(57)【要約】  この発明の種々の実施例は、リニア共振振動機構であり、広範囲の器具、装置およびシステムに組み込むことができる。振動力は、重りまたは部材のリニア振動によって生成され、これは、一つまたは複数の駆動電磁石の極性を高速で変えることによって生成される。リニア共振振動機構の共振周波数の近くにリニア共振振動機構の振動周波数を維持するためにフィードバック制御を使用する。リニア共振振動機構は、広範囲の振幅/周波数にわたって振動振幅/周波数の組合せを生成するよう設計することができる。【選択図】  図６
2012527353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバを備えるハウジングと、
前記チャンバ内をリニアに移動する磁性重りと、
前記チャンバの第１の端部を閉じ、前記磁性重りを反発するようにされた第１の端部磁石と、
前記チャンバの第２の端部を閉じ、前記磁性重りを反発するようにされた第２の端部磁石と、
前記ハウジングに固定された駆動電磁石と、
前記チャンバ内で前記磁性重りをリニアに振動させて振動力を生成するため、周期的に方向が変わる電流を前記コイルに加える制御コンポーネントと、
を備える、リニア振動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、2009年5月18日付けの米国仮特許出願番号06/179,109の利益を受ける。この発明は、振動発生装置に関し、より具体的には広範囲の異なるタイプの電気機械的装置およびシステムに組み込まれて、選択された振幅および周波数の振動を広範囲の振幅、周波数空間にわたって生成する振動機構(モジュール)に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動を誘起するモータおよび機構が広範囲の異なる消費者用器具、おもちゃその他の装置およびシステムに長年にわたって使われている。例として、携帯無線呼び出し器(ポケベル)、ヘアトリミング器具、電動歯ブラシ、電動フットボールおもちゃのような振動で駆動される器具、およびその他の器具、装置およびシステムで発生される振動信号がある。振動を発生するのに使われる最も一般的な電気機械システムは、意図的にアンバランスにした電気モータである。
【０００３】
図１Ａ、１Ｂは、広範囲の異なる装置で振動を発生するのに使用されるアンバランスの電気モータを示す。図１Ａに示すように、比較的小電力電気モータ102が円柱状のシャフト104を回転させ、シャフト104には重り106が非対称に取り付けられている。図１Ｂは重りおよびシャフトをシャフトの軸の方向に見下ろす形で非対称に取り付けられた重りを示す。図１Ｂに示すように、重り106は電気モータのシャフト104に中心からずれて取り付けられている。図２Ａ、２Ｂは図１Ａ、１Ｂに示す電気モータによって生成される振動を示す。図２Ａ、２Ｂに示すように非対称に取り付けられた重りは、シャフトが電気モータによって比較的高速度で回転されるとき、シャフトの端にシャフトの軸に垂直な楕円形の振動を生じさせる。図２Ａは、シャフトが回転するときの静的なシャフト軸からの重りおよびシャフトの変位を、図１Ｂと同様に重りおよびシャフトをシャフトの軸の方向に見下ろす態様で示す。図２Ａにおいて、小さなマーク202は、シャフトの回転を示すために電気モータシャフトのディスク状の端部の周辺部に設けられている。シャフトが高速で回転するとき、重りの縁上の点204は、楕円206をなぞり、シャフト208の中心はより小さく狭い楕円210をなぞる。シャフトがバランスしているとしたら、シャフトの中心は回転中にダイアグラムの中心の位置212にとどまるが、シャフトに取り付けられている非対称の重りの存在、ならびに電気モータ、シャフト、アンバランスの重りの他の幾何学的および重み分布特性により、シャフトを比較的高速度で回転させるとき、シャフトの端を楕円路210に沿って動かす力が生じる。この運動は、図２Ｂに示すように振動の主軸220および従軸222によって特徴付けられる。振動の主軸の方向は図２Ａの楕円の主軸に等しく、この主軸の長さは、この方向の振動の振幅に対応する。リニア（直線的）振動が望まれる多くの応用分野において、設計者は、主軸の振幅対従軸の振幅の比率（主軸の振幅/従軸の振幅）をできるだけ大きくするように試みるが、回転力によって振動が生成されるので、リニアな振動を達成することは概して不可能である。多くの場合、シャフトの中心がなぞる通路は円に近い。アンバランスの電気モータの振動の周波数は、電気モータのシャフトの回転周波数に等しく、したがってモータがシャフトを回転させることができる速度（レート）によって制約される。低回転速度では、振動はほとんど生成されない。
【０００４】
振動を生成するには効果的であっても、種々の装置、システムおよび応用分野で使用される、図１Ａに示すようなアンバランスの電位モータによる振動発生装置には多くの問題がある。第１に、電気モータのシャフトをアンバランスにすることは、多くの分野で使用される有用な振動を生成するだけでなく、モータ部品を急速に劣化させるアンバランスな力をモータ内に発生させる。モータ、自動車、その他の機械の回転部品を精密にバランスさせるため大変な注意と努力が払われている。アンバランスの回転部品の結末は、自動車、機械ツール、その他の同地およびシステムに通じた人にはよく知られている。振動を生成するのにアンバランスの電気モータを使用する、多くの装置および器具、特に手持ち式の装置および器具の寿命は、数十時間から数千時間の使用であり、その後は、装置によって生成される振動の振幅は、電気モータその他の部品が劣化するにつれて急速に小さくなる。
【０００５】
アンバランスの電気モータの第２の問題は、それは振動運動を生成するには比較的効率が悪いことである。所与の振動力を生成するのに、それに理論上必要とされる最小の電力よりもよほど大きな電力が消費される。その結果、振動を発生させるアンバランスの電気モータを使用する手持ち式の装置は、使用中に急速にバッテリを消費する。
【０００６】
アンバランスの電気モータの第３の問題は、概してそれが楕円状の振動モードを生成することである。そのようなモードは特定の用途に有用であっても、多くの用途では、振動力が一方向に集中するリニアな振動の方が使いやすい。リニアな振動は、一般にアンバランスの電気モータでは作ることができない。
【０００７】
振動を生成するのにアンバランスの電気モータを使用することに関連する第４の、おそらく最も基礎的な問題は、トータルの振動力/周波数の空間のごく一部分がアンバランスの電気モータにとってアクセス可能であることである。図３は、種々のタイプのアンバランスの電気モータの周波数に対する振動力のグラフを示す。このグラフは、連続的な仮想の曲線で描いているが、実際のデータはもちろん離散的である。図３に示されるように、手持ち式の器具で使用される比較的小電力の電気モータについては、約80Hz(図３の302)を中心とするかなり狭い範囲の周波数だけが有意な振動力を生成する。しかも、この振動力は比較的小さい。アンバランスの電気モータで消費されるエネルギの多くは、シャフトおよびアンバランスの重りを回転させ、モータ内の摩擦力および慣性力に打ち勝つために使用される。消費されるエネルギの比較的小さな部分が所望に振動力に変換される。
【０００８】
一般に使われているアンバランスの電気モータを使用した振動発生装置には上記のような欠点があるので、多様な異なる振動を基礎とする装置、器具、およびシステムの製造業者およびユーザは、多くの消費者器具、装置およびシステムに組み込むための効率的で能力の高い振動発生ユニットを求め続けている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
効率的な振動発生機構が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の種々の実施例は、広範囲の器具、装置およびシステムに組み込むことができるリニア共振振動機構を含む。振動力は、重りまたは部材のリニア振動によって生成され、一つ以上の駆動電磁石の極性を急速に変えることによって生成される。リニア共振振動機構の振動周波数をリニア共振振動機構のための共振周波数に維持するためにフィードバック制御が使用される。リニア共振振動機構は、広範囲の振幅/周波数空間にわたって振動の振幅/周波数の組み合わせを生成するよう設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】広範囲の異なる装置において振動を発生するために典型的に使用されるアンバランスの電気モータを示す図。
【図１Ｂ】広範囲の異なる装置において振動を発生するために典型的に使用されるアンバランスの電気モータを示す図。
【図２Ａ】図１Ａ、１Ｂのアンバランスの電気モータで生成される振動運動を示す図。
【図２Ｂ】図１Ａ、１Ｂのアンバランスの電気モータで生成される振動運動を示す図。
【図３】種々のタイプのアンバランスの電気モータの周波数に対する振動力を示すグラフ。
【図４Ａ】この発明の一実施例の特定のＬＲＶＭおよびその動作を示す図。
【図４Ｂ】この発明の一実施例の特定のＬＲＶＭおよびその動作を示す図。
【図４Ｃ】この発明の一実施例の特定のＬＲＶＭおよびその動作を示す図。
【図４Ｄ】この発明の一実施例の特定のＬＲＶＭおよびその動作を示す図。
【図４Ｅ】この発明の一実施例の特定のＬＲＶＭおよびその動作を示す図。
【図４Ｆ】この発明の一実施例の特定のＬＲＶＭおよびその動作を示す図。
【図４Ｇ】この発明の一実施例の特定のＬＲＶＭおよびその動作を示す図。
【図５Ａ】リニア共振振動機構（LRVM、linear-resonance vibration module）内のリニア振動を駆動するコイルに加えられる電流の方向を変えるために、この発明の種々の実施例で使用することができるＨブリッジを示す。
【図５Ｂ】ＬＲＶＭ内のリニア振動を駆動するコイルに加えられる電流の方向を変えるために、この発明の種々の実施例で使用することができるＨブリッジを示す。
【図６】この発明の一実施例である、図４Ａ―４Ｇに示したＬＲＶＭのブロック図。
【図７Ａ】この発明の一実施例であるＬＲＶＭの動作を制御するＣＰＵによって実行される制御プログラムの制御フロー図。
【図７Ｂ】この発明の一実施例であるＬＲＶＭの動作を制御するＣＰＵによって実行される制御プログラムの制御フロー図。
【図７Ｃ】この発明の一実施例であるＬＲＶＭの動作を制御するＣＰＵによって実行される制御プログラムの制御フロー図。
【図８】この発明の実施例を表すＬＲＶＭおよびＬＲＶＭ制御プログラムによって実現される周波数および振動力の範囲を示す図。
【図９】本発明の実施例を表すアンバランスの電気モータおよびＬＲＶＭによって実現される振幅/周波数空間およびこの空間における領域のプロットを示す図。
【図１０】本発明の異なる実施例を表す種々の異なる代替のＬＲＶＭを示す図。
【図１１】本発明の異なる実施例を表す種々の異なる代替のＬＲＶＭを示す図。
【図１２】本発明の異なる実施例を表す種々の異なる代替のＬＲＶＭを示す図。
【図１３】本発明の異なる実施例を表す種々の異なる代替のＬＲＶＭを示す図。
【図１４】本発明の異なる実施例を表す種々の異なる代替のＬＲＶＭを示す図。
【図１５】本発明の異なる実施例を表す種々の異なる代替のＬＲＶＭを示す図。
【図１６】本発明の異なる実施例を表す種々の異なる代替のＬＲＶＭを示す図。
【図１７】本発明の異なる実施例を表す種々の異なる代替のＬＲＶＭを示す図。
【図１８】図１６に示すこの発明の実施例の変形を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明の実施例は、種々のタイプのリニア振動機構（ＬＲＶＭ）を含み、これらは、広範囲の異なるタイプの器具、装置およびシステム内で振動力を発生するために使用することができる。この発明の実施例を表すＬＲＶＭは、現在使用されているアンバランスの電気モータのようにアンバランスの回転の副産物としてではなく、振動力がＬＲＶＭ内の重りまたはコンポーネントのリニア（直線的な）振動によって生成されるという意味でリニアである。ＬＲＶＭの振動誘起運動のリニア性により、上述のアンバランスの電気モータ振動装置の緒問題が効果的に解決される。振動するリニア運動は、アンバランスの電気モータを急速に劣化させくたびれさせる破壊的な力は生成しない。リニア振動メカニズムは、非常に広範囲の振幅/周波数空間にわたって所望の振幅および周波数の振動を生成するために直接的に変化させることができるパラメータで特徴付けられる。振動の周波数をＬＲＶＭの共振周波数に近づけるように、リニアに振動する振動誘起メカニズムをフィードバック制御と組み合わせると、ＬＲＶＭで生成される振動の振幅および周波数に関して電力消費が最適になる。ＬＲＶＭ内のリニア振動が、このＬＲＶＭを組み込んだ器具または装置によって生成される高度の方向性のある振動力になることが明らかである。
【００１３】
図４Ａ―４Ｇは、この発明の一実施例を表す一つの特定のＬＲＶＭおよびその動作を示す。図４Ａ―４Ｇは、図４Ａを参照して説明するのと同じ規則で描かれている。ＬＲＶＭは、円筒状ハウジング402を備え、このハウジング内で固形の円筒状のかたまり404、すなわち重りが円筒状のハウジングすなわちチューブ402内の中空の円筒形状のチャンバ406内を直線的に動くことができる。この重りはこの発明の好ましい実施例では磁石であり、重り404の右手端の“＋”記号410および左手端の“−”記号412で極性を示してある。円筒状のチャンバ406は、２つの磁性円板414および416で蓋をされていて、磁性円板の極性は、“＋”記号418および“−”記号420で示される。円板状の磁石414および416は、重り404の磁性方向とは磁気的に反対に設けられているので、重りが円筒状チャンバの左端または右端へと動くと、重りは円筒状チャンバの左端または右端の円板状の磁石の一つによって跳ね返される。言い換えると、円板状の磁石はスプリングのような作用をし、重りの減速および運動方向の反転を助け、重りと円筒状チャンバを閉じる端のキャップとの機械的な衝撃力を最小化しまたは防止する。導線のコイル420が円筒状のハウジングすなわちチューブ402のほぼ中央部で円筒状のハウジングを取り巻く。
【００１４】
図４Ｂ―４Ｇは、図４Ａに示したＬＲＶＭの動作を表す。コイル420に第１方向422に電流が加えられると、円筒状チャンバの軸に平行に磁力424が発生し、重り404を第１方向424に加速する。重りが図４Ｃ似示すように対応する円板状の磁石424に近づくか達すると、円板状の磁石414と重り404との反発による力426が反対方向に発生し、重りを減速させその方向を反転させる。図４Ｄに示すように重りが方向を反転すると、コイル420に反対方向430の電流が加えられ、図４Ｂに示した磁力の方向とは反対方向の磁力432が生成され、図４Ｂにおいて重りが加速された方向とは反対方向に重り404を加速する。図４Ｅに示すように、重りは右方向に動き、図４Ｆに示すように減速されて停止し、次いで円板状の磁石416の反発によって反対方向に加速される。次いでコイル420に図４Ｂと同じ方向の電流が加えられ、固形の円筒状のかたまり（重り）を図４Ｂと同じ方向に再び加速する。こうして、コイルに加えられる電流の方向を変えることによって発生される、極性が急速に反転する磁界の組合せにより、また重りの磁石と中空の円筒状のチャンバの両端の円板状の磁石との間の反発力により発生される急速に反転する極性の磁界の組合せにより、重りは円筒状のハウジング402内を前後に直線的に振動し、円筒状チャンバの両端で方向反転ごとに方向性の力を与える。
【００１５】
振動および生成される振動力の振幅が重りが往復運動する中空チャンバの長さ、コイルに加えられる電流、重りの質量、コイルによって生成される重りの加速、およびＬＲＶＭ全体の質量に関係することは明らかである。これらのパラメータのすべては、本質的にＬＲＶＭの設計パラメータであり、したがってＬＲＶＭは多様な異なる振幅を生成するよう設計することができる。
【００１６】
この固形の円筒状のかたまり（重り）の振動の周波数は、コイルに加えられる電流の方向が変えられる周波数によって決まる。図５Ａ、５Ｂはこの発明の種々の実施例において、ＬＲＶＭ内のリニア振動を駆動するコイルに加えられる電流の方向を変えるのに使用することができるＨブリッジスイッチを示す。図５Ａ、５Ｂは次に図５Ａに関して説明するのと同じ図示規則を使っている。Ｈブリッジスイッチは、入力として方向性の信号d、502および直流（DC）電力504を受け取る。方向制御信号d、502は図５Ａにトランジスタとして示される４つのスイッチ506―509を制御する。図５Ａに示すように、入力制御信号d、502が高、すなわち“１”であるとき、スイッチ508および509が閉じ、スイッチ506および507が開き、したがって電流が曲線矢印510のような矢印で示すように電源入力504から接地512へとコイル514を左方向に流れる。図５Ｂに示すように、入力制御信号ｄが低、すなわち“０”であるとき、コイルに流れる電流の方向が反転される。図５Ａ、５Ｂに示すＨブリッジスイッチは、ＬＲＶＭのコイルに流れる電流の方向を急速に変えるのに使うことができる種々のタイプの電気的および電気機械的スイッチの一例にすぎない。
【００１７】
図６はこの発明の一実施例を表す図４Ａ―４Ｇに示したＬＲＶＭのブロック図である。ＬＲＶＭは、図４Ａに示した円筒状のハウジング、コイル、および内部コンポーネントに加えて、電源、概して電気機械的ボタンまたはスイッチを含むユーザインターフェイス、図５Ａ、５Ｂを参照して説明したＨブリッジスイッチ、概して小さな低電力のマイクロプロセッサである中央処理装置（ＣＰＵ）、および一つ以上の電気機械的センサを備える。これらのコンポーネントすべてが振動を用いる器具、装置またはシステム内のＬＲＶＭとして一緒に実装されている。
【００１８】
図６に示すようにＬＲＶＭ600は、ＣＰＵマイクロプロセッサ602によって実行される制御プログラムによって制御される。このマイクロプロセッサは、制御プログラムおよびこの制御プログラムの実行中に必要な他の値を格納するに十分な実装メモリを備えているか、または制御プログラムを格納するための低電力メモリチップ604またはフラッシュメモリに結合していてもよい。ＣＰＵは、ユーザインターフェイスの一部であるユーザコントロール606から入力を受け取る。これらのコントロールは、種々のダイヤル、プッシュボタン、スイッチ、または他の電気機械的な制御デバイスを含む。一例としてユーザコントロールは、コイルに加えられる電流に対応する振動の強さを選択するためのダイヤル、種々の異なる動作モードの一つを選択するためのスイッチ、および電源ボタンを含むことができる。ユーザコントロールがＣＰＵ608―610への信号入力を発生する。電源612は、ユーザコントロール614、ＣＰＵ616およびオプションの関連するメモリ、Ｈブリッジスイッチ、および必要なときは、一つ以上のセンサ632に、必要に応じて電力を供給する。電源から種々のコンポーネントに供給される電圧および電流は、コンポーネントの動作特性および要求によって変わる。Ｈブリッジスイッチ620は、ＣＰＵから制御信号入力ｄ、622を受け取る。電源612は、Ｈブリッジスイッチに供給しコイル626に送られる電流618を制御するための制御入力624をＣＰＵから受け取る。ＣＰＵは、リニアに振動するかたまり634によって現に生成されている振動の強さに対応する信号を発生する一つ以上の電気機械的センサから入力630を受け取る。センサは、加速度計、ピエゾ電気デバイス、圧力感知デバイス、または所望の振動力の強さに対応する信号を発生することができるその他のセンサを含むことができる。
【００１９】
図７Ａ―７Ｃは、ＣＰＵによって実行される制御プログラムを示す制御フロー図であり、この発明の一実施例を表すＬＲＶＭの動作を制御するためのものである。図７Ａは、高レベル制御プログラムのための制御フロー図である。このプログラムは、ステップ702からはじまり、このステップでは、電源ボタンその他のユーザコントロールを介してユーザによって引き起こされたパワーオンイベントを実行する。ステップ702では、種々のローカル値がデフォルト値にセットされ、これには、次の変数、  (1)モード：デバイスの現在の動作モードを示す、(2)強度：コイルに加えられた電流に対応する、現在のユーザ選択の動作の強さに対応する数値、(3)lvl0  （レベル０）：先に感知された振動の強度、(4)lvl1  （レベル１）：現在感知されている振動の強度、(5)freq （周波数）：コイルで電流の方向が変えられる現在の周波数、(6)ｄ：Ｈブリッジスイッチへの制御出力、(7)inc  ：周波数が現在増大中であることを示すブール値、が含まれる。次にステップ７０４において、制御プログラムは次のイベントを待つ。残りのステップは、連続的に実行するループまたはイベントハンドラを表し、生じる各イベントが制御プログラムによって適切に取り扱われる。制御プログラムのある実施例では、イベントは中断のようなメカニズムで開始されることができ、実行のためにスタックされる。より原始的な実施例では、イベントによっては時間が重なることができ、無視されまたは捨てられることができる。図７Ａ―７Ｃに示す例では、２つのタイマが使われ、現在確立されている周波数で、一つはコイルに加えられる電流の方向の変化を制御するためのものであり、もう一つは、制御プログラムが現在生じている振動力をモニタするモニタ間隔を制御するためのものである。正規のタイマメカニズムを使用するのではなく、実施例によっては、単に計数ループを使用するとか、定期的にタスクを実行するための簡単なプログラミング技術を使用することができる。イベントが生じるとき、制御プログラムが一連のタスクを開始し、最初のタスクがステップ704によって表され、何のイベントが発生したかを判断し、そのイベントを適切に取り扱う。ステップ706で周波数タイマが満了していると判断されると、ステップ708で出力信号ｄの値がオン（flip）されＨブリッジスイッチに出力され、周波数タイマは次の周波数関係のイベントをトリガーするようリセットされる。周波数タイマの間隔は変数freqの現在値で決められる。また、イベントがステップ710で判断されるモニタタイマの満了イベントであるときは、ルーティン「モニタ」がステップ712で呼び出される。または、イベントがステップ714で判断されるユーザインターフェイスを介してのユーザ入力の変化に対応するとき、ルーティン「コントロール」がステップ716で呼び出される。また、イベントがユーザが電源ボタンをオフにしたことによる電力停止イベント（ステップ718で判断される）であるとき、制御プログラムは、ステップ720でデバイスの電源を適切にオフにし、ステップ722で終了する。起こりうるその他の種々のタイプのイベントはデフォルトイベント・ハンドラ724で取り扱われる。これらのイベントは、このデバイスの動作中に生じる種々のエラー状態を含むことができる。
【００２０】
図７Ｂは、図７Ａのステップ712で呼び出されたルーティン「モニタ」のための制御フロー図である。ステップ730でルーティン「モニタ」はセンサ入力をＬＲＶＭで生成された現在の振動力を表す整数に変換し、この整数を変数lvl1に保存する。次にステップ732でルーティン「モニタ」は、ＬＲＶＭが現在デフォルトモードで動作しているかどうか判断する。デフォルトモードでは、ＬＲＶＭは、連続的なフィードバック制御を使用して、ＬＲＶＭがこのＬＲＶＭの共振周波数にできるだけ近い周波数で動作するよう連続的に制御することにより、ＬＲＶＭで生成される振動力を最適化する。他のもっと複雑な動作モードは図７Ｂのステップ734で表されるより複雑なルーティンで取り扱われる。より複雑な振動モードは、周波数をシステム的または周期的に変化させ、応用分野、器具、装置およびシステムによっては有用な種々の複雑な多成分の振動モードを生成する。これらの複雑なモードは応用分野に依存し、ここでの制御フロー図ではさらには説明しない。動作モードが、制御プログラムがこのデバイスで発生された振動力を最適化するデフォルトモードであるときは、ステップ736においてルーティン「モニタ」がローカル変数incが「真」にセットされているか判断する。もしそうなっていれば、制御プログラムは、共振周波数を得るためにデバイスが動作する周波数を現在増加させつつある。lvl1がlvl0より大きいとステップ738で判断されるとき、振動力は、周波数を増すことによって最近増大されており、したがってルーティン「モニタ」は、ステップ740で再び周波数を大きくし、対応して周波数タイマをリセットする。また、ステップ742でlvl1がlvl0より小さいと判断されるとき、制御プログラムが周波数を共振周波数を超えて増大させており、したがって、ステップ744で制御プログラムは、周波数を小さくし、変数incを「偽」にセットし、対応して周波数タイマをリセットする。同様にステップ736で変数incが最初「偽」であり、ステップ746でlvl1がlvl0より大きいと判断されるとき、ルーティン「モニタ」がステップ748で変数freqに保存された値を減らし、周波数タイマをリセットする。また、ステップ750でlvl1がlvl0より小さいとき、ルーティン「モニタ」が変数freqに保存されている値を増し、変数incを「真」にセットし、ステップ752で周波数タイマをリセットする。最後に、lvl1の値がlvl0に移され、ステップ754でモニタタイマがリセットされる。
【００２１】
図７Cは、図７Ａのステップ716で呼び出されたルーティン「コントロール」の制御フロー図である。このルーティンは、ユーザコントロールに変化が生じたときに呼び出される。ステップ760において、変数「モード」および「強度」が、ユーザインターフェイスにおけるコントロール事項の現在の状態を表す、現在選択されているモードおよび振動強度にセットされる。次にステップ762において、ルーティン「コントロール」が数「強度」に入れられた現在選択されている強度に対応する出力値ｐを計算し、電源にこの値ｐを出力し、これにより電源は適切な電流をコイルに出力する。最後に、ステップ764において、ルーティン「コントロール」は、新しいモニタタイマ間隔を計算し、モニタタイマをこれに従ってリセットする。
【００２２】
図７Ａ―７Ｃを参照して説明した制御プログラムは、ＬＲＶＭの要求仕様、パラメータおよび特定のＬＲＶＭの特性、特定のユーザインターフェイスから受け取るコントロール入力のタイプ、およびＬＲＶＭのために実行される動作モードのタイプによって実行することができる制御プログラムの多くの異なる実施例の中の一例である。
【００２３】
図８は、この発明の実施例を表すＬＲＶＭおよびＬＲＶＭの制御プログラムの異なる実施例によって達成される周波数および振動力の範囲を表す。図８は図３のグラフと同じ軸を有する。しかし、図３と異なり、図８は曲線802のような多くの曲線を含み、それぞれは特定のＬＲＶＭの実施例から得られる振動力および周波数を表す。この発明の実施例を表すＬＲＶＭは、そのＬＲＶＭの形状寸法および重さに特徴的な共振周波数を有し、各ＬＲＶＭは、最大の振動力を達成するため、この共振周波数に近い周波数で動作されるのが自然である。したがって、アンバランスの電気モータの場合のようにすべての可能な実施において比較的狭いレンジの周波数および振動力に制限されることなく、この発明の実施例を表すＬＲＶＭは、広いレンジの振動周波数にわたって所望の振動力を生成し、広いレンジの所望の振動力にわたって所望の振動周波数を生成するよう、設計し実施することができる。
【００２４】
この対比を図９に見ることができる。図９は、アンバランスの電気モータにより達成することができる空間およびこの発明の実施例を表すＬＲＶＭで達成することができる空間における振幅/周波数空間および領域をプロットしたものである。アンバランスの電気モータは、振幅/周波数空間内のハッチングした四角形の領域902内で振幅/周波数を生成することができる。これに対し、ＬＲＶＭは、基礎曲線904の振幅/周波数の組み合わせを生成するよう設計し実施することができる。したがって、ＬＲＶＭは、アンバランスの電気モータによるものよりもはるかに高い動作周波数およびはるかに低い動作周波数を達成することができ、手持ち式の器具その他の一般的な装置およびシステムで使用されている比較的低電力のアンバランスの電気モータで達成されるよりもはるかに大きい振幅および振動力を生成することができる。大きな振動力が必要とされるとき、アンバランスの電気モータは、電気モータ内に破壊的な力が生じるので概して非実用的であり実施不能である。
【００２５】
図１０―１７は、この発明の異なる実施例を表すＬＲＶＭの異なる代替実施例を示す。図１０は、図４Ａを参照して説明したものに類似のＬＲＶＭを示す。端の磁石1002、1004の代わりに機械的なスプリングを使ってもよい。スプリングは、金属製の伝統的な螺旋スプリング、または圧縮されまたは押されたときにその形状を回復しようとする圧縮可能で耐性のある材料で作られたスプリングであってよい。重りおよびチャンバは、図４Ａで説明したように断面が円筒状であってよく、矩形または六角形のような他の形状の断面であってもよい。
【００２６】
図１１は、制御ユニットおよび電源が可動かたまり1102に組み込まれた実施例を示す。この実施例では、可動かたまり1102およびＬＲＶＭの残りのコンポーネントの相対的質量が最大となり、所与のレベルの電力消費で生成される振動力が最大となる。
【００２７】
図１２はこの発明の代替実施例のＬＲＶＭを示す。この実施例では、可動かたまりに追加のコイル1202および1204が組み込まれ、中央の磁石またはコイル1206がハウジングの固定位置に配置されているので、コイル1202および1204に加えられる電流の方向が変えられると、振動する回転力が発生されて移動する重りをチャンバの軸に垂直な平面で振動させるとともに、チャンバの方向で直線的に振動する。
【００２８】
図１３は、複数の電磁石コイルを使用した実施例を示す。図１３において、２つのコイル1302および1304がハウジング上の２つの異なる位置に配置されている。第１のコイル1302は可動かたまり1306のリニア振動を駆動するのに使用することができ、第２のコイルは、本質的に第２の反発磁石として作用して、可動かたまりがリニアに振動するチャンバの長さを短くするために使用することができる。ＬＲＶＭのこの実施例において、第２のコイル1304が可動かたまりを反発するよう作動されているかどうかによって、可動かたまりは、少なくとも２つの異なる振幅でリニアに振動することができる。この２つのコイルにおいてより複雑なパターンの電流反転を使用して、可動かたまりの複雑な多成分振動モードを生成することができる。
【００２９】
ハウジングが完全に閉じられているときは、チャンバ内の空気は可動かたまりの振動を減衰させる作用をする。この減衰は、可動かたまりの側にチャンネルを設け、可動かたまりを通るチャンネルによってかたまりの一方の側から他方の側に空気が通るようにするか、またはハウジングに開口を設けて空気がハウジングに強制的に出入りするようにすることによって、最小にすることができる。さらに、チャンバに異なる流体または液体を入れて、可動かたまりがリニアに振動するときの流体およびかたまりの変位によって生じる減衰効果を変えることができる。
【００３０】
図１４は、この発明の代替ＬＲＶＭ実施例を示し、プランジャがリニアに振動して振動を生成する。プランジャ1402はＬＲＶＭの主ハウジング1404に垂直に配置されており、ＬＲＶＭは、電源、マイクロコントローラ、その他の制御コンポーネントを含む。プランジャには駆動磁石1406が巻かれており、この磁石は、ハウジング内に取り付けられた中央磁石1408と整列するよう引きつけられている。２つの駆動コイル1412および1414の一つに電流を加えると、駆動磁石は図１４に示す平衡位置から離される。駆動コイルに加える電流の方向を高速で切り替えることによって、マイクロコントローラは、矢印1420で示すようにプランジャがリニアに上下振動するよう制御することができる。
【００３１】
図１５は、この発明のもう一つのＬＲＶＭ実施例を示す。この実施例においては、スプリング状の部材1502がハウジングに一端1504でクランプされている。駆動磁石1506および1508がスプリング状の部材1502にクランプされており、コイル1510の電流が高速で反転されるとき、スプリング状の部材1502が比較的高い周波数で振動するよう誘導される。
【００３２】
図１６は、図１５の実施例の代替実施例を示す。この実施例ではスプリング1602が伸張して外のマッサージアーム1604を提供する。マッサージアーム1604はハウジングから延びて、応用分野によって人間の皮膚または他の物質をマッサージするためのリニアに振動するマッサージフット部材1606を提供する。
【００３３】
図１７は、図１５および１６に示す実施例のどちらかに追加することができる機械振動調整機構を示す。調整ネジ1702を操作して、スプリング状部材1706のための可動クランプ点として作用する可動スプリングクランプ1704の位置を変えることができる。図１７において、可動スプリングクランプ1704を左に回すと、スプリング状部材の長さが短くなり、特定の電力消費レベルでの振動周波数が増大する傾向になる。逆に図１７において、可動スプリングクランプを右に回すと、スプリング状部材の長さが長くなり、振動周波数が低減する。
【００３４】
図１８は、図１６に示したこの発明の実施例の拡張を示す。この実施例では、マッサージフットがエラストマの毛（bristles）1802―1805に拡張され、マッサージフットのリニア振動を人間の皮膚その他の物質に伝える。
【００３５】
この発明を特定の実施例について説明したが、この発明がこれらの実施例に限定されることを意図していない。当業者にとって改変は自明である。たとえば、上述のように、ＬＲＶＭ内でリニアに振動する可動かたまりの大きさを含む種々の異なる設計パラメータおよび特徴を変えることにより、またはＬＲＶＭの寸法を変えることにより、または可動かたまりその他のコンポーネントの重さを変えることにより、または．リニア振動を駆動するのに使用する一つまたは複数のコイルの巻き数を増加または減少することにより、またはコイルへの供給電流を増加または減少することにより、ＬＲＶＭ内の可動かたまりによる流体またはガスの変位および種々の付加的な摩擦力によって生成される減衰を変えることにより、可動かたまりの方向を反転させるのを助けるために使用される、端部を閉じる磁石または機械的スプリングの強度を変えることにより、そして種々のパラメータおよび特徴の任意のものを変えることにより、広い範囲の振幅/周波数にわたって所望の振動振幅および周波数を生成するようにＬＲＶＭを設計することができる。
【００３６】
ＬＲＶＭの代替実施例では種々の異なるマイクロプロセッサその他のマイクロコントローラを使うことができ、また、異なる電源、電流切替デバイスｓの他のコンポーネントを使うことができる。ＬＲＶＭで実行される制御プログラムは、多くの異なる設計パラメータのいずれかを変えることによって多様に実施することができ、これにはプログラミング限度、制御ストラクチャ、データストラクチャ、モジュール構成、その他の設計パラメータが含まれる。ハウジング、可動かたまり、固定磁石、および電磁石を含むＬＲＶＭのコンポーネントは、ポリマーおよびプラスチックから種々の合成材料の、多くの異なるタイプの材料から形成することができる。ＬＲＶＭは、可動かたまりまたはスプリング状のかたまりのリニア振動を生成するために、一つ、二つまたはそれ以上の電磁石および永久磁石を含むことができ、多くの異なるタイプの単一成分または多成分の振動モードを生成するよう制御プログラムを実行することができ、そのいくつかを規則正しくまたは不規則に時間とともに変化させて広く多様な異なるタイプの振動特徴を生成することができる。比較的大きな透磁性をもつ材料から作ったハウジングをこの発明の種々の実施例に追加し、種々のコイルで生成されるリニアな磁力を集中させ増加させることができる。
【００３７】
以上の記述では説明の便宜上、この発明の完全な理解を助けるため特定の用語を使用した。しかし、当業者には、この発明の実施のためには特定の詳細は必要ないことが明らかであろう。この発明の特定の実施例の説明は図示および記述のために提示されている。これらは、網羅的であることまたは開示した正確な形にこの発明を限定することを意図していない。多くの改変および変化が上述のことから可能である。実施例は、この発明の原理およびその実際的な応用を説明し、この分野の知識を有する人が考えられる特定の用途に合わせて種々の改変を加えてこの発明および実施例を利用することができるようにするものである。この発明の範囲は、特許請求の範囲および均等物によって規定されることが意図されている。                                                                                        
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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