手机震动马达原理浅析

手机震动马达原理浅析交通运输03420701裴晓苏20071447摘要：本文将通过一系列大学物理中的基本知识和相关公式对手机为何能震动；震动是怎样产生的；对于手机的影响等相关问题作简单的解释和剖析。并通过这个日常生活中的常见现象反过来加深我们对相关公式定理的理解，体会它们在实际生活中的应用和意义。关键词：手机震动马达，偏心转动，重力序：手机作为现代社会科技进步的象征，已经成为每个人都几乎必须拥有的工具。手机以其特有的方便性、快捷性、多功能性已经在我们的生活中扮演了一个十分重要的角色。短信和电话已经成为人们之间最为普遍和常用的沟通方式之一。当我们收到短信或是接到电话是，手机铃声能在第一时间记得提醒我们。但在某些场合，此起彼伏的铃声是不能被接受的。此时，手机的震动功能正好解决了这个问题，能在不影响他人的同时及时的提醒自己。在这种普通的不能再普通的现象背后，其所蕴含的原理又是什么呢？手机究竟是通过什么方式实现震动这一功能的呢？震动马达外观及基本构造：目前手机上应用的手机震动马达如左图所示。图片中上部为马达的整体外观。下部圆盘形的结构为震动马达的核心部件一一容纳偏心轮并使之高速转动的外盒。整个震动马达的实际大小约为4mm2mmximm，质量也很小。这主要是为了配合现有手机的轻薄机身设计的。马达外部为工程塑料制成的外壳，内部除了有上文介绍的外盒外，还有一个微小的直流电动机，驱动偏心轮转动。此外还有一块很简单的集成电路，用以控制启动和停止电动机的运转。当手机设为“振动”状态时，控制电路接通。当手机收到短信或电话时，电动机起动，带动偏心轮做高速旋转，从而产生震动。偏心转动涉及的物理问题：将偏心轮所在的外盒拆开后发现，在盒中绕马达做高速转动的为一根长度约为1.5-2mm的很细的金属棒。金属棒的一段固定在马达的转动轴上。整个结构为不对称结构，单根金属棒为偏心转动源。有转动惯量的公式可知，在此情况下，直杆对于边缘垂直于直杆的轴，12J=ML(1)3将此金属棒视为刚体，则此金属棒的角动量为，此定轴转动的金属棒的转动动能为，12EkJ；(3)2查阅相关信息后经推断可知，金属棒的质量约为50mg，长度约为1.5-2mm，转速至少为每秒10000转。提供动力的马达工作电压及工作电流均为手机电池的输出电压与电流，即电压为3.7V，电流为1mA，设电动机的机械效率为90%。则电动机的有效输出功率为，P二UI=3.70.0010.9=3.33mW金属棒的转动动能为，21122150222EkJML10000()：3mJ236100010001000实际情况中，震动马达每次运动一秒左右，带入发现与理论推算结果基本符合。需要说明的是，在上述计算中，没有考虑由于重心不稳，造成金属棒在竖直方向上上下震动所做的功。由于不确定因素过多且可能造成的误差较小，在此不加以讨论。产生震动的可能原因：从上述计算的结果分析，使手机造成振动的原因或称振动源主要有以下两个方面：(1) 由金属棒的偏心转动造成。由于金属棒在所在的密圭寸金属盒内高速转动，通过摩擦力引起金属盒的内部空气也做剧烈运动。从而引起整个密封的金属盒振动，进而带动整个手机产生振动。有上述计算可知，金属棒做高速转动的能量所占份额很大，故此原因为手机产生振动的主因。(2) 由重心不稳造成。由于震动马达的转动轴上所连的金属棒并不是按几何对称的方式布置的，故震动马达的转动轴会沿质心所在的方向转过一个偏角。故造成金属棒实际上并不是在水平面内转动的。在转动中，质心所在的位置会随金属棒的位置的改变而改变，故金属棒的转动平面也是与水平面呈一定的夹角不断变化的。这种质心在一定的空间范围内不断变化的运动必将造成这个物体的位置移动。当变化较小且十分频繁时，即在宏观上表现为振动。补充：在上述（1），（2）的基础上进一步思考可发现，如果在设计之初就将震动马达的转动轴人为的偏转一定的角度，使金属棒在倾角更大的平面内转动，有第二个因素产生的振动就会增大，从而使整个震动机构所产生的震动幅度加大。这也是节约手机电池能源，增长待机时间的好方法。实际生活中，震动马达也确实采用了这样的结构。结语：以上就是本人对手机为何振动及其如何产生震动的原因所做的探究。由此我们发现，即使是生活中一些很不起眼的小事，其中可能也蕴含了很复杂的物理问题。我们需要培养自己对生活的好奇心和探索精神，多想多问一些为什么。只有这样，我们才能真正做到学有所用，才有可能用我们掌握的知识改变生活和世界的面貌。这或许也是这次探究的最大意义之所在。由于知识水平，生活经验所限，本人对探究中遇到的一些问题及对其的解释和分析还有很大的局限性，可能存在疏漏或不妥当之处。恳请老师加以指正和帮助。