JPH05152125A - アクチユエータの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ストローク端で出力部材の速度を零とするこ
とによって作動音を極めて静粛にする。 【構成】 駆動の後半に、前半で加えた力積と大きさが
等しく方向が丁度逆になるように電流を反転させて所定
のストロークに到達した際の出力部材８の速度をほぼ零
に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車のドア
ロックの開閉用駆動源として利用される直動式のアクチ
ュエータに関し、特にその制御方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図５および図６は、自動車のドアロック
の開閉用駆動源として利用されるアクチュエータを例示
するものであって、図示するアクチュエータ５０は、円
筒形状をなし磁性体製で磁路形成用のヨーク５１の図５
中において下端縁に略円盤形状で中央にコア挿入用孔５
２ａを設けた磁性体製で磁路形成用のボトム５２が固定
してあり、前記ヨーク５１の図５中において上端縁に
は、略円盤形状で中央にコア挿通用孔５３ａを設けた磁
性体製で磁路形成用のトップ５３が固定してある。ま
た、前記ボトム５２のコア挿入用孔５２ａには、円柱形
状をなし磁性体製で磁路形成用のコア５４の基端側が組
付けてあり、コア５４の先端側がトップ５３のコア挿通
用孔５３ａに通してある。

【０００３】そして、前記ヨーク５１の内周側には、ヨ
ーク５１の軸方向に沿って離間させた円筒形状のマグネ
ット５５，５６が夫々固定してあり、これらマグネット
５５，５６の各々内側がＳ極そして外側がＮ極になる方
向に着磁してある。

【０００４】そしてまた、前記各マグネット５５，５６
とコア５４のあいだには、円柱形状をなし磁性体製の巻
き枠部５７ａを備えた出力部材５７が配設してあり、前
記巻き枠部５７ａの先端寄りがトップ５３のコア挿通用
孔５３ａとコア５４のあいだに挿通してある。

【０００５】前記出力部材５７には、トップ５３から図
５中の上方側に突出した巻き枠部５７ａの先端に負荷連
結部５７ｂが設けてあり、この負荷連結部５７ｂに図示
しないドアロック等の負荷を連結するようになってい
る。

【０００６】そしてさらに、前記出力部材５７の巻き枠
部５７ａには、この巻き枠部５７ａの軸方向に沿って離
間させたリード線巻き付け部５７ｃ、５７ｄが設けてあ
り、前記各リード線巻き付け部５７ｃ、５７ｄには、同
一方向のコイル状に巻数Ｎ１，Ｎ２で巻き付けたコイル
部５８，５９を有するコイル６０，６１が配設してあっ
て、前記各コイル部５８，５９の端部５８ａ，５８ｂ，
５９ａ，５９ｂに外部ターミナル６２，６３，６４，６
５が接続してある。

【０００７】このような構造をなすアクチュエータ５０
において、前記各外部ターミナル６２，６３，６４，６
５を介し各コイル６０，６１に対して図中に示す方向で
同電位の電流を図６に示す所定時間ｔ５０で供給する
と、マグネット５５のＮ極→ヨーク５１→トップ５３→
コア５４→巻き枠部５７ａ→マグネット５５のＳ極を通
るマグネット５５の磁力φ５５とマグネット５６のＮ極
→ヨーク５１→ボトム５２→コア５４→巻き枠部５７ａ
→マグネット５６のＳ極を通るマグネット５６の磁束φ
５６に対してのコイル６０，６１の図示の電流方向によ
りフレミングの左手の法則による力が発生し、出力部材
５７を復帰位置ａから出力位置ｂまで出力移動させるの
で、出力部材５７の負荷連結部５７ｂに連結した負荷を
駆動させる。

【０００８】また、この状態で、前記各外部ターミナル
６２，６３，６４，６５を介し各コイル６０，６１に対
して図中に示す方向とは逆の方向で同電位の電流を図６
に示す所定時間ｔ５０と同様に供給すると、マグネット
５５のＮ極→ヨーク５１→トップ５３→コア５４→巻き
枠部５７ａ→マグネット５５のＳ極を通るマグネット５
５の磁束φ５５とマグネット５６のＮ極→ヨーク５１→
ボトム５２→コア５４→巻き枠部５７ａ→マグネット５
６のＳ極を通るマグネット５６の磁力φ５６に対しての
コイル６０，６１の前記とは逆の電流方向により出力部
材５７を出力位置ｂから復帰位置ａまで戻り移動させる
ので、出力部材５７の負荷連結部５７ｂに連結した負荷
を復帰させる。

【０００９】ここで、前記一方側のコイル６０が巻数Ｎ
１であり且つ他方側のコイル６１が巻数Ｎ２であること
から、一方側のコイル６０への通電により発生する磁束
に対する磁路のパーミアンスをＰ１とし且つ他方側のコ
イル６１への通電により発生する磁束に対する磁路のパ
ーミアンスをＰ２とすると、コイル６０に通電すること
によってコイル６０に発生する誘起電圧Ｅ１の値は、

【数１】 となり、コイル６９に通電することによってコイル６１
に対して作用する誘起電圧Ｅ２の値は、

【数２】 となり、コイル６１に通電することによってコイル６１
に発生する誘起電圧Ｅ３の値は、

【数３】 となり、コイル６１に通電することによってコイル６０
に対して作用する誘起電圧Ｅ４の値は、

【数４】 となり、コイル通電回路全体の誘起電圧Ｅ５０の値は、

【数５】 となるので、コイル６０，６１の巻数が同一とすると、

【数６】 となり、コイル６０，６１への通電により発生する磁束
に対する磁路のパーミアンスが同一とすると、

【数７】 となるので、誘起電圧Ｅ５０の値は、

【数８】 となり、コイル通電回路全体のインダクタンスＬ５０の
値は、

【数９】 となる。

【００１０】そして、図６に示すストロークと時間との
関係図により明らかなように、所定のストロークｓｔ５
０まで移動する際に質量ｍの出力部材５７の速度が０か
らｖ１になったとすると、物理法則から

【数１０】 となり、速度がｖ１になった後に急激に速度を減少して
停止する。

【００１１】ところが、上記した従来のアクチュエータ
５０の制御方法では、ストローク端に到達した際に出力
部材５７は速度を急激に減少して停止するようになって
いるため、ストローク中の出力部材５７の速度ｖ１を制
止するために衝撃吸収ダンパ等の緩衝材を取付ける必要
があり、また、緩衝材を取付けたうえでも大きな衝撃音
を阻止することがし難いという問題点があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】発明が解決しようとす
る課題は、出力部材の速度がストローク端で大きくなっ
ており、それによって、出力部材を停止させる際に衝撃
をともなう点である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係わるアクチ
ュエータの制御方法は、衝撃音の発生をともなわずに速
度を減少させるため、永久磁石によって発生する磁束と
コイル通電時に発生する磁束を通すヨークと、前記ヨー
クの内周側でヨークの軸方向に沿って着磁した永久磁石
と、前記永久磁石に対応したコイル取付け部を有すると
ともに前記永久磁石に備えた出力部材移動部内において
所定のストロークで移動して負荷を駆動する出力部材
と、前記出力部材の内周側で永久磁石によって発生する
磁束とコイル通電時に発生する磁束を通すコアと、前記
出力部材のコイル取付け部に、永久磁石に対応した個数
のコイルを備え、前記コイルの通電の方向を反転させる
ことにより、永久磁石により発生した磁界とコイルの電
流との間に発生するフレミングり左手の法則による力の
方向を反転させることのできるアクチュエータにおい
て、駆動の後半に、前半で加えた力積と大きさが等しく
方向が丁度逆になるように電流を反転させて所定のスト
ロークに到達した際の出力部材の速度をほぼ零に設定す
る構成としたことを特徴としており、ストローク端で出
力部材の速度を零とすることによって作動音を極めて静
粛にするという目的を実現した。

【００１４】

【作用】この発明に係わるアクチュエータの制御方法
は、出力部材がストロークの途中にある際に、隣合う同
士で互い違いの電流方向での通電を行うことにより、隣
合う同士で永久磁石の磁束と電流との間で発生する力の
方向が同方向で且つコイル通電回路の総合インダクタン
スが小さくなるように制動がかかる。そして、この制動
により出力部材が所定のストロークに到達した際に、出
力部材の速度がほぼ零に設定されるため、出力部材はス
トローク端に到達したところで衝撃をともなわずに停止
する。

【００１５】

【実施例】以下、この発明によるアクチュエータの制御
方法の一実施例を図１ないし図４に基づいて説明する。

【００１６】すなわち、図１に示すアクチュエータ１
は、円筒形状をなし磁性体製で磁路発生用のヨーク２の
図中において下端縁に略円盤形状で中央にコア挿入用孔
３ａを設けた磁性体製で磁路形成用のボトム３が固定し
てあり、前記ヨーク２の図中において上端縁には、略円
盤形状で中央にコア挿通用孔４ａを設けた磁性体製で磁
路形成用のトップ４が固定してある。

【００１７】また、前記ボトム３のコア挿入用孔３ａに
は、円柱形状をなし磁性体製で磁路形成用のコア５の基
端側が組付けてあり、コア５の先端側がトップ４のコア
挿通用孔４ａに通してある。

【００１８】そして、前記ヨーク２の内周側には、ヨー
ク２の軸方向に沿って離間させた円筒形状で２個の永久
磁石６，７が夫々固定してあり、これら永久磁石６，７
のうちの図１中において上側である一方側の永久磁石６
の内側がＳ極そして外側がＮ極に着磁してあり、図１中
において下側である他方側の永久磁石７の内側がＮ極そ
して外側がＳ極に着磁してある。

【００１９】そしてまた、前記各永久磁石６，７の内周
側には、前記ヨーク２に対して同軸状の出力部材移動部
６ａ，７ａが形成してあり、これら出力部材移動部６
ａ，７ａとコア５のあいだには、円柱形状をなし磁性体
製の巻き枠部８ａを備えた出力部材８が配設してあり、
前記巻き枠部８ａの先端寄りがトップ４のコア挿通用孔
４ａとコア５のあいだに挿通してある。

【００２０】前記出力部材８には、トップ４から図１中
の上方側に突出した巻き枠部８ａの先端寄りに負荷連結
部８ｂが設けてあり、この負荷連結部８ｂに図示しない
ドアロック等の負荷を連結するようになっている。

【００２１】そしてさらに、前記出力部材８の巻き枠部
８ａには、この巻き枠部８ａの軸方向に沿って前記各永
久磁石６，７に対応させて離間した２箇所のコイル取付
け部８ｃ、８ｄが設けてあり、前記各コイル取付け部８
ｃ、８ｄには、同一方向のコイル状に巻数Ｎ３，Ｎ４で
巻き付けたコイル部９，１０を有する励磁用コイル（コ
イル）１１，１２が配設してある。

【００２２】さらにまた、前記各コイル部９，１０の端
部９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂに外部ターミナル１３，
１４，１５、１６が接続してあり、コイル部９の外部タ
ーミナル１３をコイル部１０の外部ターミナル１６に接
続し且つコイル部９の外部ターミナル１４をコイル部１
０の外部ターミナル１５に接続した状態で、これら外部
ターミナル１３，１４，１５，１６にコントローラ１７
が接続してある。

【００２３】ここで、コントローラ１７は図２により明
らかなように、マイクロコンピュータ１８とＰチャンネ
ル型の第１のＦＥＴ１９，第２のＦＥＴ２０とＮチャン
ネル型の第３のＦＥＴ２１，第４のＦＥＴ２２とから主
として構成されており、マイクロコンピュータ１８に備
えた正方向励磁用トリガ端子１８ａにはインバータ用電
源ＶｃｃとコンデンサＣ１を接続したインバータＩＮＶ
１が接続してあり、このインバータＩＮＶ１には抵抗Ｒ
１を介して第１のＦＥＴ１９のゲートが接続してあると
ともに抵抗Ｒ１には抵抗Ｒ２を介して電源Ｂが接続して
ある。また、第１のＦＥＴ１９のドレインには電源Ｂが
接続してあり、電源Ｂには逆方向のダイオードＤ１を介
して第１のＦＥＴ１９のソースが接続してあり、第１の
ＦＥＴ１９のソースにはコントローラ１７に備えた一方
側の外部端子１７ａが接続してある。

【００２４】そして、マイクロコンピュータ１８の正方
向励磁用トリガ端子１８ａには抵抗Ｒ３を介して第２の
ＦＥＴ２０のゲートが接続してあり、第２のＦＥＴ２０
のドレインには逆方向のダイオードＤ２とコントローラ
１７に備えた他方側の外部端子１７ｂが接続してあり、
第２のＦＥＴ２０のソースにはアースが接続してある。

【００２５】一方、マイクロコンピュータ１８に備えた
逆方向励磁用トリガ端子１８ｂにはインバータ用電源Ｖ
ｃｃとコンデンサＣ２を接続したインバータＩＮＶ２が
接続してあり、このインバータＩＮＶ２には抵抗Ｒ４を
介して第３のＦＥＴ２１のゲートが接続してあるととも
に抵抗Ｒ４には抵抗Ｒ５を介して電源Ｂが接続してあ
る。また、第３のＦＥＴ２１のドレインには電源Ｂが接
続してあり、電源Ｂには逆方向のダイオードＤ３を介し
て第３のＦＥＴ２１のソースが接続してあり、第３のＦ
ＥＴ２１のソースにはコントローラ１７に備えた他方側
の外部端子１７ｂが接続してある。

【００２６】そして、マイクロコンピュータ１８の逆方
向励磁用トリガ端子１８ｂには抵抗Ｒ６を介して第４の
ＦＥＴ２２のゲートが接続してあり、第４のＦＥＴ２２
のドレインには逆方向のダイオードＤ４とコントローラ
１７に備えた一方側の外部端子１７ａが接続してあり、
第４のＦＥＴ２２のソースにはアースが接続してある。

【００２７】ここで、予めプログラムが組込まれたマイ
クロコンピュータ１８は図示しないスイッチング回路か
らの信号を受けて起動し、その際、正方向励磁用トリガ
端子１８ａからと逆方向励磁用トリガ端子１８ｂからと
で出力を夫々反転させるようになっており、前記各端子
１８ａ，１８ｂからは同時に出力が出ないようになって
いる。

【００２８】そこで、正方向励磁用トリガ端子１８ａが
ハイレベルになると、ＩＮＶ１により第１のＦＥＴ１９
のゲートがローレベルとなるので、第１のＦＥＴ１９が
オンする。また、正方向励磁用トリガ端子１８ａがハイ
レベルになることから、第２のＦＥＴ２０がオンするた
め、コントローラ１７の一方側の外部端子１７ａから他
方側の外部端子１７ｂに向けて電源を供給する。そし
て、正方向励磁用トリガ端子１８ａが反転して逆方向励
磁用トリガ端子１８ｂがハイレベルになると、ＩＮＶ２
により第３のＦＥＴ２１のゲートがローレベルとなるの
で、第３のＦＥＴ２１がオンする。また、逆方向励磁用
トリガ端子１８ｂがハイレベルになることから、第４の
ＦＥＴ２２がオンするため、コントローラ１７の他方側
の外部端子１７ｂから一方側の外部端子１７ａに向けて
電源を供給する。

【００２９】このような構造をなすアクチュエータ１に
おいて、図１に示す出力部材８の復帰の状態から前記ス
イッチング回路からの信号を受けて図３に示すＴ１０に
おいてコントローラ１７のマイクロコンピュータ１８に
備えた正方向励磁用トリガ端子１８ａがハイレベルにな
ると、前述したように、コントローラ１７の一方側の外
部端子１７ａから他方側の外部端子１７ｂに向けて電源
が供給されるので、外部ターミナル１３，１６から外部
ターミナル１４，１５に向けて所定の励磁電流がなが
れ、一方側の永久磁石６のＮ極→ヨーク２→トップ４→
コア５→出力部材８の巻き枠部８ａ→一方側の永久磁石
６のＳ極を通る一方側の永久磁石６の磁束φ６に対し一
方側のコイル１１に対して外部ターミナル１３から外部
ターミナル１４に向けて流した電流の方向すなわち図１
中に示す方向に流れた電流方向と、他方側の永久磁石７
のＮ極→巻き枠部８ａ→コア５４→ボトム３→ヨーク２
→他方側の永久磁石７のＳ極を通る他方側の永久磁石７
の磁束φ７に対し他方側のコイル１２に対して外部ター
ミナル１６から外部ターミナル１５に向けて流した電流
の方向すなわち図１中に示す方向に流れた電流方向とに
より出力部材８を図１中において復帰位置Ａから出力位
置Ｂに向けて出力移動させるので、出力部材８の負荷連
結部８ｂに連結した負荷を駆動させる。

【００３０】そして、出力部材８が復帰位置Ａから出力
位置Ｂに向けて移動中の図３に示すＴ１２において前記
スイッチング回路からの反転信号を受けてコントローラ
１７のマイクロコンピュータ１８に備えた逆方向励磁用
トリガ端子１８ｂがハイレベルになると、前述したよう
に、コントローラ１７の他方側の外部端子１７ｂから一
方側の外部端子１７ａに向けて電源が供給されるので、
外部ターミナル１４，１５から外部ターミナル１３，１
６に向けて所定の励磁電流がながれ、一方側のマグネッ
ト６のＮ極→ヨーク２→トップ４→コア５→出力部材８
の巻き枠部８ａ→一方側の永久磁石６のＳ極を通る一方
側の永久磁石６の磁束φ６に対し一方側のコイル１１に
対して外部ターミナル１４から外部ターミナル１３に向
けて流した電流の方向すなわち図１中に示す方向に流れ
た電流方向と、他方側の永久磁石７のＮ極→巻き枠部８
ａ→コア５４→ボトム３→ヨーク２→他方側の永久磁石
７のＳ極を通る他方側の永久磁石７の磁束φ７に対し他
方側のコイル１２に対して外部ターミナル１５から外部
ターミナル１６に向けて流した電流の方向すなわち図１
中に示す方向に流れた電流方向とにより出力部材８に対
して制動を行うので、出力部材８は出力位置Ｂ（ストロ
ーク端）に到達するまでに速度が零となり出力位置Ｂに
おいて停止する。

【００３１】ここで、前記一方側のコイル１１が巻数Ｎ
３であり且つ他方側のコイル１２が巻数Ｎ４であること
から、一方側のコイル１１に対する磁路のパーミアンス
をＰ３とし且つ他方側のコイル１２に対する磁路のパー
ミアンスをＰ４とすると、一方側のコイル１１に通電す
ることによってこの一方側のコイル１１に発生する誘起
電圧Ｅ５の値は、

【数１１】 となり、他方側のコイル１１に通電することによって他
方側のコイル１２に対して作用する誘起電圧Ｅ６の値
は、他方側のコイル１２において永久磁石７の極性が永
久磁石６とは逆であり且つコイル１２への電流方向が逆
であるので、

【数１２】 となり、他方側のコイル１２に通電することによってこ
の他方側のコイル１２に発生する誘起電圧Ｅ７の値は、

【数１３】 となり、他方側のコイル１２に通電することによって一
方側のコイル１１に作用する誘起電圧Ｅ８の値は、発生
する磁束の方向がコイル１１に通電した時に生じる磁束
の向きと逆方向であるので、

【数１４】 となり、コイル通電回路全体の誘起電圧Ｅ９の値は、

【数１５】 となるので、コイル１１，１２の巻数が同一とすると、

【数１６】 となり、コイル１１，１２に有するパーミアンスが同一
とすると、

【数１７】 となることから、誘起電圧Ｅ９の値は、

【数１８】 となり、コイル通電回路全体のインダクタンスＬ２の値
は、

【数１９】 となって、コイル通電回路全体のインダクタンスが微小
となる。

【００３２】そして、図３に示すストロークと時間との
関係図により明らかなように、所定のストロークｓｔ１
まで移動する際に質量ｍの出力部材８の速度が０からｖ
１になったとすると、物理法則から

【数２０】 となる。そして、この後、速度を零にするための制動を
かけるには、図４に斜線で示すように、力の向きを逆に
して数式１９に示した力積に等しい力積をかけることに
より、

【数２１】 となって打ち消しあうため、図３に示すように、出力部
材８はストローク端において速度が零となって停止する
ものとなる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明に係
わるアクチュエータの制御方法は上述した構成を有する
ものであることから、出力部材がストロークの途中にあ
る際に、隣合う同士で互い違いの電流方向での通電を行
うことにより、隣合う同士で永久磁石の磁束と電流との
間で発生する力の方向が同方向で且つコイル通電回路の
総合インダクタンスが小さくなり、電流の立上りが早く
なり、力の立上りも早くなってアクチュエータの速動性
が向上し、かつ駆動の後端において電流を逆方向に流し
て逆方向の力を発生させ、前半と後半の力積を大きさが
等しく方向が丁度逆になるように設定することにより出
力部材が所定のストロークに到達した際に、出力部材の
速度がほぼ零に設定されるため、出力部材はストローク
端に到達したところで衝撃をともなわずに停止するの
で、永久磁石の極性を同一方向に配置し且つコイルに同
一方向の電流を流すことによって出力部材を出力移動・
復帰移動させるものと比較して緩衝材等を必要とせず、
ストローク端で出力部材の速度を零とすることによって
衝撃音をともなわずに停止をすることができ、それによ
って、作動音を静粛にするという優れた効果を奏するも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係わるアクチュエータの制御方法に
おいてのアクチュエータの縦断側面図である。

【図２】この発明に係わるアクチュエータの制御方法の
一実施例においての回路概要図である。

【図３】図１に示したアクチュエータの制御方法におい
ての電流の供給に対応したストロークと経過時間との関
係を示すグラフである。

【図４】図１に示したアクチュエータの制御方法におい
ての電流の供給に対応した力と時間との関係を示すグラ
フである。

【図５】従来のアクチュエータの制御方法においてのア
クチュエータの縦断側面図である。

【図６】図５に示したアクチュエータの制御方法におい
ての電流の供給に対応したストロークと経過時間との関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ アクチュエータ ２ ヨーク ５ コア ６，７ 永久磁石 ６ａ，７ａ 出力部材移動部 ８ 出力部材 ８ｃ，８ｄ コイル取付け部 ９，１０ コイル部 １１，１２ コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石によって発生する磁束とコイル
   通電時に発生する磁束を通すヨークと、前記ヨークの内
   周側でヨークの軸方向に沿って着磁した永久磁石と、前
   記永久磁石に対応したコイル取付け部を有するとともに
   前記永久磁石に備えた出力部材移動部内において所定の
   ストロークで移動して負荷を駆動する出力部材と、前記
   出力部材の内周側で永久磁石によって発生する磁束とコ
   イル通電時に発生する磁束を通すコアと、前記出力部材
   のコイル取付け部に、永久磁石に対応したコイルを備
   え、コイルへの通電の方向を反転させることにより、永
   久磁石により発生した磁界とコイルの電流との間に発生
   するフレミングの左手の法則による力の方向を反転させ
   ることの出来るアクチュエータにおいて、駆動の後半
   に、前半で加えた力積と大きさが等しく方向が丁度逆に
   なるように電流を反転させて所定のストロークに到達し
   た際の出力部材の速度をほぼ零に設定することを特徴と
   するアクチュエータの制御方法。