JPH10243688A

JPH10243688A - リニア振動モータの起動制御方法

Info

Publication number: JPH10243688A
Application number: JP9041239A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Amaya; 英俊天谷; Takio Maekawa; 多喜夫前川; Toyokatsu Okamoto; 豊勝岡本; Yasuo Ibuki; 康夫伊吹
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 1998-09-11
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JP3468011B2

Abstract

(57)【要約】【課題】起動を適切に行って過負荷状態に陥ることを
防ぐ。【解決手段】電磁石又は永久磁石からなる固定子と、
永久磁石又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、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と、該検出手段の出力に
応じて電磁石のコイルへの供給電力を制御する制御手段
とからなるリニア振動モータの起動方法である。コイル
に供給する起動初期の出力パルスを最小値とし、順次出
力パルスを前出力より大きくして可動子の振幅を規定振
幅まで増大させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニアモータで往
復振動を生じさせるリニア振動モータを起動させる際の
起動制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リニアモータを往復振動の発生源とする
ことが特開平２−５２６９２号公報に示されている。往
復式電気かみそりの駆動源として用いられているこのリ
ニア振動モータは、棒状永久磁石からなる可動子と、Ｕ
字形鉄芯の各片に夫々コイルを巻回した固定子とからな
る単相同期モータとして形成されており、全波整流回路
によって交流周波数の２倍の周波数の直流電圧をコイル
に供給して、可動子に往復動を行わせている。

【０００３】この場合、可動子を往復移動させて振動を
発生させるにあたり、強い電磁力が必要であるが、可動
子をばね支持することでばね振動系として構成し、この
ばね振動系の固有振動数に合致する振動数で駆動を行え
ば、駆動に必要なエネルギーの低減を図ることができる
が、このような駆動を行った時には、負荷を受けた場
合、往復振動の振幅が安定しないという問題を有してい
る。

【０００４】このために、電磁石又は永久磁石からなる
固定子と、永久磁石又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、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と、該検出手
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
る制御手段とからなるものが提供されている。このもの
では、何らかの原因で振幅が変化しても、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
出手段によってこの振幅変化を検出することができる上
に、この振幅変化に応じた電力供給により、振幅の一定
化を図ることができるものであり、安定した振幅の往復
振動を確実に得ることができる。

【０００５】ところで、上記のリニア振動モータでは、
検出手段の出力に応じた制御を行うことができない時、
つまり起動時においては、ＰＷＭ制御等による電磁石の
コイルへの電流供給を図９に示すように最大出力パルス
で作動させて、可動子の振幅が規定振幅Ｓ１に達すれば
検出手段の出力に応じた制御に移行させるようにしてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この場合、可動子の振
幅が規定振幅Ｓ１を越えるオーバーランが生じてリニア
振動モータの構成部材に過負荷を与えてしまうことが多
々ある。また、最大出力パルスを与え過ぎると電流のピ
ーク電流が増大し過ぎて電源及び駆動素子の負担が増大
する。

【０００７】本発明は上記の従来例の問題点に鑑みて発
明したものであって、その目的とするところは、起動を
適切に行うことができるリニア振動モータの起動制御方
法を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】しかして本発明は、電磁
石又は永久磁石からなる固定子と、永久磁石又は電磁石
を備えるとともにばね支持されている可動子と、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
る検出手段と、該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制御手段とからなるリニア振
動モータの起動制御方法であって、コイルに供給する起
動初期の出力パルスを最小値とし、順次出力パルスを前
出力より大きくして可動子の振幅を規定振幅まで増大さ
せることに特徴を有している。徐々に出力を増大させて
いくために、オーバーランのような機械的過負荷や電気
的過負荷の状態に陥ることがないものである。

【０００９】この時、可動子の振幅が規定振幅より少し
小さい振幅に達した時点で出力パルスを前出力より大き
くする割合を減少させるならば、オーバーランを確実に
防ぐことができる。コイルに供給する起動初期の出力パ
ルスを最小値とし、順次出力パルスを前出力より大きく
して可動子の振幅を増大させるとともに該振幅が規定振
幅より小さい所定振幅に達すれば、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通常動作モ
ードに移行させるようにしてもよい。

【００１０】また、コイルに供給する起動初期の出力パ
ルスを最小値とし、順次出力パルスを前出力より大きく
して可動子の振幅を増大させるとともに、該振幅が上記
検出手段による可動子に関する上記検出が可能な振幅に
達した時点で、上記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通常動作モードに移行させ
るようにしてもよい。

【００１１】更にコイルに供給する起動初期の出力パル
スを最小値とし、順次出力パルスを前出力より大きくし
て可動子の振幅を増大させるとともに、該振幅が上記検
出手段による可動子に関する上記検出が可能な振幅に達
した時点以降で且つ可動子の振幅が規定振幅に達するま
での時点で、上記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通常動作モードに移行させる
ようにしてもよい。

【００１２】いずれの場合も、起動初期の最初の出力パ
ルスもしくは最初の数パルスを最大出力とし、次いで出
力パルスを最小値から順次増大させていくようにするこ
とで、起動に要する時間が長くなり過ぎてしまうことが
ない。

【００１３】

【発明の実施の形態】まず、リニア振動モータの構造の
一例について説明すると、図６及び図７は、往復式電気
かみそり用としてのリニア振動モータを示しており、固
定子１と可動子２（図中では２つの可動子２１，２
２）、そしてフレーム３とから構成されている。

【００１４】固定子１は、磁性材料の焼結体や磁性材料
の鉄板を積層したＥ字形ヨーク１０と、このヨーク１０
の中央片に巻回されたコイル１１とからなるもので、ヨ
ーク１０の両端面からは夫々ピン１２が突設されてい
る。上記固定子１が固着されるフレーム３は、一対の両
側板３０，３０の各端部の下部間を夫々底板３１，３１
で連結した断面Ｕ字形に構成されたもので、上記固定子
１はそのピン１２が側板３０に形成された固定溝３２に
はめ付けられて溶接やかしめによってフレーム３に固定
される。

【００１５】２種の可動子２１，２２は、図７に示すよ
うに、いずれも合成樹脂製の被駆動体２３，２３の下面
に非磁性金属板からなる補強プレート２５とバックヨー
ク２６とを介して永久磁石２０を固着したもので、可動
子２１の被駆動体２３は、平面形状が口字形に構成さ
れ、補強プレート２５とバックヨーク２６と永久磁石２
０は被駆動体２３の両側片の各下面に設けられており、
また両側の補強プレート２５は一体に形成されている。
なお、補強プレート２５は被駆動体２３にインサート成
形（アウトサート成形）によって一体化されている。図
中２４は被駆動体２３に一体に設けられるとともに往復
式電気かみそりにおける内刃が連結される連結部であ
る。

【００１６】そして上記両可動子２１，２２は、その両
端が前記フレーム３に板ばね４，４を介して連結され
る。ここにおける板ばね４は、金属板４’からの打ち抜
きによって形成されるとともに、フレーム３への固定部
に支持板４０が、可動子２１，２２への固定部に連結板
４３が夫々取り付けられたもので、可動子２２に連結さ
れる中央の板ばね部４１と、可動子２１に連結される左
右一対の板ばね部４２，４２とが支持板４０の部分にお
いて一体につながっており、支持板４０をフレーム３の
両端に溶接等の手段で固定し、各連結板４３を可動子２
１，２２の補強プレート２５の端部に溶接等の手段で固
定した時、両可動子２１，２２はフレーム３から吊り下
げられた形態となるとともに、平面形状が口字形の可動
子２１内に可動子２２の連結部２４が位置する。また、
可動子２１内面のばね受け部２６，２６と可動子２２の
連結部２４のばね受け部２７，２７との間には、可動子
２１，２２の往復動方向において、圧縮コイルばねから
なる対のばね部材２８，２８が配設される。

【００１７】このように構成されたリニア振動モータに
おいて、可動子２に設けられた永久磁石２０は、前記固
定子１に所定のギャップを介して上下に対向するととも
に、可動子２の往復動方向に着磁されており、図４に示
すように、固定子１のコイル１１に流す電流の方向に応
じて、板ばね４を撓ませつつ左右に移動するものであ
り、コイル１１に流す電流の方向を適宜なタイミングで
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。

【００１８】また、ここでは可動子２１に設けた永久磁
石２０の磁極の並びと、可動子２２に設けた永久磁石２
０の磁極の並びとを逆としているために、両可動子２
１，２２は位相が１８０°異なる往復振動を行う。この
時、ばね部材２８，２８が圧縮伸長されることから、図
６に示したばね系は、板ばね４とばね部材２８とによっ
て構成（厳密には磁気吸引力によるばね定数成分が更に
加わる）されている。

【００１９】このようなばね系を有する振動系を振動さ
せるにあたっては、振動系が有する固有振動数に同期さ
せて振動させること、つまり共振状態とすることが安定
した振動の実現の点や駆動エネルギーの低減の点で好ま
しいことから、このような駆動を行うために、ここでは
可動子２１に磁極の並びが可動子２の往復動方向となっ
たセンシング用磁石２９を取り付けるとともに、フレー
ム３に設けた取付部３４に図４に示すセンシング用巻線
からなるセンサー３９を取り付けて、可動子２１の振動
に伴ってセンサー３９に誘起される電流（電圧）を基
に、制御出力部５がコイル１１に流す電流を制御してい
る。

【００２０】すなわち、センサー３９に誘起される電流
の電圧は、図３に示すように、可動子２の振幅の大きさ
や位置、振動の速度、振動の方向等に応じて変化する。
つまり、可動子２がその往復動の振幅の一端に達した
時、磁石２９の動きが止まって磁束の変化がなくなるた
めにセンサー３９の出力は零となり、振幅中央位置に達
した時、可動子２の速度が最大となるとともにセンサー
３９の出力電圧も最大となる。従って、最大電圧を検出
すれば可動子２の最大速度を検出することができ、上記
零点を移動方向反転時点（死点到達時点）として検出す
ることができ、センサー３９出力の極性から可動子２の
移動方向を検出することができる。

【００２１】一例を図８に示す。センサー３９の出力電
圧はサインカーブを描いて変化するが、これを増幅回路
５１にて増幅した後、Ａ／Ｄ変換回路５２でデジタル値
とし、出力電圧が零から所定時間（たとえばｔ）時間経
過後の電圧を検出したり、出力電圧が零から零に至るま
での最大電圧を検出したりすることで可動子２の振幅中
央における最大速度を検出することができるものであ
り、出力電圧が零となった時点から移動方向反転時点を
検出することができ、更に可動子２（磁石２９）の移動
方向が往復動のどちらであるかによって電流が流れる方
向が変わることから、出力電圧の極性から可動子２が往
復動のうちのどちらのストロークにあるのかを検出する
ことができる。

【００２２】ここで、検出した可動子２の速度から、制
御出力部５は例えば負荷の増大による振幅の減少を検出
した時には、駆動電流量（図示例では通電時間Ｔ及び最
大電流値）を増加させることで、振幅を所要の値に保
つ。なお、図示例では、駆動電流量の制御はＰＷＭ制御
によっており、電流量は検出した速度に対して予め記憶
させたＰＷＭのパルス幅を出力するようにしている。な
お、速度と変位と加速度とは相関していることから、速
度に変えて変位や加速度を検出するようにしてもよい。

【００２３】また検出した移動方向に応じた方向に電流
を流すことで、駆動電流がブレーキとなってしまうよう
な事態が生じるのを防いでいる。さらに、検出した移動
方向反転時ｔ１から所定の時間ｔのタイミングで電流を
流すことによって、可動子２の駆動をばね系の動きを有
効利用して必要な電流量を抑えている。つまり、移動方
向反転時の前から逆方向駆動の電流をコイル１１に加え
たのでは振動にブレーキをかけてしまうことになり、可
動子が振幅の中心点を越えてからその移動方向の電流を
コイル１１に加えたのでは、可動子２の振動で圧縮され
たばね系の反発力によるところの駆動力が既に弱くなっ
ているために、電磁力による駆動とばね系による駆動力
との相乗力を得ることができない。このために、移動方
向反転時点から振幅中央に至るまでの時間内に、コイル
１１への電流供給の開始タイミングを設定している。な
お、振幅中央に達した時点は、前述のセンサー３９出力
が最大となる点として検出することができる。ここにお
ける時間ｔは、検出された可動子２の速度や加速度に応
じて調整される値であってもよい。

【００２４】図８に固定子１のコイル１１の駆動回路の
一例を示す。４つのＦＥＴ型スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ
４からなる駆動ブロック５３のうち、スイッチング素子
Ｑ１，Ｑ３を同時にオンさせることと、スイッチング素
子Ｑ２，Ｑ４を同時にオンさせることとによって、コイ
ル１１に流す電流の方向を切り換えて、可動子２に往復
動を行わせる。

【００２５】ところで、上記駆動制御に際しては、移動
方向の検出及び移動方向反転時点の検出は必ずしも必要
としない。与えた駆動電流によって可動子２の移動方向
が判明していることから、次の駆動電流の方向を順次切
り換えればよく、また固有周波数に同期させるわけであ
るから、所要の周期で通電を開始すればよいからであ
る。しかし、これらの検出に応じた上記制御も行うなら
ば、過負荷がかかったことによる一時的な停止が生じた
りしても、適切な方向に電流を流すことができる上に、
可動子２の質量やばね系のばね定数の個体差によるとこ
ろの固有振動数のばらつきに対しても、駆動電流が常に
適切にコイル１１に加えられるものであり、従って振動
系は確実に固有振動数に収束するとともに一定振幅の振
動を行うものとなる。

【００２６】検出手段として移動方向と移動方向反転時
点と位置（速度または加速度）の全てを検出することが
できるセンシング用磁石２９とセンシング用巻線からな
るセンサー３９との組み合わせを用いて、センサー３９
出力の最大値（絶対値）から速度を検出していたが、電
流（電圧）が零となる点の時間間隔から速度を検出する
ようにしてもよい。上記零点は、磁石２９の磁力のばら
つきや、磁石２９とセンサー３９との間のギャップのば
らつきなどに影響されることなく確実に移動方向反転時
点を検出することができるものであり、従って、零点の
時間間隔から可動子２の速度をより正確に検出すること
ができる。

【００２７】この他、例えばセンシング用磁石２９と磁
気感応素子との組み合わせや、図６及び図７に示してい
る可動子２に取り付けたスリット板６０とこのスリット
板６０のスリットを検知するフォトセンサー３８等を、
検知対象に応じて用いることができる。もっとも可動子
２の振動の妨げとなることがない非接触式のものである
ことが望ましい。

【００２８】このように構成されたリニア振動モータに
おいて、検出手段の検出結果に応じた制御は前述のよう
に起動時には用いることができない。このために、起動
時には図５に示す起動設定部５０に予め設定してある起
動手順で起動されるようにしている。この起動は、図２
に示すように、電磁石１のコイル１１に供給する起動初
期の出力パルスを最小値とし、その後、順次出力パルス
を前出力より大きくすることで可動子の振幅を増大させ
ていき、その後、検出手段の出力に応じた上記通常動作
モードに移行させる。

【００２９】この時、出力パルスを前出力より大きくす
ることを図１のＡに示すように可動子２の振幅が規定振
幅Ｓ１に達する時点まで行うと、図中ａ点からの破線で
示すように、わずかとはいえオーバーランが生じやすく
なることから、図１中にＢで示すように、可動子２の振
幅が規定振幅Ｓ１より少し小さい振幅Ｓ３に達した時点
ｂで出力パルスを前出力より大きくする割合を減少さ
せ、図中ｃ点に達すれば通常動作モードに移行させる
と、規定振幅Ｓ１の振動を行わせる通常動作モードへス
ムーズにつなぐことができる。

【００３０】上記ｂの時点で通常動作モードに移行させ
てもよい。この場合、ｅ点において規定振幅Ｓ１に達す
ることになる。上記ｂの時点ではなく、検出手段が可動
子２の振幅を直接乃至間接的に検出することができる振
幅値Ｓ２に達した時点ｆ若しくはｆ点以降で且つ規定振
幅Ｓ１に達してしまうまでの任意の時点ｈ（ｔ’）で、
通常動作モードに移行させてもよい。ｇ，ｉは夫々規定
振幅Ｓ１に達する時点を示している。

【００３１】ところで、起動初期の最初の出力パルスが
小さいと、起動に要する時間がどうしても長くなってし
まうことから、図１中のＣで示すように、最初の出力パ
ルスもしくは数パルスを最大出力とし、次いで出力パル
スを最小値から順次増大させていくようにすると、図１
にｊで示すように、立ち上がりを早くすることができ、
起動に要する時間を短くすることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明においては、コイル
に供給する起動初期の出力パルスを最小値とし、順次出
力パルスを前出力より大きくして可動子の振幅を規定振
幅まで増大させるものであり、徐々に出力を増大させて
いくために、オーバーランのような機械的過負荷や電気
的過負荷の状態に陥ることがなく、リニア振動モータの
寿命を長く保つことができるほか、起動開始から徐々に
駆動電力を増大させて最終は最大電力まで与えることに
なるために、最大負荷がかかっている状態でも起動させ
ることができる。

【００３３】この時、可動子の振幅が規定振幅より少し
小さい振幅に達した時点で出力パルスを前出力より大き
くする割合を減少させると、振幅のオーバーランを確実
に防ぐことができる。コイルに供給する起動初期の出力
パルスを最小値とし、順次出力パルスを前出力より大き
くして可動子の振幅を増大させるとともに該振幅が規定
振幅より小さい所定振幅に達すれば、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通常動作
モードに移行させるようにしても、オーバーランを確実
に防ぐことができる。

【００３４】また、コイルに供給する起動初期の出力パ
ルスを最小値とし、順次出力パルスを前出力より大きく
して可動子の振幅を増大させるとともに、該振幅が上記
検出手段による可動子に関する上記検出が可能な振幅に
達した時点で、上記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通常動作モードに移行させ
るようにしても、オーバーランを確実に防ぐことができ
る。

【００３５】更にコイルに供給する起動初期の出力パル
スを最小値とし、順次出力パルスを前出力より大きくし
て可動子の振幅を増大させるとともに、該振幅が上記検
出手段による可動子に関する上記検出が可能な振幅に達
した時点以降で且つ可動子の振幅が規定振幅に達するま
での時点で、上記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通常動作モードに移行させる
ようにしても、オーバーランを確実に防ぐことができ
る。

【００３６】いずれの場合も、起動初期の最初の出力パ
ルスもしくは最初の数パルスを最大出力とし、次いで出
力パルスを最小値から順次増大させていくようにするこ
とで、起動に要する時間が長くなり過ぎてしまうことが
ないものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の各例における動作を示す
タイムチャートである。

【図２】同上の一例における電流波形も含むタイムチャ
ートである。

【図３】同上の通常動作モードの動作を示すタイムチャ
ートである。

【図４】同上の概略図である。

【図５】同上のブロック図である。

【図６】同上の具体例の分解斜視図である。

【図７】同上の可動子の分解斜視図である。

【図８】同上のブロック回路図である。

【図９】従来の起動時の動作を示すタイムチャートであ
る。

【符号の説明】

１固定子２可動子３フレーム５制御出力部１１コイル３９センサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊吹康夫大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁石又は永久磁石からなる固定子と、
永久磁石又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、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と、該検出手段の出力に
応じて電磁石のコイルへの供給電力を制御する制御手段
とからなるリニア振動モータの起動制御方法であって、
コイルに供給する起動初期の出力パルスを最小値とし、
順次出力パルスを前出力より大きくして可動子の振幅を
規定振幅まで増大させることを特徴とするリニア振動モ
ータの起動制御方法。
【請求項２】可動子の振幅が規定振幅より少し小さい
振幅に達した時点で出力パルスを前出力より大きくする
割合を減少させることを特徴とする請求項１記載のリニ
ア振動モータの起動制御方法。
【請求項３】電磁石又は永久磁石からなる固定子と、
永久磁石又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、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と、該検出手段の出力に
応じて電磁石のコイルへの供給電力を制御する制御手段
とからなるリニア振動モータの起動制御方法であって、
コイルに供給する起動初期の出力パルスを最小値とし、
順次出力パルスを前出力より大きくして可動子の振幅を
増大させるとともに該振幅が規定振幅より小さい所定振
幅に達すれば、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通常動作モードに移行させるこ
とを特徴とするリニア振動モータの起動制御方法。
【請求項４】電磁石又は永久磁石からなる固定子と、
永久磁石又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、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と、該検出手段の出力に
応じて電磁石のコイルへの供給電力を制御する制御手段
とからなるリニア振動モータの起動制御方法であって、
コイルに供給する起動初期の出力パルスを最小値とし、
順次出力パルスを前出力より大きくして可動子の振幅を
増大させるとともに、該振幅が上記検出手段による可動
子に関する上記検出が可能な振幅に達した時点で、上記
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
制御する通常動作モードに移行させることを特徴とする
リニア振動モータの起動制御方法。
【請求項５】電磁石又は永久磁石からなる固定子と、
永久磁石又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、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と、該検出手段の出力に
応じて電磁石のコイルへの供給電力を制御する制御手段
とからなるリニア振動モータの起動制御方法であって、
コイルに供給する起動初期の出力パルスを最小値とし、
順次出力パルスを前出力より大きくして可動子の振幅を
増大させるとともに、該振幅が上記検出手段による可動
子に関する上記検出が可能な振幅に達した時点以降で且
つ可動子の振幅が規定振幅に達するまでの時点で、上記
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
制御する通常動作モードに移行させることを特徴とする
リニア振動モータの起動制御方法。
【請求項６】起動初期の最初の出力パルスもしくは最
初の数パルスを最大出力とし、次いで出力パルスを最小
値から順次増大させていくことを特徴とする請求項１〜
５のいずれかに記載のリニア振動モータの起動制御方
法。