设计必备：3 种振动电机优劣势对比及设计要点

在当今的电子设备设计领域，振动电机作为可穿戴设备与手持设备中触觉反馈的静音核心，发挥着至关重要的作用。这些小型执行器能够将电信号转换为物理感觉，极大地增强了使用者的互动体验。无论是进行原型开发，还是开展故障排除工作，深入理解振动电机的运行行为与集成方式，对于设计反应迅速且可靠的硬件而言，是必不可少的环节。

我们先从基础入手，了解它们如何产生振动，以及不同类型的电机之间存在哪些区别。

ERM 与硬币形振动电机

对于设计工程师来说，按照外形对振动电机进行分类，有助于简化选型与集成过程。主要有两种类型：偏心旋转质量块 (ERM) 振动电机与硬币形振动电机 (coin vibration motor)。

ERM 振动电机通过旋转一个偏离旋转中心的质量块来产生振动。这个偏心质量块会造成不平衡，从而产生所需的振动效果。这类电机通常呈现为圆柱形结构，旋转轴与偏心质量块常常是外露的。其设计简单，非常适合对空间限制不太敏感的应用场景，例如一些大型的手持设备或者对空间要求不高的可穿戴设备。

硬币形振动电机，有时也被称为 “薄饼”(pancake) 电机，同样依靠偏心旋转质量块来产生振动。然而，它们具有扁平、紧凑且完全封闭的外观。其内部包含一个短轴与偏离旋转中心的扁平质量块，使得整个机构可以完全安装在硬币形外壳中。这种设计使得硬币形振动电机在一些对空间要求较高的应用中具有明显优势，如智能手表、无线耳机等小型设备。

尽管硬币形电机的运行原理与 ERM 相同，但在业内，通常依据外形进行区分：外露的圆柱形通常被称为 ERM 振动电机，而扁平、封闭式的则被称为硬币形或薄饼振动电机。

图 1：ERM 与硬币形振动电机通过偏心旋转质量块产生触觉反馈

LRA 振动电机

虽然我们主要关注振动电机的外形，但还有一类重要的电机值得介绍：线性谐振执行器 (LRA) 振动电机。在外观上，LRA 常与硬币形振动电机相似，均为扁平、紧凑的设计。这种视觉上的相似可能会造成误解，因为其内部运行机制有着根本的不同。

与依靠单向电流驱动偏心旋转质量块的 ERM 不同，LRA 通过线性往复运动的质量块运行。这个质量块以受控方式来回移动，遵循简谐运动原理。由于运动方向不断改变，LRA 需要一个特定的交流 (AC) 信号，其频率必须与执行器的共振频率相匹配。

这种运行原理上的差异，使得 LRA 能够提供更精准且高效的触觉反馈，非常适合对响应速度与控制精度要求高的应用，如游戏手柄、虚拟现实设备等。尽管外形类似 ERM 与硬币形电机，但 LRA 实际上属于一种独特的振动技术类别。

图 2： LRA 振动电机通过线性谐振驱动产生触觉反馈

无刷振动电机

此外，无刷振动电机 —— 通常基于无刷直流 (BLDC) 电机技术的应用也在逐渐增加。相较于传统有刷 ERM 设计，这些电机具有更高的耐用性与效率，因为没有了机械刷的磨损。

虽然它们的外形可能仍为圆柱形或硬币形，但内部结构与控制要求有所不同。无刷振动电机特别适用于高可靠性应用，在这些应用中，平均无故障时间 (MTBF) 长且维护成本低是优先考虑的因素，如工业控制设备、医疗设备等。

图 3：BLDC 电机通常配备额外导线，可实现速度调节与方向控制等功能

执行器的使用方法

接下来，我们将更深入地探讨如何在设计中有效运用这些微型执行器。

首先，基于直流 (DC) 运行的 ERM 与硬币形振动电机可以直接用合适的 DC 电源供电。但在触觉应用中 —— 即希望电机对输入做出反应时 —— 通常会希望将它们连接至微控制器。这样，你不仅可以控制电机的开关状态，还能调整振幅并定义振动模式。

对于寻求集成驱动解决方案的设计者，像 NCP5426 这类 IC 提供了一个可靠且高效的替代方案，相较于使用简单的 BJT 或 MOSFET 更为便利。另一方面，LRA 振动电机依赖交流 (AC) 信号运行，并需调谐至特定共振频率。正确驱动这些电机通常需要专用的 LRA 驱动器，以确保最佳性能。

相较于基本电机驱动器，专为触觉反馈应用设计的电机驱动器 —— 德州仪器 (TI) 的 DRV2605/DRV2605L 可以产生精细的振动模式，使触觉反馈感觉更加灵敏且有针对性。因此，它可以减轻主处理器的波形生成负担，简化设计并节省资源。

小提示：在查阅了大量数据手册后，可以观察到一些普遍趋势。大多数 ERM 振动电机的额定电压约为 3V，启动电压接近 2.5V，满电压下的额定电流约为 100mA。

相比之下，多数 LRA 振动电机的额定电压约为 2V RMS，标称运行电流约 150mA，共振频率为 150Hz ±5Hz。需要注意的是，这些数值仅作为参考范围，非绝对值，使用时应始终与数据手册核对确认。

其他设计考虑

在振动电机的安装方面，它们通常被放置于外壳内或直接固定于 PCB 上。对于外壳安装，使用定制化 3D 打印外壳是一个方便的固定方法。如果将电机安装在 PCB 上，许多型号都提供有通孔引脚 (through-hole pins)，便于焊接。对于硬币形与 LRA 电机，背面附带的黏贴层通常足以确保稳定固定。

此外，此处提供一个方便的示意电路，用于测试与驱动带集成驱动器的 6 线振动电机 (例如型号 NFP-BLV3650-FS)。

图 4：这个简易电路可测试并驱动大部分内置驱动器的振动电机

总结而言，将触觉反馈集成至设备中有多种方法，而振动电机是最易于使用的选项之一。无论采用简单的实现还是更复杂的方式，加入触觉反馈都能显著提升设备的用户体验与整体效率。此处分享的见解旨在作为设计灵感的起点，希望能帮助你自信且有创意地将触觉反馈集成到设计中。