JP3893795B2

JP3893795B2 - Drive circuit for vibration actuator

Info

Publication number: JP3893795B2
Application number: JP11572299A
Authority: JP
Inventors: スハゴクタークハリー; 秀明安倍; 敏中山; 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: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: JP2000014190A

Description

【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７−２６５５６０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▲１▼で示す）のほうが正弦波電圧を印加するとき（図１７に▲２▼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、振動型アクチュエータ自身が発振動作に必要な共振系となる自励発振動作を行うように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巻線の一端から正帰還して電磁石の巻線への印加電圧を生成する制御回路を備えるものである。
【００１５】
請求項２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、制御回路は、振動型アクチュエータ自身が発振動作に必要な共振系となる自励発振動作を行うように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巻線の一端から正帰還して電磁石の巻線への印加電圧を生成し、前記直列共振回路の共振周波数は可動子の固有振動数に一致させるように設定されているものである。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２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４の発明は、請求項１または請求項２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５の発明は、請求項４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巻線１の一端に接続される。さらに、固定子巻線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▲１▼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▲２▼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▲１▼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▲２▼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▲１▼のようにコンデンサ１３を用いない場合（図５の▲２▼）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１１の非反転入力端にダイオード２１およびコンデンサ２２を介して接続したワンショットマルチバイブレータ２３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２７ｂ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】
（参考例１）
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、本例は図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１５参照）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】
本例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】
（参考例２）
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に丸付き数字１で示す）を比較的高くしたり、図１１（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に丸付き数字２で示す）も正弦波状になる。
【００３８】
本例の技術は参考例１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３）
本実施形態では制御回路１０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４１，４２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４２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４１，４２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４１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４）
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、ＭＯＳＦＥＴ５２と固定子巻線１との直列回路に電源電圧Ｖｃｃ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１〜２Ｖ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５）
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ＭＯＳＦＥＴ６３，６４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ＭＯＳＦＥＴ６３，６４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、ＭＯＳＦＥＴ６３，６４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４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、ＭＯＳＦＥＴ６３，６４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、振動型アクチュエータ自身が発振動作に必要な共振系となる自励発振動作を行うように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巻線の一端から正帰還して電磁石の巻線への印加電圧を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巻線の一端から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。
【００５６】
請求項２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、制御回路は、振動型アクチュエータ自身が発振動作に必要な共振系となる自励発振動作を行うように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巻線の一端から正帰還して電磁石の巻線への印加電圧を生成し、直列共振回路の共振周波数は可動子の固有振動数に一致させるように設定されているものであり、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、請求項１の発明の効果に加えて、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。
【００６１】
請求項３の発明のように、請求項１または請求項２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または請求項２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４の発明のように、請求項１または請求項２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または請求項２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５の発明のように、請求項４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４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】本発明の参考例１の一例を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の参考例１の他例を示す概略構成図である。
【図１１】本発明の参考例２を示す動作説明図である。
【図１２】本発明の実施形態３を示す動作説明図である。
【図１３】本発明の実施形態４を示す動作説明図である。
【図１４】本発明の実施形態５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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive circuit for a vibration type actuator including a movable element that reciprocates.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been provided a vibration type actuator that includes a stator made of an electromagnet and a mover that includes a permanent magnet and is supported by a spring as a return device. An example of this type of vibration type actuator is shown in FIG. In the illustrated example, three stator magnetic poles 3 a to 3 c are arranged in a straight line at equal intervals on an electromagnet 3 that constitutes the stator 2, and an excitation current is passed through the stator winding 1, whereby a central stator magnetic pole is provided. 3b is excited differently from the other two stator magnetic poles 3a and 3b. The permanent magnet 5 provided on the mover 4 is movable in the direction in which the stator magnetic poles 3a to 3c are arranged, and is magnetized in two poles in the moving direction. The distance between the magnetic pole centers of the permanent magnet 5 is as follows. The distance between the centers of a pair of adjacent stator magnetic poles 3a and 3b, 3b and 3c is substantially matched. Furthermore, the mover 4 is supported by springs 6 provided on both sides in the moving direction of the permanent magnet 5 so as to return to the vicinity of the center position of the moving range.
[0003]
In the vibration type actuator of this configuration, when a rectangular wave-like alternating voltage as shown by a solid line in FIG. 16 is applied to the stator winding 1, the stator winding 1 is excited to the polarity shown in FIG. While the mover 4 is moved to the left side of the figure by the magnetic force between the stator magnetic poles 3a and 3b and the permanent magnet 5, the stator winding 1 is excited to the polarity shown in FIG. Due to the magnetic force between the stator magnetic poles 3b and 3c and the permanent magnet 5, the mover 4 moves to the right side of the figure. Further, during a period when no voltage is applied to the stator winding 1, a force for returning the mover 4 to the center position of the moving range is applied by the spring force of the spring 6. That is, the movable element 4 reciprocates left and right by applying the alternating voltage. Such a vibration type actuator realizes a reciprocating electric shaver that couples the inner blade to the movable element by utilizing the fact that the movable element 4 reciprocates left and right (Japanese Patent Laid-Open No. 7-265560). JP-A-7-313749).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a rectangular wave voltage is applied to the stator winding 1 as described above, a current containing a large amount of triangular wave-like harmonic components as shown by a broken line in FIG. According to the study by the present inventors, the efficiency when a sine wave voltage is applied to the stator winding 1 is 1, and compared with the case where a rectangular wave voltage is applied to the stator winding 1, as shown in FIG. Furthermore, it has been found that the efficiency when applying a rectangular wave voltage (indicated by (1) in FIG. 17) is lower than when applying a sine wave voltage (indicated by (2) in FIG. 17). . In FIG. 17, the horizontal axis indicates the ratio (duty ratio) of the voltage generation period to the half period, where one period is a period in which positive and negative polarity rectangular wave voltages are applied to the stator winding 1 once. As can be seen from the figure, even if the duty ratio is set so that the maximum efficiency can be obtained with the rectangular wave voltage, the efficiency becomes worse by 10% or more compared with the case where the sine wave voltage is applied. If this is used for an electric device using a battery as a power source such as an electric shaver, this leads to a problem that the frequency of battery replacement and battery charging increases.
[0005]
Further, when the load driven by the mover 4 fluctuates and the vibration cycle of the mover 4 changes, the excitation voltage applied to the stator windings can be controlled even if the timing control is performed using the sensor. In some cases, the synchronization may be temporarily lost, or in some cases, the synchronization may be lost continuously and so-called step-out may occur. As described above, when the vibration period of the mover 4 and the excitation voltage are not synchronized, even if a sine wave voltage is applied to the stator winding 1, the energy in the direction of decelerating from the stator 2 to the mover 4 is obtained. A supply period occurs, resulting in a loss of energy and a decrease in driving efficiency.
[0006]
Furthermore, in the linear actuator configured as described above, in order to continue the reciprocating movement of the mover 4, it is desirable to control the timing of applying a voltage to the stator winding 1 in accordance with the position of the mover 4. That is, if the stator winding 1 is excited and brought into a resonance state in synchronization with the natural frequency of the mover 4, the driving energy can be reduced. Therefore, at present, a sensor such as a photo interrupter that detects that the mover 4 has passed a specific position is provided, and the timing of applying a voltage to the stator winding 1 is controlled. However, when the sensor as described above is provided, a sensor and a circuit for processing the output of the sensor are required, which causes a problem that the overall size is increased.
[0007]
The present invention has been made in view of the above reasons, and its purpose is to apply a sinusoidal voltage to the winding of the electromagnet and to synchronize the timing of applying the voltage to the winding of the electromagnet with the reciprocating movement of the mover. It is another object of the present invention to provide a drive circuit for a vibration type actuator that can be miniaturized without using a sensor and that does not reduce drive efficiency even when the load fluctuates.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is provided with an electromagnet in at least one of the stator and the mover, a return device for returning the mover to a fixed position when the electromagnet is not excited, and when the alternating voltage is applied to the electromagnet, the mover A drive circuit used for a vibration type actuator in which a mover reciprocates due to a change in magnetic force acting between The vibration actuator itself performs self-excited oscillation that becomes a resonance system necessary for oscillation. The counter electromotive force generated in the electromagnet winding as the mover reciprocates. From one end of the winding Apply positive feedback to the electromagnet winding Pressure The control circuit to be formed is provided.
[0015]
Claim 2 The invention includes an electromagnet in at least one of the stator and the mover, a return device having a spring property that returns the mover to a fixed position when the electromagnet is not excited, and is movable when an alternating voltage is applied to the electromagnet. A drive circuit used for a vibration type actuator in which a mover reciprocates due to a change in magnetic force acting between a child and a control circuit for applying a sinusoidal excitation voltage to a winding of an electromagnet, and a control circuit and an electromagnet A capacitor inserted between the winding and forming a series resonance circuit with the winding of the electromagnet, The control circuit applies the back electromotive force generated in the electromagnet winding along with the reciprocating movement of the mover from the one end of the winding so that the vibration actuator itself performs a self-oscillation operation that becomes a resonance system necessary for the oscillation operation. Return to generate the applied voltage to the winding of the electromagnet, Resonant frequency of the series resonant circuit Number is acceptable Set to match the natural frequency of the mover Has been Is.
[0020]
Claim 3 The invention of Claim 1 or claim 2 In this invention, a starting circuit for applying a starting voltage to the winding of the electromagnet immediately after the switch for supplying power is turned on is provided.
[0021]
Claim 4 The invention of Claim 1 or claim 2 In the invention, the control circuit includes an operational amplifier that performs positive feedback amplification of the back electromotive force, and adjusts an amplitude of a voltage applied to the winding of the electromagnet using a variable resistor that adjusts an amplification factor of the operational amplifier. To do.
[0022]
Claim 5 The invention of Claim 4 In the invention, a one-shot multivibrator that generates a pulse signal immediately after turning on a switch for supplying power is generated, an activation voltage is generated by passing the pulse signal through an operational amplifier, and applied to the winding of the electromagnet. Is.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following embodiments, a vibration type actuator (which is a combination of an electromagnet and a permanent magnet that performs linear reciprocating movement will be described as an example; hereinafter referred to as a linear actuator) is assumed. However, the technical idea of the present invention can be applied to vibration actuators having other configurations.
[0024]
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the present embodiment includes an operational amplifier 11, and one end of a capacitor 13 is connected to the output end of the operational amplifier 11 via a drive circuit 12. The other end of the capacitor 13 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 11, and the linear actuator Stator winding 1 Is connected to one end. further, Stator winding 1 A resistor 14 is inserted between the other end of the operational amplifier 11 and the inverting input terminal of the operational amplifier 11, and a variable resistor 15 is inserted between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 11.
[0025]
The drive circuit 12 is composed of a pair of complementary transistors Q1 and Q2, and the drive circuit 12 boosts the output voltage of the operational amplifier 11 to the power supply voltage (± V) to obtain a voltage capable of driving the linear actuator. . Here, a battery is assumed as the power source, but another power source may be used. The capacitor 13 is set according to the natural frequency of the movable part of the linear actuator, and the resonance frequency of the series resonance circuit formed by the stator winding 1 and the capacitor 13 is the natural frequency of the movable part of the linear actuator. To match.
[0026]
Incidentally, the circuit shown in FIG. 1 can be represented by an equivalent circuit as shown in FIG. Here, the linear actuator is regarded as a series circuit of the DC resistance R of the stator winding 1, the inductance L of the stator winding 1, and the counter electromotive force E, and controls other circuits except the capacitor 13. The circuit 10 is used. Further, a power supply Vs for applying a power supply voltage to the drive circuit 12 is provided. The counter electromotive force E is generated when the magnetic flux of the permanent magnet crosses the stator winding 1 when the mover moves in the linear actuator, and is a sinusoidal wave corresponding to the frequency of the movable part provided in the linear actuator. A signal will be generated. Since this signal is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 11, it is amplified by positive feedback and the circuit shown in FIG. 1 performs a self-oscillation operation. Since this frequency depends on the frequency of the mechanical system of the linear actuator, if the load of the linear actuator fluctuates, an excitation voltage having a frequency corresponding to the load fluctuation is applied to the stator winding 1. Further, since the resonance system necessary for the oscillation operation is the linear actuator itself, the resonance system is compared with the case where the voltage applied to the stator winding 1 is generated by a separate circuit (that is, when separately excited oscillation is performed). The number of parts is reduced by the amount that can be omitted.
[0027]
In the circuit configuration described above, since the instantaneous position of the mover of the linear actuator matches the instantaneous value of the excitation voltage of the stator winding 1, the driving force acting on the mover is the square of the current flowing through the stator winding 1. It will be proportional to Further, as described above, the resonance frequency of the series resonance circuit of the stator winding 1 and the capacitor 13 is made to coincide with the natural frequency of the movable part of the linear actuator. When the excitation voltage applied to 1 coincides with the natural frequency of the linear actuator, the combined reactance due to the inductance component of the stator winding 1 and the capacitance component of the capacitor 13 becomes almost zero, and as a result, the circuit The impedance is close to the resistance component only. That is, the loss of current flowing through the stator winding 1 is reduced, and a large current can be passed through the stator winding 1 to drive the linear actuator efficiently. As described above, by providing the capacitor 13, it is possible to increase the driving force acting on the mover as compared with the case where the capacitor 13 is not provided.
[0028]
Now, assuming that a linear actuator is used as a driving source for an electric razor and has a natural frequency (about 200 Hz) as shown in FIG. For example, the natural frequency greatly deviates as indicated by (2) in FIG. In the present embodiment, since the resonance state is maintained by providing the capacitor 13, the current value near the natural frequency can be increased as shown in (1) of FIG. 4 (FIG. 4). (2) shows the case where there is no capacitor 13), and the driving force acting on the mover is compared with the case where the capacitor 13 is not used as shown in (1) in FIG. 5 ((2) in FIG. 5). More than twice. That is, the provision of the capacitor 13 can prevent the efficiency from being lowered or stepped out even with respect to the load fluctuation.
[0029]
(Embodiment 2)
In the configuration of the first embodiment, the operation of the linear actuator can be started by turning on the power. However, in this embodiment, in order to more reliably start the operation of the linear actuator, as shown in FIG. To which an activation circuit 20 is added. In the illustrated example, the drive circuit 12 is not shown because the drive circuit 12 is provided at the output portion of the operational amplifier 11. As shown in FIG. 7, the starting circuit 20 includes a one-shot multivibrator 23 connected to a non-inverting input terminal of the operational amplifier 11 via a diode 21 and a capacitor 22. Further, a series circuit of a capacitor 25 and a resistor 26 connected between both ends of the power supply Vs via a switch 24 is provided, and a connection point between the capacitor 25 and the resistor 26 is connected to a trigger terminal CK of the one-shot multivibrator 23. The The power supply Vs outputs a voltage of ± V, and the middle point is a ground terminal. A phototransistor 27 b that is a light receiving element of the photocoupler 27 is connected in parallel between both ends of the capacitor 25, and the light emitting diode 27 a that is a light emitting element of the photocoupler 27 is connected via a current limiting resistor 28 and a rectifying diode 29. It is connected to the output terminal of the operational amplifier 11. A smoothing capacitor 30 is connected between the connection point of the resistor 28 and the diode 29 and the ground terminal of the power source Vs. Furthermore, resistors 31 and 32 are connected between each end of the diode 21 and the ground end of the power source Vs, respectively. In the present embodiment, the connection point between the stator winding 1 and the capacitor 13 is not directly connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 11, and the resistor 16 is interposed between the capacitor 13 and the non-inverting input terminal of the operational amplifier 11. Is provided.
[0030]
The circuit shown in FIG. 7 operates as follows. When the switch 24 is turned on at time T0 in FIG. 8 and the power is turned on, the capacitor 25 is charged through the resistor 26. Therefore, the voltage across the capacitor 25 is increased with time as shown in FIG. To rise. The one-shot multivibrator 23 is triggered by the rising edge of the trigger signal. When the voltage across the capacitor 25 reaches the trigger voltage Vt of the one-shot multivibrator 23 at time T1, the one-shot multivibrator 23 is constant. A pulse signal having a pulse width is output. That is, a pulse voltage as shown in FIG. 8C is generated at the voltage across the resistor 32 at time T1. When this pulse voltage is input to the operational amplifier 11, the operational amplifier 1 outputs a voltage as shown in FIG. 8B, and a voltage as shown in FIG. 8A is applied to the stator winding 1. Is done. This voltage causes the linear actuator to start operating, and a back electromotive force is generated in the linear actuator.
[0031]
Thereafter, even if there is no input from the one-shot multivibrator 23 to the operational amplifier 11, the operation of the linear actuator is maintained by feeding back the back electromotive force of the linear actuator to the operational amplifier 11. That is, the excitation voltage or excitation current to the stator winding 1 converges to a state where the linear actuator is stably operated, and a sinusoidal voltage is applied to the stator winding 1.
[0032]
When the output voltage is continuously obtained from the operational amplifier 11, the voltage across the capacitor 30 increases as shown in FIG. 8E, and reaches a state where it is maintained at a substantially constant voltage at time T2. If the voltage across the capacitor 30 rises, the light output of the light emitting diode 27a of the photocoupler 27 increases, and the phototransistor 27b gradually becomes conductive, so the capacitor 25 is eventually discharged through the phototransistor 27b and the linear actuator operates. In some cases, the voltage applied to the trigger terminal CK of the one-shot multivibrator 23 is kept substantially zero.
[0033]
When the linear actuator stops for some reason, or when the switch 24 is turned off and then turned on again, the capacitor 25 is charged again and the above operation is repeated.
[0034]
As described above, in this embodiment, the activation circuit 20 is provided to facilitate the start of the operation of the actuator, and even if the linear actuator stops for some reason, the switch 24 is automatically turned on without being turned on again. Can be restarted automatically. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
[0035]
( Reference example 1 )
In each of the above-described embodiments, the operation of the linear actuator is maintained by feeding back the counter electromotive force generated in the stator winding 1 of the linear actuator. This example As shown in FIG. 9, the linear actuator is provided with a detection winding 7 for detecting the induced electromotive force of the stator winding 1, and the operation of the linear actuator is performed by feeding back the output of the detection winding 7 to the control circuit. Is feedback-controlled. As shown in FIG. FIG. It may be provided separately from the reference) and disposed in the vicinity of the electromagnet 3, but the detection winding 7 may be wound around the electromagnet 3 as shown in FIG.
[0036]
This example Since the movement of the mover is detected by the induced electromotive force, and the voltage applied to the stator winding 1 is fed back according to the induced electromotive force, an operation equivalent to the feedback of the counter electromotive force becomes possible. Similarly to the case where the back electromotive force is fed back, a sinusoidal voltage is applied to the stator winding 1. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
[0037]
( Reference example 2 )
In each of the above-described embodiments, a sinusoidal continuous waveform voltage is applied to the stator winding 1, but as shown in FIG. 11, a pulse voltage whose pulse width changes over time is applied. By applying to the stator winding 1, the voltage applied to the stator winding 1 may be equivalent to a sine wave voltage. That is, the pulse width is controlled so that the average value of each minute period becomes equal to the value of the sine wave voltage when the time is equally divided into minute periods. This type of control can be realized by applying a technique known as PWM control. In addition, by appropriately controlling the pulse width, the applied voltage (indicated by a circled number 1 in FIG. 11) is made relatively high as shown in FIG. 11A, or as shown in FIG. 11B. It can be adjusted to lower. Further, since the applied voltage is sinusoidal, the exciting current (indicated by a circled numeral 2 in FIG. 11) also becomes sinusoidal.
[0038]
This example The technology of Reference example 1 Thus, the present invention can be applied when the output winding 7 is provided and the linear actuator is feedback-controlled. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
[0039]
( Embodiment 3 )
In the present embodiment, another specific configuration of the control circuit 10 is shown. The control circuit 10 of the present embodiment uses a single voltage power supply to flow current in both directions through the stator winding 1 of the linear actuator. That is, the control circuit 10 is configured using a power amplifier 40 for a single power supply provided for audio including two amplifier circuits 41 and 42, as shown in FIG. An example of this type of power amplifier 40 is an integrated circuit (LM4871) provided by National Semiconductor as a bridge type audio amplifier. The power amplifier 40 uses the output of the first stage amplifier circuit 41 as the inverting input of the second stage amplifier circuit 42, and outputs the output of the first stage amplifier circuit 41 and the output of the second stage amplifier circuit 42. Output from the output terminals Vo1 and Vo2, respectively. Therefore, the outputs from both output terminals Vo1 and Vo2 are contradictory. Output ends Vo1 and Vo2 are connected to both ends of the stator winding 1 of the linear actuator. In short, when the power amplifier 40 is used for audio, an actuator is connected to a portion to which a speaker is connected.
[0040]
The first-stage amplifier circuit 41 is used as an inverting amplifier, and the amplification factor is determined by resistors 43 and 44 externally attached to the power amplifier 40. Further, a voltage obtained by dividing the power supply voltage VDD by the resistors 45 and 46 is applied to the non-inverting input terminal of the second-stage amplifier circuit 42, and resistors 47 and 48 for determining the amplification factor are also connected. Further, the non-inverting input terminals of both amplifier circuits 41 and 42 are connected in common, and a constant voltage is applied by a capacitor 49 externally attached to the power amplifier 40. In the present embodiment, the capacitor 17 is connected between one end of the stator winding 1 connected to the output terminal Vo2 of the second stage amplifier circuit 42 and the inverting input terminal of the first stage amplifier circuit 41. Inserting.
[0041]
With the above-described configuration, the first-stage amplifier circuit 41 and the second-stage amplifier circuit 42 constitute a non-inverting amplifier, and a self-oscillation operation is maintained by forming a positive feedback path by the non-inverting amplifier. The The first stage amplifier circuit 41 constitutes an ordinary inverting amplifier whose amplification factor is determined by the resistors 43 and 44. The amplification factor determined by the resistors 43 and 44 may be set within the range recommended by the manufacturer of the amplifier 40. If there is a gain of about 3 or more, the self-excited oscillation operation can be continued.
[0042]
When the control circuit 10 having the above-described configuration is used, the linear actuator can be activated with a single power source of about 1.5V. Further, if the power supply voltage is raised, the drive current of the linear actuator increases. The maximum value of the drive current in the steady state of the power amplifier 40 used in this embodiment is about 1A. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
[0043]
( Embodiment 4 )
The circuit configuration of this embodiment is shown in FIG. The control circuit 10 of this embodiment uses a single voltage power supply to flow a one-way current through the stator winding 1 of the linear actuator. The control circuit 10 of this embodiment employs a configuration in which a differential amplifier configured by an operational amplifier 51 is used and the MOSFET 52 is controlled by the output of the operational amplifier 51. The stator winding 1 of the linear actuator is connected in series to the MOSFET 52, and the power supply voltage Vcc is applied to the series circuit of the MOSFET 52 and the stator winding 1. In the operational amplifier circuit 51, the amplification factor is set by the resistors 53 and 54, and the power supply voltage Vcc is applied to the series circuit of the resistors 55 and 56. That is, the power supply voltage Vcc is divided at a voltage division ratio determined by the resistors 55 and 56, and this voltage is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 51. One end of the resistor 54 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 51, and the capacitor 17 is connected between the connection point between the MOSFET 52 and the stator winding 1 and the other end of the resistor 54.
[0044]
As the operational amplifier 51 of the present embodiment, for example, a general-purpose operational amplifier LM358 provided by National Semiconductor may be used, and the operational amplifier 51 may be used so as to operate with a single power source. Further, by applying a constant voltage to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 51 to give a bias as described above, it is possible to oscillate bipolar while operating the operational amplifier 51 with a single power source. Yes.
[0045]
In the configuration of the present embodiment, when the MOSFET 52 is turned on / off, the current flowing through the stator winding 1 inserted between the drain of the MOSFET 52 and the power supply is intermittent. Here, since the drain current reflects the counter electromotive force generated in the stator winding 1, the self-oscillation operation can be performed by feeding back the drain current of the MOSFET 52 to the operational amplifier 51. In the configuration of this embodiment, current flows in the stator winding 1 only in one direction. However, since the current is controlled by the MOSFET 52, a large current of, for example, 10 A can be passed through the stator winding 1. . When the LM 358 is used for the operational amplifier 51 and the MOSFET 52 having a threshold voltage of 1 to 2 V, oscillation can be started with the power supply voltage Vcc being 4 V, and the amplification factor at this time is about 20. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
[0046]
( Embodiment 5 )
The circuit configuration of this embodiment is shown in FIG. The control circuit 10 of the present embodiment is configured to flow currents in both directions through the stator winding 1 of the linear actuator using both voltage power supplies. In the control circuit 10 of the present embodiment, the operational amplifier 61 constitutes a non-inverting amplifier circuit, the operational amplifier 62 constitutes a voltage follower, and is connected to the complementary (that is, the n-channel and p-channel MOSFET sources are connected). Two MOSFETs 63 and 64 (commonly connected) are alternatively turned on and off using the outputs of both operational amplifiers 61 and 62. The stator winding 1 of the linear actuator is inserted between the connection point of the MOSFETs 63 and 64 and the ground point, and the power supply voltage ± Vcc of both voltages is connected to the series circuit of the MOSFETs 63 and 64. The connection point between the MOSFETs 63 and 64 is connected to the non-inverting input of the operational amplifier 61. Therefore, the counter electromotive force generated in the stator winding 1 is fed back to the operational amplifier 61.
[0047]
The operational amplifier circuit 61 has an amplification factor set by resistors 65 and 66, and capacitors 67 and 68 are connected to the output terminals of the operational amplifier circuits 61 and 62, respectively. A series circuit composed of four resistors R1 to R4 is connected to the series circuit of the MOSFETs 63 and 64, and the middle point of this series circuit (the connection point of the resistors R2 and R3) is connected to the ground point, and the other two One ends of capacitors 67 and 68 are connected to the connection points of the respective resistors R1, R2 and R3, R4. Bias is given to the MOSFETs 63 and 64 by these resistors R1 to R4. As the operational amplifiers 61 and 62 of this embodiment, for example, a general-purpose operational amplifier LM358 provided by National Semiconductor Corporation can be used, and the operational amplifiers 61 and 62 are operated with power supplies of both voltages. To do.
[0048]
In the configuration of the present embodiment, the direction of the current flowing through the stator winding 1 is reversed by alternately turning on and off the MOSFETs 63 and 64. Here, the counter electromotive force generated in the stator winding 1 is fed back to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 61, and in this configuration, positive feedback is performed, so that self-oscillation operation can be performed. Since the current is controlled by the MOSFETs 63 and 64 in the configuration of the present embodiment, Embodiment 4 Similarly, a large current of 10 A, for example, can be passed through the stator winding 1. When the LM358 is used for the operational amplifiers 63 and 64 and the MOSFETs 63 and 64 having a threshold voltage of 1 to 2 V, oscillation can be started with the power supply voltage ± Vcc set to ± 3 V, and the amplification factor at this time is 10 or so. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.
[0049]
【The invention's effect】
The invention according to claim 1 is provided with an electromagnet in at least one of the stator and the mover, a return device for returning the mover to a fixed position when the electromagnet is not excited, and when the alternating voltage is applied to the electromagnet, the mover A drive circuit used for a vibration type actuator in which a mover reciprocates due to a change in magnetic force acting between The vibration actuator itself performs self-excited oscillation that becomes a resonance system necessary for oscillation. The counter electromotive force generated in the electromagnet winding as the mover reciprocates. From one end of the winding Apply positive feedback to the electromagnet winding Pressure Control circuit, and the counter electromotive force generated in the electromagnet winding From one end of the winding Since the self-oscillation operation is performed by positive feedback, a sinusoidal applied voltage synchronized with the mechanical vibration of the vibration actuator can be applied to the electromagnet, and the vibration actuator can be driven with high efficiency. In addition, there is no need for a separate sensor for detecting the position of the mover while synchronizing the timing of applying a voltage to the winding of the electromagnet with the reciprocating movement of the mover, and the circuit configuration is simplified and the size is reduced. There is an advantage that it becomes possible. Furthermore, since it vibrates stably by the self-excited oscillation operation, there is an advantage that even if the load fluctuates, the driving efficiency is hardly lowered. In the end, the sinusoidal applied voltage and the self-excited oscillation operation increase the efficiency. Therefore, if an output similar to the conventional configuration is obtained, the vibration type actuator can be reduced in size and the circuit configuration can be reduced. Combined with being easy and downsized, the overall size can be reduced.
[0056]
Claim 2 The invention includes an electromagnet in at least one of the stator and the mover, a return device having a spring property that returns the mover to a fixed position when the electromagnet is not excited, and is movable when an alternating voltage is applied to the electromagnet. A drive circuit used for a vibration type actuator in which a mover reciprocates due to a change in magnetic force acting between a child and a control circuit for applying a sinusoidal excitation voltage to a winding of an electromagnet, and a control circuit and an electromagnet A capacitor inserted between the winding and forming a series resonance circuit with the winding of the electromagnet, The control circuit applies the back electromotive force generated in the electromagnet winding along with the reciprocating movement of the mover from the one end of the winding so that the vibration actuator itself performs a self-oscillation operation that becomes a resonance system necessary for the oscillation operation. Return to generate the applied voltage to the winding of the electromagnet, Resonant frequency of series resonant circuit Number is acceptable Set to match the natural frequency of the mover Has been Thus, the impedance of the series resonance circuit composed of the winding of the electromagnet and the capacitor can be set to substantially only the resistance component, and power can be supplied to the electromagnet winding with high efficiency. Also, In addition to the effect of the invention of claim 1, By providing the series resonance circuit, the vibration of the vibration type actuator is further stabilized.
[0061]
Claim 3 Like the invention of Claim 1 or claim 2 In the invention of the present invention, provided with a starting circuit for applying a starting voltage to the winding of the electromagnet immediately after turning on the switch for supplying power, Claim 1 or claim 2 In addition to the effect of the present invention, the vibration type actuator can be reliably started by turning on the switch.
[0062]
Claim 4 Like the invention of Claim 1 or claim 2 The control circuit includes an operational amplifier that performs positive feedback amplification of the back electromotive force, and uses a variable resistor that adjusts the amplification factor of the operational amplifier to adjust the amplitude of the voltage applied to the winding of the electromagnet. Then Claim 1 or claim 2 In addition to the effect of the invention, by making the resistance of the operational amplifier variable, the amplitude of the voltage applied to the electromagnet can be adjusted to adjust the driving force, and the vibration type actuator can be adjusted with a simple circuit configuration. The driving force can be adjusted.
[0063]
Claim 5 Like the invention of Claim 4 In the present invention, a one-shot multivibrator that generates a pulse signal immediately after turning on a switch for supplying power, generates a starting voltage by passing the pulse signal through an operational amplifier, and applies it to the winding of the electromagnet. , Claim 4 In addition to the effect of the present invention, the vibration type actuator can be reliably activated with a simple configuration for generating a pulse signal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of the above.
FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the above.
FIG. 4 is an operation explanatory view of the above.
FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the above.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram of the above.
FIG. 8 is an operation explanatory view of the above.
FIG. 9 shows the present invention. Reference example 1 It is a schematic block diagram which shows an example.
FIG. 10 shows the present invention. Reference example 1 It is a schematic block diagram which shows the other example.
FIG. 11 shows the present invention. Reference example 2 It is operation | movement explanatory drawing which shows.
FIG. 12 shows the present invention. Embodiment 3 It is operation | movement explanatory drawing which shows.
FIG. 13 shows the present invention. Embodiment 4 It is operation | movement explanatory drawing which shows.
FIG. 14 shows the present invention. Embodiment 5 It is operation | movement explanatory drawing which shows.
FIG. 15 is an operation explanatory diagram showing a conventional example.
FIG. 16 is an operation explanatory diagram showing a conventional example.
FIG. 17 is an operation explanatory diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Stator winding
2 Stator
3 Electromagnet
4 Mover
5 Permanent magnet
6 Spring
7 Winding for detection
10 Control circuit
11 Operational amplifier
13 Capacitor
15 Variable resistance
20 Start-up circuit
23 One-shot multivibrator
24 switch

Claims

At least one of the stator and mover is equipped with an electromagnet, and is equipped with a return device that returns the mover to a fixed position when the electromagnet is not excited. When an alternating voltage is applied to the electromagnet, the magnetic force acting between the mover This is a drive circuit used for a vibration type actuator in which the mover reciprocates due to the change of the vibration, and with the reciprocation of the mover so that the vibration type actuator itself performs a self-oscillation operation that becomes a resonance system necessary for the oscillation operation. driving circuit of the vibration type actuator for applying voltage of a counter electromotive force generated in the windings of the electromagnet to the positive feedback from one end of the winding to the electromagnet windings, characterized in that it comprises a control circuit that generates.

An electromagnet is provided on at least one of the stator and the mover, and a return device having a spring property for returning the mover to a fixed position when the electromagnet is not excited. When an alternating voltage is applied to the electromagnet, A drive circuit used for a vibration type actuator in which a mover reciprocates due to a change in magnetic force acting on the control circuit, the control circuit applying a sinusoidal excitation voltage to the winding of the electromagnet, and the control circuit and the winding of the electromagnet And a capacitor that forms a series resonance circuit with the winding of the electromagnet inserted between the control circuit and the control circuit so that the vibration actuator itself performs a self-excited oscillation operation as a resonance system necessary for the oscillation operation. reciprocally moving back electromotive force generated in the winding of the electromagnet with the one end of the winding positive feedback to generate the voltage applied to the winding of the electromagnet, natural resonant frequency is the mover of the series resonant circuit One for frequency Driving circuit of the vibration-type actuator, characterized in that it is set so as to.

3. A drive circuit for a vibration type actuator according to claim 1, further comprising an activation circuit that applies an activation voltage to the winding of the electromagnet immediately after a switch for supplying power is turned on .

The control circuit includes an operational amplifier that performs positive feedback amplification of the back electromotive force, and adjusts an amplitude of a voltage applied to the winding of the electromagnet using a variable resistor that adjusts an amplification factor of the operational amplifier. The drive circuit for the vibration type actuator according to claim 1 or 2 .

A one-shot multivibrator that generates a pulse signal immediately after a power supply switch is turned on, and the pulse signal is passed through an operational amplifier to generate a starting voltage and applied to the winding of the electromagnet. The drive circuit for the vibration type actuator according to claim 4 .