JP6967938B2 - 振動発生装置の制御装置、電子機器、および振動発生装置の制御方法 - Google Patents
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Description
また、本発明の一態様によれば、振動発生装置を急速に停止することが可能となり、切れの良い振動をユーザーに伝えることができる。また、本発明の一態様によれば、振動発生装置の振動によって様々な振動パターンを発生することができる。
また、本発明の一態様によれば、様々な振動パターンに対応して応答性の高い振動を発生可能である。
また、本発明の一態様によれば、応答性向上(起動、停止)の効果を得ることができる。
また、本発明の一態様によれば、逆転動作をスムーズに停止させることができる。
図1は、本実施形態に係る振動発生装置の制御装置40を含む電子機器1の構成例を示すブロック図である。なお、電子機器1の一例として携帯電話を例に説明するが、電子機器は、ウェアブル端末、タブレット端末、携帯ゲーム機器、AV機器、車両に搭載される機器、銀行のATM等であってもよい。
図2に示す電子機器1は、振動モータ70を用いた電子機器の一例である。図2に示すように、電子機器1は、上ケース101aと下ケース101bが合わされて形成された略直方体状の筐体101と、筐体101の長手方向の側面に突設されたアンテナ102とを備えている。
筐体101の上ケース101aは、スピーカー104、操作部10、表示部30、およびマイクロホン105を備えている。下ケース101bには、二次電池等からなる不図示の電源が設けられている。
図3は、本実施形態に係る駆動信号と振動モータ70の回転数の一例を示す図である。図3において、横軸は時刻、縦軸は電圧、回転数を表す。波形g1は、駆動信号の時間変化を表す。波形g2は、振動モータ70の回転数の時間変化を表す。また、駆動信号は、起動信号である波形g11、回転駆動信号である波形g12、およびブレーキ信号(逆転信号)である波形g13を含んで構成されている。
続けて、時刻t2〜t3の期間(T2)、駆動部60は、電圧値がE2(定常動作時電圧値)の電力を出力する。なお、電圧値E2は、電圧値E1より小さい。また、時刻t1〜t2の期間は、時刻t2〜t3の期間より短い。
続けて、時刻t3〜t4の期間(T3)、駆動部60は、電圧値がE3(逆転時最大電圧値)の電力を出力する。なお、電圧値E3の絶対値は、電圧値E2より大きい。また、電圧値E3は、駆動部60に供給される電源電圧値よりも高い。
図4は、比較例の振動モータの駆動信号と回転数の例を示す図である。図4において、縦軸と横軸は図3と同様である。波形g901は、駆動信号の時間変化を表す。波形g902は、振動モータ70の回転数の変化を表す。
図4に示すように、従来は、波形g901のように、T11の期間、駆動パルスを振動モータに供給する(例えば、特開平8−320384号公報参照)。
なお、振動モータ70は、後述するように、重錘を備えている。
駆動部60が振動モータ70に供給するブレーキ信号は、重錘が逆回転するほどの大きさの逆転信号である。ここで、重錘が逆回転する回転数の最大回転数は、回転期間の回転数N1(図3)の1/3である3000rpm以下であり、好ましくは1/9以下である1000rpm以下が好ましい。1/3、1/9が好ましい理由は、振動モータ70を瞬時に停止でき、かつ逆回転していることが人に感じられないことが好ましいためである。このような条件にある回転数が、回転期間の回転数の1/3以下であり、好ましくは1/9以下である。駆動部60は、このような回転数となるようにブレーキ信号の電圧値E3と期間(時刻t3〜t4)を設定する。この場合、制御部50は、例えばブレーキ信号の回転数が1000rpmであることを示す指示を駆動指示に含めて出力する。
これにより、本実施形態によれば、様々な振動パターンを発生することができる。具体的には、本実施形態によれば、利用者に通常とは異なる振動パターンを与え、インパクトや特定の情報(例えばアラート等)を知らせることができる。
次に、駆動信号の変形例を説明する。
図5〜図7は、本実施形態に係る駆動信号と回転数の他の例を示す図である。図5〜図7において、横軸は時刻、縦軸は電圧、回転数を表す。また、波形g21と波形g31と波形g41は、駆動信号の時間変化を表す。波形g22と波形g32と波形g42は、振動モータ70の回転数の時間変化を表す。
これにより、図5〜図7に示した例においても、様々な振動パターンを発生することができる。具体的には、本実施形態によれば、利用者に通常とは異なる振動パターンを与え、インパクトや特定の情報(例えばアラート等)を知らせることができる。
図8は、本実施形態に係る駆動信号の他の例を示す図である。図8において、横軸は時刻、縦軸は電圧を表す。また、波形g51は、駆動信号の時間変化を表す。
図8において、時刻t41〜t44の期間が立ち上げの期間(第1の印加時間;T1)である。時刻t44〜t45の期間が回転期間(第2の印加時間;T2)である。時刻t45〜t48の期間が停止期間(第3の印加時間;T3)である。
続けて、時刻t42〜t43の期間、駆動部60は、電圧値がE42の電力を出力する。ここで、電圧値E42(第2の電圧値)は、駆動部60に供給される正の電源電圧値であり、電圧値E41よりも大きい。
続けて、時刻t43〜t44の期間、駆動部60は、電圧値がE41の電力を出力する。
続けて、時刻t46〜t47の期間、駆動部60は、電圧値がE45(第4の電圧値)の電力を出力する。ここで、電圧値E45は、駆動部60に供給される負の電源電圧値である。電圧値E45の絶対値は、電圧値E43の絶対値よりも大きい。
続けて、時刻t48のとき、駆動部60は、電圧値をE44からE43へ変化させる。
さらに、図8に示す例によれば、停止時において電圧値を徐々に0Vに向かって下げていくようにしたので、モータがブレーキ信号によって再度正転方向に回転することが無く、確実にモータの回転を停止させることができる。
なお、図8に示す例では、電圧値E42、E45が電源電圧値の例を説明したが、これに限られない。電圧値E42、E45は、電源電圧値より大きくてもよい。
また、図8に示した例では、起動時および停止時の両方で駆動信号を徐々に大きくし、その後徐々に小さく制御する例を説明したが、起動時および停止時の少なくとも一方において、駆動信号を徐々に大きくし、その後徐々に小さく制御するようにしてもよい。
また、図5を用いて説明したPWM制御において、休止期間を設け、この休止期間に駆動信号を徐々に大きくし、その後徐々に小さく制御するようにしてもよい。
図9は、本実施形態の第1の振動モータの斜視図であって、空気抵抗低減部を装着する前の説明図である。
図9に示す本実施形態の振動モータ70は、前述したように、例えば、携帯電話やタブレット等の情報機器などの電子機器に内蔵して使用される。
振動モータ70は、例えば円筒型のブラシ付きDCモータであって、ステータ71と、ステータ71に回転自在に設けられたロータ72と、を備えている。
シャフト73は、一端がステータハウジング711内に配置されており、他端がステータハウジング711の外側に突出している。シャフト73の一端には、コイルホルダが固定されている。
重錘74の中心軸Oに対応した位置には、軸方向に突出する係止部75が設けられている。係止部75は、後述する空気抵抗低減部76(図10)の嵌合孔77に嵌合されて係止される。
振動モータ70は、ロータ72が回転すると、重錘74の重心の不釣合いに起因する加振力により振動を発生することができる。
ここで、図10および図11に示すように、本実施形態の振動モータ70は、空気抵抗低減部76を備えている。空気抵抗低減部76は、重錘74に設けられ、ロータ72が回転するときの重錘74に対する空気抵抗を低減している。
弧状部78は、半円状に形成された重錘74の外周面74aにおけるロータ72の回転方向(矢印R方向)の上流側の端縁74bと、回転方向(矢印R方向)の下流側の端縁74cと、を円弧状に接続している。弧状部78の外周面78aの曲率半径は、重錘74の外周面74aの曲率半径と略同一となっている。弧状部78は、上流側の端縁74bと下流側の端縁74cとに対して接触した状態で配置される。これにより、重錘74の外周面74aと弧状部78とは連続的に接続されるので、ロータ72の回転にともなって、空気が重錘74の外周面74aと弧状部78の外周面78aとに沿って滑らかに流れることができる。
ところで、以上では係止部75が嵌合孔77に圧入される構造を示したが、係止部75を嵌合孔77に係合させ、被覆部79と重錘74とを接着や溶接等により固定しても構わない。
また、ロータ72が回転するときの重錘74に対する空気抵抗を低減することができるので、従来技術と比較して消費電力を低減することができる。さらに、ロータ72が回転するときの重錘74に対する空気抵抗を低減して風切音を抑制できるので、従来技術と比較して静粛性に優れた振動モータ70とすることができる。
図12は、本実施形態に係る第2の振動モータの斜視図である。
図12に示すように、振動モータ201は、いわゆるコイン型のブラシ付きDCモータであって、ステータ202と、ステータ202に回転自在に設けられたロータ203と、を備えている。
重錘233は、ロータ203の軸方向から見て半円状に形成されており、シャフト231の中心軸Oに対して重心位置が径方向に偏心されている。
上述のように構成されたステータ202およびロータ203は、ハウジング221により覆われている。なお、図12において、ハウジング221は、仮想線で図示されている。
図13に示すように、空気抵抗低減部210は、例えば樹脂材料により形成されており、弧状部211を有している。
弧状部211は、半円状に形成された重錘233の外周面233aにおけるロータ203の回転方向(矢印R方向)の上流側の端縁233bと、回転方向(矢印R方向)の下流側の端縁233cと、を円弧状に接続している。弧状部211は、モールド部206と一体成型されている。
なお、弧状部211よりも径方向の内側であって、モールド部206との間の領域は、貫通孔211bの形態に限定されることはなく、底部を有していてもよいし、例えば樹脂材料が充填されていてもよい。
また、ロータ203が回転するときの重錘233に対する空気抵抗を低減することができるので、従来技術と比較して消費電力を低減することができる。さらに、ロータ203が回転するときの重錘233に対する空気抵抗を低減して風切音を抑制できるので、従来技術と比較して静粛性に優れた振動モータ201とすることができる。
図14に示すように、振動モータ301は、いわゆるコイン型のブラシレスDCモータであって、ステータ302と、ステータ302に回転自在に設けられたロータ303と、を備えている。
ロータ303は、円板状のヨーク303aと、リング状のマグネット308と、重錘333とを有する。ヨーク303aとマグネット308とは、軸方向に重ねて配置されている。重錘333は、ロータ303の軸方向から見て半円弧状に形成されており、シャフト331の中心軸Oに対して重心位置が径方向に偏心されている。重錘333は、マグネット308よりも径方向の外側に配置されており、ヨーク303aに対して例えば接着剤や溶接等により固定される。
図15および図16に示すように、空気抵抗低減部310は、例えば金属材料により形成されており、弧状部311を有している。
弧状部311は、半円弧状に形成された重錘333の外周面333aにおけるロータ303の回転方向(矢印R方向)の上流側の端縁333bと、回転方向(矢印R方向)の下流側の端縁333cと、を円弧状に接続している。弧状部311とヨーク303aとは、例えば絞り加工等のプレス加工により一体成型されている。
上述のように構成されたステータ302およびロータ303は、ハウジング321により覆われている。なお、図14において、ハウジング321は、仮想線で図示されている。
図17は、本実施形態に係る第3の空気抵抗低減部の変形例の側面図である。
なお、空気抵抗低減部310の形状は上述の形態に限定されない。例えば、図17に示すように、空気抵抗低減部310は、半円状に形成した板部材の縁部に切欠きを設けて複数の張出片310aを形成した後、張出片310aを軸方向に折り曲げて立設させることにより形成してもよい。
また、ロータ303が回転するときの重錘333に対する空気抵抗を低減することができるので、従来技術と比較して消費電力を低減することができる。さらに、ロータ303が回転するときの重錘333に対する空気抵抗を低減して風切音を抑制できるので、従来技術と比較して静粛性に優れた振動モータ301とすることができる。
図18は、本実施形態に係る第4の空気抵抗低減部の平面図である。
上述の振動モータ301の空気抵抗低減部310は、弧状部311を備えていた(図15参照)。これに対して、図18に示すように、第4の空気抵抗低減部410は、重錘433の端面に設けられた傾斜面435である点で、振動モータ301とは異なっている。なお、以下では、振動モータ301と同様の構成の部分については、詳細な説明は省略する。
重錘433におけるロータ403の回転方向(矢印R方向)の下流側の端面は、回転方向の上流側から下流側に向かって、ロータ403の径方向の内側から径方向の外側に傾斜する傾斜面435となっている。
ここで、軸方向から見て、径方向に沿うとともに中心軸Oを通る直線を仮想線Lと定義したとき、傾斜面435は、仮想線Lと交差して設けられている。また、重錘433における回転方向の下流側の先端436は、軸方向から見て径方向に沿うとともに中心軸Oを通る仮想線Lよりも回転方向の下流側に位置している。
また、重錘433における回転方向の上流側の端面438は、仮想線Lに沿う平面となっている。
図19に示すように、第4の空気抵抗低減部410は、傾斜面435と仮想線Lとの交点P1から傾斜面435の径方向の外側縁部P2までの距離をL1とし、傾斜面435と仮想線Lとの交点P1から傾斜面435の径方向の内側縁部P3までの距離をL2としたとき、次式(1)
L1<L2・・・(1)
を満足するように形成されている。
また、重錘433における回転方向の下流側の先端436は、軸方向から見て仮想線Lよりも回転方向の下流側に位置していたが、仮想線Lよりも回転方向の上流側に位置していてもよい。
次に、振動発生装置の制御装置の変形例について説明する。
図20は、本実施形態の変形例に係る振動発生装置の制御装置40Aを含む電子機器1Aの構成例を示すブロック図である。図20に示すように、電子機器1Aは、操作部10、通信部20、表示部30および振動発生装置の制御装置40Aを備える。振動発生装置の制御装置40Aは、制御部50A(制御部)、駆動部60(制御部)、振動モータ70(振動発生装置)、抵抗R、およびスイッチSWを備える。なお、振動発生装置の制御装置40と同じ機能を有する機能部については、同じ符号を用いて、説明を省略する。
スイッチSWは、一端が駆動部60の第2出力端子と振動モータ70の第2入力端子に接続されている。スイッチSWは、制御部50Aの制御に応じて、オン状態とオフ状態が切り替わる。スイッチSWがオン状態のとき、振動モータ70の両端が抵抗Rを介して短絡される。
図21は、本実施形態の第1の変形例に係る駆動信号と振動モータ70の回転数とスイッチSWの状態の一例を示す図である。図21において、横軸は時刻、縦軸は電圧、回転数を表す。波形g1’は、駆動信号の時間変化を表す。波形g2は、振動モータ70の回転数の時間変化を表す。波形g15は、スイッチSWの状態を示す。また、駆動信号は、起動信号である波形g11、回転駆動信号である波形g12、およびブレーキ信号(逆転信号)である波形g14を含んで構成されている。
なお、波形g11と波形g12は、図3と同様である。
続けて、時刻t2〜t3の期間(T2)、駆動部60は、電圧値がE2(定常動作時電圧値)の電力を出力する。なお、電圧値E2は、電圧値E1より小さい。また、時刻t1〜t2の期間は、時刻t2〜t3の期間より短い。
続けて、時刻t3〜t4の期間(T3)、制御部50AがスイッチSWをオン状態にすることで、振動モータ70の両端を、抵抗Rを介して短絡させる。これにより、電圧値は、0Vとなる。この期間T3が所定時間である。時刻t3〜t4の期間(T3)、波形g14に示すように、振動モータ70に印加される電圧値は0Vであり、波形g15に示すように、スイッチSWはオン状態である。
これにより、変形例によれば、瞬時に振動モータ70の回転を停止させることができる。
なお、波形g11は、図3と同様である。
続けて、逆転動作前の時刻t5〜t3の期間(T4)、制御部50AがスイッチSWをオン状態にすることで、振動モータ70の両端を、抵抗Rを介して短絡させる。これにより、電圧値は、0Vとなる。この期間T4が特定時間である。時刻t5〜t3の期間(T4)、波形g14’’に示すように、振動モータ70に印加される電圧値は0Vであり、波形g15’’に示すように、スイッチSWはオン状態である。
続けて、時刻t3〜t4の期間(T3)、駆動部60は、電圧値がE3(逆転時最大電圧値)の電力を出力する。なお、電圧値E3の絶対値は、電圧値E2より大きい。また、電圧値E3は、駆動部60に供給される電源電圧値よりも高い。
これにより、正転から逆転に急に切り替わる際に大電流が流れるのを防止することができる。
なお、波形g11とg12とg13は、図3と同様である。
続けて、逆転動作後の時刻t4〜t6の期間(T4)、制御部50AがスイッチSWをオン状態にすることで、振動モータ70の両端を、抵抗Rを介して短絡させる。これにより、電圧値は、0Vとなる。この期間T5が特定時間である。時刻t4〜t6の期間(T5)、波形g14’’’に示すように、振動モータ70に印加される電圧値は0Vであり、波形g15’’’に示すように、スイッチSWはオン状態である。
これにより、逆転動作をスムーズに停止させることができる。
Claims (14)
- ステータと、前記ステータに対して所定軸回りに回転自在に設けられ、前記所定軸からずれた位置に重心を有する重錘を有するロータと、を備えた振動発生装置と、
起動のときに前記振動発生装置へ印加する駆動信号の最大電圧値である起動時最大電圧値が、定常動作のときに前記振動発生装置へ印加する前記駆動信号の電圧値である定常動作時電圧値よりも大きくなるように制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
起動のときに前記振動発生装置へ印加する駆動信号を、定常動作時電圧値よりも大きい第1の電圧値に変化させ、前記第1の電圧値に変化させ後に前記第1の電圧値より大きい第2の電圧値に変化させ、前記第2の電圧値に変化させ後に前記第2の電圧値を前記第1の電圧値に制御し、前記定常動作のときに前記第1の電圧値を前記定常動作時電圧値に変化させ、
逆転動作のときに前記振動発生装置へ印加する駆動信号を、前記定常動作時電圧値から第3の電圧値に変化させ、前記第3の電圧値に変化させ後に前記第3の電圧値のより低い第4の電圧値に変化させ、前記第4の電圧値に変化させ後に前記第3の電圧値のより低く前記第4の電圧値より高い第5の電圧値に変化させるように制御する、振動発生装置の制御装置。 - 前記制御部は、
前記起動時最大電圧値を前記振動発生装置へ印加する第1の印加時間を、前記定常動作時電圧値を前記振動発生装置へ印加する第2の印加時間よりも短くなるように制御する、請求項1に記載の振動発生装置の制御装置。 - 前記制御部は、
前記定常動作に続けて逆転動作を行わせる逆転信号を前記振動発生装置へ印加し、前記逆転信号の最大電圧値である逆転時最大電圧値が、前記定常動作時電圧値よりも大きくなるように制御する、請求項1または請求項2に記載の振動発生装置の制御装置。 - 前記定常動作に続けて逆転動作を行わせる逆転信号を前記振動発生装置へ印加し、前記逆転信号の最大電圧値である逆転時最大電圧値であって、
前記制御部は、
複数の前記定常動作時電圧値を選択可能であり、選択した前記定常動作時電圧値に応じて前記起動時最大電圧値および前記逆転時最大電圧値のうちの少なくとも1つを設定する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の振動発生装置の制御装置。 - 前記制御部は、
複数の前記定常動作時電圧値を選択可能であり、選択した前記定常動作時電圧値に応じて前記第1の印加時間および前記第2の印加時間のうちの少なくとも1つを設定する、請求項2に記載の振動発生装置の制御装置。 - 前記定常動作に続けて逆転動作を行わせる逆転信号を前記振動発生装置へ印加し、前記逆転信号の最大電圧値である逆転時最大電圧値であって、
前記制御部は、
複数の前記定常動作時電圧値を選択可能であり、選択した前記定常動作時電圧値に応じて前記起動時最大電圧値、前記逆転時最大電圧値、前記起動時最大電圧値を前記振動発生装置へ印加する第1の印加時間、および前記定常動作時電圧値を前記振動発生装置へ印加する第2の印加時間のうちの少なくとも1つを設定する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の振動発生装置の制御装置。 - 前記定常動作に続けて逆転動作を行わせる逆転信号を前記振動発生装置へ印加し、前記逆転信号の最大電圧値である逆転時最大電圧値であって、
前記制御部は、
前記起動時最大電圧値、および前記逆転時最大電圧値のうち少なくとも1つを、前記制御部に供給される電源の電圧値よりも高い電圧値に昇圧して設定する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の振動発生装置の制御装置。 - 起動のときに前記振動発生装置へ印加する駆動信号において、最初に印加する電圧値は、前記起動時最大電圧値より低い、請求項1から請求項3、請求項7のいずれか1項に記載の振動発生装置の制御装置。
- 起動のときに前記振動発生装置へ印加する駆動信号において、最初に印加する電圧値は、前記定常動作時電圧値と同じか、または前記定常動作時電圧値より高い、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の振動発生装置の制御装置。
- 前記制御部は、
前記定常動作に続けて逆転動作を行わせるとき、前記振動発生装置の両端を所定時間、短絡させる、請求項1、請求項2、請求項5、請求項8、および請求項9のいずれか1項に記載の振動発生装置の制御装置。 - 前記制御部は、
前記定常動作に続けて逆転動作を行わせる前に、前記振動発生装置の両端を所定時間、短絡させる、請求項1、請求項2、請求項5、請求項8、および請求項9のいずれか1項に記載の振動発生装置の制御装置。 - 前記制御部は、
前記定常動作に続けて逆転動作を行わせた後に、前記振動発生装置の両端を所定時間、短絡させる、請求項1から請求項7、請求項8、請求項9のいずれか1項に記載の振動発生装置の制御装置。 - 請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の振動発生装置の制御装置を備えた電子
機器。 - ステータと、前記ステータに対して所定軸回りに回転自在に設けられ、前記所定軸からずれた位置に重心を有する重錘を有するロータと、を備えた振動発生装置の回転を制御する振動発生装置の制御方法であって、
制御部が、起動時に前記振動発生装置へ印加する駆動信号の最大電圧値である起動時最大電圧値が、定常動作時に前記振動発生装置へ印加する前記駆動信号の電圧値である定常動作時電圧値よりも大きくなるように制御する手順と、
前記制御部が、起動のときに前記振動発生装置へ印加する駆動信号を、定常動作時電圧値よりも大きい第1の電圧値に変化させ、前記第1の電圧値に変化させ後に前記第1の電圧値より大きい第2の電圧値に変化させ、前記第2の電圧値に変化させ後に前記第2の電圧値を前記第1の電圧値に制御し、前記定常動作のときに前記第1の電圧値を前記定常動作時電圧値に変化させる手順と、
前記制御部が、逆転動作のときに前記振動発生装置へ印加する駆動信号を、前記定常動作時電圧値から第3の電圧値に変化させ、前記第3の電圧値に変化させ後に前記第3の電圧値のより低い第4の電圧値に変化させ、前記第4の電圧値に変化させ後に前記第3の電圧値のより低く前記第4の電圧値より高い第5の電圧値に変化させるように制御する手順と、
を含む振動発生装置の制御方法。
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