电磁脉冲驱动器制造技术

本公开涉及电磁脉冲驱动器。提供了用于触觉反馈应用的通过开关将经充电的电容器连接至电磁体的感性绕组的驱动器电路。反馈电路提供所供应电流的指示。当电流达到期望电平时，切断电流，而不是控制电流。切断的电平可以略低于期望电平，以使得能够利用过冲达到期望电平。与电磁绕组并联设置二极管，从而当电流被切断时，提供防止电流放电的再循环路径，从而与经典解决方案相比消散更少的能量。与经典解决方案相比消散更少的能量。与经典解决方案相比消散更少的能量。

【技术实现步骤摘要】
电磁脉冲驱动器


[0001]本专利技术涉及用于驱动致动器(例如触觉设备)的电磁(EM)和电永磁体(EPM)的驱动器。

技术介绍

[0002]除非本文中另外指出，否则本部分中描述的材料不是关于本申请中的权利要求的现有技术，并且不因为包括在本部分中而承认是现有技术。
[0003]本专利技术涉及用于驱动致动器(例如触觉设备)的电磁(EM)和电永磁体(EPM)的驱动器。示例包括：基于EPM的磁棘轮(例如，用于鼠标滚轮)、基于EPM的磁阻马达、EPM控制的双稳态机械闩锁系统以及EPM控制的铁磁体。所有这些设备都受流过线圈绕组的瞬时电流的大小控制。
[0004]例如，EM和EPM驱动器可以用于诸如键盘、鼠标、操纵杆、轮等的物理计算机外围接口设备中，物理计算机外围接口设备可以是用户操纵以与计算机设备对接的物理设备。物理计算机外围接口设备可以包括用户可以操纵的轮式输入元件。例如，计算机鼠标可以包括滚轮，该滚轮可以用于响应于使滚轮围绕轴旋转而跨由计算机设备显示的图像或文档平移观察窗口。接口轮可以跨多个摩擦力分布进行操作。例如，鼠标滚轮可以在自由转轮模式(free
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wheeling mode)与棘轮模式(ratcheting mode)之间选择性地进行操作。可以使用诸如电永磁体的电磁体来提供棘轮。通过启动和关闭磁场，与滚轮中的磁脊的相互作用可以快速地从阻力变为无阻力，从而向转动轮赋予物理上的棘轮感。可以为诸如盲文阅读器或简单地振动反馈诱导触觉设备的其他触觉设备提供类似的效果。
[0005]脉冲驱动器向电磁体的绕组提供电流。脉冲驱动器通常在电池供电设备中。峰值电池电流可以是几安培，而触觉致动器所需的峰值放电电流可以是数十安培。因此，经常使用电力转换器和致动能量储存器以提供所需的爆发式电流。能量储存器可以是能够被充分充电以输送数十安培的电容器。当切换到将电容器连接至电感器时，电容器与电磁体绕组的电感器形成槽路。
[0006]经典方法使大量的能量和电磁干扰(EMI)消散。

技术实现思路

[0007]在一些实施方式中，提供了用于触觉反馈或其他应用的通过开关将充电电容器连接至电磁体的感性绕组的驱动器电路。反馈电路提供所供应的电流的指示。当电流达到期望电平时，切断电流，而不是控制电流。这利用了以下见解：对于触觉反馈应用和类似应用，在峰值处感觉到电流值以及因此感觉到电磁力，并且不需要将该电流值及电磁力控制得超过峰值。通过切断电流，这避免了电容器的进一步放电，在某些实施方式中保持电容器电荷的80％或更多以用于下一脉冲。切断的电平可以略低于期望峰值电平，以使得能够利用过冲达到期望峰值电平。
[0008]在一些实施方式中，与电永磁体(EPM)绕组并联设置二极管，从而当电流被切断
时，提供再循环路径，该再循环路径防止跨EPM端子的电压瞬变并且确保通过EPM或致动器绕组的逐渐电流衰减。这在EPM是螺线管、线性马达或类似电动设备的一部分的情况下引起力衰减。电流切断是脉冲方法，由于一旦达到通过线圈绕组的目标电流则几乎瞬时关停，因此，该脉冲方法与经典连续(线性或PWM)系统相比总体上消耗更少的电力。
[0009]在某些实施方式中，开关电路被设计成使得能够快速切换，这使得能够更好地控制过冲的量。因为电磁体的磁化力在期望峰值电流之前的区域中将正弦充电曲线平坦化为线性的，因此可以预测过冲的量。因此，利用快速开关电路，可以相当准确地预测过冲。特别地，利用H桥晶体管开关获得快速开关电路。H桥中晶体管的尺寸比以期望电流电平输送恒定电流所需的晶体管尺寸小(例如，十分之一小)。这利用了这样的晶体管可以处理比额定恒流容量高得多的电流脉冲的事实。较小的晶体管具有较小的栅极，具有较小的栅极电容，并且因此具有较快的切换速度。将经由受控阻抗的电压到电流转换用于反馈路径，使得能够使用比较器来简化控制电路。
[0010]在另外的实施方式中，将用于反馈控制的快速数字控制器设计用于进一步提供限制过冲所需的快速切换速度。类似于三端双向可控硅工作的触发器连接至比较器输出以提供快速切换。将用于快速切换的触发器晶体管配置为至少一个可控硅整流器或至少两个被配置为SCR或触发器的晶体管。
[0011]在某些实施方式中，电路设置有电池、多安培充电电容器以及连接在电池与电容器之间的充电电路。致动器由电磁线圈驱动。将开关电路连接在多安培电容器与电磁线圈之间。开关电路包括四个晶体管的H桥。在四个晶体管之一的两端、与电磁线圈并联配置二极管，以当充电电容器与电磁线圈断开连接时处理寄生电容并且提供电流再循环路径。将感测电阻器连接至电磁线圈。比较器具有第一输入和第二输入，第一输入连接至感测电阻器，第二输入连接至参考电压。将数字控制器连接至比较器的输出。数字控制器是D触发器，并且被编程为在数字控制器的连接至开关电路的输出上提供信号，以当从充电电容器到电磁线圈的电流在感测电阻器两端产生达到参考电压的电压时，将充电电容器与电磁线圈断开连接。
[0012]在另一实施方式中，示出了一种对电磁致动器充电的方法。首先，用电池对多安培电容器充电。将电容器从连接至电池以进行充电切换到连接至电磁致动器以提供电流脉冲来激活电磁致动器。检测施加至电磁致动器的电流的量。当检测到电流的量处于低于期望电流峰值的阈值电平时，将电容器与电磁致动器断开连接。然后，可以用电池对多安培电容器再充电以用于下一周期或脉冲，电容器由于在阈值电平处断开连接而仅部分地放电。
[0013]本
技术实现思路
并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在孤立地用来确定所要求保护的主题的范围。应当通过参照本公开内容的整个说明书的适当部分、任何附图或所有附图以及每项权利要求来理解主题。
[0014]下面将在以下说明书、权利要求书和附图中更详细地描述前述特征和示例以及其他特征和示例。
附图说明
[0015]通过参照附图描述示例，各种实施方式的方面和特征将更加明显，在附图中：
[0016]图1示出了适用于所描述的实施方式的采用无线鼠标形式的示例性用户输入设
备。
[0017]图2A示出了根据某些实施方式的示例性电永磁体，其中，虚线描绘了由电永磁体发射的磁通，其示出了如何在第一永磁体和第二永磁体都朝向相同方向的情况下从电永磁体释放磁通以产生良好限定的北极和南极。
[0018]图2B示出了根据某些实施方式的在第一永磁体的极性与第二永磁体的极性相反的情况下，由两个永磁体产生的磁通如何保持基本上包含在铁磁极、第一永磁体和第二永磁体内并且通过铁磁极、第一永磁体和第二永磁体循环。
[0019]图3A示出了根据某些实施方式其中电永磁体被配置成改变与图1中所描绘的设备兼容的旋转输入控制装置的阻力分布的示例性实现方式的透视图。
[0020]图3B示出了根据某些实施方式的通过支承结构被抬高到支承表面上方的旋转输入控制装置的侧视图。
[0021]图3C示出了根据某些实施方式的旋转输入控制装置和支承结构的分解图。
[0022]图4A示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电路，包括：多安培电容器；电池；充电电路，其连接在所述电池与所述电容器之间；致动器；电永磁线圈，其被配置成驱动所述致动器；开关电路，其连接在所述多安培电容器与所述电永磁线圈之间，所述开关电路包括四个晶体管的H桥；二极管，其与所述电永磁线圈并联配置，以在所述电容器与所述电永磁线圈断开连接时提供电流再循环路径；感测电阻器，其连接至所述电永磁线圈；比较器，其具有第一输入和第二输入，所述第一输入连接至所述感测电阻器，所述第二输入连接至参考电压；以及数字控制器，其连接至所述比较器的输出，其中，所述数字控制器包括执行D触发器功能的晶体管，所述数字控制器被编程为在所述数字控制器的连接至所述开关电路的输出上提供信号，以当从所述电容器到所述电永磁线圈的电流在所述感测电阻器两端产生达到所述参考电压的电压时，将所述电容器与所述电永磁线圈断开连接。2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述执行D触发器功能的晶体管包括至少两个晶体管，所述至少两个晶体管被配置为可控硅整流器或触发器。3.根据权利要求1所述的电路，其中，将所述H桥的四个晶体管额定为恒定电流，所述恒定电流比来自所述电容器的电流小许多倍。4.根据权利要求1所述的电路，其中，将所述参考电压设置为低于与来自所述电容器的峰值电流对应的期望峰值充电电压。5.根据权利要求1所述的电路，还包括触觉致动器，其耦接至所述电永磁线圈。6.一种电路，包括：多安培电容器；电池；充电电路，其连接在所述电池与所述电容器之间；致动器；电永磁体线圈，其被配置成驱动所述致动器；开关电路，其连接在所述多安培电容器与所述电永磁体线圈之间；感测电阻器，其连接至所述电永磁体线圈；比较器，其具有第一输入和第二输入，所述第一输入连接至所述感测电阻器，所述第二输入连接至参考电压；以及数字控制器，其连接至所述比较器的输出，所述数字控制器被编程为在所述数字控制器的连接至所述开关电路的输出上提供信号，以当从所述电容器到所述电永磁体线圈的电流在所述感测电阻器两端产生达到所述参考电压的电压时，将所述电容器与所述电永磁体线圈断开连接。7.根据权利要求6所述的电路，还包括：
二极管，其与所述电永磁体线圈并联配置，以在所述电容器与所述电永磁体线圈断开连接时提供电流再循环路径。...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克西姆，
申请(专利权)人：罗技欧洲公司，
类型：发明
国别省市：