(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石または永久磁石からなる固定子と、永久磁石または電磁石を備えた振動子と、電磁石の巻線への駆動電流を制御する制御部とを備えて、固定子に対して振動子を往復振動させるリニア振動モータの駆動制御方法であって、振動子の変位または速度または加速度の検出のための検出手段として、振動子の振動に伴って起電圧が発生する上記巻線を用いるとともに、該巻線で生じる起電圧の検出を巻線に駆動電流及び励磁電流が流れていないオフ期間に行って、検出した起電圧が２つの以上の所定の検出電圧に達する時間の時間差から振動子の変位または速度または加速度を検出することを特徴とするリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項２】
巻線の起電圧の零電圧検出を振動子の折り返しタイミングとすることを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項３】
オフ期間を振幅の１サイクル中の一定期間または振幅の複数サイクル中の１サイクルの中の一定期間とすることを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項４】
巻線への駆動電流供給を半サイクルとし、残る半サイクルをオフ期間とするとともに、出力の半サイクルと検出の半サイクルとを１サイクル中で漸次入れ変えることを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項５】
巻線への駆動電流出力をＰＷＭで行うとともに、最大出力幅を制限することでオフ期間を設けることを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項６】
巻線への駆動電流出力を、振動子の片方向駆動についてはＰＷＭで行い、他方向駆動については固定出力で行うとともに、固定出力幅をオフ期間を備えたものとすることを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項７】
振幅の著しい低下に伴ってオフ期間を設けることを停止することを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項８】
電源電圧を検出してその電圧値に応じて巻線への駆動出力を２段階以上に変化させることを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項９】
電源電池の残容量を検出してこの残容量に応じて巻線への駆動出力を２段階以上に変化させることを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項１０】
駆動出力を変化させるタイミングは、モータ駆動の一旦停止後としていることを特徴とする請求項８または９記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項１１】
駆動停止中の電圧の回復や電池残容量の上昇は無視することを特徴とする請求項１０記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項１２】
駆動出力の変化を多段階として駆動出力の変化ステップを小さくするとともにモータ駆動中に巻線への駆動出力を変化させることを特徴とする請求項８または９記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項１３】
巻線の起電圧の３点以上の電圧値の検出から異常動作による折り返し時点の変動時間を検出することを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項１４】
振動周波数を検出して記憶する手段を設けて、逐次検出する周波数と記憶した周波数とを比較し、その差から異常動作による折り返し時点の変動時間を検出することを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項１５】
異常動作による変動に対して駆動出力電流が変動しないように補正することを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項１６】
異常動作による変動に対して駆動出力電流を低下させることを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項１７】
異常動作による変動に対して検出した振動周波数に補正して駆動制御することを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【請求項１８】
異常動作による変動に対して異常動作を表示手段で報知することを特徴とする請求項１記載のリニア振動モータの駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁石または永久磁石からなる固定子と、永久磁石または電磁石を備えた振動子と、電磁石の巻線への駆動電流を制御する制御部とを備えて、固定子に対して振動子を往復振動させるリニア振動モータの駆動制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リニア振動モータにおいては往復振動を行う振動子の動作方向と振動子の駆動方向とを同調させて駆動することが必要となるが、この時、振動子の振幅の変位や速度乃至加速度を検出するにあたっては、従来、特開平７−１３４４４１号公報に示されているように、モータに振動子の動きを検出する磁気的もしくは光学的なセンサーを別途取り付けていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、別途センサーが必要であってコストを低減することが困難であり、またモータにもセンサーの取り付けスペースを設けなくてはならず、小型化への対応も困難である。
【０００４】
リニア振動モータ以外のモータでは、特開昭６２−２８５６５５号公報に示されたもののように、２つ以上設けた駆動巻線のうちの１つを利用してモータ速度を検出することが開示されており、特開昭４９−７７１１号公報のボイスコイルモータでは巻線の逆起電圧と静止時に等価な回路の電圧を求め、その２つの電圧差から速度を検出することが示されており、この電圧検出にあたってはモータと直列に接続した抵抗に流れる電流によって発生する電圧を検出している。
【０００５】
これらにおいても、２つ以上の巻線を必要としたり、電圧検出のために別の回路を必要としており、コストを低減する点で問題を有している上に、抵抗を挿入して電圧検出を行う場合、抵抗によってモータに供給される電力が低下し、モータの効率が低下することにもなる。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは低コストで確実に駆動制御を行うことができるリニア振動モータの駆動制御方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、電磁石または永久磁石からなる固定子と、永久磁石または電磁石を備えた振動子と、電磁石の巻線への駆動電流を制御する制御部とを備えて、固定子に対して振動子を往復振動させるリニア振動モータの駆動制御方法であって、振動子の変位または速度または加速度の検出のための検出手段として、振動子の振動に伴って起電圧が発生する上記巻線を用いるとともに、該巻線で生じる起電圧の検出を巻線に駆動電流及び励磁電流が流れていないオフ期間に行って、検出した起電圧が２つの以上の所定の検出電圧に達する時間の時間差から振動子の変位または速度または加速度を検出することに特徴を有している。
【０００８】
リニア振動モータの駆動部の巻線には振動子の往復動に応じて図２に示すように、正弦波状の起電圧が生じる。この波形はリニア振動モータの振動周波数と同一周波数であり、リニア振動モータの速度が大きくなるにしたがって起電圧も大きくなるために、リニア振動モータの駆動状態を検出するのに十分な検知手段となる。たとえば正弦波状の起電圧がゼロ点と交差する点では、リニア振動モータの速度がゼロであることを意味するために、振動方向が切り替る折り返し点であることがわかる。
【００１０】
また、図４の様に折り返しの時点から所定の電圧に達するまでの時間ｔ1、ｔ2を測定する事により、振幅を求めることができる。リニア振動モータは一定周波数で振動し、その振動子の位置及び速度はsinカーブで変化するため、所定の速度に達するのに要する時間ｔ1、ｔ2でもってsinカーブを特定することができるものであり、これにより振幅に応じたリニア振動モータの制御を行うことができる。
【００１１】
もっとも、リニア駆動部の巻線は駆動電流が供給されるものであり、このために実際には巻線に発生する電圧はモータから発生する起電圧だけではなく、モータヘの電流による電圧も発生する。従って巻線に電流が流れているときに起電圧の検出を行うと誤った情報を検出してしまうことになる。たとえば折り返し点の検出をする際に、起電圧がゼロ点とクロスするタイミングを測定しようとしても、図５に示すように電流が流れている期間を検知時間の中に含めると、電流による影響で測定電圧が変化し、折り返し点以外のタイミングで起電圧がゼロ点とクロスする場合が生じ、このために誤った情報が検出されてしまう。そこで電流の流れていない時間に限って巻線からの情報を検出することにより、誤情報の検出を防ぐことができる。
【００１２】
ここにおいて、巻線に電流が流れていない時間に巻線からの情報を検出するためには、巻線に電流が流れていない時間を設ける必要がある。従来のリニア振動モータにおけるＰＷＭ出力の場合では、確実に電流が流れていない時間というものが存在していないため、電流が流れていない時間に巻線からの情報を検出することは困難である。そこで図６の様にＰＷＭ出力のＭａｘ値を規定することにより電流の流れる時間を絞り込み、電流の流れない時間ｔncを設けることによって巻線に電流の流れていない時間に限って巻線からの情報を検出することが可能となる。
【００１３】
このほか、リニア振動モータの振動の１往復の中において出力が２回あるうちの片側の出力は従来通りのＰＷＭ出力とし、もう片方の出力は一定出力の固定出力（図７中のイ）として、固定出力の後の残り時間ｔncの間に巻線の起電圧を測定してもよい。この場合、両方向の出力のＭａｘ値を制限しなくても良い分だけ出力を大きくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図１はリニア振動モータの一例を示しており、巻線１１を備えた固定子１と、永久磁石２０を備えた振動子２、振動子２を保持するフレーム３、振動子２とフレーム３との間に懸架されたばね４、巻線１１に駆動電流を供給する制御出力部５、巻線１に生じる起電圧から振動子２の振幅を検出する振幅検出部５０とからなり、制御出力部５は振幅検出部５０の出力をもとに巻線１１への駆動電流をＰＷＭ制御する。
【００１５】
振幅検出部５０は、図８に示すように、巻線１１の両端電圧を増幅回路５１で増幅し、比較回路５２で零電圧の基準電圧Ｖ０と比較して同電圧となった時間Ｔ０を振幅の折り返し点として判断する。比較回路５３では基準電圧Ｖ０より所定電圧低い基準電圧Ｖ１と比較して同電圧となった時間Ｔ１を検出し、Ｔ１〜Ｔ０までの時間差Ｔｓを検出して、この時間差Ｔｓを元に振幅換算回路５４が振幅を求める。
【００１６】
さらに詳しく説明すれば、図９に示すように、リニア振動モータの振幅が左右の両端位置となり、速度が零となる点では起電圧も零となり、振幅動作の折り返し点として判断することができ、時間Ｔ０を振幅の折り返し点として検出する。また起電圧は、電磁力と振幅と周波数により決定され、ここでの変動は振幅のみにて、振幅が大きくなれば起電圧も大きくなる関係にある。振幅が大きくなると検出した時間差Ｔｓは短くなり、振幅が小さくなれば長くなる。この関係を用い、振幅換算部５４で時間差を振幅として判断する。
【００１７】
検出した折り返し点にあわせて出力電流の出カタイミングを制御し、振幅の位相にあわせた出力と共振周波数に同期した駆動が可能となる。図示例では折り返し点から時間Ｔｃ後にスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４を時間Ｔａの間オンし、反対方向の振幅は時間Ｔｄ後にスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を時間Ｔｂの間オンして出力電流を流している。振幅を一定に制御するために時間差Ｔｓに応じて時間Ｔａ，Ｔｂの間、ＰＷＭ制御する。
【００１８】
振幅を時間差Ｔｓで換算して検出したが、電圧差で検出することも可能である。出力Ｔｂ後の巻線１１の励磁電流が零に達した後の所定時間Ｔ３の起電圧Ｖ３所定時間Ｔ４での起電圧Ｖ４を検出し、起電圧Ｖ３，Ｖ４の電圧差Ｖｓで振幅を判断するのである。これは図８に示した比較回路５２，５３をＡ／Ｄ回路に変更することで対応することができる。
【００１９】
もっとも、時間差Ｖｓで検出する場合、折り返し点の検出と同回路で構成することができるために、構成がより簡単となる。電圧差Ｖｓで検出する場合は検出領域内で必ず検出できる点において有利である。時間差Ｔｓは振幅が著しく低下すると検出困難となる。
【００２０】
上記検出は片方向のみとしたが、両方向で行ってもよい。ただし片方向のほうが最大出力が大きく、振幅及び推進力を稼ぐことができる。振幅及び推進力をさらに稼ぐために、出力オフｔnc期間を設けることによる振幅の検出動作を、図１０に示すように振幅の何サイクルかに１度行うようにしてもよい。
【００２１】
また、片方向のみ出力をカットすると、左右方向出力アンバランス発生で出力電流にロスが生じるが、図１１に示すように、１サイクルごとに左右出力と検出領域ｔncの左右反転を行うと、ロスの発生を防ぐことができる。
【００２２】
上記左右反転と何サイクルかに１サイクル検出することとを組み合わせてもよい。図１２はこの場合を示している。
【００２３】
大電流を必要とする起動時（図１３）や過負荷時の振幅低下時（図１４）は最大出力幅を所定時間出力するものとして、少しでも多くの推進力を確保し、この間、振幅検出動作は行わないことが望ましい。
【００２４】
以上のように、巻線に電流を流して磁界を発生させることで永久磁石を備えた振動子を駆動し、適時電流の流れる方向を変化させることにより振動子に振動させるとともに、振動子の動きを巻線に生じる起電圧をもとに検出して駆動制御部にその信号を伝達してフィードバックを行うことにより電流の流れる方向や電流量を制御する。図１５はこのためのブロック回路図を示している。
【００２５】
ここにおいて、モータの駆動時に電源電圧が変化した場合、モータの振幅を検出してフィードバックを行っている駆動制御部において巻線に流れる電流の時間幅を同じにしたとしても、電源からモータへの電力供給量が変化することから振幅が変化してしまうことになる。
【００２６】
この場合、モータへの出力を変化させる手段として、振幅を検出して出力を変化させるフィードバック制御に加えて電圧変化による出力のフィードバックを行うとよい。図１６はこの場合の一例を示しており、電源電圧と基準電圧の比較を電源電圧検出部で行い、基準電圧以上であるか以下であるかの結果を駆動制御ブロックに伝達し、駆動制御ブロックで電圧に応じてモータ駆動出力を変化させている。
【００２７】
図１７に示すように、電源が電池であり且つ駆動制御ブロックに電池残容量カウンターを設けているものにおいては、電源電圧の直接検出値に代えて電池残容量カウンタの値を代用し、電池残容量が低下してくると電圧が低下していると見なして出力の変更を行うようにしてもよい。
【００２８】
図１８は、図１６に示したものと同様に、電源電圧検出部で電源電圧と基準電圧の比較を行い、その結果を駆動制御ブロックに伝達しているが、駆動制御ブロックではこの比較結果を一旦バッファに蓄積し、駆動開始時にバッファ内容を確認することによって出力の変更を行うようにしたものを示している。駆動出力を変化させるタイミングをモータ駆動の一旦停止後としているのは、モータ駆動中の振幅変化は使用者に違和感を抱かせるからである。
【００２９】
また、図１９に示すように、上記バッファの内容に対して、電圧低下を検出した場合には内容を記憶させておいて、停止中に電圧が回復しても電圧低下を検出した状態で駆動を行うようにしてもよい。つまり、駆動停止中の電圧の回復や電池残容量の上昇は無視するのである。
【００３０】
図２０に示すように、電源電圧と比較する基準電圧を多数用意して、これらの比較結果をもって出力を変化させれば、わずかな電圧変動に対する出力の変化を行うことになるため、出力の変化幅を小さくすることができる。そして、出力の変化幅を小さくすることにより、駆動中に変化させた場合における振幅の変化を小さくすることができる。例えば電気かみそりに用いた場合、駆動中に大きく振幅が変化すると使用者に違和感を与えることになるが、振幅の変化が小さい場合には違和感が少ないため、極めて細かく出力を変化させることにより駆動中に出力変化をさせても全く違和感のないものとすることができる。また、このように制御すればリアルタイムに電圧変化による振幅の変動に対応させることができる。
【００３１】
電池残容量カウンタを備えたものにおいても、残容量を細かくカウントしていれば、そのカウントの上位の何桁かを用いることにより容易に多段階の状態分けを行うことができ、状態に応じて出力を変化させることで電圧検出と同様に、リアルタイムに電圧変化による振幅変化に対応させることができる。
【００３２】
そして、リニア振動モータの振動子に負荷が異常にかかると振幅運動が一定の周期で行われなくなり、特に図２２に示すように振幅の折り返し時点で振幅運動に遅れが生じ、巻線に発生する起電圧に歪みが生じる。この場合、起電圧の検出を３点以上で行い、起電圧の電圧値が一定の変動値で変化していない(直線性の低下)場合、起電圧に歪みが発生したものと判断することができるとともに歪み量により異常負荷を検出することができる。起電圧の検出を零電圧のＡ点と一定電圧差の検出点Ｂ，Ｃの３点の時間差により起電圧の直線性(歪み)を検出することができ、振幅をＡ，Ｃ点間の時間差により振幅速度として検出して振幅速度が一定となるように出力を制御することができる。ただし、起電圧に歪みが生じると振幅速度に誤差が生じ、正確な振幅速度が測定できず、振幅を一定に保てない。従って起電圧の歪みを検出した場合、その検出した歪み量に応じて出力を補正して、振幅を一定に保つ。 Ｂ，Ｃ点の検出をＡ点から一定時間差の検出Ｂ，Ｃ点の３点の起電圧の電圧差により、起電圧の直線性(歪み)を検出してもよい。
【００３３】
また、Ａ点の１サイクル間の測定で動作周波数を測定し、初期周波数を記憶部に記憶して、逐次測定する周波数と比較し、比較した差から出力を補正して振幅を一定に保ってもよい。図２３はこの場合の一例を示している。
【００３４】
起電圧の歪みを検出した場合、負荷が異常にかかったと判断し、安全のために検出して歪みに応じて出力を補正して振幅を低下させても良い。
【００３５】
逐次測定する周波数が、記憶部に記憶した初期周波数のモータ固有周波数と異なる場合には、出力をモータ固有周波数にあわせて行えるように、出力タイミングを補正する。
【００３６】
また、起電圧の直線性(歪み)を検出した場合、表示部に異常負荷がかかったことを表示して使用者に注意を促すことができるようにすることも好ましい。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、駆動のための駆動電流が供給される巻線を用いて振動子の変位を検出するために、別途センサーを設ける必要がなく、また巻線を２つ以上設けたりする必要もなく、低コストで且つ駆動制御を行うことができる上に、センサーを設けるスペースが不用であるために、小型化にも有利なものである。
【００３８】
また、起電圧が２つの以上の所定の検出電圧に達する時間の時間差から振動子の変位または速度または加速度を検出したりするために、振動子の動きを的確に検出して適切な制御を行うことができる。
この場合、巻線の起電圧の零電圧検出を振動子の折り返しタイミングとすればよい。
【００３９】
そして、オフ期間は振幅の１サイクル中の一定期間とすればよいが、振幅の複数サイクル中の１サイクルの中の一定期間とすることでオフ期間を設けることによる振幅や推進力の低下を防ぐことができる。
【００４０】
巻線への駆動電流供給を半サイクルとし、残る半サイクルをオフ期間とするとともに、出力の半サイクルと検出の半サイクルとを１サイクル中で漸次入れ変えると、左右方向出力のアンバランスによるロスを無くすことができる。
【００４１】
オフ期間を設けることについては、巻線への駆動電流出力をＰＷＭで行うとともに、最大出力幅を制限することでオフ期間を設けることができるほか、巻線への駆動電流出力を、振動子の片方向駆動についてはＰＷＭで行い、他方向駆動については固定出力で行うとともに、固定出力幅をオフ期間を備えたものとすることで行うことができる。
【００４２】
振幅の著しい低下がある場合はオフ期間を設けることを停止し、最大出力幅を所定時間出力することができるようにしておくのが好ましい。
【００４３】
電源電圧を検出してその電圧値に応じて巻線への駆動出力を２段階以上に変化させると、電圧による振幅の変動を抑えることができる。
【００４４】
電源電池の残容量を検出してこの残容量に応じて巻線への駆動出力を２段階以上に変化させてもよく、この場合、改めて電圧を検出する必要がなくなる。
【００４５】
駆動出力を変化させるタイミングは、モータ駆動の一旦停止後としておくと、使用者に振幅の変化による違和感を感じさせることがなくなる。
【００４６】
この時、駆動停止中の電圧の回復や電池残容量の上昇は無視するようにしておくことで、電池の一時的回復を無視することができる。
【００４７】
駆動出力の変化を多段階として駆動出力の変化ステップを小さくすることで、モータ駆動中に巻線への駆動出力を変化させる際の使用者が感ずる違和感を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例のブロック図である。
【図２】振動子の変位と起電圧とのタイムチャートである。
【図３】振動子の変位と起電圧とのタイムチャートである。
【図４】振動子の変位と起電圧とのタイムチャートである。
【図５】振動子の変位と起電圧とのタイムチャートである。
【図６】振動子の変位と起電圧とのタイムチャートである。
【図７】振動子の変位と起電圧とのタイムチャートである。
【図８】同上の回路図である。
【図９】動作を説明するタイムチャートである。
【図１０】オフ期間の設定に関するタイムチャートである。
【図１１】オフ期間の設定に関するタイムチャートである。
【図１２】オフ期間の設定に関するタイムチャートである。
【図１３】オフ期間の設定に関するタイムチャートである。
【図１４】オフ期間の設定に関するタイムチャートである。
【図１５】一例のブロック回路図である。
【図１６】他例のブロック回路図である。
【図１７】さらに他例のブロック回路図である。
【図１８】別の例のブロック回路図である。
【図１９】さらに別の例のブロック回路図である。
【図２０】異なる例のブロック回路図である。
【図２１】他例のブロック回路図である。
【図２２】別の例の動作を示すタイムチャートである。
【図２３】他の例の動作説明図である。
【符号の説明】
１  固定子
２  振動子
１１  巻線
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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