JP2008259409A - リニア振動アクチュエータとそれを用いたリニアコンプレッサーおよびリニア振動発電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】可動子3の変位x20は変位センサ14で検出されて、制御装置21内のゲインコントローラ24にフィードバックされている。ゲイン決定手段25は、駆動周波数f26と変位x20に基づいてゲイン可変指令27を出力する。電流指令Ic29から変位x20にゲインK28が乗じられた信号が減算されて合成電流指令Ic*22となる。ゲイン可変信号27によって、ゲインK28を可変させることができる。このようにすることで、駆動周波数に見かけの共振周波数を常に一致させることができて従来法よりも高効率駆動が可能となる。
【選択図】図3
Description
シャフトと、
前記シャフトに固定され、磁力を有する可動子と、
前記可動子の周囲に配され、励磁電流が流されるコイルと、
前記シャフトの運動方向に押すばねと、
前記シャフトの変位量を検知する変位センサと、
前記変位センサからの信号に基づいて前記励磁電流を出力する制御装置と
を有するリニア振動アクチュエータを提供するものである。また、このリニア振動アクチュエータを用いたリニアコンプレッサとリニア振動発電機を提供するものである。
以下本発明の実施形態について順次説明を行う。まず、最初に本発明の動作原理について図1を用いて簡単に説明する。図1は、一方を固定端に固定されたばねにおもりが付けられているばねを示している。つりあっている際のばねの長さをx0とする。そして、今ばねの長さがx1にされたとする。よく知られているように、おもりにはばねの伸びによる力が作用する。その大きさは、つりあい状態からのばねの伸びx=(x1−x0)に比例し、方向はおもりの変位方向とは逆の方向に作用する。ばねの伸びに比例する比例定数kをばね定数と呼ぶ。おもりに働く力は図ではkxで示した。
図15は本実施の形態のリニア振動アクチュエータの制御ブロックである。励磁電流を電流検出部28で検出した検出電流I29が変位推定部30に入力されている。さらに、LOAの駆動電圧を電圧検出部31で検出した検出電圧V32も変位推定部30に入力されている。変位推定部30は、検出電流I29と検出電圧V32に基づいて変位推定値xe33を出力する。LOAの運動法方程式に基づいて変位推定値xe33は速度起電力定数Ke(Vs/m)、コイルの抵抗R(Ω)、コイルのインダクタンスL(H)を用いて(6)式のように表わされる。
図16に本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータの制御ブロックを示す。加速度センサ34によって検出した可動子2の加速度a17が制御装置14にフィードバックされている。加速度a17はRfアンプ19でゲインK1(As2/m)と乗算されて見かけの質量を制御する制御信号Irfとなり電流指令Ic21に加算器52を介してフィードバックされている。さらに、加速度a17は積分器35によって速度推定値ve23に変換され、Rdアンプ24でゲインK2(As/m)と乗算されて減衰力を示す推力を発生させる制御信号Irdとなり加算器52を介して電流指令Ic21にフィードバックされる。
図17に本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータの制御ブロックを示す。LOAにはインバータ(電圧アンプ)36によって駆動電圧V37が印加されており、速度起電力E38がフィードバックされている。さらに、変位センサ12によって検出された変位x13が制御装置14にフィードバックされている。
図18に本実施の形態のリニア振動アクチュエータの制御ブロックを示す。LOAはインバータ(電圧アンプ)36で駆動され、かつ変位センサや加速度センサを用いていないために安価なシステムを構築することができる。励磁電流を電流検出部28で検出して、検出電流I29が変位推定部30に入力される。さらに、LOAの駆動電圧を電圧検出部31で検出した検出電圧V32も変位推定部30に入力されている。変位推定部30は、検出電流I29と検出電圧V32に基づいて変位推定値xe33を出力する。変位推定値xe33は前述の(6)式で表わされる。
図19に本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータの制御ブロックを示す。LOAはインバータ(電流アンプ)27で駆動され、LOAに外乱が作用せずに安定した振動が得られる場合に特に有用である。すなわち、変位センサや加速度センサおよび駆動電圧や励磁電流などの検出部を必要としないために安価なシステムを構築することができる。電流指令Ic21は、変位計算部A45に入力されており、変位計算値xc46が出力されている。LOAの運動方程式に基づいて変位計算値xc46は(11)式で表わされる。
図20に本実施の形態のリニア振動アクチュエータの制御ブロックを示す。LOAはインバータ(電圧アンプ)36で駆動されており、LOAに外乱が作用せずに安定した振動が得られる場合に特に有用である。すなわち、変位センサや加速度センサおよび駆動電圧や励磁電流などの検出部を必要としなために安価なシステムを構築することができる。電圧指令Vcは、変位計算部B47に入力されており、変位計算値xc46が出力されている。LOAの運動方程式と回路方程式に基づいて変位計算値xc46は(12)式で表わされる。
図21に本実施の形態にかかわるリニア振動アクチュエータの制御ブロックである。LOAはインバータ(電流アンプ)27で駆動されており、LOAに外乱が作用せずに安定した振動が得られる場合に特に有用である。すなわち、変位センサや加速度センサおよび駆動電圧や励磁電流などの検出部を必要としないために安価なシステムを構築することができる。
図23に本実施の形態に係るリニア振動アクチュエータの制御ブロックを示す。LOAはインバータ(電圧アンプ)36で駆動されており、LOAに外乱が作用せずに安定した振動が得られる場合に特に有用である。すなわち、変位センサや加速度センサおよび駆動電圧や励磁電流などの検出部を必要としないために安価なシステムを構築することができる。
2 可動子
3 可動子ヨーク
4 永久磁石
5 固定子
6 固定子ヨーク
7 コイル
8 シャフト
9 取付けブラケット
10 板ばね
11 負荷
12 変位センサ
13 変位
14 制御装置
15 励磁電流
16 推力
17 加速度
18 速度
19 アンプ(ゲインK1)
20 共振周波数可変指令
21 電流指令
22 微分器
23 速度推定値
24 アンプ(ゲインK2)
25 減衰定数可変指令
26 合成電流指令
27 インバータ(電流アンプ)
28 電流検出部
29 検出電流
30 変位推定部
31 電圧検出部
32 検出電圧
33 変位推定値
34 加速度センサ
35 積分器
36 インバータ(電圧アンプ)
37 駆動電圧
38 速度起電力
39 変換部A
40 ばね特性を示す推力を発生させる信号
41 電圧指令
42 変換部B
43 減衰力を示す推力を発生させる信号
44 合成電圧指令
45 変位計算部A
46 変位計算値
47 変位計算部B
48 変位および速度データテーブル
49 変位データ
50 速度データ
51 ばね特性および減衰力を示す推力を発生させる信号テーブル
Claims (21)
- シャフトと、
前記シャフトに固定され、磁力を有する可動子と、
前記可動子の周囲に配され、励磁電流が流されるコイルと、
前記シャフトの運動方向に押すばねと、
前記シャフトの変位量を検知する変位センサと、
前記変位センサからの信号に基づいて前記励磁電流を出力する制御装置と
を有するリニア振動アクチュエータ。 - 前記制御装置は、
前記変位センサからの信号を増幅する第1のアンプと、
前記変位センサからの信号を微分した信号を増幅する第2のアンプとのうち少なくとも1方のアンプを有し、
前記アンプの出力と基本駆動電流を加算して合成電流指令を作る加算器と、
前記合成電流指令に基づいて前記励磁電流を出力する電流アンプを有する請求項1に記載されたリニア振動アクチュエータ。 - 運動可能な可動子と、
前記可動子の周囲に配され、励磁電流が流されるコイルと、
前記可動子の運動方向に押すばねと、
駆動電圧を検出する電圧検出部と、
前記励磁電流を検出する電流検出部と、
前記電圧検出部と前記電流検出部の出力信号に基づいて前記可動子の変位を推定する変位推定部と、
前記変位推定部の出力信号を増幅する第1のアンプと、
前記変位推定部の出力信号を微分する微分器と、
前記微分器の出力信号を増幅する第2のアンプと、
前記アンプの出力と基本駆動電流を加算して合成電流指令を作る加算器と、
前記電流指令制御信号に応じて前記励磁電流を出力する電流アンプとを有するリニア振動アクチュエータ。 - 運動可能な可動子と、
前記可動子の周囲に配され、励磁電流が流されるコイルと、
前記可動子の運動方向に押すばねと、
前記可動子の加速度量を検知する加速度センサと、
前記加速度センサの出力信号に基づいて前記励磁電流を出力する制御装置とを
有するリニア振動アクチュエータ。 - 前記制御装置は、
前記加速度センサからの信号を増幅する第1のアンプと、
前記加速度センサからの信号を積分した信号を増幅する第2のアンプとのうち少なくとも1方のアンプを有し、
前記アンプの出力と基本駆動電流を加算して合成電流指令を作る加算器と、
前記合成電流指令に基づいて前記励磁電流を出力する電流アンプを有する請求項5に記載されたリニア信号アクチュエータ。 - 運動可能な可動子と、
前記可動子の周囲に配され、駆動電圧が印加されるコイルと、
前記可動子の運動方向に押すばねと、
前記可動子の変位量を検知する変位センサと、
前記変位センサの出力に基づいて前記駆動電圧を発生する制御装置とを有するリニア振動アクチュエータ。 - 前記制御装置は、
前記変位センサの出力に基づいて、ばね特性を示す推力を発生させる信号を出力する第1の変換部と、
前記第1の変換部の出力信号を増幅する第1のアンプと、
前記変位センサからの信号を微分した信号に基づいて、減衰力を示す推力を発生させる信号を出力する第2の変換部と、
前記第2の変換部の出力信号を増幅する第2のアンプとのうち少なくとも1方のアンプを有し、
前記アンプの出力と基本駆動電圧を加算して合成電圧指令を作る加算器と、
前記合成電圧指令に基づいて前記励磁電圧を出力する電圧アンプを有する請求項7に記載されたリニア信号アクチュエータ。 - 運動可能な可動子と、
前記可動子の周囲に配され、駆動電圧が印加されて励磁電流が流れるコイルと、
前記可動子の運動方向に押すばねと、
前記駆動電圧を検出する電圧検出部と、
前記励磁電流を検出する電流検出部と、
前記電圧検出部と前記電流検出部の出力信号に基づいて前記可動子の変位を推定する変位推定部と、
前記変位推定部の出力に基づいて、ばね特性を示す推力を発生させる信号を出力する第1の変換部と、
前記第1の変換部の出力信号を増幅する第1のアンプと、
前記変位推定部の出力信号を微分する微分器と、
前記微分器の出力信号に基づいて、減衰力を示す推力を発生させる信号を出力する第2の変換部と、
前記第2の変換部の出力を増幅する第2のアンプと、
前記アンプの出力と基本駆動電圧を加算し合成電圧指令を作る加算器と、
前記電圧指令制御信号に応じて前記駆動電圧を出力する電圧アンプとを有するリニア振動アクチュエータ。 - 運動可能な可動子と、
前記可動子の周囲に配され、励磁電流が流されるコイルと、
前記可動子の運動方向に押すばねと、
基本駆動電流に基づいて、変位計算値を出力する変位計算部と、
前記変位計算部の出力信号を増幅する第1のアンプと、
前記変位計算部の出力信号を微分した信号を増幅する第2のアンプとのうち少なくとも一方のアンプを有し、
前記アンプの出力と前記基本駆動電流を加算して合成電流指令を作る加算器と、
前記合成電流指令に応じて前記励磁電流を出力する電流アンプとを有するリニア振動アクチュエータ。 - 運動可能な可動子と、
前記可動子の周囲に配され、駆動電圧が印加されて励磁電流が流れるコイルと、
前記可動子の運動方向に押すばねと、
基本駆動電圧に基づいて、変位計算値を出力する変位計算部と、
前記変位計算部の出力に基づいて、ばね特性を示す推力を発生させる信号を出力する第1の変換部と、
前記第1の変換部の出力信号を増幅する第1のアンプと、
前記変位計算部の出力信号を微分した信号にする微分器と、
前記微分器の出力信号に基づいて、減衰力を示す推力を発生させる信号を出力する第2の変換部と、
前記第2の変換部の出力を増幅する第2のアンプと、
前記第1と第2のアンプのうち少なくとも1方のアンプを有し、
前記アンプの出力と前記基本駆動電圧を加算し合成電圧指令を作る加算器と、
前記合成電圧指令に応じて前記駆動電圧を出力するインバータ(電圧アンプ)とを有するリニア振動アクチュエータ。 - 運動可能な可動子と、
前記可動子の周囲に配され、励磁電流が流されるコイルと、
前記可動子の運動方向に押すばねと、
前記可動子の変位および速度データが格納されたデータテーブルと、
前記データテーブルからの出力である前記変位データを増幅する第1のアンプと、
前記データテーブルからの出力である前記速度データを増幅する第2のアンプのうち少なくとも一方のアンプを有し、
前記アンプの出力と基本駆動電流を加算して合成電流指令を作る加算器と、
前記合成電流指令に応じて前記励磁電流を出力する電流アンプとを有するリニア振動アクチュエータ。 - 運動可能な可動子と、
前記可動子の周囲に配され、駆動電圧が印加されて励磁電流が流れるコイルと、
前記可動子の運動方向に押すばねと、
前記可動子に、ばね特性および減衰力を示す推力を発生させる信号が格納されたデータテーブルと、
前記データテーブルからの出力である、前記ばね特性を示す推力を発生させる信号を増幅する第1のアンプと、
前記データテーブルからの出力である、前記減衰力を示す推力を発生させる信号を増幅する第2のアンプとのうち少なくとも1方のアンプを有し、
前記アンプの出力と基本駆動電圧を加算して合成電圧指令を作る加算器と、
前記合成電圧指令に応じて前記駆動電圧を出力する電圧アンプとを有するリニア振動アクチュエータ。 - シャフトと、
前記シャフトに固定され、磁力を有する可動子と、
前記可動子の周囲に配され、励磁電流が流されるコイルと、
前記シャフトの運動方向に押すばねと、
前記シャフトの変位量を検知する変位センサと、
前記変位センサからの信号に基づいて前記励磁電流を出力する制御装置と
前記シャフトに接続されたピストンと、
前記ビストンが可動するシリンダを有し、
前記シリンダには、吐出バルブと吸入バルブとを有するリニアコンプレッサー。 - 前記制御装置は、
前記変位センサからの信号を増幅する第1のアンプと、
前記変位センサからの信号を微分した信号を増幅する第2のアンプとのうち少なくとも1方のアンプを有し、
前記アンプの出力と基本駆動電流を加算して合成電流指令を作る加算器と、
前記合成電流指令に基づいて前記励磁電流を出力する電流アンプを有する請求項18に記載されたリニアコンプレッサー。 - シャフトと、
前記シャフトに固定され、磁力を有する可動子と、
前記可動子の周囲に配され、励磁電流が流されるコイルと、
前記可動子の周囲に配された発電コイルと、
前記発電コイルに接続されたバッテリーと、
前記シャフトの運動方向に押すばねと、
前記シャフトの変位量を検知する変位センサと、
外部から与えられた振動の加速度と周波数を検出する加速度センサと、
前記変位センサと前記加速度センサからのからの信号に基づいて前記励磁電流を出力する制御装置と
を有するリニア振動発電機。 - 前記制御装置は、
前記変位センサからの信号と前記加速度センサからの信号に基づきゲインを決めるゲイン決定手段と
前記変位センサからの信号を前記ゲインに基づき増幅した電流指令を出力するアンプと、を有する請求項20に記載されたリニア振動発電機。
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