CN103283142B - 直线致动器的驱动方法 - Google Patents

Abstract

振幅控制部(40)对相对于定子(11)往复移动的可动元件(12)的振幅进行检测，根据检测出的该振幅的时间性变化来对负载的随时间经过的变动进行检测，根据检测出的负载的随时间经过的变动来检测异常。另外，振幅控制部(40)将检测出的振幅输出到控制输出部(50)。该控制输出部(50)根据从振幅控制部(40)提供的振幅信息，来对用于使可动元件(12)进行往复移动的驱动电流(Id)进行控制。

Description

直线致动器的驱动方法

技术领域

本发明涉及一种使可动元件进行往复移动的直线致动器的驱动方法。

背景技术

以往，已知以下一种直线致动器：具备由电磁体构成的定子、具有永磁体的可动元件以及对提供给电磁体的绕组的驱动电流进行控制的控制部，使可动元件相对于定子进行往复振动(参照专利文献1)。提出了以下方法：在该直线致动器中，通过对电磁体的绕组所产生的感应电压进行检测来检测可动元件的运动(位移、速度或者加速度)。

专利文献1：日本特开2001-16892号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在上述直线致动器中，没有提出用于早期检测异常的发生的方法，因此要求这一点的改进。例如还考虑以下方法：利用表示上述可动元件的运动的检测值作为异常检测的参数，将该检测值降到预先设定的规定值以下的情况检测为异常。但是，在根据这样的检测值(瞬时值)来检测异常的情况下，需要将上述规定值设定为也考虑了部件偏差等而认为是异常的值。因此，在这样的方法中无法早期检测异常。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够早期检测异常的直线致动器的驱动方法。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明的一个方面提供一种直线致动器的驱动方法，该直线致动器具备定子和可动元件，上述定子和上述可动元件中的一方具有电磁体。该驱动方法检测上述可动元件的位移、速度以及加速度中的至少一个，根据其检测值对用于使上述可动元件进行往复移动的驱动电流进行控制，并且根据上述检测值的时间性变化来检测负载的随时间经过的变动。

另外，在上述结构中，优选的是，通过对上述检测值的增减次数进行检测，来判断上述负载的瞬时变动的产生容易度，根据其判断结果来变更对上述可动元件的控制方法。

另外，在上述结构中，优选的是，根据上述判断结果对用于控制上述驱动电流的反馈环的环增益进行变更。

另外，在上述结构中，优选的是，根据上述判断结果对上述可动元件的振幅的目标值进行变更。

另外，在上述结构中，优选的是，在上述定子或上述可动元件所具有的上述电磁体的绕组中没有流动上述驱动电流的非导通期间内，对随着上述可动元件的往复移动而在上述绕组产生的感应电压进行检测，由此检测上述检测值。

优选例是，提供一种直线致动器的驱动方法，该直线致动器具备定子和往复移动的可动元件，上述定子和上述可动元件中的一方具有电磁体。该驱动方法对在上述可动元件的往复移动过程中在上述电磁体的绕组产生的感应电压进行检测，根据上述感应电压来对上述可动元件的往复移动的振幅进行检测，存储检测出的振幅，至少根据检测出的振幅来对用于使上述可动元件进行往复移动的驱动电流进行控制，以及根据所存储的振幅的时间性变化来检测负载的随时间经过的变动，从而检测异常。

发明的效果

根据本发明，能够早期检测异常。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式中的直线振动致动器的框图。

图2是驱动电路和振幅控制部的框图。

图3是用于说明振幅检测的时序图。

图4是用于说明振幅检测的时序图。

图5是用于说明振幅检测的时序图。

图6是用于说明控制电路的动作的波形图。

图7是用于说明控制电路的动作的波形图。

图8是用于说明振幅检测的时序图。

图9是用于说明振幅检测的时序图。

具体实施方式

下面，按照附图说明将本发明具体化得到的一个实施方式。

如图1所示，直线振动致动器10具有定子11和可动元件12。定子11例如是由在层叠磁性材料的烧结体、磁性材料的铁板得到的芯上卷绕绕组11a而得到的电磁体构成的。该定子11固定于框架13。

可动元件12被弹簧14以能够进行往复移动的方式支承于框架13。该可动元件12所具有的永磁体12a隔着规定的间隙与上述定子11相对地配置，并且在可动元件12的往复移动方向(在图中为左右方向)上磁化。

接着，说明用于驱动直线振动致动器10的电结构例。

与上述绕组11a相连接的驱动电路30根据来自电源20的电源电压Vcc来进行动作，对绕组11a提供驱动电流Id。与绕组11a相连接的振幅控制部40根据绕组11a产生的感应电压来检测可动元件12的振幅，并监视振幅的时间性变化。振幅控制部40根据振幅的时间性变化来检测负载的随时间经过的变动，从而检测异常。另外，振幅控制部40根据振幅的时间性变化来判断负载的瞬时变动状态。该振幅控制部40将检测出的振幅信息反馈至控制输出部50。

控制输出部50根据来自振幅控制部40的振幅信息对向绕组11a的驱动电流Id进行控制。在图示的例子中，控制输出部50根据其振幅信息来生成对驱动电流Id进行PWM(PulseWidthModulation：脉宽调制)控制的PWM信号，输出到驱动电路30。该控制输出部50生成上述PWM信号，使得以与由可动元件12的重量、弹簧14的弹簧常数等决定的直线振动致动器10的机械谐振频率同步的频率将驱动电流Id提供给绕组11a。此外，与控制输出部50相连接的恒压电源21根据来自电源20的电源电压Vcc来生成恒压，将该恒压作为动作电压提供给控制输出部50。

当上述那样控制的驱动电流Id流过绕组11a时，可动元件12的永磁体12a与驱动电流Id的流动方向相应地一边使上述弹簧14弯曲一边在往复移动方向(图中的左右方向)上被驱动。而且，当通过控制输出部50的控制而在适当的定时切换驱动电流Id的流动方向时，可动元件12进行往复移动。

参照图2来说明驱动电路30和振幅控制部40的内部结构例。

驱动电路30是由MOSFET等开关元件Q1～Q4构成的全桥电路。在开关元件Q1、Q3间的连接点与开关元件Q2、Q4间的连接点之间连接有上述绕组11a。开关元件Q1、Q4的对和开关元件Q2、Q3的对根据来自控制输出部50的PWM信号来交替导通，由此对流过绕组11a的驱动电流Id的方向进行切换。这样，驱动电路30控制驱动电流Id而使上述可动元件12进行往复移动。

放大电路41对绕组11a的两端电压、即绕组11a产生的感应电压E进行放大，将其放大后的放大电压Vn输出到比较电路42、43。比较电路42例如将零电压的基准电压V0与放大电压Vn进行比较，将与其比较结果相应的信号电平的输出信号S1输出到微型控制器(微型计算机)44内的振幅换算电路45。另外，比较电路43将比基准电压V0低规定电压的基准电压V1与上述放大电压Vn进行比较，将与其比较结果相应的信号电平的输出信号S2输出到振幅换算电路45。此外，基准电压V1也可以设定为比基准电压V0高规定电压的电压。

微型控制器44具有：上述振幅换算电路45，其检测可动元件12的振幅；存储器46，其存储由振幅换算电路45检测出的可动元件12的振幅；以及控制电路47，其根据存储器46所存储的振幅的时间性变化来判断负载的变动。

振幅换算电路45根据比较电路42的输出信号S1的信号电平，如图3所示那样对放大电压Vn成为与基准电压V0(例如0V)相等电压的时间T0进行检测，将该时间T0判断为可动元件12的往复移动的折返点。详细地说，如图4所示，在绕组11a中，与可动元件12的往复移动相应地产生正弦波状的感应电压E。该感应电压E的波形的频率与直线振动致动器10的机械谐振频率相同。另外，该感应电压E与可动元件12的振幅、位移、振动(往复移动)的速度、振动的加速度以及振动的方向等相应地发生变化。可动元件12的速度越大则感应电压E越大。例如，在可动元件12到达其往复移动的一端(右端或者左端)时，可动元件12的速度为零。此时，该可动元件12所具有的永磁体12a的运动暂时停止而磁束的变化消失，因此上述感应电压E变为零。因而，振幅换算电路45能够将绕组11a的感应电压E(放大电压Vn)为零电压的时刻判断为可动元件12的振动方向被切换的折返点。

另外，振幅换算电路45根据比较电路43的输出信号S2的信号电平，如图3那样对放大电压Vn成为与基准电压V1相等电压的时间T1进行检测。并且，振幅换算电路45对从上述时间T1至时间T0为止的时间差Ts进行检测，根据该时间差Ts求出可动元件12的速度(振幅)。具体地说，振幅换算电路45对从感应电压E成为规定电压(基准电压V1)的时刻至往复移动的折返定时(时间T0)为止的时间(时间差Ts)进行测量，将该时间差Ts转换为振幅。详细地说，直线振动致动器10以固定频率进行振动，该可动元件12的位置和速度按照正弦曲线发生变化。因而，通过对上述时间差Ts进行测量，能够唯一地确定表示直线振动致动器10的驱动状态的正弦曲线，能够唯一地确定可动元件12的速度(振幅)。

说明将时间差Ts换算为振幅的例子。绕组11a的感应电压E是由电磁力、振幅、频率来决定的，在此的感应电压E的变动仅依赖于可动元件12的振幅，因此其振幅越大则该感应电压E越大。例如图5所示，可动元件12的振幅越大则时间差Ts越短(参照虚线曲线)，相反，可动元件12的振幅越小则时间差Ts越大(参照实线曲线)。由此，能够将该时间差Ts换算为振幅。

此外，在将基准电压V1设定为比基准电压V0高规定电压的电压的情况下，能够对从放大电压Vn成为与基准电压V0相等电压的时间T0至放大电压Vn成为与基准电压V1相等电压的时间T1为止的时间差Ts进行检测来求出振幅。

如图3所示，这样的振幅检测在绕组11a中没有流动驱动电流Id的非通电期间Tnc执行。此外，例如能够通过以PWM控制进行向绕组11a的驱动电流Id的输出并且限制PWM输出的最大输出幅度，来设定该非通电期间Tnc。或者，还能够在可动元件12的一个方向的驱动中以PWM控制来进行向绕组11a的驱动电流Id的输出，在另一方向的驱动中通过固定输出来进行向绕组11a的驱动电流Id的输出，并且将该固定输出后的剩余时间设定为非通电期间Tnc。

在图3的示例中，仅在一个方向的折返点(右端的折返点)执行上述振幅检测，但是也可以在两个方向的折返点(右端和左端的折返点)执行上述振幅检测。

图2示出的振幅换算电路45将检测出的可动元件12的振幅输出到存储器46和控制输出部50。依次存储到存储器46的可动元件12的振幅示出振幅的时间性变化。控制电路47根据存储到存储器46的可动元件12的振幅的时间性变化来检测负载的随时间经过的变动，根据其检测结果来检测异常。另外，控制电路47根据可动元件12的振幅的时间性变化来判断负载的瞬时变动的产生容易度，根据其判断结果来变更对可动元件12的控制方法。

控制输出部50生成PWM信号，以与由振幅换算电路45检测出的往复移动的折返定时相应地控制驱动电流Id的输出定时。具体地说，如图3所示，控制输出部50在从往复移动的折返点起规定时间Ta后，使开关元件Q1、Q4在规定时间Tb的期间内导通而将第一方向的驱动电流Id提供给绕组11a。另外，控制输出部50在从往复移动的折返点起规定时间Tc(其中Tc>Ta+Tb)后，使开关元件Q2、Q3在规定时间Td的期间内导通而将与上述第一方向相反方向的驱动电流Id提供给绕组11a。

并且，控制输出部50根据来自振幅换算电路45的振幅信息来生成PWM信号，以使可动元件12的振幅与目标值一致。例如，控制输出部50控制驱动电流Id的电流量以使可动元件12的振幅与目标值一致。具体地说，控制输出部50对上述规定时间Tb、Td(通电时间)的长度、即占空比进行控制来对驱动电流Id的电流量进行控制，以使可动元件12的振幅与目标值一致。

接着，按照图6和图7来说明这样构成的直线振动致动器10(特别是，控制电路47)的动作。

当前，直线振动致动器10的可动元件12通过从驱动电路30提供的驱动电流Id而进行往复移动。此时，针对可动元件12的往复移动的每个折返点来检测其振幅，该振幅存储到存储器46。控制电路47将该存储器46所存储的振幅如图6、图7所示那样排列在时间轴上，由此检测振幅的随时间经过的变化(例如，增加趋势、减少趋势)。在此，在驱动直线振动致动器10的电源20的电源电压Vcc维持固定的状态下，振幅的增减大部分是由负载的增减引起的。例如在通过对可动元件12的驱动使负载部分进行振动的情况下，当该负载部分附着污垢、灰尘等异物时，该异物成为阻力而可动元件12的振幅降低。因此，通过检测可动元件12的振幅的增减，能够模拟地检测负载的增加。

因此，控制电路47通过对可动元件12的振幅的随时间经过的变化的趋势进行检测，来对负载的随时间经过的变动的趋势进行检测。在图6的示例中，可动元件12的振幅反复进行瞬时的增减并且其振幅随时间经过逐渐减小。此时的控制电路47能够对随着时间经过而可动元件12的振幅逐渐减小的趋势(减小趋势：参照箭头)进行检测。由此，控制电路47能够对负载的随时间经过的变动的趋势(增加趋势)进行检测，因此能够早期检测出驱动的变化。因此，在发生异常时能够在早期进行警告显示、驱动停止等对策。

在此，例如在利用瞬时值检测异常的情况下，在振幅降到也考虑了部件偏差等而决定的异常值A1时才能够开始检测异常。与此相对，在根据振幅的随时间经过的变动来检测异常的情况下，能够对负载的随时间经过的变动的趋势进行检测，因此能够在振幅变得低于异常值A1之前检测异常。因而，与利用瞬时值检测异常的情况相比，能够更早期且高精度地检测异常。

另外，控制电路47通过对规定期间内的振幅的增减次数进行计数，来判断负载的瞬时变动是否处于容易发生的状况。例如图7所示，在规定期间Te1内的振幅的增减次数少的情况下，控制电路47判断为处于不容易产生负载变动的状态。在该情况下，控制电路47在驱动电流Id的控制中以进行稳定性高的反馈控制的方式对控制输出部50等进行控制。例如，控制电路47对用于根据由振幅换算电路45检测出的振幅信息来控制驱动电流Id的反馈环的环增益进行变更使该环增益变小。

另一方面，在规定期间Te2内的振幅的增减次数多的情况下，控制电路47判断为处于容易产生负载变动的状态。在该情况下，控制电路47在驱动电流Id的控制中以提高针对负载变动的响应性的方式对控制输出部50等进行控制。例如，控制电路47用于控制上述驱动电流Id的反馈环的环增益进行变更使该环增益变大。

如上所述，根据本实施方式，能够起到以下效果。

(1)根据振幅的时间性变化来检测负载的随时间经过的变动。由此，能够检测负载的随时间经过的变动的趋势，与利用瞬时值检测异常的情况相比，能够更早期检测驱动的变化。因此，与利用瞬时值检测异常的情况相比，能够更早期检测异常，针对该异常，能够更早期进行停止驱动等对策。

(2)根据振幅的增减次数来判断负载的瞬时变动的产生容易度，根据其判断结果来变更对可动元件12的控制方法(例如，环增益)。由此，能够通过对振幅的增减次数进行计数这种简单的方法来判断负载的变动状态，并且能够实施适合于该负载的变动状态的驱动。

(3)另外，作为对直线振动致动器10的驱动状态(在此，可动元件12的振幅)进行检测的方法，还考虑对流过绕组11a的驱动电流Id进行检测的方法。但是，在该方法中，为了进行直线振动致动器10的驱动所需的脉冲放电的电流检测，需要用于求出规定时间的积分值等的追加单元，并且会产生以下问题：积分导致对检测数据进行舍入而使信息量减少。与此相对，在本实施方式中，不检测驱动电流Id而通过检测绕组11a所产生的感应电压E来检测可动元件12的振幅，因此不会产生上述问题。

此外，本发明的实施方式也可以以下那样变更。

·在上述实施方式中，根据时间差Ts来检测可动元件12的振幅。并不限定于此，例如图8、图9所示，也可以根据规定时间的感应电压E的电压差来检测可动元件12的振幅。具体地说，如图8所示，也可以测量从振幅的折返定时(时间T0)起到经过规定时间T2后的感应电压E的电压值V2，对零电压、电压值V2的电压差Vs进行测量，将该电压差Vs换算为振幅。详细地说，直线振动致动器10以固定频率进行振动，该可动元件12的位置和速度按照正弦曲线发生变化。因而，通过测量上述电压差Vs，能够唯一地确定直线振动致动器10的驱动状态(正弦曲线)，能够唯一地确定可动元件12的速度(振幅)。即，如图8所示，示出在电压差Vs小的情况下(参照实线)可动元件12的振幅小，示出在电压差Vs大的情况下(参照虚线)可动元件12的振幅大。

另外，如图9所示，也可以对从振幅的折返定时(时间T0)起到经过规定时间T3后的感应电压E的电压值V3以及从振幅的折返定时(时间T0)起到经过规定时间T4后的感应电压E的电压值V4进行测量，测量它们的电压差，将该电压差换算为振幅。此外，在这样检测振幅的情况下，例如将图2示出的比较电路42、43变更为模拟/数字转换电路即可。

·在上述实施方式中，通过对绕组11a所产生的感应电压E进行检测来对可动元件12的速度进行检测，但是也可以对与该速度相关的可动元件12的位移、加速度进行检测。

·或者，也可以另外设置加速度传感器等作为检测单元，根据其传感器输出等来对可动元件12的位移、速度或者加速度进行检测。

·对于上述实施方式中的可动元件12，也可以代替永磁体12a而具备电磁体。在该情况下，代替由电磁体构成的定子11而使用由永磁体构成的定子即可。

·也可以将上述实施方式中的直线振动致动器具体化为使用了定子11没有被完全固定的可动定子的直线振动致动器。

·在上述实施方式中，将直线致动器具体化为直线振动致动器10，但是并不限定于此。例如，也可以将直线致动器具体化为直线电磁致动器。

·也可以将上述实施方式中的直线振动致动器10应用于电动剃须刀。在该情况下，可动元件12的振幅的增减次数和负载的瞬时变动的产生容易度相当于使用者的体毛(例如胡须)的量。详细地说，在使用直线振动致动器构成的电动剃须刀中，固定的外刀片与内刀片夹持胡须，由此切除该胡须，其中，该内刀片与可动元件12进行驱动连结，通过直线振动致动器而进行往复移动。在这种电动剃须刀的外刀片中进入胡须时，可动元件12的振幅减少，当该胡须消失时可动元件12的振幅增加(参照图7的虚线框)。该振幅的增减次数相当于进入到外刀片的胡须的个数。

因此，在控制电路47中，通过对可动元件12的振幅的增减次数进行计数，也可以判断使用者胡须的个数(胡须的浓度)。在该情况下，根据判断出的胡须的浓度来变更可动元件12的速度。具体地说，如图7的期间Te1所示，在规定时间内的振幅的增减次数少的情况下，控制电路47判断为使用者胡须的量少，将可动元件12的振幅的目标值变更为低以降低可动元件12的速度。相反，如图7的期间Te2所示，在规定时间内的振幅的增减次数多的情况下，控制电路47判断为使用者胡须的量多，将可动元件12的振幅的目标值变更为高以提高可动元件12的速度。由此，在胡须浓的情况下、薄的情况下均能够始终得到良好锋利度，还能够抑制对皮肤的刺激。

并且，在此，保持使驱动电流Id的频率与直线振动致动器10的机械谐振频率同步的状态，仅变更振幅的目标值来变更对可动元件12的控制方法。由此，能够高效率地驱动可动元件12并且提高剃须性能。

附图标记说明

10：直线振动致动器(直线致动器)；11：定子；11a：绕组；12：可动元件；12a：永磁体；40：振幅控制部；45：振幅换算电路；47：控制电路；50：控制输出部。

Claims (6)

1.一种直线致动器的驱动方法，该直线致动器具备定子和可动元件，上述定子和上述可动元件中的一方具有电磁体，该直线致动器的驱动方法的特征在于，

检测上述可动元件的位移、速度以及加速度中的至少一个，根据其检测值对用于使上述可动元件进行往复移动的驱动电流进行控制，并且根据上述检测值的时间性变化的趋势来检测负载的随时间经过的变动的趋势，从而检测异常。

2.根据权利要求1所述的直线致动器的驱动方法，其特征在于，

通过对上述检测值的增减次数进行检测，来判断上述负载的瞬时变动的产生容易度，根据其判断结果来变更对上述可动元件的控制方法。

3.根据权利要求2所述的直线致动器的驱动方法，其特征在于，

根据上述判断结果对用于控制上述驱动电流的反馈环的环增益进行变更。

4.根据权利要求2所述的直线致动器的驱动方法，其特征在于，

根据上述判断结果对上述可动元件的振幅的目标值进行变更。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的直线致动器的驱动方法，其特征在于，

在上述定子和上述可动元件中的一方所具有的上述电磁体的绕组中没有流动上述驱动电流的非导通期间内，对随着上述可动元件的往复移动而在上述绕组产生的感应电压进行检测，由此检测上述检测值。

6.一种直线致动器的驱动方法，该直线致动器具备定子和往复移动的可动元件，上述定子和上述可动元件中的一方具有电磁体，该直线致动器的驱动方法的特征在于，

对在上述可动元件的往复移动过程中在上述电磁体的绕组产生的感应电压进行检测，

根据上述感应电压来对上述可动元件的往复移动的振幅进行检测，

存储检测出的振幅，

至少根据检测出的振幅来对用于使上述可动元件进行往复移动的驱动电流进行控制，以及

根据所存储的振幅的时间性变化的趋势来检测负载的随时间经过的变动的趋势，从而检测异常。