(57)【要約】【課題】高周波のパルスに基づき駆動パルスを間引くアクチューエータのＰＷＭ駆動において意図した駆動性能と実際の駆動性能との差異を低減できる駆動技術を提供する。【解決手段】駆動装置１は、可動部１４にプッシュプル配置で接続するＳＭＡ１５ａ、１５ｂを有するアクチュータ１０と、その駆動制御を行う駆動制御部２とを備えている。駆動装置１では、アクチュエータ１０をＰＷＭ駆動するが、駆動パルス出力部３３で生成する駆動パルスに対して間引きパルス出力部３５で生成する間引きパルス(駆動パルスより高周波のパルス)に基づく間引き処理を行うことにより、省電力化を図っている。この間引き処理では、間引きパルスの搬送周波数を駆動パルスの搬送周波数に対して整数倍とならないように設定する。これにより、両パルスのオン信号のタイミングが同期しないため、意図した駆動性能と実際の駆動性能との差異を低減できることとなる。【選択図】図３
2006331244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部に接続するアクチュエータを用いて前記可動部の駆動を行う駆動装置であって、
(a)前記可動部の駆動に関する目標値に基づき、前記アクチュエータに係る駆動制御信号を生成する制御手段と、
(b)前記駆動制御信号に基づき前記アクチュエータに電力供給を行い、前記可動部を駆動する電力供給手段と、
を備え、
前記制御手段は、
(a-1)前記目標値に基づき、第１搬送周波数を有する第１制御信号を生成する第１信号生成手段と、
(a-2)前記第１搬送周波数より大きい第２搬送周波数を有する第２制御信号を生成する第２信号生成手段と、
(a-3)前記第１制御信号と前記第２制御信号とに基づき、前記駆動制御信号を生成する駆動信号生成手段と、
を有するとともに、
前記第２搬送周波数は、前記第１搬送周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）でないことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置において、
前記駆動信号生成手段は、
前記第２制御信号に基づき前記第１制御信号に対する間引き処理を行って、前記駆動制御信号を生成する手段、
を有することを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の駆動装置において、
前記第１制御信号と前記第２制御信号とは、パルス信号として構成されるとともに、
前記第１制御信号は、前記目標値に応じたデューティ比を有するパルス幅変調信号となっており、
前記駆動信号生成手段は、
前記第１制御信号と前記第２制御信号とに関するパルス信号の論理積を求めることにより、前記駆動制御信号を生成する手段、
を有することを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の駆動装置において、
前記第２信号生成手段は
クロックパルス発生手段のクロック周波数に基づき、前記第２制御信号に係るパルス信号を生成する手段、
を有し、
前記第２搬送周波数は、前記クロック周波数の１／１０以下であることを特徴とする駆動装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の駆動装置において、
前記アクチュエータは、形状記憶合金を有しており、
前記電力供給手段は、
前記駆動制御信号に基づき前記形状記憶合金に通電を行って加熱することで、前記可動部を駆動する手段、
を有することを特徴とする駆動装置。
【請求項６】
請求項５に記載の駆動装置において、
前記アクチュエータは、前記可動部に対してプッシュプル配置で接続する２の形状記憶合金を有することを特徴とする駆動装置。
【請求項７】
可動部に接続するアクチュエータを用いて前記可動部の駆動を行う方法であって、
(a)前記可動部の駆動に関する目標値に基づき、前記アクチュエータに係る駆動制御信号を生成する制御工程と、
(b)前記駆動制御信号に基づき前記アクチュエータに電力供給を行い、前記可動部を駆動する電力供給工程と、
を備え、
前記制御工程は、
(a-1)前記目標値に基づき、第１搬送周波数を有する第１制御信号を生成する第１信号生成工程と、
(a-2)前記第１搬送周波数より大きい第２搬送周波数を有する第２制御信号を生成する第２信号生成工程と、
(a-3)前記第１制御信号と前記第２制御信号とに基づき、前記駆動制御信号を生成する駆動信号生成工程と、
を有するとともに、
前記第２搬送周波数は、前記第１搬送周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）でないことを特徴とする駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動部に接続するアクチュエータを用いて可動部の駆動を行う駆動技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
形状記憶合金(以下では「ＳＭＡ」とも称する)は、マルテンサイト変態開始温度以下の温度で外力を受けて塑性変形しても、逆変態終了温度以上の温度に加熱されると記憶された形状(記憶形状)に復元するという特性を有している。このような特性を持つＳＭＡに通電して加熱することによりアクチュエータ(以下では「ＳＭＡアクチュエータ」ともいう)として利用する技術が知られている。
【０００３】
このようなＳＭＡアクチュータにおいては、ＰＷＭ駆動によりＳＭＡの通電量を制御するものがある(特許文献１参照)。すなわち、ＳＭＡアクチュエータが反応しない程度の高周波(例えば数ｋＨｚ以上)の駆動パルスを利用し、ＳＭＡに投入する電力の平均値を連続的に制御することにより、ＳＭＡアクチュエータの良好な位置・速度制御が可能となっている。さらに、駆動パルスの搬送周波数より高い搬送周波数の間引きパルスを生成し、この間引きパルスに基づく駆動パルスの間引き処理を行えば、省電力化を図れることとなる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１１２５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記ＰＷＭ制御での間引き処理においては、間引きパルスの生成にデジタル制御装置(例えばマイクロコンピュータ)のクロック周波数を利用する場合、このクロック周波数で間引きパルスの搬送周波数の上限が制約を受けるため、駆動パルスの搬送周波数に対して十分に高い間引きパルスの搬送周波数を設定できないこととなる。このため、間引きパルスの搬送周波数が駆動パルスの搬送周波数に対して２倍や３倍に設定されることもあるが、このように整数倍の周波数に設定されると両パルスのオン信号のタイミングが同期してしまうため、意図した駆動性能と実際の駆動性能との差異が大きくなるケースがある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高周波のパルスに基づき駆動パルスを間引くアクチューエータのＰＷＭ駆動において意図した駆動性能と実際の駆動性能との差異を低減できる駆動技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、可動部に接続するアクチュエータを用いて前記可動部の駆動を行う駆動装置であって、(a)前記可動部の駆動に関する目標値に基づき、前記アクチュエータに係る駆動制御信号を生成する制御手段と、(b)前記駆動制御信号に基づき前記アクチュエータに電力供給を行い、前記可動部を駆動する電力供給手段とを備え、前記制御手段は、(a-1)前記目標値に基づき、第１搬送周波数を有する第１制御信号を生成する第１信号生成手段と、(a-2)前記第１搬送周波数より大きい第２搬送周波数を有する第２制御信号を生成する第２信号生成手段と、(a-3)前記第１制御信号と前記第２制御信号とに基づき、前記駆動制御信号を生成する駆動信号生成手段とを有するとともに、前記第２搬送周波数は、前記第１搬送周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）でない。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る駆動装置において、前記駆動信号生成手段は、前記第２制御信号に基づき前記第１制御信号に対する間引き処理を行って、前記駆動制御信号を生成する手段を有する。
【０００９】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る駆動装置において、前記第１制御信号と前記第２制御信号とは、パルス信号として構成されるとともに、前記第１制御信号は、前記目標値に応じたデューティ比を有するパルス幅変調信号となっており、前記駆動信号生成手段は、前記第１制御信号と前記第２制御信号とに関するパルス信号の論理積を求めることにより、前記駆動制御信号を生成する手段を有する。
【００１０】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る駆動装置において、前記第２信号生成手段はクロックパルス発生手段のクロック周波数に基づき、前記第２制御信号に係るパルス信号を生成する手段を有し、前記第２搬送周波数は、前記クロック周波数の１／１０以下である。
【００１１】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記アクチュエータは、形状記憶合金を有しており、前記電力供給手段は、前記駆動制御信号に基づき前記形状記憶合金に通電を行って加熱することで、前記可動部を駆動する手段を有する。
【００１２】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る駆動装置において、前記アクチュエータは、前記可動部に対してプッシュプル配置で接続する２の形状記憶合金を有する。
【００１３】
また、請求項７の発明は、可動部に接続するアクチュエータを用いて前記可動部の駆動を行う方法であって、(a)前記可動部の駆動に関する目標値に基づき、前記アクチュエータに係る駆動制御信号を生成する制御工程と、(b)前記駆動制御信号に基づき前記アクチュエータに電力供給を行い、前記可動部を駆動する電力供給工程と、を備え、前記制御工程は、(a-1)前記目標値に基づき、第１搬送周波数を有する第１制御信号を生成する第１信号生成工程と、(a-2)前記第１搬送周波数より大きい第２搬送周波数を有する第２制御信号を生成する第２信号生成工程と、(a-3)前記第１制御信号と前記第２制御信号とに基づき、前記駆動制御信号を生成する駆動信号生成工程と、を有するとともに、前記第２搬送周波数は、前記第１搬送周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）でない。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１ないし請求項７の発明によれば、可動部の駆動に関する目標値に基づき生成される第１制御信号と、第１制御信号の第１搬送周波数より大きい第２搬送周波数を有する第２制御信号とに基づきアクチュエータに係る駆動制御信号を生成する際には、第２搬送周波数が第１搬送周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）にならないようにする。これにより、アクチュエータにおいて意図した駆動性能と実際の駆動性能との差異を低減できる。
【００１５】
特に、請求項２の発明においては、第２制御信号に基づき第１制御信号に対する間引き処理を行って駆動制御信号を生成するため、省電力化を図れる。
【００１６】
また、請求項３の発明においては、第１制御信号と第２制御信号とに関するパルス信号の論理積を求めることにより駆動制御信号を生成するため、簡易に適切な駆動制御信号を生成できる。
【００１７】
また、請求項４の発明においては、第２搬送周波数はクロックパルス発生手段のクロック周波数の１／１０以下であるため、適切な第２搬送周波数を設定できる。
【００１８】
また、請求項５の発明においては、駆動制御信号に基づきアクチュエータの形状記憶合金に通電を行って加熱することで可動部を駆動するため、形状記憶合金を利用したアクチュエータを適切に実現できる。
【００１９】
また、請求項６の発明においては、アクチュエータは可動部に対してプッシュプル配置で接続する２の形状記憶合金を有するため、アクチュエータの駆動性能を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜駆動装置の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る駆動装置１の構成を説明するための図である。
【００２１】
駆動装置１は、可動部１４に接続するアクチュータ１０と、アクチュエータ１０を駆動するための駆動制御部２とを備えている。この駆動制御部２は、アクチュエータ１０に電圧を印加して電力供給を行う電力供給回路４と、電力供給回路４に駆動制御信号を送る制御回路３とを備えている（後で詳述）。
【００２２】
アクチュエータ１０は、可動部１４の両端にプッシュ・プルの配置で接続するワイヤ状の２本の形状記憶合金(ＳＭＡ)１５(１５ａ、１５ｂ)と、２本のＳＭＡ１５それぞれの端部を固定するための固定部１６ａ、１６ｂとを備えている。
【００２３】
可動部１４の両端および固定部１６ａ、１６ｂには、２本のＳＭＡ１５それぞれの端部を固定するための端子部１４ｆ、１６ｆが設けられている。これらの端子部１４ｆ、１６ｆは、導電性を有しており、ＳＭＡ１５ａ、１５ｂに電気を流して通電する場合の端子として機能する。
【００２４】
ＳＭＡ１５は、例えば２０Ωの抵抗値を有しており、その両端に接続する端子部１４ｆ、１６ｆから通電されると、ジュール熱が発生しＳＭＡ１５自身が加熱される。この加熱により、ＳＭＡ１５は記憶された形状に復元するため、可動部１４を一定の方向（Ｘ方向）に駆動することが可能となる。ここで、各ＳＭＡ１５は、通電による加熱によって収縮動作を行うように一定の縮み量が記憶されており、図１に示す中立状態において適度な応力が加えられている。なお、ＳＭＡ１５では、通電による加熱速度(ＳＭＡ１５の温度上昇率)と、通電の停止からの放熱速度(ＳＭＡ１５の温度降下率)とが等しい特性を有している。
【００２５】
このようなアクチュエータ１０の構成により、ＳＭＡ１５ａを通電すると可動部１４が＋Ｘ方向に移動し、ＳＭＡ１５ｂを通電すると可動部１４が−Ｘ方向に移動することとなる。ＳＭＡ１５の特性について、以下で詳しく説明する。
【００２６】
図２は、ＳＭＡ１５における通電電流と変位との関係を示す図である。この図２においては、横軸が電流値を示しており、縦軸がＳＭＡ２５の変位を示している。
【００２７】
ＳＭＡ２５は、通電電流が電流値Ｉ１になると収縮方向に変形が開始されるとともに、電流値Ｉ２に達すると変形が完了する。すなわち、ＳＭＡ２５をオーステナイト変態開始温度に加熱するために必要な電流値Ｉ１から、変態終了温度に加熱するために必要な電流値Ｉ２までの領域が、ＳＭＡ２５で変形が生じる変態温度領域に相当することとなる。
【００２８】
図３は、駆動制御部２の機能構成を示すブロック図である。
【００２９】
駆動制御部２は、上述したように制御回路３と電力供給回路４とを備えているが、これらの回路について順に説明する。
【００３０】
制御回路３は、可動部１４の目標位置を決定する目標位置決定部３１と、デューティ比決定部３２と、駆動パルス出力部３３と、間引き量決定部３４と、間引きパルス出力部３５とを備えている。
【００３１】
目標位置決定部３１は、サーボ制御に関する演算を行って、可動部１４の目標位置(駆動に関する目標値)を決定する。
【００３２】
デューティ比決定部３２は、目標位置決定部３１で決定された目標位置に可動部１４が到達するために最適なＳＭＡ１５ａ、１５ｂの投入電力(印加電圧・通電電流)を演算して、アクチュエータ１０をＰＷＭ駆動する際のデューティ(duty)比を決定する。
【００３３】
駆動パルス出力部３３は、デューティ比決定部３２で決定したデューティ比の駆動パルスを生成して電力供給回路３に出力する。
【００３４】
間引き量決定部３４は、アクチュエータ１０の駆動性能が低下しない範囲で、駆動パルスを間引くためのデューティ比を決定する。
【００３５】
間引きパルス出力部３５は、例えばマイクロコンピュータ(クロックパルス発生手段)のクロック周波数を利用し、間引き率決定部３４で決定したデューティ比を有するパルス(以下では「間引きパルス」ともいう)を生成して、電力供給回路３に出力する。この間引きパルスのキャリア周波数については、後述するデューティ比の分解能（間引き処理の制御分解能）を確保する観点から、上記のクロック周波数の１／１０以下とするのが好ましい。
【００３６】
電力供給回路４は、例えばパワーアンプとして構成されており、各ＳＭＡ１５ａ、１５ｂの両端に電圧を印加して通電を行う２つの電力供給部４１(４１ａ、４１ｂ)と、電力供給部４１による電力供給のタイミングを制御する２つの論理合成部４２(４２ａ、４２ｂ)と、論理反転部４３とを備えている。
【００３７】
論理合成部４２ａは、論理反転部４３によって駆動パルスのパルス波形が論理反転されたパルス(反転駆動パルス)と、間引きパルスとの論理積を演算することでＳＭＡ１５ａの駆動制御信号を生成し、この駆動制御信号を電力供給部４１ａに出力する。
【００３８】
論理合成部４２ｂは、駆動パルスと間引きパルスとに関するパルス信号の論理積を求めることでＳＭＡ１５ｂの駆動制御信号を生成し、この駆動制御信号を電力供給部４１ｂに出力する。
【００３９】
電力供給部４１ａ、４１ｂは、論理合成部４２ａ、４２ｂから入力された各駆動制御信号に基づきＳＭＡ１５ａ、１５ｂへの電力供給を行う。これにより、目標位置決定部３１で設定された目標位置に可動部１４を駆動できることとなる。
【００４０】
＜駆動装置１の動作＞
駆動装置１では、各ＳＭＡ１５ａ、１５ｂに基準バイアス電流(以下では単に「バイアス電流」ともいう)を通電して、アクチュエータ１０の応答性の向上を図っているが、このバイアス電流について説明する。
【００４１】
ＳＭＡ１５は、図２に示すような電流・変位の特性を有しており、変態開始温度となる電流値Ｉ１から変態終了温度となる電流値Ｉ２までの範囲では通電に対して良好な応答性が得られる。そこで、バイアス電流に対応するＳＭＡ５への投入電流の平均値は、上記の電流値Ｉ１〜Ｉ２の範囲内になるように設定する。
【００４２】
また、ＳＭＡ１５の平均通電電流は、間引き量決定部３４で設定される間引きパルスのデューティ比thin[％]に応じた値となる。具体的には、通電オン時に電力供給部４１からＳＭＡ１５に印加される印加電圧をVout、ＳＭＡ１５の抵抗値をRsma［Ω］、可動部１４の駆動を制御するデューティ比決定部３２のデューティ比を５０[％]とすると、ＳＭＡ１５の平均通電電流[Ａ]は、次の式(１)で算出される。
【００４３】
(ＳＭＡ平均電流)＝Vout／Rsma×(５０／１００)×(thin／１００)・・・(１)：
よって、間引きパルスのデューティ比thin[％]についても、上式(１)で算出されるＳＭＡ１５の平均通電電流が図２に示す電流値Ｉ１〜Ｉ２の範囲内になるように設定する必要がある。
【００４４】
以上のようなＰＷＭ制御が行われる駆動装置１の動作について詳しく説明する。
【００４５】
図４および図５は、駆動装置１の駆動パルスを説明するための図である。ここで、図４(ａ)および図５(ａ)は、ＳＭＡ１５ａに対する印加電圧の信号波形Ｎａ１、Ｎａ２を示しており、図４(ｂ)および図５(ｂ)は、ＳＭＡ１５ｂに対する印加電圧の信号波形Ｎｂ１、Ｎｂ２を示している。
【００４６】
駆動制御部２においては、可動部１４の目標位置に基づきＳＭＡ１５の駆動パルス(第１制御信号)が駆動パルス出力部３３で生成されるが、上記の基準バイアス電流に相当する駆動パルス信号として図４に示す信号波形Ｎａ１、Ｎｂ１を作成することとする。これらの信号波形Ｎａ１、Ｎｂ１については、ＳＭＡ１５ａおよびＳＭＡ１５ｂにほぼ同量の電流を投入するようにデューティ比決定部３２で決定されるデューティ比を５０％に設定した駆動パルスとして形成されるとともに、一方がオン時には他方がオフとなる相補的な信号となっている。具体的には、図４(ａ)および図４(ｂ)に示すように各信号波形Ｎａ１、Ｎｂ１のオン時間は、各波形信号Ｎａ１、Ｎｂ１の１パルス周期ｔｍに対して半分の時間０.５ｔｍに設定される。ここで、駆動パルス信号のキャリア周波数(１／ｔｍ)は、例えば３ｋＨｚに設定されるが、このようにＳＭＡ１５の応答性に対して十分に高速な周波数に設定するのは、パルス信号そのものにＳＭＡ１５が追従しないようにするためである。
【００４７】
ここで、可動部１４を＋Ｘ方向(図１)に駆動させるには、図５に示す信号波形Ｎａ２、Ｎｂ２が駆動制御部２で生成される。すなわち、ＳＭＡ１５ａに対する信号波形Ｎａ２とＳＭＡ１５ｂに対する信号波形Ｎｂ２とについては、図４に示すデューティ比５０％の信号波形Ｎａ１に対して３０％分増加した８０％のデューティ比と、３０％分減少した２０％のデューティ比とに設定されるとともに、相補的な関係を保っている。
【００４８】
このような信号波形Ｎａ２、Ｎｂ２に基づく電圧の印加がＳＭＡ１５ａ、１５ｂに対して繰り返して行われることにより、ＳＭＡ１５ａの収縮動作が連続して行われるとともにＳＭＡ１５ｂが伸長して可動部１４が＋Ｘ方向に移動される。
【００４９】
以上のように駆動装置１では、可動部１４の目標位置に応じたデューティ比を有するパルス幅変調信号である駆動パルス信号を駆動パルス出力部３３で生成することにより、可動部１４の駆動が可能となっているが、この駆動パルスに対して更に間引き処理を施すことで、省電力化を図ることとする。
【００５０】
図６および図７は、駆動装置１における駆動パルスの間引きを説明するための図である。ここで、図６(ａ)および図７(ａ)は、ＳＭＡ１５への印加電圧を間引くためのパルス信号を示している。また、図６(ｂ)および図７(ｂ)は、ＳＭＡ１５ａに対する印加電圧の信号波形Ｑａ１、Ｑａ２を示しており、図６(ｃ)および図７(ｃ)は、ＳＭＡ１５ｂに対する印加電圧の信号波形Ｑｂ１、Ｑｂ２を示している。
【００５１】
駆動制御部２においては、図４および図５に示す駆動パルスに対して高周波のキャリア周波数を有する間引きパルス(第２制御信号)を間引きパルス出力部３５で生成し、この間引きパルスに基づく駆動パルスの間引き処理を行ってＳＭＡ１５への通電を行うが、これについて詳しく説明する。
【００５２】
駆動パルスの信号波形Ｎａ１〜２、Ｎｂ１〜２(図４、図５)に対して、間引きパルス出力部３５で生成される間引きパルスの信号Ｐｕ(図６(ａ)、図７(ａ))を重ね合わせる処理(論理積の演算)を行うことにより、図６(ｂ)および図７(ｂ)に示すＳＭＡ１５ａの駆動波形Ｑａ１〜２と、図６(ｃ)および図７(ｃ)に示すＳＭＡ１５ｂの駆動波形Ｑｂ１〜２とを生成する。このパルス信号Ｐｕのキャリア周波数(第２搬送周波数)については、図４および図５に示す駆動パルスのキャリア周波数(第１搬送周波数)より大きい周波数、例えば１０ｋＨｚに設定されている。また、図６(ａ)および図７(ａ)に示すオン信号の時間ｔ#onとパルス周期ｔａとの比率に対応する間引きパルス信号Ｐｕのデューティ比(thin[％])は、上記の式(１)で算出されるＳＭＡの平均通電電流が図２に示す電流値Ｉ１〜Ｉ２の範囲内に収まるように設定されている。
【００５３】
このようにパルス信号Ｐｕを利用して間引かれた信号波形Ｑａ１〜２、Ｑｂ１〜２に基づきＳＭＡ１５ａ、１５ｂに電圧を印加するため、パルス信号Ｐｕのオン時間とオフ時間との比率に応じた投入電力の削減を図れる。
【００５４】
以上のように駆動パルスと間引きパルスとから生成された駆動制御信号に基づきＳＭＡ１５への通電が行われるが、駆動装置１では、間引きパルスの搬送周波数が駆動パルスの搬送周波数の整数倍にならないように設定されている。この理由を以下で説明する。
【００５５】
図８は、間引きパルスの搬送周波数が駆動パルスの搬送周波数の整数倍となる一例を示す図であり、図９は、間引きパルスの搬送周波数が駆動パルスの搬送周波数の整数倍とならない一例を示す図である。
【００５６】
間引きパルスの搬送周波数については、例えば駆動パルスの搬送周波数が５０ｋＨｚに設定されている場合、この１／１０程度の分解能、つまりデューティ比を１０段階に変化させて精度良く間引くためには、上記の５０ｋＨｚの１０倍以上となる５００ｋＨｚ以上に設定するのが好ましい。しかしながら、電力供給回路４で使用する実際のドライバＩＣは、ＳＭＡ通電オン時の立上がりの遅れ時間が０.５μsec程度あるため、５００ｋＨｚに間引きパルスの搬送周波数を設定すると１パルスの１/４周期に相当する時間が立上がり時間に費やされてしまい、十分な応答性が得られないこととなる。
【００５７】
そこで、間引きパルスの搬送周波数を、０.５μsec程度の立上がり遅れ時間を有する電力供給回路４でも対応可能な１００ｋＨｚに設定する場合(以下では「整数倍ケース」ともいう)を考えると、例えば図８(ｃ)に示す信号波形Ｒａが生成される。この整数倍ケースでは、図８(ａ)に示すデューティ比８０％の駆動パルス(搬送周波数は５０ｋＨｚ)に対して図８(ｂ)に示す間引きパルスにより更に３０％に間引きされるが、目標とするトータルのデューティ比(以下では「目標デューティ比」ともいう)は計算上０.２４(＝０.８×０.３)となる。一方、この整数倍ケースでは、間引きパルスの搬送周波数は駆動パルスの搬送周波数の２倍(整数倍)であるため、両パルスのオン信号のタイミング(周期)が同期してしまう。これにより、図８(ｃ)のように実際に駆動制御部２から出力されるパルス信号波形Ｒａのトータルのデューティ比(以下では「出力デューティ比」ともいう)は０.１５(＝０.５×０.３)にとどまり、上記の目標デューティ比に対して約４０％の誤差が生じてしまう。
【００５８】
次に、間引きパルスの搬送周波数を、駆動パルスの搬送周波数(５０ｋＨｚ)の整数倍とならない８８ｋＨｚに設定する場合(以下では「非整数倍ケース」ともいう)を考えると、例えば図９(ｃ)に示す信号波形Ｒｂが生成される。この非整数倍ケースにおける目標デューティ比についても、上記の整数倍ケースと同様にデューティ比８０％の駆動パルスに対して図９(ｂ)に示す間引きパルスにより更に３０％に間引きされるため、０.２４(＝０.８×０.３)となる。一方、信号波形Ｒｂの出力デューティ比については、図８(ｃ)に示す整数倍ケースのように駆動パルスおよび間引きパルスにおけるオン信号のタイミングが同期しないため、例えば駆動パルスの３周期分の平均をとると０.２６５(＝(０.３＋０.２５＋０.３＋０.３＋０.２５)×０.５７／３)となり、整数倍ケースに比べて目標デューティ比との誤差が大幅に低減されることとなる。
【００５９】
以上の駆動装置１の動作により、間引きパルスの搬送周波数を駆動パルスの搬送周波数のｎ倍(ｎは２以上の整数)とならないように設定すれば両パルスのオン信号のタイミングが同期しないため、目標デューテイ比に対する出力デューティ比の誤差を抑制して、意図した駆動性能と実際の駆動性能との差異を低減できる。その結果、デューティ比の分解能を高く維持しつつ消費電力の低減を図れるため、可動部１４の良好な位置・速度制御が可能となる。
【００６０】
以下では、駆動装置１に係る効果について、具体的なシミュレーション結果を挙げて説明する。
【００６１】
図１０は、整数倍ケースのシミュレーション結果の一例を示す図である。また、図１１は、非整数倍ケースのシミュレーション結果の一例を示す図である。
【００６２】
図１０に示す折れ線グラフＤａは、駆動パルスおよび間引きパルスの搬送周波数をそれぞれ２ｋＨｚ、１０ｋＨｚに設定し、目標デューティ比を０から０.０５刻みで１まで変化させた場合における平均の出力デューティ比をプロットしたものである。この折れ線グラフＤａによれば、目標デューティ比が０.１〜０.２の間を変化しても、出力デューティ比は変化していない。これでは、可動部１４の目標位置が変化してもアクチュエータ１０への投入電力が同一となるため、良好な位置・速度制御が困難となる。
【００６３】
また、折れ線グラフＥａは、折れ線グラフＤａに示す出力デューティ比と目標デューテイ比Ｄｏとの誤差を表しているが、最大５.２５[％]の誤差が発生していることが分かる。
【００６４】
一方、図１１に示す折れ線グラフＤｂは、駆動パルスおよび間引きパルスの搬送周波数をそれぞれ３ｋＨｚ、１０ｋＨｚに設定し、図１０と同様に目標デューティ比を０から０.０５刻みで１まで変化させた場合における平均の出力デューティ比をプロットしたものである。この折れ線グラフＤｂにおいては、上記の整数倍ケースのように目標デューティ比が異なる場合でも出力デューティ比が同一になることがないため、可動部１４に対する良好な位置・速度制御が可能となる。
【００６５】
また、折れ線グラフＥｂは、折れ線グラフＤｂに示す出力デューティ比と目標デューテイ比Ｄｏとの誤差を表しているが、誤差が最大１.２５[％]にとどまり、上記の整数倍ケースに比べて大幅に改善されていることが分かる。
【００６６】
以上のようなシミュレーション結果によっても、間引き周波数の搬送周波数を駆動パルスの搬送周波数に対して整数倍とならないように設定すれば、目標デューテイ比に対する出力デューティ比の誤差を低減できることが分かる。
【００６７】
＜変形例＞
◎上記の実施形態におけるアクチュエータの構成については、２本のＳＭＡを可動部に対してプッシュプル配置とするのは必須でなく、例えば収縮方向に付勢力を与えるコイルバネのような１つの弾性部材と１本のＳＭＡとをプッシュプル配置としても良い。
【００６８】
◎上記の実施形態におけるアクチュエータについては、ＳＭＡを有するのは必須でなく、例えばＤＣモータを有しても良い。ＤＣモータをＰＷＭ駆動によりサーボ制御する場合にも、上述のように間引きパルスの搬送周波数を駆動パルスの搬送周波数の整数倍とならないようにすれば、目標デューテイ比に対する出力デューティ比の誤差を低減できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態に係る駆動装置１の構成を説明するための図である。
【図２】ＳＭＡ１５における通電電流と変位との関係を示す図である。
【図３】駆動制御部２の機能構成を示すブロック図である。
【図４】駆動装置１の駆動パルスを説明するための図である。
【図５】駆動装置１の駆動パルスを説明するための図である。
【図６】駆動装置１における駆動パルスの間引きを説明するための図である。
【図７】駆動装置１における駆動パルスの間引きを説明するための図である。
【図８】間引きパルスの搬送周波数が駆動パルスの搬送周波数の整数倍になる一例を示す図である。
【図９】間引きパルスの搬送周波数が駆動パルスの搬送周波数の整数倍にならない一例を示す図である。
【図１０】整数倍ケースのシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１１】非整数倍ケースのシミュレーション結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  駆動装置
２  駆動制御部
３  制御回路
４  電力供給回路
１０  アクチュエータ
１４  可動部
１５、１５ａ、１５ｂ  形状記憶合金(ＳＭＡ)
３２  デューティ比決定部
３３  駆動パルス出力部
３４  間引き量決定部
３５  間引きパルス出力部
４１、４１ａ、４１ｂ  電力供給部
４２、４２ａ、４２ｂ  論理合成部
４３  論理反転部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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