一种基于感应接触面压力实时驱动马达无级变速的方法与流程

1.本发明涉及家用生活电器制造技术领域，具体涉及一种基于感应接触面压力实时驱动马达无级变速的方法。


背景技术：

2.目前市面上以马达电机作为驱动输出的应用非常广泛，在个人护理、医疗保健、智能家具、玩具等许多领域都有用到。具体产品如洁面仪、按摩器、筋膜枪、电动牙刷、吹风机、电钻等等。这些产品都是控制电机的转速快慢来决定输出功率，通过设备上的按键、拨动开关、旋钮等输入接口，调节马达转速快慢以达到控制输出功率大小的目的。例如：把马达的最低转速和最高转速之间设置为10档，通过按﹢键或﹣键增大或降低挡位。
3.然而，通过按键等接口调节档位，在现实应用中会有诸多不足：1：切换挡位操作不便；2：输出功率分辨率不高，挡位划分使输出功率的分辨率简单除以n（n为挡位数）；3：输入输出人机接口响应方式机械化，效率低；由于挡位是预先设定好的，不能直接反映实际使用的场景，用户在使用过程中需要进行多次反馈调整，才能找到恰当或接近恰当的工作点。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了提供一种基于感应接触面压力实时驱动马达无级变速的方法，既可方便地实现对电机的无级调速，又可使用户对产品在实际使用状态具有即时反馈，从而可根据使用状态快速调速，提升用户体验。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于感应接触面压力实时驱动马达无级变速的方法，包括如下步骤：a.按压感应接触面，使压力传感器产生压力信号p；b.控制器通过模数转换器将压力信号p转换成可识别的数字信号x；c.控制器根据数字信号x读取预存的对应控制转速n；d.控制器控制马达以控制转速n运转，从而实现对马达的变速控制。
5.本发明通过压力传感器来检测感应接触面所受到的压力，当使用者使用一定的力度按压感应接触面时，压力传感器产生压力信号，处理器通过内部的高精度模数转换器，将采样得到的压力值转换为可识别的数字信号，从而计算出所对应的转速并驱动马达工作，由于压力值和对应的数字信号值都是连续的，因而可达到无级调节马达转速的目的，同时整个过程是毫秒级的。使用者可以在压力传感器的量程范围内任意的增大和减小力度进行调节，找到自己最佳的工作点。
6.特别是，由于使用者是通过手（甚至是其它部位）的按压力来控制马ada转速的，因此具有感受直观的优点，通过力的方式控制动力单元，无疑更符合人体自然反应，可大大提升用户体验。
7.此外，通过按压力直接控制马达输出转速，还可显著地减少传统方式人机交互的反馈次数和时间，使人机交互更加自然顺畅。
8.作为优选，所述压力信号p包括a、b、c三个区域，其中a区域的压力为pa，并且30g≤pa≤1000g；b区域的压力为pb，并且1000g＜pb≤1500g，c区域的压力为pc，并且1500g＜pc≤2000g。
9.通过合理地设置压力信号的三个区域，让压力采样更符合人体力学，提升使用实用性。可以理解的是，在多数时候，压力信号会在1000g以内，使用者感觉装置更加灵敏。
10.当压力信号p＜30g时，会造成使用者精确控制的困难；当压力信号p＞2000g时，需要使用者付出更大的压力，会造成使用者控制的费力，从而不适应女性、老年使用者的使用。
11.需要说明的是，我们可根据实际需要设置与三个压力区域对应的马达转速。例如：与pa对应的马达转速为0
‑
4000转/分钟；与pb对应的马达转速为4000
‑
5000转/分钟；与pc对应的马达转速为5000
‑
6000转/分钟。
12.作为优选，所述马达设有转速传感器，其检测得到马达的实际转速n1，控制器预存实际转速与控制转速之间允许的设定偏差值δn、控制转速的最小增减值δn，还包括步骤：e. 将实际转速与控制转速的偏差值与δn对比，当n－n1＞δn时，控制器控制马达以矫正转速（n+δn）运转；当n1－n＞δn时，控制器控制马达以矫正转速（n
‑
δn）运转；f. 重复步骤e，直至∣n－n1∣≤δn为止。
13.在本方案中，我们将马达的实际转速与设定的控制转速进行比较，以判断马达的运行状态是否符合要求。当实际转速小于或大于控制转速、并且n－n1的绝对值大于允许的设定偏差值δn时，控制器使控制转速增加或者减小一个最小增减值δn，从而形成矫正转速，直至马达的实际转速与设定的控制转速差小于允许的设定偏差值δn为止，从而使实际转速与用户想要的控制转速尽量接近，有效地避免由于马达的负载大小不一致造成的实际转速偏差。
14.作为优选，所述马达与一按摩棒传动连接，所述按摩棒包括手柄、按摩头，所述按摩头内设有偏心轮，所述马达设置在手柄内，马达的输出轴与偏心轮传动连接，在手柄外侧设有所述感应接触面。
15.在本方案中，马达与一按摩棒传动连接，从而使马达具体应用于按摩装置，当马达带动偏心轮转动时，即可使按摩头产生振动，从而对使用者形成按摩作用。特别是，使用者可通过改变作用在手柄的感应接触面上的压力，方便控制马达的转速，继而改变按摩头的振动频率和强度。
16.作为优选，所述按摩头内设有用以增加偏心轮转动阻尼的阻尼机构、与马达的输出轴相连接的振动轴，振动轴上套设有轴套，所述偏心轮可轴向移动地套设在轴套上，所述轴套内孔设有旋向相反的正向螺旋槽和反向螺旋槽，所述正向螺旋槽和反向螺旋槽的两端顺滑连接，从而构成闭合的振动槽，所述振动轴上设有伸入振动槽内的径向销，当马达驱动振动轴转动时，阻尼机构使偏心轮连同轴套以低于振动轴的转速转动，振动轴上的径向销在振动槽内移动，从而使偏心轮一边偏心转动，一边轴向往复移动，以形成两个方向的振动。
17.在本方案中，当马达带动振动轴同步转动时，由于按摩头内设有用以增加偏心轮
转动阻尼的阻尼机构，因此，此时的偏心轮连同轴套以低于振动轴的转速转动，也就是说，在振动轴与轴套之间存在转速差。这样，振动轴上的径向销对轴套的振动槽形成一个斜向的作用力，该作用力可分解成一个轴向分力和一个周向分力，继而使径向销在螺旋状的振动槽内移动，相应地，轴套形成轴向的往复移动和周向转动，轴套的轴向的往复移动形成轴向的振动，而此时的偏心轮在阻尼机构的作用下保持轴向位置不变，轴套与偏心轮之间形成轴向的相对运动。轴套的周向转动则带动偏心轮转动，从而使偏心轮形成垂直于轴向平面的振动，进而使按摩头形成双重振动，有利于进一步提升按摩头的按摩效果。
18.需要说明的是，我们可合理地设置正向螺旋槽和反向螺旋槽的螺距、圈数等参数，从而使偏心轮能形成合理的轴向振动频率和振动幅度。
19.因此，本发明具有如下有益效果：既可方便地实现对电机的无级调速，又可使用户对产品在实际使用状态具有即时反馈，从而可根据使用状态快速调速，提升用户体验。
附图说明
20.图1是按摩装置的一种结构示意图。
21.图2是按摩装置中振动轴和偏心轮的一种连接结构示意图。
22.图3是按摩装置中振动轴和偏心轮的另一种连接结构示意图。
23.图4是正向螺旋槽和反向螺旋槽端部的一种连接结构示意图。
24.图5是径向销经过正向螺旋槽和反向螺旋槽交叉点处的一种结构示意图。
25.图中：1、马达
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11、输出轴
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2、手柄3、按摩头
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4、偏心轮
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5、振动轴
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51、径向销
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6、轴套
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61、振动槽
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62、正向螺旋槽
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63、反向螺旋槽
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7、摩擦轮。
具体实施方式
26.下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
27.一种基于感应接触面压力实时驱动马达无级变速的方法，包括如下步骤：a.按压感应接触面，使压力传感器产生压力信号p，也就是说，压力传感器设置在感应接触面处；b.控制器通过模数转换器将压力信号p转换成可识别的数字信号x；c.控制器根据数字信号x读取预存的对应控制转速n；d.控制器控制马达以控制转速n运转，从而实现对马达的变速控制。
28.当使用者使用一定的力度按压感应接触面时，压力传感器产生压力信号，处理器通过内部的高精度模数转换器，将采样得到的压力值转换为可识别的数字信号，从而计算出所对应的转速并驱动马达工作，由于压力值和对应的数字信号值都是连续的，因而可达到无级调节马达转速的目的，同时整个过程是毫秒级的。使用者可以在压力传感器的量程范围内任意的增大和减小力度进行调节，找到自己最佳的工作点。
29.特别是，由于使用者是通过手（甚至是其它部位）的按压力来控制马ada转速的，因此具有感受直观的优点，通过力的方式控制动力单元，无疑更符合人体自然反应，可大大提升用户体验。
30.此外，通过按压力直接控制马达输出转速，还可显著地减少传统方式人机交互的反馈次数和时间，使人机交互更加自然顺畅。
31.优选地，我们可将压力信号p分割成a、b、c三个区域，其中a区域的压力为pa，并且30g≤pa≤1000g；b区域的压力为pb，并且1000g＜pb≤1500g，c区域的压力为pc，并且1500g＜pc≤2000g。也就是说，30g≤p≤2000g。
32.通过合理地设置压力信号的三个区域，让压力采样更符合人体力学，提升使用实用性。可以理解的是，在多数时候，压力信号会在1000g以内，使用者感觉装置更加灵敏。
33.当压力信号p＜30g时，由于按压力度过小，会造成使用者精确控制的困难；当压力信号p＞2000g时，需要使用者付出更大的压力，会造成使用者控制的费力，从而不适应女性、老年使用者的使用。
34.需要说明的是，我们可根据实际需要设置与三个压力区域对应的马达转速。例如：与pa对应的马达转速为0
‑
4000转/分钟；与pb对应的马达转速为4000
‑
5000转/分钟；与pc对应的马达转速为5000
‑
6000转/分钟。
35.进一步地，所述马达设有转速传感器，当马达转动时，转速传感器可检测得到马达的实际转速n1，控制器则预存实际转速与控制转速之间允许的设定偏差值δn、以及控制转速的最小增减值δn，这样，本发明还包括如下步骤：a.将实际转速与控制转速的偏差值与δn对比，当实际转速小于控制转速、并且n－n1＞δn时，控制器使控制转速增加一个最小增减值δn，即控制器控制马达以矫正转速（n+δn）运转；反之，当实际转速大于控制转速、并且n1－n＞δn时，控制器使控制转速减小一个最小增减值δn，即控制器控制马达以矫正转速（n
‑
δn）运转；f. 重复步骤e，直至∣n－n1∣≤δn为止。
36.在本方案中，我们将马达的实际转速与设定的控制转速进行比较，以判断马达的运行状态是否符合要求。当实际转速小于或大于控制转速、并且n－n1的绝对值大于允许的设定偏差值δn时，控制器使控制转速增加或者减小一个最小增减值δn而形成矫正转速，并用该矫正转速重新控制马达的转速，直至马达的实际转速与设定的控制转速差小于允许的设定偏差值δn为止，从而使实际转速与用户想要的控制转速尽量接近，有效地避免由于马达的负载大小不一致造成的实际转速偏差。
37.作为一种优选的实施例，如图1所示，所述马达1与一按摩棒传动连接，从而构成一个按摩装置。具体地，按摩棒包括手柄2、按摩头3，所述按摩头内设有偏心轮4，所述马达设置在手柄内，马达的输出轴与偏心轮传动连接，在手柄外侧设有所述感应接触面。当马达带动偏心轮转动时，即可使按摩头产生振动，从而对使用者形成按摩作用。特别是，当使用者握住手柄、并改变作用在手柄的感应接触面上的压力时，可方便地控制马达的转速，继而满足使用者对按摩头的振动频率和强度的要求。
38.当然，我们可使手柄通过若干弹簧按摩头相连接，以便于按摩头可相对手柄独立振动。
39.更进一步地，如图2、图3、图4、图5所示，所述按摩头内设有用以增加偏心轮转动阻尼的阻尼机构、与马达的输出轴11相连接的振动轴5，振动轴上套设有轴套6，所述偏心轮可轴向移动地套设在轴套上，例如，偏心轮与轴套之间可采用花键连接。所述轴套内孔设有旋向相反的正向螺旋槽62和反向螺旋槽63，所述正向螺旋槽和反向螺旋槽的两端顺滑连接，从而构成闭合的振动槽61，所述振动轴上设有伸入振动槽内的径向销51。当马达驱动振动轴转动时，阻尼机构使偏心轮连同轴套以低于振动轴的转速转动，也就是说，在振动轴与轴
套之间存在转速差——即相对运动。此时振动轴上的径向销在振动槽内移动，从而使偏心轮一边偏心转动，一边轴向往复移动，以形成两个方向的振动。
40.可以理解的是，当轴套相对振动轴有转速差——即轴套在周向上相对限位时，径向销会在振动槽内移动，相应地，轴套形成轴向移动，而此时的偏心轮在轴向上保持原位不变，从而相对轴套形成轴向位移；当轴套相对振动轴有转速差——轴套在轴向上相对限位时，振动轴会带动轴套以较低的转速转动。
41.这样，径向销先由正向螺旋槽的起始端移动至末端，然后进入反向螺旋槽，并由反向螺旋槽的末端移动至起始端，再进入正向螺旋槽的起始端，如此循环往复，进而形成轴向的往复移动。
42.需要说明的是，我们可合理地设置正向螺旋槽和反向螺旋槽的螺距、圈数等参数，从而使偏心轮能形成合理的轴向振动频率和振动幅度。此外，所述正向螺旋槽和反向螺旋槽在起始端和末端之间必定会有如图5所示的“交叉”情况出现，为了避免径向销在交叉点的缺口处滑出而偏离原有的轨迹，我们可将径向销设置成梭形，并在径向销的中心设置可转动的销轴，该销轴伸出径向销的一端固定在轴套上，并确保径向销的长度大于交叉点处缺口的宽度。
43.这样，当径向销经过交叉点的缺口时，可避免从缺口中滑出。当然，我们应适当增大正向螺旋槽和反向螺旋槽两端链接处的过渡圆弧半径，以确保径向销可顺利经过。
44.优选地，所述偏心轮呈圆盘状，所述阻尼机构包括两个摩擦轮7，两个摩擦轮分别贴靠在偏心轮的两侧，摩擦轮与其中心的转轴之间为过盈配合。这样，两个夹持偏心轮的摩擦轮可使偏心轮在轴向上限位，与此同时，当偏心轮带动摩擦轮转动时，摩擦轮与转动轴之间的摩擦力会对偏心轮形成阻尼作用。