(57)【要約】      （修正有）【課題】駆動回路を安価に構成することが可能な電磁アクチュエータの駆動方法を提供する。【解決手段】磁極３ａ，３ｂ，３ｃを有するコア４にコイル５を巻回することにより形成された固定子１と、磁極３ａ，３ｂ，３ｃの先端面に対し磁気ギャップを介して対向配置された永久磁石７を有し、磁極３ａ，３ｂ，３ｃとの対向方向と直交する方向に往復動自在に支持された可動子２とを備え、コイル５に交番電圧が印加されるのに伴い可動子２が往復動する電磁アクチュエータの駆動方法であって、制御周期の一方の半周期においてコイル５に交番電圧を印加し、他方の半周期においてコイル５に発生する誘導起電力を制御信号として用いる交番電圧のフィードバック制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁極を有するコアにコイルを巻回することにより形成された固定子と、前記磁極の先端面に対し磁気ギャップを介して対向配置された永久磁石を有し、当該磁極との対向方向と直交する方向に往復動自在に支持された可動子とを備え、前記コイルに交番電圧が印加されるのに伴い前記可動子が往復動する電磁アクチュエータの駆動方法であって、制御周期の一方の半周期において前記コイルに交番電圧を印加し、他方の半周期においてコイルに発生する誘導起電力を制御信号として用いる交番電圧のフィードバック制御を行うことを特徴とする電磁アクチュエータの駆動方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁アクチュエータの駆動方法において、前記他方の半周期においてコイルに発生する正弦波状の誘導起電圧を制御信号として用いることを特徴とする電磁アクチュエータの駆動方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電磁アクチュエータの駆動方法において、前記正弦波状の誘導起電圧が０から最大値になるまでの間、誘導起電圧を制御信号として用いることを特徴とする電磁アクチュエータの駆動方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の電磁アクチュエータの駆動方法において、前記正弦波状の誘導起電圧の最大値を制御信号として用いることを特徴とする電磁アクチュエータの駆動方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の電磁アクチュエータの駆動方法において、前記正弦波状の誘導起電圧の積分値を制御信号として用いることを特徴とする電磁アクチュエータの駆動方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載の電磁アクチュエータの駆動方法において、前記コイルに交番電圧を印加するインバータ回路を構成するトランジスタ回路をオン／オフ制御することにより、フライホイール効果を利用してコイルに交番電圧を印加することを特徴とする電磁アクチュエータの駆動方法。
【請求項７】
請求項６に記載の電磁アクチュエータの駆動方法において、前記インバータ回路を構成する上段及び下段のトランジスタ回路のオン時間、オフ時間、及びオン／オフの組み合わせを制御することを特徴とする電磁アクチュエータの駆動方法。
【請求項８】
請求項７に記載の電磁アクチュエータの駆動方法において、前記制御周期の一方の半周期において前記下段のトランジスタ回路をオフ状態に保持することを特徴とする電磁アクチュエータの駆動方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載の電磁アクチュエータの駆動方法において、前記誘導起電力の目標値との偏差を前記可動子の変位毎に算出し、算出された偏差に応じて制御出力のデューティ比を変化させることを特徴とする電磁アクチュエータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復動式の電気かみそりに適用して好適な、可動子に往復動を行わせる振動型の電磁アクチュエータの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、弾性体と質量を有する可動子の慣性によってエネルギーを変換，保存可能な共振系を駆動する駆動回路として、振動型の電磁アクチュエータの駆動回路が知られている。振動型の電磁アクチュエータは、コイルを有する固定子と、永久磁石を有する可動子と、固定子が固着されていると共にばねを介して可動子を往復動自在に支持するフレーム部とを備える。この振動型の電磁アクチュエータの駆動回路は、可動子の移動方向が反転する位置を示す信号（以下、位相基準信号と表記）、換言すれば、コイルに励磁される誘導起電圧が略ゼロになるタイミングを示す信号と、可動子の速度を示す信号（以下、速度信号と表記）、換言すれば、位相基準信号が検出されてから所定時間後の誘導起電圧とを制御信号として用いてコイルへの交番電圧の印加時間をセンサレスフィードバック制御することにより可動子を往復動させる。
【特許文献１】特開平７−２６５５６０号公報
【特許文献２】特開平７−３１３７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の駆動回路は、部品点数を削減すると同時にセンサ取付加工費を削減するために、上述の通り、誘導起電圧を制御信号として利用するセンサレスフィードバック制御を行っている。しかしながら、誘導起電圧を検出する場合、コイルに励磁電流又は環流電流が存在する間は誘導起電圧を正確に検出することができないために、位置基準信号が現れるタイミングを予測し、予測されたタイミングで位相基準信号に影響を与えない範囲で励磁を終わらせることにより、誘導起電圧の検出用の時間帯としての無励磁期間を設ける必要がある。またこの無励磁期間内において速度信号を検出する際には、位相基準信号が検出されてから所定時間後の誘導起電圧の微小変位を取得するために十分な電圧増幅とＣＰＵの処理速度が要求される。このため従来の駆動回路によれば、駆動回路を安価に構成することが難しい。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、駆動回路を安価に構成することが可能な電磁アクチュエータの駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る電磁アクチュエータの駆動方法は、複数の磁極を有するコアにコイルを巻回することにより形成された固定子と、磁極の先端面に対し磁気ギャップを介して対向配置された永久磁石を有し、磁極との対向方向と直交する方向に往復動自在に支持された可動子とを備え、コイルに交番電圧が印加されるのに伴い可動子が往復動する電磁アクチュエータの駆動方法であって、制御周期の一方の半周期においてコイルに交番電圧を印加し、他方の半周期においてコイルの誘導起電力を制御信号として用いる交番電圧のフィードバック制御を行う。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る電磁アクチュエータの駆動方法によれば、制御周期の一方の半周期においてのみコイルを励磁するので、コイルに交番電圧を印加するインバータ回路の部品点数を削減し、安価に構成することができる。また本発明に係る電磁アクチュエータの駆動方法によれば、時間，電圧精度，電流精度等の制約がなく制御信号を検出することができるので、センサ部品を削減することができる。またＣＰＵ等の制御回路への配線本数を減らすことができるので、制御回路を安価に構成することができる。従って本発明に係る電磁アクチュエータの駆動方法によれば、駆動回路を安価に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる電磁アクチュエータの構成について説明する。
【０００８】
〔電磁アクチュエータの構成〕
本発明の実施形態となる電磁アクチュエータは、図1(a),(b)に示すように固定子１と可動子２を主な構成要素として備え、固定子１は３つの磁極３ａ，３ｂ，３ｃを備えるＥ字形状のコア４の磁極３ｂにコイル５を巻回することにより形成されている。可動子２は、磁気ギャップを介して３つの磁極３ａ，３ｂ，３ｃの端面に対向配置され、永久磁石７とバックヨークとしての導磁体８を備える。可動子２は、バネ６ａ，６ｂによって、磁極３ａ，３ｂ，３ｃが並ぶ方向に往復動し、且つ、移動範囲の中央位置付近に復帰するように支持されている。永久磁石７は往復動方向である左右方向において異なる磁極を有する。永久磁石７の磁極の中心間の距離は磁極３ａと磁極３ｂ及び磁極３ｂと磁極３ｃの中心間の距離に略一致するように形成されている。永久磁石７の幅Ｗ１は、左右両端の磁極３ａ，３ｃの最大幅Ｗ２よりも小さく、また幅Ｗ１に可動子２のストローク量ＳＴを加えた値が最大幅Ｗ２以下（Ｗ２≧Ｗ１＋ＳＴ）になるように形成されている。
【０００９】
〔駆動回路の構成〕
電磁アクチュエータの駆動回路は、図2に示すように、可動子２の移動方向が反転する位置を示す位相基準信号と可動子２の速度を示す速度信号を検出する検出回路１１と、検出回路１１により検出された位相基準信号と速度信号に基づいてインバータ回路１２を制御することによりコイル５への交番電圧の印加時間を制御するＣＰＵ１３とを備える。検出回路１１は、図3に示すように、デュアルパッケージの一方のオペアンプＯＰ１により構成された増幅器ＡＭＰと、デュアルパッケージの他方のオペアンプＯＰ２とトランジスタ回路Ｔｒにより構成されたコンパレータＣＯＭＰを有する。増幅器ＡＭＰは、コイル２端部の電圧（入力端子ＩＮ１，ＩＮ２間の電圧）を抵抗Ｒ１の抵抗率により定義される増幅率で増幅出力した信号を速度信号としてオペアンプＯＰ２と出力端子ＯＵＴ１に出力する。コンパレータＣＯＭＰは位相基準信号を検出して出力端子ＯＵＴ２に出力する。なおＣＰＵ１３がＡＤポートや内蔵コンパレータを用いてオペアンプＯＰ１の反転入力と出力とを比較することによって位相基準信号を検出することによりコンパレータＣＯＭＰを省略してもよい。
【００１０】
インバータ回路１２は、図４に示すように、電源Ｖと、上段トランジスタ回路Ｔｒ１と、下段トランジスタ回路Ｔｒ２と、ダイオードＤとを備える。このインバータ回路１２では、図５（ａ）に示すように、上段トランジスタ回路Ｔｒ１と下段トランジスタ回路Ｔｒ２の双方がオン状態である場合、コイル５に交番電圧が印加され、図５（ａ）に示す状態から上段トランジスタ回路Ｔｒ１がオフ状態に切り換えられた場合には、図５（ｂ）に示すようにフライホイール効果によってコイル５に電流が環流する。そして図５（ｂ）に示す状態から下段トランジスタ回路Ｔｒ２がオフ状態に切り換えられると、図５（ｃ）に示すように無励磁状態になる。このように、インバータ回路１２は、上段トランジスタ回路Ｔｒ１と下段トランジスタ回路Ｔｒ２のオン時間、オフ時間、及びオン／オフの組み合わせを制御することにより、コイル５に印加する交番電圧を制御する。このような構成によれば、４つのトランジスタ回路を用いた従来のインバータ回路（フルブリッジ回路）によりもトランジスタ回路数を減らすことができるので、対応ドライバとＣＰＵ１３への配線本数を減らすことができる。
【００１１】
〔駆動方法〕
このような構成を有する電磁アクチュエータでは、コイル５に矩形波状の交番電圧が印加されると、磁極３ａ，３ｂ，３ｃが図1(a)に示す極性に励磁されている間は磁極３ａ，３ｂと永久磁石７との間の磁束による磁力によって可動子２に加振力が発生し、可動子２は図の左方向に移動する。一方、磁極３ａ，３ｂ，３ｃが図1(b)に示す極性に励磁されている間は磁極３ｂ，３ｃと永久磁石７との間の磁束による磁力によって可動子２に加振力が発生し、可動子２は図の右方向に移動する。またコイル５に交番電圧が印加されていない間は、可動子２はバネ６ａ，６ｂのバネ力によって移動範囲の中央位置に復帰する。このようにして、可動子２は交番電圧の印加に伴い左右に往復動することになる。
【００１２】
本実施形態では、図6に示すように、ＣＰＵ１３は、制御周期の一方の半周期においてコイル５に交番電圧を印加し、無励磁状態である他方の半周期において正弦波状の誘導起電圧（図6(b)参照）から位相基準信号（図6(c)参照）及び速度信号（図6(d)参照）を検出して制御信号として用いるフィードバック制御を行う。このような駆動方法によれば、制御周期の一方の半周期においてのみコイル５を励磁するので、既述の通り、コイル５に交番電圧を印加するインバータ回路１２の部品点数を削減し、駆動回路を安価に構成することができる。また時間，電圧精度，電流精度等の制約がなく制御信号を検出することができるので、センサ部品を削減することができる。またＣＰＵ１３への配線本数を減らすことができるので、制御回路を安価に構成することができる。また従来まではセンシングのために励磁されていなかった区間を励磁に利用することができるので、同一の入力電圧で出力性能を向上させることができる。
【００１３】
ＣＰＵ１３は、誘導起電圧が０から最大値になるまでの間、誘導起電圧を制御信号として用いることが望ましい。誘導起電圧が０から最大値になるまでの間は、従来制御の電圧差と比較して３〜４倍の電圧差が取得でき、変位１ｍｍあたりの電圧の変動差は５倍になる。従って、このような駆動方法によれば、増幅器ＡＭＰは従来の精度の約１／５の精度のものを用いればよく、検出回路１１を安価に構成することができる。またこの精度緩和によって従来回路ではできなかった制御方式の変更やＣＰＵ１３のコスト低減を実現できる。
【００１４】
ＣＰＵ１３は正弦波状の誘導起電圧の最大値を制御信号として用いてもよい。このような構成によれば、誘導起電圧の最大値を検出するだけで制御を行うことができるので、ＣＰＵ１３のコストを低減することができる。またＣＰＵ１３は正弦波状の誘導起電圧の積分値を制御信号として用いてもよい。このような構成によれば、誘導起電圧の最大値や部分電圧では検出することができない半周期の損失エネルギーを検出することができるので、制御精度が向上すると共にＣＰＵ１３やセンサのコストを低減することができる。
【００１５】
ＣＰＵ１３はこれら制御方式の少なくとも２つ以上を併用してもよい。またＣＰＵ１３は、図7に示すように、誘導起電力の目標値との偏差を可動子２の変位毎に算出し、算出された偏差に応じて制御出力のデューティ比を変化させてもよい。このような駆動方法によれば、可変調ＰＷＭ制御で必要な三角波をハードウェアではなく簡単なソフトウェアで構成できるので、コストを低減することができる。
【００１６】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態となる電磁アクチュエータの正面図である。
【図２】図１に示す電磁アクチュエータの駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す検出回路の内部構成を示す回路図である。
【図４】図２に示すインバータ回路の構成を示す回路図である。
【図５】図４に示すインバータ回路の動作を説明するための回路図である。
【図６】本発明の実施形態となる電磁アクチュエータの駆動方法を説明するためのタイミングチャート図である。
【図７】図６に示す電磁アクチュエータの駆動方法の変形例を説明するためのタイミングチャート図である。
【符号の説明】
【００１８】
１：固定子
２：可動子
３ａ，３ｂ，３ｃ：磁極
４：コア
５：コイル
６ａ，６ｂ：バネ
７：永久磁石
８：導磁体
【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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