JP6040043B2 - リニアアクチュエーター - Google Patents

Description

本発明は、リニアアクチュエーターに関する。

特許文献１は、リニアアクチュエーターの一例を開示している。リニアアクチュエーターは、第１磁石、第２磁石、可動子、および制御部を有する。可動子は、第１磁石および第２磁石の一方に取り付けられる。可動子は、第１磁石および第２磁石の他方に対して往復動する。制御部は、第１磁石に通電する電流量を電流供給時間により制御し、可動子を第１磁石および第２磁石の他方に対して直線運動させる。

特開２００１−１６８９２号公報

上記リニアアクチュエーターは、物体との接触等により可動子に負荷がかかる。例えば、リニアアクチュエーターを有する除毛器具は、除毛する毛と可動子とが接触したとき、可動子にかかる負荷が大きくなる。このため、可動子にかかる負荷が大きくなるときに駆動量の目標値を大きくすることにより、剃り感を向上できる。このように、リニアアクチュエーターは、負荷に対応した駆動を行うことにより、リニアアクチュエーターの利便性を高めることができる。

本発明は、以上の背景をもとに創作されたものであり、利便性を高めることができるリニアアクチュエーターを提供することを目的とする。

本手段は、「電磁石として形成される第１磁石と、永久磁石または電磁石として形成される第２磁石と、前記第１磁石および前記第２磁石の一方が取り付けられ、前記第１磁石および前記第２磁石の他方に対して直線運動する可動子と、前記第１磁石に通電する電流量を電流供給時間により制御し、前記可動子を前記直線運動させる制御部と前記可動子の変位、前記可動子の往復動の速度、および前記往復動の加速度の少なくとも１つを駆動量として検知する駆動量検知部とを備え、前記制御部は、前記駆動量と前記駆動量の目標値との差分から、前記駆動量を前記目標値に近づける前記電流供給時間のフィードバック制御を行い、前記電流供給時間が増加または減少することに基づいて、前記目標値を切り替えるリニアアクチュエーター」を含む。

上記リニアアクチュエーターは、可動子にかかる負荷が増加または減少するとき、駆動量と駆動量の目標値とのずれが大きくなる。可動子にかかる負荷が減少するとき、電流供給時間に対する駆動量は大きくなる。このため、可動子にかかる負荷が減少するとき、電流供給時間は小さくなる方向にフィードバック制御される。また、可動子にかかる負荷が増加するとき、電流供給時間に対する駆動量は小さくなる。このため、可動子にかかる負荷が増加するとき、電流供給時間は大きくなる方向にフィードバック制御される。

上記リニアアクチュエーターは、電流供給時間が増加または減少することに基づいて、目標値を切り替える。すなわち、負荷に応じて目標値を切り替えることができる。このため、リニアアクチュエーターの利便性を高めることができる。

上記手段の一形態は、「前記制御部は、前記目標値に応じて切り替えられる前記電流供給時間を制限する上限値を有し、前記電流供給時間の単位時間における和である総供給時間が所定時間よりも大きくなることに基づいて前記上限値を小さくするリニアアクチュエーター」を含む。

上記手段の一形態は、「前記制御部は、前記目標値として最終目標値と、前記最終目標値と切り替え前の前記目標値との間の中間目標値とを有し、前記目標値を切り替えるとき、前記中間目標値を経て前記最終目標値に段階的に切り替えるリニアアクチュエーター」を含む。

上記手段の一形態は、「前記制御部は、前記駆動量と前記駆動量の目標値との差分から積分制御または微分積分制御を用いて前記駆動量を前記目標値に近づける前記電流供給時間の前記フィードバック制御を行い、前記目標値の切り替え後において前記駆動量と切り替えた前記目標値との差分が所定差分よりも大きい値から前記所定差分以下に変化したとき、前記積分制御または前記微分積分制御における累積偏差を「０」にする、または「０」に近づけるリニアアクチュエーター」を含む。

上記手段の一形態は、「前記制御部は、前記駆動量と前記駆動量の目標値との差分から微分制御または微分積分制御を用いて前記駆動量を前記目標値に近づける前記電流供給時間の前記フィードバック制御を行い、前記目標値を切り替えるときの演算周期、または前記目標値を切り替えた直後の演算周期における微分ゲインを「０」にする、または「０」に近づける補正を行うリニアアクチュエーター」を含む。

本手段は、「電磁石として形成される第１磁石と、永久磁石または電磁石として形成される第２磁石と、前記第１磁石および前記第２磁石の一方が取り付けられ、前記第１磁石および前記第２磁石の他方に対して直線運動する可動子と、前記第１磁石に通電する電流量を電流供給時間により制御し、前記可動子を前記直線運動させる制御部と前記可動子の変位、前記可動子の往復動の速度、および前記往復動の加速度の少なくとも１つを駆動量として検知する駆動量検知部とを備え、前記制御部は、前記駆動量と前記駆動量の目標値との差分から、前記駆動量を前記目標値に近づける前記電流供給時間のフィードバック制御を行い、前記電流供給時間が増加または減少することに基づいて、前記可動子にかかる負荷の増減を判定するリニアアクチュエーター」を含む。

上記リニアアクチュエーターは、電流供給時間が増加または減少することに基づいて、可動子にかかる負荷の増減を判定することができる。このため、負荷に応じてリニアアクチュエーターを制御することができる。このため、リニアアクチュエーターの利便性を高めることができる。

本リニアアクチュエーターは、利便性を高めることができる。

第１実施形態のリニアアクチュエーター１の全体的な構成を示す模式図。 第１実施形態のリニアアクチュエーター１の電気的な構成を示すブロック図。 第１実施形態の目標値変更処理の実行態様の一例を示すタイミングチャート。 第１実施形態の目標値変更処理の実行態様の一例を示すタイミングチャート。 第１実施形態の目標値変更処理の実行態様の一例を示すタイミングチャート。 第２実施形態の目標値変更処理の実行態様の一例を示すタイミングチャート。 第３実施形態の目標値変更処理の実行態様の一例を示すタイミングチャート。 第４実施形態の目標値変更処理の実行態様の一例を示すタイミングチャート。

（第１実施形態）
図１を参照して、電気かみそりとしてのリニアアクチュエーター１の構成について説明する。

リニアアクチュエーター１は、フレーム１１、可動刃１２、駆動部２０、制御部３０、および振幅制御部４０を有する。また、リニアアクチュエーター１は、電源５０として電池を用いる。なお、振幅制御部４０は、「駆動量検知部」に相当する。

フレーム１１は、可動刃１２、駆動部２０、制御部３０、および電源５０を収容する。フレーム１１は、外刃（図示略）を保持する。
駆動部２０は、固定子２１、可動子２２、第１磁石２３、第２磁石２４、およびばね２５を有する。

固定子２１は、フレーム１１に固定されている。固定子２１は、開口部２１Ａを有する。可動子２２は、開口部２１Ａの内部において、ばね２５を介して固定子２１に取り付けられている。可動子２２は、固定子２１に対して往復動方向Ｘに直線運動する。可動子２２は、往復動する。可動子２２は、可動刃１２を保持する。ばね２５は、可動子２２の往復動方向Ｘの両端部と開口部２１Ａの内周面とを接続する。

第１磁石２３は、電磁石として形成されている。第１磁石２３は、コイル２３Ａを有する。第１磁石２３は、固定子２１に取り付けられている。第１磁石２３は、例えば磁性材料の焼結体または磁性材料の鉄板を積層したものにコイル２３Ａが巻回されることにより形成されている。

第２磁石２４は、永久磁石として形成されている。第２磁石２４は、Ｎ極２４ＡおよびＳ極２４Ｂを有する。第２磁石２４は、可動子２２に取り付けられている。具体的には、Ｎ極２４ＡおよびＳ極２４Ｂは、往復動方向Ｘに並んで可動子２２に着磁されている。Ｎ極２４ＡおよびＳ極２４Ｂは、所定のギャップを介してコイル２３Ａと対向する。

制御部３０は、制御出力部３１および駆動回路３３を有する。
制御部３０は、コイル２３Ａに電力を供給する。制御部３０は、コイル２３Ａに供給する電流の方向を切り替える。制御部３０は、コイル２３Ａに供給する電流量を制御する。

図２を参照して制御部３０の構成について説明する。
駆動回路３３は、コイル２３Ａに接続されている。駆動回路３３は、電源５０（図１参照）からの電源電圧Ｖｃｃに基づいて動作し、コイル２３Ａに駆動電流Ｉｄを供給する。

振幅制御部４０はコイル２３Ａに接続されている。振幅制御部４０は、コイル２３Ａに生じる誘起電圧から可動子２２の振幅を検出する。振幅制御部４０は、検出した振幅情報を制御出力部３１に出力する。制御部３０は、振幅制御部４０からの出力に応じてＰＩＤ制御によるフィードバック制御を行う。ＰＩＤ制御は、微分制御および積分制御を有している。

制御出力部３１は、振幅制御部４０からの出力に基づいてコイル２３Ａへの駆動電流ＩｄをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。すなわち、制御出力部３１は、駆動回路３３にＰＷＭ信号を出力する。制御出力部３１は、可動子２２の重量およびばね２５のばね定数等によって決定されるリニアアクチュエーター１の機械的な共振周波数に同期した周波数で駆動電流Ｉｄがコイル２３Ａに供給されるようにＰＷＭ信号を生成する。なお、制御出力部３１には、電源５０からの電源電圧Ｖｃｃに基づき定電圧電源６０にて生成された定電圧が動作電圧として供給される。

駆動電流Ｉｄがコイル２３Ａに流れるとき、可動子２２および第２磁石２４は、駆動電流Ｉｄの流れる方向に応じてばね２５を撓ませつつ往復動方向Ｘに駆動する。そして、制御出力部３１の制御によって駆動電流Ｉｄの流れる方向が適宜なタイミングで切り換えられると、可動子２２が往復動方向Ｘに往復動される。可動刃１２は、可動子２２に保持されている。このため、可動子２２とともに可動刃１２が固定子２１に対して往復動する。このとき、外刃（図示略）の内部に導入された毛は、外刃（図示略）と往復動する可動刃１２との間に挟まれることにより切除される。

駆動回路３３の内部構成例を説明する。
駆動回路３３は、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子からなるフルブリッジ回路として構成されている。駆動回路３３は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３間の接続点とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４間の接続点との間に、コイル２３Ａが接続されている。駆動回路３３は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４のペアとスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のペアとが制御出力部３１からのＰＷＭ信号に基づいて交互にオンされる。このとき、コイル２３Ａに流す駆動電流Ｉｄの方向が切り替えられて可動子２２が往復動する。

振幅制御部４０の内部構成例を説明する。
振幅制御部４０は、増幅回路４１、比較回路４２，４３、マイクロコントローラ（以下、「マイコン」）４４、および振幅換算回路４５を有する。

増幅回路４１は、コイル２３Ａの両端電圧、つまりコイル２３Ａに生じる誘起電圧Ｅを増幅し、その増幅後の増幅電圧Ｖｎを比較回路４２，４３に出力する。比較回路４２は、零電圧である基準電圧Ｖ０と増幅電圧Ｖｎとを比較し、その比較結果に応じた信号レベルの出力信号Ｓ１をマイコン４４内の振幅換算回路４５に出力する。比較回路４３は、基準電圧Ｖ０よりも所定電圧低い基準電圧Ｖ１と上記増幅電圧Ｖｎとを比較し、その比較結果に応じた信号レベルの出力信号Ｓ２を振幅換算回路４５に出力する。なお、基準電圧Ｖ１は、基準電圧Ｖ０よりも所定電圧高い電圧に設定してもよい。

マイコン４４は、振幅換算回路４５を有する。振幅換算回路４５は、出力信号Ｓ１の信号レベルに基づいて、増幅電圧Ｖｎが基準電圧Ｖ０（＝０Ｖ）と同電圧になった時間Ｔ０を検出し、その時間Ｔ０を可動子２２の振幅の折り返し点として判断する。具体的には、コイル２３Ａには、可動子２２の往復動に応じて正弦波状の誘起電圧Ｅが生じる。誘起電圧Ｅの波形はリニアアクチュエーター１の機械的な共振周波数と同一周波数である。また、誘起電圧Ｅは、可動子２２の基準位置からの差である変位、速度、加速度、および直線運増の方向等に応じて変化する。誘起電圧Ｅは、可動子２２の速度が大きくなるにしたがって大きくなる。例えば、可動子２２が往復動方向Ｘの端部に達した時、すなわち可動子２２の速度が「０」になったとき、可動子２２に取り付けられる第２磁石２４の動きが一旦止まる。このため、磁束の変化がなくなる。このため、誘起電圧Ｅが「０」となる。したがって、コイル２３Ａの誘起電圧Ｅ（増幅電圧Ｖｎ）が「０」となる時点は、可動子２２の直線運動の方向が切り替わる折り返し点と対応する。

振幅換算回路４５は、出力信号Ｓ２の信号レベルに基づいて、増幅電圧Ｖｎが基準電圧Ｖ１と同電圧になった時間Ｔ１を検出する。さらに、振幅換算回路４５は、時間Ｔ１から時間Ｔ０までの時間差Ｔｓを検出し、時間差Ｔｓに基づき可動子２２の変位（以下、「変位Ｙ」）を求める。なお、変位Ｙは、「駆動力」に相当する。

振幅換算回路４５は、誘起電圧Ｅが所定の電圧（基準電圧Ｖ１）になった時から振幅の折り返しタイミング（時間Ｔ０）までの時間（時間差Ｔｓ）を算出する。リニアアクチュエーター１は、一定周波数で振動し、可動子２２の位置および速度は正弦曲線として変化する。このため、時間差Ｔｓを測定することにより、リニアアクチュエーター１の駆動状態（正弦曲線）を唯一に特定することができる。このため、時間差Ｔｓに基づいて、可動子２２の位置としての変位Ｙを唯一に特定することができる。

コイル２３Ａの誘起電圧Ｅは、電磁力と振幅と周波数とにより決定され、ここでの変動は可動子２２の振幅のみに依存する。このため、可動子２２の振幅が大きくなるほど誘起電圧Ｅも大きくなる。このため、可動子２２の振幅が大きくなるほど時間差Ｔｓは短くなる。逆に、可動子２２の振幅が小さくなるほど時間差Ｔｓは長くなる。これにより、この時間差Ｔｓを変位Ｙとして換算することができる。なお、振幅換算回路４５による変位Ｙの検出は、コイル２３Ａに駆動電流Ｉｄが流れていない非通電期間に実行されることが好ましい。

なお、基準電圧Ｖ１を基準電圧Ｖ０よりも所定電圧高い電圧に設定した場合には、増幅電圧Ｖｎが基準電圧Ｖ０と同電圧になった時間Ｔ０から増幅電圧Ｖｎが基準電圧Ｖ１と同電圧になった時間Ｔ１までの時間差Ｔｓを検出して変位Ｙを求めればよい。

振幅換算回路４５は、変位Ｙを制御出力部３１に出力する。
制御出力部３１は、振幅換算回路４５にて検出された振幅の折り返しタイミングに合わせて駆動電流Ｉｄの出力タイミングを制御するようにＰＷＭ信号を生成する。具体的には、制御出力部３１は、振幅換算回路４５にて検出された振幅の折り返しタイミングに合わせて駆動電流Ｉｄの出力タイミングを制御するようにＰＷＭ信号を生成する。具体的には、制御出力部３１は、振幅の折り返し点から所定時間Ｔａ後にスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４を所定時間Ｔｂの間オンさせて第１方向の駆動電流Ｉｄをコイル２３Ａに供給させる。また、制御出力部３１は、振幅の折り返し点から所定時間Ｔｃ（＞Ｔａ＋Ｔｂ）後にスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を所定時間Ｔｄの間オンさせて第１方向とは反対方向の駆動電流Ｉｄをコイル２３Ａに供給させる。以下では、１周期における所定時間Ｔｂおよび所定時間Ｔｂおよび所定時間Ｔｄの和を「電流供給時間Ｄ」とする。

制御出力部３１は、変位Ｙに基づいて、可動子２２の変位Ｙの最大幅が変位Ｙの目標値（以下、「目標値Ｗ」）と一致するようにＰＷＭ信号を生成する。具体的には、制御出力部３１は、可動子２２の変位Ｙが目標値Ｗに一致するように、所定時間Ｔｂ，Ｔｄの長さ、すなわちデューティ比を制御して駆動電流Ｉｄの電流量を制御する。また、制御出力部３１は、算出した電流供給時間Ｄを順次記憶する。制御出力部３１は、電流供給時間Ｄに基づいて、目標値Ｗを切り替える。制御出力部３１は、目標値Ｗに対して設定される上限値ＤＸを有する。制御出力部３１は、算出された電流供給時間Ｄが上限値ＤＸよりも大きいとき、電流供給時間Ｄを上限値ＤＸに制限する。

可動子２２の変位Ｙは、制御出力部３１によるフィードバック制御により、目標値Ｗと一致するように制御される。可動子２２にかかる負荷（以下、「負荷Ａ」）が大きくなるとき、電流供給時間Ｄに対する変位Ｙは減少する。このため、フィードバック制御において、次の周期における電流供給時間Ｄが大きくなる。また、負荷Ａが減少するとき、電流供給時間Ｄに対する変位Ｙは増大する。このため、フィードバック制御において、次の周期における電流供給時間Ｄが小さくなる。なお、所定時間Ｔｂおよび所定時間Ｔｄの演算は、所定時間Ｔａの期間に行うことができる。

リニアアクチュエーター１は、固定子２１に固定された外刃（図示略）と、可動子２２に接続される可動刃１２とに毛が挟まれることにより、毛が切除される。このため、リニアアクチュエーター１は、毛を切断するとき、負荷Ａが大きくなる。負荷Ａの変化量は、毛の量と相関する。負荷Ａは、切断する毛が多いほど大きくなる。また、毛が切断され終えると、負荷Ａは減少する。リニアアクチュエーター１は、毛の切断時において、変位Ｙを大きくすることにより、毛の切断をなめらかに行うことができる。このため、制御出力部３１は、負荷Ａと相関する電流供給時間Ｄに基づいて、目標値Ｗを切り替えている。具体的には、制御出力部３１は、電流供給時間Ｄに基づいて予め設定された目標値切替条件が満たされると判定したとき、目標値変更処理を実行し、変位の目標値Ｗを切り替える。

制御部３０は、目標値切替条件に応じて目標値変更処理としての以下の（処理Ｃ１）〜（処理Ｃ５）を実行する。
（処理Ｃ１）制御部３０は、電流供給時間Ｄが所定周期にわたり下限閾値ＤＡを下回ったとき、目標値Ｗをそのときの目標値ＷＡよりも大きい目標値ＷＢに切り替え、フィードバック制御における比例ゲインを大きく変更する。

（処理Ｃ２）制御部３０は、電流供給時間Ｄが所定周期にわたり上限閾値ＤＢを上回ったとき、目標値Ｗをそのときの目標値ＷＡよりも小さい目標値ＷＢに切り替え、フィードバック制御における比例ゲインを小さく変更する。

（処理Ｃ３）制御部３０は、電流供給時間Ｄが所定周期において振動しながら減少し、かつ電流供給時間Ｄの変化幅ΔＤが下限範囲ΔＤＡを上回ったとき、目標値ＷをそのときのＡよりも大きい目標値ＷＢに切り替える。また、フィードバック制御における微分ゲインをより小さく変更し、積分ゲインをより大きく変更する。

（処理Ｃ４）制御部３０は、電流供給時間Ｄが所定周期において振動しながら増加し、かつ電流供給時間Ｄの変化幅ΔＤが上限範囲ΔＤＢを上回ったとき、目標値ＷＡよりも小さい目標値ＷＢに切り替える。また、フィードバック制御における微分ゲインをより小さく変更し、積分ゲインをより大きく変更する。

（処理Ｃ５）制御部３０は、電流供給時間Ｄが所定周期にわたり上限値ＤＸを維持したとき、目標値Ｗを小さいものに切り替える。また、目標値Ｗの変更にともなって上限値ＤＸをより小さく変更する。

図３は、負荷Ａが経時的に減少した後、一定の値になる場合の目標値変更処理の実行態様の一例を示す。この場合、制御部３０は、処理Ｃ１を実行する。
時刻ｔ１０は、負荷Ａが減少を開始した時刻を示す。

時刻ｔ１１は、負荷Ａの減少が停止した時刻を示す。時刻ｔ１１以降において、負荷Ａは一定となる。
時刻ｔ１０〜ｔ１１の期間、すなわち負荷Ａが減少している期間において、負荷Ａの減少にともなって変位Ｙは増加する。このため、変位Ｙの増加にともなって電流供給時間Ｄは小さくなるようにフィードバック制御される。

負荷Ａが十分に小さくなったとき、電流供給時間Ｄは下限閾値ＤＡを下回る。また、負荷Ａの変化が一定になるとき、電流供給時間Ｄは一定になる。このため、電流供給時間Ｄが所定周期（例えば、３周期）にわたり下限閾値ＤＡを下回ったとき、変位Ｙの目標値Ｗを変更前の目標値ＷＡよりも小さい目標値ＷＢに切り替える。また、ＰＩＤ制御における比例ゲインがより大きくなるように変更される。

時刻ｔ１２は、電流供給時間Ｄが所定周期にわたり下限閾値ＤＡを下回った時刻を示す。このとき、目標値Ｗが目標値ＷＢに切り替えられ、比例ゲインが変更される。時刻ｔ１２以降において、電流供給時間Ｄは、切り替えられた目標値ＷＢに応じて小さく変更される。時刻ｔ１２以降において負荷Ａは一定となるため、変位Ｙはフィードバック制御により目標値ＷＢに収束する。また、電流供給時間Ｄは、フィードバック制御により一定の値に収束する。

図４は、負荷Ａが振動しながら減少した後、一定の値になる場合の目標値変更処理の実行態様の一例を示す。この場合、制御部３０は、処理Ｃ３を実行する。
時刻ｔ２０は、負荷Ａが減少を開始した時刻を示す。

時刻ｔ２１は、負荷Ａの減少が停止した時刻を示す。時刻ｔ２１以降において、負荷Ａは一定となる。
時刻ｔ２０〜ｔ２１の期間、すなわち負荷Ａが振動しながら減少している期間において、負荷Ａの減少にともなって変位Ｙは振動しながら増加する。このため、変位Ｙの増加にともなって電流供給時間Ｄは小さくなるようにフィードバック制御される。

電流供給時間Ｄが所定周期（例えば、３周期）において振動しながら減少し、かつ変化幅が下限範囲ΔＤＡを下回ったとき、変位Ｙの目標値Ｗを変更前の目標値ＷＡよりも小さい目標値ＷＢに切り替える。また、フィードバック制御における微分ゲインがより小さく変更され、積分ゲインがより大きく変更される。

電流供給時間Ｄが所定周期において振動しながら減少しているか否かの判定は、連続する２周期における電流供給時間Ｄの変化について、電流供給時間Ｄが増加した回数および減少した回数のいずれが多いかで判定される。所定周期（例えば、３周期）において、電流供給時間Ｄが増加した回数が、電流供給時間Ｄが減少した回数よりも多いとき、電流供給時間Ｄは振動しながら増加している旨が判定される。所定周期において、電流供給時間Ｄが減少した回数が、電流供給時間Ｄが増加した回数よりも多いとき、電流供給時間Ｄは振動しながら減少している旨が判定される。

時刻ｔ２２は、電流供給時間Ｄが所定周期において振動しながら減少している旨判定された時刻を示す。このとき、目標値Ｗは、目標値ＷＡから目標値ＷＢに切り替えられる。時刻ｔ２２以降において、電流供給時間Ｄは、目標値ＷＢに応じて小さく変更される。また、時刻ｔ２２以降において負荷Ａが一定となるため、変位Ｙはフィードバック制御により目標値ＷＢに収束する。また、電流供給時間Ｄは、フィードバック制御により一定の値に収束する。

図５は、負荷Ａが経時的に増加した後、一定の値になる場合の目標値変更処理の実行態様の一例を示す。この場合、制御部３０は、処理Ｃ５を実行する。
時刻ｔ３０は、負荷Ａが増加を開始した時刻を示す。

時刻ｔ３１は、負荷Ａの増加が停止した時刻を示す。時刻ｔ３１以降において、負荷Ａは一定となる。
時刻ｔ３０〜ｔ３１、すなわち負荷Ａが増加している期間において、負荷Ａの増加にともなって変位Ｙは減少する。このため、変位Ｙの減少にともなって電流供給時間Ｄは大きくなるようにフィードバック制御される。また、時刻ｔ３１において、電流供給時間Ｄは上限値ＤＸに達する。

時刻ｔ３２は、電流供給時間Ｄが所定周期（例えば、３周期）にわたり上限値ＤＸ以上を継続した時刻を示す。このとき、電流供給時間Ｄの所定周期における和（以下、「総供給時間ＤＳ」）は、所定時間ＤＬよりも大きくなる。なお、総供給時間ＤＳは、所定周期を３周期としたとき、上限値ＤＸの３倍付近、かつ上限値ＤＸの３倍以下と対応する。このとき、変位Ｙの目標値Ｗを変更前の目標値ＷＡよりも小さい目標値ＷＢに切り替える。このとき、電流供給時間Ｄの上限値ＤＸは、より小さくなるように変更される。時刻ｔ３２以降において、電流供給時間Ｄは、切り替えられた目標値Ｗに応じて小さく変更される。時刻ｔ３２以降において、負荷Ａが一定になるため、変位Ｙはフィードバック制御により目標値ＷＢに収束する。また、電流供給時間Ｄは、フィードバック制御により一定の値に収束する。

リニアアクチュエーター１の作用について説明する。
リニアアクチュエーター１は、電流供給時間Ｄが増加または減少したとき、目標値Ｗを切り替える。電流供給時間Ｄの増加または減少は、負荷Ａの増加または減少と相関する。このため、リニアアクチュエーター１は、負荷Ａに応じた目標値Ｗの切り替えを行うことができる。

リニアアクチュエーター１は、以下の効果を奏する。
（１）リニアアクチュエーター１は、可動子２２にかかる負荷Ａが増加または減少したとき、変位Ｙと目標値Ｗとのずれが大きくなる。負荷Ａが減少するとき、電流供給時間Ｄに対する変位Ｙは大きくなる。このため、負荷Ａが減少するとき、電流供給時間Ｄは小さくなる方向にフィードバック制御される。また、負荷Ａが増加するとき、電流供給時間Ｄに対する変位Ｙは小さくなる。このため、負荷Ａが増加するとき、電流供給時間Ｄは大きくなる方向にフィードバック制御される。

リニアアクチュエーター１は、電流供給時間Ｄが増加または減少することに基づいて、目標値Ｗを切り替える。すなわち、負荷Ａに応じて目標値Ｗを切り替えることができる。このため、リニアアクチュエーター１の利便性を高めることができる。

（２）リニアアクチュエーター１は、電流供給時間Ｄを用いて負荷Ａの増減に応じた制御を行っている。このため、負荷Ａの増減を検知するための回路構成、例えば変位Ｙと過去の変位Ｙとを比較することにより負荷Ａを検知する負荷電流検出回路等を用いずに負荷Ａに応じた制御を実行することができる。

（３）電流供給時間Ｄの単位時間における和が所定時間よりも大きいとき、負荷Ａが異常な状態であることが推定される。リニアアクチュエーター１は、電流供給時間Ｄの単位時間における和である総供給時間ＤＳが所定時間ＤＬよりも大きくなることに基づいて上限値ＤＸを小さくする。このため、電流供給時間Ｄが過度に大きくなることを抑制できる。換言すれば、リニアアクチュエーター１は、総供給時間ＤＳが所定時間ＤＬよりも大きくなることに基づいて負荷Ａが異常な状態であることを判定できる。また、電流供給時間Ｄの上限値ＤＸを小さくすることにより、過電流による発熱を抑制することができる。

（４）リニアアクチュエーター１は、目標値Ｗを切り替えるとき、比例ゲイン、微分ゲイン、および積分ゲインを切り替えている。このため、変位Ｙ、および電流供給時間Ｄの振動を制御できる。このため、目標値Ｗの切り替え時における可動子２２の動作が不安定になることを抑制できる。このため、変位Ｙを目標値Ｗが収束する時間を短くすることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態のリニアアクチュエーター１は、第１実施形態のリニアアクチュエーター１と比較して次の部分において異なる構成を有し、その他の部分において同一の構成を有する。すなわち、リニアアクチュエーター１は、目標値Ｗを段階的に切り替えている。なお、第２実施形態のリニアアクチュエーター１の説明は、第１実施形態のリニアアクチュエーター１と共通する構成に対して、第１実施形態のリニアアクチュエーター１と同一の符号を付している。

制御部３０は、目標値切替条件に応じて目標値Ｗをそのときの目標値ＷＡから目標値ＷＢに変更するとき、切り替え前の目標値ＷＡから中間目標値を経て最終目標値ＷＢに段階的に変更する。中間目標値は、目標値ＷＡと最終目標値ＷＢとの中間の値が設定される。

図６は、負荷Ａが経時的に減少した後、一定の値になる場合の目標値変更処理の実行態様の一例を示す。この場合、制御部３０は、処理Ｃ１を実行する。
時刻ｔ４１は、負荷Ａの減少が停止した時刻を示す。時刻ｔ４１以降において、負荷Ａは一定となる。

負荷Ａが十分に小さくなったとき、電流供給時間Ｄは下限閾値ＤＡを下回る。また、負荷Ａの変化が一定になるとき、電流供給時間Ｄは一定になる。このため、電流供給時間Ｄが所定周期（例えば、３周期）にわたり下限閾値ＤＡを下回ったとき、変位Ｙの目標値Ｗをより小さい最終目標値ＷＢに向かって段階的に切り替える。また、目標値Ｗの切り替え毎にＰＩＤ制御における比例ゲインがより大きくなるように変更される。

時刻ｔ４２は、目標値Ｗが中間目標値Ｗ１に切り替えられた時刻を示す。時刻ｔ４２以降において、目標値Ｗは、段階的に小さくなる。
時刻ｔ４３は、目標値Ｗが中間目標値Ｗ２に切り替えられた時刻を示す。目標値Ｗは、変位Ｙが中間目標値Ｗ１よりも小さく、かつ中間目標値Ｗ１よりも所定値ΔＷ１だけ小さくなったとき、中間目標値Ｗ１よりも小さい中間目標値Ｗ２に切り替えられる。

時刻ｔ４４は、目標値Ｗが中間目標値Ｗ３に切り替えられた時刻を示す。目標値Ｗは、変位Ｙが中間目標値Ｗ２よりも小さく、かつ中間目標値Ｗ２よりも所定値ΔＷ２だけ小さくなったとき、中間目標値Ｗ２よりも小さい中間目標値Ｗ３に切り替えられる。

時刻ｔ４５は、目標値Ｗが最終目標値ＷＢに切り替えられた時刻を示す。最終目標値ＷＢは、変位Ｙが中間目標値Ｗ３よりも小さく、かつ中間目標値Ｗ３よりも所定値ΔＷ３だけ小さくなったとき、中間目標値Ｗ３よりも小さい最終目標値ＷＢに切り替えられる。

時刻ｔ４５以降は、負荷Ａが一定となっているため、変位Ｙはフィードバック制御により最終目標値ＷＢに収束する。また、電流供給時間Ｄは、フィードバック制御により一定の値に収束する。

第２実施形態のリニアアクチュエーター１は、第１実施形態の（１）〜（４）の効果に加えて以下の効果を奏する。
（５）リニアアクチュエーター１は、目標値Ｗを切り替えるとき、切り替え前の目標値ＷＡから中間目標値Ｗ１〜Ｗ３を経て最終目標値ＷＢに段階的に切り替える。このため、目標値Ｗが変化したことにともなって、変位Ｙが急激に変化することを抑制できる。

（第３実施形態）
第３実施形態のリニアアクチュエーター１は、第１実施形態のリニアアクチュエーター１と比較して次の部分において異なる構成を有し、その他の部分において同一の構成を有する。すなわち、第３実施形態のリニアアクチュエーター１は、目標値Ｗが切り替えられたとき、積分制御における累積偏差Ｂを「０」にしている。なお、第３実施形態のリニアアクチュエーター１の説明は、第１実施形態のリニアアクチュエーター１と共通する構成に対して、第１実施形態のリニアアクチュエーター１と同一の符号を付している。

制御部３０は、目標値Ｗを目標値ＷＡから目標値ＷＢに切り替えた後、変位Ｙと目標値ＷＢとの差分が所定差分よりも大きい値から所定差分以下に変化したとき、積分制御における累積偏差Ｂを「０」にする。

図７は、処理Ｃ１、処理Ｃ２、または処理Ｃ５により目標値Ｗがより小さい値に変化されたときの目標値変更処理の実行態様の一例を示す。
時刻ｔ５１は、目標値Ｗが切り替えられた時刻を示す。時刻ｔ５１以降において、電流供給時間Ｄは、切り替えられた目標値ＷＢに応じて小さく変更される。時刻ｔ５１以降において、負荷Ａが一定となるため、変位Ｙはフィードバック制御により目標値ＷＢに収束する。また、電流供給時間Ｄは、フィードバック制御により一定の値に収束する。また、目標値ＷＢの切り替えにともない累積偏差Ｂが減少を始める。

時刻ｔ５２は、変位Ｙが目標値ＷＢを下回り、かつ目標値Ｗよりも所定値ΔＹＡだけ小さい値に変化した周期の直後の演算周期の開始時刻を示す。このとき、フィードバック制御における積分制御に発生する累積偏差Ｂがクリアされて「０」に設定される。

第３実施形態のリニアアクチュエーター１は、第１実施形態の（１）〜（４）の効果に加えて以下の効果を奏する。
（６）リニアアクチュエーター１は、目標値Ｗの切り替えにともなって累積偏差Ｂを「０」にしている。このため、目標値Ｗの切り替え前の累積偏差Ｂの影響がなくなる。このため、累積偏差Ｂを「０」にしない仮想のリニアアクチュエーター１（図７の二点鎖線）と比較して、目標値Ｗの切り替え後に変位Ｙが目標値Ｗに到達するまでの時間が長くなるおそれが低減される。

（第４実施形態）
第３実施形態のリニアアクチュエーター１は、第１実施形態のリニアアクチュエーター１と比較して次の部分において異なる構成を有し、その他の部分において同一の構成を有する。すなわち、第３実施形態のリニアアクチュエーター１は、目標値Ｗが切り替えられたとき、累積偏差Ｂを「０」にしている。なお、第３実施形態のリニアアクチュエーター１の説明は、第１実施形態のリニアアクチュエーター１と共通する構成に対して、第１実施形態のリニアアクチュエーター１と同一の符号を付している。

制御部３０は、目標値Ｗを目標値ＷＡから目標値ＷＢに切り替える演算周期において、微分制御における微分ゲインを「０」に補正する。
図８は、処理Ｃ２、または処理Ｃ４により目標値Ｗがより大きい値に変化されたときの目標値変更処理の実行態様の一例を示す。

時刻ｔ６１は、目標値Ｗが切り替えられた時刻を示す。時刻ｔ６１以降において、電流供給時間Ｄは、切り替えられる前の目標値ＷＡよりも大きい目標値ＷＢに変更される。時刻ｔ６１以降において、負荷Ａが一定となっているため、変位Ｙはフィードバック制御により目標値ＷＢに収束する。また、電流供給時間Ｄは、フィードバック制御により一定の値に収束する。このとき、微分制御の微分ゲインは、「０」に補正される。

時刻ｔ６２は、目標値Ｗが切り替えられた直後の微分制御が実行される演算周期の時刻を示す。このとき、微分制御の微分ゲインの「０」の補正が終了され、時刻ｔ６２以降は通常の微分ゲインにより微分制御が実行される。

第４実施形態のリニアアクチュエーター１は、第１実施形態の（１）〜（４）の効果に加えて以下の効果を奏する。
（７）微分ゲインを「０」に補正しない仮想のリニアアクチュエーター（図８の二点鎖線）は、切り替えられる前の目標値ＷＡと切り替え後の目標値ＷＢとの偏差に応じて変位Ｙにオーバーシュートが発生する。

リニアアクチュエーター１は、目標値Ｗの切り替えにともなって目標値Ｗを切り替えるときの演算周期における微分ゲインを「０」に補正にしている。このため、目標値Ｗの切り替えにおける目標値Ｗの偏差の影響がなくなる。このため、仮想のリニアアクチュエーター（図８の二点鎖線）と比較して、目標値Ｗを切り替えた直後の変位Ｙのオーバーシュート量を低減できる。このため、目標値Ｗの切り替え後に変位Ｙが目標値Ｗに到達するまでの時間が長くなるおそれが低減される。

（８）リニアアクチュエーター１は、目標値Ｗの切り替えにともなって目標値Ｗを切り替えるときの１演算周期における微分ゲインのみを「０」に補正している。これにより、微分ゲインを「０」とする補正を継続することにより、微分ゲインによって得られる負荷応答性能が悪化するおそれを低減できる。

（その他の実施形態）
本除毛器具は、上記各実施形態以外の実施形態を含む。以下、本除毛器具のその他の実施形態としての上記各実施形態の変形例を示す。なお、以下の各変形例は、互いに組み合わせることができる。

・第３実施形態のリニアアクチュエーター１は、目標値Ｗが切り替えられたとき、累積偏差Ｂを「０」にしている。ただし、リニアアクチュエーター１の構成はこれに限られない。例えば、変形例のリニアアクチュエーター１は、目標値Ｗが切り替えられたとき、累積偏差Ｂを「０」に近づける。

・第３実施形態のリニアアクチュエーター１に、さらに次の構成を加えることもできる。この変形例のリニアアクチュエーター１は、電流供給時間Ｄの下限値を有する。リニアアクチュエーター１は、目標値Ｗをより小さい値に切り替えるとき、電流供給時間Ｄの下限値をより小さい値に変更する。この構成によれば、より短い時間で切り替え後の目標値ＷＢに到達できる。また、リニアアクチュエーター１においては、負の推力を発生させるブレーキ装置を備えると、構成が複雑になる。この変形例のリニアアクチュエーター１は、ブレーキ装置等を備えて負の推力を発生させる構成と比較して、簡単な構成で変位Ｙの減少速度を大きくすることができる。

・第４実施形態のリニアアクチュエーター１は、目標値Ｗが切り替えられたとき、微分ゲインを「０」に補正している。ただし、リニアアクチュエーター１の構成はこれに限られない。例えば、変形例のリニアアクチュエーター１は、目標値Ｗが切り替えられたとき、微分ゲインを「０」に近づける補正を行う。

・第４実施形態のリニアアクチュエーター１は、目標値Ｗが切り替えられるときの演算周期の微分ゲインを「０」に補正している。ただし、リニアアクチュエーター１の構成はこれに限られない。例えば、変形例のリニアアクチュエーター１は、目標値Ｗが切り替えられた直後の演算周期における微分ゲインを「０」に補正している。

・第４実施形態のリニアアクチュエーター１は、目標値Ｗが切り替えにともない１演算周期の微分ゲインを「０」に補正している。ただし、リニアアクチュエーター１の構成はこれに限られない。例えば、変形例のリニアアクチュエーター１は、目標値Ｗが切り替えられた直後から所定の周期にわたり微分ゲインを「０」に補正している。

・第３実施形態および第４実施形態を組み合わせることもできる。すなわち、第３実施形態のリニアアクチュエーター１において、目標値Ｗが切り替えられるときの演算周期の微分ゲインを「０」にする。この変形例のリニアアクチュエーター１は、目標値Ｗが切り替えられた後において、変位Ｙを目標値Ｗにより早く収束させることができる。

・各実施形態のリニアアクチュエーター１は、目標値Ｗを切り替えるとき、比例ゲイン、微分ゲイン、および積分ゲインを切り替える。ただし、リニアアクチュエーター１の構成はこれに限られない。例えば、変形例のリニアアクチュエーター１は、目標値Ｗを切り替えるとき、比例ゲイン、微分ゲイン、および積分ゲインを切り替えない。

・各実施形態のリニアアクチュエーター１は、固定子２１がフレーム１１に固定されている。ただし、リニアアクチュエーター１の構成はこれに限られない。例えば、変形例の固定子２１は、フレーム１１と弾性部材により接続されている。このため、固定子２１は、可動子２２の往復動にともなってフレーム１１に対して振動する。

・各実施形態の制御部３０は、コイル２３Ａに発生する誘起電圧Ｅを検知することにより駆動力としての変位Ｙを検知している。ただし、制御部３０の構成はこれに限られない。例えば、変形例の制御部３０は、可動子２２の駆動力としての変位、速度、または加速度を直接的に検知するセンサを有し、このセンサの出力に基づいて変位Ｙを算出する。

・各実施形態の制御部３０は、可動子２２の駆動力としての変位Ｙと目標値Ｗとの差に基づいて電流供給時間Ｄを算出している。ただし、制御部３０の構成はこれに限られない。例えば、変形例の制御部３０は、可動子２２の駆動力としての速度、または加速度に基づいて電流供給時間Ｄを算出している。

・各実施形態の第２磁石２４は、永久磁石として形成されている。ただし、第２磁石２４の構成はこれに限られない。例えば、変形例の第２磁石２４は、電磁石として形成されている。

・各実施形態の駆動部２０は、第１磁石２３が固定子２１に取り付けられ、第２磁石２４が可動子２２に取り付けられる。ただし、駆動部２０の構成はこれに限られない。例えば、変形例の駆動部２０は、第１磁石２３が可動子２２に取り付けられ、第２磁石２４が固定子２１に取り付けられる。

・各実施形態のリニアアクチュエーター１は、電気かみそりに適用したが、バリカンおよび脱毛器等の他の除毛器具に適用することもできる。
・各実施形態のリニアアクチュエーター１は、除毛器具に適用したが、除毛器具以外に採用されるリニアアクチュエーターに適用することもできる。

１…リニアアクチュエーター、２２…可動子、２３…第１磁石（電磁石）、２４…第２磁石（永久磁石）、３０…制御部、４０…振幅制御部（駆動量検知部）。

Claims (6)

1. 電磁石として形成される第１磁石と、
   永久磁石または電磁石として形成される第２磁石と、
   前記第１磁石および前記第２磁石の一方が取り付けられ、前記第１磁石および前記第２磁石の他方に対して直線運動する可動子と、
   前記第１磁石に通電する電流量を電流供給時間により制御し、前記可動子を前記直線運動させる制御部と
   前記可動子の変位、前記可動子の往復動の速度、および前記往復動の加速度の少なくとも１つを駆動量として検知する駆動量検知部とを備え、
   前記制御部は、前記駆動量と前記駆動量の目標値との差分から、前記駆動量を前記目標値に近づける前記電流供給時間のフィードバック制御を行い、前記可動子にかかる負荷の増加にともない前記電流供給時間が変化するときに前記目標値を第１の目標値に切り替え、前記可動子にかかる負荷の減少にともない前記電流供給時間が変化するときに前記目標値を前記第１の目標値よりも小さい第２の目標値に切り替える
   リニアアクチュエーター。
2. 前記制御部は、前記目標値に応じて切り替えられる前記電流供給時間を制限する上限値を有し、前記電流供給時間の単位時間における和である総供給時間が所定時間よりも大きくなることに基づいて前記上限値を小さくする
   請求項１に記載のリニアアクチュエーター。
3. 前記制御部は、前記目標値として最終目標値と、前記最終目標値と切り替え前の前記目標値との間の中間目標値とを有し、前記目標値を切り替えるとき、前記中間目標値を経て前記最終目標値に段階的に切り替える
   請求項１または２に記載のリニアアクチュエーター。
4. 前記制御部は、前記駆動量と前記駆動量の目標値との差分から積分制御または微分積分制御を用いて前記駆動量を前記目標値に近づける前記電流供給時間の前記フィードバック制御を行い、前記目標値の切り替え後において前記駆動量と切り替えた前記目標値との差分が所定差分よりも大きい値から前記所定差分以下に変化したとき、前記積分制御または前記微分積分制御における累積偏差を「０」にする、または「０」に近づける
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニアアクチュエーター。
5. 前記制御部は、前記駆動量と前記駆動量の目標値との差分から微分制御または微分積分制御を用いて前記駆動量を前記目標値に近づける前記電流供給時間の前記フィードバック制御を行い、前記目標値を切り替えるときの演算周期、または前記目標値を切り替えた直後の演算周期における微分ゲインを「０」にする、または「０」に近づける補正を行う
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のリニアアクチュエーター。
6. 電磁石として形成される第１磁石と、
   永久磁石または電磁石として形成される第２磁石と、
   前記第１磁石および前記第２磁石の一方が取り付けられ、前記第１磁石および前記第２磁石の他方に対して直線運動する可動子と、
   前記第１磁石に通電する電流量を電流供給時間により制御し、前記可動子を前記直線運動させる制御部と
   前記可動子の変位、前記可動子の往復動の速度、および前記往復動の加速度の少なくとも１つを駆動量として検知する駆動量検知部とを備え、
   前記制御部は、前記駆動量と前記駆動量の目標値との差分から、前記駆動量を前記目標値に近づける前記電流供給時間のフィードバック制御を行い、前記電流供給時間が増加または減少することに基づいて、前記可動子にかかる負荷の増減を判定する
   リニアアクチュエーター。