CN102291038B - 控制振动马达的方法和用于振动马达的驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种控制振动马达的方法，其中，提供：生成用于产生椭圆运动的驱动信号的单元；利用来自电源的电压切换驱动信号、并且改变驱动信号的脉冲宽度的单元；检测通过切换单元流入电能-机械能转换元件中的电流的单元；检测被驱动物体的位置和速度的单元；以及控制各个单元并设置被驱动物体的速度的单元。控制单元控制驱动信号的频率和脉冲宽度，以便在电流检测单元检测到的电流不超过给定极限值的范围内，针对被驱动物体的目标速度，实现最大的输出特性。
Description
技术领域
本发明涉及控制振动马达的方法，该振动马达在超声振动器中生成振动波并且通过摩擦力相对移动与超声振动器接触的可动体。
背景技术
像照相机或便携式数字摄像机那样的设备使用振动马达，在振动马达中，AC信号被供应给电能-机械能转换元件，并在超声振动器中生成振动波，以便通过摩擦力相对移动与超声振动器接触的可动体。在这样的设备中，供电电源是电池。
近年来，像照相机或便携式数字摄像机那样的设备越来越小型化，并且电池也小型化，使供电容量减小。因此提出了各种节电措施。
例如，如图8所示，日本专利第3,140,236号提出了一种超声马达驱动器电路，其中为了防止产生噪声，根据电池电压改变驱动脉冲的脉冲宽度，如果电池电压足够高，则使脉冲宽度变窄以防止供应不必要的能量。
并且，已知一种进行控制以便根据电池电压改变马达驱动方法以使输入功率保持不变的振动马达驱动器电路。
并且，日本专利申请公开第H09-271174号提出了一种用于振动波致动器的控制设备，其检测驱动电流并控制脉冲宽度以便所检测的值不超过允许电流。
但是，上述相关技术存在如下问题。
在日本专利第3,140,236号中，可以根据电池电压改变脉冲宽度和驱动方法。但是，因为检测目标是电池电压，所以不能检测马达实际消耗的电流。
由于这个原因，不可能应对电流因温度变化或驱动负载变化而增大的情况。如果电流超过电池可以供应的给定量，就会引起如下问题：无法供应大于给定量的电流，并且电池电压降低，导致设备的整个***停止工作。
并且，在使用如日本专利申请公开第H09-271174号所公开的检测电流值并控制脉冲宽度以便电流不超过给定值的方法的情况下，会引起如下问题。
在马达输出也随由频率变化引起的输入电功率的增大而增大的“第一频域”中，脉冲宽度控制和速度控制是同时实现的。
由于这个原因，为了提高速度而降低频率的操作和为了减小电流而缩小脉冲宽度的操作混合在一起，不能进行稳定驱动。
进一步地，还引起了频率超过谐振频率，从而使马达停止工作的问题。
进一步地，在远离谐振频率的驱动器电路中，电压因与阻抗电路相关联的放大效应而增大。
但是，在电流流入振动马达的电容部件侧的频域，即，马达输出不随由频率变化引起的输入电功率的增大而增大的“第二频域”中，进行操作从而流动着具有可以一直输出(即，直到最大极限)的量的电流。
由于这个原因，流入电容部件侧中的无效电流一直持续流着，从而降低了电路效率。
发明内容
本发明是在考虑了上述问题之后作出的，其一个目的是提供控制振动马达的方法，该方法能够控制频率和脉冲宽度，以便在电流因温度变化和驱动负载变化而增大的情况下使电流不超过电流供应量，和以便在有限供应量内输出大功率。
根据本发明，提供了一种控制振动马达的方法，所述振动马达至少包括：电能-机械能转换元件；具有与电能-机械能转换元件接合的接触部分的弹性体；和被配置成通过向电能-机械能转换元件施加来自 电源的驱动电压而在弹性体的接触部分上产生椭圆运动的振动器，所述振动马达被配置成通过所述椭圆运动相对于振动器相对移动与弹性体的接触部分接触的被驱动物体，其中提供：生成用于产生椭圆运动的驱动信号的驱动信号生成单元；利用来自电源的电压切换驱动信号、并且改变驱动信号的脉冲宽度的切换单元；检测通过切换单元流入电能-机械能转换元件中的电流的电流检测单元；检测被驱动物体的位置和速度的检测单元；以及控制驱动信号生成单元、切换单元、电流检测单元和检测单元并且设置被驱动物体的速度的控制单元；并且其中所述控制单元控制驱动信号的频率和脉冲宽度，以便在电流检测单元检测到的电流不超过给定极限值的范围内，针对被驱动物体的目标速度，实现最大的输出特性，所述目标速度由控制单元设置。
本发明可以实现控制振动马达的方法，所述方法能够控制频率和脉冲宽度，以便在电流因温度变化和驱动负载变化而增大的情况下使电流不超过电流供应量，和以便在有限供应量内输出大功率。
尤其，所述方法对于使用电流供应量有限的电源的情况是有效的。
本发明的进一步特征可以从参考附图对示范性实施例的如下描述中明显看出。
附图说明
图1是例示根据本发明的第1示例的用在振动马达控制方法中的振动马达控制电路的配置的框图。
图2是根据本发明的第1示例的振动马达的分解透视图。
图3是根据本发明的第1示例，图2中示出的振动马达在组装之后的透视图。
图4A是例示根据本发明的第1示例，图1的框图中的驱动器单元的电路配置的图。
图4B是例示图1的框图中的电路块的电流检测电路的***电路配置的图。
图5A是根据本发明的第1示例示出频率、速度和电流之间的关 系的曲线图，以描述振动马达控制方法中的控制算法。
图5B是例示该算法的流程图。
图6A是根据本发明的第2示例示出频率、速度和电流之间的关系的曲线图，以描述振动马达控制方法中的控制算法。
图6B是例示该算法的流程图。
图7A是根据本发明的第3示例示出频率、速度和电流之间的关系的曲线图，以描述振动马达控制方法中的控制算法。
图7B是例示该算法的流程图。
图8是例示相关技术中的脉冲宽度与供应电压之间的关系的曲线图。
图9是例示用于根据第4示例进行控制的电路配置的图。
图10A是根据本发明的第4示例示出频率、速度和电流之间的关系的曲线图，以描述振动马达控制方法中的控制算法。
图10B是例示该算法的流程图。
具体实施方式
下面通过举例描述具体实施本发明的方式。
(第1示例)
参照图1的框图，描述根据本发明第1示例的控制振动马达的方法的配置。
根据本示例的振动马达包括电能-机械能转换元件、具有与电能-机械能转换元件接合的接触部分的弹性体、和被配置成通过向电能-机械能转换元件施加来自具有有限供应量的电源的驱动电压而在弹性体的接触部分上产生椭圆运动的振动器。
通过椭圆运动，相对于振动器相对移动与弹性体的接触部分接触的被驱动物体。
图1例示了振动马达200和用于进行控制的由微型计算机构成的控制单元32。在如下描述中，将控制单元32简称为“微型计算机”。
为了产生上述椭圆运动，振荡器(驱动信号生成单元)34根据来 自微型计算机的命令值生成第一模式(模式A)或第二模式(模式B)的驱动信号。
放大器电路(切换电路)33利用供应电压来切换模式A的信号，并且与阻抗元件41结合产生较大驱动力。
放大器电路(切换电路)33′利用供应电压来切换模式B的信号，并且与阻抗元件42结合产生较大驱动力。
诸如电池之类的电源36将电压施加于放大器电路33和33′。电流检测器电路(电流检测单元)37检测来自电源36的供应电流。
电流检测器电路37检测到的电流值被输入微型计算机中，并且根据本示例被用作关于限流算法的信息。
位置检测单元35检测可动体(被驱动物体)的位置和速度。基于位置检测单元35获得的结果，关于可动体的位置和速度信息被传送给微型计算机32，并且微型计算机32根据传送的位置和速度信息控制马达。
下面参考图2和3描述振动马达的配置示例。
参照图2和3，第一板状(盘状)弹性体201由诸如金属之类的振动衰减损耗低的材料制成，压电元件202是电能-机械能转换元件。
并且，柔性衬底203将AC信号从电源(未示出)供应给压电元件202。下螺母204与在轴杆206的下端形成的螺杆啮合，并且布置了第二弹性体205。
将轴杆206***在第一弹性体201、压电元件202、柔性衬底203、和第二弹性体205的中心形成的通孔中。
将一个轴瓦(step)布置在轴杆206的中部，并且使该轴瓦紧靠着形成在第二弹性体205的内壁上的轴瓦。
轴杆206的一端(下端)带有螺纹，带螺纹部分与作为紧固件的下螺母204啮合，并且紧固在一起。这样，可以将第二弹性体205、第一弹性体201、压电元件202和柔性基板203相互固定。
与作为可动体的转子207固定在一起的接触簧片208与第一弹性体201的未与压电元件202接触的表面有压接触。
接触簧片208具有弹性。接触簧片208与转子207固定在一起，并且整体旋转。
作为输出单元的齿轮209使转子207能够沿着转轴方向行进，并且与转子207啮合，以便跟随转子207的行进作旋转运动。
诸如弹簧之类的施压单元210布置在转子207的弹簧接纳部分与齿轮209之间，将转子207向下压在第一弹性体201上。
齿轮209由与轴杆206耦合的固定件211可绕枢轴旋转地支承着，齿轮209的轴向位置通过固定件211调节。
轴杆206的未与下螺母204啮合的另一端(上端)也带有螺纹，带螺纹部分与上螺母212啮合，以便将轴杆206与固定件211固定在一起。
在固定件211中形成有螺孔，通过用螺丝将固定件211与所希望的部分固定，就可以将振动马达装配在该所希望的部分上。
压电元件202是这样配置的：例如，在一个压电体的每个表面上形成电极膜，将其一个表面上的电极膜划分成两个电极膜，并且沿着压电元件202的厚度方向将形成有电极膜的两个区域极化成方向相反。
当将相同AC信号供应给这两个电极膜时，压电元件202的一个区域在厚度方向上膨胀，而另一个区域在厚度方向上收缩。
将另一个压电体叠加在该压电体上以使电极膜的相位彼此偏移90°，并且将在时间上相移了90°的AC信号供应给这两个压电体。
然后，在振荡器中产生两种弯曲振动(一种弯曲振动的振幅方向与轴杆206的轴向垂直，并且另一种弯曲振动的振幅方向也与轴杆206的轴向垂直)以使第一弹性体201从一侧到另一侧摇摆。
随着这些振动的合成，在第一弹性体201的表面上激起椭圆运动。
当使接触簧片208与激起椭圆运动的第一弹性体201的表面有压接触时，接触簧片208和转子207受到椭圆运动推动而行进。
振动马达的配置不限于上述配置，该马达也可以按如下配置。
例如，该马达由诸如压电元件之类的电能-机械能转换元件、振动 器、和可动体构成，将两相或更多相的AC电压施加于电能-机械能转换元件，以便在振动器中产生渐进的振动波。
该马达可以配置成将振动能传递给与振动器有压接触的像转子那样的可动体。
接着，参考图4A描述本示例中的驱动器(放大器电路33和33′)的电路配置。
在例示在图4A中的电路配置中，切换电路包括作为切换元件的FET 51～58。
如图4A所示，当A相脉冲变成高电平时，FET 51和54被接通，电流从A相流向/A相。
相反，当/A相脉冲变成高电平时，FET 53和52被接通，电流从/A相流向A相。这同样适应于B相，以便根据供应的脉冲信号接通FET 55至58，从而将电压施加于振动器。
A和/A以及B和/B是彼此相移180°且脉冲宽度彼此相等的脉冲信号。
阻抗元件41和42与马达进行阻抗匹配。在本示例中，阻抗元件41和42是电感元件。尽管未示出，但也可以与振动器并联地布置电容元件以便匹配阻抗。
这样，将阻抗元件41和42加在可以低电压和高效率地驱动马达的位置。
下面参考图4B描述根据本示例的用在控制振动马达的方法中的电流检测器电路37的***电路配置。
参照图4B，布置了电流检测电阻38和差分放大器39。电流检测器电路37被布置在电源36与马达驱动器(放大器电路33和33′)之间。
更具体地说，由差分放大器39将电流检测电阻38两端的电压差分放大，由布置在微型计算机32中的AD转换器将所得电压转换成数字数据，并且在微型计算机32中将其当作电流检测结果。
图5A是根据本示例示出频率、速度和电流之间的关系的曲线图， 以描述控制算法。
在该特性曲线图中，N_0是负载转矩为0时的马达旋转频率，I_0是这时的电流特性。电流是电流检测器电路37检测到的传送给微型计算机32的电流值。
N_100是负载为100gfcm时的马达旋转频率，I_100是这时的电功率特性。
从图5A中可以了解到，当负载转矩是0时，电流在整个频域中都未超过极限值LimA。
下面参考图5B的流程图描述根据本示例的控制振动马达的方法。
首先，接通马达(F-11)。
在这种状况下，当马达启动时，微型计算机32将频率fs设置成足够低速的驱动频率，如图5A所示，并接通驱动器(F-12)。
然后，确定在频率fs检测到的速度高于还是低于目标速度Nconst(F-13)。
然后，如果检测到的电流低于LimA(极限值)，则将驱动频率减小X1Hz(F-14，F-17)。
频率变化X1Hz的量被设计为获得给定的速度变化。
另一方面，如果检测到的速度低于目标速度，并且检测到的电流超过LimA(给定极限值)，则在F-15的流程中，通过由上述微型计算机构成的控制单元中的确定单元确定频率在哪个频域中。
该确定单元是这样配置的：当检测到的速度低于目标速度并且检测到的电流超过LimA时，基于降低频率引起的电流变化确定驱动信号的频域。
在这种状况下，将检测到的电流的电流值超过LimA时检测到的电流因降低频率而减小的频域设置成area_A区域(第一频域)，而将检测到的电流增大的频域设置成area_B区域(第二频域)。
当检测到的速度低于目标速度并且检测到的电流超过极限值时，通过事先计算降低频率所获得的电流变化，根据频率降低时电流是减小还是增大来确定这些频域。
当电流变化率小于0时，将电流变化确定成area_A区域，而当电流变化率大于0时，将电流变化确定成area_B区域。
如果电流变化处在area_A区域中，则即使降低频率，电流也不会增大。因此，在脉冲宽度被减小了检测到的电流超过LimA的量以使得当前电流值落在LimA内以后，在不超过LimA的范围内降低频率，以便可以提高速度。
进一步地，如果电流变化处在area_B区域中，则将驱动频率固定在这时的频率上，从而防止电流因频率降低而增大。
进一步地，如果检测到的电流的电流值在这种状态下仍然超过LimA，则减小脉冲宽度，以防止电流增大(F-18)。进一步地，确定电流在这种状态下是否仍然超过LimA(F-18a)，如果电流超过LimA，则使脉冲宽度变窄，以防止电流增大(F-18b)。
将检测到的速度与作为目标速度Nconst的设置范围的上限的目标速度Nconst+α相比较(F-19)。
当检测到的速度不小于目标速度Nconst+α时，由于速度太高，所以使频率向较高侧返回X2Hz以抑制速度(F-20)。
当检测到的速度小于目标速度Nconst+α时，确定是否在到达目标位置时使该操作进入停止操作而不作任何改变(F-21)。
当进行停止操作时，关闭马达使它停止(F-22)。另一方面，当继续驱动时，处理返回到F-12的流程之后的点，并重复上述速度控制操作。
在重复速度控制操作的时候继续降低驱动频率，直到检测到的速度到达目标速度Nconst。
然后，当检测到的速度超过目标速度Nconst时，使驱动频率返回到较高频率，并且控制频率以使检测到的速度落在给定速度范围内。
接下来，参照图5A，描述根据负载状态的操作变化。
当负载转矩是0时，电流值未超过LimA，因此，以在上述速度控制下控制马达速度落在目标速度范围内的状态来驱动马达。
当参考上述算法描述这种控制时，确定在频率fs检测到的速度高 于还是低于目标速度Nconst(F-13)。
当确定检测到的速度低于目标速度Nconst时，这时的电流也低于LimA，因此，降低驱动频率(F-14，F-17)。
另一方面，当确定检测到的速度高于目标速度Nconst时，将检测到的速度与作为目标速度Nconst的设置范围的上限的目标速度Nconst+α相比较(F-19)。
在检测到的速度到达目标速度Nconst之前，检测到的速度小于目标速度Nconst+α，因而确定是否要停止马达(F-21)。
使驱动状态继续，因此，处理返回到F-12的流程之后的点，以继续进行频率扫描(频率降低)操作。
在操作期间电流未超过LimA，因此，最终在目标速度的范围内进行操作，结果是以目标速度进行操作直到到达停止位置。
然后，当负载转矩变成例如100gfcm时，将频率设置成与负载转矩是0时相同的频率fs，并且针对目标速度Nconst控制检测到的速度，从而频率变得较低(F-14，F-17)。
在速度控制操作期间也检测电流值，并且确定电流值大于还是小于LimA。
当频率足够高时，检测到的速度低于目标速度Nconst，电流也小于LimA，因此继续降低驱动频率。
从图5A中可以了解到，当负载是100gfcm时，电流值在检测到的速度到达目标速度Nconst之前超过LimA。
当电流超过LimA时，降低频率，从而确定频域是检测到的电流增大的area_B区域还是检测到的电流减小的area_A区域(F-15)。
在图5A中，频域处在area_B区域中，因此，进行操作以便使频率不降低到低于电流超过LimA的频率。
进一步地，当甚至在频率被固定成不降低之后电流仍然超过LimA时，进行操作以便减小驱动电压的脉冲宽度，从而减小电流(F-18)。
然后，当如图5A所示，启动频率是fs0并且负载是100gfcm时， 在将频率设置成fs0和确定检测到的速度是否高于目标速度Nconst之后，检测电流(F-13，F-14)。
当启动频率是fs0时，电流超过LimA。因此，降低在电流超过LimA时的频率，并且确定频域是处在检测到的电流增大的area_B区域中，还是处在检测到的电流减小的area_A区域中(F-15)。
因为频率fs0处在area_A中，所以在减小脉冲宽度以使电流不超过LimA之后，驱动频率降低了(F-16)。
此后，启动频率的行为与fs的情况相同。
在本示例中，频率控制根据电流超过LimA时频率处在哪个区域中而不同。
也就是说，当电流超过LimA时，降低频率，由此，频率控制根据频域是处在检测到的电流增大的area_B区域中还是处在检测到的电流减小的area_A区域中而不同，并且进行控制。
如图5A以及图5B的流程图所示，如果未使用F-18的流程，并且驱动频率因速度未到达Nconst而被设置得较低，则电流值超过LimA，引起电池电压下降。结果是，当与另一个致动器和显示设备一起配置的设备与作为电源的电池一起使用时，不利地影响另一个致动器和显示设备的操作。
由于这个原因，本示例采用了这样一种配置，其中，如图5A所示，确定在电流值超过LimA值时的频域，并且控制频率以便在电流值未超过LimA的时候实现最大输出特性。
对于上述配置，尽管速度变得比Nconst低，但防止了电流超过LimA，从而防止另一个致动器和显示设备的操作失败。
进一步地，在本示例中，当电流值超过设置值时，通过切换单元改变脉冲宽度来控制电流值。
(第2示例)
参照图6A和6B，描述根据不同于第1示例的第2示例控制振动马达的方法中的控制算法。
第1示例的图5A例示了负载是0和负载是100gfcm的状态。另 一方面，在本示例中，图6A例示了负载较大(100gfcm和200gfcm)的状态。
在本示例中，电流被检测和超过极限值时的算法不同于第1示例。
现在参考图6B的流程图描述根据本示例的振动马达的控制电路的操作。
参照图6B，执行与第1示例相同的操作，直到F-14的流程。在F-14的流程中，当检测到的电流超过LimA，电流变化率小于0，以及频域被确定为area_B区域时，确定单元确定检测到的速度高于还是低于预定速度N_Low(F-23)。
如果速度低于预定速度N_Low，则可以理解，可利用限值电功率或更低电功率进行操作的操作范围像图6A中的N_200所示的那样窄。
在这种情况下，频率被固定，如果检测到的电流仍然超过LimA，则减小脉冲宽度，并且进行控制以使得检测到的电流不超过LimA(F-24)。
另一方面，如果检测到的速度高于预定速度N_Low，则可以理解，如图6A中的N_100所示，在较高频率侧仍然存在可操作频域。
在这种情况下，将驱动频率提高给定值(β)以降低速度，并且进行控制以使得检测到的电流不超过LimA(F-25)。
对于上述配置，可以利用具有卓越效率的正常频率进行驱动而不会使电流超过极限值。
如果进行操作而上述频率未向驱动频率的较高侧移动β，则驱动频率接近电流超过给定值的频率，因此，经常需要像F-24的流程那样使脉冲宽度变窄的操作。
然后，速度特性随之被改变，结果是，在一些情况下，操作变得不稳定，速度可能变得不均匀，而马达可能停止工作。
像F-25的流程那样，将频率设置成几乎不受上述特性变化影响的驱动频率，由此可以进行驱动以在马达特性稳定的状态下进行最大输出。
(第3示例)
参照图7A和7B，描述根据不同于第1示例和第2示例的第3示例的控制振动马达的方法中的控制算法。
图7A例示了在给定环境条件下当负载是100时的驱动电压脉冲宽度的占空比是50％和40％的状态。
在正常驱动下，占空比是50％，以便在低压下进行最大输出。
在如下描述中，脉冲宽度占空比50％用“脉冲宽度50％”表示。
在图7A中例示的环境下，如同可以从图中了解到的那样，当利用脉冲宽度50％进行驱动时，电流超过极限电流LimA的区域从启动频率fs开始。
当使用第1示例或第2示例的算法时，通过在启动频率附近使脉冲宽度变窄来使能操作。但是，当最初接通电压时，电流超过LimA。
然后，在电流减小到不超过LimA的值之前，在脉冲宽度变窄期间，电流继续超过极限电流，从而存在根据状况而不利地影响另一个致动器和显示设备的可能性。
图7B是第3示例的算法，在启动时的驱动方法不同于第1示例和第2示例的。
在下文中，将参考图7A和7B描述根据第3示例控制振动马达的方法。
首先，以启动频率接通马达。
在本示例中脉冲宽度从0开始，而在相关技术中给出的是预定脉冲宽度。
然后，检测这时的电流，并确定电流是否超过极限值LimA(F-26)。
然后，当脉冲宽度是0时，电流是0，也就是说，电流未超过极限值LimA，因此，脉冲宽度从0开始逐渐增大(F-27)。
然后，确定增大脉冲宽度的结果是否超过50％(F-28)。如果脉冲宽度超过50％，则即使进一步增大脉冲宽度，也不实现输出。因此，处理转移到从F-13的流程开始的速度控制操作。
在图7A中，当脉冲宽度是40％或更小时，电流未达到电流极限 值LimA，因此，重复脉冲宽度增大操作。
然后，当脉冲宽度达到40％时，电流超过极限值，处理转移到从F-13的流程开始的速度控制操作。
在从F-13的流程开始的算法中，虽然以与第1示例和第2示例相同的方式控制速度，但当电流超过电流极限值LimA时，进行操作以便不进一步降低频率。
从图7A中可以了解到，当脉冲宽度是50％时，存在电流减小到或小于电流极限LimA的频域。但是，可用频域显著变窄。
即使可以将启动频率设置到该窄的可用频域，频率降低时电流超过电流极限LimA的频率也不处在实现高速度的频域中。因此，马达被设置成马达几乎无法工作的状态。
但是，当在启动频率处将脉冲宽度优化成40％，并将速度控制在像本示例那样的那种状态下时，即使频率被固定到在频率的较低侧电流超过电流极限LimA的频率，也可以在获得足够大转矩的状态下驱动马达。
用在像照相机和便携式数字摄像机那样的将电池用作电源的便携式设备中的振动马达正被开发。
在这样的振动马达中，提出了能够在电流不超过电流极限的情况下实现最大性能的驱动控制方法，以便使马达可以发展到更广范围的产品。
如上所述，根据本发明各个示例的配置，作为对抗由温度变化和驱动负载变化引起的电流增大的措施，提供了用于控制频率和脉冲宽度以使电流不超过目标电流的单元。
由于这个原因，根据控制振动马达的方法，可以避免电流超过电流极限而使电池电压下降，以及另一个致动器和显示设备变得在所有驱动条件下都失效的状况。
(第4示例)
图9是例示用于根据第4示例进行控制的电路配置的图。
在第1示例中，改变切换电压的脉冲宽度来控制马达电流(电功 率)。另一方面，在本示例中，改变切换电压的电压值来控制供应给马达的电功率。
参照图9，可变电压源40根据来自微型计算机32的命令值改变供应给切换单元33和33′的电压。
在本示例中，与其它示例一样，通过由作为电流值获取单元的AD转换器将检测到的电压转换成马达电流值，来获得马达电流值。接着，基于转换的马达电流值，由转换的马达电流值和供应给切换单元的电压命令值的乘积计算电功耗。但是，获得电流值的方法不限于此，电流值也可以通过例如安培计来获得。在本发明中，电流值或电压值可以从设置在电路中的检测单元等直接获得，或者可以通过检测与电流值或电压值相关的另一种信号并对该信号进行运算等而计算出来(间接获得)。可以采用任何方法，只要最终能获得电流值或电功率值。在本发明中，这种能够最终获得电流值或电功率值的单元被称为电流值获取单元(电流(值)检测单元)或电功率值获取单元(电功率(值)检测单元)。
图10A是根据本发明的第4示例示出频率、速度和电流之间的关系的曲线图，以描述控制算法。
图10A例示了在给定环境条件下负载是100时的脉冲电压是100和80的状态。在正常驱动下，在容易产生振动的高压处进行驱动。
在图10A中示出的环境下，从图中可以了解到，当利用100的脉冲电压进行驱动时，电流超过作为预定值的极限电流LimA(极限值)的区域从启动频率fs开始，并且当最初接通电压时，电流超过LimA。
然后，与第3示例的情况一样，在电流减小到不超过LimA的值之前，在脉冲电压下降期间，电流继续超过极限电流，从而存在根据状况而不利地影响另一个致动器和显示设备的可能性。
图10B是第4示例的算法。在本示例中，控制电功率的幅度的参数是切换单元的脉冲电压。
首先，以启动频率接通马达。在本示例中脉冲电压从0开始。
然后，通过由AD转换器将检测到的电压转换成马达电流值，来 获得这时的马达电流值。接着，基于转换的马达电流值，由转换的马达电流值和供应给切换单元的电压命令值的乘积计算电功耗。将如此获得的电功耗用于检测电流，并且确定电流是否超过极限值LimA(F-26′)。
当供应电压是0时，电功率是0，也就是说，电流未超过极限值LimA，因此，进行操作以使脉冲电压升高10(F-27′)。
然后，确定升高脉冲电压的结果是否超过100(F-28′)。
在图10A中，在驱动电压是80或更小的时候电流未达到电功率极限值LimP，因此，重复脉冲电压升高操作。
然后，当脉冲电压达到80时，电功率超过极限值，处理被设置为转移到从F-13开始的速度控制操作。
在从F-13开始的算法中，虽然以与第1示例和第2示例相同的方式控制速度，但当电功率超过电功率极限值LimP时，可以进行操作以便不进一步降低频率，并且可以控制脉冲电压以便在电流极限值LimA之内驱动马达。
从图10A中可以了解到，当驱动电压是100时，存在电流减小到或小于电功率极限LimP的频域。但是，可用频域显著变窄。
即使可以将启动频率设置到该窄的可用频域，频率降低时电流超过电功率极限LimP的频率也不处在实现高速度的频域中。因此，马达被设置成马达几乎无法工作的状态。
但是，当在启动频率处将脉冲电压优化成80，并将速度控制在像本示例那样的那种状态下时，即使频率被固定到在频率的较低侧电流超过电功率极限LimP的频率，也可以在获得足够大转矩的状态下驱动马达。
通过像上述示例那样在监视电功率的同时控制脉冲电压以便不超过给定电功率，可以产生最大转矩而不超过目标功耗。
用在像照相机和便携式数字摄像机那样的将电池用作电源的便携式设备中的振动马达正被开发。
在这样的振动马达中，提出了能够在电流不超过电流极限的情况 下实现最大性能的驱动控制方法，以便使马达可以发展到更广范围的产品。换句话说，可以控制驱动信号的频率和脉冲电压，以便在极限值内实现包括最大转矩和最大输出的给定输出特性。
如上所述，根据本发明各个示例的配置，作为对抗由温度变化和驱动负载变化引起的电功率增大的措施，提供了控制频率和脉冲宽度或脉冲电压的幅度以使电流不超过目标电功率的单元。
由于这个原因，根据控制振动马达的方法，可以避免电流超过电流极限而使电池电压下降，以及另一个致动器和显示设备变得在所有驱动条件都失效的状况。
进一步地，在上述示例中，描述了进行控制以使获得的电功率值不超过极限值的方法。但是，如果事先知道脉冲电压值的变化范围很小，或如果允许控制精度稍低，则不总是必须获得电功率值。然后，也可以进行控制以使获得的电流值不超过极限值。对于上述配置，可以省略获得电功率值的算术处理电路。
虽然通过参考示范性实施例已经对本发明作了描述，但应当理解，本发明不局限于所公开的示范性实施例。所附权利要求的范围应该与最宽泛的解释一致，以便包括所有这样的修改和等效结构和功能。
Claims (16)
1.一种控制振动马达的方法，
所述振动马达包括：
电能-机械能转换元件；
具有与电能-机械能转换元件接合的接触部分的弹性体；以及
被配置成通过向电能-机械能转换元件施加来自电源的驱动电压而在弹性体的接触部分上产生椭圆运动的振动器，
所述振动马达被配置成通过所述椭圆运动相对于振动器相对移动与弹性体的接触部分接触的被驱动物体，
其中提供：
生成用于产生所述椭圆运动的驱动信号的驱动信号生成单元；
利用来自电源的电压切换驱动信号并且改变驱动信号的脉冲宽度的切换单元；
检测通过切换单元流入电能-机械能转换元件中的电流的电流检测单元；
检测被驱动物体的位置和速度的检测单元；以及
控制驱动信号生成单元、切换单元、电流检测单元和检测单元并且设置被驱动物体的速度的控制单元，并且
其中所述控制单元控制驱动信号的频率和脉冲宽度，以便在电流检测单元检测到的电流不超过给定极限值的范围内，针对被驱动物体的目标速度，实现最大的输出特性，所述目标速度由控制单元设置。
2.根据权利要求1所述的控制振动马达的方法，
其中所述控制单元包括第一确定单元，所述第一确定单元在所述检测单元检测到的速度相对于目标速度较低并且所述电流检测单元检测到的电流超过给定极限值时，基于降低频率所引起的电流变化来确定驱动信号的频率存在于哪个频域中，
其中所述第一确定单元被配置成将驱动信号的频率的频域确定为第一频域和第二频域之一，其中，在第一频域中，当频率降低时检测到的电流减小，而在第二频域中，当频率降低时检测到的电流增大，
其中，当所述第一确定单元将频域确定为当频率降低时检测到的电流减小的第一频域时，所述控制单元针对超过给定极限值的检测到的电流量，进行这样的控制：使脉冲宽度变窄以使得检测到的电流落在给定极限值以内，并且此后在检测到的电流不超过给定极限值的范围内降低频率，由此提高速度，以及
其中，当所述第一确定单元将频域确定为当频率降低时检测到的电流增大的第二频域时，所述控制单元进行这样的控制：将驱动信号的频率固定在进行所述确定时的频率处，并且当检测到的电流在这种状态下仍然超过给定极限值时，使脉冲宽度变窄以使得检测到的电流落在给定极限值以内。
3.根据权利要求2所述的控制振动马达的方法，
其中所述控制单元包括第二确定单元，所述第二确定单元确定第二频域中的检测到的速度高于还是低于预定速度，
其中，当所述第二确定单元确定检测到的速度低于预定速度时，所述控制单元进行这样的控制：使脉冲宽度变窄以使得检测到的电流落在所述极限值以内，以及
其中，当所述第二确定单元确定检测到的速度高于预定速度时，所述控制单元进行这样的控制：提高驱动信号的频率以降低速度，以使得检测到的电流不超过所述极限值。
4.根据权利要求1所述的控制振动马达的方法，其中，所述控制单元进行这样的控制：使脉冲宽度从0开始逐渐增大，并且当从所述电流检测单元获得的电流值因脉冲宽度增大而超过给定值时，停止增大脉冲宽度的操作，由此将脉冲宽度固定在当电流值超过给定值的时候的脉冲宽度处。
5.一种控制振动马达的方法，
所述振动马达包括：
电能-机械能转换元件；
具有与电能-机械能转换元件接合的接触部分的弹性体；以及
被配置成通过向电能-机械能转换元件施加来自电源的驱动电压而在弹性体的接触部分上产生椭圆运动的振动器，
所述振动马达被配置成通过所述椭圆运动相对于振动器相对移动与弹性体的接触部分接触的被驱动物体，
其中提供：
生成用于产生所述椭圆运动的驱动信号的驱动信号生成单元；
利用来自电源的电压切换驱动信号并且改变驱动信号的脉冲电压的切换单元；
检测通过切换单元流入电能-机械能转换元件中的电流的电流检测单元；
检测被驱动物体的位置和速度的检测单元；以及
控制驱动信号生成单元、切换单元、电流检测单元和检测单元并且设置被驱动物体的速度的控制单元，并且
其中所述控制单元控制驱动信号的频率和脉冲电压，以便在电流检测单元检测到的电流值和基于电流值获得的电功率值之一不超过给定极限值的范围内，针对被驱动物体的目标速度，实现给定的输出特性，所述目标速度由控制单元设置。
6.根据权利要求5所述的控制振动马达的方法，
其中所述控制单元包括第一确定单元，所述第一确定单元在所述检测单元检测到的速度相对于目标速度较低并且所述电流检测单元检测到的电流超过给定极限值时，基于降低频率所引起的电流变化来确定驱动信号的频率存在于哪个频域中，
其中所述第一确定单元被配置成将驱动信号的频率的频域确定为第一频域和第二频域之一，其中，在第一频域中，当频率降低时检测到的电流减小，而在第二频域中，当频率降低时检测到的电流增大，
其中，当所述第一确定单元将频域确定为当频率降低时检测到的电流减小的第一频域时，所述控制单元针对超过给定极限值的检测到的电流量，进行这样的控制：降低脉冲电压以使得检测到的电流落在给定极限值以内，并且此后在检测到的电流不超过给定极限值的范围内降低频率，由此提高速度，以及
其中，当所述第一确定单元将频域确定为当频率降低时检测到的电流增大的第二频域时，所述控制单元进行这样的控制：将驱动信号的频率固定在进行所述确定时的频率处，并且当检测到的电流在这种状态下仍然超过给定极限值时，降低脉冲电压以使得检测到的电流落在给定极限值以内。
7.根据权利要求6所述的控制振动马达的方法，
其中所述控制单元包括第二确定单元，所述第二确定单元确定第二频域中的检测到的速度高于还是低于预定速度，
其中，当所述第二确定单元确定检测到的速度低于预定速度时，所述控制单元进行这样的控制：降低脉冲电压以使得检测到的电流落在给定极限值以内，以及
其中，当所述第二确定单元确定检测到的速度高于预定速度时，所述控制单元进行这样的控制：提高驱动信号的频率以降低速度，以使得检测到的电流落在给定极限值以内。
8.根据权利要求5所述的控制振动马达的方法，其中，所述控制单元进行这样的控制：使脉冲电压从0开始逐渐升高，并且当从所述电流检测单元获得的电流值因脉冲电压升高而超过给定值时，停止升高脉冲电压的操作，由此将脉冲电压固定在当电流值超过所述给定值的时候的脉冲电压处。
9.一种用于振动马达的驱动器，
所述振动马达包括：
电能-机械能转换元件；
具有与电能-机械能转换元件接合的接触部分的弹性体；以及
被配置成通过向电能-机械能转换元件施加来自电源的驱动电压而在弹性体的接触部分上产生椭圆运动的振动器，
所述振动马达被配置成通过所述椭圆运动相对于振动器相对移动与弹性体的接触部分接触的被驱动物体，
所述驱动器包括：
生成用于产生所述椭圆运动的驱动信号的驱动信号生成单元；
利用来自电源的电压切换驱动信号并且改变驱动信号的脉冲宽度的切换单元；
检测通过切换单元流入电能-机械能转换元件中的电流的电流检测单元；
检测被驱动物体的位置和速度的检测单元；以及
控制驱动信号生成单元、切换单元、电流检测单元和检测单元并且设置被驱动物体的速度的控制单元，
其中所述控制单元控制驱动信号的频率和脉冲宽度，以便在电流检测单元检测到的电流不超过给定极限值的范围内，针对被驱动物体的目标速度，实现最大的输出特性，所述目标速度由控制单元设置。
10.根据权利要求9所述的用于振动马达的驱动器，
其中所述控制单元包括第一确定单元，所述第一确定单元在所述检测单元检测到的速度相对于目标速度较低并且所述电流检测单元检测到的电流超过给定极限值时，基于降低频率所引起的电流变化来确定驱动信号的频率存在于哪个频域中，
其中所述第一确定单元被配置成将驱动信号的频率的频域确定为第一频域和第二频域之一，其中，在第一频域中，当频率降低时检测到的电流减小，而在第二频域中，当频率降低时检测到的电流增大，
其中，当所述第一确定单元将频域确定为当频率降低时检测到的电流减小的第一频域时，所述控制单元被配置为针对超过给定极限值的检测到的电流量，进行这样的控制：使脉冲宽度变窄以使得检测到的电流落在给定极限值以内，并且此后在检测到的电流不超过给定极限值的范围内降低频率，由此提高速度，以及
其中，当所述第一确定单元将频域确定为当频率降低时检测到的电流增大的第二频域时，所述控制单元被配置为进行这样的控制：将驱动信号的频率固定在进行所述确定时的频率处，并且当检测到的电流在这种状态下仍然超过给定极限值时，使脉冲宽度变窄以使得检测到的电流落在给定极限值以内。
11.根据权利要求10所述的用于振动马达的驱动器，
其中所述控制单元包括第二确定单元，所述第二确定单元确定第二频域中的检测到的速度高于还是低于预定速度，
其中，当所述第二确定单元确定检测到的速度低于预定速度时，所述控制单元被配置为进行这样的控制：使脉冲宽度变窄以使得检测到的电流落在给定极限值以内，以及
其中，当所述第二确定单元确定检测到的速度高于预定速度时，所述控制单元被配置为进行这样的控制：提高驱动信号的频率以降低速度，以使得检测到的电流不超过给定极限值。
12.根据权利要求9所述的用于振动马达的驱动器，其中，所述控制单元被配置成进行这样的控制：使脉冲宽度从0开始逐渐增大，并且当从所述电流检测单元获得的电流值因脉冲宽度增大而超过给定值时，停止增大脉冲宽度的操作，由此将脉冲宽度固定在当电流值超过所述给定值的时候的脉冲宽度处。
13.一种用于振动马达的驱动器，
所述振动马达包括：
电能-机械能转换元件；
具有与电能-机械能转换元件接合的接触部分的弹性体；以及
被配置成通过向电能-机械能转换元件施加来自电源的驱动电压而在弹性体的接触部分上产生椭圆运动的振动器，
所述振动马达被配置成通过所述椭圆运动相对于振动器相对移动与弹性体的接触部分接触的被驱动物体，
所述驱动器包括：
生成用于产生所述椭圆运动的驱动信号的驱动信号生成单元；
利用来自电源的电压切换驱动信号并且改变驱动信号的脉冲电压的切换单元；
检测通过切换单元流入电能-机械能转换元件中的电流的电流检测单元；
检测被驱动物体的位置和速度的检测单元；以及
控制驱动信号生成单元、切换单元、电流检测单元和检测单元并且设置被驱动物体的速度的控制单元，
其中所述控制单元被配置成控制驱动信号的频率和脉冲电压，以便在电流检测单元检测到的电流值和基于电流值获得的电功率值之一不超过给定极限值的范围内，针对被驱动物体的目标速度，实现最大的输出特性，所述目标速度由控制单元设置。
14.根据权利要求13所述的用于振动马达的驱动器，
其中所述控制单元包括第一确定单元，所述第一确定单元在所述检测单元检测到的速度相对于目标速度较低并且所述电流检测单元检测到的电流超过给定极限值时，基于降低频率所引起的电流变化来确定驱动信号的频率存在于哪个频域中，
其中所述第一确定单元被配置成将驱动信号的频率的频域确定为第一频域和第二频域之一，其中，在第一频域中，当频率降低时检测到的电流减小，而在第二频域中，当频率降低时检测到的电流增大，
其中，当所述第一确定单元将频域确定为当频率降低时检测到的电流减小的第一频域时，所述控制单元被配置成针对超过给定极限值的检测到的电流量，进行这样的控制：降低脉冲电压以使得检测到的电流落在给定极限值以内，并且此后在检测到的电流不超过给定极限值的范围内降低频率，由此提高速度，以及
其中，当所述第一确定单元将频域确定为当频率降低时检测到的电流增大的第二频域时，所述控制单元被配置成进行这样的控制：将驱动信号的频率固定在进行所述确定时的频率处，并且当检测到的电流在这种状态下仍然超过给定极限值时，降低脉冲电压以使得检测到的电流落在给定极限值以内。
15.根据权利要求14所述的用于振动马达的驱动器，
其中所述控制单元包括第二确定单元，所述第二确定单元确定第二频域中的检测到的速度高于还是低于预定速度，
其中，当所述第二确定单元确定检测到的速度低于预定速度时，所述控制单元被配置成进行这样的控制：降低脉冲电压以使得检测到的电流落在给定极限值以内，以及
其中，当所述第二确定单元确定检测到的速度高于预定速度时，所述控制单元被配置成进行这样的控制：提高驱动信号的频率以降低速度，以使得检测到的电流落在给定极限值以内。
16.根据权利要求13所述的用于振动马达的驱动器，其中，所述控制单元被配置成进行这样的控制：使脉冲电压从0开始逐渐升高，并且当从所述电流检测单元获得的电流值因脉冲电压升高而超过给定值时，停止升高脉冲电压的操作，由此将脉冲电压固定在当电流值超过所述给定值的时候的脉冲电压处。
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