專利名稱：振動電機(jī)及使用該電機(jī)的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信息設(shè)備，通過人體對振動的感知傳送信息。例如，涉及一種振動電機(jī)及使用這種電機(jī)的設(shè)備，如便攜式電話、信息終端以及手表等?？墒顾鲭姍C(jī)和設(shè)備更小、節(jié)省空間、能耗低，并有附加功能。
特別是，本發(fā)明的振動電機(jī)由無刷電機(jī)形成，而不用轉(zhuǎn)子的位置檢測，而且這種振動電機(jī)適于檢測反電動勢(BEMF)并適于被驅(qū)動。這種振動電機(jī)裝有電機(jī)驅(qū)動器，以實現(xiàn)各種控制，如速度控制、短路制動、正向旋轉(zhuǎn)、反向旋轉(zhuǎn)、啟動、停止等。
背景技術(shù)：
普通沒有位置檢測裝置的無傳感器-無刷-電機(jī)驅(qū)動器有如下面所述者。在電機(jī)很慢地靜止或轉(zhuǎn)動時，就不能檢測到電機(jī)的驅(qū)動線圈那里所產(chǎn)生的反電動勢(BEMF)，從而由外面所加給的定時脈沖切換各相驅(qū)動線圈的ON-OFF狀態(tài)。日本專利申請未審公開特開平02-206394公開了這樣的啟動電路裝置。驅(qū)動電路裝置檢測驅(qū)動線圈所產(chǎn)生的反電動勢，并在電機(jī)啟動之后產(chǎn)生最佳的驅(qū)動定時，日本專利申請未審公開特開平03-89889公開了這樣的裝置。
公知的是采用使電機(jī)的BEMF(電壓值)與電機(jī)的R.P.M.成正比的裝置作為電機(jī)的速度控制裝置。作為振動裝置，日本專利申請未審公開特開平08-149182公開了隨意設(shè)定振動頻率和振幅的裝置。日本專利申請未審公開特開平09-130840公開了使振動隨時間改變的裝置。
圖12是第一種現(xiàn)有技術(shù)示例振動電機(jī)(無傳感器-無刷-電機(jī))的驅(qū)動電路圖。
如圖12所示，定子線圈802、803和804的每一端都與電源輸入接線端303相連。由比較器721、722和723將每個線圈802、803和804產(chǎn)生的BEMF轉(zhuǎn)換成矩形脈沖，然后將其輸入定時電路113。定時電路113使矩形脈沖的前沿和后沿延遲30°電角度，并產(chǎn)生時間信號，以開始驅(qū)動。
相位變換電路114輸入來自定時電路113的時間信號，并把相位轉(zhuǎn)換信號輸出給功率放大器740。在120°電角度期間，相位變換電路114通過功率放大器740把基極電流提供給形成輸出電路115的晶體管792、793和794。在120°電角度期間，在定時電路113所產(chǎn)生的時間，在線圈802、803和804中各自依序傳送電流。
將功率放大器740形成為使它能夠根據(jù)誤差信號放大器780的輸出信號控制晶體管792、793和794的基極電流。控制反饋，使電機(jī)能夠按所述R.P.M(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))旋轉(zhuǎn)，其中基準(zhǔn)電壓781與合成電壓是平衡的，從而被合成的電壓在FV(頻率/電壓)轉(zhuǎn)換電路770的輸出電壓與控制輸入接線端701所加電壓之間被合成。FV轉(zhuǎn)換電路770把在線圈802、803和804處產(chǎn)生的BEMF的幅值轉(zhuǎn)換成一個電壓，并在晶體管792、793和794截止期間輸出總電壓。換句話說，由FV轉(zhuǎn)換電路770將電機(jī)的R.P.M轉(zhuǎn)換成電壓，并且這個電壓反饋到控制電機(jī)工作電流的誤差信號放大器780，以便形成閉環(huán)回路。然后再通過把一個電壓加給控制輸入接線端701使電機(jī)的R.P.M為可以控制的。
使用電容器901用來啟動振蕩器。使用電容器902用來產(chǎn)生ON-OFF定時。使用電容器903用來補(bǔ)償閉環(huán)的相位。振蕩電路710、電源750、開關(guān)751和電阻器761用于啟動電機(jī)。這里省略對這些元件的描述。
圖13是第二常規(guī)示例振動裝置的電路圖。圖14是第三常規(guī)示例振動裝置的電路圖。
如圖13所示，第二常規(guī)示例的電機(jī)1裝有由轉(zhuǎn)子處的不平衡負(fù)載形成的振動發(fā)生裝置(未示出)，并通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生振動。電池2為蓄電池，如鋰離子電池。晶體管11連在電池2與電機(jī)1之間，晶體管12和電阻器21串聯(lián)在它們之間。選擇接線端31和32與電池的負(fù)端相接，從而選擇振動的幅值。
在圖14所示的第三常規(guī)示例中，與圖13的第二常規(guī)示例的電阻器21相應(yīng)的部分由可變電阻器24代替。通過由控制輸入端33的信號改變可變電阻器24的值，使要串聯(lián)插入電機(jī)1的電阻值是隨意可變的，從而振動的幅值和振動周期都是可變的。
圖15是第四常規(guī)示例振動裝置的速度控制電路圖，由日本專利申請未審查公開特開昭55-109185所公開。圖16是該振動裝置的速度誤差檢測電路圖。
如圖15所示，第一規(guī)則脈沖寬度產(chǎn)生電路405包括N元計數(shù)器，它用脈沖成形電路403的輸出信號后沿作為觸發(fā)信號。
當(dāng)N元計數(shù)器計數(shù)基準(zhǔn)振蕩器108的輸出脈沖，即基準(zhǔn)時鐘的數(shù)目時，該計數(shù)器對N個脈沖保持電平“1”，在計數(shù)N個脈沖之后，保持電平“0”。第二規(guī)則脈沖寬度產(chǎn)生電路406包括M元計數(shù)器，它用第一規(guī)則脈沖寬度產(chǎn)生電路405的輸出信號后沿作為觸發(fā)信號。當(dāng)M元計數(shù)器計數(shù)基準(zhǔn)時鐘的數(shù)目時，該計數(shù)器對M個脈沖保持電平“1”，在計數(shù)M個脈沖之后，保持電平“0”。脈沖合成電路407合成所述規(guī)則脈沖寬度產(chǎn)生電路405和406的輸出脈沖，并將其轉(zhuǎn)換成與電機(jī)401的速度誤差相應(yīng)的脈沖寬度。換句話說，速度誤差檢測電路411包含所述規(guī)則脈沖寬度產(chǎn)生電路405和406以及脈沖合成電路407。
濾波電路408使脈沖合成電路407的輸出脈沖平滑，并將其轉(zhuǎn)換成直流電壓。低頻補(bǔ)償電路409放大濾波電路408輸出中的低頻分量。電機(jī)驅(qū)動電路410放大低頻補(bǔ)償電路409的輸出功率。
圖16是圖15速度誤差檢測電路411的電路圖。如圖16所示，N元計數(shù)器421具有基準(zhǔn)時鐘輸入端CK，輸出端DOB和清除端CL。微分電路422微分信號輸入端B的后沿，并輸出一個信號。置“0”置“1”觸發(fā)器(SR flip-flop)423響應(yīng)“0”電平時的觸發(fā)信號復(fù)位和置位。第一沖寬度產(chǎn)生電路405由計數(shù)器421、微分電路422和置“0”置“1”觸發(fā)器423組成。除計數(shù)的數(shù)目N和M之外，第二沖寬度產(chǎn)生電路406的內(nèi)容與第一沖寬度產(chǎn)生電路405相同。
電阻器426和427給PNP晶體管430和NPN晶體管431中每一個的基極提供電流。電阻器428和429防止晶體管430和431的漏電流。脈沖合成電路407包括OR電路424、AND電路425、電阻器426、427、428、429和晶體管430、431。
可將上述兩個晶體管的集電極共接點G的電壓電平保持以下三種狀態(tài)。在電機(jī)的R.P.M.快于基準(zhǔn)速度時，圖15中頻率發(fā)生器402的輸出周期短于通過使N元計數(shù)器計數(shù)的多個脈沖與M元計數(shù)器計數(shù)的多個脈沖相加所得的基準(zhǔn)周期。在這種情況下，G點作為脈沖合成電路407的輸出點以電流吸收模式工作，并吸收來自濾波電路408的電流，從而減小濾波電路408的輸出電壓。于是，電機(jī)401的R.P.M.通過低頻補(bǔ)償電路409和電機(jī)驅(qū)動電路410而減小，頻率發(fā)生器402的輸出周期變長。
相反，當(dāng)電機(jī)的R.P.M.慢于所述基準(zhǔn)速度時，G點以電流激增模式工作，并升高濾波電路408的輸出電壓。于是，電機(jī)401的R.P.M.通過低頻補(bǔ)償電路409和電機(jī)驅(qū)動電路410而增加，頻率發(fā)生器402的輸出周期變短。
當(dāng)電機(jī)401(按基準(zhǔn)速度)穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動時，晶體管430和431持續(xù)截止?fàn)顟B(tài)，成為高阻抗?fàn)顟B(tài)，從而使G點處的輸入電流和輸出電流消失，并使濾波電路408的輸出電壓保持在恒定的水平。于是，電機(jī)401的R.P.M.保持恒定。
但當(dāng)由一個集成芯片半導(dǎo)體器件(IC)形成普通無傳感器-無刷-電機(jī)驅(qū)動器時，難于把啟動電路電容器901、ON-OFF定時產(chǎn)生電容器902和閉環(huán)相位補(bǔ)償電容器903放到IC內(nèi)。因為這些電容器至少需要有1nF，這就可能使這些電容器的尺寸變大。從而這些電容器要在IC的外面。
普通無傳感器-無刷-電機(jī)驅(qū)動器的啟動電路由電容器和電阻器組成的RC振蕩器產(chǎn)生基準(zhǔn)時鐘。這個基準(zhǔn)時鐘應(yīng)該是低頻的(約幾十赫茲到幾百赫茲)。
在這種情況下，應(yīng)該使電容器的電容增大，因此難于使IC集成電容器，而且具有大電容的電容器通常需要是在IC外面的部件。在電容器的電容很小時，為了產(chǎn)生低頻基準(zhǔn)時鐘，而希望充電電流和放電電流很小，從而由微小的漏電流的影響導(dǎo)致振蕩精度變差。
圖12中第一普通示例的電機(jī)速度控制裝置利用電機(jī)的BEMF的電壓電平與電機(jī)的R.P.M.成正比的事實。即使在IC中正好設(shè)計基準(zhǔn)電壓與電機(jī)的基準(zhǔn)R.P.M.對應(yīng)，電機(jī)的BEMF也與電機(jī)的特性有關(guān)。因為R.P.M.隨電機(jī)特性的變化而改變，所以需要與電機(jī)特性相適應(yīng)的基準(zhǔn)電壓。
最近，在小而輕的設(shè)備所用的小振動電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，在為使尺寸減小，重量減輕而減少各外部元件的數(shù)目的情況下，制作電機(jī)的過程中會發(fā)生電機(jī)的R.P.M.的偏差，因為有如上面所討論的那樣，所述R.P.M.由電機(jī)的特性所決定。
一種普通設(shè)備旨在給用戶以容易選擇振動的感知或者使設(shè)備逐漸增大振動幅值的良好性能。普通R.P.M.控制裝置的基礎(chǔ)在于，在從外來加給用作速度指令的直流電壓電平之后，通過改變直流電壓電平，BEMF的電壓改變所述R.P.M.。在這種情況下，所述R.P.M.與電機(jī)個體有關(guān)，因為R.P.M.的精度隨電機(jī)的特性而有偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決上面討論的問題，目的在于提供一種振動電機(jī)和使用這種振動電機(jī)的設(shè)備，這種電機(jī)可減小尺寸并且重量輕，而且通過改變R.P.M.易于得到R.P.M.的精度以及改變振動的幅值。
一種振動電機(jī)包括以下各元件(a)具有不平衡負(fù)載的轉(zhuǎn)子；(b)具有多個線圈的定子，每個線圈的相位不同；(c)與各線圈相連并轉(zhuǎn)動所述轉(zhuǎn)子的電機(jī)驅(qū)動器。
所述電機(jī)驅(qū)動器包括(c-1)啟動電路，用以將啟動轉(zhuǎn)矩加給電機(jī)；(c-2)反電動勢(BEMF)檢測電路，用以檢測電機(jī)每一相的BEMF，并輸出與BEMF相應(yīng)的BEMF檢測信號；(c-3)輸出驅(qū)動電路，它具有定時產(chǎn)生電路，用以產(chǎn)生至少一個信號，以根據(jù)所述BEMF檢測信號依序切換ON-OFF狀態(tài)；以及(c-4)速度控制電路，它具有基準(zhǔn)周期產(chǎn)生電路，用以產(chǎn)生基準(zhǔn)周期信號，還具有周期比較電路，用以使基準(zhǔn)周期信號的周期與所述BEMF檢測信號的周期相比較，以便響應(yīng)所述周期比較電路的輸出產(chǎn)生對所述各線圈(105，106，107)供電的ON-OFF周期。
按照這種結(jié)構(gòu)，把每一相的BEMF信號用作轉(zhuǎn)子的位置檢測信號，當(dāng)電機(jī)的R.P.M.比基準(zhǔn)速度快時，輸出FAST信號。由于所述FAST信號而省去一部分供電周期，從而使驅(qū)動轉(zhuǎn)矩減小，并使R.P.M.減小。當(dāng)R.P.M.減小時，因FAST信號的寬度縮短以及供電周期加長，而使驅(qū)動轉(zhuǎn)矩增大。從而使反饋控制起作用，并使電機(jī)的R.P.M.保持恒定。
因省去為響應(yīng)FAST信號的寬度供電原來所需的時間周期，使電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動增大，以便可由所述控制系統(tǒng)使因(尺寸)減小所致的不充分的振動得到補(bǔ)償。
停止供電裝置不只是在FAST信號周期停止對各線圈供電，而且在FAST信號周期減少提供電能。
本發(fā)明的設(shè)備使用具有上面討論之結(jié)構(gòu)的振動電機(jī)。
本發(fā)明可以提出一種振動電機(jī)和使用振動電機(jī)的設(shè)備，所述電機(jī)減小尺寸，而且重量輕，并易于通過改變所述R.P.M.保持R.P.M.的精度和改變振動的幅值。


圖1示出本發(fā)明第一示例性實施例振動電機(jī)的方框圖；圖2是包含圖1所示振動電機(jī)的速度控制電路和驅(qū)動電路的方框圖；圖3表示用于圖1所示振動電機(jī)之控制速度和電機(jī)驅(qū)動的時間圖；圖4示出本發(fā)明第二示例性實施例振動電機(jī)的方框圖；圖5示出本發(fā)明第三示例性實施例振動電機(jī)的方框圖；圖6示出本發(fā)明第四示例性實施例振動電機(jī)的方框圖；圖7示出本發(fā)明第五示例性實施例振動電機(jī)的基準(zhǔn)周期產(chǎn)生電路的方框圖；圖8和圖9表示本發(fā)明第五示例性實施例振動電機(jī)的R.P.M.對計數(shù)數(shù)目的關(guān)系曲線；圖10示出本發(fā)明第六示例性實施例振動電機(jī)的方框圖；圖11示出本發(fā)明第七示例性實施例一種設(shè)備(便攜式電話)的局部剖面圖；圖12是第一普通示例振動電機(jī)(無傳感器-無刷-電機(jī))的驅(qū)動電路圖；圖13是第二普通示例振動裝置的電路圖；
圖14是第三普通示例振動裝置的電路圖；圖15是第四普通示例振動裝置的速度控制電路圖；圖16是第四普通示例振動裝置的速度誤差檢測電路圖。
具體實施例方式
以下將參照附圖描述本發(fā)明。示例性實施例1圖1示出本發(fā)明第一示例性實施例振動電機(jī)的方框圖；而圖2是包含所述振動電機(jī)的速度控制電路和驅(qū)動電路的方框圖；以及圖3表示用于所述振動電機(jī)之控制速度和電機(jī)驅(qū)動的時間圖。
如圖1所示，振動電機(jī)101是一種沒有位置檢測裝置的無傳感器-無刷-電機(jī)。轉(zhuǎn)子102具有不平衡負(fù)載(未示出)作為振動產(chǎn)生裝置。轉(zhuǎn)子102的轉(zhuǎn)動引起所示不平衡負(fù)載的旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生振動。定子104由分別具有不同相位的多個線圈，也即定子線圈(驅(qū)動線圈)105、106和107繞成，它們形成U相、V相和W相。
每個線圈105、106和107的第一端都連接到提供電壓的接線端Vcc。每個線圈的第二端都連接到BEMF檢測電路110。
以下論證所述第一實施例振動電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動器100。BEMF檢測電路110檢測每個線圈所產(chǎn)生的BEMF，并輸出BEMF檢測信號，如矩形脈沖信號U1、V1、W1，同時還輸出三相的合成信號BEMF。
速度控制電路112包括基準(zhǔn)周期產(chǎn)生電路116和周期比較電路117。基準(zhǔn)周期產(chǎn)生電路116根據(jù)信號BEMF和基準(zhǔn)振蕩器108提供的基準(zhǔn)時鐘CLK設(shè)定基準(zhǔn)周期。周期比較電路117只在BEMF信號的周期短于所述基準(zhǔn)周期時，輸出與BEMF信號的周期和基準(zhǔn)信號的周期之間的差相應(yīng)的矩形波信號FAST。
輸出驅(qū)動電路111包括定時產(chǎn)生電路113、相位變換電路114、輸出裝置115和增益調(diào)節(jié)電路122。定時產(chǎn)生電路113使信號U1、V1、W1前沿和后沿延遲30°電角度，并產(chǎn)生定時信號，開始驅(qū)動。增益調(diào)節(jié)電路122根據(jù)所述定時信號和FAST信號調(diào)節(jié)增益。相位變換電路114利用受到調(diào)節(jié)的矩形信號產(chǎn)生相位變換信號。輸出裝置115利用相位變換信號對線圈105、106和107控制驅(qū)動電流。
啟動電路109的作用如下。當(dāng)電機(jī)靜止或者轉(zhuǎn)動得非常慢，而且不能檢測每個線圈105、106和107所產(chǎn)生的BEMF時，啟動電路109根據(jù)基準(zhǔn)時鐘CLK產(chǎn)生定時脈沖(啟動脈沖)，而且依序變換每相線圈的ON-OFF狀態(tài)，從而電機(jī)101很容易從靜止態(tài)啟動。
以下參照圖2和3論證電機(jī)的驅(qū)動和電機(jī)速度控制的操作。
當(dāng)BEMF電路110所加給的三相合成信號BEMF的后沿到達(dá)計數(shù)器130時，基準(zhǔn)周期產(chǎn)生電路116中所包含的計數(shù)器130開始計數(shù)基準(zhǔn)振蕩器108所加給的基準(zhǔn)時鐘CLK。在計數(shù)器130達(dá)到所設(shè)定的計數(shù)數(shù)目之前，計數(shù)器130保持輸出“1”作為信號UP。在計數(shù)器130達(dá)到所設(shè)定的計數(shù)數(shù)目時，它重新設(shè)定自己，并輸出“0”作為信號UP。
由“與”門(AND)121形成周期比較電路117。周期比較電路117接收BEMF信號和UP信號，并對輸出控制電路111的增益調(diào)節(jié)電路122輸出一個信號。只有在所述BEMF信號和UP信號兩者都保持為“1”時，才提供一個信號“1”作為FAST信號。當(dāng)BEMF信號的周期比所設(shè)定的計數(shù)數(shù)目的基準(zhǔn)周期短時，也就是當(dāng)電機(jī)的R.P.M.快時，則與所述二周期之差相應(yīng)，提供FAST信號“1”。增益調(diào)節(jié)電路122輸出一個FASTG信號，調(diào)節(jié)這個信號，以加長所提供的FAST信號“1”的時間。
由“與非”門(NAND)123、124和125形成相位變換電路114。在由定時產(chǎn)生電路113加給每一相的定時信號US、VS和WS都保持為“1”時，有電流流過。但在FASTG信號轉(zhuǎn)變?yōu)椤?”時，定時信號轉(zhuǎn)變?yōu)椤?”。換句話說，相位變換電路114輸出驅(qū)動信號UB、VB和WB，它們的供電周期因FASTG信號而受到忽略。
由NPN晶體管126、127和128形成所述輸出裝置115。把受到FAST信號修改的驅(qū)動信號UB、VB和WB加給所述每個晶體管的基極。每個晶體管根據(jù)各基極的信號驅(qū)動振動電機(jī)101。
按照這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)電機(jī)101的R.P.M.快于基準(zhǔn)速度時，輸出FAST信號。部分供電時間周期因FAST信號而受到省略，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)矩減小，并且R.P.M.也減小。
當(dāng)R.P.M.減小時，因為FAST信號的寬度變短并且供電時間周期加長，所以驅(qū)動轉(zhuǎn)矩增大。從而使反饋控制起作用，并使電機(jī)101的R.P.M.保持恒定。
當(dāng)增益調(diào)節(jié)電路122的結(jié)構(gòu)使FAST信號的時間寬度加長時(用以調(diào)節(jié)FASTG信號使之加長)，反饋控制增益等價增大。于是，速度控制狀態(tài)下的基準(zhǔn)周期(速度基準(zhǔn))與BEMF檢測信號(R.P.M.)之間的時間寬度差縮短，從而使R.P.M.的精度提高，因負(fù)載波動所致R.P.M.的偏差減小。
由于省略一部分為響應(yīng)FAST信號的寬度供電(在各相位均為120°電角度時)原來所需的時間周期，使電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減小，而電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動增大，從而可由控制系統(tǒng)使因電機(jī)101的(尺寸)減小所致的不足振動得到補(bǔ)償。
本例中的結(jié)構(gòu)，也即半波驅(qū)動方法所用的結(jié)構(gòu)被描述如下將各相線圈的第一接線端連到電壓供給端Vcc，而將各第二接線端分別與形成輸出裝置115之各NPN晶體管的集電極相連。除此之外，全波驅(qū)動方法所用的結(jié)構(gòu)，其中每個線圈的兩個接線端與每個輸出裝置相連，這種結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生與上述同樣的優(yōu)點。
本實施例中，將速度控制電路112描述為，把由BEMF電路110所加給的多個相位合成信號BEMF的周期用作電機(jī)的R.P.M.檢測信號，這種電路可產(chǎn)生與上述同樣的優(yōu)點。示例性實施例2圖4是本發(fā)明第二示例性實施例振動電機(jī)的方框圖。這個第二示例性實施例在電機(jī)驅(qū)動器方面與第一實施例不同，也即電機(jī)驅(qū)動器是由一個集成芯片半導(dǎo)體器件140形成的，該器件包括反電動勢(BEMF)檢測電路110、速度控制電路112、輸出驅(qū)動電路111、啟動電路109和基準(zhǔn)振蕩器108。BEMF檢測電路110通過旋轉(zhuǎn)振動電機(jī)101檢測由定子104的每相線圈105、106和107所產(chǎn)生的BEMF。半導(dǎo)體器件140包括電源接線端Vpower、接地端GND和電機(jī)驅(qū)動接線端U、V、W。
啟動電路109接收來自基準(zhǔn)振蕩器108的基準(zhǔn)時鐘CLK，設(shè)定啟動頻率。速度控制電路112也接收來自基準(zhǔn)振蕩器108的基準(zhǔn)時鐘CLK，設(shè)定基準(zhǔn)頻率。啟動電路109和速度控制電路112兩者共享基準(zhǔn)振蕩器108。
在這個第二示例性實施例中，需要電阻器和電容器用作半導(dǎo)體器件140的外部元件，以便能使包含振動電機(jī)101和半導(dǎo)體器件140的設(shè)備被減小，并節(jié)省空間。示例性實施例3圖5是本發(fā)明第三示例性實施例振動電機(jī)的方框圖。這個第三示例性實施例在電機(jī)驅(qū)動器方面與第二實施例不同，也即從作為電機(jī)驅(qū)動器的一個集成芯片半導(dǎo)體器件140的外部提供基準(zhǔn)時鐘信號CLK。
在此第三示例性實施例中，因為可由從外面提供的基準(zhǔn)時鐘信號CLK任意設(shè)定基準(zhǔn)周期，所以可以任意設(shè)定R.P.M.。
這個第三示例性實施例可產(chǎn)生與第二示例性實施例同樣的優(yōu)點，也即能使包含振動電機(jī)101和一個集成芯片半導(dǎo)體器件140的設(shè)備被減小，并節(jié)省空間。示例性實施例4圖6是本發(fā)明第四示例性實施例振動電機(jī)的方框圖。這個第四示例性實施例在電機(jī)驅(qū)動器方面與第二實施例不同，也即由直流檢測電路150檢測由起電機(jī)驅(qū)動器作用的一個集成芯片半導(dǎo)體器件140外面所提供的直流電壓電平VDC。通過根據(jù)檢測電路150的輸出信號控制基準(zhǔn)振蕩器108的時鐘信號CLK，可以任意設(shè)定作為振動電機(jī)101基準(zhǔn)速度的基準(zhǔn)周期，即速度基準(zhǔn)。
在此第四示例性實施例中，通過改變由外面提供的直流電壓電平VDC而任意設(shè)定電機(jī)101的R.P.M.。
這個第四示例性實施例可產(chǎn)生與第二和第三示例性實施例同樣的優(yōu)點，也即能使包含振動電機(jī)101和一個集成芯片半導(dǎo)體器件140的設(shè)備被減小(尺寸)，并節(jié)省空間。示例性實施例5
圖7是本發(fā)明第五示例性實施例振動電機(jī)的方框圖。圖8和圖9表示計數(shù)數(shù)目與電機(jī)R.P.M.的關(guān)系曲線。在圖7中，由用以將直流電壓電平(模擬信號)轉(zhuǎn)換成N位信號(數(shù)字信號)的模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換電路形成直流檢測電路150。
基準(zhǔn)周期產(chǎn)生電路116中所包含的計數(shù)器160計數(shù)基準(zhǔn)振蕩器116所提供的基準(zhǔn)時鐘CLK，同時，每一相的反電動勢(BEMF)合成的信號BEMF的后沿被用作觸發(fā)信號，其中的BEMF是由電路110加給的。
可由計數(shù)數(shù)目設(shè)定電路151改變計數(shù)器160的計數(shù)數(shù)目。通過改變計數(shù)數(shù)目，可以任意設(shè)定電機(jī)的R.P.M.。
在此第五示例性實施例中，借助DC檢測電路150和計數(shù)數(shù)目設(shè)定電路151，通過改變計數(shù)器160的計數(shù)數(shù)目可以等價地改變直流電壓電平，從而可以改變電機(jī)的R.P.M.。
計數(shù)數(shù)目設(shè)定電路151被詳述如下由下式可得電機(jī)的R.P.M.
N＝(fclk×60)/(p×COUNT×2)其中，“N”表示R.P.M.
“fclk”表示基準(zhǔn)振蕩器108所提供的基準(zhǔn)時鐘頻率(單位rpm)“p”表示電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁量子數(shù)(rotor magnetic number)(單位Hz)“COUNT”表示計數(shù)器160的計數(shù)數(shù)目。
圖8表示計數(shù)數(shù)目N的曲線，其中按等間隔設(shè)定4個計數(shù)數(shù)目，如表1所示。
表1

如圖8所示，“N”與所述計數(shù)數(shù)目“COUNT”成反比，并繪出曲線。
在設(shè)定“N”繪出一條直線時，得到表2所示的圖9。
表2

當(dāng)在計數(shù)數(shù)目設(shè)定電路151處設(shè)定上述關(guān)系時，“N”以直線方式變化。
R.P.M.的變化與外面所加給的直流電壓電平之間的關(guān)系可為直線。除了表1和表2中所示的關(guān)系之外，計數(shù)數(shù)目設(shè)定電路具有改變與振動相應(yīng)之R.P.M.的結(jié)構(gòu)，比如在高轉(zhuǎn)速下，R.P.M.的變化減小。
在此第五示例性實施例中，速度控制電路包括基準(zhǔn)周期產(chǎn)生電路，它接收來自基準(zhǔn)振蕩器的基準(zhǔn)時鐘，作為輸入信號，并對計數(shù)器產(chǎn)生可變的基準(zhǔn)周期，其中可以設(shè)定任意的計數(shù)數(shù)目。基準(zhǔn)周期產(chǎn)生電路具有計數(shù)數(shù)目設(shè)定電路，用以接收N位信號，并能通過更改所述N位信號而設(shè)定計數(shù)數(shù)目，從而該基準(zhǔn)周期產(chǎn)生電路輸出基準(zhǔn)周期信號。可以任意設(shè)定基準(zhǔn)頻率(基準(zhǔn)周期的倒數(shù))，從而能夠設(shè)定各種可變的模式。示例性實施例6圖10是本發(fā)明第六示例性實施例振動電機(jī)的方框圖。這個第六示例性實施例在電機(jī)驅(qū)動器方面與第四實施例不同，也即所述電機(jī)驅(qū)動器另外包括制動接線端BR、正反向旋轉(zhuǎn)接線端FR和起停接線端SP，作為一個集成芯片半導(dǎo)體器件140的各接線端。半導(dǎo)體器件140另外還包括短路制動電路161、正反向旋轉(zhuǎn)電路162和起停電路163。
短路制動電路161通過從外面給制動接線端BR提供一個信號，短路電機(jī)101各相的輸出級，即輸出驅(qū)動電路111的輸出接線端U、V和W。短路輸出接線端U、V和W意思是短路電機(jī)101的每一相線圈105、106和107通過每個線圈中所包含的電阻元件所產(chǎn)生的反電動勢(BEMF)。由每一相線圈的電流控制制動扭矩，從而電機(jī)101快速降低它的速度而停止。由于這樣快速地慢下來，使用戶可以感知電機(jī)101振動的變化。
正反向旋轉(zhuǎn)電路162通過從外面給正反向旋轉(zhuǎn)接線端FR提供一個信號，變換電機(jī)101的旋轉(zhuǎn)方向，從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)。在對電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向產(chǎn)生反向扭矩的時候，各線圈中有電流流過，從而由所述電流使電機(jī)快速降低它的速度，并反向旋轉(zhuǎn)。由于電機(jī)快速地慢下來的運動和從正向到反向(或者相反)改變方向的運動，使用戶可以感知電機(jī)101振動的變化。
起停電路163通過從外面給起停接線端SP提供一個信號，制動電機(jī)101的驅(qū)動電流，并制動加給作為電機(jī)驅(qū)動器而工作之半導(dǎo)體器件140內(nèi)部電路的電流，使得在電機(jī)處于靜止時，電機(jī)節(jié)省電能并使電池的壽命延長。
以下將描述本發(fā)明另一實施例的振動電機(jī)?？梢允沟谝坏降诹鶎嵤├碾姍C(jī)驅(qū)動器部分形成于具有電機(jī)的設(shè)備，如信息設(shè)備的系統(tǒng)控制集成電路中。在便攜式電話中所用的系統(tǒng)控制集成電路采用比如系統(tǒng)電源電路、聲音處理電路和輸入音調(diào)處理電路。電機(jī)驅(qū)動器需要提供大電流，因此電機(jī)驅(qū)動器適于集成包含具有足夠載流能力之模擬電路的系統(tǒng)控制集成電路。
在這種情況下，由于無需專門驅(qū)動電機(jī)的半導(dǎo)體器件，所以可使設(shè)備進(jìn)一步減小，并節(jié)省一些空間。示例性實施例7圖11是本發(fā)明第七示例性實施例中一種設(shè)備(便攜式電話)的局部剖面圖。圖11中的振動電機(jī)101可以采用前述各實施例中的任何電機(jī)。電機(jī)101和電機(jī)驅(qū)動IC700安裝在電路板70上，該板被安裝在所述設(shè)備上。有如前述各實施例那樣，電機(jī)101具有(尺寸)減小、節(jié)省空間、節(jié)省電能和有附加功能的優(yōu)點，從而包含電機(jī)101的設(shè)備也有同樣的優(yōu)點。
上面描述的本發(fā)明采用振動電機(jī)的速度控制方法，也即使由基準(zhǔn)振蕩器加給的基準(zhǔn)時鐘與電機(jī)的反電動勢(BEMF)的周期相比較的方法，并通過反饋總差值而控制速度。與基準(zhǔn)振蕩器的振蕩精度相關(guān)，電機(jī)的R.P.M.保持恒定，從而本發(fā)明的振動電機(jī)可以實現(xiàn)極為精確的速度控制。
按照本發(fā)明，電機(jī)的R.P.M.與電機(jī)的種類或電機(jī)的偏差無關(guān)，從而可以容易實現(xiàn)設(shè)定電機(jī)的R.P.M.，并使R.P.M.的精度提高。
通過節(jié)省為原來為供電所需的時間周期，使振動電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動增大，從而可由控制系統(tǒng)使因(尺寸)減小所致的不足振動得到補(bǔ)償。
只有在電機(jī)的R.P.M.比基準(zhǔn)速度快的時候才輸出FAST信號，從而可使電路的結(jié)構(gòu)簡化，并能減小電路，降低成本。
由于可以只用一個集成芯片半導(dǎo)體器件形成所述電機(jī)驅(qū)動器，所以無需外部元件，如電阻器和電容器等，從而可使具有這種電機(jī)的設(shè)備減小(尺寸)，以節(jié)省一些空間。
由于通過從外面加給一個基準(zhǔn)周期，即振動電機(jī)的基準(zhǔn)速度而能夠任意設(shè)定基準(zhǔn)周期，所以可任意設(shè)定所述R.P.M.。
通過以來自外部的直流電壓電平，比如利用加給便攜式電話的揚聲器一個模擬電壓設(shè)定控制端，用以任意改變R.P.M.，于是既容易改變R.P.M.，而且也容易改變振動的幅值。
R.P.M.的變化與外部加給的信號之間的關(guān)系可為線性的。與這個關(guān)系相比，可以設(shè)定改變R.P.M.響應(yīng)振動的關(guān)系，比如在高速旋轉(zhuǎn)下使R.P.M.的變化是適度的。
通過突然減小速度和增大速度，用戶有效地感知振動的變化，從而使因(尺寸)減小所致不足的振動得到補(bǔ)償。
通過在電機(jī)處于靜止時制動電流，使電池的壽命延長。
由于為驅(qū)動振動電機(jī)除一個集成芯片半導(dǎo)體器件之外再無需其它，所以可使設(shè)備減小，以節(jié)省一些空間。
本發(fā)明的電機(jī)和具有本發(fā)明電機(jī)的設(shè)備具有上述各種優(yōu)點。
工業(yè)實用性當(dāng)電機(jī)的R.P.M.比基準(zhǔn)速度快時，振動電機(jī)得到一個FAST信號，從而利用這個FSAT信號使輸出驅(qū)動電路受到控制，以節(jié)省每一相的一部分供電時間周期。于是電機(jī)控制R.P.M.，并增大電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。結(jié)果，借助控制系統(tǒng)，使振動的幅值增大，并可使因電機(jī)的(尺寸)減小所致振動的不足得到補(bǔ)償?？蓪㈦姍C(jī)驅(qū)動器制成為一個集成芯片的半導(dǎo)體器件，從而減少外部的部件數(shù)目，可以減小電機(jī)(尺寸)，減輕重量。
本發(fā)明用于信息設(shè)備，通過人體對振動的感知把信息傳送給用戶。例如，可將本發(fā)明用于便攜式電話、信息終端以及手表等。
權(quán)利要求
1.一種振動電機(jī)，它包括(a)具有不平衡負(fù)載的轉(zhuǎn)子(102)；(b)具有多個線圈(105，106，107)的定子(104)，每個線圈的相位不同；(c)與各線圈(105，106，107)連接并轉(zhuǎn)動所述轉(zhuǎn)子(102)的電機(jī)驅(qū)動器(100)；所述電機(jī)驅(qū)動器(100)包括(c-1)啟動電路(109)，用以將啟動轉(zhuǎn)矩加給所述振動電機(jī)；(c-2)反電動勢(BEMF)檢測電路(110)，用以檢測所述振動電機(jī)每一相的BEMF，并輸出與BEMF相應(yīng)的BEMF檢測信號；(c-3)輸出驅(qū)動電路(111)，它具有定時產(chǎn)生電路(113)，用以產(chǎn)生至少一個信號，以根據(jù)所述BEMF信號依序?qū)Ω骶€圈(105，106，107)切換ON-OFF狀態(tài)；以及(c-4)速度控制電路(112)，它具有基準(zhǔn)周期產(chǎn)生電路(116)，用以產(chǎn)生基準(zhǔn)周期信號，還具有周期比較電路(117)，用以使基準(zhǔn)周期信號的周期與所述BEMF檢測信號的周期相比較，以便響應(yīng)所述速度控制電路(112)的輸出產(chǎn)生對所述各線圈(105，106，107)供電的ON-OFF周期。
2.如權(quán)利要求1所述的振動電機(jī)，其中，當(dāng)所述BEMF檢測信號的周期短于基準(zhǔn)周期信號的周期時，所述速度控制電路(112)輸出與所述BEMF檢測信號的周期和基準(zhǔn)周期信號的周期之間的差相應(yīng)的FAST信號，以便在所述FAST信號的FAST信號周期期間產(chǎn)生對所述各線圈(105，106，107)供電的ON-OFF周期。
3.如權(quán)利要求2所述的振動電機(jī)，其中，所述輸出驅(qū)動電路(111)還包括增益調(diào)節(jié)電路(122)，它在與所述FAST信號周期成正比的周期內(nèi)輸出信號，以停止對所述各線圈(105，106，107)供電。
4.如權(quán)利要求1所述的振動電機(jī)，其中，所述電機(jī)驅(qū)動器包括一個集成芯片半導(dǎo)體器件(140)，并根據(jù)所述一個集成芯片半導(dǎo)體器件(140)中形成的基準(zhǔn)振蕩器(108)的信號，產(chǎn)生所述啟動電路(109)的啟動頻率。
5.如權(quán)利要求1所述的振動電機(jī)，其中，所述電機(jī)驅(qū)動器包括一個集成芯片半導(dǎo)體器件(140)，并根據(jù)所述一個集成芯片半導(dǎo)體器件(140)中形成的基準(zhǔn)振蕩器(108)的信號，產(chǎn)生所述速度控制電路(112)的基準(zhǔn)周期信號。
6.如權(quán)利要求1所述的振動電機(jī)，其中，根據(jù)從所述電機(jī)外部提供的基準(zhǔn)時鐘產(chǎn)生所述速度控制電路(112)的基準(zhǔn)周期信號。
7.如權(quán)利要求1所述的振動電機(jī)，其中，可由從所述電機(jī)外部提供的直流電壓改變所述速度控制電路(112)的基準(zhǔn)周期信號。
8.如權(quán)利要求1所述的振動電機(jī)，其中，所述速度控制電路(112)的結(jié)構(gòu)使得接收來自基準(zhǔn)振蕩器(108)的基準(zhǔn)時鐘作為輸入信號，并由設(shè)定在任意計數(shù)數(shù)目下的計數(shù)器(160)產(chǎn)生基準(zhǔn)周期信號；基準(zhǔn)周期產(chǎn)生電路(116)具有計數(shù)數(shù)目設(shè)定電路(151)，它接收N位信號，并可通過更改所述N位信號設(shè)定任意的計數(shù)數(shù)目，從而使基準(zhǔn)周期產(chǎn)生電路(116)輸出所述基準(zhǔn)周期信號。
9.如權(quán)利要求1所述的振動電機(jī)，其中，根據(jù)基準(zhǔn)振蕩器(108)的信號產(chǎn)生所述啟動電路(109)的啟動頻率，還根據(jù)基準(zhǔn)振蕩器(108)的信號產(chǎn)生所述速度控制電路(112)的基準(zhǔn)周期信號。
10.如權(quán)利要求1所述的振動電機(jī)，其中，所述電機(jī)驅(qū)動器包括縮短所述振動電機(jī)每一相輸出級的結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求1所述的振動電機(jī)，其中，所述電機(jī)驅(qū)動器包括沿正向和反向旋轉(zhuǎn)所述振動電機(jī)的結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求1所述的振動電機(jī)，其中，所述電機(jī)驅(qū)動器包括同時制動所述振動電機(jī)的驅(qū)動電流以及制動對形成所述電機(jī)驅(qū)動器的每個電路提供的電流的結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求1所述的振動電機(jī)，其中，所述電機(jī)驅(qū)動器設(shè)在具有所述振動電機(jī)的設(shè)備內(nèi)所采用的系統(tǒng)控制集成電路中。
14.一種采用權(quán)利要求1至權(quán)利要求13任一項所述振動電機(jī)的設(shè)備。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備是信息設(shè)備。
全文摘要
一種振動電機(jī)，當(dāng)電機(jī)(101)的R.P.M.快于基準(zhǔn)速度時，該電機(jī)獲得FSAT信號，從而輸出驅(qū)動電路(111)受到該FSAT信號的控制，以節(jié)省每一相位的一部分供電時間周期。于是電機(jī)控制R.P.M.并增大電機(jī)(101)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動。結(jié)果，振動的幅值加大，并且通過控制系統(tǒng)可使因電機(jī)減小所致的不足振動得到補(bǔ)償。可由一個集成芯片半導(dǎo)體器件(140)形成電機(jī)驅(qū)動器(100)，使外部元件的數(shù)目減少，并可使電機(jī)減小，減輕重量。
文檔編號B06B1/02GK1478317SQ01820038
公開日2004年2月25日 申請日期2001年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月28日
發(fā)明者井上智寬, 巖山善昭, 昭 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社