(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るとともにばね支持されている可動子とを具備して、電磁石のコイルへの電流供給によって可動子をばね負荷に抗して移動させることで可動子に往復振動を行わせる振動型リニアアクチュエータにおいて、ばねと可動子とからなるばね振動系の固有振動数を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいてコイルに供給する電流パルスの周波数を決定して以降はこの周波数で駆動を行う制御手段とを備え、上記検出手段及び制御手段は上記ばね振動系の設計上の固有振動数を駆動周波数として起動させた後、可動子の振動振幅が所定値以上となった時点で駆動周波数をいったん下げ、その後、駆動周波数を漸次高くして固有振動数の検出を行うものであることを特徴とする振動型リニアアクチュエータ。
【請求項２】
固有振動数の検出手段及び制御手段は、可動子の振幅の検知手段を備えて、コイルに供給する電流パルスの周波数を漸次変化させた時の振幅値の変化から固有振動数を求めて駆動周波数を決定するものであることを特徴とする請求項１記載の振動型リニアアクチュエータ。
【請求項３】
振幅値が最大となる時点の周波数を駆動周波数とすることを特徴とする請求項２記載の振動型リニアアクチュエータ。
【請求項４】
振幅値が所定値以上となる時点の周波数を駆動周波数とすることを特徴とする請求項２記載の振動型リニアアクチュエータ。
【請求項５】
固有振動数の検出手段及び制御手段は、コイルに供給する駆動電流の電流値測定手段を備えて、コイルに供給する電流パルスの周波数を漸次変化させた時の駆動電流値の変化から固有振動数を求めて駆動周波数を決定するものであることを特徴とする請求項１記載の振動型リニアアクチュエータ。
【請求項６】
駆動電流値が最小となる時点の周波数を駆動周波数とすることを特徴とする請求項５記載の振動型リニアアクチュエータ。
【請求項７】
駆動電流値が所定値以下となる時点の周波数を駆動周波数とすることを特徴とする請求項５記載の振動型リニアアクチュエータ。
【請求項８】
固有振動数はコイルへの電流供給の休止状態下で求めることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の振動型リニアアクチュエータ。
【請求項９】
コイルへの電流供給の休止状態の後期に固有振動数を求めることを特徴とする請求項８記載の振動型リニアアクチュエータ。
【請求項１０】
検出した固有振動数が所定範囲にない時、駆動電流パルスのパルス幅を小さくすることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の振動型リニアアクチュエータ。
【請求項１１】
検出した固有振動数が所定範囲にない状態が所定時間以上連続する時、コイルへの電流供給を停止することを特徴とする請求項１０記載の振動型リニアアクチュエータ。
【請求項１２】
検出した固有振動数が所定時間以上変化しない時、コイルへの電流供給を停止することを特徴とする請求項１記載の振動型リニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は往復振動を生成するための振動型リニアアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
往復式電気かみそり用の振動型リニアアクチュエータとして、特開平８−３３１８２６号公報には、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るとともにばねで支持されている可動子とからなるものが示されている。そして、この振動型リニアアクチュエータでは、ばね支持されているためにばね振動系として構成されている可動子をばね振動系の固有振動数（共振周波数）で振動させることで、駆動に必要なエネルギーの低減を図るとともに、可動子の変位、速度、加速度のうちの少なくとも一つを検出する検出手段の出力に応じて電磁石のコイルへの供給電力を制御することで、負荷変動があっても一定振幅の振動を保たせることができるものが示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようなフィードバック制御を行うものは、負荷変動が激しいものに対しては有効であるが、可動子の毎回の振幅を検出して電磁石のコイルへの供給パルス幅を制御することで振幅を一定に保つ制御を行うものであり、負荷変動が小さい機器に用いるにはコスト的に問題がある。
【０００４】
振幅を一定とするためのフィードバック制御をかけずに、予め設定した振動数に合わせたタイミングで固定の出力量を加えることで、コストは下げることができるが、ばねを含めた振動系はその個体差により固有振動数にどうしてもばらつきが出てしまうことから、固定の周波数で制御したのでは、固有振動数と制御周波数とが合わず、駆動効率が悪くなって電力消費が増えたり可動子の振動が所定の振幅に達しない状態となる。また、ばねが共振点から外れて動作するために、ばねの寿命が短くなるという問題がある。
【０００５】
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振幅フィードバック無しで制御する場合にも駆動効率を高くすることができる振動型リニアアクチュエータを提供するにある。
【０００６】
【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るとともにばね支持されている可動子とを具備して、電磁石のコイルへの電流供給によって可動子をばね負荷に抗して移動さばねと可動子とからなるばね振動系の固有振動数を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいてコイルに供給する電流パルスの周波数を決定して以降はこの周波数で駆動を行う制御手段とを備え、上記検出手段及び制御手段は上記ばね振動系の設計上の固有振動数を駆動周波数として起動させた後、可動子の振動振幅が所定値以上となった時点で駆動周波数をいったん下げ、その後、駆動周波数を漸次高くして固有振動数の検出を行うものであることに特徴を有している。ばね振動系の固体差によるばらつきの影響を受けることなく、ばね振動系をその固有振動数で振動させることができる。
【０００７】
固有振動数の検出手段及び制御手段としては、可動子の振幅の検知手段を備えて、コイルに供給する電流パルスの周波数を漸次変化させた時の振幅値の変化から固有振動数を求めて駆動周波数を決定するものを好適に用いることができる。この場合、振幅値が最大となる時点の周波数を駆動周波数とするほか、振幅値が所定値以上となる時点の周波数を駆動周波数とするようにしてもよい。
【０００８】
また、固有振動数の検出手段及び制御手段には、コイルに供給する駆動電流の電流値測定手段を備えて、コイルに供給する電流パルスの周波数を漸次変化させた時の駆動電流値の変化から固有振動数を求めて駆動周波数を決定するものも好適に用いることができ、この場合、駆動電流値が最小となる時点の周波数を駆動周波数とするほか、駆動電流値が所定値以下となる時点の周波数を駆動周波数とするようにしてもよい。
【０００９】
固有振動数はコイルへの電流供給の休止状態下で求めることが好ましく、さらにはコイルへの電流供給の休止状態の後期に固有振動数を求めることが好ましい。
【００１０】
検出した固有振動数が所定範囲にない時、駆動電流パルスのパルス幅を小さくするようにしてもよく、しかも検出した固有振動数が所定範囲にない状態が所定時間以上連続する時、コイルへの電流供給を停止すると、無駄な電力消費を避けることができる。
【００１１】
また、検出した固有振動数が所定時間以上変化しない時、コイルへの電流供給を停止しても、無負荷状態の無駄な駆動を避けることができるために無駄な電力消費を避けることができる。
【００１２】
【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２において、図中１はコイル１１を備えてフレーム３に固着されている固定子であり、フレーム３には左右一対のばね４，４によって支持された可動子２が取り付けられている。ばね４，４を撓ませることによって往復振動が可能となっている上記可動子２は、固定子１との対向面に上記振動方向に磁極が並ぶ永久磁石２０を備えている。また、可動子２にはセンシング用磁石２９を取り付けてあり、フレーム３には該センシング用磁石２９の移動により電圧が誘起されるセンサーコイルをセンサー３９として取り付けてある。
【００１３】
固定子１のコイル１１に電流を流すとともにこの電流の向きを所定周期で切り換えることによって、可動子２に往復振動を行わせることができる。なお、コイル１１への電流供給は、可動子２を一方向に駆動させる方向の電流だけとし、可動子２の逆方向移動はばね４のばね力によって行わせるものであってもよい。
【００１４】
ここで、ばね４とこのばね４によって支持されている可動子２は、固有振動数ｆ０＝（１／２π）・（ｋ・Ｍ）1/2（定数ｋはばね４のばね力及び磁気力の水平方向成分で定まり、質量Ｍは可動子２とこの可動子２に取り付けられた部材の合計で定まる）を有するばね振動系を構成するものであり、上記の電流供給によるところの駆動にあたり、固有振動数ｆ０に一致する周波数で駆動することにより、上記ばね振動系は共振することになるために、効率のよい往復振動を可動子２に行わせることができる。
【００１５】
しかし、前述のように、ばね４の固体差や質量Ｍのばらつきなどで、固有振動数ｆ０も個体差を持つために、駆動の周波数を設計値に基づく一定値にしたのでは、前述のように問題が残ることから、ここではばね振動系の固有振動数を起動初期に検出して、この振動数に合致する周波数で固定幅Ｔの駆動パルス電流をコイル１１に流すようにしている。
【００１６】
固有振動数ｆ０の検出は、図３に示すように、上記センサー３９の出力から振幅と周波数を検出することで行っている。すなわち、コイル１１に駆動電流パルスを供給して可動子２の往復振動を行わせたならば、センサー３９には図４に示すような出力が生じるが、この時、可動子２の振幅が大きくて最大速度及び加速度が大きいほど、センサー３９の出力変化も大きくなることことから、可動子２の振幅を推定することができ、また周波数は周期ｔ０の逆数として検出することができる。
【００１７】
この時、駆動周波数ｆが固有振動数ｆ０に一致しておれば、図５に示すように、振幅が最大で電流も最小となるが、駆動周波数ｆが固有振動数ｆ０より高くても低くても振幅が小さくなるとともに駆動電流が増大する。なお、図６において、左側は駆動周波数ｆと固有振動数ｆ０の差が小さい時、右側は差が大きい時を示している。
【００１８】
次に図１に示す制御フローに基づいて動作を説明すると、設計上の固有振動数ｆ０を駆動周波数ｆとして起動させるとともに、固定幅Ｔの電流パルスを所定回数出力して、可動子２の振動振幅が所定値以上となった時点で、駆動周波数ｆｎをいったん下げる（図示のフローでは、駆動周波数ｆｎを初期値から−５している）。その後、駆動周波数ｆｎを漸次高くしながら、振幅Ｓｎが前回の振幅Ｓｎ−１より小さいかどうかを判断し、小さくなった場合は前回の振幅Ｓｎ−１が最大の振幅であったとして、その時の駆動周波数ｆｎ−１に固定して以降の駆動を行う。固定幅Ｔの電流パルスを駆動周波数ｆｎ−１でコイル１１に供給するのである。
【００１９】
図２に示すように、振幅Ｓｎが所定値Ｓｆ以上になれば固有振動数で振動しているとして、その時の周波数ｆｎで以降の駆動を行うようにしてもよい。
【００２０】
振幅Ｓｎから判断するのではなく、駆動電流値Ｉｎから判断するようにしてもよい。図７に示すように、駆動回路に電流検出抵抗Ｒを挿入して駆動電流を測定できるようにするとともに、図８に示すように、駆動周波数を漸次高くしていくにあたり、駆動電流値Ｉｎが前回の値Ｉｎ−１より大きくなれば、その前の駆動周波数ｆｎ−１に固定して、以降の駆動を行うのである。この場合においても、図９に示すように、駆動電流値Ｉｎが所定値Ｉｆ以下になれば固有振動数で振動しているとして、その時の駆動周波数ｆｎで以降の駆動を行うようにしてもよい。
【００２１】
なお、駆動状態で振幅及び周波数を測定すると、コイル１１への電力供給による影響を受けるために、実際の固有振動数よりも高いもしくは低い周波数で駆動することになってしまうことがある。この点を避けるには、図１０に示すように、コイル１１への電力供給の休止区間（１周期もしくは２周期の短い区間でよい）を設けて、この区間中にセンサー３９の出力からの振幅及び周波数測定を行うようにすればよい。
【００２２】
また、電力供給を休止したとしても、可動子２の振動周波数が直ちに変化するものではないことから、図１１に示すように、コイル１１への電力供給の休止区間を２周期以上とし、休止してから所定時間が経過して可動子２の振動が固有振動数に落ち着くのを待ち、その時点で上記測定を行い、この測定後にコイル１１への電力供給を再開するようにしてもよい。
【００２３】
ところで、振動型リニアアクチュエータを往復式電気かみそりの駆動源として用いた場合、可動子２に内刃駆動用の駆動子を取り付けることになるが、この駆動子から内刃を掃除などのために外した状態で動作させると、質量Ｍが小さくなるために、ばね振動系の固有振動数も変化することから、結果的に固有振動数で駆動することができず、駆動電流も増大してしまうことになる。
【００２４】
これを防ぐには、図１２に示すように、検出した周波数（固有振動数）ｆｎが所定の周波数Ｆｍａｘより大きかったり所定の周波数Ｆｍｉｎより低かった場合には、予め設定されている駆動電流パルス幅より小さな幅の駆動電流パルスをコイル１１に供給する状態に切り換えるとよい。これによって振幅を小さくして無駄なエネルギー消費や騒音を低減することができる。
【００２５】
また、内刃を外した状態で長時間動作させることは通常では考えられないことから、図１３に示すように、検出した周波数（固有振動数）ｆｎが所定範囲外にある状態が所定時間持続すれば、コイル１１への駆動電流パルスの出力を停止してしまうようにするのも好ましい。誤ってスイッチオンとした時に無駄に動作し続けることがないものである。
【００２６】
さらには、電気かみそりの駆動源として用いた場合には、駆動負荷が加わった状態が髭を剃っている状態であって、通常の状態である。そして、駆動負荷が加わることで振幅が低下すると周波数も多少変化する。従って、検出した周波数ｆｎに全く変化がない状態が所定時間続けば、図１４に示すように、異常（たとえば鞄の中で誤ってスイッチが入ってしまった）であると判断して、駆動を停止するとよい。無駄なエネルギー消費を無くすことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、ばね振動系の固体差によるばらつきの影響を受けることなく、ばね振動系をその固有振動数で振動させることができるものであり、振幅フィードバックを行うものに比して、コスト的に安価でありながら、高い駆動効率を得ることができる。しかもばね振動系の設計上の固有振動数を駆動周波数として起動させた後、可動子の振動振幅が所定値以上となった時点で駆動周波数をいったん下げ、その後駆、動周波数を漸次高くしてことから、起動不良を招くことがない上に的確に駆動周波数を決定することができる。
【００２８】
固有振動数の検出手段及び制御手段としては、可動子の振幅の検知手段を備えて、コイルに供給する電流パルスの周波数を漸次変化させた時の振幅値の変化から固有振動数を求めて駆動周波数を決定するものを用いることで的確に駆動周波数を決定することができる。この場合、振幅値が最大となる時点の周波数を駆動周波数とするのが確実であるが、振幅値が所定値以上となる時点の周波数を駆動周波数としても、高い駆動効率を得ることができる。
【００２９】
また、固有振動数の検出手段及び制御手段には、コイルに供給する駆動電流の電流値測定手段を備えて、コイルに供給する電流パルスの周波数を漸次変化させた時の駆動電流値の変化から固有振動数を求めて駆動周波数を決定するものも、的確に駆動周波数を決定することができて好ましい。この場合も、駆動電流値が最小となる時点の周波数を駆動周波数とするのが確実であるが、駆動電流値が所定値以下となる時点の周波数を駆動周波数としても、高い駆動効率を得ることができる。
【００３０】
固有振動数はコイルへの電流供給の休止状態下で求めることで、コイルへの電力供給による影響を避けて正確な固有振動数の検出を行うことができる。さらにはコイルへの電流供給の休止状態の後期に固有振動数を求めることで、より確実に正確な固有振動数の検出を行うことができる。
【００３１】
検出した固有振動数が所定範囲にない時は、駆動電流パルスのパルス幅を小さくすることで、異常な状態での駆動時の電力消費を抑えることができる。しかも検出した固有振動数が所定範囲にない状態が所定時間以上連続する時、コイルへの電流供給を停止すると、無駄な電力消費を無くすことができる。
【００３２】
、また、検出した固有振動数が所定時間以上変化しない時、コイルへの電流供給を停止しても、無負荷状態の無駄な駆動を避けることができるために無駄な電力消費を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例におけるフローチャートである。
【図２】同上の他例のフローチャートである。
【図３】ブロック回路図である。
【図４】駆動時のタイムチャートである。
【図５】振動数と振幅と電流との関係を示す説明図である。
【図６】電流変化を示すタイムチャートである。
【図７】他例のブロック回路図である。
【図８】同上のフローチャートである。
【図９】他例のフローチャートである。
【図１０】別の例のタイムチャートである。
【図１１】さらに別の例のタイムチャートである。
【図１２】他例のフローチャートである。
【図１３】さらに他例のフローチャートである。
【図１４】別の例のフローチャートである。
【符号の説明】
１  固定子
２  可動子
１１  コイル
２０  永久磁石
【図１】
0003932741.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003932741.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003932741.tif 000008
【図８】
0003932741.tif 000009
【図９】
0003932741.tif 000010
【図１０】
0003932741.tif 000011
【図１１】
0003932741.tif 000012
【図１２】
0003932741.tif 000013
【図１３】
0003932741.tif 000014
【図１４】
0003932741.tif 000015