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Hintergrund der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Aktuator-Treiberschaltkreis und
insbesondere auf einen Treiberschaltkreis für einen Schwing-Aktuator mit
einem sich bewegenden Element, das für eine Hin- und Herbewegung
bereitgestellt ist.
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Beschreibung des verwandten
Standes der Technik
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Es
wurde ein Schwing-Aktuator bereitgestellt, welcher einen Stator,
der aus einem Elektromagnet besteht, und einem sich bewegenden Element mit
einem Permanentmagnet und der durch eine Feder als Rückstellmittel
gestützt
ist, umfasst. Der Schwing-Aktuator auf dessen Art Bezug genommen wird,
ist derart eingerichtet, dass der Elektromagnet, der den Stator
bildet, z. B. mit drei Statormagnetpolen versehen ist, die linear
in gleichmäßigen Abständen angeordnet
sind, und ein mittlerer Statorpol wird von den anderen beiden Statorpolen
durch einen Erregerstrom, der durch eine Statorspule fließt, angeregt,
um unterschiedlich gepolt zu sein. Der Permanentmagnet, mit dem
das sich bewegende Element ausgestattet ist, ist beweglich in der
Richtung angeordnet, in der die Statorpole angeordnet sind, und
ist magnetisiert, um zwei Pole in der beweglichen Richtung zu haben,
und ein Abstand zwischen den Mittelpunkten dieser beiden Magnetpole
des Permanentmagneten ist im Wesentlichen gleich eines Abstandes
zwischen den Mittelpunkten eines Paars benachbarter Statorpole.
Das sich bewegende Element wird getragen, um im Wesentlichen rückstellbar
auf die Mittelposition des Bewegungsfreiraums zu sein.
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Wenn
in dem Schwing-Aktuator dieser Anordnung eine Wechselspannung mit
rechteckiger Wellenform an die Statorspule angelegt wird, wird das
sich bewegende Element durch Mittel einer Magnetkraft zwischen den
Statorpolen und dem Permanentmagnet veranlasst, während einer
Anregung zu einer Polarität
der Statorspule, auf die eine Seite bewegt zu werden, wohingegen
das sich bewegende Element durch eine Magnetkraft zwischen den Statorpolen und
dem Permanentmagnet während
einer Anregung zu der anderen Polarität der Statorspule zu der anderen
Seite bewegt wird. In der Zeit, in der keine Spannung an die Statorspule
angelegt ist, wird eine Rückstellkraft
in Richtung der Mittelposition des Bewegungsraums auf das sich bewegende
Element durch eine rücktreibende
Kraft der vorherigen Feder ausgeübt.
Das heißt,
dass es dem sich bewegenden Element möglich ist, eine Hin- und Herbewegung bzw.
Pendelbewegung durch Anlegen einer Wechselspannung auszuführen. Ein
derartiger Schwing-Aktuator ist in einem Elektrorasierer von der Hin-
und Herschwingart bzw. vom Pendeltyp umgesetzt, der eine bewegliche
Innenklinge aufweist, die an das sich bewegende Element des Aktuators
gekoppelt ist und die Hin- und Herbewegung des sich bewegenden Elements
verwendet.
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EP-A-0 652 632 offenbart
eine Stromversorgung für
vibrierende Kompressoren mit einem Umsetzer zum Umwandeln von Gleichstrom
(DC) in Wechselstrom (AC).
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GB-A-1 411 335 bezieht
sich auf Trockenrasierer, die durch einen Elektromotor betrieben
werden, und insbesondere auf Steuerungsmittel für den Antriebsmotor.
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Wenn
in diesem Fall eine Last, die durch das sich bewegende Element angetrieben
werden soll, schwankt bzw. fluktuiert, um den Schwingzyklus des sich
bewegenden Elements zu verändern,
besteht die Gefahr, dass der Schwingzyklus, auch wenn Maßnahmen
zum Steuern des Arbeitstakts mit einem Sensor benutzt werden, mindestens
zeitweise oder dauerhaft seinen Gleichlauf mit der Anregungsspannung,
die an die Statorspule angelegt ist, dermaßen verliert, dass eine Fehlfunktion
auftritt. Im Falle einer derartigen Asynchronität bzw. eines derartigen Ungleichlaufs
des Schwingzyklus des sich bewegenden Elements mit der Anregungsspannung,
verursacht sogar das Anlegen einer derartigen periodischen Spannung
wie eine sinusförmige
Spannung an die Statorspule das Auftreten einer Rückkopplung
bzw. Antwort von dem Stator zum sich bewegenden Element zur Energieversorgung
in einer Richtung der Verlangsamung, und dort ergibt sich das Problem, dass
eventuell ein Energieverlust verursacht wird, so dass die Betriebseffizienz
verschlechtert wird. Durch das Beibehalten der Hin- und Herbewegung
des sich bewegenden Elements, die im Linearaktuator der vorhergehenden
Anordnung fortgesetzt ist, sollte das Anlegen der Spannung an die
Statorspule des Weiteren vorzugsweise in seinem Arbeitstakt in Übereinstimmung
mit der Position des sich bewegenden Elements gesteuert werden.
Das heißt,
die Betriebsenergie kann reduziert werden indem die Statorspule synchron
mit der natürlichen
Frequenz des sich bewegenden Elements angeregt wird, um einen Resonanzzustand
zu erreichen. Demzufolge wird ein Sensor wie z. B. ein Bildunterbrecher
bzw. Lichtschranke bereitgestellt, um zu messen, dass das sich bewegende
Element eine bestimmte Position durchlaufen hat, und der Arbeitstakt
der angelegten Spannung an die Statorspule gesteuert wird. Aber
das Bereitstellen eines derartigen Sensors hat zur Folge, dass ein Schaltkreis
benötigt
wird, um den Sensor und die Verarbeitungsausgaben des Sensors zu
steuern, und es ergibt sich das Problem, dass der Aktuator in seinen
Gesamtabmessungen vergrößert ist.
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Des
Weiteren verursacht das zuvor genannte Anlegen der rechteckförmigen Wechselspannung an
die Statorspule einen Strom, der größere harmonische Komponenten
bzw. Oberschwingungen beinhaltet, die durch die Statorspule fließen. Ein
Vergleich der Effizienz des Anlegens der sinusförmigen Spannung an die Statorspule
mit derjenigen des Anlegens der rechecksförmigen Spannung an die Statorspule hat
deutlich gemacht, dass das Anlegen der rechtecksförmigen Spannung
schlechter ist, und dass das Anlegen dieser Spannung zu dem Problem
führt, dass
die Batterie sehr bald ausgetauscht oder wieder aufgeladen werde
muss, wenn sie in batteriebetriebenen Apparaten und Geräten angewandt
wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Treiberschaltkreis
für einen
Schwingaktuator bereitzustellen, der in der Lage ist, die zuvor
genannten Probleme zu beseitigen, den Arbeitstakt des Anlegens der
Spannung an die elektromagnetische Spule mit der Hin – und Herbewegung
des sich bewegenden Elements zu synchronisieren, dennoch die Ausmaße zu minimieren,
wobei jeglicher Positionssensor unnötig wird, und zu vollbringen,
dass sich die Betriebseffizienz aufgrund von Lastschwankungen mit
Anlegen der sinusförmigen
Spannung oder des Stroms an die elektromagnetische Spule nicht verschlechtert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann diese Aufgabe durch Mittel eines Treiberschaltkreises
für den
Schwingaktuator gelöst
werden, wobei mindestens entweder der Stator oder das sich bewegende
Element mit einem Elektromagneten versehen ist, mit einem Rückstellen
des sich bewegenden Elements in eine vorher festgelegte Position
versehen ist, wenn der Elektromagnet nicht angeregt ist, und das
sich bewegende Element dazu veranlasst wird seine Hin- und Herbewegung
aufgrund von Veränderungen
der magnetischen Kraft durchzuführen,
die zwischen dem Elektromagneten und dem sich bewegenden Element
auf Anlegen einer Wechselspannung auf den Elektromagneten wirkt,
dadurch gekennzeichnet dass die an die Spule des Elektromagneten
angelegte Spannung durch eine selbst-anregende Schwingung mit positiver
Antwort einer elektromotorischen Gegenkraft in der Spule des Elektromagneten
entsprechend der Hin- und Herbewegung des sich bewegenden Elements
erzeugt wird.
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Andere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen durch die
Beschreibung der Erfindungsvorteile klar werden, wie bezüglich den
Ausführungsformen
ausgeführt,
die in den begleitenden Zeichnungen gezeigt sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Schaltplan einer Ausführungsform
des Treiberschaltkreises für
den Aktuator gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
ein beispielhaftes Diagramm für das
Prinzip des Treiberschaltkreises von 1;
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3 bis 5 sind
jeweils beispielhafte Diagramme für die Arbeitsweise des Treiberschaltkreises
in 1;
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6 ist
ein schematischer Schaltplan, der eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
ein detaillierter Schaltplan der Ausführungsform aus 6;
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8(a) bis 8(e) sind
beispielhafte Wellenformdarstellungen für die Arbeitsweise der Ausführungsform
von 6;
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9 ist
ein schematischer Schaltplan, der einen Aspekt einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 ist
ein schematischer Schaltplan, der einen anderen Aspekt der Ausführungsform
von 9 zeigt;
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11(a) und 11(b) sind
erklärende
Wellenformdarstellungen für
die Arbeitsweise in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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12 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Anordnung in einer anderen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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13 ist
ein Schaltplan, der ein praktisches Beispiel der Ausführungsform
von 12 zeigt; und
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14 und 15 sind
Schaltpläne,
die jeweils noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigen.
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Während die
vorliegende Erfindung jetzt mit Bezug auf die jeweiligen Ausführungsformen,
die in den Zeichnungen gezeigt sind, beschrieben werden soll, muss
beachtet werden, dass es beabsichtigt ist, die vorliegende Erfindung
nicht auf diese Ausführungsformen
alleine zu beschränken,
sondern stattdessen alle möglichen
Abänderungen,
Modifikationen und äquivalente
Anordnungen in den Schutzumfang der angehängten Ansprüche einzuschließen.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung wird jetzt im Folgenden mit Bezug auf die
Ausführungsformen
beschrieben werden. Während
die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden
Erfindung im Folgenden mit Bezug auf den Schwingaktuator, insbesondere
auf den Linearaktuator, beschrieben sind, in dem der Elektromagnet
und Permanentmagnet für
eine geradlinige Hin- und
Herbewegung kombiniert sind, ist es möglich, die technische Idee
der vorliegenden Erfindung auch auf andere Arten von Schwingaktuatoren
anzuwenden.
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In 1 ist
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt, in der ein Verstärker, wie z.
B. ein Operationsverstärker 11 mit
einem Ausgabeendgerät
durch einen Treiberschaltkreis 12 mit einem Ende eines
Kondensators 13 verbunden ist. Das andere Ende dieses Kondensators 13 ist
mit einem nichtinvertiertem Eingabeendgerät des Operationsverstärkers 11 und
auch mit einer Statorspule 1 verbunden, und bildet somit
einen Linearaktuator. Ein Widerstand 14 ist zwischen dem
anderen Ende der Statorspule 1 und einem invertiertem Eingabeendgerät des Operationsverstärkers 11 eingesetzt,
und ein variabler Widerstand 15 ist zwischen dem Ausgabeendgerät und dem
invertierten Endgerät
des Operationsverstärkers 11 eingesetzt.
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Der
Treiberschaltkreis 12 ist mit einem Paar Transistoren Q1
und Q2 in einer Komplementärverbindung
gebildet und ist vorgesehen eine Ausgabespannung des Operationsverstärkers 11 zu
einer Quellspannung (±V)
zu verstärken,
und dadurch wird eine Spannung erreicht, die in der Lage ist, den
Linearaktuator zu betreiben. Obwohl hier angenommen wird, dass eine
Batterie oder Batterien als Stromquelle verwendet werden wird, kann
jede andere Stromquelle verwendet werden. Der Kondensator 13 ist
in Übereinstimmung
mit der natürlichen
Frequenz des sich bewegenden Elements des Linearaktuators eingestellt,
und ein Reihenschwingkreis gebildet aus der Statorspule 1 und
dem Kondensator 13 ist so eingestellt, dass er eine Resonanzfrequenz
gleich der natürlichen
Frequenz des sich bewegenden Elements des Linearaktuators hat. Zu
diesem Zeitpunkt kann der Schaltkreis, der in 1 gezeigt
ist, durch einen derart äquivalenten
Schaltkreis dargestellt werden, wie in 2 gezeigt
ist, in dem der Linearaktuator als Reihenschaltkreis eines DC-Widerstands
R der Statorspule 1, und der Induktivität L der Statorspule 1 und
einer elektromotorischen Gegenkraft E, angesehen wird und der Schaltkreis
bildet anders als der Kondensator 13 einen Steuerschaltkreis 10.
Der Steuerschaltkreis 10 ist mit einer Stromquelle Vs zum Anlegen
einer Quellspannung an den Treiberschaltkreis 12 ausgestattet,
es wird verursacht, dass die elektromotorische Gegenkraft E durch
eine Überschneidung
des Magnetflusses des Permanentmagneten bezüglich der Statorspule 1 infolge
der Bewegung des sich bewegenden Elements im Linearaktuator erzeugt
wird, und ein sinusförmiges
Signal entsprechend des sich bewegenden Elements im Linearaktuator
soll erzeugt werden.
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Da
dieses Signal eine Eingabe in das nicht-invertierte Eingabeendgerät des Operationsverstärkers 11 ist,
wird das Signal einer positiven Antwortverstärkung unterliegen, und der
Schaltkreis, der in 1 gezeigt ist, soll eine Eigenschwingung durchführen. Da
die Frequenz dieser Schwingung auf der Frequenz des mechanischen
Systems des Linearaktuators beruht, wird eine Anregespannung einer
Frequenz entsprechend jeglicher Schwankung in der Belastung des
Linearaktuators an die Statorspule 1 angelegt. Des Weiteren,
da der Linearaktuator selbst ein Resonanzsystem bildet, das für die Schwingung
nötig ist,
kann das Resonanzsystem weggelassen werden im Gegensatz zu dem Fall,
in dem die an die Statorspule 1 angelegte Spannung nur
mit einem separaten Schaltkreis für die Eigenschwingung erzeugt
wird (d. h. in dem Fall einer separat-angeregten Schwingung), und
die Anzahl der benötigten
Teile kann in diesem Ausmaß reduziert werden.
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Da
in der zuvor genannten Schaltkreisanordnung eine momentane Position
des sich bewegenden Elements im Linearaktuator und ein momentaner Wert
der Anregungsspannung für
die Statorspule 1 zeitlich miteinander zusammenfallen,
soll eine treibende Kraft, die auf das sich bewegende Element wirkt
proportional zum Quadrat des Stroms sein, der zur Statorspule 1 fließt. Des
Weiteren, da die Resonanzfrequenz des Reihenschwingkreises der Statorspule 1 und
des Kondensators 13 derart ausgelegt wurde, dass sie zeitlich
mit der natürlichen
Frequenz des sich bewegenden Elements des Linearaktuators zusammenfällt, so
dass im Falle einer Nicht-Belastung und wenn die Anregungsspannung,
die an Statorspule 1 angelegt ist, in Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz
des Linearaktuators ist, wird eine zusammengesetzte Recktanz einer
induktiven Komponente dieser Statorspule 1 und einer kapazitiven Komponente
des Kondensators 13 im Wesentlichen Null sein. Folglich
kann eine Schaltkreisimpedanz in einem Zustand sein, der nur nahe
einer Widerstandskomponente ist. Dementsprechend wird es ermöglicht,
dass ein großer
Strom ausgelöst
wird, der durch die Statorspule 1 fließt und der Linearaktuator kann effizient
betrieben werden. Mit der vorherigen Bereitstellung des Kondensators 13 kann
demzufolge die treibende Kraft, die auf das sich bewegende Element wirkt,
größer gemacht
werden, als in dem Fall in dem kein Kondensator tätig wird.
Hier vorausgesetzt, dass der Linearaktuator als Antriebsquelle eines
Elektrorasierers tätig
ist und eine derartige Frequenz zeigt, wie durch eine Kurve „1" von 3 in
unbelastetem Zustand (ca. 200 Hz) gezeigt ist, wird die Resonanzfrequenz
erheblich abgeschwächt,
wie z. B. durch eine Kurve „2" von 3 gezeigt
ist, infolge des Anlegens einer Last mit Barthaar, das rasiert werden
soll. Da in der vorliegenden Ausführungsform der Resonanzzustand
mit der Bereitstellung des Kondensators 13 erhalten werden
soll, ist es möglich,
den momentanen Wert in unmittelbarer Umgebung der Resonanzfrequenz
zu vergrößern, wie
durch die Kurve „1" in 4 gezeigt
ist, im Gegensatz zu dem Fall ohne Kondensator 13, wie
durch Kurve „2" in 4 gezeigt ist,
und die Antriebskraft bzw. treibende Kraft, die auf das sich bewegende
Element wirkt, wird zweimal so groß, wie durch Kurve „1" in 5 gezeigt
ist, als dort wenn kein Kondensator verwendet wird, wie durch eine
Kurve „2" in 5 gezeigt
ist. Das heißt,
dass ein Auftreten jeglicher Effizienzverschlechterung oder Fehlfunktion
effektiv verhindert werden kann, selbst bei Lastschwankungen.
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Während die
zuvor beschriebene Ausführungsform
der Anordnung derart gemacht ist, um den Betrieb des Linearaktuators
mit der Verbindung zur Stromquelle zu beginnen, verwendet eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die in 6 gezeigt
ist, einen Startschaltkreis 20, der dem Steuerschaltkreis 10 hinzugefügt ist.
Während
im Schaltkreis von 6 der Treiberschaltkreis 12 auch auf
der Ausgabeseite des Operationsverstärkers 11 bereitgestellt
ist, wurde der Treiberschaltkreis 12 von 6 weggelassen.
Der Startschaltkreis 20 umfasst, wie in 7 gezeigt
ist, einen one-shot bzw. monostabilen Multiwechselrichter 23,
der durch eine Diode 21 und einen Kondensator 22 mit
dem nicht-invertierten
Eingabeendgerät
des Operationsverstärkers 11 verbunden
ist, und einer Reihenschaltung eines Kondensators 25 und
eines Widerstandes 26, die über beide Endgeräte der Stromquelle
Vs durch einen Schalter 24 und an einem Anschlußpunkt zwischen dem
Kondensator 25 und dem Widerstand 26 mit einem
Trigger-Endgerät
bzw. Ansteuerendgerät
CK des monostabilen Multiwechselrichters 23 verbunden sind.
Die Stromquelle Vs ist zur Ausgabe der Spannung ±V vorgesehen und hat ein
Erdungsendgerät an
einem Mittelpunkt.
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Des
Weiteren ist quer zum Kondensator 25 ein Fototransistor 27a,
der ein lichtaufnehmendes Element eines Optokopplers 27 bildet,
parallel verbunden, und eine Lichtemitterdiode 27a, die
ein Lichtemitterelement des Optokopplers 27 bildet, ist
durch einen strombegrenzenden Widerstand 28 und eine Gleichrichterdiode 29 mit
dem Ausgabeendgerät
des Operationsverstärkers 11 verbunden.
Zwischen einem Verbindungspunkt des Widerstandes 28 zur
Diode 29 und dem Erdungsendgerät der Stromquelle Vs, ist ein
Glättungskondensator 30 verbunden.
Zwischen jedem der beiden Enden der Diode 21 und des Erdungsendgeräts der Stromquelle
Vs sind jeweils Widerstände 31 und 32 verbunden.
Anstelle von Direktverbindungen des Verbindungspunktes zwischen der
Statorspule 1 und dem Kondensator 13 zum nicht-invertierten
Eingabeendgerät
des Operationsverstärkers 11,
ist zwischen ihnen ein Widerstand 16 eingefügt.
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Jetzt
arbeitet der Schaltkreis, der in 7 gezeigt
ist, folgendermaßen.
Wenn der Schaltkreis mit der Stromquelle Vs verbunden wird, indem
der Schalter 24 bei der Zeit T0 von 8 auf EIN
gestellt wird, wird der Kondensator 25 durch den Widerstand 26 so
geladen, dass, wie in 8(d), eine Spannung quer
durch den Kondensator 25 mit der Zeit ansteigt. Der monostabile
Multiwechselrichter 23, der hier verwendet wird, soll bei
einem Ansteigen des Triggersignals derart getriggert bzw. angesteuert
werden, dass, wenn die Spannung im Kondensator 25 zu einen
Zeitpunkt T1 eine Triggerspannung bzw. Ansteuerspannung Vt des monostabilen
Multiwechselrichters 23 erreicht, ein Pulssignal bzw. Impulssignal
von konstanter Impulsbreite vom Multiwechselrichter 23 ausgegeben
werden. Das heißt,
zum Zeitpunkt T1 wächst
die Impulsspannung wie in 8(c) wie
eine Spannung über
bzw. im Widerstand 32. Mit dieser Impulsspannung, die dem
Operationsverstärker 11 eingegeben
wird, wird eine derartige Spannung wie in 8(b) bereitgestellt
wie eine Ausgabe des Operationsverstärkers 11, und eine
solche Spannung, wie in 8(a) wird
an die Statorspule 1 angelegt. Mit dieser angelegten Spannung
beginnt der Linearaktuator seine Arbeit, um eine elektromotorische
Gegenkraft zu erzeugen.
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Auch
nach einem Beenden dieser Eingabe vom monostabilen Wechselrichter 23 des
Operationsverstärkers 11,
wird die elektromotorische Gegenkraft des Linearaktuators an den
Operationsverstärker 11 zurückgegeben,
und der Betriebszustand des Linearaktuators wird dadurch beibehalten.
Das heißt,
eine periodische Spannung wie z. B. eine sinusförmige Spannung kann an die
Statorspule 1 angelegt werden, so dass die Anregungsspannung oder
der Strom an der Statorspule 1 zu einem Zustand konvergiert,
der verursacht, dass der Linearaktuator stabil arbeitet.
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In
dem Fall, dass die Ausgabespannung kontinuierlich vom Operationsverstärker 11 erreicht
werden kann, wächst
eine Spannung über
den Kondensator 30, wie in 8(e) gezeigt
ist, und zum Zeitpunkt T2 erreicht diese Spannung einen Zustand,
bei dem sie im Wesentlichen bei einer konstanten Spannung gehalten
wird. Da die Spannung im Kondensator 30 steigt, erhöht sich
eine Lichtausgabe der Lichtemitterdiode des Optokopplers 27,
der Fototransistor 27b erhöht schrittweise sein Leitvermögen, wobei verursacht
wird, dass eine Ladung im Kondensator 25 durch den Fototransistor 27b entladen
wird, und die Spannung, die am Triggerendgerät CK des monostabilen Multiwechselrichters 23 anliegt,
kann während
des Betriebs des Linearaktuators im Wesentlichen auf Null gehalten
werden. Wenn der Linearaktuator aus irgendeinem Grund stoppt oder
wenn der auf AUS gestellte Schalter 24 wieder auf EIN gestellt
wird, wird der Kondensator 25 wieder geladen, und der zuvor
beschriebene Arbeitsablauf wird wiederholt.
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In
der Ausführungsform
von 6 bis 8, wie beschrieben wurde, wird
der Beginn des Arbeitsablaufs des Aktuators durch die Bereitstellung
des Startschaltkreises 20 vereinfacht, und dem Linearaktuator
wird ermöglicht,
automatisch neu zu starten, auch wenn der Linearaktuator einmal
aus irgendwelchen Gründen
gestoppt wurde, ohne dass es nötig ist,
den Schalter 24 auf EIN zu stellen. Andere Anordnungen
und Arbeitsabläufe
dieser Ausführungsform sind
die gleichen wie diejenigen in der Ausführungsform der 1 bis 5.
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Während in
den jeweiligen Ausführungsformen
von 1 bis 5 und 6 bis 8 die
Anordnung derart gemacht ist, um den Arbeitsablauf des Linearaktuators
mit der Antwort der elektromotorischen Gegenkraft, die in der Statorspule 1 des
Linearaktuators auftritt beizubehalten, verwendet eine andere Ausführungsform
von 9 gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Detektionsspule 7 im Linearaktuator, um
eine induzierte elektromotorische Kraft in der Statorspule 1 zu
detektieren bzw. messen, und der Arbeitsablauf des Linearaktuators
wird durch die Zuführung
einer Ausgabe dieser Detektionsspule 7 zurück zum Steuerschaltkreis
geregelt. Wie in 9 gezeigt ist, ist die Detektionsspule 7 separat
bzw. getrennt vom Elektromagneten 3 bereitgestellt. In
diesem Fall kann die Detektionsspule 7 neben dem Elektromagneten 3 oder
sogar wie in 10 auf dem Elektromagneten 3 gewunden
platziert werden.
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In
der zuvor beschriebenen Ausführungsform
von 9 wird die Bewegung des sich bewegenden Elements
durch Mittel der induzierten elektromotorischen Kraft detektiert,
und die Spannung, die an der Statorspule angelegt ist, wird entsprechend
der induzierten elektromotorischen Kraft zurückgeleitet, so dass es dem
Arbeitsablauf möglich ist, äquivalent
zum Fall des Zurückleitens
der elektromotorischen Gegenkraft zu sein. Ebenso, ähnlich zum
Fall des Zurückleitens
der elektromotorischen Gegenkraft, wird die periodische Spannung
letztendlich an der Statorspule 1 angelegt. Die anderen
Anordnungen und Arbeitsabläufe
sind dieselben wie jene in den Ausführungsformen der 1 bis 5.
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Während in
den jeweiligen zuvor beschriebenen Ausführungsformen die Anordnung
so gemacht ist, dass die periodische, kontinuierliche wellenförmige Spannung
an die Statorspule 1 angelegt werden wird, können verschiedene
Wellenformen wie z. B. rechtecksförmig, sinusförmig und ähnliche
Wellenformen mit einer verwendeten, geeigneten Schaltkreisanordnung
erzielt werden.
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Eine
andere Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung wie in 11(a) und 11(b) gezeigt ist, ist zum Erstellen einer
an der Statorspule 1 angelegten Spannung oder eines Stroms
eingerichtet, um durch Anlegen einer Impulsspannung an die Statorspule 1 mit
einer sich in der Zeit ändernden Impulsbreite
zu einer sinusförmigen
Spannung oder eines Strom äquivalent
zu sein. Das heißt
die Impulsbreite wird so gesteuert, dass die Impulsspannung im Mittelwert
in jeweiligen Minutenzeitintervallen in welche die Zeitspanne gleichmäßig aufgeteilt
wird, gleich dem entsprechenden Teil der sinusförmigen Spannung sein wird.
Diese Steuerungsart kann durch die Anwendung eines Verfahren, die
als PWM-Steuerung (pulse width modulation bzw. Impulsbreitenmodulation)
bekannt ist leicht verwirklicht werden. Des Weiteren ist es der
angelegten Spannung (der Kurven „1" in 11)
möglich
relativ hoch wie in 11(a) und relativ
niedrig wie in 11(b) eingestellt zu
werden. Der Anregungsstrom (der Kurven „2" in 11)
kann ebenso sinusförmig
gemacht werden.
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Des
Weiteren wird mit einer Bereitstellung einer derartigen Ausgabedetektionsspule 7 wie
in der Ausführungsform
von 9, der Linearaktuator zur Rückgabesteuerung anwendbar gemacht.
Der gleiche Effekt kann auch erzielt werden, wenn der Kondensator 13 weggelassen
wird. Die anderen Anordnungen und Arbeitsweisen sind die gleichen
wie diejenigen in der Ausführungsform
der 1 bis 5.
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In
einer anderen Ausführungsform,
die in 12 gezeigt ist, ist ein anderer
Treiberschaltkreis nützlich,
insbesondere wenn er in Akustikgeräten eingebaut ist. In diesem
Fall wird von der Statorspule 1 des Schwingaktuators eine
elektromotorische Gegenkraft durch einen Weg der positiven Antwort
an den Operationsverstärker 11 und
einer Ausgabe des Operationsverstärkers 11 zur Statorspule 1 zurückgeführt. Mit
dieser Anordnung kann eine Spannung mit im Wesentlichen demselben
Niveau wie die Quellspannung (±V)
der Statorspule 1 kontinuierlich bereitgestellt werden,
wobei jegliche Fluktuationen bzw. Schwankungen minimiert wurden.
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Insbesondere 13 zeigt
ein praktisches Beispiel der Ausführungsform von 12,
in der der Treiberschaltkreis mit einem brückenartigen Audioverstärker AD
kombiniert ist, der an sich bekannt ist. Der Schwingaktuator kann
in einem Lautsprechersystem verwendet werden, so dass eine einzigartige Anordnung
eine positive Antwortausgabe verursacht, die mit Vo bezeichnet ist,
um in Reaktion auf die elektromotorische Gegenkraft bereitgestellt
zu werden. Zu diesem Zeitpunkt ist die Ausgabe, die mit Vol bezeichnet
ist, einer negativen Antwort unterworfen, um damit eine Verstärkung des
Operationsverstärkers 11 einzustellen.
Mit dieser Anordnung kann eine optimal eingestellte Spannung VDD bereitgestellt werden.
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In
einer anderen Ausführungsform,
die in 14 gezeigt ist, ist der Operationsverstärker 11 mit
einer einseitigen DC-Stromquelle verbunden, eine Vorspannung wird
zu dem nich-invertierten
Eingabeendgerät
des Verstärkers
geschickt, und eine bipolare Schwingung kann verwirklicht werden.
Des Weiteren ist die Anordnung so gemacht, dass die Ausgabe des
Operationsverstärkers 11 ein
MOS-artiges Schaltelement triggert, um einen Betriebsstrom aufzuweisen,
wobei eine Schwellwertspannung effektiv verringert werden kann,
und die Schwingspannung des Aktuators kann infolge des Startens
um das zwei bis vierfache erhöht
sein.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wie in 15 gezeigt
ist, ist im Gegensatz zur Ausführungsform
von 14, das Ausgabeendgerät von einem Operationsverstärker 11A mit
dem nicht-invertierten Eingabeendgerät des anderen Operationsverstärkers 11B verbunden,
um den P-Kanal der MOS-artigen Schaltelemente mit einer Betriebseingabe
zu versehen, wobei der Anstieg der Schwingung noch weiter erleichtert
werden kann.
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Während in
der vorherigen Beschreibung hauptsächlich auf den Operationsverstärker eingegangen
wurde, ist die Erfindung nicht nur auf die Verwendung dahingehend
beschränkt,
sondern kann gleichzeitig einen anderen Verstärker verwenden, so fern die
gleiche Funktion erfüllt
werden kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wie sie beschreiben wurde, wird die Eigenschwingung mit der
positiven Antwort der elektromotorischen Gegenkraft durchgeführt, die
in der Spule des Elektromagneten hervorgerufen wird, so dass die
periodische Spannung, die synchron mit der mechanischen Schwingung
des Schwingaktuators ist, an den Elektromagneten angelegt werden,
und es ist möglich, den
Schwingaktuator mit hoher Effizienz zu betreiben. Des Weiteren,
während
der Arbeitsablauf bzw. das Timing des Spannungsanlegens an die Spule des
Elektromagneten mit der Hin- und Herbewegung des sich bewegenden
Elements synchronisiert ist, wird jeder separate Sensor zum Detektieren
der Position des sich bewegenden Elements überflüssig, so dass die Schaltkreisanordnung
vereinfacht ist und daher in seinen Ausmaßen minimiert werden kann. Des
Weiteren stabilisiert die Eigenschwingung die Schwingung, so dass
daraus verschiedene Vorteile entspringen, wie z. B. dass die Betriebseffizienz kaum
verringert wird, die an die Aktuatorspule angelegte Spannung oder
der Strom kann sinusförmig
gemacht werden, um den Effekt zu vergrößern, und so weiter, wie leicht
verstanden werden wird.