专利名称：驱动小功率电磁线圈产生动力的方法、驱动电路及机器鱼的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子玩具或教具技术领域，具体涉及一种驱动小功率电磁线圈产生动力的方法、驱动电路及机器鱼。
背景技术：
随着经济的发展，生活的提高，人们对玩具的要求越来越高，于是市面上售卖的电动玩具多种多样，其各自都有不同的设计理念，力求能达到不同玩家的对于电动玩具的可玩性及趣味性的要求。然而随着时代的进步、科学技术的进步，电动玩具的外型也越来越小。当然，现在的青少年也来越趋向追求小功率迷你型的电动玩具。电磁铁是小功率迷你型电动玩具应用非常广的一种驱动方式，其结构简洁，响应速度快，非常适合直接驱动一些小行程的往复运动机构；一般电磁铁通常是通过给线圈充电产生磁场使铁芯磁化，从而产生吸力，由于铁芯是软磁体，这种电磁铁只能产生吸力而不能产生推力。如果与线圈作用的是永磁体，那么当线圈中的电流方向改变时，线圈与永磁体作用力的方向也就随之改变，这时它们之间不但能产生吸力还能产生推力。如果此永磁体采用一些强磁材料，由于电磁力分别与线圈产生的磁场强度和永磁体中的磁场强度成正比，在相同线圈相同电流的情况下产生的电磁力会大很多。近年来此类结构多用在玩具车， 玩具飞机模型上用作转向机构，日本成功地用此原理作为行走动力设计了一款微型机器人。然而现有的电动玩具均是采用带MCU的IC来控制电磁线圈的工作电流，由于该带 MCU的IC的IO端口的最大电流在15mA左右，如果电磁线圈需要的电流超过此值则要经过放大电路来驱动或者通过多个IO 口并联来驱动，导致驱动电路的设计过于复杂，不仅不利于缩小玩具的体积，还大大增加了生产成本。另外，水中电动玩具是电动玩具中的一类，主要工作在水面或是在水下，一般有模型船，舰艇，潜水艇或电子仿生水中动物如机器鱼等。 能实现与其它运动玩具不同的游动、旋转、喷水等动作，深受青少年的喜爱。一款优秀的水中电动玩具还能激发玩者的探索精神，开发青少年的科学潜能。现有的机器鱼由于其驱动方式的原因，导致其结构复杂，体积庞大，不能满足青少年越来越趋向追求玩具小体积的要求。
发明内容
针对上述的不足，本发明目的之一在于，提供一种工艺简易，易于实现的驱动小功率电磁线圈产生动力的方法；本发明目的之二在于，提供一种设计合理、成本低且体积小的驱动电路；本发明目的之三在于，提供一种结构合理、体积小、易操控、娱乐性强的机器鱼。为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是一种驱动小功率电磁线圈产生动力的方法，其包括以下步骤(1)预备一至少设有一组PWM端口的语音IC，该语音IC预存有所需的驱动波形；
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(2)预备驱动线圈，该驱动线圈包括线圈和设置在该线圈一侧的磁铁；(3)将线圈一端与语音IC的第一 PWM端口相连接，另一端与语音IC的第二 PWM端口相连接；(4)接通电源，语音IC根据预存的驱动波形控制线圈进行相应的交变激磁，使线圈与磁铁之间产生相应大小、方向的作用力，实现动力输出。所述步骤(1)中的语音IC的PWM端口输出电流等于或小于100mA。所述步骤(4)具体包括以下步骤(4. 1)接通电源，将触发信号输入语音IC ；(4. 2)语音IC启动，根据预存的驱动波形将相应大小、方向的电流传至线圈，控制线圈进行相应的交变激磁，使线圈与磁铁之间产生相应大小、方向的作用力；(4. 3)当线圈固定设置，而磁铁活动设置时，则相应驱动磁铁相对线圈作直线式的往复运动或左右式摆动的往复摆动，实现动力输出；或当磁铁固定设置，而线圈活动设置时，则相应驱动线圈相对磁铁作直线式的往复运动或左右式摆动的往复摆动，实现动力输出ο一种采用上述方法的驱动电路，其包括一驱动线圈、一电源及一至少设有一组PWM 端口的语音ic，所述电源的负极与语音IC的GND端口相连，正极与语音IC的VDD端口相连，所述驱动线圈一端与语音IC的第一 PWM端口相连接，另一端与语音IC的第二 PWM端口相连接。所述语音IC的P丽端口的输出电流为0 100mA。
其还包括一滤波电路，该滤波电路并联在电源上。所述滤波电路为电容Cl。一种采用上述方法的机器鱼，其包括鱼身本体、鱼尾本体、摆杆、驱动线圈、电源及至少设有一组PWM端口的语音IC，该语音IC的PWM端口的输出电流为0 100mA，所述鱼尾本体固定在摆杆的尾部，该摆杆的中部通过摇摆支架活动设置鱼身本体的尾部，并能使其上的鱼尾本体以该摇摆支架为支点摆动，该摆杆的首部伸入鱼身本体内，所述驱动线圈包括一线圈及两磁铁，所述线圈设置在所述摆杆的首部，两磁铁对应线圈的两侧位置对称设置在鱼身本体内，所述线圈一端与语音IC的第一 PWM端口相连接，另一端与语音IC的第二 PWM端口相连接，所述电源的负极与语音IC的GND端口相连，正极与语音IC的VDD端口相连。所述摇摆支架包括一由软质弹性材料制成的环状本体及一由硬质弹性材料制成的内衬环，所述环状本体上设有一与所述内衬环外形轮廓相适配的凹槽，对应该凹槽的中心位置设有一与摆杆相适穿孔，该穿孔的边缘向鱼尾本体方向一侧延伸、并逐渐缩小形成一套接部，该套接部的内侧面在所述摆杆穿过穿孔时，能完全抵触在该摆杆外表面上，防止进水，所述内衬环卡入所述凹槽，并能使环状本体的外侧面抵触在鱼身本体上。其还包括一滤波电路，该滤波电路并联在电源上，所述滤波电路为电容Cl。本发明的有益效果为本发明提供的方法工艺简易，易于实现，成本低；本发明提供的驱动电路设计合理，有效利用语音IC特有PWM 口来直接驱动小功率电磁线圈，实现动力输出，避免传统需要放大电路才能达到驱动电流的要求，不仅节省了生产成本，还大大简化了电路，缩小体积，满足小功率小体积玩具的要求；本发明提供的机械鱼，结构简洁，控制简易，体积小，可玩性及趣味性高。本发明可广泛应用于制造玩具、教具等电子产品。下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明。
图1是一般的由MCU驱动线圈的驱动电路示意图；图2是本发明的驱动电路示意图；图3是本发明的机械鱼的结构示意图；图4是驱动图3机械鱼前进的对称波形；图5是驱动图3机械鱼转弯的不对称波形。
具体实施例方式实施例本实施例提供了一种驱动小功率电磁线圈产生动力的方法，其包括以下步骤(1)预备一至少设有一组PWM端口的语音IC，该语音IC预存有所需的驱动波形；(2)预备驱动线圈，该驱动线圈包括线圈和设置在该线圈一侧的磁铁；(3)将线圈一端与语音IC的第一 PWM端口相连接，另一端与语音IC的第二 PWM端口相连接；(4)接通电源，语音IC根据预存的驱动波形控制线圈进行相应的交变激磁，使线圈与磁铁之间产生相应大小、方向的作用力，实现动力输出。所述步骤(1)中的语音IC的PWM端口的输出电流为0 100mA。所述步骤(4)具体包括以下步骤(4. 1)接通电源，将触发信号输入语音IC ；(4. 2)语音IC启动，根据预存的驱动波形将相应大小、方向的电流传至线圈，控制线圈进行相应的交变激磁，使线圈与磁铁之间产生相应大小、方向的作用力；(4. 3)当线圈固定设置，而磁铁活动设置时，则相应驱动磁铁相对线圈作直线式的往复运动或左右式摆动的往复摆动，实现动力输出；或当磁铁固定设置，而线圈活动设置时，则相应驱动线圈相对磁铁作直线式的往复运动或左右式摆动的往复摆动，实现动力输出ο参见图2，一种采用上述方法的驱动电路，其包括一驱动线圈、一电源及一至少设有一组PWM端口的语音IC，所述电源的负极与语音IC的GND端口相连，正极与语音IC的 VDD端口相连，所述驱动线圈一端与语音IC的第一 PWM端口相连接，另一端与语音IC的第二 PWM端口相连接。所述语音IC的P丽端口的输出电流为0 100mA。其还包括一滤波电路，该滤波电路并联在电源上。所述滤波电路为电容Cl。参见图2至5，一种采用上述方法的机器鱼，其包括鱼身本体1、鱼尾本体2、摆杆 3、驱动线圈、电源及至少设有一组PWM端口的语音IC，该语音IC的PWM端口输出电流等于或小于100mA，所述鱼尾本体2固定在摆杆3的尾部，该摆杆3的中部通过摇摆支架4活动设置鱼身本体1的尾部，并能使其上的鱼尾本体2以该摇摆支架4为支点摆动，该摆杆3的首部伸入鱼身本体1内，所述驱动线圈包括一线圈5及两磁铁6，所述线圈5设置在所述摆杆3的首部，两磁铁6对应线圈5的两侧位置对称设置在鱼身本体1内，所述线圈5 —端与语音IC的第一 PWM端口相连接，另一端与语音IC的第二 PWM端口相连接，所述电源的负极与语音IC的GND端口相连，正极与语音IC的VDD端口相连。所述摇摆支架4包括一由软质弹性材料制成的环状本体41及一由硬质弹性材料制成的内衬环42，所述环状本体41上设有一与所述内衬环42外形轮廓相适配的凹槽，对应该凹槽的中心位置设有一与摆杆3相适穿孔，该穿孔的边缘向鱼尾本体2方向一侧延伸、并逐渐缩小形成一套接部43，该套接部43的内侧面在所述摆杆3穿过穿孔时，能完全抵触在该摆杆3外表面上，防止进水，所述内衬环42卡入所述凹槽，并能使环状本体41的外侧面抵触在鱼身本体2上。其还包括一滤波电路，该滤波电路并联在电源上，所述滤波电路为电容Cl。现有一般玩具上常用的带MCU的IC上的IO 口的最大电流在15mA左右，如果电磁线圈需要的电流超过此值则要经过放大电路来驱动。如果只是超过不多且有足够IO 口多时也可以由多个IO 口并联来驱动。一般IC上的此类IO 口电流脉冲变化的频率受到一定限制，通常在IKHz以内。一般MCU的休眠电流在2-10 μ A。语音IC又被叫做声音芯片，是内置存储空间，可以控制发声的集成电路芯片。语音IC是一种专门类别的IC，它们有一组或是多组PWM端口，通常该PWM端口的输出电流为可达100mA，可以直接用来驱动发声器件，如喇叭，蜂鸣器，蜂鸣片等发出声音，可以满足一般场合的个人应用，为了达到较好的音质效果，采样频率可达到40KHz以上。而且语音IC 的休眠电流在0. 03-1 μ A0相对来说，常用语音IC的价格比通用带MCU的IC的价格低很多。参见图1是一般的由MCU驱动线圈的驱动电路，Ul是MCU，INPUT是外部输入的控制或触发信号，MCU输出的信号要经过功放IC U2放大之后才能驱动线圈C0IL，如果不采用功放IC U2，就必须用多个三极管来构建放大电路，Sl是触发开关，用以唤醒或关闭IC。参见图2，是本发明的驱动电路原理图，Ul是语音IC，INPUT是外部输入的控制或触发信号，线圈COIL直接接在语音IC的PWMl和PWM2上，Cl是电池端的滤波电容，没有了图1中所示的放大电路。本发明巧妙采用普通语音IC特有的PWM 口来直接驱动小功率电磁线圈C0IL，这样就省去了放大电路，降低了成本，电路简化了，相应的尺寸也变小了，而语音IC由于其大量的应用，技术成熟，价格便宜，它的高采样频率也可以精准地控制线圈5中电流的大小、方向和通断。具有突出的进步和有益效果。因为语音IC的PWM 口本身是用来输出波形的，所以非常适合驱动频繁往复运动的由电磁线圈带动的机构；可以是固定线圈5驱动磁铁6，也可以固定磁铁6驱动线圈5，根据具体的应用场合而定；只要事先把各种需要的波形储存到语音IC的ROM中，在需要的时候再把它们播放出来就可以了。本发明提供的方法工艺简易，易于实现，成本低；本发明提供的驱动电路设计合理，有效利用语音IC特有PWM 口来直接驱动小功率电磁线圈，实现动力输出，避免传统需要放大电路才能达到驱动电流的要求，不仅节省了生产成本，还大大简化了电路，缩小体积，满足小功率小体积玩具的要求；本发明提供的机械鱼，结构简洁，控制简易，体积小，可玩性及趣味性高。在玩耍机械鱼时，当PWM 口的信号输出到线圈5时，线圈5产生的磁场与磁铁6的磁场相互作用，使鱼尾本体2以摇摆支架4为支点摆动，当电流方向变化时作用力的方向也改变，当PWM 口输出的电流方向不断交变时，线圈5将带动尾部不断摆动从而驱动鱼前进。参见图4，当驱动波形是对称波形时，可以控制鱼直线前进。参见图5，当驱动波形是不对称的波形可以控制机械鱼在前进中转弯。 如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似技术特征而得到的其它驱动方法、电路及机械鱼，均在本发明保护范围内。
权利要求
1.一种驱动小功率电磁线圈产生动力的方法，其特征在于，其包括以下步骤(1)预备一至少设有一组PWM端口的语音IC，该语音IC预存有所需的驱动波形；(2)预备驱动线圈，该驱动线圈包括线圈和设置在该线圈一侧的磁铁；(3)将线圈一端与语音IC的第一PWM端口相连接，另一端与语音IC的第二 PWM端口相连接；(4)接通电源，语音IC根据预存的驱动波形控制线圈进行相应的交变激磁，使线圈与磁铁之间产生相应大小、方向的作用力，实现动力输出。
2.根据权利要求1所述的驱动小功率电磁线圈产生动力的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的语音IC的PWM端口的输出电流为0 100mA。
3.根据权利要求1所述的驱动小功率电磁线圈产生动力的方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括以下步骤(4. 1)接通电源，将触发信号输入语音IC ；(4. 2)语音IC启动，根据预存的驱动波形将相应大小、方向的电流传至线圈，控制线圈进行相应的交变激磁，使线圈与磁铁之间产生相应大小、方向的作用力；(4. 3)当线圈固定设置，而磁铁活动设置时，则相应驱动磁铁相对线圈作直线式的往复运动或左右式摆动的往复摆动，实现动力输出；或当磁铁固定设置，而线圈活动设置时，则相应驱动线圈相对磁铁作直线式的往复运动或左右式摆动的往复摆动，实现动力输出。
4.一种采用权利要求1所述方法的驱动电路，其特征在于，其包括一驱动线圈、一电源及一至少设有一组PWM端口的语音IC，所述电源的负极与语音IC的GND端口相连，正极与语音IC的VDD端口相连，所述驱动线圈一端与语音IC的第一 PWM端口相连接，另一端与语音IC的第二 PWM端口相连接。
5.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述语音IC的PWM端口的输出电流为 0 100mA。
6.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，其还包括一滤波电路，该滤波电路并联在电源上。
7.根据权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，所述滤波电路为电容Cl。
8.一种采用权利要求1所述方法及权利要求4所述驱动电路的机器鱼，其特征在于， 其包括鱼身本体、鱼尾本体、摆杆、驱动线圈、电源及至少设有一组PWM端口的语音IC，该语音IC的PWM端口的输出电流为0 100mA，所述鱼尾本体固定在摆杆的尾部，该摆杆的中部通过摇摆支架活动设置鱼身本体的尾部，并能使其上的鱼尾本体以该摇摆支架为支点摆动，该摆杆的首部伸入鱼身本体内，所述驱动线圈包括一线圈及两磁铁，所述线圈设置在所述摆杆的首部，两磁铁对应线圈的两侧位置对称设置在鱼身本体内，所述线圈一端与语音 IC的第一 PWM端口相连接，另一端与语音IC的第二 PWM端口相连接，所述电源的负极与语音IC的GND端口相连，正极与语音IC的VDD端口相连。
9.根据权利要求8所述的机器鱼，其特征在于，所述摇摆支架包括一由软质弹性材料制成的环状本体及一由硬质弹性材料制成的内衬环，所述环状本体上设有一与所述内衬环外形轮廓相适配的凹槽，对应该凹槽的中心位置设有一与摆杆相适穿孔，该穿孔的边缘向鱼尾本体方向一侧延伸、并逐渐缩小形成一套接部，该套接部的内侧面在所述摆杆穿过穿孔时，能完全抵触在该摆杆外表面上，防止进水，所述内衬环卡入所述凹槽，并能使环状本体的外侧面抵触在鱼身本体上。
10.根据权利要求8所述的机器鱼，其特征在于，其还包括一滤波电路，该滤波电路并联在电源上，所述滤波电路为电容Cl。
全文摘要
本发明公开了一种驱动小功率电磁线圈产生动力的方法，其包括(1)预备设有一组PWM端口的语音IC；(2)预备驱动线圈，该驱动线圈包括线圈和设置在该线圈一侧的磁铁；(3)将线圈一端与语音IC的第一PWM端口相连接，另一端与语音IC的第二PWM端口相连接；(4)接通电源，语音IC根据预存的驱动波形控制线圈进行相应的交变激磁，使线圈与磁铁之间产生相应大小、方向的作用力，实现动力输出。本发明还公开了采用该方法的驱动电路及机器鱼。本发明提供的方法工艺简易，易于实现，成本低；本发明提供的驱动电路设计合理，有效利用语音IC特有PWM口来直接驱动小功率电磁线圈；本发明提供的机械鱼，结构简洁，控制简易，体积小，可玩性及趣味性高。
文档编号A63H23/00GK102512830SQ20111038575
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者卢小平 申请人:卢小平