JP2000014190A

JP2000014190A - 振動型アクチュエ―タの駆動回路

Info

Publication number: JP2000014190A
Application number: JP11115722A
Authority: JP
Inventors: Suha Gokutaaku Harry; スハゴクタークハリー; Hideaki Abe; 秀明安倍; Satoshi Nakayama; 敏中山; Toyokatsu Okamoto; 豊勝岡本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2000-01-14
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: JP3893795B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高駆動効率かつ小型の駆動回路を提供する。【解決手段】リニアアクチュエータの固定子巻線１に発
生する逆起電力を、演算増幅器１１により正帰還増幅す
る。リニアアクチュエータは、自励発振動作により可動
子を往復移動させる動作を継続し、固定子巻線１には正
弦波状の電圧が印加される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、往復移動する可動
子を備えた振動型アクチュエータの駆動回路に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電磁石よりなる固定子と、永
久磁石を備えるとともに復帰装置としてのばねにより支
持された可動子とを備える振動型アクチュエータが提供
されている。この種の振動型アクチュエータには、たと
えば、図１５に示す構成のものがある。図示するもの
は、固定子２を構成する電磁石３に一直線上に等間隔で
並ぶ３個の固定子磁極３ａ〜３ｃを設け、固定子巻線１
に励磁電流を流すことにより中央の固定子磁極３ｂが他
の２個の固定子磁極３ａ，３ｂとは異極に励磁されるよ
うにしてある。また、可動子４に設けた永久磁石５は固
定子磁極３ａ〜３ｃの並ぶ方向に移動自在であって移動
方向において２極に着磁されており、永久磁石５の磁極
の中心間の距離は隣合う一対の固定子磁極３ａと３ｂ，
３ｂと３ｃの中心間の距離にほぼ一致させてある。さら
に、可動子４は永久磁石５の移動方向の両側に設けたば
ね６によって、移動範囲の中央位置付近に復帰するよう
に支持される。

【０００３】この構成の振動型アクチュエータにおい
て、固定子巻線１に図１６に実線で示すような矩形波状
の交番電圧を印加すると、固定子巻線１が図１５（ａ）
の極性に励磁されている間には固定子磁極３ａ，３ｂと
永久磁石５との間の磁力によって可動子４が図の左側に
移動し、固定子巻線１が図１５（ｂ）の極性に励磁され
ている間には固定子磁極３ｂ，３ｃと永久磁石５との間
の磁力によって可動子４が図の右側に移動する。また、
固定子巻線１に電圧が印加されていない期間にはばね６
のばね力によって、可動子４を移動範囲の中央位置に復
帰させる力が作用する。つまり、交番電圧の印加によ
り、可動子４が左右に往復移動することになる。このよ
うな振動型アクチュエータは、可動子４が左右に往復移
動することを利用して、可動子に内刃を結合する往復動
式の電気かみそりが実現されている（特開平７−２６５
５６０号公報、特開平７−３１３７４９号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に矩形波電圧を固定子巻線１に印加すると、図１６に破
線で示すような三角波状の高調波成分を多く含む電流が
固定子巻線１に流れることになる。本発明者らの研究に
よると、正弦波電圧を固定子巻線１に印加したときの効
率を１とし、矩形波電圧を固定子巻線１に印加した場合
と比較すると、図１７に示すように、矩形波電圧を印加
するとき（図１７にで示す）のほうが正弦波電圧を印
加するとき（図１７にで示す）よりも効率が低いとい
う知見が得られている。図１７において横軸は、正負両
極性の矩形波電圧を１回ずつ固定子巻線１に印加する期
間を１周期として、半周期に対する電圧発生期間の割合
（デューティ比）を示している。図より明らかなよう
に、矩形波電圧では最大の効率が得られるようにデュー
ティ比を設定したとしても正弦波電圧を印加する場合に
比較して１０％以上効率が悪くなる。このことは電気か
みそりのように電池を電源とする電気機器に用いるとす
れば、電池交換や電池充電の頻度が多くなるという問題
につながる。

【０００５】また、可動子４により駆動される負荷が変
動して可動子４の振動周期に変化が生じると、センサを
用いてタイミングをとる制御を行っていても固定子巻線
に印加される励磁電圧と一時的に同期しなくなったり、
場合によっては連続的に同期しなくなっていわゆる脱調
を生じる場合もある。このように、可動子４の振動周期
と励磁電圧とが同期しないときには、固定子巻線１に正
弦波電圧を印加したとしても、固定子２から可動子４に
対して減速させる向きのエネルギーを供給する期間が生
じ、結果的にエネルギーの損失が生じて駆動効率が低下
する。

【０００６】さらに、上述の構成のリニアアクチュエー
タにおいて、可動子４の往復移動を継続させるには、固
定子巻線１に電圧を印加するタイミングを可動子４の位
置に合わせて制御するのが望ましい。つまり、可動子４
の固有振動数に同期させて固定子巻線１を励磁して共振
状態とすれば、駆動エネルギーを低減させることができ
る。そこで、可動子４が特定の位置を通過したことを検
出するフォトインタラプタのようなセンサを設け、固定
子巻線１に電圧を印加するタイミングを制御しているの
が現状である。しかしながら、上述のようなセンサを設
けると、センサおよびセンサの出力を処理する回路が必
要になるから、全体としての大型化につながるという問
題が生じる。

【０００７】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、電磁石の巻線に正弦波状電圧を印加
し、かつ電磁石の巻線に電圧を印加するタイミングを可
動子の往復移動に同期させながらもセンサを不要にして
小型化を可能とし、しかも、負荷が変動しても駆動効率
が低下することのない振動型アクチュエータの駆動回路
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、固定
子と可動子との少なくとも一方に電磁石を備え、電磁石
の無励磁時に可動子を定位置に復帰させる復帰装置を備
え、電磁石に交番電圧が印加されると可動子との間に作
用する磁力の変化により可動子が往復移動する振動型ア
クチュエータに用いる駆動回路であって、可動子の往復
移動に伴って電磁石の巻線に生じる逆起電力を正帰還し
て電磁石の巻線への印加電圧を自励発振動作により生成
する制御回路を備えるものである。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、電源を供給するスイッチを投入した直後に前記電磁
石の巻線に起動用の電圧を印加する起動回路を設けたも
のである。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記制御回路が、前記逆起電力の正帰還増幅を行な
う演算増幅器を備え、演算増幅器の増幅率を調節する可
変抵抗を用いて前記電磁石の巻線への印加電圧の振幅を
調節するものである。

【００１１】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、電源を供給するスイッチを投入した直後にパルス信
号を発生するワンショットマルチバイブレータを備え、
前記パルス信号を演算増幅器に通し起動用の電圧を発生
させて前記電磁石の巻線に印加するものである。

【００１２】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、前記制御回路が、前記電磁石の巻線への印加電圧を
不連続波形の電圧により等価的に生成するものである。

【００１３】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、前記不連続波形の電圧を、可動子の往復移動の周期
よりも十分に短いパルス幅であって時間経過に伴ってパ
ルス幅が変化する矩形波状の電圧としたものである。

【００１４】請求項７の発明は、請求項５の発明におい
て、前記印加電圧を正弦波状としたものである。

【００１５】請求項８の発明は、固定子と可動子との少
なくとも一方に電磁石を備え、電磁石の無励磁時に可動
子を定位置に復帰させるばね性を有する復帰装置を備
え、電磁石に交番電圧が印加されると可動子との間に作
用する磁力の変化により可動子が往復移動する振動型ア
クチュエータに用いる駆動回路であって、電磁石の巻線
に正弦波状の励磁電圧を印加する制御回路と、制御回路
と電磁石の巻線との間に挿入されて電磁石の巻線ととも
に直列共振回路を形成するコンデンサとを備え、前記直
列共振回路の共振周波数を可動子の固有振動数に一致さ
せるように設定するものである。

【００１６】請求項９の発明は、請求項８の発明におい
て、前記制御回路が、可動子の往復移動に伴って電磁石
の巻線に生じる逆起電力を正帰還して電磁石の巻線への
印加電圧を自励発振動作により生成するものである。

【００１７】請求項１０の発明は、請求項８の発明にお
いて、前記電磁石の巻線により生じる磁束を検出する検
出用巻線を設け、前記制御回路が、可動子の往復移動に
伴って検出用巻線に生じる誘導起電力を正帰還して電磁
石の巻線への印加電圧を自励発振動作により生成するも
のである。

【００１８】請求項１１の発明は、請求項１０の発明に
おいて、前記検出用巻線が、電磁石とは別体であって電
磁石の近傍に配置されているものである。

【００１９】請求項１２の発明は、請求項１０の発明に
おいて、前記検出用巻線が、電磁石に巻装されているも
のである。

【００２０】請求項１３の発明は、請求項８の発明にお
いて、電源を供給するスイッチを投入した直後に前記電
磁石の巻線に起動用の電圧を印加する起動回路を設けた
ものである。

【００２１】請求項１４の発明は、請求項８の発明にお
いて、前記制御回路が、前記逆起電力の正帰還増幅を行
なう演算増幅器を備え、演算増幅器の増幅率を調節する
可変抵抗を用いて前記電磁石の巻線への印加電圧の振幅
を調節するものである。

【００２２】請求項１５の発明は、請求項１４の発明に
おいて、電源を供給するスイッチを投入した直後にパル
ス信号を発生するワンショットマルチバイブレータを備
え、前記パルス信号を演算増幅器に通し起動用の電圧を
発生させて前記電磁石の巻線に印加するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下の実施形態では、振動型アク
チュエータ（電磁石と永久磁石とを組み合わせて直進往
復移動を行なうものを例示して説明する。以下、リニア
アクチュエータと呼ぶ）として従来の技術として説明し
たものを想定しているが、他の構成の振動型アクチュエ
ータにおいても本発明の技術思想を適用することは可能
である。

【００２４】（実施形態１）本実施形態は、図１に示す
ように、演算増幅器１１を備え、演算増幅器１１の出力
端には駆動回路１２を介してコンデンサ１３の一端が接
続される。コンデンサ１３の他端は演算増幅器１１の非
反転入力端に接続されるとともに、リニアアクチュエー
タの固定子コイル１の一端に接続される。さらに、固定
子コイル１の他端と演算増幅器１１の反転入力端との間
には抵抗１４が挿入され、演算増幅器１１の出力端と反
転入力端との間には可変抵抗１５が挿入されている。

【００２５】駆動回路１２はコンプリメンタリ接続した
一対のトランジスタＱ１，Ｑ２を用いて構成され、駆動
回路１２によって演算増幅器１１の出力電圧が電源電圧
（±Ｖ）まで昇圧され、リニアアクチュエータを駆動可
能な電圧が得られる。ここに、電源には電池を想定して
いるが、他の電源でもよい。また、コンデンサ１３はリ
ニアアクチュエータの可動部分の固有振動数に応じて設
定され、固定子巻線１とコンデンサ１３とにより形成さ
れる直列共振回路の共振周波数が、リニアアクチュエー
タの可動部分の固有振動数に一致するように設定され
る。

【００２６】ところで、図１に示す回路は、図２のよう
な等価回路で表すことができる。ここで、リニアアクチ
ュエータは、固定子巻線１の直流抵抗Ｒと、固定子巻線
１のインダクタンスＬと、逆起電力Ｅとの直列回路とみ
なしており、コンデンサ１３を除く他の回路を制御回路
１０としている。また、駆動回路１２に電源電圧を印加
する電源Ｖｓを設けている。逆起電力Ｅはリニアアクチ
ュエータにおいて可動子が移動する際に永久磁石の磁束
が固定子巻線１を横切ることによって生じるのであっ
て、リニアアクチュエータに設けた可動部分の振動数に
相当する正弦波状の信号が発生することになる。この信
号は演算増幅器１１の非反転入力端に入力されるから、
正帰還増幅されて図１に示す回路は自励発振動作を行な
うことになる。この周波数は、リニアアクチュエータの
機械系の振動数に依存するから、リニアアクチュエータ
の負荷が変動すれば、負荷変動に応じた周波数の励磁電
圧が固定子巻線１に印加される。また、発振動作に必要
な共振系をリニアアクチュエータ自身としているから、
固定子巻線１への印加電圧を別途の回路で生成する場合
（つまり、他励発振を行なう場合）に比較すると、共振
系を省略することができる分だけ部品点数が少なくな
る。

【００２７】上述の回路構成では、リニアアクチュエー
タの可動子の瞬時位置と固定子巻線１の励磁電圧の瞬時
値とが一致するから、可動子に作用する駆動力は固定子
巻線１に流れる電流の二乗に比例することになる。ま
た、上述のように固定子巻線１とコンデンサ１３との直
列共振回路の共振周波数を、リニアアクチュエータの可
動部分の固有振動数に一致させているから、無負荷時で
あって固定子巻線１に印加される励磁電圧がリニアアク
チュエータの固有振動数に一致しているときには、固定
子巻線１のインダクタンス成分とコンデンサ１３のキャ
パシタンス成分とによる合成リアクタンスがほぼ０にな
り、結果的に、回路インピーダンスは抵抗成分のみに近
い状態になる。つまり、固定子巻線１に流れる電流の損
失が少なくなり、固定子巻線１に大きな電流を流してリ
ニアアクチュエータを効率よく駆動することができる。
このように、コンデンサ１３を設けることにより、コン
デンサ１３を設けない場合よりも可動子に作用する駆動
力を大きくすることができる。

【００２８】いま、リニアアクチュエータを電気かみそ
りの駆動源として用い無負荷では図３ののような固有
振動数（約２００Ｈｚ）を有しているものとすると、ひ
げそり時にひげによる負荷がかかったときに、たとえば
図３ののように固有振動数が大きくずれることにな
る。本実施形態では、コンデンサ１３を設けていること
によって、共振状態を維持しようとするから、図４の
のように固有振動数付近での電流値を大きくすることが
でき（図４のはコンデンサ１３がない場合を示す）、
また、可動子に作用する駆動力は図５ののようにコン
デンサ１３を用いない場合（図５の）に比較して２倍
以上になる。つまり、コンデンサ１３を設けたことによ
って、負荷変動に対しても効率が低下したり脱調したり
するのを防止することができる。

【００２９】（実施形態２）実施形態１の構成では、電
源の投入によってリニアアクチュエータの動作を開始さ
せることができるが、本実施形態はリニアアクチュエー
タの動作開始をより確実に行なうために、図６に示すよ
うに、制御回路１０に起動回路２０を付加したものであ
る。図示例では演算増幅器１１の出力部に駆動回路１２
を設けたものとして駆動回路１２の図示を省略してい
る。起動回路２０は、図７に示すように、演算増幅器１
１の非反転入力端にダイオード２１およびコンデンサ２
２を介して接続したワンショットマルチバイブレータ２
３を備える。また、電源Ｖｓの両端間にスイッチ２４を
介して接続されたコンデンサ２５と抵抗２６との直列回
路を備え、コンデンサ２５と抵抗２６との接続点がワン
ショットマルチバイブレータ２３のトリガ端子ＣＫに接
続される。電源Ｖｓは±Ｖの電圧を出力し、中点を接地
端としている。コンデンサ２５の両端間にはフォトカプ
ラ２７の受光素子であるフォトトランジスタ２７ｂが並
列接続され、フォトカプラ２７の発光素子である発光ダ
イオード２７ａは限流用の抵抗２８と整流用のダイオー
ド２９とを介して演算増幅器１１の出力端に接続され
る。また、抵抗２８とダイオード２９との接続点と電源
Ｖｓの接地端との間には平滑用のコンデンサ３０が接続
される。さらに、上述したダイオード２１の各一端と電
源Ｖｓの接地端との間にはそれぞれ抵抗３１，３２が接
続される。本実施形態では、固定子巻線１とコンデンサ
１３との接続点を演算増幅器１１の非反転入力端に直接
接続せず、コンデンサ１３と演算増幅器１１の非反転入
力端との間には抵抗１６を設けてある。

【００３０】図７に示す回路は、以下のように動作す
る。図８における時刻Ｔ０でスイッチ２４をオンにして
電源を投入すると、抵抗２６を介してコンデンサ２５が
充電されるから、図８（ｄ）のようにコンデンサ２５の
両端電圧が時間の経過に伴って上昇する。ワンショット
マルチバイブレータ２３にはトリガ信号の立ち上がりで
トリガされるものを用いており、時刻Ｔ１においてコン
デンサ２５の両端電圧がワンショットマルチバイブレー
タ２３のトリガ電圧Ｖｔに達すると、ワンショットマル
チバイブレータ２３から一定パルス幅のパルス信号が出
力される。つまり、時刻Ｔ１において抵抗３２の両端電
圧に図８（ｃ）のようなパルス電圧が発生する。このパ
ルス電圧が演算増幅器１１に入力されることにより、演
算増幅器１は、図８（ｂ）のような電圧を出力し、固定
子巻線１には図８（ａ）のような電圧が印加される。こ
の電圧によってリニアアクチュエータが動作を開始し、
リニアアクチュエータで逆起電力が発生する。

【００３１】以後は、ワンショットマルチバイブレータ
２３から演算増幅器１１への入力がなくなってもリニア
アクチュエータの逆起電力が演算増幅器１１に帰還され
ることによって、リニアアクチュエータの動作が維持さ
れる。つまり、固定子巻線１への励磁電圧ないし励磁電
流がリニアアクチュエータを安定的に動作させる状態に
収束し、正弦波状の電圧が固定子巻線１に印加されるよ
うになる。

【００３２】また、演算増幅器１１から出力電圧が継続
的に得られるようになると、図８（ｅ）のようにコンデ
ンサ３０の両端電圧が上昇し、時刻Ｔ２においてほぼ一
定電圧に保たれる状態に達する。コンデンサ３０の両端
電圧が上昇すれば、フォトカプラ２７の発光ダイオード
２７ａの光出力が大きくなり、フォトトランジスタ２７
ｂはしだいに導通するから、やがてコンデンサ２５がフ
ォトトランジスタ２７ｂを通して放電され、リニアアク
チュータの動作中にはワンショットマルチバイブレータ
２３のトリガ端子ＣＫへの印加電圧はほぼ０に保たれ
る。

【００３３】リニアアクチュエータが何らかの原因で停
止したり、スイッチ２４を一旦オフにして再度オンにし
たりすると、コンデンサ２５が再び充電されて上記動作
が繰り返される。

【００３４】以上説明したように、本実施形態では、起
動回路２０を設けたことによってアクチュエータの動作
開始を容易にしており、リニアアクチュエータが何らか
の原因で一旦停止しても、スイッチ２４を再投入するこ
となく自動的に再起動することが可能になるものであ
る。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

【００３５】（実施形態３）上述した各実施形態では、
リニアアクチュエータの固定子巻線１に生じる逆起電力
を帰還することによってリニアアクチュエータの動作を
維持するものであったが、本実施形態は図９に示すよう
に、固定子巻線１の誘導起電力を検出する検出用巻線７
をリニアアクチュエータに設け、検出用巻線７の出力を
制御回路に帰還することによってリニアアクチュエータ
の動作をフィードバック制御するものである。検出用巻
線７は図９のように電磁石３（図１２参照）とは別体に
設けて電磁石３の近傍に配置すればよいが、検出用巻線
７を図１０のように電磁石３に巻装してもよい。

【００３６】本実施形態は可動子の移動を誘導起電力に
より検出し、誘導起電力に応じて固定子巻線１への印加
電圧を帰還するから逆起電力を帰還させるものと等価な
動作が可能になる。また、逆起電力を帰還する場合と同
様に、固定子巻線１には正弦波状の電圧が印加されるこ
とになる。他の構成および動作は実施形態１と同様であ
る。

【００３７】（実施形態４）上述の各実施形態では固定
子巻線１に対して正弦波状の連続波形の電圧を印加する
ものであったが、図１１に示すように、時間経過に伴っ
てパルス幅の変化するパルス電圧を固定子巻線１に印加
することによって、固定子巻線１への印加電圧を正弦波
電圧と等価になるようにしてもよい。つまり、時間を微
小期間に等分したときに各微小期間の平均値が正弦波電
圧の値と等しくなるようにパルス幅を制御するのであ
る。この種の制御はＰＷＭ制御として知られている技術
を適用すれば実現することができる。また、パルス幅を
適宜に制御することによって、図１１（ａ）のように印
加電圧（図１１にで示す）を比較的高くしたり、図１
１（ｂ）のように比較的低くしたりする調節が可能にな
る。また、印加電圧が正弦波状であるから励磁電流（図
１１にで示す）も正弦波状になる。

【００３８】本実施形態の技術は実施形態３のように出
力用巻線７を設けてリニアアクチュエータをフィードバ
ック制御する際に適用することができる。他の構成およ
び動作は実施形態１と同様である。

【００３９】（実施形態５）本実施形態では制御回路１
０の他の具体構成を示す。本実施形態の制御回路１０は
単一電圧の電源を用いてリニアアクチュエータの固定子
巻線１に両方向の電流を流すものである。つまり、制御
回路１０は、図１２に示すように、２個の増幅回路４
１，４２を備えたオーディオ用として提供されている単
一電源用の電力増幅器４０を用いて構成される。この種
の電力増幅器４０としては、たとえばブリッジ型オーデ
ィオアンプと称してナショナルセミコンダクタ社から提
供されている集積回路（ＬＭ４８７１）がある。この電
力増幅器４０は、１段目の増幅回路４１の出力を２段目
の増幅回路４２の反転入力としており、１段目の増幅回
路４１の出力と２段目の増幅回路４２の出力とをそれぞ
れ出力端Ｖｏ１，Ｖｏ２から出力する。したがって、両
出力端Ｖｏ１，Ｖｏ２からの出力は相反したものにな
る。リニアアクチュエータの固定子巻線１の両端には、
出力端Ｖｏ１，Ｖｏ２が接続される。要するに電力増幅
器４０をオーディオ用に用いるときにスピーカを接続す
る部位にアクチュエータを接続するのである。

【００４０】１段目の増幅回路４１は反転増幅器として
用いられ、電力増幅器４０に外付された抵抗４３，４４
により増幅率が決定される。また、２段目の増幅回路４
２の非反転入力端には電源電圧ＶＤＤを抵抗４５，４６
により分圧した電圧が印加され、また増幅率を決める抵
抗４７，４８も接続されている。さらに、両増幅回路４
１，４２の非反転入力端は共通に接続され、電力増幅器
４０に外付されたコンデンサ４９によって定電圧が印加
されるようになっている。また、本実施形態では、固定
子巻線１において２段目の増幅回路４２の出力端Ｖｏ２
と接続されている一端と、１段目の増幅回路４１の反転
入力端との間にコンデンサ１７を挿入している。

【００４１】上述の構成によって、１段目の増幅回路４
１と２段目の増幅回路４２とによって非反転増幅器が構
成され、この非反転増幅器による正帰還経路が形成され
ることによって自励発振動作が維持される。また、１段
目の増幅回路４１は抵抗４３，４４によって増幅率が決
定される通常の反転増幅器を構成している。抵抗４３，
４４により決定される増幅率は、増幅器４０のメーカ推
奨値の範囲で設定すればよく、３より大きい程度のゲイ
ンがあれば自励発振動作を継続することができる。

【００４２】上述の構成の制御回路１０を用いると、
１．５Ｖ程度の単一電源でリニアアクチュエータを起動
することができる。また、電源電圧を上昇させればリニ
アアクチュエータの駆動電流が増加する。本実施形態に
用いた電力増幅器４０の定常状態における駆動電流の最
大値は約１Ａである。他の構成および動作は実施形態１
と同様である。

【００４３】（実施形態６）本実施形態の回路構成を図
１３に示す。本実施形態の制御回路１０は単一電圧の電
源を用いてリニアアクチュエータの固定子巻線１に片方
向の電流を流すものである。本実施形態の制御回路１０
は、演算増幅器５１により構成した差動増幅器を用い、
演算増幅器５１の出力によってＭＯＳＦＥＴ５２を制御
する構成を採用している。ＭＯＳＦＥＴ５２にはリニア
アクチュエータの固定子巻線１が直列接続され、ＭＯＳ
ＦＥＴ５２と固定子巻線１との直列回路に電源電圧Ｖｃ
ｃが印加される。また、演算増幅回路５１は抵抗５３，
５４により増幅率が設定され、抵抗５５，５６の直列回
路に電源電圧Ｖｃｃが印加される。つまり、抵抗５５，
５６により決まる分圧比で電源電圧Ｖｃｃが分圧され、
この電圧が演算増幅器５１の非反転入力端に印加され
る。演算増幅器５１の反転入力端には抵抗５４の一端が
接続され、ＭＯＳＦＥＴ５２と固定子巻線１との接続点
と、抵抗５４の他端との間にはコンデンサ１７が接続さ
れる。

【００４４】本実施形態の演算増幅器５１には、たとえ
ばナショナルセミコンダクタ社から提供されている汎用
の演算増幅器であるＬＭ３５８を用いることができ、こ
の演算増幅器５１を単一電源で動作させるように使用す
ればよい。また、上述のように演算増幅器５１の非反転
入力端に定電圧を印加してバイアスを与えていることに
よって、演算増幅器５１を単一電源で動作させるながら
も両極性の発振が可能になっている。

【００４５】本実施形態の構成では、ＭＯＳＦＥＴ５２
がオンオフされると、ＭＯＳＦＥＴ５２のドレインと電
源との間に挿入された固定子巻線１に流れる電流が断続
される。ここで、ドレイン電流は固定子巻線１に生じる
逆起電力を反映しているから、ＭＯＳＦＥＴ５２のドレ
イン電流をフィードバックして演算増幅器５１に与える
ことにより、自励発振動作を行うことができる。本実施
形態の構成では、固定子巻線１には一方向にしか電流が
流れないが、ＭＯＳＦＥＴ５２により電流を制御するか
ら、たとえば１０Ａというような大きな電流を固定子巻
線１に流すことができる。演算増幅器５１にＬＭ３５８
を用い、ＭＯＳＦＥＴ５２としてしきい値電圧が１〜２
Ｖのものを用いると、電源電圧Ｖｃｃを４Ｖとして発振
を開始させることができ、このときの増幅率は２０程度
になる。他の構成および動作は実施形態１と同様であ
る。

【００４６】（実施形態７）本実施形態の回路構成を図
１４に示す。本実施形態の制御回路１０は両電圧の電源
を用いてリニアアクチュエータの固定子巻線１に両方向
の電流を流すものである。本実施形態の制御回路１０で
は、演算増幅器６１により非反転増幅回路を構成すると
ともに、演算増幅器６２によりボルテージフォロワを構
成し、コンプリメンタリに接続した（つまり、ｎチャネ
ルとｐチャネルとのＭＯＳＦＥＴのソースを共通に接続
している）２個のＭＯＳＦＥＴ６３，６４を両演算増幅
器６１，６２の出力を用いて択一的にオンオフさせるよ
うにしてある。両ＭＯＳＦＥＴ６３，６４の接続点と接
地点との間にはリニアアクチュエータの固定子巻線１が
挿入され、両ＭＯＳＦＥＴ６３，６４の直列回路には両
電圧の電源電圧±Ｖｃｃが接続される。また、両ＭＯＳ
ＦＥＴ６３，６４の接続点は演算増幅器６１の非反転入
力に接続される。したがって、固定子巻線１に生じる逆
起電力が演算増幅器６１に帰還される。

【００４７】演算増幅回路６１は抵抗６５，６６により
増幅率が設定され、各演算増幅回路６１，６２の出力端
にはコンデンサ６７，６８がそれぞれ接続される。両Ｍ
ＯＳＦＥＴ６３，６４の直列回路には、４個の抵抗Ｒ１
〜Ｒ４よりなる直列回路が接続され、この直列回路の中
点（抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点）は接地点に接続され、他
の２個ずつの抵抗Ｒ１，Ｒ２およびＲ３，Ｒ４の接続点
にコンデンサ６７，６８の一端が接続される。これらの
抵抗Ｒ１〜Ｒ４によりＭＯＳＦＥＴ６３，６４にバイア
スが与えられる。本実施形態の演算増幅器６１，６２に
は、たとえばナショナルセミコンダクタ社から提供され
ている汎用の演算増幅器であるＬＭ３５８を用いること
ができ、この演算増幅器６１，６２を両電圧の電源で動
作させるようにする。

【００４８】本実施形態の構成では、ＭＯＳＦＥＴ６
３，６４が択一的にオンオフされることによって、固定
子巻線１に流れる電流の向きが反転する。ここで、演算
増幅器６１の非反転入力端には固定子巻線１に生じる逆
起電力がフィードバックされ、この構成では正帰還にな
るから、自励発振動作を行うことができる。本実施形態
の構成ではＭＯＳＦＥＴ６３，６４により電流を制御す
るから、実施形態６と同様にたとえば１０Ａというよう
な大きな電流を固定子巻線１に流すことができる。演算
増幅器６３，６４にＬＭ３５８を用い、ＭＯＳＦＥＴ６
３，６４としてしきい値電圧が１〜２Ｖのものを用いる
と、電源電圧±Ｖｃｃを±３Ｖとして発振を開始させる
ことができ、このときの増幅率は１０程度になる。他の
構成および動作は実施形態１と同様である。

【００４９】

【発明の効果】請求項１の発明は、固定子と可動子との
少なくとも一方に電磁石を備え、電磁石の無励磁時に可
動子を定位置に復帰させる復帰装置を備え、電磁石に交
番電圧が印加されると可動子との間に作用する磁力の変
化により可動子が往復移動する振動型アクチュエータに
用いる駆動回路であって、可動子の往復移動に伴って電
磁石の巻線に生じる逆起電力を正帰還して電磁石の巻線
への印加電圧を自励発振動作により生成する制御回路を
備えるものであり、電磁石の巻線に生じる逆起電力を正
帰還させて自励発振動作を行なうから、振動型アクチュ
エータの機械振動に同期した正弦波状の印加電圧を電磁
石に印加することができ、振動型アクチュエータを高効
率で駆動することができる。しかも、電磁石の巻線に電
圧を印加するタイミングを可動子の往復移動に同期させ
ながらも可動子の位置を検出するための別途のセンサが
不要であり、回路構成が単純になって小型化が可能にな
るという利点がある。さらに、自励発振動作によって安
定に振動するから、負荷が変動しても駆動効率が低下し
にくくなるという利点がある。結局、正弦波状の印加電
圧と自励発振動作とにより高効率になるから、従来構成
と同程度の出力を得るものとすれば、振動型アクチュエ
ータを小型化することが可能になり、回路構成が簡単で
小型化されることとあいまって、全体としての小型化が
可能になる。

【００５０】請求項２の発明のように、請求項１の発明
において、電源を供給するスイッチを投入した直後に電
磁石の巻線に起動用の電圧を印加する起動回路を設けた
ものでは、請求項１の発明の効果に加えて、スイッチの
投入により振動型アクチュエータを確実に起動すること
ができる。

【００５１】請求項３の発明のように、請求項１の発明
において、制御回路が、逆起電力の正帰還増幅を行なう
演算増幅器を備え、演算増幅器の増幅率を調節する可変
抵抗を用いて前記電磁石の巻線への印加電圧の振幅を調
節するものでは、請求項１の発明の効果に加えて、演算
増幅器の抵抗を可変にすることで、電磁石に印加する電
圧の振幅を調節し駆動力を調節することができるもので
あり、簡単な回路構成で振動型アクチュエータの駆動力
を調節することができる。

【００５２】請求項４の発明のように、請求項３の発明
において、電源を供給するスイッチを投入した直後にパ
ルス信号を発生するワンショットマルチバイブレータを
備え、パルス信号を演算増幅器に通し起動用の電圧を発
生させて電磁石の巻線に印加するものでは、請求項３の
発明の効果に加えて、パルス信号の発生用の簡単な構成
で振動型アクチュエータを確実に起動することができ
る。

【００５３】請求項５の発明のように、請求項１の発明
において、制御回路が、電磁石の巻線への印加電圧を不
連続波形の電圧により等価的に生成するものでは、請求
項１の発明の効果に加えて、たとえば正弦波上の印加電
圧を生成する際にアナログ的に生成する場合に比較する
とスイッチング技術を用いて効率の高い回路を実現する
ことができる。

【００５４】請求項６の発明のように、請求項５の発明
において、電磁石の巻線に印加する電圧を、可動子の往
復移動の周期よりも十分に短いパルス幅であって時間経
過に伴ってパルス幅が変化する矩形波状の電圧としたも
のでは、請求項５の発明の効果に加えて、印加電圧をパ
ルス制御するから、回路効率が高くなる。

【００５５】請求項７の発明のように、請求項５の発明
において、印加電圧を正弦波状としたものでは、請求項
５の発明の効果に加えて、正弦波状の波形をパルス幅が
時間変化する矩形波により生成するから、駆動用の回路
と振動型アクチュエータとの両方の効率が高くなり、小
型かつ高出力にすることができる。

【００５６】請求項８の発明は、固定子と可動子との少
なくとも一方に電磁石を備え、電磁石の無励磁時に可動
子を定位置に復帰させるばね性を有する復帰装置を備
え、電磁石に交番電圧が印加されると可動子との間に作
用する磁力の変化により可動子が往復移動する振動型ア
クチュエータに用いる駆動回路であって、電磁石の巻線
に正弦波状の励磁電圧を印加する制御回路と、制御回路
と電磁石の巻線との間に挿入されて電磁石の巻線ととも
に直列共振回路を形成するコンデンサとを備え、直列共
振回路の共振周波数を可動子の固有振動数に一致させる
ように設定するものであり、電磁石の巻線とコンデンサ
とからなる直列共振回路のインピーダンスをほぼ抵抗成
分だけにして電磁石の巻線に高効率で電力を供給するこ
とができる。また、直列共振回路を設けたことにより振
動型アクチュエータの振動が一層安定化される。

【００５７】請求項９の発明のように、請求項８の発明
において、制御回路が、可動子の往復移動に伴って電磁
石の巻線に生じる逆起電力を正帰還して電磁石の巻線へ
の印加電圧を自励発振動作により生成するものでは、請
求項８の発明の効果に加えて、可動子の往復移動に伴う
可動子の固有な振動情報が電磁石への逆起電力の形で得
られるから、構成部品を増やすことなく低コストかつ小
型に構成することができる。

【００５８】請求項１０の発明のように、請求項８の発
明において、電磁石の巻線により生じる磁束を検出する
検出用巻線を設け、制御回路が、可動子の往復移動に伴
って検出用巻線に生じる誘導起電力を正帰還して電磁石
の巻線への印加電圧を自励発振動作により生成するもの
では、請求項８の発明の効果に加えて、可動子の往復移
動に伴う可動子の固有な振動情報が検出用巻線に誘導起
電力の形で得られるのであって、検出用巻線は適宜の空
きスペースに配置することができるから大型化すること
なく構成することができる。

【００５９】請求項１１の発明のように、請求項１０の
発明において、検出用巻線が、電磁石とは別体であって
電磁石の近傍に配置されているものでは、請求項１０の
発明の効果に加えて、可動子の往復移動に伴う可動子の
固有な振動情報が検出用巻線に誘導起電力の形で得られ
るのであって、検出用巻線は振動型アクチュエータの空
きスペースに配置することができるから大型化すること
なく構成することができる。

【００６０】請求項１２の発明のように、請求項１０の
発明において、検出用巻線が、電磁石に巻装されている
ものでは、請求項１０の発明の効果に加えて、可動子の
往復移動に伴う可動子の固有な振動情報が検出用巻線に
誘導起電力の形で得られるのであって、検出用巻線は電
磁石の空きスペースに配置することができるから大型化
することなく構成することができる。

【００６１】請求項１３の発明のように、請求項８の発
明において、電源を供給するスイッチを投入した直後に
電磁石の巻線に起動用の電圧を印加する起動回路を設け
たものでは、請求項８の発明の効果に加えて、スイッチ
の投入により振動型アクチュエータを確実に起動するこ
とができる。

【００６２】請求項１４の発明のように、請求項８の発
明において、制御回路が、逆起電力の正帰還増幅を行な
う演算増幅器を備え、演算増幅器の増幅率を調節する可
変抵抗を用いて前記電磁石の巻線への印加電圧の振幅を
調節するものでは、請求項８の発明の効果に加えて、演
算増幅器の抵抗を可変にすることで、電磁石に印加する
電圧の振幅を調節し駆動力を調節することができるもの
であり、簡単な回路構成で振動型アクチュエータの駆動
力を調節することができる。

【００６３】請求項１５の発明のように、請求項１４の
発明において、電源を供給するスイッチを投入した直後
にパルス信号を発生するワンショットマルチバイブレー
タを備え、パルス信号を演算増幅器に通し起動用の電圧
を発生させて電磁石の巻線に印加するものでは、請求項
１４の発明の効果に加えて、パルス信号の発生用の簡単
な構成で振動型アクチュエータを確実に起動することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を示す回路図である。

【図２】同上の原理説明図である。

【図３】同上の動作説明図である。

【図４】同上の動作説明図である。

【図５】同上の動作説明図である。

【図６】本発明の実施形態２を示す概略構成図である。

【図７】同上の回路図である。

【図８】同上の動作説明図である。

【図９】本発明の実施形態３の一例を示す概略構成図で
ある。

【図１０】本発明の実施形態３の他例を示す概略構成図
である。

【図１１】本発明の実施形態４を示す動作説明図であ
る。

【図１２】本発明の実施形態５を示す動作説明図であ
る。

【図１３】本発明の実施形態６を示す動作説明図であ
る。

【図１４】本発明の実施形態７を示す動作説明図であ
る。

【図１５】従来例を示す動作説明図である。

【図１６】従来例を示す動作説明図である。

【図１７】従来例を示す動作説明図である。

【符号の説明】

１固定子巻線２固定子３電磁石４可動子５永久磁石６ばね７検出用巻線１０制御回路１１演算増幅器１３コンデンサ１５可変抵抗２０起動回路２３ワンショットマルチバイブレータ２４スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中山敏大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者岡本豊勝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】固定子と可動子との少なくとも一方に電
磁石を備え、電磁石の無励磁時に可動子を定位置に復帰
させる復帰装置を備え、電磁石に交番電圧が印加される
と可動子との間に作用する磁力の変化により可動子が往
復移動する振動型アクチュエータに用いる駆動回路であ
って、可動子の往復移動に伴って電磁石の巻線に生じる
逆起電力を正帰還して電磁石の巻線への印加電圧を自励
発振動作により生成する制御回路を備えることを特徴と
する振動型アクチュエータの駆動回路。
【請求項２】電源を供給するスイッチを投入した直後
に前記電磁石の巻線に起動用の電圧を印加する起動回路
を設けたことを特徴とする請求項１記載の振動型アクチ
ュエータの駆動回路。
【請求項３】前記制御回路は、前記逆起電力の正帰還
増幅を行なう演算増幅器を備え、演算増幅器の増幅率を
調節する可変抵抗を用いて前記電磁石の巻線への印加電
圧の振幅を調節することを特徴とする請求項１記載の振
動型アクチュエータの駆動回路。
【請求項４】電源を供給するスイッチを投入した直後
にパルス信号を発生するワンショットマルチバイブレー
タを備え、前記パルス信号を演算増幅器に通し起動用の
電圧を発生させて前記電磁石の巻線に印加することを特
徴とする請求項３記載の振動型アクチュエータの駆動回
路。
【請求項５】前記制御回路は、前記電磁石の巻線への
印加電圧を不連続波形の電圧により等価的に生成するこ
とを特徴とする請求項１記載の振動型アクチュエータの
駆動回路。
【請求項６】前記不連続波形の電圧は、可動子の往復
移動の周期よりも十分に短いパルス幅であって時間経過
に伴ってパルス幅が変化する矩形波状の電圧であること
を特徴とする請求項５記載の振動型アクチュエータの駆
動回路。
【請求項７】前記印加電圧を正弦波状としたことを特
徴とする請求項５記載の振動型アクチュエータの駆動回
路。
【請求項８】固定子と可動子との少なくとも一方に電
磁石を備え、電磁石の無励磁時に可動子を定位置に復帰
させるばね性を有する復帰装置を備え、電磁石に交番電
圧が印加されると可動子との間に作用する磁力の変化に
より可動子が往復移動する振動型アクチュエータに用い
る駆動回路であって、電磁石の巻線に正弦波状の励磁電
圧を印加する制御回路と、制御回路と電磁石の巻線との
間に挿入されて電磁石の巻線とともに直列共振回路を形
成するコンデンサとを備え、前記直列共振回路の共振周
波数を可動子の固有振動数に一致させるように設定する
ことを特徴とする振動型アクチュエータの駆動回路。
【請求項９】前記制御回路は、可動子の往復移動に伴
って電磁石の巻線に生じる逆起電力を正帰還して電磁石
の巻線への印加電圧を自励発振動作により生成すること
を特徴とする請求項８記載の振動型アクチュエータの駆
動回路。
【請求項１０】前記電磁石の巻線により生じる磁束を
検出する検出用巻線を設け、前記制御回路は、可動子の
往復移動に伴って検出用巻線に生じる誘導起電力を正帰
還して電磁石の巻線への印加電圧を自励発振動作により
生成することを特徴とする請求項８記載の振動型アクチ
ュエータの駆動回路。
【請求項１１】前記検出用巻線は、電磁石とは別体で
あって電磁石の近傍に配置されていることを特徴とする
請求項１０記載の振動型アクチュエータの駆動回路。
【請求項１２】前記検出用巻線は、電磁石に巻装され
ていることを特徴とする請求項１０記載の振動型アクチ
ュエータの駆動回路。
【請求項１３】電源を供給するスイッチを投入した直
後に前記電磁石の巻線に起動用の電圧を印加する起動回
路を設けたことを特徴とする請求項１または請求項８記
載の振動型アクチュエータの駆動回路。
【請求項１４】前記制御回路は、前記逆起電力の正帰
還増幅を行なう演算増幅器を備え、演算増幅器の増幅率
を調節する可変抵抗を用いて前記電磁石の巻線への印加
電圧の振幅を調節することを特徴とする請求項８記載の
振動型アクチュエータの駆動回路。
【請求項１５】電源を供給するスイッチを投入した直
後にパルス信号を発生するワンショットマルチバイブレ
ータを備え、前記パルス信号を演算増幅器に通し起動用
の電圧を発生させて前記電磁石の巻線に印加することを
特徴とする請求項１４記載の振動型アクチュエータの駆
動回路。