.根据权利要求项3所述的振荡共振模块，其中，所述控制组件输出到所述促动器的控制输出被计算为取所述质量的当前位置作为输入的函数的输出值。5.根据权利要求项3所述的振荡共振模块，其中，所述控制组件输出到所述促动器的控制输出被计算为取所述质量的当前位置和当前速度作为输入的函数的输出值。6.根据权利要求项3所述的振荡共振模块，其中，所述控制组件输出到所述促动器的控制输出从所述质量的当前位置和当前速度指数化的预计算值计算得到。7.根据权利要求项3所述的振荡共振模块，其中，所述控制组件输出到所述促动器的控制输出从所述质量的当前位置和当前速度指数化的预计算值计算得到。8.权利要求项1所述的振荡共振模块，其通过机械的方式耦合至一个或多个无源振荡共振模块，为所述振荡共振模块和所述一个或多个无源振荡共振模块的组合提供更广的振动响应范围。9.根据权利要求项8所述的振荡共振模块，其中，无源振荡共振模块由其通过机械的方式耦合的振荡共振模块所驱动。10.一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，并包括向所述振荡共振模块内控制组件提供传感器数据的传感器；一个或多个振动传感器；所述物理设备的固有振动频率的特征；和一个使用所述物理设备的固有频率的特征控制所述一个或多个振荡共振模块来促使所述物理设备表现出预定振动响应的控制器。11.根据权利要求项10所述的物理设备，其中，所述一个或多个振荡共振模块各包括：一个由供应到所述振荡共振模块的能量驱动，...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗宾·埃伦加，布莱恩·佩平，丹·克诺德，
申请(专利权)人：瑞泽能系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US