CN101577474A - 电磁致动器驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁致动器驱动方法。电磁致动器包括定子和可动体。定子包括具有磁极的铁心和缠绕在至少一个磁极上的线圈。所述可动体包括永磁体，并且所述可动体被支撑以使所述可动体进行往复运动，该往复运动的方向垂直于永磁体与磁极相对的方向。在向线圈施加交流电压后，所述可动体往复运动。用于驱动电磁致动器的电磁致动器驱动方法包括：对所述交流电压进行反馈控制，其中在控制周期的第一个半周期期间将所述交流电压施加给所述线圈，并且将在所述控制周期的第二个半周期期间在所述线圈中产生的感应电动势用作控制信号。

Description

电磁致动器驱动方法

技术领域

本发明涉及一种用于驱动振动型电磁致动器的方法，优选地，该致动器可应用于电动剃须刀并被设计成用于使可动体作往复运动。

背景技术

在本领域中，公知的用于振动型电磁致动器的驱动电路是驱动谐振系统的驱动电路，其中该谐振系统能够利用弹性体的弹性和具有质量的可动体的惯性来对能量进行转换或保存。该振动型电磁致动器包括具有线圈的定子、具有永磁体的可动体、以及通过弹簧往复支撑可动体的框架部分，其中该定子固定在所述框架部分上。该振动型电磁致动器的驱动电路通过对向线圈施加交流电压的施加时间进行无传感器反馈控制来使可动体往复运动。此时，将用于指示可动体的运动方向发生反向时的位置的信号(下文中称为“相位参考信号”)，即用于指示在线圈中激励的感应电动势电压(electromotive voltage)接近于零的时刻的信号、以及用于指示可动体的速度的信号(下文中称为“速度信号”)，即从检测到相位参考信号起过去特定时间后获得的感应电动势电压用作控制信号(参见，例如日本专利特许公开No.7-265560和7-313749)。

为了减少部件的数量和缩减安装传感器所需的成本，传统的驱动电路执行无传感器反馈控制，在这种无传感器反馈控制中，将感应电动势电压用作多个控制信号中的一个。但是，在线圈中剩余励磁电流或环流期间，不可能精确检测感应电动势电压。因此，需要设置非励磁时间段，在所述非励磁时间段内，检测感应电动势电压。通过预测相位参考信号出现的时刻并且然后在不影响相位参考信号的情况下在预测的时刻结束励磁，来设置所述非励磁时间段。当在该非励磁时间段期间检测速度信号时，需要充分放大的电压和CPU的足够高的处理速度，以便在从检测到相位参考信号起过去指定时间后检测感应电动势电压的微小变化。这使得以成本高效的方式构造驱动电路变得困难。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种电磁致动器驱动方法，该电磁致动器驱动方法使得以成本高效的方式构造驱动电路变得可能。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于驱动电磁致动器的电磁致动器驱动方法，其中所述电磁致动器包括定子和可动体，所述定子包括具有多个磁极的铁心和缠绕在至少一个磁极上的线圈，所述可动体包括永磁体，所述永磁体被布置成通过磁隙与磁极的尖端面相对，所述可动体被支撑以使所述可动体进行往复运动，该往复运动的方向垂直于所述永磁体与所述磁极相对的方向，在向所述线圈施加交流电压后，所述可动体进行往复运动，该方法包括：

对所述交流电压进行反馈控制，其中在控制周期的第一个半周期期间将所述交流电压施加给所述线圈，并且将在所述控制周期的第二个半周期期间在所述线圈中产生的感应电动势用作控制信号。

对于本发明的电磁致动器驱动方法，仅在所述控制周期的所述第一个半周期中激励所述线圈。由于该特征，可以减少为线圈施加交流电压的逆变器电路的组成部件数，这样可以以成本高效的方式构造逆变器电路。对于本发明的电磁致动器驱动方法，可以不受时间、电压精度、电流精度等的限制来检测控制信号。这样可以减少传感器部件的数量。另外，可以减少引至诸如中央处理单元等控制电路的配线的数量，这样可以以成本高效的方式构造控制电路。因此，本发明的电磁致动器驱动方法能够提供低廉的驱动电路。

附图说明

通过结合附图给出的实施例的下列描述，本发明的目的和特征将变得显而易见，在附图中：

图1A和图1B的正视图示出了由根据本发明一个实施例的方法驱动的电磁致动器；

图2的方框图示出了图1所示的电磁致动器的驱动电路的结构；

图3的电路图示出了图2所示的驱动电路的检测单元的内部结构；

图4的电路图示出了图2所示的驱动电路的逆变器电路的结构；

图5A、图5B和图5C的电路图用于介绍图4所示的逆变器电路的操作；

图6的时序图用于介绍根据本发明一个实施例的电磁致动器驱动方法；以及

图7的时序图用于介绍图6中举例说明的电磁致动器驱动方法的修改例。

具体实施方式

下文，将参照构成本发明一部分的附图，描述根据本发明一个实施例的电磁致动器驱动方法。

[电磁致动器的结构]

如图1A和图1B所示，由根据本发明一个实施例的方法驱动的电磁致动器包括作为其主要组成部件的定子1和可动体2。定子1包括具有三个磁极3a、3b和3c的E型铁心4以及缠绕在磁极3b上的线圈5。将可动体2布置成与磁极3a、3b和3c的自由端面相对，并且在它们之间具有磁隙。可动体2包括永磁体7和用作后轭的导磁体(magnetic flux permeation body)8。该可动体2可沿着磁极3a、3b和3c往复运动，并且被支撑以通过弹簧6a和6b返回至运动范围的中心位置。

永磁体7具有在左右方向(即，往复运动方向)上布置的不同磁极。永磁体7的磁极中心之间的距离被设定为基本等于磁极3a和3b的中心之间的距离以及等于磁极3b和3c的中心之间的距离。永磁体7的宽度W1小于在左端和右端布置的磁极3a和3c的最大宽度W2。可动体2的行程ST和宽度W1之和等于或小于最大宽度W2(W2≥W1+ST)。

[驱动电路的结构]

参照图2，电磁致动器的驱动电路包括用于检测相位参考信号和速度信号的检测单元11、以及基于检测单元11检测的相位参考信号和速度信号而控制逆变器电路12的中央处理单元(CPU)13，由此对施加给线圈5的交流电压的施加时间进行控制，其中所述相位参考信号用于指示可动体2的运动方向被反向的位置，所述速度信号用于指示可动体2的速度。

如图3所示，检测单元11包括具有运算放大器OP1的放大器AMP以及具有运算放大器OP2和晶体管电路Tr的比较器COMP。放大器AMP以由电阻器R1的电阻限定的放大比例来对线圈5两端间的电压(输入端子IN1和IN2之间的电压)进行放大，然后向运算放大器OP2和输出端子OUT1输出放大的信号，用作速度信号。比较器COMP检测相位参考信号，然后向输出端子OUT2输出该相位参考信号。作为替换，CPU 13可以利用AD端口或内置比较器来比较运算放大器OP1的反相输入和输出，从而检测相位参考信号。在这种情况下，可以省略比较器COMP。

如图4所示，逆变器电路12包括电源V、上方的晶体管电路Tr1、下方的晶体管电路Tr2以及二极管D1。在如图5A所示的上下方的晶体管电路Tr1和Tr2都处于导通状态的情况下，逆变器电路12将交流电压施加给线圈5。如果上方的晶体管电路Tr1在图5A所示的状态下被关断，那么由于图5B中示出的续流效应，电流在线圈5中循环。然后，如果下方的晶体管电路Tr2在图5B所示的状态下被关断，则如图5C所示建立非励磁状态。利用这种方式，逆变器电路12通过对上下方的晶体管电路Tr1和Tr2的导通时间、关断时间和导通/关断操作的组合进行控制，来控制施加给线圈5的交流电压。与传统的使用四个晶体管电路的逆变器电路(全桥电路)相比，利用这种结构可以减少晶体管电路的数量。这样可以减少引至相应的驱动器和CPU 13的配线的数量。

[驱动方法]

在磁极3a、3b和3c具有如图1A所示的极性时，如果将具有矩形波形的交流电压施加给如上构造的电磁致动器的线圈5，那么利用磁极3a和3b与永磁体7之间的磁通的磁力而在可动体2中产生驱动力。这样，可动体2运动到图1A的左侧。相反，在磁极3a、3b和3c被励磁为具有图1B所示的极性期间，利用磁极3b和3c与永磁体7之间的磁通的磁力而在可动体2中产生驱动力。这样，在图1B中可动体2运动至右侧。当没有交流电压施加给线圈5时，可动体2在弹簧6a和6b的偏置力的作用下返回至移动范围的中心位置。这样，在将交流电压施加给线圈5时，可动体2在左右方向上往复运动。

在本实施例中，如图6所示，CPU 13在控制周期的一半周期期间向线圈5施加交流电压。在控制周期的另一半周期期间，即非励磁状态下，中央处理单元13执行反馈控制，在该反馈控制中，利用具有正弦波形的感应电动势电压(参见图6的(b))检测出相位参考信号(参见图6的(c))和速度信号(参见图6的(d))，并将所述相位参考信号和所述速度信号用作控制信号。利用该驱动方法，在控制周期的一半周期期间对线圈5励磁。由于该特征，可以减少向线圈5施加交流电压的逆变器电路12的组成部件数，这可以以成本高效的方式构造驱动电路。此外，由于可以不受时间、电压精度、电流精度等限制来检测控制信号，因此可以减少传感器部件的数量。另外，可以减少引至中央处理单元13的配线的数量，这样可以以成本高效的方式构造控制电路。并且，由于传统上在非励磁状态中保留的用于感测目的的时间段在本实施例中可以用在励磁中，因此可以在相同的输入电压的情况下增强输出性能。

优选的是：在感应电动势电压从零增大至最大值时，中央处理单元13将该感应电动势电压用作其控制信号。在感应电动势电压从零增大至最大值的过程中，获得的电压差是在传统控制中得到的电压差的三倍或四倍，每1mm位移的电压变化的差值比传统控制的每1mm位移的电压变化的差值大五倍。因此，利用本驱动方法，允许放大器AMP具有的精确度大约等于传统放大器中所要求的精确度的1/5。这样可以以成本高效的方式构造检测单元11。这种对于精确度要求的放宽可以改变控制方法并节省中央处理单元13的成本，这在传统的驱动电路中是不能获得的。

中央处理单元13可以将具有正弦波形的感应电动势电压的最大值用作它的控制信号。对于该结构，仅通过检测所述感应电动势电压的最大值就可以执行控制，这样可以节省中央处理单元13的成本。作为替换，中央处理单元13可以将具有正弦波形的感应电动势电压的积分值用作其控制信号。对于该结构，可以检测在半个控制周期期间损失的能量，在使用感应电动势电压的最大值或部分电压时无法进行这种检测。因此，可以增大控制精度和减少中央处理单元13或传感器的成本。

中央处理单元13可以以组合的方式使用这些控制方法中的至少两种。如图7所示，中央处理单元13可以在可动体2的每个位移中计算感应电动势与目标值之间的偏差，并且中央处理单元13可以根据所计算的偏差来改变控制输出的占空比。对于该驱动方法，通过软件而不是硬件，可以产生在脉宽调制PWM中所需的三角波。这样可以减少成本。

虽然已经参照实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解：可以在不脱离下列权利要求限定的本发明的保护范围的前提下做出各种改变和修改。

Claims (9)

1、提供了一种用于驱动电磁致动器的电磁致动器驱动方法，所述电磁致动器包括定子和可动体，所述定子包括具有多个磁极的铁心和缠绕在至少一个所述磁极上的线圈，所述可动体包括永磁体，所述永磁体被布置成通过磁隙与所述磁极的尖端面相对，所述可动体被支撑以使所述可动体进行往复运动，该往复运动的方向垂直于所述永磁体与所述磁极相对的方向，在向所述线圈施加交流电压后，所述可动体进行往复运动，所述方法包括：

对所述交流电压进行反馈控制，其中在控制周期的第一个半周期期间将所述交流电压施加给所述线圈，并且将在所述控制周期的第二个半周期期间在所述线圈中产生的感应电动势用作控制信号。

2、如权利要求1所述的电磁致动器驱动方法，其中所述感应电动势包括在所述控制周期的所述第二个半周期期间在所述线圈中产生的具有正弦波形的感应电动势电压。

3、如权利要求2所述的电磁致动器驱动方法，其中在所述感应电动势电压从零增大至最大值时，将具有正弦波形的所述感应电动势电压用作所述控制信号。

4、如权利要求3所述的电磁致动器驱动方法，其中将所述感应电动势电压的所述最大值用作所述控制信号。

5、如权利要求2所述的电磁致动器驱动方法，其中将所述感应电动势电压的积分值用作所述控制信号。

6、如权利要求1所述的电磁致动器驱动方法，其中利用包括晶体管电路的逆变器电路来将所述交流电压施加给所述线圈，对所述晶体管电路进行导通关断控制，以在续流效应下向所述线圈施加所述交流电压。

7、如权利要求6所述的电磁致动器驱动方法，其中所述逆变器电路的所述晶体管电路包括上方的晶体管电路和下方的晶体管电路，并且其中对所述上方的晶体管电路和所述下方的晶体管电路的导通时间、关断时间和导通/关断操作进行组合控制。

8、如权利要求7所述的电磁致动器驱动方法，其中所述下方的晶体管电路在所述控制周期的所述第一个半周期期间保持在关断状态。

9、如权利要求1所述的电磁致动器驱动方法，其中在所述可动体的每个位移中，计算所述感应电动势与目标值的偏差，并且其中根据所计算的偏差来改变控制输出的占空比。

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