具体实施方式

图1是根据现有技术的一种声波马达的摆动驱动信号的示意图。现有技术马达驱动方法，通过PWM调节分别向声波马达的正负输入端交替输入一个方波波形，来达到使声波马达正反向往复运动的目的。在图1中，波形L1为注入声波马达正向输入端的能量信号，波形L2为注入声波马达负向输入端的能量信号，波形L3为声波马达内部线圈电流的信号。在时刻t1，马达正向输入端输入正向能量信号，马达的摆动部件或伸缩部件开始向第一方向(可记为正向方向)运动，马达内部电流从正向流向负向；在时刻t2，马达正向输入端接入零电平，马达反向输入端输入反向能量信号，马达内部电流从负向流向正向，马达的摆动部件或伸缩部件强行制动后开始向相反的第二方向(可记为反向方向)运动；在时刻t3，马达正向输入端重新输入能量信号，马达反向输入端接入零电平，马达内部电流从正向流向负向，马达的摆动部件或伸缩部件强行制动后重新向正向方向运动；如此进行循环，在t4、t5、t6、t7、t8各时刻，马达内部电流均进行一次反向，而摆动部件或伸缩部件被强行制动并换向。马达内部电流由正向输入端和负向输入端注入的信号均是方波，并且正向输入端注入方波与负向输入端注入的方波错开固定的相位差，也即相互交错，当L1和L2都是最大占空比情况下，L3形成了拼接的方波。在上述t1至t8中每个电平跳变时刻，电信号作为反向电磁作用直接使马达强行制动变向，在该变向时刻会导致马达产生复杂冲击振动，对于用户的直观感受为产生较大噪声。本实施例的声波马达的控制方法与声波马达的驱动电路的目的为消除上述复杂冲击振动，减小马达噪声。

图2是根据本发明一个实施例的声波马达的驱动电路的示意图，该声波马达的驱动电路一般性地可包括控制器100。其中控制器100可以包括存储器120、处理器110、以及DA转换器130，其中存储器120存储有机器可执行程序121。机器可执行程序121被处理器110执行时，用于实现本实施例的任一种声波马达的控制方法。处理器110可以是单核处理器、多核处理器、或其他配置的具有相应计算能力的器件。存储器120可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器、闪存或任何其他合适的存储系统。机器可执行程序121可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码。

在本实施例的声波马达的驱动电路中，存储器120、处理器110、以及DA转换器130可以集成于同一芯片或者为同一电路单元中的集成器件，也可以分别为独立的器件通过电路组合实现相应功能。

DA转换器130为数字量转换为模拟量的电路，将处理器110发出的数字指令转换为相应的模拟信号，在本实施例中，DA转换器130采用至少具有双路输出的DA器件，分别用于输出正向驱动信号和负向驱动信号。也即DA转换器130的两路模拟通道分别用于产生供向马达300的正极输入端P端的信号和马达300的负极输入端N端的信号。

此外声波马达的驱动电路还可以包括功率放大器212。功率放大器212的输入引脚与DA转换器130的输出引脚相连，功率放大器212的输出引脚与声波马达的引脚相连，并用于将正向驱动信号与负向驱动信号的电流幅值和/或电压幅值放大设定倍数，从而转换为正向能量信号和负向能量信号。

功率放大器212也可以与存储器120、处理器110、以及DA转换器130可以集成于同一芯片中，也可以设置为独立与处理器110的电路器件。

在另一些实施例中，声波马达的驱动电路还可以包括滤波器211。滤波器211设置于DA转换器130与功率放大器212之间，并用于滤除正向驱动信号与负向驱动信号的直流分量。

由于DA转换器130输出的信号一般含有直流信号特征，部分电流功率放大器需要使用交流差分信号输入，所以可以利用电容器作为隔直滤波器211连接在DA转换器130和功率放大器212之间。因此滤波器211用于滤除正向驱动信号与负向驱动信号的直流分量，仅保留交流信号。滤波器211可以通过电容器件实现，隔离直流的同时，实现一定的储能功能。

功率放大器212连接声波马达300，用于将正向驱动信号与负向驱动信号电流幅值和/或电压幅值放大设定倍数，从而实现功率放大。功率放大器212处理后的信号直接驱动声波马达300。功率放大器212通过放大输出功率，提高驱动能力。例如放大电流驱动能力、或者放大电压幅值；或者同时放大电流驱动能力和电压幅值。功率放大器212可以采用感性器件的功率放大器件，比如各类音频功放(模拟信号输入)，晶体管放大器等。上述驱动电路的电路构造本身以及器件选型可以根据驱动信号要求进行配置。

以下结合本实施例的声波马达的控制方法，对上述驱动电路的工作原理以及信号传输进行介绍。图3是根据本发明一个实施例的声波马达的控制方法的示意图，该声波马达的控制方法包括：

步骤S302，检测声波马达的运行状态。声波马达的运行状态可以包括声波马达的运行噪声。

步骤S304，根据声波马达的运行状态匹配得到能量注入参数。能量注入参数规定有适用于当前运行状态的马达驱动信号的参数。

步骤S306，按照能量注入参数分别生成正向驱动信号和负向驱动信号。正向驱动信号用于在经过预设的信号处理后形成供向声波马达的正极输入端的正向能量信号，负向驱动信号用于经过信号处理后形成供向声波马达的负极输入端的负向能量信号。也就说，正向驱动信号和负向驱动信号经过滤波放大，向马达的正极输入端P端、负极输入端N端提供驱动其摆动的能量。

通过声波马达在正向能量信号和负向能量信号的驱动下运行，使得声波马达的运行曲线近似于正弦波，运行曲线为声波马达摆动部件或伸缩部件偏离于其中心位置的距离随时间变化的曲线。

声波马达的运行状态可以包括声波马达的运行噪声，图4是一个声波马达的运行声波频谱特征图。该频谱特征为使用本实施例的声波马达的控制方法之前对一声波马达的声波进行测量的结果，其中纵坐标为声音分贝，横坐标为频率。该频谱特征明显示出了除286Hz的主频谱外，还存在很多的高能量频点，其作用结果为马达产生较大的噪声，其原因为马达的摆动不平顺，也就产生复杂的多频率混合声波。为了抑制马达噪声，本实施例的方法减小甚至消除噪声的原理为使马达摆动部件或伸缩部件以尽量单一纯净的频率特征摆动。

图5是一个声波马达理想的运行曲线的示意图。也就是说运行曲线为使用本实施例的声波马达的控制方法后的目标运行状态。图5所示的运行曲线纵坐标为声波马达摆动部件或伸缩部件偏离于其中心位置的距离，也即旋转轴马达的马达轴偏离于基准位置的角度或者平面摆动马达的平移动子偏离中心位置的距离或者轴向伸缩马达的轴向伸缩部件偏离基准位置的距离。横坐标为时间。曲线的斜率体现了声波马达摆动部件的摆动速度或伸缩部件的伸缩速度，也即旋转轴马达的马达轴围绕圆心摆动的角速度或平面摆动马达的平移动子的平面摆动线速度或伸缩部件的伸缩速度。纵坐标的正向区域和负向区域分别为摆动的两侧，也指代顺时针旋转和逆时针旋转的区域或者中心左右两侧的平移区域。纵坐标的0点为声波马达的中心位置，也即声波马达在停止工作时摆动部件或伸缩部件保持静止的位置。

通过该运行曲线可以看出，t0至t1为摆动部件向正向摆动时段或伸缩部件伸出时段，运行曲线在t0至t1的正向速度减缓，在t1达到正向极限位置时速度变为零，此时运动方向翻转；t1至t2为摆动部件正向极限位置向中心位置摆动或伸缩部件从伸出极限位置向中心位置移动的时段，运行曲线在t1至t2反向速度开始加速，在t2时刻达到中心位置时反向速度最大；t2至t3为摆动部件向反向摆动或伸缩部件回缩时段，运行曲线在t2至t3的反向速度减缓，在t3达到反向极限位置时速度变为零，此时运动方向再次翻转；t3至t4为摆动部件反向极限位置向中心位置摆动或伸缩部件从回缩极限位置向中心位置移动的时段，运行曲线在t3至t4正向速度开始加速，在t4时刻达到中心位置时正向速度最大。

上述声波马达理想的运行曲线趋近正弦波的运动，可以获得纯净的声音并且抑制谐波的产生。本方法通过对驱动信号的优化针对马达的运行状态，可以达到接近于声波马达理想的运行曲线的效果。

马达的能量注入与马达自身的电磁感应特性相结合，而马达的运转过程中的阻力特征是变化的，因此需要能量注入的特征曲线也随之需要进行匹配调整，使得马达的运行曲线保持最佳的正弦波特征。

上述匹配的能量注入参数可以包括：按照时序排列的信号幅值序列，其中信号幅值序列的每个元素包括：时长以及该段时长内对应的信号幅值；并且信号幅值序列的波形轮廓呈正弦波形。信号幅值序列的波形轮廓的正弦波形与声波马达的运行曲线近似的正弦波形的频率相同，且相位差为设定值。

上述信号幅值序列的每个元素可以称为一个能量单元，在该能量单元的时长内，信号幅值维持恒定。例如对于时长为100μs的元素，可以在该100μs内维持恒定能量的注入。每个能量单元的能量需求进行匹配，产生了一个连续的能量单元形成的能量序列，每个能量单元是一定时长(例如100μs)内的能量，当信号幅值序列的波形轮廓的正弦波形与声波马达的运行曲线近似的正弦波形相匹配时，即可以实现马达工作平顺。

上述两个正弦波形的相位差可以根据实际测试确定，例如两者相位差可为1/4π或者略大于1/4π。

图6是根据本发明一个实施例的声波马达的控制方法的信号幅值序列与声波马达的运行曲线的叠加示意图；图7是图6中正向驱动信号的信号幅值序列的示意图；图8是图6中负向驱动信号的信号幅值序列的示意图；图9是根据本发明一个实施例的声波马达的控制方法的注入能量曲线与声波马达的运行曲线的叠加示意图。

如图6至图9所示，信号幅值序列配置成在声波马达摆动部件或伸缩部件正向运动达到正向极限位置前将正向能量信号变为负向能量信号；并在声波马达摆动部件或伸缩部件反向运动达到反向极限位置前将负向能量信号变为正向能量信号，从而提前进行减速，由摆动部件或伸缩部件依靠惯性继续运动。上图中示出的，信号幅值序列中每个元素的时长相等，例如时长均为100μs，具体的时长值可以根据马达的运行桩体以及电路的处理能力进行设置。

可替代地，在一些实施例中，信号幅值序列中元素的时长随其信号幅值变化量增大而缩短。也即对于靠近于零点附近的变化速度较快的区段采用较短的时长，而靠近于极限值附近的变化速度较慢的区段可以较长的时段。这种方式可以使得信号幅值序列输出能量更加贴近于正弦波。

信号幅值序列中信号幅值为正向的部分通过正向驱动信号输出，其输出的波形如图7所示，信号幅值序列中信号幅值为负向的部分通过负向驱动信号输出，其输出的波形如图8所示。在输出正向驱动信号时，负向输出保持零电平；在输出负向驱动信号时，正向输出保持零电平；从而在马达的线圈中形成交变电流。也就是说马达的正极输入端P端、负极输入端N端分别注入来自差分DA的电路，或来自两个独立的DA输出，但是在产生正向驱动信号和负向驱动信号时，就对两路信号进行了差分叠加运算，使得两路信号经过电容隔离直流形成波动曲线。

由于隔离直流的电容自身具备储能特性，经过电容(滤波器)后的信号就如图9中的注入能量曲线L1所示，图9中另一曲线L2为声波马达的运行曲线。由图9可以看出，L1与L2均为接近与正弦波的信号特征，并其具有一定的相位差。

用于匹配能量注入参数的运行状态可以包括声波马达的运行噪声；则根据声波马达的运行状态匹配得到能量注入参数的步骤可以包括：确定运行噪声的声音频谱，并根据声音频谱的主频频率从预先存储的频率与参数的对应关系中查询出所需的能量注入参数。

图10是根据本发明一个实施例的声波马达的控制方法中制定频率与参数的对应关系的流程图。该过程包括：

步骤S102，按照正弦波产生能量需求，也即按照正弦波的频率、幅值等信息产生能量需求；

步骤S104，生成与能量需求对应的能量信号序列，提供给马达；

步骤S106，测量马达的噪声，确定声波频谱；

步骤S108，调整正弦波的畸变，也即产生新的正弦波，然后返回执行步骤S102，通过马达的噪声的声波频谱，修改能量信号序列依据的正弦波，然后重新测试，通过不断的循环测试确定最优的效果。最后循环迭代出的结果可以保存为与当前马达运行状态匹配的能量注入参数。上述参数可以预先保存到存储器中，在实际使用中通过处理器调取匹配，即可得出。具体的保存方式可以记录方式可以为将每段幅值记录为强度因子，也即将DA的输出最大值为记为1，那么强度因子为0.75的情况，也即使DA输出信号为输出最大值的0.75倍。当强度因子小于1时，模拟信号的每个能量单元的能量值均根据强度因子等比例减小，则形成了马达摆动强度的整体减小。

在实际使用时，能量注入参数以及最终形成的正向能量信号和负向能量信号是通过噪声标定循环迭代出的结果生成的，由于循环迭代已经是保证最小噪声的结果，从而利用能量注入参数驱动马达，可以保证马达的噪声最小。

在按照能量注入参数分别生成正向驱动信号和负向驱动信号以驱动声波马达前，可以首先生成初始驱动信号，以向声波马达输入与初始驱动信号对应的能量信号；检测声波马达在初始驱动信号对应的能量信号的驱动下的运行噪声。从而根据声波马达在初始驱动信号下的噪声确定能量注入参数。在应用本实施例的声波马达的控制方法时，可以优先在马达进行换向时，也即在马达摆动部件或伸缩部件位于极限位置时启动，也即注入的第一个能量单元为对应于马达摆动部件或伸缩部件位于极限位置的能量单元，实现平稳的介入。

马达的空载情况和不同负载的情况下，其电磁感应特性存在差异。例如在马达应用于电动牙刷时，在刷头接触牙齿和不接触牙齿，以及接触牙齿的压力大小的不同，都会表现为马达不同的负载表现。又例如在应用于电动剃须刀或修剪器在接触不同修剪目标时，也会表现为马达的不同负载表现。

为了让马达的空载和不同负载的情况下都获得最好的声音效果和运转平顺性，上述过程利用马达带载情况下的循环迭代的测试结果，根据马达负载情况调用相应的能量注入参数进行马达控制信号输出，从而满足了不同运行工况下的马达运转噪声控制。

在一些实施例中，如果马达的负载出现变化，也即马达的运行状态出现变化，还可以根据变化后的运行状态重新确定能量注入参数，更换与新的运行状态相适应的能量注入序列，从而实现实施调整。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。