JP4223328B2 - 電磁アクチュエータ及びその駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動部がローレンツ力の作用により揺動する電磁アクチュエータ及びその駆動方法に関し、特に、駆動モードと誘導起電圧の検出モードを適切に組み合わせて種々の動作モードで駆動できる電磁アクチュエータ及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電磁アクチュエータには、周縁部にコイルを敷設し揺動可能に軸支された可動部の揺動軸方向に平行な対辺部に静磁界を作用させ、駆動用コイルを流れる電流と静磁界との相互作用により上記対辺部にローレンツ力を作用させて可動部を共振揺動させるものがある。
【０００３】
特に、一つのコイルに駆動電流として電磁アクチュエータの共振駆動周波数の１／２の周期でパルス状の駆動電流を供給して駆動すると共に、駆動電流がＯＦＦ状態の半周期に可動部が慣性によって自由揺動する際に駆動コイルに発生する誘導起電圧を検出して、可動部の振れ角を検出するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、可動部に二つのコイルを個別に設け、一方のコイルを可動部の駆動専用コイルとして用いて正弦波状の駆動電流を供給し、他方のコイルを可動部が揺動状態にあるとき、コイルに発生する誘導起電圧を検出する検出専用コイルとして用いて可動部の振れ角を検出するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３０５４７１号公報（第６〜７頁、図３）
特開平１１−３０５１６２号公報（第６頁、図１６）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の電磁アクチュエータにおいて、前者は、コイルが一つであるのため駆動電流を供給する駆動モードと誘導起電圧（振れ角）を検出する検出モードとを交互に行い単に駆動と検出機能を発揮させるだけの基本的な動作モードでしか制御できない。また、後者の場合は、二つのコイルがそれぞれ駆動用と検出用の専用コイルであるため、同様に単に駆動と検出機能を発揮させるだけの基本的な動作モードでしか制御できない。したがって、駆動モードと検出モードを適切に組み合わせて、例えば起動時若しくは振れ角変更時の駆動力増強や停止時等における制動、またはコイル断線等の故障時における機能維持を図ったり、また可動部の共振周波数に自動追従するように動作させる等の種々の動作モードで駆動できる電磁アクチュエータはなかった。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、駆動モードと誘導起電圧の検出モードを適切に組み合わせて種々の動作モードで駆動できる電磁アクチュエータ及びその駆動方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項１の発明は、揺動可能に軸支された可動部の揺動軸方向に平行な対辺部に、コイルを流れる駆動電流と静磁界との相互作用によりローレンツ力を作用させ、可動部を揺動させる電磁アクチュエータであって、前記コイルを、個別に設けた少なくとも二つの第１及び第２コイルで構成し、該各コイルにそれぞれ駆動電流を供給可能な複数の駆動電流供給手段と、前記第１及び第２コイルに接続され、前記可動部が揺動状態にあるとき、前記第１及び第２コイルに発生する誘導起電圧を検出する第１及び第２誘導起電圧検出手段と、前記少なくとも第１及び第２コイルに正弦波状の駆動電流の供給を可能とし、前記第２誘導起電圧検出手段で検出された前記第２コイルの誘導起電圧に基づいて前記第１コイルに供給する駆動電流を制御し、前記第１誘導起電圧検出手段で検出された前記第１コイルの誘導起電圧に基づいて前記第２コイルに供給する駆動電流を制御する電流制御部と、前記第１及び第２駆動電流供給手段による駆動電流の供給動作を前記可動部の揺動周期の半周期ごとに切換える切換部とを有する制御手段と、を備えて構成した。
【０００９】
このような構成により、複数の駆動電流供給手段で個別に設けた少なくとも二つの第１及び第２コイルにそれぞれ正弦波状の駆動電流を供給可能とし、第１及び第２コイルに接続された第１及び第２誘導起電圧検出手段で可動部が揺動状態にあるとき、第１及び第２コイルに発生する誘導起電圧を検出し、制御手段の切換部で第１及び第２駆動電流供給手段による駆動電流の供給動作を可動部の揺動周期の半周期ごとに切換え、制御手段の制御部で第２誘導起電圧検出手段で検出された第２コイルの誘導起電圧に基づいて第１コイルに供給する駆動電流を制御し、第１誘導起電圧検出手段で検出された第１コイルの誘導起電圧に基づいて第２コイルに供給する駆動電流を制御する。
【００１０】
具体的には、請求項２のように、前記電流制御部が、第２誘導起電圧検出手段で検出した誘導起電圧のピーク電圧と振れ角の設定値に対応する入力電圧との差分に応じた制御出力を第１駆動電流供給手段に出力する第１出力部と、第１誘導起電圧検出手段で検出した誘導起電圧のピーク電圧と振れ角の設定値に対応する入力電圧との差分に応じた制御出力を第２駆動電流供給手段に出力する第２出力部と、を備える構成とするとよい。さらに、請求項３のように、前記第１及び第２出力部にそれぞれ入力する前記入力電圧及び各ピーク電圧を調整して、前記第１及び第２コイルの特性ばらつきを補正する補正回路を備えて構成してもよい。
【００１１】
また、請求項４のように、前記第１駆動電流供給手段は、前記第２誘導起電圧検出手段で検出された誘導起電圧と前記第１出力部の制御出力とを乗算する第１乗算器と、該第１乗算器の出力に応じた駆動電流を第１コイルに供給する第１電流ドライバとを備え、前記第２駆動電流供給手段は、前記第１誘導起電圧検出手段で検出された誘導起電圧と前記第２出力部の制御出力とを乗算する第２乗算器と、該第２乗算器の出力に応じた駆動電流を第２コイルに供給する第２電流ドライバとを備えて構成するとよい。
【００１２】
さらに、請求項５のように、前記第１誘導起電圧検出手段は、前記第１コイルに発生した誘導起電圧を検出して増幅する第１検出増幅器と、該第１検出増幅器の出力のピーク電圧を検出する第１ピークホールド回路とを備え、前記第２誘導起電圧検出手段は、前記第２コイルに発生した誘導起電圧を検出して増幅する第２検出増幅器と、該第２検出増幅器の出力のピーク電圧を検出する第２ピークホールド回路とを備えて構成するとよい。
【００１３】
さらにまた、請求項６のように、前記切換部は、前記第１または第２誘導起電圧検出手段により検出された誘導起電圧のゼロクロスを検出してスイッチング信号を出力する位相検出回路と、該位相検出回路のスイッチング信号に基づいて前記第１及び第２出力部の制御出力を切換えて出力するスイッチ回路とを備えて構成するとよい。または、請求項７のように、前記第１及び第２誘導起電圧検出手段で検出された正弦波の誘導起電圧を半波整流して前記第１及び第２駆動電流供給手段に供給する整流器を備え、該第１及び第２駆動電流供給手段の駆動電流の供給動作を切換える構成としてもよい。
【００１４】
そして、請求項８のように、前記第１及び第２コイルは、いずれか一方を前記可動部の表面に、他方をその裏面に、それぞれ可動部の周縁部に沿って敷設された構成とするとよい。または、請求項９のように、前記可動部の揺動軸線を挟んで該可動部に敷設した構成としてもよく、請求項１０のように、前記可動部の周縁部に沿っていずれか一方のコイルを外側に、他方のコイルを内側に敷設した構成としてもよい。
【００１５】
また、請求項１１の発明は、揺動可能に軸支された可動部の揺動軸方向に平行な対辺部に、コイルを流れる駆動電流と静磁界との相互作用によりローレンツ力を作用させ、可動部を揺動させる電磁アクチュエータであって、前記コイルを、個別に設けた複数のコイルで構成し、該各コイルにそれぞれ駆動電流を供給可能な複数の駆動電流供給手段と、前記可動部が揺動状態にあるとき、コイルに発生する誘導起電圧を検出する少なくとも一つの誘導起電圧検出手段と、前記複数の駆動電流供給手段の電流供給を制御すると共に、前記誘導起電圧検出手段による誘導起電圧の検出の有無から、前記複数のコイルのいずれかに故障が発生したものと判断し、他のコイルで可動部の駆動を継続するように制御する制御手段と、を備えて構成した。
【００１６】
具体的には、請求項１２のように、前記コイルは、二つの第１及び第２コイルからなり、一つの誘導起電圧検出手段を前記第２コイルに接続して備えるよい。また、前記制御手段は、請求項１３のように、前記第１コイルへ常時駆動電流を供給する共に、第２コイルの動作モードを、駆動モードと検出モードとを選択的に切換えて可動部の振れ角を制御する構成とするとよい。この場合、前記制御手段は、請求項１４のように、前記第２コイルを検出モードとし、前記誘導起電圧検出手段で検出される誘導起電圧に基づいて第１コイルの駆動電流を制御する構成としてもよい。または、前記制御手段は、請求項１５のように、前記第２コイルに対して可動部の揺動周期に同期してＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス状の駆動電流を供給し、駆動電流のＯＦＦ期間に誘導起電圧検出手段で検出される誘導起電圧に基づいて次のＯＮ期間で前記第２コイルに供給する駆動電流を制御する構成としてもよい。
【００１７】
また、前記制御手段は、請求項１６のように、可動部を駆動する所定時期に前記第２コイルを駆動モードとし、前記第１コイルに発生するローレンツ力と同方向のローレンツ力を発生させるように駆動電流を供給する構成としてもよい。さらに、前記制御手段は、請求項１７のように、可動部を駆動する所定時期に前記第２コイルを駆動モードとし、前記第１コイルに発生するローレンツ力と逆方向のローレンツ力を発生させるように駆動電流を供給する構成としてもよい。
【００１８】
そして、請求項１８の構成において、前記コイルは二つの第１及び第２コイルからなり、前記誘導起電圧検出手段は、前記第１及び第２コイルに接続する第１及び第２誘導起電圧検出手段からなる構成とした。この場合、請求項１９のように、前記制御手段は、前記第１及び第２コイルに対してそれぞれ可動部の揺動周期に同期してＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス状の駆動電流を互いに半周期ずらして供給し、前記第１コイルの駆動電流のＯＦＦ期間に第１誘導起電圧検出手段で検出される誘導起電圧に基づいて次のＯＮ期間で前記第１コイルに供給する駆動電流を制御する一方、前記第２コイルの駆動電流のＯＦＦ期間に第２誘導起電圧検出手段で検出される誘導起電圧に基づいて次のＯＮ期間で前記第２コイルに供給する駆動電流を制御する構成とするとよい。
【００２０】
また、請求項２０の発明は、揺動可能に軸支された可動部の揺動軸方向に平行な対辺部に、コイルを流れる駆動電流と静磁界との相互作用によりローレンツ力を発生させ、可動部を揺動させる電磁アクチュエータの駆動方法であって、駆動電流を供給可能な個別に設けた少なくとも二つの第１及び第２コイルにそれぞれ正弦波状の駆動電流を供給し、前記可動部が揺動状態にあるとき、前記第１及び第２コイルに発生する誘導起電圧をそれぞれ検出し、該検出された前記第２コイルの誘導起電圧に基づいて前記第１コイルに供給する駆動電流を制御し、検出された前記第１コイルの誘導起電圧に基づいて前記第２コイルに供給する駆動電流を制御し、前記第１及び第２コイルに供給する駆動電流の供給動作を前記可動部の揺動周期の半周期ごとに切換えるようにした。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、本発明に係る電磁アクチュエータの第１実施形態を示し、光スキャナーに適用した場合の概略構成図を示す。
図１において、本第１実施形態の電磁アクチュエータは、共振駆動するものであり、可動部１と、トーションバー２，２と、静磁界発生手段３，３と、コイル４と、駆動制御装置５と、を備えて構成される。
【００２５】
可動部１は、揺動して光ビームを偏向するものであり、後述のトーションバー２，２により揺動可能に軸支された薄い板状を成し、中央部に光ビームを反射するアルミニウム等で形成された反射部６を備えている。
【００２６】
上記可動部１の対向する両側部には、一対のトーションバー２，２が設けられている。このトーションバー２，２は、可動部１を揺動可能に軸支すると共に、該可動部１とは反対側の端部を可動部１の外側に設けられた枠部７に保持されている。そして、上記可動部１と、トーションバー２，２と、枠部７とは、シリコン基板を異方性エッチングして一体的に形成される。
【００２７】
また、上記トーションバー２，２の軸方向に平行な可動部１の対辺部に近接する上記枠部７上には、静磁界発生手段３，３が互いに反対磁極を対向させて、可動部１を間にして両側に設けられている。この静磁界発生手段３，３は、後述のコイル４の上記対辺部分に静磁界を作用させるものであり、例えば永久磁石からなる。
【００２８】
さらに、上記可動部１の表面部には、その周縁部に沿ってコイル４が敷設されている。このコイル４は、該コイル４を流れる電流と静磁界発生手段３，３から発生する静磁界との相互作用により、トーションバー２，２の軸方向に平行な可動部１の対辺部にローレンツ力を作用させ可動部１を揺動させるものであり、個別に設けた第１及び第２コイル４ａ，４ｂから成る。そして、第１コイル４ａ（図１中実線で記載）は可動部１の表面に、また第２コイル４ｂ（同図中破線で記載）は裏面に、互いに巻線方向を反対向きにして敷設されている。そして、共にその両端部はトーションバー２，２を介して枠部７上に設けられた電極部８a-1，８a-2及び８b-1，８b-2に繋がっている。なお、コイル４は、図１に示すものに限られず、例えば、図２に示すように、第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂを可動部１の揺動軸線を挟んで該可動部１にそれぞれ敷設してもよい。この場合、第１及び第２コイル４ａ，４ｂの左右配置バランスをよくすることができる。また、図３に示すように、可動部１の周縁部に沿って第１コイル４ａの内側に第２コイル４ｂが敷設されるようにしてもよい。この場合は、第１及び第２コイル４ａを同時に形成することができるので製造工程が短縮できる。なお、上記第１及び第２コイル４ａ，４ｂの巻線方向は、いずれも互いに反対方向で示しているが、同方向であってもよい。また、第１及び第２コイル４ａ，４ｂの敷設位置は逆でもよい。
【００２９】
そして、上記コイル４には駆動制御装置５が繋がっている。この駆動制御装置５は、可動部１を共振駆動するものであり、図４に示すように第１及び第２コイル４ａ，４ｂにそれぞれ駆動電流を供給する第１及び第２駆動電流供給手段９ａ，９ｂと、第２コイル４ｂに接続し、可動部１が揺動状態にあるとき、第２コイル４ｂに発生する誘導起電圧を検出する誘導起電圧検出手段１０と、該誘導起電圧検出手段１０で検出した誘導起電圧Ｅ0を基に第１及び第２コイル４ａ，４ｂに供給する駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2の大きさを制御する駆動制御信号Ｄ1，Ｄ2を供給すると共に、第２コイル４ｂへの駆動電流Ｉd-2の供給動作を後述の各種動作モードに基づいて制御する制御手段１１と、を備えている。そして、上記動作モードは、外部からのモード切換指令信号により必要に応じて切換できるようになっている。
【００３０】
次に、本第１実施形態の電磁アクチュエータの動作及び駆動方法を、図４〜図７を参照して説明する。
先ず、図４に示すようにモード切換指令信号を制御手段１１に供給して動作モードを設定する。この場合、例えば駆動時の駆動力を増強するモードが設定されたときには、図５に示すように正弦波状の駆動制御信号Ｄ1が供給され、該駆動制御信号Ｄ1に基づいて第１駆動電流供給手段９ａで生成された正弦波状の駆動電流Ｉd-1が、図１に示す枠部７上に設けられた電極部８a-1，８a-2を介して第１コイル４ａに常時供給され、可動部１が共振駆動される。また、同時に、駆動初期の一定時間ｔだけ制御手段１１から第２駆動電流供給手段９ｂに対して上記駆動制御信号Ｄ1と同位相の正弦波状の駆動制御信号Ｄ2が供給され、第１コイル４ａと同方向のローレンツ力が発生するように、例えば駆動電流Ｉd-1と同位相の駆動電流Ｉd-2が電極部８b-1，８b-2を介して第２コイル４ｂに供給される。これにより、駆動力を増強して可動部１の揺動の立上り動作を速くする。
【００３１】
次に、上記一定時間ｔ経過後の所定時期以外では、制御手段１１から第２駆動電流供給手段９ｂに供給される駆動制御信号Ｄ2がゼロとなり、第２コイル４ｂへの駆動電流の供給動作が停止する。これにより、可動部１が静磁界中を揺動するのに伴って第２コイル４ｂに発生する誘導起電圧Ｅ0を誘導起電圧検出手段１０で検出することが可能となる。
【００３２】
そして、上記誘導起電圧Ｅ0を誘導起電圧検出手段１０により検出して制御手段１１に送り、上記誘導起電圧Ｅ0に基づいて可動部１の振れ角を一定とするように駆動制御信号Ｄ1の波高値を定め、駆動電流Ｉd-1の大きさを制御する。
【００３３】
また、例えば制動モードが設定されたときには、図６に示すように可動部１の揺動を停止させる直前の一定時間ｔだけ正弦波状の駆動制御信号Ｄ2を第２駆動電流供給手段９ｂに供給して誘導起電圧検出モードにある第２コイル４ｂへ第１コイル４ａの駆動電流Ｉd-1とは逆位相の駆動電流Ｉd-2を供給する。これにより、停止時に第２コイル４ｂの駆動電流Ｉd-2がブレーキの作用をし、可動部１を素早く停止されることができる。
【００３４】
さらに、例えば振れ角の微調整モードを設定したときには、図７に示すように第１コイル４ａに常時一定の正弦波状の駆動電流Ｉd-1を供給し、第２コイル４ｂへの駆動電流の供給動作を駆動制御信号Ｄ2により可動部１の揺動周期の半周期ごとに駆動電流の供給及び停止を繰り返し、該停止期間に検出された誘導起電圧Ｅ0に基づいて生成したパルス状の駆動制御信号Ｄ2により、次の供給期間のパルス状の駆動電流Ｉd-2の大きさを制御し、この駆動電流Ｉd-2により可動部１の触れ角を微調整する。この場合、パルス状の駆動制御信号Ｄ2は、正弦波の信号を図示省略の波形整形回路を通して生成することができる。これにより、一つの駆動制御装置５によりこの微調整モードを含む上述の各種動作モードを実行することができる。また、第１駆動電流供給手段９ａを大電力の電子部品で構成する一方、第２駆動電流供給手段９ｂを高精度で制御が可能な小電力の電子部品で構成すれば、可動部１を大電力で大振幅駆動することができると共に可動部１の振れ角を精密制御することができる。なお、この場合、誘導起電圧検出手段１０で検出した誘導起電圧Ｅ0により同期信号を生成し、駆動制御信号Ｄ2の発生タイミングを合わせるようにするとよい。
【００３５】
そして、例えば故障時の機能維持モードが設定されたときには、制御部１１で故障を判断すると、直ちに第２コイル４ｂに対してパルス状の駆動電流を供給する。この場合、パルス状駆動電流供給後の電流停止期間に誘導起電圧検出手段１０で誘導起電圧Ｅ0を検出しなかったときは、第２コイル４ｂ側の故障と判断し、第１コイル４ａのみで可動部１を駆動する。一方、誘導起電圧検出手段１０で誘導起電圧Ｅ0を検出したときは、第１コイル４ａ側の故障と判断して、上記第２コイル４ｂに対してパルス状の駆動電流を供給し、第２コイル４ｂのみで可動部１の駆動と誘導起電圧（振れ角）の検出を行う。これにより、一方のコイルの断線または回路故障時にも機能維持を図ることができる。
【００３６】
このように、本第１実施形態の電磁アクチュエータによれば、第１コイル４ａへ常時駆動電流Ｉd-1を供給する共に、第２コイル４ｂへの駆動電流Ｉd-2の供給を各種動作モードに基づいて行うことにより、駆動及び振れ角検出の基本動作モードに加えて駆動力の増強や制動、または可動部の振れ角の微調整、または故障時の機能維持等の各種動作モードで駆動することができる。
【００３７】
なお、第２コイル４ｂに第１コイル４ａに発生するローレンツ力と同方向のローレンツ力を発生さて駆動力を増強する所定時期としては、上述の駆動初期に限られず、例えば可動部１の振れ角を瞬時に大きくさせたいとき等も考えられる。また、第２コイル４ｂに第１コイル４ａに発生するローレンツ力と逆方向のローレンツ力を発生さて制動をかける所定時期としては、上述の駆動停止直前に限られず、例えば急激に振れ角を変化させた場合に発生するダンピングを抑制するためにダンパ機能を発生させたいとき等も考えられる。
【００３８】
また、従来技術と同じように、例えば第１コイル４ａを駆動専用に使用し、第２コイル４ｂを誘導起電圧検出専用に使用する基本動作モードを選択的に適用することも可能である。
【００３９】
そして、上記第１実施形態は、各種動作モードを選択的に切換えて任意に設定可能な多機能な駆動制御装置５を備えたものに限られず、基本動作モードの他に一つの機能を発揮する固定機能の駆動制御装置５を備えたものであってもよい。
【００４０】
次に、本発明に係る電磁アクチュエータの第２実施形態を、図８を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を用いて示し、ここでは第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図８は、第２実施形態の駆動制御装置５を示すブロック図である。図４に示す第１実施形態の駆動制御装置５と異なる点は、第１及び第２コイル４ａ，４ｂの双方に第１及び第２誘導起電圧検出手段１０ａ，１０ｂをそれぞれ接続して備えている点である。
【００４１】
次に、このように構成した第２実施形態の電磁アクチュエータの動作及び駆動方法を、図８及び図９を参照して説明する。
先ず、図８に示すようにモード切換指令信号により動作モードを設定する。例えば、駆動及び振れ角検出の基本動作モードが設定された場合には、制御手段１１から第１駆動電流供給手段９ａに対して可動部１の揺動周期Ｔで繰り返すパルス波の駆動制御信号Ｄ1を供給する。これに基づいて、第１駆動電流供給手段９ａでは、図９に示すように周期ＴでＯＮ／ＯＦＦするパルス状の駆動電流が生成され第１コイル４ａに供給される。
【００４２】
一方、第２駆動電流供給手段９ｂに対しては、制御手段１１から可動部１の揺動周期Ｔで繰り返すパルス状の駆動制御信号Ｄ2を駆動制御信号Ｄ1に対してＴ／２遅れて供給する。
【００４３】
この場合、図９に示すように駆動制御信号Ｄ1がＯＮして第１駆動電流供給手段９ａが駆動電流Ｉd-1を供給しているときには、駆動制御信号Ｄ2がＯＦＦして第２駆動電流供給手段９ｂが駆動電流Ｉd-1の供給を停止しているため、可動部１は第１コイル４ａの駆動電流Ｉd-1によって駆動される。このとき、第２コイル４ｂには、可動部１の揺動に伴って誘導起電圧Ｅ2が発生し、これは第２誘導起電圧検出手段１０ｂで検出されて制御手段１１に送られる。
【００４４】
そして、制御手段１１においては、上記誘導起電圧Ｅ2に基づいて可動部１の振れ角を一定とするように駆動制御信号Ｄ2の波高値を定め、第２駆動電流供給手段９ｂの次の駆動電流供給期間における第２コイル４ｂの駆動電流Ｉd-2の大きさを制御する。
【００４５】
同様にして、第２駆動電流供給手段９ｂが駆動電流を供給している時期には、第１駆動電流供給手段９ａが供給動作を停止しているため、可動部１は第２コイル４ｂの駆動電流Ｉd-2によって駆動され、このとき第１コイル４ａに発生する誘導起電圧Ｅ1が第１誘導起電圧検出手段１０ａで検出されて制御手段１１に送られる。
【００４６】
そして、制御手段１１においては、上記誘導起電圧Ｅ1に基づいて可動部１の振れ角を一定とするように駆動制御信号Ｄ1の波高値を定め、第１駆動電流供給手段９ａの次の駆動電流供給期間における第１コイル４ａの駆動電流Ｉd-1の大きさを制御する。
【００４７】
なお、この場合、誘導起電圧検出手段１０ａ，１０ｂで検出した誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2により同期信号を生成し、駆動制御信号Ｄ1，Ｄ2の発生タイミングを合わせるようにするとよい。
【００４８】
また、モード切換指令信号により、例えば駆動力増強モードを設定した場合には、駆動時に第１及び第２コイル４ａ，４ｂへ駆動電流を同時に供給してそれぞれ同方向のローレンツ力を発生する駆動電流が供給される。そして、所定時間経過後は、上述の基本動作モードで駆動する。
【００４９】
さらに、例えば制動モードを設定した場合には、揺動停止直前に可動部１の揺動方向と反対方向のローレンツ力を発生させる駆動電流が第１または第２コイル４ａ，４ｂに供給される。
【００５０】
そして、例えば故障時の機能維持モードを設定した場合には、駆動電流の供給が停止期間に第１及び第２コイル４ａ，４ｂのいずれか一方に誘導起電圧を検出しなくなったとき、該コイルに断線故障が発生したと判断して他方のコイルのみで継続して駆動する。
【００５１】
このように、本第２実施形態の電磁アクチュエータによれば、第１及び第２コイル４ａ，４ｂに対してそれぞれ可動部の揺動周期に同期して駆動電流の供給及び停止を繰り返すパルス状の駆動電流を互いに半周期ずらして供給し、停止期間にそれぞれ第１及び第２コイル４ａ，４ｂに検出される誘導起電圧Ｅ１，Ｅ２に基づいて次の供給期間の駆動電流を制御するようにしているので駆動及び振れ角検出の基本動作モードに加えて、駆動力の増強及び制動や機能維持等の各種動作モードに基づく動作をさせることができる。
【００５２】
また、二つのコイル４で駆動と振れ角検出を常時に行っているので、一つのコイルで駆動と振れ角検出を時分割して行う従来方式に比べ駆動制御が安定する。
【００５３】
さらに、可動部１に個別に設けた第１及び第２コイルに対して、交互に駆動電流を供給して駆動するようにしているので、コイルに発生する熱が分散される。特に、第１及び第２コイル４ａ，４ｂを可動部１の表裏面にそれぞれ形成した場合には、コイルの発熱が可動部１の表裏面でバランスし、温度分布のばらつきによる可動部１の反り変形の発生を抑制することができる。
【００５４】
そして、二つのコイル４には、駆動用コイルと誘導起電圧検出用コイルの別がないため、駆動制御装置５に対する配線において特別な注意を払う必要がなく、製造作業が容易となる。
【００５５】
次に、本発明に係る電磁アクチュエータの第３実施形態を、図１０〜図１２を参照して説明する。なお、第２実施形態と同一の要素については同一の符号を用いて示し、ここでは、第２実施形態と異なる部分について説明する。
図１０は、本第３実施形態の駆動制御装置５の構成を示すブロック図である。
この駆動制御装置５は、コイル４に供給する正弦波の駆動電流を制御して可動部１を所定の振れ角で共振揺動をさせるものであり、可動部１が共振揺動の状態にあるとき、可動部１の揺動周期の半周期は、第２コイル４ｂに発生する誘導起電圧に基づいて生成した駆動電流を第１コイル４ａに供給し、次の半周期は、第１コイル４ａに発生する誘導起電圧に基づいて生成した駆動電流を第２コイル４ｂに供給し、上記駆動電流の供給動作を第１及び第２コイル４ａ，４ｂに対して半周期毎に切換えて可動部１を駆動する構成としている。
【００５６】
より具体的には、例えば図１０に一例を示すように、駆動制御装置５は、制御手段１１と、第１及び第２駆動電流供給手段９ａ，９ｂと、第１及び第２誘導起電圧検出手段１０ａ，１０ｂと、を備えて構成している。
【００５７】
ここで、制御手段１１は、第１及び第２コイル４ａ，４ｂに対する駆動電流の供給動作をＯＮ／ＯＦＦして切換えると共に、可動部１の振れ角が一定となるように駆動電流の大きさを制御するものであり、図１０に示すように電流制御部１２と、切換部１３とを備えている。
【００５８】
上記電流制御部１２は、図１１に示すように、第２コイル４ｂに発生する誘導起電圧Ｅ2のピーク電圧Ｅp-2と振れ角の設定値に対応する入力電圧としての振れ角設定入力Ｖiとの差分に応じた制御出力（以下増幅率Ｐ1信号と記載）を後述のスイッチ回路２０のスイッチ２０ｂに出力する第１出力部としての差動増幅器２３ａと、第１コイル４ａに発生する誘導起電圧Ｅ1のピーク電圧Ｅp-1と上記振れ角設定入力Ｖiとの差分に応じた制御出力（以下増幅率Ｐ2信号と記載）をスイッチ回路２０のスイッチ２０ａに出力する第２出力部としての差動増幅器２３ｂと、第１補正回路２１ａ，２１ｂ及び第２補正回路２２ａ，２２ｂと、を備えて構成している。
【００５９】
第１補正回路２１ａ，２１ｂ及び第２補正回路２２ａ，２２ｂは、差動増幅器２３ａ，２３ｂにそれぞれ入力する振れ角設定入力Ｖｉ及び各ピーク電圧を調整して、第１及び第２コイル４ａ，４ｂの特性ばらつきを補正する補正回路であり、このうち第１補正回路２１ａ，２１ｂは振れ角設定入力Ｖｉを調整し、第２補正回路２２ａ，２２ｂは第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂにおける誘導起電圧Ｅ１，Ｅ２の大きさを調整するものである。なお、第１補正回路２１ａ，２１ｂ及び第２補正回路２２ａ，２２ｂのいずれか一方のみを設けてコイル特性のばらつきを補正するようにしてもよい。
【００６０】
一般に、可動部１の振れ角は、コイル４を流れる駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2で決まる。しかし、コイル４の形成位置やコイル４の長さ等、第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂの形成状態の不一致に基づくコイル特性のばらつき、またはコイル４に作用する静磁界の不均一により、第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂを流れる駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2が等しくても可動部１の振れ角は必ずしも同じとならない。そこで、可動部１の振れ角が第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂについて同一となるように、第１補正回路２１ａ，２１ｂ及び第２補正回路２２ａ，２２ｂを調整して駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2の大きさを調整できるようにしたものである。
【００６１】
より具体的には、第１補正回路２１ａ，２１ｂは振れ角設定入力Ｖiに第１コイル４ａまたは第２コイル４ｂのコイル特性のばらつきを補正する補正係数α1，α2を乗算して調整するようにしており、また、第２補正回路２２ａ，２２ｂは、第１コイル４ａまたは第２コイル４ｂのコイル特性に基づく誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2のばらつきを各誘導起電圧のピーク電圧Ｅp-1，Ｅp-2に補正係数β1，β2を乗算して調整できるようにしている。
【００６２】
そして、差動増幅器２３ａは、調整された振れ角設定入力α1Ｖiと誘導起電圧Ｅ2の調整されたピーク電圧β1Ｅp-2とを比較して、そのレベル差に応じた増幅率Ｐ1信号を出力し、また、差動増幅器２３ｂは、調整された振れ角設定入力α2Ｖiと誘導起電圧Ｅ1の調整されたピーク電圧β2Ｅp-1とを比較して、そのレベル差に応じた増幅率Ｐ2信号を出力する。
【００６３】
また、上記電流制御部１２は、後述の切換部１３を介して第１及び第２駆動電流供給手段９ａ，９ｂに繋がっている。この第１駆動電流供給手段９ａは、後述の第２誘導起電圧検出手段１０ｂで検出された第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2を増幅率Ｐ1信号に基づいて増幅して駆動電流Ｉd-1を生成し第１コイル４ａに供給するものであり、第１乗算器１４ａと、第１定電流ドライバ１５ａを備えて構成している。また、第２駆動電流供給手段９ｂは、後述の第１誘導起電圧検出手段１０ａで検出された第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1を増幅率Ｐ2信号に基づいて増幅して駆動電流Ｉd-2を生成し第２コイル４ｂに供給するものであり、第２乗算器１４ｂと、第２定電流ドライバ１５ｂを備えて構成している。なお、第１及び第２定電流ドライバ１５ｂは、コイル４の抵抗値のばらつきの影響を排除してコイル４の必要部分に所定のローレンツ力を発生させるために定電流を生成する定電流ドライバとするとよいが、これに限定されない。
【００６４】
ここで、上記第１乗算器１４ａは、電流制御部１２の制御出力である増幅率Ｐ1信号と第２コイル４ｂにおける誘導起電圧Ｅ2の後述の加算器１８を通過した誘導起電圧Ｅ2’とを乗算して駆動電圧Ｅd-1を得るものであり、また、上記第２乗算器１４ｂは、電流制御部１２の制御出力である増幅率Ｐ2信号と第１コイル４ａにおける誘導起電圧Ｅ1とを乗算して駆動電圧Ｅd-2を得るものである。
【００６５】
また、上記第１及び第２乗算器１４ａ，１４ｂには、それぞれ対応する第１及び第２定電流ドライバ１５ａ，１５ｂが繋がっている。この第１及び第２定電流ドライバ１５ａ，１５ｂは、上記駆動電圧Ｅd-1，Ｅd-2に基づいて駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2を第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂに供給するものであり、第１定電流ドライバ１５ａが図１に示す電極部８a-1，８a-2を介して第１コイル４ａに、また第２定電流ドライバ１５ｂが電極部８b-1，８b-2を介して第２コイル４ｂに繋がっている。
【００６６】
また、上記第１及び第２コイル４ａ，４ｂには、それぞれ対応する第１及び第２誘導起電圧検出手段１０ａ，１０ｂが繋がっている。この第１及び第２誘導起電圧検出手段１０ａ，１０ｂは、可動部１が揺動状態にあるとき第１及び第２コイル４ａ，４ｂの両端に発生する誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2をそれぞれ検出して出力するものであり、第１誘導起電圧検出手段１０ａは、第１検出増幅器１６ａ及び第１ピークホールド回路１７ａを備えて構成し、第２誘導起電圧検出手段１０ｂは、第２検出増幅器１６ｂ及び第２ピークホールド回路１７ｂを備えて構成している。なお、図１に示すコイル構成の例では、第１及び第２コイル４ａ，４ｂの巻線方向が逆向きとなっているため、各コイルで発生する誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2の位相は、逆位相となっている。
【００６７】
ここで、第１及び第２検出増幅器１６ａ，１６ｂは、それぞれ対応する第１及び第２コイル４ａ，４ｂに発生する誘導起電圧を検出して、誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2を出力するものであり、それぞれ図示省略のインピーダンス変換回路を含む。そして、第１検出増幅器１６ａは、上記第２乗算器１４ｂに繋がっており、正弦波の誘導起電圧Ｅ1を供給している。また、第２検出増幅器１６ｂは、初期駆動信号を供給するための加算器１８を介して上記第１乗算器１４ａに繋がっており、正弦波の誘導起電圧Ｅ2の加算器１８を通過した誘導起電圧Ｅ2’を供給している。なお、初期駆動信号は、可動部１を所定の共振周波数で初期駆動させるためのものであり、第１コイル４ａまたは第２コイル４ｂのいずれか一方の側に供給することができればよく、図１０では一例として、誘導起電圧Ｅ2の供給線路上に加算器１８を挿入して初期駆動信号が導入できるようにしている。なお、加算器１８は、例えば図１２に示すように、初期駆動信号入力側及び第２検出増幅器１６ｂ側に挿入した抵抗素子２４，２４で構成するとよい。
【００６８】
さらに、上記第１及び第２検出増幅器１６ａ，１６ｂには、それぞれ対応する第１及び第２ピークホールド回路１７ａ，１７ｂが繋がっている。この第１及び第２ピークホールド回路１７ａ，１７ｂは、それぞれ対応する第１及び第２検出増幅器１６ａ，１６ｂの出力である誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2のピーク電圧Ｅp-1，Ｅp-2を検出するものであり、この第１及び第２ピークホールド回路１７ａ，１７ｂの出力端はそれぞれ電流制御部１２に繋がっている。
【００６９】
また、上記第１及び第２誘導起電圧検出手段１０ａ，１０ｂの第１及び第２検出増幅器１６ａ，１６ｂには、それぞれ切換部１３が繋がっている。この切換部１３は、第１及び第２コイル４ａ，４ｂへの駆動電流の供給を、可動部１の揺動周期の半周期毎に切換えるものであり、位相検出回路としての第１及び第２位相検出コンパレータ１９ａ，１９ｂとスイッチ回路２０とから成る。
【００７０】
ここで、第１及び第２位相検出コンパレータ１９ａ，１９ｂは、図１３に示すように、正弦波の上記誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2のゼロクロスａ〜ｈを検出して、可動部１の揺動周期の半周期幅に等しいパルス幅のスイッチング信号Ｓ1，Ｓ2を出力するものであり、第１位相検出コンパレータ１９ａは、第１検出増幅器１６ａに、また第２位相検出コンパレータ１９ｂは第２検出増幅器１６ｂに繋がっている。なお、前述したように誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2の位相が逆位相となっているので、上記スイッチング信号Ｓ1，Ｓ2も逆位相である。
【００７１】
また、上記第１及び第２位相検出コンパレータ１９ａ，１９ｂには、スイッチ回路２０が繋がっている。このスイッチ回路２０は、電流制御部１２の制御出力である増幅率Ｐ1，Ｐ2信号を上記スイッチング信号Ｓ1，Ｓ2に基づいて可動部１の揺動周期の半周期毎に切換えて出力するものであり、スイッチ２０ａ，２０ｂを備えている。このスイッチ２０ａは、上記スイッチング信号Ｓ1に基づいて、またスイッチ２０ｂは、スイッチング信号Ｓ2に基づいてスイッチング動作し、いずれもスイッチング信号Ｓ1，Ｓ2の立上りを検出してＯＮし、立下りを検出してＯＦＦする。したがって、前述したように、上記スイッチング信号Ｓ1，Ｓ2は逆位相の関係にあるので、スイッチ２０ａ，２０ｂのスイッチング動作は互いに逆の動作となり、一方がＯＮしたとき他方はＯＦＦする。これにより、上記電流制御部１２から増幅率Ｐ1，Ｐ2信号を可動部の揺動周期の半周期毎に切換えて出力することができる。なお、上記スイッチ回路２０は、スイッチ２０ａ，２０ｂが、スイッチング信号Ｓ1，Ｓ2のいずれか一方のみに基づいて互いに連動するものであってもよい。
【００７２】
次に、このように構成された第３実施形態の電磁アクチュエータの動作及び駆動方法を説明する。
第３実施形態の電磁アクチュエータの駆動方法は、個別に設けた第１及び第２コイル４ａ，４ｂに正弦波の駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2をそれぞれ供給し、可動部１が揺動状態にあるとき、第１及び第２コイル４ａ，４ｂに発生する誘導起電圧をそれぞれ検出し、該検出された第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2に基づいて第１コイル４ａに供給する駆動電流Ｉd-1を制御し、検出された第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1に基づいて第２コイル４ｂに供給する駆動電流Ｉd-2を制御し、第１及び第２コイル４ａ，４ｂに供給する駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2の供給動作を可動部１の揺動周期の半周期ごとに切換えて行うものである。
【００７３】
以下、図１４を参照して詳細に説明する。
先ず、図示省略の初期駆動信号発生部から、所定周期のパルス状初期駆動信号が、図１０に示す加算器１８を介して誘導起電圧Ｅ2側の線路に供給される。そして、該線路を通して第１駆動電流供給手段９ａの第１乗算器１４ａの一方の端子部に一定期間だけ供給される。なお、このとき、可動部１は停止しているので第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2はゼロであり、第１乗算器１４ａの一方の端子部には、パルス状初期駆動信号のみが供給される。また、可動部１が揺動開始前には、図１０に示すように、スイッチ回路２０はスイッチ２０ｂがＯＮし、スイッチ２０ａがＯＦＦ状態にある。したがって、電流制御部１２からは振れ角設定入力Ｖiに相当する増幅率Ｐ1信号が出力し、第１乗算器１４ａの他方の端子部に供給される。これにより、初期駆動信号導入直後の、図１４に示す可動部１の揺動周期の半周期Ａにおいては、第１乗算器１４ａからパルス状の初期駆動電圧Ｅd-1が生成し、第１定電流ドライバ１５ａからパルス状の駆動電流Ｉd-1が第１コイル４ａに供給されることになる。他方、上記スイッチ２０ａがＯＦＦ状態にあるため増幅率Ｐ2信号は出力しない、したがって、第２乗算器１４ｂの出力はゼロで、駆動電流Ｉd-2は生成しない。これにより、Ａ期間については、第１コイル４ａを流れるパルス状の駆動電流Ｉd-1のみによって可動部１が揺動を開始する。
【００７４】
以下、図１４に示す可動部１の揺動周期の半周期Ｂ〜Ｌについて、各期間の駆動制御装置５の動作を説明する。
先ず、図１４中Ｂ期間においては、第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1のゼロクロス点ａ，ｂが切換部１３の第１位相検出コンパレータ１９ａで検出され、点ａで立上り、点ｂで立下がるスイッチング信号Ｓ1が出力する（図１３参照）。これにより、該Ｂ期間だけスイッチ回路２０のスイッチ２０ａがＯＮする。このとき、電流制御部１２には、図１０に示すように、第１誘導起電圧検出手段１０ａの第１ピークホールド回路１７ａから第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1のピーク電圧Ｅp-1が入力しており、このピーク電圧Ｅp-1は電流制御部１２において振れ角設定入力Ｖiと比較され、そのレベル差に応じた増幅率Ｐ2信号が電流制御部１２から出力される。そして、スイッチ２０ａを通って、第２駆動電流供給手段９ｂの第２乗算器１４ｂに伝えられる。なお、Ｂ期間において、誘導起電圧Ｅ1のピーク値が検出されるまでは、ピーク電圧Ｅp-1は時間の経過と共に変化する。しかし、一旦誘導起電圧Ｅ1のピーク値が検出されると、ピーク電圧Ｅp-1は一定値を維持し、後述のＤ期間における可動部１の振れ角を制御する。
【００７５】
また、第２駆動電流供給手段９ｂの第２乗算器１４ｂには、第１検出増幅器１６ａからＢ期間に第１コイル４ａで発生した正弦波状の誘導起電圧Ｅ1が供給される。これにより、第２乗算器１４ｂにおいては、上記増幅率Ｐ2信号と上記誘導起電圧Ｅ1とが乗算されて正弦波状の駆動電圧Ｅd-2が生成する（図１４参照）。そして、該駆動電圧Ｅd-2に基づく駆動電流Ｉd-2が第２定電流ドライバ１５ｂから第２コイル４ｂに供給される。
【００７６】
一方、スイッチ２０ｂには、切換部１３の第２位相検出コンパレータ１９ｂから第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2に基づくスイッチング信号Ｓ2が入力する。このスイッチング信号Ｓ2は、上記スイッチング信号Ｓ1とは逆位相となっており、点ａで立下り、点ｂで立上る（図１３参照）ものでスイッチ２０ｂをＯＦＦにする。したがって、スイッチ２０ｂから増幅率Ｐ1信号は出力しない。これにより、第１駆動電流供給手段９ａにおいては、第１乗算器１４ａの出力はゼロとなり、第１コイル４ａに対する駆動電流Ｉd-1は生成しない。その結果、可動部１は、図１４中Ｂ期間の半周期については、第２コイル４ｂを流れる正弦波状の駆動電流Ｉd-2によって駆動される。
【００７７】
次に、図１４中Ｃ期間の半周期においては、第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2のゼロクロス点ｂ，ｃが切換部１３の第２位相検出コンパレータ１９ｂで検出され、点ｂで立上り、点ｃで立下がるスイッチング信号Ｓ2が出力される（図１３参照）。これにより、該Ｃ期間だけスイッチ回路２０のスイッチ２０ｂがＯＮする。このとき、電流制御部１２には、図１０に示すように、第２誘導起電圧検出手段１０ｂの第２ピークホールド回路１７ｂから第１コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2のピーク電圧Ｅp-2が入力しており、このピーク電圧Ｅp-2は電流制御部１２において振れ角設定入力Ｖiと比較され、そのレベル差に応じた増幅率Ｐ1信号が電流制御部１２から出力される。そして、スイッチ２０ｂを通って、第１駆動電流供給手段９ａの第１乗算器１４ａに伝えられる。なお、Ｂ期間と同様に、Ｃ期間においては、誘導起電圧Ｅ2のピーク値が検出されるまでは、ピーク電圧Ｅp-2は時間の経過と共に変化する。しかし、一旦誘導起電圧Ｅ2のピーク値が検出されると、ピーク電圧Ｅp-2は一定値を維持し、後述のＥ期間における可動部１の振れ角を制御する。このように、ピーク電圧Ｅp-1，Ｅp-2は、それぞれ１周期後の可動部１の振れ角を制御することになる。
【００７８】
また、第１駆動電流供給手段９ａの第１乗算器１４ａには、第２検出増幅器１６ｂからＣ期間に第２コイル４ｂで発生した誘導起電圧Ｅ2の加算器１８を通過した誘導起電圧Ｅ2’が供給される。なお、図１４に示すように、Ｃ期間は、加算器１８を介してパルス状の初期駆動信号が導入されているので、第１乗算器１４ａに供給される誘導起電圧Ｅ2’は、誘導起電圧Ｅ2に初期駆動信号が加算されたものとなる。これにより、第１乗算器１４ａにおいては、上記増幅率Ｐ1信号と上記初期駆動信号が加算された誘導起電圧Ｅ2’とが乗算されてパルス状の駆動電圧Ｅd-1が生成する。そして、該駆動電圧Ｅd-1に基づくパルス状の駆動電流Ｉd-1が第２定電流ドライバ１４ａから第１コイル４ａに供給される。
【００７９】
一方、スイッチ２０ａには、切換部１３の第１位相検出コンパレータ１９ａから第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1に基づく上記スイッチング信号Ｓ2とは逆位相の点ｂで立下り、点ｃで立上るスイッチング信号Ｓ1（図１３参照）が入力し、スイッチ２０ａをＯＦＦにする。したがって、スイッチ２０ａおける増幅率Ｐ2信号は出力しない。これにより、第２駆動電流供給手段９ｂにおいては、第２乗算器１４ｂの出力はゼロとなり、第２コイル４ｂに対する駆動電流Ｉd-2は生成しない。その結果、可動部１は、Ｃ期間の半周期については、第１コイル４ａを流れるパルス状の駆動電流Ｉd-1によって駆動される。
【００８０】
さらに、第１コイル４ａに対する初期駆動信号の供給が終了した直後の図１４中Ｄ期間の半周期においては、上述のＢ期間と同様にして、第１位相検出コンパレータ１９ａで第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1のゼロクロス点ｃ，ｄが検出されて点ｃで立上り、点ｄで立下がるスイッチング信号Ｓ1が出力される（図１３参照）。他方、第２位相検出コンパレータ１９ｂからは、上記スイッチング信号Ｓ1とは逆位相の点ｃで立下り、点ｄで立上るスイッチング信号Ｓ2が出力される（図１３参照）。したがって、Ｄ期間だけスイッチ回路２０のスイッチ２０ａがＯＮし、スイッチ２０ｂがＯＦＦする。これにより、電流制御部１２からは、第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1に基づく増幅率Ｐ2信号が出力し、第２駆動電流供給手段９ｂの第２乗算器１４ｂに伝えられる。このとき、増幅率Ｐ1信号は出力しない。
【００８１】
一方、第２乗算器１４ｂには、第１検出増幅器１６ａからＤ期間に第１コイル４ａで発生した正弦波状の誘導起電圧Ｅ1が供給されるので、第２乗算器１４ｂにおいて上記増幅率Ｐ2信号と上記誘導起電圧Ｅ1とが乗算されて正弦波状の駆動電圧Ｅd-2が生成する。そして、該駆動電圧Ｅd-2に基づく駆動電流Ｉd-2が第２定電流ドライバ１５ｂから第２コイル４ｂに供給される。他方、増幅率Ｐ1信号が出力しないため第１乗算器１４ａの出力はゼロとなり、第１コイル４ａに対する駆動電流Ｉd-1は生成しない。これにより、可動部１は、Ｄ期間の半周期については第２コイル４ｂを流れる正弦波状の駆動電流Ｉd-2によって駆動される。
【００８２】
さらにまた、図１４中Ｅ期間の半周期においては、上述のＣ期間と同様にして、第２位相検出コンパレータ１９ｂで第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2のゼロクロス点ｄ，ｅが検出されて点ｄで立上り、点ｅで立下がるスイッチング信号Ｓ2が出力される（図１３参照）。他方、第１位相検出コンパレータ１９ａからは、上記スイッチング信号Ｓ2とは逆位相の点ｄで立下り、点ｅで立上るスイッチング信号Ｓ1が出力される（図１３参照）。したがって、Ｅ期間だけスイッチ回路２０のスイッチ２０ｂがＯＮし、スイッチ２０ａがＯＦＦする。これにより、電流制御部１２からは、第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2に基づく増幅率Ｐ1信号が出力され、第１コイル４ａ側の第１乗算器１４ａに伝えられる。このとき、増幅率Ｐ2信号は出力しない。
【００８３】
一方、第１乗算器１４ａには、第２検出増幅器１６ｂからＥ期間に第２コイル４ｂで発生した正弦波状の誘導起電圧Ｅ2が加算器１８を通って誘導起電圧Ｅ2’として供給されるので、第１乗算器１４ａにおいて上記増幅率Ｐ1信号と上記誘導起電圧Ｅ2’とが乗算されて正弦波状の駆動電圧Ｅd-1が生成する。そして、該駆動電圧Ｅd-1に基づく駆動電流Ｉd-1が第２定電流ドライバ１４ａから第１コイル４ａに供給される。他方、増幅率Ｐ2信号が出力しないため第２乗算器１４ｂの出力はゼロとなり、第２コイル４ｂに対する駆動電流Ｉd-2は生成しない。これにより、可動部１は、Ｅ期間の半周期については、第１コイル４ａを流れる正弦波状の駆動電流Ｉd-1によって駆動される。なお、Ｅ期間については、可動部の揺動は、Ｃ期間と異なり初期駆動電流は供給されていないため、第２コイル４ｂに発生した誘導起電圧Ｅ2に基づく正弦波駆動となり、且つ振れ角設定入力Ｖiで制御されて所定の振れ角動作となる。
【００８４】
以下、可動部１の駆動は、Ｆ，Ｈ，Ｊ，Ｌ期間については、上記Ｄ期間と同様にして第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1を電流制御部１２の増幅率Ｐ2信号に基づいて増幅して得られた駆動電流Ｉd-2を第２コイル４ｂに供給して、またＧ，Ｉ，Ｋ期間については、上記Ｅ期間と同様にして第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2を電流制御部１２の増幅率Ｐ1信号に基づいて増幅して得られた駆動電流Ｉd-1を第１コイル４ａに供給して行なわれる。これにより、可動部１は、正弦波の共振駆動をすることになる。
【００８５】
このように、第３実施形態によれば、可動部１が揺動状態にあるとき、個別に設けた二つのコイルのうち、第２コイル４ｂに発生した誘導起電圧Ｅ2に基づいて駆動電流Ｉd-1を第１コイル４ａに供給し、第１コイル４ａに発生した誘導起電圧Ｅ1に基づいて駆動電流Ｉd-2を第２コイル４ｂに供給し、この駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2の供給動作を可動部１の揺動周期の半周期ごとに切換えて正弦波駆動するようにしたことにより、可動部１の揺動を正弦波の共振駆動とすることができる。これにより、駆動及び振れ角検出の基本動作モードに加えて可動部１の揺動が共振周波数に自動追従するモードにより駆動することができ、周波数の設定が不要となる。
【００８６】
また、駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2を通電していない半周期の期間に第１または第２コイル４ａ，４ｂに発生する誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2を検出するようにしたことにより、正弦波駆動でありながら、誘導起電圧を検出する専用のコイルを設けることなく駆動用として利用可能なコイルに発生する誘導起電圧を検出して可動部１の振れ角を制御することができる。
【００８７】
また、二つのコイル４には、駆動用コイルと誘導起電圧検出用コイルの別がないため、駆動制御装置５に対する配線において特別な注意を払う必要がなく、製造作業が容易となる。さらに、二つのコイルを、例えば可動部１の表裏面にそれぞれ設けた場合には、各コイルへの駆動電流の供給が半周期毎に切換えて行なわれるため、コイルに発生する熱が可動部１の表裏面でバランスし、温度分布のばらつきに基づく可動部１の反り変形の発生を抑制することができる。
【００８８】
さらに、第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂのコイル特性のばらつきをバランス調整して適切に調整された駆動電流を二つのコイル４に供給することができるので、可動部１の振れ角を安定化させることができる。
【００８９】
次に、本発明の第４実施形態の電磁アクチュエータについて説明する。ここでは、第３実施形態と同一の要素は同一符号で示し、異なる部分についてのみ説明する。
図１５は、第４実施形態の駆動制御装置の概略構成を示すブロック図である。
この駆動制御装置５は、図１０に示す制御手段１１の第１及び第２コンパレータ１９ａ，１９ｂ及びスイッチ回路２０に替えて、第１及び第２乗算器１４ａ，１４ｂの各誘導起電圧入力側に、例えばダイオード等の半波整流器２５ａ，２５ｂを第１及び第２乗算器１４ａ，１４ｂに正の電流が流入するように挿入している。
【００９０】
第４実施形態によれば、可動部１が揺動状態にあるとき、電流制御部１２から第１及び第２コイル４ａ，４ｂにおける誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2が振れ角設定入力Ｖiと比較され、そのレベル差に応じた直流電圧の増幅率Ｐ1，Ｐ2信号が出力されて、それぞれ対応する第１及び第２乗算器１４ａ，１４ｂに常時供給される。
【００９１】
一方、第１検出増幅器１６ａ，１５ｂの出力である正弦波状の誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2は、半波整流器２５ａ，２５ｂにより半波整流されてＥ1'，Ｅ2'となり、Ｅ1'は第２乗算器１４ｂに、Ｅ2'は第１乗算器１４ａに供給される。
【００９２】
次に、このように構成された第４実施形態の電磁アクチュエータの動作及び駆動方法を、図１６を参照して説明する。
図１６に示すように、例えば、可動部１が第３実施形態と同様にして初期駆動に費やされた揺動周期の半周期Ａ〜Ｃ期間経過後のＤ期間は、第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1の整流出力Ｅ1'と電流制御部１２の増幅率Ｐ2信号とが第２乗算器１４ｂで乗算されて正弦波状の駆動電圧Ｅd-2を生成する。他方、同期間の第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2の整流出力Ｅ2'はゼロであるため第１乗算器１４ａの出力はゼロとなり、駆動電圧Ｅd-1は生成しない。したがって、コイル４に供給される駆動電流は、駆動電圧Ｅd-2に基づく駆動電流Ｉd-2のみとなり、可動部１は、Ｄ期間の半周期については、第２コイル４ｂを流れる正弦波状の駆動電流Ｉd-2によって駆動される。
【００９３】
次に、図１６に示すＥ期間については、第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2の整流出力Ｅ2'と電流制御部１２の増幅率Ｐ1信号とが第１乗算器１４ａで乗算されて正弦波状の駆動電圧Ｅd-1を生成する。他方、同期間の第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1の整流出力Ｅ1'はゼロであるための第２乗算器１４ｂの出力はゼロとなり、駆動電圧Ｅd-2は生成しない。したがって、コイル４に供給される駆動電流は、駆動電圧Ｅd-1に基づく駆動電流Ｉd-1のみとなり、可動部１は、Ｅ期間の半周期については、第１コイル４ａを流れる正弦波状の駆動電流Ｉd-1によって駆動される。
【００９４】
以下、可動部１の駆動は、Ｆ，Ｈ，Ｊ，Ｌ期間については、上記Ｄ期間と同様にして第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1の整流出力Ｅ1'を電流制御部１２の増幅率Ｐ2信号に基づいて増幅して得られた駆動電流Ｉd-2を第２コイル４ｂに供給して、またＧ，Ｉ，Ｋ期間については、上記Ｅ期間と同様にして第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2の整流出力Ｅ2'を電流制御部１２の増幅率Ｐ1信号に基づいて増幅して得られた駆動電流Ｉd-1を第１コイル４ａに供給して行なわれる。これにより、可動部１は、正弦波の共振駆動をすることになる。
【００９５】
上記第４実施形態によれば、第３実施形態と同様に、可動部１の揺動を正弦波の共振駆動とすることができ、駆動及び振れ角検出の基本動作モードに加えて可動部１の揺動が共振周波数に自動追従するモードにより駆動することができる。
【００９６】
また、第１及び第２コンパレータ１９ａ，１９ｂ及びスイッチ回路２０が不要であるため駆動制御装置５の構成が簡単となり、コストの低減を図ることができる。
【００９７】
なお、可動部１に敷設したコイルは上述の二つのコイルに限定されず、三つ以上であってもよい。
また、本発明の電磁アクチュエータは、上述の光スキャナーに限られず、電磁駆動するものであればいかなるものであってもよい。また、コイル４は可動部１に設ける必要はなく、可動部１に薄膜の永久磁石を形成し、可動部１の揺動軸方向に平行な対辺部の外方部位に第１及び第２コイル４ａ，４ｂを設けてもよい。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電磁アクチュエータによれば、駆動及び振れ角検出等の基本動作モードに加えて、故障時における機能維持を図ったり、また正弦波で駆動されて共振駆動する可動部の共振周波数に自動追従するように動作させる等の特殊機能を付加的に発揮して種々の動作モードで駆動することができる。
【００９９】
可動部に駆動電流を供給できる二つのコイルを個別に設け、それぞれ可動部の揺動周期に同期してＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス状の駆動電流を互いに半周期ずらして供給する構成とすれば、二つのコイルで駆動と振れ角検出を常時行うことができ、一つのコイルで駆動と振れ角検出を時分割して行う従来方式に比べ駆動制御を安定させることができる。
【０１００】
また、本発明の電磁アクチュエータの駆動方法によれば、可動部が静磁界中において揺動状態にあるとき、個別に設けた少なくとも二つの第１及び第２コイルのそれぞれに可動部の揺動周期の半周期毎に切換えて駆動電流を供給すると共に、この各駆動電流を、通電していない側のコイルに発生する誘導起電圧に基づいて生成するようにしたことにより、可動部の揺動を正弦波の共振駆動とすることができる。したがって、可動部の揺動は共振周波数に自動追従することになり、周波数の設定が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による電磁アクチュエータの第１実施形態を概略構成を示す斜視図である。
【図２】 二つのコイルについて他の構成例を示す説明図である。
【図３】 二つのコイルについて更に他の構成例を示す説明図である。
【図４】 第１実施形態の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】 第１実施形態の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図６】 第１実施形態の別の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図７】 第１実施形態の更に別の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図８】 本発明による電磁アクチュエータの第２実施形態の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】 第２実施形態の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図１０】 本発明による電磁アクチュエータの第３実施形態の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】 図１０の制御手段の具体例を示す概略構成図である。
【図１２】 図１０の加算器の具体例を示す概略構成図である。
【図１３】 誘導起電圧とスイッチング信号の関係を示す説明図である。
【図１４】 第３実施形態の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図１５】 本発明による電磁アクチュエータの第４実施形態の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】 第４実施形態の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…可動部
２…トーションバー
３…静磁界発生手段
４…コイル
４ａ…第１コイル
４ｂ…第２コイル
５…駆動制御装置
９ａ…第１駆動電流供給手段
９ｂ…第２駆動電流供給手段
１０…誘導起電圧検出手段
１０ａ…第１誘導起電圧検出手段
１０ｂ…第２誘導起電圧検出手段
１１…制御手段
１２…電流制御部
１３…切換部
１４ａ…第１乗算器
１４ｂ…第２乗算器
１５ａ…第１定電流ドライバ
１５ｂ…第２定電流ドライバ
１６ａ…第１検出増幅器
１６ｂ…第２検出増幅器
１７ａ…第１ピークホールド回路
１７ｂ…第２ピークホールド回路
１９ａ…第１位相検出コンパレータ（位相検出回路）
１９ｂ…第２位相検出コンパレータ（位相検出回路）
２０…スイッチ回路
２０ａ，２０ｂ…スイッチ
２１ａ，２１ｂ…第１補正回路
２２ａ，２２ｂ…第２補正回路
２３ａ，２３ｂ…差動増幅器（第１及び第２出力部）
２５ａ，２５…半波整流器
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動部がローレンツ力の作用により揺動する電磁アクチュエータ及びその駆動方法に関し、特に、駆動モードと誘導起電圧の検出モードを適切に組み合わせて種々の動作モードで駆動できる電磁アクチュエータ及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電磁アクチュエータには、周縁部にコイルを敷設し揺動可能に軸支された可動部の揺動軸方向に平行な対辺部に静磁界を作用させ、駆動用コイルを流れる電流と静磁界との相互作用により上記対辺部にローレンツ力を作用させて可動部を共振揺動させるものがある。
【０００３】
特に、一つのコイルに駆動電流として電磁アクチュエータの共振駆動周波数の１／２の周期でパルス状の駆動電流を供給して駆動すると共に、駆動電流がＯＦＦ状態の半周期に可動部が慣性によって自由揺動する際に駆動コイルに発生する誘導起電圧を検出して、可動部の振れ角を検出するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、可動部に二つのコイルを個別に設け、一方のコイルを可動部の駆動専用コイルとして用いて正弦波状の駆動電流を供給し、他方のコイルを可動部が揺動状態にあるとき、コイルに発生する誘導起電圧を検出する検出専用コイルとして用いて可動部の振れ角を検出するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３０５４７１号公報（第６〜７頁、図３）
特開平１１−３０５１６２号公報（第６頁、図１６）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の電磁アクチュエータにおいて、前者は、コイルが一つであるのため駆動電流を供給する駆動モードと誘導起電圧（振れ角）を検出する検出モードとを交互に行い単に駆動と検出機能を発揮させるだけの基本的な動作モードでしか制御できない。また、後者の場合は、二つのコイルがそれぞれ駆動用と検出用の専用コイルであるため、同様に単に駆動と検出機能を発揮させるだけの基本的な動作モードでしか制御できない。したがって、駆動モードと検出モードを適切に組み合わせて、例えば起動時若しくは振れ角変更時の駆動力増強や停止時等における制動、またはコイル断線等の故障時における機能維持を図ったり、また可動部の共振周波数に自動追従するように動作させる等の種々の動作モードで駆動できる電磁アクチュエータはなかった。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に着目してなされたもので、駆動モードと誘導起電圧の検出モードを適切に組み合わせて種々の動作モードで駆動できる電磁アクチュエータ及びその駆動方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このために、請求項１の発明は、揺動可能に軸支された可動部の揺動軸方向に平行な対辺部に、コイルを流れる駆動電流と静磁界との相互作用によりローレンツ力を作用させ、可動部を揺動させる電磁アクチュエータであって、前記コイルを、個別に設けた少なくとも二つの第１及び第２コイルで構成し、該各コイルにそれぞれ駆動電流を供給可能な複数の駆動電流供給手段と、前記第１及び第２コイルに接続され、前記可動部が揺動状態にあるとき、前記第１及び第２コイルに発生する誘導起電圧を検出する第１及び第２誘導起電圧検出手段と、前記少なくとも第１及び第２コイルに正弦波状の駆動電流の供給を可能とし、前記第２誘導起電圧検出手段で検出された前記第２コイルの誘導起電圧に基づいて前記第１コイルに供給する駆動電流を制御し、前記第１誘導起電圧検出手段で検出された前記第１コイルの誘導起電圧に基づいて前記第２コイルに供給する駆動電流を制御する電流制御部と、前記第１及び第２駆動電流供給手段による駆動電流の供給動作を前記可動部の揺動周期の半周期ごとに切換える切換部とを有する制御手段と、を備えて構成した。
【０００９】
このような構成により、複数の駆動電流供給手段で個別に設けた少なくとも二つの第１及び第２コイルにそれぞれ正弦波状の駆動電流を供給可能とし、第１及び第２コイルに接続された第１及び第２誘導起電圧検出手段で可動部が揺動状態にあるとき、第１及び第２コイルに発生する誘導起電圧を検出し、制御手段の切換部で第１及び第２駆動電流供給手段による駆動電流の供給動作を可動部の揺動周期の半周期ごとに切換え、制御手段の制御部で第２誘導起電圧検出手段で検出された第２コイルの誘導起電圧に基づいて第１コイルに供給する駆動電流を制御し、第１誘導起電圧検出手段で検出された第１コイルの誘導起電圧に基づいて第２コイルに供給する駆動電流を制御する。
【００１０】
具体的には、請求項２のように、前記電流制御部が、第２誘導起電圧検出手段で検出した誘導起電圧のピーク電圧と振れ角の設定値に対応する入力電圧との差分に応じた制御出力を第１駆動電流供給手段に出力する第１出力部と、第１誘導起電圧検出手段で検出した誘導起電圧のピーク電圧と振れ角の設定値に対応する入力電圧との差分に応じた制御出力を第２駆動電流供給手段に出力する第２出力部と、を備える構成とするとよい。さらに、請求項３のように、前記第１及び第２出力部にそれぞれ入力する前記入力電圧及び各ピーク電圧を調整して、前記第１及び第２コイルの特性ばらつきを補正する補正回路を備えて構成してもよい。
【００１１】
また、請求項４のように、前記第１駆動電流供給手段は、前記第２誘導起電圧検出手段で検出された誘導起電圧と前記第１出力部の制御出力とを乗算する第１乗算器と、該第１乗算器の出力に応じた駆動電流を第１コイルに供給する第１電流ドライバとを備え、前記第２駆動電流供給手段は、前記第１誘導起電圧検出手段で検出された誘導起電圧と前記第２出力部の制御出力とを乗算する第２乗算器と、該第２乗算器の出力に応じた駆動電流を第２コイルに供給する第２電流ドライバとを備えて構成するとよい。
【００１２】
さらに、請求項５のように、前記第１誘導起電圧検出手段は、前記第１コイルに発生した誘導起電圧を検出して増幅する第１検出増幅器と、該第１検出増幅器の出力のピーク電圧を検出する第１ピークホールド回路とを備え、前記第２誘導起電圧検出手段は、前記第２コイルに発生した誘導起電圧を検出して増幅する第２検出増幅器と、該第２検出増幅器の出力のピーク電圧を検出する第２ピークホールド回路とを備えて構成するとよい。
【００１３】
さらにまた、請求項６のように、前記切換部は、前記第１または第２誘導起電圧検出手段により検出された誘導起電圧のゼロクロスを検出してスイッチング信号を出力する位相検出回路と、該位相検出回路のスイッチング信号に基づいて前記第１及び第２出力部の制御出力を切換えて出力するスイッチ回路とを備えて構成するとよい。または、請求項７のように、前記第１及び第２誘導起電圧検出手段で検出された正弦波の誘導起電圧を半波整流して前記第１及び第２駆動電流供給手段に供給する整流器を備え、該第１及び第２駆動電流供給手段の駆動電流の供給動作を切換える構成としてもよい。
【００１４】
そして、請求項８のように、前記第１及び第２コイルは、いずれか一方を前記可動部の表面に、他方をその裏面に、それぞれ可動部の周縁部に沿って敷設された構成とするとよい。または、請求項９のように、前記可動部の揺動軸線を挟んで該可動部に敷設した構成としてもよく、請求項１０のように、前記可動部の周縁部に沿っていずれか一方のコイルを外側に、他方のコイルを内側に敷設した構成としてもよい。
【００１５】
また、請求項１１の発明は、揺動可能に軸支された可動部の揺動軸方向に平行な対辺部に、コイルを流れる駆動電流と静磁界との相互作用によりローレンツ力を作用させ、可動部を揺動させる電磁アクチュエータであって、前記コイルを、個別に設けた複数のコイルで構成し、該各コイルにそれぞれ駆動電流を供給可能な複数の駆動電流供給手段と、前記可動部が揺動状態にあるとき、コイルに発生する誘導起電圧を検出する少なくとも一つの誘導起電圧検出手段と、前記複数の駆動電流供給手段の電流供給を制御すると共に、前記誘導起電圧検出手段による誘導起電圧の検出の有無から、前記複数のコイルのいずれかに故障が発生したものと判断し、他のコイルで可動部の駆動を継続するように制御する制御手段と、を備えて構成した。
【００１６】
具体的には、請求項１２のように、前記コイルは、二つの第１及び第２コイルからなり、一つの誘導起電圧検出手段を前記第２コイルに接続して備えるよい。また、前記制御手段は、請求項１３のように、前記第１コイルへ常時駆動電流を供給する共に、第２コイルの動作モードを、駆動モードと検出モードとを選択的に切換えて可動部の振れ角を制御する構成とするとよい。この場合、前記制御手段は、請求項１４のように、前記第２コイルを検出モードとし、前記誘導起電圧検出手段で検出される誘導起電圧に基づいて第１コイルの駆動電流を制御する構成としてもよい。または、前記制御手段は、請求項１５のように、前記第２コイルに対して可動部の揺動周期に同期してＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス状の駆動電流を供給し、駆動電流のＯＦＦ期間に誘導起電圧検出手段で検出される誘導起電圧に基づいて次のＯＮ期間で前記第２コイルに供給する駆動電流を制御する構成としてもよい。
【００１７】
また、前記制御手段は、請求項１６のように、可動部を駆動する所定時期に前記第２コイルを駆動モードとし、前記第１コイルに発生するローレンツ力と同方向のローレンツ力を発生させるように駆動電流を供給する構成としてもよい。さらに、前記制御手段は、請求項１７のように、可動部を駆動する所定時期に前記第２コイルを駆動モードとし、前記第１コイルに発生するローレンツ力と逆方向のローレンツ力を発生させるように駆動電流を供給する構成としてもよい。
【００１８】
そして、請求項１８の構成において、前記コイルは二つの第１及び第２コイルからなり、前記誘導起電圧検出手段は、前記第１及び第２コイルに接続する第１及び第２誘導起電圧検出手段からなる構成とした。この場合、請求項１９のように、前記制御手段は、前記第１及び第２コイルに対してそれぞれ可動部の揺動周期に同期してＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス状の駆動電流を互いに半周期ずらして供給し、前記第１コイルの駆動電流のＯＦＦ期間に第１誘導起電圧検出手段で検出される誘導起電圧に基づいて次のＯＮ期間で前記第１コイルに供給する駆動電流を制御する一方、前記第２コイルの駆動電流のＯＦＦ期間に第２誘導起電圧検出手段で検出される誘導起電圧に基づいて次のＯＮ期間で前記第２コイルに供給する駆動電流を制御する構成とするとよい。
【００２０】
また、請求項２０の発明は、揺動可能に軸支された可動部の揺動軸方向に平行な対辺部に、コイルを流れる駆動電流と静磁界との相互作用によりローレンツ力を発生させ、可動部を揺動させる電磁アクチュエータの駆動方法であって、駆動電流を供給可能な個別に設けた少なくとも二つの第１及び第２コイルにそれぞれ正弦波状の駆動電流を供給し、前記可動部が揺動状態にあるとき、前記第１及び第２コイルに発生する誘導起電圧をそれぞれ検出し、該検出された前記第２コイルの誘導起電圧に基づいて前記第１コイルに供給する駆動電流を制御し、検出された前記第１コイルの誘導起電圧に基づいて前記第２コイルに供給する駆動電流を制御し、前記第１及び第２コイルに供給する駆動電流の供給動作を前記可動部の揺動周期の半周期ごとに切換えるようにした。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に、本発明に係る電磁アクチュエータの第１実施形態を示し、光スキャナーに適用した場合の概略構成図を示す。
図１において、本第１実施形態の電磁アクチュエータは、共振駆動するものであり、可動部１と、トーションバー２，２と、静磁界発生手段３，３と、コイル４と、駆動制御装置５と、を備えて構成される。
【００２５】
可動部１は、揺動して光ビームを偏向するものであり、後述のトーションバー２，２により揺動可能に軸支された薄い板状を成し、中央部に光ビームを反射するアルミニウム等で形成された反射部６を備えている。
【００２６】
上記可動部１の対向する両側部には、一対のトーションバー２，２が設けられている。このトーションバー２，２は、可動部１を揺動可能に軸支すると共に、該可動部１とは反対側の端部を可動部１の外側に設けられた枠部７に保持されている。そして、上記可動部１と、トーションバー２，２と、枠部７とは、シリコン基板を異方性エッチングして一体的に形成される。
【００２７】
また、上記トーションバー２，２の軸方向に平行な可動部１の対辺部に近接する上記枠部７上には、静磁界発生手段３，３が互いに反対磁極を対向させて、可動部１を間にして両側に設けられている。この静磁界発生手段３，３は、後述のコイル４の上記対辺部分に静磁界を作用させるものであり、例えば永久磁石からなる。
【００２８】
さらに、上記可動部１の表面部には、その周縁部に沿ってコイル４が敷設されている。このコイル４は、該コイル４を流れる電流と静磁界発生手段３，３から発生する静磁界との相互作用により、トーションバー２，２の軸方向に平行な可動部１の対辺部にローレンツ力を作用させ可動部１を揺動させるものであり、個別に設けた第１及び第２コイル４ａ，４ｂから成る。そして、第１コイル４ａ（図１中実線で記載）は可動部１の表面に、また第２コイル４ｂ（同図中破線で記載）は裏面に、互いに巻線方向を反対向きにして敷設されている。そして、共にその両端部はトーションバー２，２を介して枠部７上に設けられた電極部８a-1，８a-2及び８b-1，８b-2に繋がっている。なお、コイル４は、図１に示すものに限られず、例えば、図２に示すように、第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂを可動部１の揺動軸線を挟んで該可動部１にそれぞれ敷設してもよい。この場合、第１及び第２コイル４ａ，４ｂの左右配置バランスをよくすることができる。また、図３に示すように、可動部１の周縁部に沿って第１コイル４ａの内側に第２コイル４ｂが敷設されるようにしてもよい。この場合は、第１及び第２コイル４ａを同時に形成することができるので製造工程が短縮できる。なお、上記第１及び第２コイル４ａ，４ｂの巻線方向は、いずれも互いに反対方向で示しているが、同方向であってもよい。また、第１及び第２コイル４ａ，４ｂの敷設位置は逆でもよい。
【００２９】
そして、上記コイル４には駆動制御装置５が繋がっている。この駆動制御装置５は、可動部１を共振駆動するものであり、図４に示すように第１及び第２コイル４ａ，４ｂにそれぞれ駆動電流を供給する第１及び第２駆動電流供給手段９ａ，９ｂと、第２コイル４ｂに接続し、可動部１が揺動状態にあるとき、第２コイル４ｂに発生する誘導起電圧を検出する誘導起電圧検出手段１０と、該誘導起電圧検出手段１０で検出した誘導起電圧Ｅ0を基に第１及び第２コイル４ａ，４ｂに供給する駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2の大きさを制御する駆動制御信号Ｄ1，Ｄ2を供給すると共に、第２コイル４ｂへの駆動電流Ｉd-2の供給動作を後述の各種動作モードに基づいて制御する制御手段１１と、を備えている。そして、上記動作モードは、外部からのモード切換指令信号により必要に応じて切換できるようになっている。
【００３０】
次に、本第１実施形態の電磁アクチュエータの動作及び駆動方法を、図４〜図７を参照して説明する。
先ず、図４に示すようにモード切換指令信号を制御手段１１に供給して動作モードを設定する。この場合、例えば駆動時の駆動力を増強するモードが設定されたときには、図５に示すように正弦波状の駆動制御信号Ｄ1が供給され、該駆動制御信号Ｄ1に基づいて第１駆動電流供給手段９ａで生成された正弦波状の駆動電流Ｉd-1が、図１に示す枠部７上に設けられた電極部８a-1，８a-2を介して第１コイル４ａに常時供給され、可動部１が共振駆動される。また、同時に、駆動初期の一定時間ｔだけ制御手段１１から第２駆動電流供給手段９ｂに対して上記駆動制御信号Ｄ1と同位相の正弦波状の駆動制御信号Ｄ2が供給され、第１コイル４ａと同方向のローレンツ力が発生するように、例えば駆動電流Ｉd-1と同位相の駆動電流Ｉd-2が電極部８b-1，８b-2を介して第２コイル４ｂに供給される。これにより、駆動力を増強して可動部１の揺動の立上り動作を速くする。
【００３１】
次に、上記一定時間ｔ経過後の所定時期以外では、制御手段１１から第２駆動電流供給手段９ｂに供給される駆動制御信号Ｄ2がゼロとなり、第２コイル４ｂへの駆動電流の供給動作が停止する。これにより、可動部１が静磁界中を揺動するのに伴って第２コイル４ｂに発生する誘導起電圧Ｅ0を誘導起電圧検出手段１０で検出することが可能となる。
【００３２】
そして、上記誘導起電圧Ｅ0を誘導起電圧検出手段１０により検出して制御手段１１に送り、上記誘導起電圧Ｅ0に基づいて可動部１の振れ角を一定とするように駆動制御信号Ｄ1の波高値を定め、駆動電流Ｉd-1の大きさを制御する。
【００３３】
また、例えば制動モードが設定されたときには、図６に示すように可動部１の揺動を停止させる直前の一定時間ｔだけ正弦波状の駆動制御信号Ｄ2を第２駆動電流供給手段９ｂに供給して誘導起電圧検出モードにある第２コイル４ｂへ第１コイル４ａの駆動電流Ｉd-1とは逆位相の駆動電流Ｉd-2を供給する。これにより、停止時に第２コイル４ｂの駆動電流Ｉd-2がブレーキの作用をし、可動部１を素早く停止されることができる。
【００３４】
さらに、例えば振れ角の微調整モードを設定したときには、図７に示すように第１コイル４ａに常時一定の正弦波状の駆動電流Ｉd-1を供給し、第２コイル４ｂへの駆動電流の供給動作を駆動制御信号Ｄ2により可動部１の揺動周期の半周期ごとに駆動電流の供給及び停止を繰り返し、該停止期間に検出された誘導起電圧Ｅ0に基づいて生成したパルス状の駆動制御信号Ｄ2により、次の供給期間のパルス状の駆動電流Ｉd-2の大きさを制御し、この駆動電流Ｉd-2により可動部１の触れ角を微調整する。この場合、パルス状の駆動制御信号Ｄ2は、正弦波の信号を図示省略の波形整形回路を通して生成することができる。これにより、一つの駆動制御装置５によりこの微調整モードを含む上述の各種動作モードを実行することができる。また、第１駆動電流供給手段９ａを大電力の電子部品で構成する一方、第２駆動電流供給手段９ｂを高精度で制御が可能な小電力の電子部品で構成すれば、可動部１を大電力で大振幅駆動することができると共に可動部１の振れ角を精密制御することができる。なお、この場合、誘導起電圧検出手段１０で検出した誘導起電圧Ｅ0により同期信号を生成し、駆動制御信号Ｄ2の発生タイミングを合わせるようにするとよい。
【００３５】
そして、例えば故障時の機能維持モードが設定されたときには、制御部１１で故障を判断すると、直ちに第２コイル４ｂに対してパルス状の駆動電流を供給する。この場合、パルス状駆動電流供給後の電流停止期間に誘導起電圧検出手段１０で誘導起電圧Ｅ0を検出しなかったときは、第２コイル４ｂ側の故障と判断し、第１コイル４ａのみで可動部１を駆動する。一方、誘導起電圧検出手段１０で誘導起電圧Ｅ0を検出したときは、第１コイル４ａ側の故障と判断して、上記第２コイル４ｂに対してパルス状の駆動電流を供給し、第２コイル４ｂのみで可動部１の駆動と誘導起電圧（振れ角）の検出を行う。これにより、一方のコイルの断線または回路故障時にも機能維持を図ることができる。
【００３６】
このように、本第１実施形態の電磁アクチュエータによれば、第１コイル４ａへ常時駆動電流Ｉd-1を供給する共に、第２コイル４ｂへの駆動電流Ｉd-2の供給を各種動作モードに基づいて行うことにより、駆動及び振れ角検出の基本動作モードに加えて駆動力の増強や制動、または可動部の振れ角の微調整、または故障時の機能維持等の各種動作モードで駆動することができる。
【００３７】
なお、第２コイル４ｂに第１コイル４ａに発生するローレンツ力と同方向のローレンツ力を発生さて駆動力を増強する所定時期としては、上述の駆動初期に限られず、例えば可動部１の振れ角を瞬時に大きくさせたいとき等も考えられる。また、第２コイル４ｂに第１コイル４ａに発生するローレンツ力と逆方向のローレンツ力を発生さて制動をかける所定時期としては、上述の駆動停止直前に限られず、例えば急激に振れ角を変化させた場合に発生するダンピングを抑制するためにダンパ機能を発生させたいとき等も考えられる。
【００３８】
また、従来技術と同じように、例えば第１コイル４ａを駆動専用に使用し、第２コイル４ｂを誘導起電圧検出専用に使用する基本動作モードを選択的に適用することも可能である。
【００３９】
そして、上記第１実施形態は、各種動作モードを選択的に切換えて任意に設定可能な多機能な駆動制御装置５を備えたものに限られず、基本動作モードの他に一つの機能を発揮する固定機能の駆動制御装置５を備えたものであってもよい。
【００４０】
次に、本発明に係る電磁アクチュエータの第２実施形態を、図８を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を用いて示し、ここでは第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図８は、第２実施形態の駆動制御装置５を示すブロック図である。図４に示す第１実施形態の駆動制御装置５と異なる点は、第１及び第２コイル４ａ，４ｂの双方に第１及び第２誘導起電圧検出手段１０ａ，１０ｂをそれぞれ接続して備えている点である。
【００４１】
次に、このように構成した第２実施形態の電磁アクチュエータの動作及び駆動方法を、図８及び図９を参照して説明する。
先ず、図８に示すようにモード切換指令信号により動作モードを設定する。例えば、駆動及び振れ角検出の基本動作モードが設定された場合には、制御手段１１から第１駆動電流供給手段９ａに対して可動部１の揺動周期Ｔで繰り返すパルス波の駆動制御信号Ｄ1を供給する。これに基づいて、第１駆動電流供給手段９ａでは、図９に示すように周期ＴでＯＮ／ＯＦＦするパルス状の駆動電流が生成され第１コイル４ａに供給される。
【００４２】
一方、第２駆動電流供給手段９ｂに対しては、制御手段１１から可動部１の揺動周期Ｔで繰り返すパルス状の駆動制御信号Ｄ2を駆動制御信号Ｄ1に対してＴ／２遅れて供給する。
【００４３】
この場合、図９に示すように駆動制御信号Ｄ1がＯＮして第１駆動電流供給手段９ａが駆動電流Ｉd-1を供給しているときには、駆動制御信号Ｄ2がＯＦＦして第２駆動電流供給手段９ｂが駆動電流Ｉd-1の供給を停止しているため、可動部１は第１コイル４ａの駆動電流Ｉd-1によって駆動される。このとき、第２コイル４ｂには、可動部１の揺動に伴って誘導起電圧Ｅ2が発生し、これは第２誘導起電圧検出手段１０ｂで検出されて制御手段１１に送られる。
【００４４】
そして、制御手段１１においては、上記誘導起電圧Ｅ2に基づいて可動部１の振れ角を一定とするように駆動制御信号Ｄ2の波高値を定め、第２駆動電流供給手段９ｂの次の駆動電流供給期間における第２コイル４ｂの駆動電流Ｉd-2の大きさを制御する。
【００４５】
同様にして、第２駆動電流供給手段９ｂが駆動電流を供給している時期には、第１駆動電流供給手段９ａが供給動作を停止しているため、可動部１は第２コイル４ｂの駆動電流Ｉd-2によって駆動され、このとき第１コイル４ａに発生する誘導起電圧Ｅ1が第１誘導起電圧検出手段１０ａで検出されて制御手段１１に送られる。
【００４６】
そして、制御手段１１においては、上記誘導起電圧Ｅ1に基づいて可動部１の振れ角を一定とするように駆動制御信号Ｄ1の波高値を定め、第１駆動電流供給手段９ａの次の駆動電流供給期間における第１コイル４ａの駆動電流Ｉd-1の大きさを制御する。
【００４７】
なお、この場合、誘導起電圧検出手段１０ａ，１０ｂで検出した誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2により同期信号を生成し、駆動制御信号Ｄ1，Ｄ2の発生タイミングを合わせるようにするとよい。
【００４８】
また、モード切換指令信号により、例えば駆動力増強モードを設定した場合には、駆動時に第１及び第２コイル４ａ，４ｂへ駆動電流を同時に供給してそれぞれ同方向のローレンツ力を発生する駆動電流が供給される。そして、所定時間経過後は、上述の基本動作モードで駆動する。
【００４９】
さらに、例えば制動モードを設定した場合には、揺動停止直前に可動部１の揺動方向と反対方向のローレンツ力を発生させる駆動電流が第１または第２コイル４ａ，４ｂに供給される。
【００５０】
そして、例えば故障時の機能維持モードを設定した場合には、駆動電流の供給が停止期間に第１及び第２コイル４ａ，４ｂのいずれか一方に誘導起電圧を検出しなくなったとき、該コイルに断線故障が発生したと判断して他方のコイルのみで継続して駆動する。
【００５１】
このように、本第２実施形態の電磁アクチュエータによれば、第１及び第２コイル４ａ，４ｂに対してそれぞれ可動部の揺動周期に同期して駆動電流の供給及び停止を繰り返すパルス状の駆動電流を互いに半周期ずらして供給し、停止期間にそれぞれ第１及び第２コイル４ａ，４ｂに検出される誘導起電圧Ｅ１，Ｅ２に基づいて次の供給期間の駆動電流を制御するようにしているので駆動及び振れ角検出の基本動作モードに加えて、駆動力の増強及び制動や機能維持等の各種動作モードに基づく動作をさせることができる。
【００５２】
また、二つのコイル４で駆動と振れ角検出を常時に行っているので、一つのコイルで駆動と振れ角検出を時分割して行う従来方式に比べ駆動制御が安定する。
【００５３】
さらに、可動部１に個別に設けた第１及び第２コイルに対して、交互に駆動電流を供給して駆動するようにしているので、コイルに発生する熱が分散される。特に、第１及び第２コイル４ａ，４ｂを可動部１の表裏面にそれぞれ形成した場合には、コイルの発熱が可動部１の表裏面でバランスし、温度分布のばらつきによる可動部１の反り変形の発生を抑制することができる。
【００５４】
そして、二つのコイル４には、駆動用コイルと誘導起電圧検出用コイルの別がないため、駆動制御装置５に対する配線において特別な注意を払う必要がなく、製造作業が容易となる。
【００５５】
次に、本発明に係る電磁アクチュエータの第３実施形態を、図１０〜図１２を参照して説明する。なお、第２実施形態と同一の要素については同一の符号を用いて示し、ここでは、第２実施形態と異なる部分について説明する。
図１０は、本第３実施形態の駆動制御装置５の構成を示すブロック図である。
この駆動制御装置５は、コイル４に供給する正弦波の駆動電流を制御して可動部１を所定の振れ角で共振揺動をさせるものであり、可動部１が共振揺動の状態にあるとき、可動部１の揺動周期の半周期は、第２コイル４ｂに発生する誘導起電圧に基づいて生成した駆動電流を第１コイル４ａに供給し、次の半周期は、第１コイル４ａに発生する誘導起電圧に基づいて生成した駆動電流を第２コイル４ｂに供給し、上記駆動電流の供給動作を第１及び第２コイル４ａ，４ｂに対して半周期毎に切換えて可動部１を駆動する構成としている。
【００５６】
より具体的には、例えば図１０に一例を示すように、駆動制御装置５は、制御手段１１と、第１及び第２駆動電流供給手段９ａ，９ｂと、第１及び第２誘導起電圧検出手段１０ａ，１０ｂと、を備えて構成している。
【００５７】
ここで、制御手段１１は、第１及び第２コイル４ａ，４ｂに対する駆動電流の供給動作をＯＮ／ＯＦＦして切換えると共に、可動部１の振れ角が一定となるように駆動電流の大きさを制御するものであり、図１０に示すように電流制御部１２と、切換部１３とを備えている。
【００５８】
上記電流制御部１２は、図１１に示すように、第２コイル４ｂに発生する誘導起電圧Ｅ2のピーク電圧Ｅp-2と振れ角の設定値に対応する入力電圧としての振れ角設定入力Ｖiとの差分に応じた制御出力（以下増幅率Ｐ1信号と記載）を後述のスイッチ回路２０のスイッチ２０ｂに出力する第１出力部としての差動増幅器２３ａと、第１コイル４ａに発生する誘導起電圧Ｅ1のピーク電圧Ｅp-1と上記振れ角設定入力Ｖiとの差分に応じた制御出力（以下増幅率Ｐ2信号と記載）をスイッチ回路２０のスイッチ２０ａに出力する第２出力部としての差動増幅器２３ｂと、第１補正回路２１ａ，２１ｂ及び第２補正回路２２ａ，２２ｂと、を備えて構成している。
【００５９】
第１補正回路２１ａ，２１ｂ及び第２補正回路２２ａ，２２ｂは、差動増幅器２３ａ，２３ｂにそれぞれ入力する振れ角設定入力Ｖｉ及び各ピーク電圧を調整して、第１及び第２コイル４ａ，４ｂの特性ばらつきを補正する補正回路であり、このうち第１補正回路２１ａ，２１ｂは振れ角設定入力Ｖｉを調整し、第２補正回路２２ａ，２２ｂは第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂにおける誘導起電圧Ｅ１，Ｅ２の大きさを調整するものである。なお、第１補正回路２１ａ，２１ｂ及び第２補正回路２２ａ，２２ｂのいずれか一方のみを設けてコイル特性のばらつきを補正するようにしてもよい。
【００６０】
一般に、可動部１の振れ角は、コイル４を流れる駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2で決まる。しかし、コイル４の形成位置やコイル４の長さ等、第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂの形成状態の不一致に基づくコイル特性のばらつき、またはコイル４に作用する静磁界の不均一により、第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂを流れる駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2が等しくても可動部１の振れ角は必ずしも同じとならない。そこで、可動部１の振れ角が第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂについて同一となるように、第１補正回路２１ａ，２１ｂ及び第２補正回路２２ａ，２２ｂを調整して駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2の大きさを調整できるようにしたものである。
【００６１】
より具体的には、第１補正回路２１ａ，２１ｂは振れ角設定入力Ｖiに第１コイル４ａまたは第２コイル４ｂのコイル特性のばらつきを補正する補正係数α1，α2を乗算して調整するようにしており、また、第２補正回路２２ａ，２２ｂは、第１コイル４ａまたは第２コイル４ｂのコイル特性に基づく誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2のばらつきを各誘導起電圧のピーク電圧Ｅp-1，Ｅp-2に補正係数β1，β2を乗算して調整できるようにしている。
【００６２】
そして、差動増幅器２３ａは、調整された振れ角設定入力α1Ｖiと誘導起電圧Ｅ2の調整されたピーク電圧β1Ｅp-2とを比較して、そのレベル差に応じた増幅率Ｐ1信号を出力し、また、差動増幅器２３ｂは、調整された振れ角設定入力α2Ｖiと誘導起電圧Ｅ1の調整されたピーク電圧β2Ｅp-1とを比較して、そのレベル差に応じた増幅率Ｐ2信号を出力する。
【００６３】
また、上記電流制御部１２は、後述の切換部１３を介して第１及び第２駆動電流供給手段９ａ，９ｂに繋がっている。この第１駆動電流供給手段９ａは、後述の第２誘導起電圧検出手段１０ｂで検出された第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2を増幅率Ｐ1信号に基づいて増幅して駆動電流Ｉd-1を生成し第１コイル４ａに供給するものであり、第１乗算器１４ａと、第１定電流ドライバ１５ａを備えて構成している。また、第２駆動電流供給手段９ｂは、後述の第１誘導起電圧検出手段１０ａで検出された第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1を増幅率Ｐ2信号に基づいて増幅して駆動電流Ｉd-2を生成し第２コイル４ｂに供給するものであり、第２乗算器１４ｂと、第２定電流ドライバ１５ｂを備えて構成している。なお、第１及び第２定電流ドライバ１５ｂは、コイル４の抵抗値のばらつきの影響を排除してコイル４の必要部分に所定のローレンツ力を発生させるために定電流を生成する定電流ドライバとするとよいが、これに限定されない。
【００６４】
ここで、上記第１乗算器１４ａは、電流制御部１２の制御出力である増幅率Ｐ1信号と第２コイル４ｂにおける誘導起電圧Ｅ2の後述の加算器１８を通過した誘導起電圧Ｅ2’とを乗算して駆動電圧Ｅd-1を得るものであり、また、上記第２乗算器１４ｂは、電流制御部１２の制御出力である増幅率Ｐ2信号と第１コイル４ａにおける誘導起電圧Ｅ1とを乗算して駆動電圧Ｅd-2を得るものである。
【００６５】
また、上記第１及び第２乗算器１４ａ，１４ｂには、それぞれ対応する第１及び第２定電流ドライバ１５ａ，１５ｂが繋がっている。この第１及び第２定電流ドライバ１５ａ，１５ｂは、上記駆動電圧Ｅd-1，Ｅd-2に基づいて駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2を第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂに供給するものであり、第１定電流ドライバ１５ａが図１に示す電極部８a-1，８a-2を介して第１コイル４ａに、また第２定電流ドライバ１５ｂが電極部８b-1，８b-2を介して第２コイル４ｂに繋がっている。
【００６６】
また、上記第１及び第２コイル４ａ，４ｂには、それぞれ対応する第１及び第２誘導起電圧検出手段１０ａ，１０ｂが繋がっている。この第１及び第２誘導起電圧検出手段１０ａ，１０ｂは、可動部１が揺動状態にあるとき第１及び第２コイル４ａ，４ｂの両端に発生する誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2をそれぞれ検出して出力するものであり、第１誘導起電圧検出手段１０ａは、第１検出増幅器１６ａ及び第１ピークホールド回路１７ａを備えて構成し、第２誘導起電圧検出手段１０ｂは、第２検出増幅器１６ｂ及び第２ピークホールド回路１７ｂを備えて構成している。なお、図１に示すコイル構成の例では、第１及び第２コイル４ａ，４ｂの巻線方向が逆向きとなっているため、各コイルで発生する誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2の位相は、逆位相となっている。
【００６７】
ここで、第１及び第２検出増幅器１６ａ，１６ｂは、それぞれ対応する第１及び第２コイル４ａ，４ｂに発生する誘導起電圧を検出して、誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2を出力するものであり、それぞれ図示省略のインピーダンス変換回路を含む。そして、第１検出増幅器１６ａは、上記第２乗算器１４ｂに繋がっており、正弦波の誘導起電圧Ｅ1を供給している。また、第２検出増幅器１６ｂは、初期駆動信号を供給するための加算器１８を介して上記第１乗算器１４ａに繋がっており、正弦波の誘導起電圧Ｅ2の加算器１８を通過した誘導起電圧Ｅ2’を供給している。なお、初期駆動信号は、可動部１を所定の共振周波数で初期駆動させるためのものであり、第１コイル４ａまたは第２コイル４ｂのいずれか一方の側に供給することができればよく、図１０では一例として、誘導起電圧Ｅ2の供給線路上に加算器１８を挿入して初期駆動信号が導入できるようにしている。なお、加算器１８は、例えば図１２に示すように、初期駆動信号入力側及び第２検出増幅器１６ｂ側に挿入した抵抗素子２４，２４で構成するとよい。
【００６８】
さらに、上記第１及び第２検出増幅器１６ａ，１６ｂには、それぞれ対応する第１及び第２ピークホールド回路１７ａ，１７ｂが繋がっている。この第１及び第２ピークホールド回路１７ａ，１７ｂは、それぞれ対応する第１及び第２検出増幅器１６ａ，１６ｂの出力である誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2のピーク電圧Ｅp-1，Ｅp-2を検出するものであり、この第１及び第２ピークホールド回路１７ａ，１７ｂの出力端はそれぞれ電流制御部１２に繋がっている。
【００６９】
また、上記第１及び第２誘導起電圧検出手段１０ａ，１０ｂの第１及び第２検出増幅器１６ａ，１６ｂには、それぞれ切換部１３が繋がっている。この切換部１３は、第１及び第２コイル４ａ，４ｂへの駆動電流の供給を、可動部１の揺動周期の半周期毎に切換えるものであり、位相検出回路としての第１及び第２位相検出コンパレータ１９ａ，１９ｂとスイッチ回路２０とから成る。
【００７０】
ここで、第１及び第２位相検出コンパレータ１９ａ，１９ｂは、図１３に示すように、正弦波の上記誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2のゼロクロスａ〜ｈを検出して、可動部１の揺動周期の半周期幅に等しいパルス幅のスイッチング信号Ｓ1，Ｓ2を出力するものであり、第１位相検出コンパレータ１９ａは、第１検出増幅器１６ａに、また第２位相検出コンパレータ１９ｂは第２検出増幅器１６ｂに繋がっている。なお、前述したように誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2の位相が逆位相となっているので、上記スイッチング信号Ｓ1，Ｓ2も逆位相である。
【００７１】
また、上記第１及び第２位相検出コンパレータ１９ａ，１９ｂには、スイッチ回路２０が繋がっている。このスイッチ回路２０は、電流制御部１２の制御出力である増幅率Ｐ1，Ｐ2信号を上記スイッチング信号Ｓ1，Ｓ2に基づいて可動部１の揺動周期の半周期毎に切換えて出力するものであり、スイッチ２０ａ，２０ｂを備えている。このスイッチ２０ａは、上記スイッチング信号Ｓ1に基づいて、またスイッチ２０ｂは、スイッチング信号Ｓ2に基づいてスイッチング動作し、いずれもスイッチング信号Ｓ1，Ｓ2の立上りを検出してＯＮし、立下りを検出してＯＦＦする。したがって、前述したように、上記スイッチング信号Ｓ1，Ｓ2は逆位相の関係にあるので、スイッチ２０ａ，２０ｂのスイッチング動作は互いに逆の動作となり、一方がＯＮしたとき他方はＯＦＦする。これにより、上記電流制御部１２から増幅率Ｐ1，Ｐ2信号を可動部の揺動周期の半周期毎に切換えて出力することができる。なお、上記スイッチ回路２０は、スイッチ２０ａ，２０ｂが、スイッチング信号Ｓ1，Ｓ2のいずれか一方のみに基づいて互いに連動するものであってもよい。
【００７２】
次に、このように構成された第３実施形態の電磁アクチュエータの動作及び駆動方法を説明する。
第３実施形態の電磁アクチュエータの駆動方法は、個別に設けた第１及び第２コイル４ａ，４ｂに正弦波の駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2をそれぞれ供給し、可動部１が揺動状態にあるとき、第１及び第２コイル４ａ，４ｂに発生する誘導起電圧をそれぞれ検出し、該検出された第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2に基づいて第１コイル４ａに供給する駆動電流Ｉd-1を制御し、検出された第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1に基づいて第２コイル４ｂに供給する駆動電流Ｉd-2を制御し、第１及び第２コイル４ａ，４ｂに供給する駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2の供給動作を可動部１の揺動周期の半周期ごとに切換えて行うものである。
【００７３】
以下、図１４を参照して詳細に説明する。
先ず、図示省略の初期駆動信号発生部から、所定周期のパルス状初期駆動信号が、図１０に示す加算器１８を介して誘導起電圧Ｅ2側の線路に供給される。そして、該線路を通して第１駆動電流供給手段９ａの第１乗算器１４ａの一方の端子部に一定期間だけ供給される。なお、このとき、可動部１は停止しているので第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2はゼロであり、第１乗算器１４ａの一方の端子部には、パルス状初期駆動信号のみが供給される。また、可動部１が揺動開始前には、図１０に示すように、スイッチ回路２０はスイッチ２０ｂがＯＮし、スイッチ２０ａがＯＦＦ状態にある。したがって、電流制御部１２からは振れ角設定入力Ｖiに相当する増幅率Ｐ1信号が出力し、第１乗算器１４ａの他方の端子部に供給される。これにより、初期駆動信号導入直後の、図１４に示す可動部１の揺動周期の半周期Ａにおいては、第１乗算器１４ａからパルス状の初期駆動電圧Ｅd-1が生成し、第１定電流ドライバ１５ａからパルス状の駆動電流Ｉd-1が第１コイル４ａに供給されることになる。他方、上記スイッチ２０ａがＯＦＦ状態にあるため増幅率Ｐ2信号は出力しない、したがって、第２乗算器１４ｂの出力はゼロで、駆動電流Ｉd-2は生成しない。これにより、Ａ期間については、第１コイル４ａを流れるパルス状の駆動電流Ｉd-1のみによって可動部１が揺動を開始する。
【００７４】
以下、図１４に示す可動部１の揺動周期の半周期Ｂ〜Ｌについて、各期間の駆動制御装置５の動作を説明する。
先ず、図１４中Ｂ期間においては、第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1のゼロクロス点ａ，ｂが切換部１３の第１位相検出コンパレータ１９ａで検出され、点ａで立上り、点ｂで立下がるスイッチング信号Ｓ1が出力する（図１３参照）。これにより、該Ｂ期間だけスイッチ回路２０のスイッチ２０ａがＯＮする。このとき、電流制御部１２には、図１０に示すように、第１誘導起電圧検出手段１０ａの第１ピークホールド回路１７ａから第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1のピーク電圧Ｅp-1が入力しており、このピーク電圧Ｅp-1は電流制御部１２において振れ角設定入力Ｖiと比較され、そのレベル差に応じた増幅率Ｐ2信号が電流制御部１２から出力される。そして、スイッチ２０ａを通って、第２駆動電流供給手段９ｂの第２乗算器１４ｂに伝えられる。なお、Ｂ期間において、誘導起電圧Ｅ1のピーク値が検出されるまでは、ピーク電圧Ｅp-1は時間の経過と共に変化する。しかし、一旦誘導起電圧Ｅ1のピーク値が検出されると、ピーク電圧Ｅp-1は一定値を維持し、後述のＤ期間における可動部１の振れ角を制御する。
【００７５】
また、第２駆動電流供給手段９ｂの第２乗算器１４ｂには、第１検出増幅器１６ａからＢ期間に第１コイル４ａで発生した正弦波状の誘導起電圧Ｅ1が供給される。これにより、第２乗算器１４ｂにおいては、上記増幅率Ｐ2信号と上記誘導起電圧Ｅ1とが乗算されて正弦波状の駆動電圧Ｅd-2が生成する（図１４参照）。そして、該駆動電圧Ｅd-2に基づく駆動電流Ｉd-2が第２定電流ドライバ１５ｂから第２コイル４ｂに供給される。
【００７６】
一方、スイッチ２０ｂには、切換部１３の第２位相検出コンパレータ１９ｂから第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2に基づくスイッチング信号Ｓ2が入力する。このスイッチング信号Ｓ2は、上記スイッチング信号Ｓ1とは逆位相となっており、点ａで立下り、点ｂで立上る（図１３参照）ものでスイッチ２０ｂをＯＦＦにする。したがって、スイッチ２０ｂから増幅率Ｐ1信号は出力しない。これにより、第１駆動電流供給手段９ａにおいては、第１乗算器１４ａの出力はゼロとなり、第１コイル４ａに対する駆動電流Ｉd-1は生成しない。その結果、可動部１は、図１４中Ｂ期間の半周期については、第２コイル４ｂを流れる正弦波状の駆動電流Ｉd-2によって駆動される。
【００７７】
次に、図１４中Ｃ期間の半周期においては、第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2のゼロクロス点ｂ，ｃが切換部１３の第２位相検出コンパレータ１９ｂで検出され、点ｂで立上り、点ｃで立下がるスイッチング信号Ｓ2が出力される（図１３参照）。これにより、該Ｃ期間だけスイッチ回路２０のスイッチ２０ｂがＯＮする。このとき、電流制御部１２には、図１０に示すように、第２誘導起電圧検出手段１０ｂの第２ピークホールド回路１７ｂから第１コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2のピーク電圧Ｅp-2が入力しており、このピーク電圧Ｅp-2は電流制御部１２において振れ角設定入力Ｖiと比較され、そのレベル差に応じた増幅率Ｐ1信号が電流制御部１２から出力される。そして、スイッチ２０ｂを通って、第１駆動電流供給手段９ａの第１乗算器１４ａに伝えられる。なお、Ｂ期間と同様に、Ｃ期間においては、誘導起電圧Ｅ2のピーク値が検出されるまでは、ピーク電圧Ｅp-2は時間の経過と共に変化する。しかし、一旦誘導起電圧Ｅ2のピーク値が検出されると、ピーク電圧Ｅp-2は一定値を維持し、後述のＥ期間における可動部１の振れ角を制御する。このように、ピーク電圧Ｅp-1，Ｅp-2は、それぞれ１周期後の可動部１の振れ角を制御することになる。
【００７８】
また、第１駆動電流供給手段９ａの第１乗算器１４ａには、第２検出増幅器１６ｂからＣ期間に第２コイル４ｂで発生した誘導起電圧Ｅ2の加算器１８を通過した誘導起電圧Ｅ2’が供給される。なお、図１４に示すように、Ｃ期間は、加算器１８を介してパルス状の初期駆動信号が導入されているので、第１乗算器１４ａに供給される誘導起電圧Ｅ2’は、誘導起電圧Ｅ2に初期駆動信号が加算されたものとなる。これにより、第１乗算器１４ａにおいては、上記増幅率Ｐ1信号と上記初期駆動信号が加算された誘導起電圧Ｅ2’とが乗算されてパルス状の駆動電圧Ｅd-1が生成する。そして、該駆動電圧Ｅd-1に基づくパルス状の駆動電流Ｉd-1が第２定電流ドライバ１４ａから第１コイル４ａに供給される。
【００７９】
一方、スイッチ２０ａには、切換部１３の第１位相検出コンパレータ１９ａから第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1に基づく上記スイッチング信号Ｓ2とは逆位相の点ｂで立下り、点ｃで立上るスイッチング信号Ｓ1（図１３参照）が入力し、スイッチ２０ａをＯＦＦにする。したがって、スイッチ２０ａおける増幅率Ｐ2信号は出力しない。これにより、第２駆動電流供給手段９ｂにおいては、第２乗算器１４ｂの出力はゼロとなり、第２コイル４ｂに対する駆動電流Ｉd-2は生成しない。その結果、可動部１は、Ｃ期間の半周期については、第１コイル４ａを流れるパルス状の駆動電流Ｉd-1によって駆動される。
【００８０】
さらに、第１コイル４ａに対する初期駆動信号の供給が終了した直後の図１４中Ｄ期間の半周期においては、上述のＢ期間と同様にして、第１位相検出コンパレータ１９ａで第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1のゼロクロス点ｃ，ｄが検出されて点ｃで立上り、点ｄで立下がるスイッチング信号Ｓ1が出力される（図１３参照）。他方、第２位相検出コンパレータ１９ｂからは、上記スイッチング信号Ｓ1とは逆位相の点ｃで立下り、点ｄで立上るスイッチング信号Ｓ2が出力される（図１３参照）。したがって、Ｄ期間だけスイッチ回路２０のスイッチ２０ａがＯＮし、スイッチ２０ｂがＯＦＦする。これにより、電流制御部１２からは、第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1に基づく増幅率Ｐ2信号が出力し、第２駆動電流供給手段９ｂの第２乗算器１４ｂに伝えられる。このとき、増幅率Ｐ1信号は出力しない。
【００８１】
一方、第２乗算器１４ｂには、第１検出増幅器１６ａからＤ期間に第１コイル４ａで発生した正弦波状の誘導起電圧Ｅ1が供給されるので、第２乗算器１４ｂにおいて上記増幅率Ｐ2信号と上記誘導起電圧Ｅ1とが乗算されて正弦波状の駆動電圧Ｅd-2が生成する。そして、該駆動電圧Ｅd-2に基づく駆動電流Ｉd-2が第２定電流ドライバ１５ｂから第２コイル４ｂに供給される。他方、増幅率Ｐ1信号が出力しないため第１乗算器１４ａの出力はゼロとなり、第１コイル４ａに対する駆動電流Ｉd-1は生成しない。これにより、可動部１は、Ｄ期間の半周期については第２コイル４ｂを流れる正弦波状の駆動電流Ｉd-2によって駆動される。
【００８２】
さらにまた、図１４中Ｅ期間の半周期においては、上述のＣ期間と同様にして、第２位相検出コンパレータ１９ｂで第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2のゼロクロス点ｄ，ｅが検出されて点ｄで立上り、点ｅで立下がるスイッチング信号Ｓ2が出力される（図１３参照）。他方、第１位相検出コンパレータ１９ａからは、上記スイッチング信号Ｓ2とは逆位相の点ｄで立下り、点ｅで立上るスイッチング信号Ｓ1が出力される（図１３参照）。したがって、Ｅ期間だけスイッチ回路２０のスイッチ２０ｂがＯＮし、スイッチ２０ａがＯＦＦする。これにより、電流制御部１２からは、第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2に基づく増幅率Ｐ1信号が出力され、第１コイル４ａ側の第１乗算器１４ａに伝えられる。このとき、増幅率Ｐ2信号は出力しない。
【００８３】
一方、第１乗算器１４ａには、第２検出増幅器１６ｂからＥ期間に第２コイル４ｂで発生した正弦波状の誘導起電圧Ｅ2が加算器１８を通って誘導起電圧Ｅ2’として供給されるので、第１乗算器１４ａにおいて上記増幅率Ｐ1信号と上記誘導起電圧Ｅ2’とが乗算されて正弦波状の駆動電圧Ｅd-1が生成する。そして、該駆動電圧Ｅd-1に基づく駆動電流Ｉd-1が第２定電流ドライバ１４ａから第１コイル４ａに供給される。他方、増幅率Ｐ2信号が出力しないため第２乗算器１４ｂの出力はゼロとなり、第２コイル４ｂに対する駆動電流Ｉd-2は生成しない。これにより、可動部１は、Ｅ期間の半周期については、第１コイル４ａを流れる正弦波状の駆動電流Ｉd-1によって駆動される。なお、Ｅ期間については、可動部の揺動は、Ｃ期間と異なり初期駆動電流は供給されていないため、第２コイル４ｂに発生した誘導起電圧Ｅ2に基づく正弦波駆動となり、且つ振れ角設定入力Ｖiで制御されて所定の振れ角動作となる。
【００８４】
以下、可動部１の駆動は、Ｆ，Ｈ，Ｊ，Ｌ期間については、上記Ｄ期間と同様にして第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1を電流制御部１２の増幅率Ｐ2信号に基づいて増幅して得られた駆動電流Ｉd-2を第２コイル４ｂに供給して、またＧ，Ｉ，Ｋ期間については、上記Ｅ期間と同様にして第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2を電流制御部１２の増幅率Ｐ1信号に基づいて増幅して得られた駆動電流Ｉd-1を第１コイル４ａに供給して行なわれる。これにより、可動部１は、正弦波の共振駆動をすることになる。
【００８５】
このように、第３実施形態によれば、可動部１が揺動状態にあるとき、個別に設けた二つのコイルのうち、第２コイル４ｂに発生した誘導起電圧Ｅ2に基づいて駆動電流Ｉd-1を第１コイル４ａに供給し、第１コイル４ａに発生した誘導起電圧Ｅ1に基づいて駆動電流Ｉd-2を第２コイル４ｂに供給し、この駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2の供給動作を可動部１の揺動周期の半周期ごとに切換えて正弦波駆動するようにしたことにより、可動部１の揺動を正弦波の共振駆動とすることができる。これにより、駆動及び振れ角検出の基本動作モードに加えて可動部１の揺動が共振周波数に自動追従するモードにより駆動することができ、周波数の設定が不要となる。
【００８６】
また、駆動電流Ｉd-1，Ｉd-2を通電していない半周期の期間に第１または第２コイル４ａ，４ｂに発生する誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2を検出するようにしたことにより、正弦波駆動でありながら、誘導起電圧を検出する専用のコイルを設けることなく駆動用として利用可能なコイルに発生する誘導起電圧を検出して可動部１の振れ角を制御することができる。
【００８７】
また、二つのコイル４には、駆動用コイルと誘導起電圧検出用コイルの別がないため、駆動制御装置５に対する配線において特別な注意を払う必要がなく、製造作業が容易となる。さらに、二つのコイルを、例えば可動部１の表裏面にそれぞれ設けた場合には、各コイルへの駆動電流の供給が半周期毎に切換えて行なわれるため、コイルに発生する熱が可動部１の表裏面でバランスし、温度分布のばらつきに基づく可動部１の反り変形の発生を抑制することができる。
【００８８】
さらに、第１コイル４ａ及び第２コイル４ｂのコイル特性のばらつきをバランス調整して適切に調整された駆動電流を二つのコイル４に供給することができるので、可動部１の振れ角を安定化させることができる。
【００８９】
次に、本発明の第４実施形態の電磁アクチュエータについて説明する。ここでは、第３実施形態と同一の要素は同一符号で示し、異なる部分についてのみ説明する。
図１５は、第４実施形態の駆動制御装置の概略構成を示すブロック図である。
この駆動制御装置５は、図１０に示す制御手段１１の第１及び第２コンパレータ１９ａ，１９ｂ及びスイッチ回路２０に替えて、第１及び第２乗算器１４ａ，１４ｂの各誘導起電圧入力側に、例えばダイオード等の半波整流器２５ａ，２５ｂを第１及び第２乗算器１４ａ，１４ｂに正の電流が流入するように挿入している。
【００９０】
第４実施形態によれば、可動部１が揺動状態にあるとき、電流制御部１２から第１及び第２コイル４ａ，４ｂにおける誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2が振れ角設定入力Ｖiと比較され、そのレベル差に応じた直流電圧の増幅率Ｐ1，Ｐ2信号が出力されて、それぞれ対応する第１及び第２乗算器１４ａ，１４ｂに常時供給される。
【００９１】
一方、第１検出増幅器１６ａ，１５ｂの出力である正弦波状の誘導起電圧Ｅ1，Ｅ2は、半波整流器２５ａ，２５ｂにより半波整流されてＥ1'，Ｅ2'となり、Ｅ1'は第２乗算器１４ｂに、Ｅ2'は第１乗算器１４ａに供給される。
【００９２】
次に、このように構成された第４実施形態の電磁アクチュエータの動作及び駆動方法を、図１６を参照して説明する。
図１６に示すように、例えば、可動部１が第３実施形態と同様にして初期駆動に費やされた揺動周期の半周期Ａ〜Ｃ期間経過後のＤ期間は、第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1の整流出力Ｅ1'と電流制御部１２の増幅率Ｐ2信号とが第２乗算器１４ｂで乗算されて正弦波状の駆動電圧Ｅd-2を生成する。他方、同期間の第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2の整流出力Ｅ2'はゼロであるため第１乗算器１４ａの出力はゼロとなり、駆動電圧Ｅd-1は生成しない。したがって、コイル４に供給される駆動電流は、駆動電圧Ｅd-2に基づく駆動電流Ｉd-2のみとなり、可動部１は、Ｄ期間の半周期については、第２コイル４ｂを流れる正弦波状の駆動電流Ｉd-2によって駆動される。
【００９３】
次に、図１６に示すＥ期間については、第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2の整流出力Ｅ2'と電流制御部１２の増幅率Ｐ1信号とが第１乗算器１４ａで乗算されて正弦波状の駆動電圧Ｅd-1を生成する。他方、同期間の第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1の整流出力Ｅ1'はゼロであるための第２乗算器１４ｂの出力はゼロとなり、駆動電圧Ｅd-2は生成しない。したがって、コイル４に供給される駆動電流は、駆動電圧Ｅd-1に基づく駆動電流Ｉd-1のみとなり、可動部１は、Ｅ期間の半周期については、第１コイル４ａを流れる正弦波状の駆動電流Ｉd-1によって駆動される。
【００９４】
以下、可動部１の駆動は、Ｆ，Ｈ，Ｊ，Ｌ期間については、上記Ｄ期間と同様にして第１コイル４ａの誘導起電圧Ｅ1の整流出力Ｅ1'を電流制御部１２の増幅率Ｐ2信号に基づいて増幅して得られた駆動電流Ｉd-2を第２コイル４ｂに供給して、またＧ，Ｉ，Ｋ期間については、上記Ｅ期間と同様にして第２コイル４ｂの誘導起電圧Ｅ2の整流出力Ｅ2'を電流制御部１２の増幅率Ｐ1信号に基づいて増幅して得られた駆動電流Ｉd-1を第１コイル４ａに供給して行なわれる。これにより、可動部１は、正弦波の共振駆動をすることになる。
【００９５】
上記第４実施形態によれば、第３実施形態と同様に、可動部１の揺動を正弦波の共振駆動とすることができ、駆動及び振れ角検出の基本動作モードに加えて可動部１の揺動が共振周波数に自動追従するモードにより駆動することができる。
【００９６】
また、第１及び第２コンパレータ１９ａ，１９ｂ及びスイッチ回路２０が不要であるため駆動制御装置５の構成が簡単となり、コストの低減を図ることができる。
【００９７】
なお、可動部１に敷設したコイルは上述の二つのコイルに限定されず、三つ以上であってもよい。
また、本発明の電磁アクチュエータは、上述の光スキャナーに限られず、電磁駆動するものであればいかなるものであってもよい。また、コイル４は可動部１に設ける必要はなく、可動部１に薄膜の永久磁石を形成し、可動部１の揺動軸方向に平行な対辺部の外方部位に第１及び第２コイル４ａ，４ｂを設けてもよい。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電磁アクチュエータによれば、駆動及び振れ角検出等の基本動作モードに加えて、故障時における機能維持を図ったり、また正弦波で駆動されて共振駆動する可動部の共振周波数に自動追従するように動作させる等の特殊機能を付加的に発揮して種々の動作モードで駆動することができる。
【００９９】
可動部に駆動電流を供給できる二つのコイルを個別に設け、それぞれ可動部の揺動周期に同期してＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス状の駆動電流を互いに半周期ずらして供給する構成とすれば、二つのコイルで駆動と振れ角検出を常時行うことができ、一つのコイルで駆動と振れ角検出を時分割して行う従来方式に比べ駆動制御を安定させることができる。
【０１００】
また、本発明の電磁アクチュエータの駆動方法によれば、可動部が静磁界中において揺動状態にあるとき、個別に設けた少なくとも二つの第１及び第２コイルのそれぞれに可動部の揺動周期の半周期毎に切換えて駆動電流を供給すると共に、この各駆動電流を、通電していない側のコイルに発生する誘導起電圧に基づいて生成するようにしたことにより、可動部の揺動を正弦波の共振駆動とすることができる。したがって、可動部の揺動は共振周波数に自動追従することになり、周波数の設定が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による電磁アクチュエータの第１実施形態を概略構成を示す斜視図である。
【図２】 二つのコイルについて他の構成例を示す説明図である。
【図３】 二つのコイルについて更に他の構成例を示す説明図である。
【図４】 第１実施形態の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】 第１実施形態の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図６】 第１実施形態の別の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図７】 第１実施形態の更に別の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図８】 本発明による電磁アクチュエータの第２実施形態の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】 第２実施形態の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図１０】 本発明による電磁アクチュエータの第３実施形態の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】 図１０の制御手段の具体例を示す概略構成図である。
【図１２】 図１０の加算器の具体例を示す概略構成図である。
【図１３】 誘導起電圧とスイッチング信号の関係を示す説明図である。
【図１４】 第３実施形態の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図１５】 本発明による電磁アクチュエータの第４実施形態の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】 第４実施形態の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…可動部
２…トーションバー
３…静磁界発生手段
４…コイル
４ａ…第１コイル
４ｂ…第２コイル
５…駆動制御装置
９ａ…第１駆動電流供給手段
９ｂ…第２駆動電流供給手段
１０…誘導起電圧検出手段
１０ａ…第１誘導起電圧検出手段
１０ｂ…第２誘導起電圧検出手段
１１…制御手段
１２…電流制御部
１３…切換部
１４ａ…第１乗算器
１４ｂ…第２乗算器
１５ａ…第１定電流ドライバ
１５ｂ…第２定電流ドライバ
１６ａ…第１検出増幅器
１６ｂ…第２検出増幅器
１７ａ…第１ピークホールド回路
１７ｂ…第２ピークホールド回路
１９ａ…第１位相検出コンパレータ（位相検出回路）
１９ｂ…第２位相検出コンパレータ（位相検出回路）
２０…スイッチ回路
２０ａ，２０ｂ…スイッチ
２１ａ，２１ｂ…第１補正回路
２２ａ，２２ｂ…第２補正回路
２３ａ，２３ｂ…差動増幅器（第１及び第２出力部）
２５ａ，２５…半波整流器
Claims (20)
- 揺動可能に軸支された可動部の揺動軸方向に平行な対辺部に、コイルを流れる駆動電流と静磁界との相互作用によりローレンツ力を作用させ、可動部を揺動させる電磁アクチュエータであって、
前記コイルを、個別に設けた少なくとも二つの第１及び第２コイルで構成し、該各コイルにそれぞれ駆動電流を供給可能な複数の駆動電流供給手段と、
前記第１及び第２コイルに接続され、前記可動部が揺動状態にあるとき、前記第１及び第２コイルに発生する誘導起電圧を検出する第１及び第２誘導起電圧検出手段と、
前記少なくとも第１及び第２コイルに正弦波状の駆動電流の供給を可能とし、前記第２誘導起電圧検出手段で検出された前記第２コイルの誘導起電圧に基づいて前記第１コイルに供給する駆動電流を制御し、前記第１誘導起電圧検出手段で検出された前記第１コイルの誘導起電圧に基づいて前記第２コイルに供給する駆動電流を制御する電流制御部と、前記第１及び第２駆動電流供給手段による駆動電流の供給動作を前記可動部の揺動周期の半周期ごとに切換える切換部とを有する制御手段と、
を備えて構成したことを特徴とする電磁アクチュエータ。 - 前記電流制御部は、第２誘導起電圧検出手段で検出した誘導起電圧のピーク電圧と振れ角の設定値に対応する入力電圧との差分に応じた制御出力を第１駆動電流供給手段に出力する第１出力部と、第１誘導起電圧検出手段で検出した誘導起電圧のピーク電圧と振れ角の設定値に対応する入力電圧との差分に応じた制御出力を第２駆動電流供給手段に出力する第２出力部と、を備えて構成したことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記電流制御部は、前記第１及び第２出力部にそれぞれ入力する前記入力電圧及び各ピーク電圧を調整して、前記第１及び第２コイルの特性ばらつきを補正する補正回路を備えて構成したことを特徴とする請求項２に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記第１駆動電流供給手段は、前記第２誘導起電圧検出手段で検出された誘導起電圧と前記第１出力部の制御出力とを乗算する第１乗算器と、該第１乗算器の出力に応じた駆動電流を第１コイルに供給する第１電流ドライバとを備え、前記第２駆動電流供給手段は、前記第１誘導起電圧検出手段で検出された誘導起電圧と前記第２出力部の制御出力とを乗算する第２乗算器と、該第２乗算器の出力に応じた駆動電流を第２コイルに供給する第２電流ドライバとを備えて構成したことを特徴とする請求項２または３に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記第１誘導起電圧検出手段は、前記第１コイルに発生した誘導起電圧を検出して増幅する第１検出増幅器と、該第１検出増幅器の出力のピーク電圧を検出する第１ピークホールド回路とを備え、前記第２誘導起電圧検出手段は、前記第２コイルに発生した誘導起電圧を検出して増幅する第２検出増幅器と、該第２検出増幅器の出力のピーク電圧を検出する第２ピークホールド回路とを備えて構成したことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の電磁アクチュエータ。
- 前記切換部は、前記第１または第２誘導起電圧検出手段により検出された誘導起電圧のゼロクロスを検出してスイッチング信号を出力する位相検出回路と、該位相検出回路のスイッチング信号に基づいて前記第１及び第２出力部の制御出力を切換えて出力するスイッチ回路と、を備えて構成したことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の電磁アクチュエータ。
- 前記切換部は、前記第１及び第２誘導起電圧検出手段で検出された正弦波の誘導起電圧を半波整流して前記第１及び第２駆動電流供給手段に供給する整流器を備え、該第１及び第２駆動電流供給手段の駆動電流の供給動作を切換える構成としたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の電磁アクチュエータ。
- 前記第１及び第２コイルは、いずれか一方を前記可動部の表面に、他方をその裏面に、それぞれ可動部の周縁部に沿って敷設した構成としたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の電磁アクチュエータ。
- 前記第１及び第２コイルは、前記可動部の揺動軸線を挟んで該可動部に敷設した構成としたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の電磁アクチュエータ。
- 前記第１及び第２コイルは、前記可動部の周縁部に沿っていずれか一方のコイルを外側に、他方のコイルを内側に敷設した構成としたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の電磁アクチュエータ。
- 揺動可能に軸支された可動部の揺動軸方向に平行な対辺部に、コイルを流れる駆動電流と静磁界との相互作用によりローレンツ力を作用させ、可動部を揺動させる電磁アクチュエータであって、
前記コイルを、個別に設けた複数のコイルで構成し、該各コイルにそれぞれ駆動電流を供給可能な複数の駆動電流供給手段と、
前記可動部が揺動状態にあるとき、コイルに発生する誘導起電圧を検出する少なくとも一つの誘導起電圧検出手段と、
前記複数の駆動電流供給手段の電流供給を制御すると共に、前記誘導起電圧検出手段による誘導起電圧の検出の有無から、前記複数のコイルのいずれかに故障が発生したものと判断し、他のコイルで可動部の駆動を継続するように制御する制御手段と、
を備えて構成したことを特徴とする電磁アクチュエータ。 - 前記コイルは、二つの第１及び第２コイルからなり、一つの誘導起電圧検出手段を前記第２コイルに接続して備えたことを特徴とする請求項１１に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記制御手段は、前記第１コイルへ常時駆動電流を供給する共に、第２コイルの動作モードを、駆動モードと検出モードとを選択的に切換えて可動部の振れ角を制御する構成としたことを特徴とする請求項１２に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記制御手段は、前記第２コイルを検出モードとし、前記誘導起電圧検出手段で検出される誘導起電圧に基づいて第１コイルの駆動電流を制御する構成としたことを特徴とする請求項１３に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記制御手段は、前記第２コイルに対して可動部の揺動周期に同期してＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス状の駆動電流を供給し、駆動電流のＯＦＦ期間に誘導起電圧検出手段で検出される誘導起電圧に基づいて次のＯＮ期間で前記第２コイルに供給する駆動電流を制御する構成としたことを特徴とする請求項１３に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記制御手段は、可動部を駆動する所定時期に前記第２コイルを駆動モードとし、前記第１コイルに発生するローレンツ力と同方向のローレンツ力を発生させるように駆動電流を供給する構成としたことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一つに記載の電磁アクチュエータ。
- 前記制御手段は、可動部を駆動する所定時期に前記第２コイルを駆動モードとし、前記第１コイルに発生するローレンツ力と逆方向のローレンツ力を発生させるように駆動電流を供給する構成としたことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一つに記載の電磁アクチュエータ。
- 前記コイルは二つの第１及び第２コイルからなり、前記誘導起電圧検出手段は、前記第１及び第２コイルに接続する第１及び第２誘導起電圧検出手段からなる構成としたことを特徴とする請求項１１に記載の電磁アクチュエータ。
- 前記制御手段は、前記第１及び第２コイルに対してそれぞれ可動部の揺動周期に同期してＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス状の駆動電流を互いに半周期ずらして供給し、前記第１コイルの駆動電流のＯＦＦ期間に第１誘導起電圧検出手段で検出される誘導起電圧に基づいて次のＯＮ期間で前記第１コイルに供給する駆動電流を制御する一方、前記第２コイルの駆動電流のＯＦＦ期間に第２誘導起電圧検出手段で検出される誘導起電圧に基づいて次のＯＮ期間で前記第２コイルに供給する駆動電流を制御する構成としたことを特徴とする請求項１８に記載の電磁アクチュエータ。
- 揺動可能に軸支された可動部の揺動軸方向に平行な対辺部に、コイルを流れる駆動電流と静磁界との相互作用によりローレンツ力を発生させ、可動部を揺動させる電磁アクチュエータの駆動方法であって、
駆動電流を供給可能な個別に設けた少なくとも二つの第１及び第２コイルにそれぞれ正弦波状の駆動電流を供給し、前記可動部が揺動状態にあるとき、前記第１及び第２コイルに発生する誘導起電圧をそれぞれ検出し、該検出された前記第２コイルの誘導起電圧に基づいて前記第１コイルに供給する駆動電流を制御し、検出された前記第１コイルの誘導起電圧に基づいて前記第２コイルに供給する駆動電流を制御し、前記第１及び第２コイルに供給する駆動電流の供給動作を前記可動部の揺動周期の半周期ごとに切換えるようにしたことを特徴とする電磁アクチュエータの駆動方法。
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