JP6820422B2 - シェーバーモーターの速度制御 - Google Patents

Description

家庭用電気器具の直流モーターを駆動するための駆動制御装置。家庭用電気器具は、特に、除毛デバイス、例えば、かみそり、シェーバー、脱毛器などであり得る。駆動制御装置は、直流モーターの実際の回転速度を示すパラメータを決定するための検出手段と、直流モーターの回転速度を示すパラメータの目標値と実際値との間の制御偏差に基づいて直流モーターへの供給電圧を調整するための閉ループ制御装置と、を含む。

直流モーターの回転速度は、モーターの機械的負荷が増加すると、減少する。少なくとも、これは、対策が講じられていない場合に当てはまる。回転モーターを有するシェーバーの場合、モーター速度の減少は、シェービング性能の低減につながる。

英国特許第２，４３５，４１３（Ａ）号には、ヘアクリッパ用の駆動回路が記載されている。ヘアクリッパは、電気モーターと、負荷状態に関係なく一定速度でモーターを動作させるための制御回路と、を含む。一定のクリッパ速度は、負荷電流の感知された増加に応答して電圧を増加させることによって達成され、これは、例えば、潤滑の欠如に起因するクリッパに必要とされる作業の増加によって引き起こされる。制御回路は、クリッパへの供給電圧及びクリッパの電流を感知するための検出器手段と、一定のモーター速度を維持するために必要な供給電圧の変化を示す誤差信号を生成するための処理手段と、当該一定速度でモーターを駆動するために、クリッパへの供給電圧を調整するための誤差信号に応答するパルス幅変調（ＰＷＭ）モジュールと、を備える。

かかる負荷補償電子機器は、負荷を受けているシェーバーの直流モーターの速度変化を補償するために開発された。しかしながら、モーターは、これ以上、一定にかつ円滑に動作しないことが観察された。これは、一定の負荷において測定することができた。この効果は、特に、直流モーターが負荷を伴わず、すなわち、その瞬間に実際にシェービングすることなく動作しているときに存在した。

英国特許第２，４３５，４１３（Ａ）号

したがって、本発明の目的は、負荷が変化する場合、及び負荷が一定である（変化しない、また特に存在しない）場合に、一定のモーター速度を提供する、家庭用電気器具の直流モーターの駆動制御装置を提供することである。

本発明による提案される駆動制御装置は、
−直流モーターの実際の回転速度を示すパラメータを決定するための検出手段と、
−直流モーターの回転速度を示すパラメータの目標値と実際値との間の制御偏差に基づいて、直流モーターへの供給電圧を調整するための閉ループ制御装置と、を備える。

供給電圧は、閉ループ制御装置のコントローラによって、制御偏差が排除又は低減されるように調整される。これは、閉ループ制御装置の既知の基本原理である。「供給電圧を調整すること」という用語は、本開示に関して、パルス幅変調（ＰＷＭ）、特に、デューティサイクルのパラメータの制御を含む。ＰＷＭデューティサイクルの変調のために、直流モーターは、非常に短い時間間隔でオン及びオフに切り替わる。非常に短い時間間隔とは、直流モーターの切り替えのオン及びオフが、家庭用電気器具、例えば、シェーバーの使用中にユーザによって認識されないことを意味する。ＰＷＭデューティサイクルの変調は、直流モーターへの平均供給電圧の調整をもたらし、ひいては、モーターの回転速度の調整をもたらす。

本発明によれば、閉ループ制御装置は、
−供給電圧を調整するための高速制御及び低速制御であって、高速制御が、低速制御よりも速い制御偏差の補正を提供する、高速制御及び低速制御と、
−高速制御と低速制御との間で切り替わるための切り替え基準を決定するためのプロセッサ手段（以下では「プロセッサ」とも示される）と、を更に有し、
閉ループ制御装置が、切り替え基準に基づいて、高速制御と低速制御との間で切り替わるように適合されている。

高速制御のより速い補正は、低速制御と比較して、より短い制御応答時間をもたらす。

本発明の別の態様は、処置具を駆動するための直流モーターと、電源と、前述の駆動制御装置と、を有する主本体を有する電気毛髪及び／又は皮膚処置デバイスに関する。

本発明による提案の更なる特徴は、従属請求項及び本発明の以下の詳細な説明に記載されている。

直流モーターを駆動する本発明の実施形態による駆動制御装置を概略的に示す。 図１の駆動制御装置の高速制御が使用される場合の閉ループを概略的に図示するフロー図を示す。 図１の駆動制御装置の低速制御が使用される場合の閉ループを概略的に図示するフロー図を示す。 図１の駆動制御装置を使用する電気毛髪及び皮膚処置デバイスを概略的に示す。

図１〜４に関して本発明の有利な実施形態を説明する前に、本発明の異なる態様をより詳細に説明する。これらの態様は、任意の有用な組み合わせで組み合わせられてもよい本発明の更なる特徴、利点及び使用の可能性を開示する。説明される及び／又は図に示される全ての特徴は、特許請求の範囲及び／又はそれらの背後にある参考文献中の特徴のグループ分けに関係なく、本発明の主題である。

提案される駆動制御装置は、家庭用電気器具の直流モーター、特に、電気シェーバー、又は脱毛器などの毛髪切断デバイスを一定の回転速度で駆動するように適合されている。モーターが作動しているとき、高速制御又は低速制御のいずれかが適用される。「高速制御と低速制御との間で切り替えるための切り替え基準」とは、低速制御から高速制御に、及び／又は高速制御から低速制御に切り替えるための少なくとも１つの切り替え基準が存在することを意味する。

低速制御から高速制御への切り替えのための任意の切り替え基準は、「アップシフト切り替え基準」として示され、高速制御から低速制御への切り替えのための任意の切り替え基準は、「ダウンシフト切り替え基準」として示される。両方の方向の切り替え基準は、「双方向切り替え基準」として示される。「切り替え基準」という用語は、これらの全ての場合の一般用語として使用される。

駆動制御装置は、異なる種類の切り替え基準の任意の組み合わせを含み得る。同じ種類のいくつかの切り替え基準が提供されてもよい。本発明によれば、アップシフトを呈する少なくとも１つの切り替え基準（すなわち、アップシフト切り替え基準又は双方向切り替え基準）と、ダウンシフトを呈する少なくとも１つの切り替え基準（すなわち、ダウンシフト切り替え基準又は双方向切り替え基準）と、が提供される。

本提案の一実施形態では、切り替え基準は、実際の回転速度を示すパラメータから導出される。これによって、実際の回転速度及び／又は実際の回転速度の変化に対してより適切な制御の種類を選択することができる。上述したように、対策を講じなければ、機械的負荷が増加すると、直流モーターの回転速度は減少する。したがって、この実施形態では、低速制御と高速制御との間の切り替えは、実際の機械的負荷及び／又は機械的負荷の変化に合わせて調整することができる。

例えば、実際の回転速度が所望の範囲内にあり、変化しないか、又は最大変化率未満の変化率で変化する場合、駆動制御装置は、高速制御の応答時間がより短いことに起因する回転速度の不必要で迅速な変動を回避するために、低速制御に切り替えられてもよい。低速制御がアクティブであるが、直流モーターへの負荷が迅速に増加する場合、低速制御の制御応答時間は、回転速度を所望の範囲内に維持するのに十分に速く、直流モーターの電圧供給を調整するには長すぎることがある。そのため、対策として、より短い制御応答時間で高速制御に切り替えられ得る。

直流モーターの回転速度及びいくつかの対応する制御偏差を示す、２つ以上のパラメータが存在してもよい。各切り替え基準は、直流モーターの回転速度を示すパラメータのうちの１つ以上を考慮してもよい。以下では、「指示パラメータ」という用語は、「直流モーターの回転速度を示すパラメータ」の短縮形として使用される。

直流モーターの実際の回転速度は、（少なくとも１つの）指示パラメータから導出可能であり得る。これは、目標回転速度からの実際の回転速度及び／又はその絶対的な若しくは相対的な差が、指示パラメータの実際値を考慮したときに、（少なくとも近似的に）決定され得ることを意味する。したがって、指示パラメータの制御偏差、目標値、及び実際値は、直流モーターの回転速度の対応する偏差、目標値、及び実際値と相関され得る。いくつかの指示パラメータが存在する場合、実際の回転速度は、指示パラメータのうちの１つ、いくつか、又は少なくとも全てから導出可能である。

別の態様では、プロセッサは、指示パラメータの実際値から実際の回転速度を導出するように適合される。そのため、回転速度は、直接測定することなく提供される。

更に別の実施形態では、切り替え基準は、制御偏差の閾値を含むか、又はそれから導出される。制御偏差の値は、絶対的な又は相対的な値であってもよい。制御偏差の閾値を有する切り替え基準を実装することは、切り替えのための直流モーターの実際の回転速度を考慮するための容易な方法である。実際の回転速度を直接測定する必要はない。したがって、駆動制御装置は、より安価になり、かつより信頼性が高くなる。

例えば、切り替え基準は、負の閾値を含んでもよい。したがって、指示パラメータの実際値は、基準を満たすための特定の量又は関係（相対値）によって、目標値よりも小さくなければならない。同様に、切り替え基準は、正の閾値、又は負の閾値及び正の閾値の両方を含み得る。後者の場合、当然ながら、切り替え基準を満たすために、これらの閾値のうちの１つのみを超える必要がある。負の閾値及び正の閾値が同じ絶対値を有する場合、これは「絶対値閾値」と呼ばれる。

別の実施形態では、少なくとも１つのアップシフト切り替え基準と、少なくとも１つのアップシフト切り替え基準とは異なる少なくとも１つのダウンシフト切り替え基準と、が存在する。これは、低速制御から高速制御への切り替え及びその逆（ヒステリシス効果）のために、異なる切り替え基準が適用されることを意味する。したがって、指示パラメータの実際値が双方向性切り替え基準の閾値の周りで変動するであろう場合に生じ得る、前後の切り替えが回避される。

更に別の実施形態では、切り替え基準は、時間閾値を含んでもよい。好ましくは、時間閾値は、制御偏差が特定の時間期間にわたって別の要件（例えば、制御偏差が特定の範囲又は閾値を上回る／下回ること）を満たさなければならないことを必要とし得る。追加的に又は代替的に、最も好ましくは、高速制御が使用されるとき、時間閾値は、現在の種類の制御が特定の時間期間に使用されていることを必要とし得る。時間閾値を実装することによって、高速制御と低速制御との間の頻繁な切り替えを抑制することができる。

本提案の別の態様によれば、少なくとも１つのアップシフト切り替え基準は、制御偏差のアップシフト絶対閾値を含み、少なくとも１つのダウンシフト切り替え基準は、制御偏差と、ダウンシフト時間閾値のためのダウンシフト絶対閾値と、を含み、ダウンシフト絶対閾値は、アップシフト絶対閾値以下である。低速制御がアクティブであるときに、制御偏差の絶対値が絶対アップシフト値を超えるとすぐに、高速制御への切り替えが行われる。したがって、高速制御が使用され、制御偏差の絶対値が、時間閾値に等しい（又はそれより長い）ダウンシフト絶対閾値未満であると仮定すると、ダウンシフト基準は満たされ、低速制御への切り替えが行われる。これらの基準により、深刻な負荷の変化が終了した後にのみ、低速制御に戻って切り替えられることを確実にすることができる。

別の態様では、アップシフトを呈する切り替え基準（すなわち、アップシフト切り替え基準又は双方向切り替え基準）のアップシフト閾値と、ダウンシフトを呈する別の切り替え基準（すなわち、ダウンシフト切り替え基準又は双方向切り替え基準）のダウンシフト閾値とは、互いに異なっている。上述のように、変動に起因する望ましくない反復的な切り替えは、これらの異なる基準によって回避することができる。

本提案の別の好ましい実施形態によれば、高速制御は、時間単位当たりの直流モーターの回転速度に、低速制御よりも大きな影響を与えることができる。したがって、高速制御は、直流モーターの負荷の速くかつ大きい変化を迅速に補償することができる。

別の態様によれば、高速制御の制御出力は、制御偏差に対する比例、積分、及び／又は微分項を有し得る。好ましくは、高速制御は、ＰＩＤ−コントローラであり得る。したがって、高速制御の応答は、制御偏差（誤差値とも呼ばれる）の直接関数である。応答の量は、制御偏差の量に依存する。結果として、応答は、制御偏差に対して非常に速く反応し、それを速く排除するように試みる。好ましくは、ＰＩＤ−コントローラは、ソフトウェア実装型ＰＩＤ−コントローラである。

本提案の好ましい実施形態では、低速制御はまた、比例項、積分項、及び／又は微分項を有し得、低速制御のこれらの項の係数は、コントローラが課す量が高速制御の量よりも小さいように定義される。

更に別の実施形態では、高速制御アルゴリズムが提供され、プロセッサは、高速制御アルゴリズムを実行して、高速制御を呈するように適合される。代替的に又は追加的に、低速制御アルゴリズムが提供されてもよく、プロセッサは、低速制御を呈するための低速制御アルゴリズムを実行するように適合される。閉ループ制御装置は、メモリを更に含んでもよい。メモリは、プロセッサに接続されてもよく、又はプロセッサの一部であってもよい。

別の態様では、駆動制御装置は、高速制御及び低速制御、並びにそれらの間で切り替えを呈するように適合されるプロセッサを含むマイクロコントローラを含む。好ましくは、マイクロコントローラは、アナログ−デジタル変換器及び／又はメモリを更に備える。

更に別の態様によれば、低速制御によって引き起こされる時間単位当たりの回転速度の変化率は、所定の最大変化率によって制限され得る。したがって、低速制御は、直流モーターの回転速度の過剰な変動を引き起こす傾向があることが回避される。これは、低速制御がアクティブであるときに、直流モーターの均一で、滑らかで、かつ快適な作動を確実にする。好ましくは、所定の最大変化率は、時間単位当たりの回転速度の変化率の絶対値を制限する。これは、加速及び減速の両方を指す。

好ましい実施形態では、低速制御の制御出力は、個別の制限された工程を提供する。制御偏差の量に基づいて、高速制御と低速制御との間で切り替える切り替え基準を選択することによって、低速制御の制御出力が高速制御の制御出力よりも小さい量を有するように、個別の制限された工程、並びに高速制御の比例、積分、及び／又は微分項を調整することが可能である。例えば、高速制御は、個別の制限された工程よりも高い制御出力をもたらす制御偏差の量に対してのみ、オンに切り替えられ得る。

別の態様によれば、低速制御の制御出力は、制御偏差の絶対値が最小絶対値を超えたときに、直流モーターの回転速度を変化させるための任意の状態を採用するのみである。これにより、目標速度の周りの回転速度の小さい変動の不要な補正が回避される。

更に、低速制御の制御出力は、最小絶対値を超える制御偏差及びその符号にのみ依存し得る。したがって、低速制御の制御出力は、３つの異なる段階、例えば、＋１（加速）、０（回転速度の変化なし）、又は−１（減速）のみを採用することができる。

代替的に、低速制御の制御出力は、制御偏差の値に依存して、３つ以上の個別の制限された段階を採用してもよい。例えば、制御出力は、＋２、＋１、０、−１、−２という値を採用してもよい。例えば、制御出力＋２は、＋２／ｓ^２の回転速度の加速に対応し、制御出力−１は、１／ｓ^２の減速に対応し得、制御出力０は、回転速度の無変化に対応し得る、などである。

更に別の態様では、低速制御の遅いループ周波数は、高速制御の速いループ周波数未満である。これは、低速制御が使用されるときに、低速制御の制御応答時間を増加させるため、並びに直流モーターの均一で、滑らかで、かつ快適な作動を確実にするための容易な方法である。遅いループ周波数はまた、低速制御によって引き起こされ得る時間単位当たりの回転速度の達成可能な最大変化率を制限し得る。

代替的に、同じループ周波数が、低速制御及び高速制御の両方に使用される。これにより、閉ループ制御装置が単純化される。

本提案の好ましい実施形態によれば、閉ループ制御装置は、直流モーターへの供給電圧を調整するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）モジュールを含む。好ましくは、ＰＷＭモジュールは、直流モーターのモーター電流を調節するトランジスタを制御する。これは、モーターの供給電圧を調整するための費用効率が高く、かつ信頼性の高い方法である。

別の態様では、直流モーターの実際の回転速度を示すパラメータは、誘導モーター電圧及び／又は時間当たりの回転として定義される回転速度（ｎ）である。誘導モーター電圧は、モーターの回転に誘導され、モーターの回転速度に比例する。これは、一般的な手段で容易かつ確実に測定することができ、回転速度を導出することを可能にする。誘導電圧のみを測定することにより、駆動制御装置（特に駆動制御装置のその検出手段）を単純かつ安価に維持し、更に、回転速度の間接的測定を可能にする。回転速度の大きさは、１／ｓであってもよい。

更に別の態様では、直流モーターの実際の回転速度を示すパラメータを決定するための検出手段は、電気器具の電源の直流電圧を決定するための、及び／又はモーター電流を決定するための手段を含む。電源、例えば、充電式／二次電池の直流電圧、及びモーター電流は、回転速度を計算するために、直流モーターのモデルに基づいて使用されてもよい。利点は、既に記載されている。

本発明はまた、処置具を駆動するための直流モーターと、電源（再充電／二次電池など）と、上記の駆動制御装置と、を有する主本体を有する家庭用電気器具としての電気毛髪及び／又は皮膚処置デバイス（シェーバー又は脱毛器など）も対象とする。

本発明の好ましい実施形態によると、処置具は、処置具を直流モーターによって駆動される電気毛髪及び／又は皮膚処置デバイスの駆動機構に連結することによって、電気毛髪及び／又は皮膚処置デバイスに対して取り外し可能かつ再取り付け可能なモジュール式要素を含む。したがって、電気毛髪及び／又は皮膚処置デバイスは、異なるモジュール式要素と共に使用することができ、その適用範囲が拡大される。更に、モジュール式要素は、それが故障した場合、又は改善された要素が利用可能である場合、交換することができる。

別の実施形態によれば、モジュール式要素は、ブラシ、顎ひげトリマー、ボディグルーマー、及び／又はシェーバーを含む。したがって、電気毛髪及び／又は皮膚処置デバイスは、異なるそれぞれの家庭用器具に適用され、多目的デバイスを構成することができる。

別の態様では、駆動制御装置は、回転速度を、負荷に関係なく、調整可能な目標回転速度に制御するように適合される。好ましくは、切り替え基準は、少なくとも２つのモジュール式要素について異なっている。追加的に又は代替的に、閉鎖制御ループの１つ以上のパラメータ、例えば、目標回転速度、閾値、低ループ周波数、及び／又は速いループ周波数は、少なくとも２つの異なるモジュール式要素について異なっていてもよい。

図１において、本提案による駆動制御装置１の実施形態は、図４に図示される電気毛髪及び皮膚処置デバイス３００の直流モーターＭを駆動する。電源２は、駆動制御装置１及びモーターＭに直流電圧Ｕを提供する。電源２は、充電式電池である。モーターＭは、オン及びオフに切り替えられ、抵抗Ｒ_ＤＳｏｎを有するトランジスタ４０によって動作される。トランジスタ４０は、マイクロコントローラ３０によって動作及び制御される。より正確には、トランジスタ４０は、マイクロコントローラ３０のＰＷＭモジュール３３から送信される可変デューティサイクルｐ（図示せず）のＰＷＭ信号３４によって動作される。

モーターＭを駆動するモーター電流Ｉは、シャント抵抗Ｒ_Ｓを通過し、電圧降下Ｕ_Ｓを生成する。この電圧Ｕ_Ｓは、ローパスフィルタ２０によってフィルタリングされる。得られる信号は、増幅器２１によって増幅され、マイクロコントローラ３０のアナログ−デジタル変換器３１を測定した。したがって、シャント抵抗Ｒ_Ｓ、ローパスフィルタ２０、増幅器２１、及びアナログ−デジタル変換器３１は、フィルタリングされたモーター電流

を決定するための検出手段を構成する。

加えて、電圧Ｕは、別のローパスフィルタ１０によってフィルタリングされ、マイクロコントローラ３０のアナログ−デジタル変換器３１を介して測定される。したがって、ローパスフィルタ１０及びアナログ−デジタル変換器３１は、電源２のフィルタリングされた電圧

を決定するための検出手段を構成する。

直流モーターｎの回転速度ｎは、フィルタリングされた電圧

、フィルタリングされたモーター電流

、及びＰＷＭデューティサイクルｐに基づいて計算される。これについて以下に説明する。

直流モーターＭは、以下のように計算することができる内部電圧Ｕ_ｅｍｆ［Ｖ］を生成する。
Ｕ_ｅｍｆ＝２π・ｋ_ｅ・ｎ
このとき、回転速度ｎ［１／ｓ］で回転している。計算には、モーター定数ｋ_ｅ［Ｖｓ］＝［Ｎｍ／Ａ］が使用される。デューティサイクルｐを有するＰＷＭ、抵抗Ｒ_ＤＳｏｎによるトランジスタでの電圧降下Ｕ_ＤＳｏｎ、及びシャント抵抗（Ｒ_Ｓ）に起因して、

のモーター電圧Ｕ_ｍは、
モーターＭに実際に適用される。誘導電圧Ｕ_ｅｍｆは、以下のように計算することができる。

ここで、モーター抵抗Ｒ_ｍである。したがって、回転速度ｎは、以下のように計算することができる。

代替的に、モーター速度は、ルックアップテーブルから取ることができる。

測定されてフィルタリングされたモーター電流

は、直流モーターＭの回転速度ｎを示す。原理的には、電源２の電圧Ｕ（又はフィルタリングされた電圧

）は、それが既知であり、かつ十分に一定である限り、測定される必要はないことは明らかである。しかしながら、フィルタリングされた電圧

を測定することは、電圧源２の電圧が、例えば、再充電可能な電池が低いときに降下するかどうかを、駆動制御装置が考慮することができるという利点を有する。

マイクロコントローラ３０のプロセッサ３２は、アナログ−デジタル変換器３１に接続され、測定された電流

及び測定された電圧

を処理する。更に、プロセッサ３２は、高速制御及び低速制御を呈するアルゴリズムを実行するように適合されている。マイクロコントローラは、プロセッサに接続されている、又はプロセッサの一部であるメモリ（図示せず）を含み、これらのアルゴリズムが記憶される。モーター定数ｋ_ｅは、メモリにも記憶される。

プロセッサ３２は、電流

及び電圧

に基づいて、誘導電圧Ｕ_ｅｍｆを計算するように適合されている。これは、誘導電圧Ｕ_ｅｍｆと、回転速度ｎの目標値ｎ_０に対応する誘導電圧Ｕ_{ｅｍｆ，０}の公称値（又は目標値）との間の制御偏差Ｄを計算するように更に適合されている。
Ｄ＝Ｕ_ｅｍｆ−Ｕ_{ｅｍｆ，０}
それぞれの目標電流Ｕ_{ｅｍｆ，０}は、メモリに記憶される。

プロセッサ３２は、高速制御と低速制御との間で切り替えるための切り替え基準を更に決定する。それぞれの基準が満たされた場合、駆動制御装置１は、高速制御から低速制御に、又はその逆に切り替える。

低速制御又は高速制御のいずれか（どちらか現時点で使用されている方）は、制御出力を生成し、制御偏差Ｄが考慮される。

更に、プロセッサ３２は、マイクロコントローラ３０のＰＷＭモジュール３３に接続される。ＰＷＭモジュール３３は、トランジスタ４０を動作させるための制御出力に依存して、デューティサイクルｐを有するＰＷＭ信号３４を生成する。実際のモーター電圧Ｕ_ｍは、制御偏差Ｄを考慮してデューティサイクルｐを変化させることによって調整される。

電流

及び電圧

が再び測定されると、閉ループ制御装置が確立される。

代替として、プロセッサ３２は、実際の回転速度ｎを計算し、制御偏差Ｄは、回転速度の目標値ｎ_０と、実際の回転速度ｎとの間の差として計算される。それぞれの目標値ｎ_０は、メモリに記憶される。

高速制御を使用してマイクロプロセッサ３０内で実現される閉ループ制御装置１００は、図２に関して更に説明される。工程１１０において、電池電圧

が測定される。更に、モーター電流

は、工程１２０で測定される。これらの測定結果及び実際のデューティサイクルｐは、工程１３０において誘導される内部電圧Ｕ_ｅｍｆの計算のための入力として使用される。

工程１４０において、公称値Ｕ_{ｅｍｆ，０}の目標値が提供される。工程１５０において、計算される誘導電圧Ｕ_ｅｍｆ及び誘導電圧の公称値Ｕ_{ｅｍｆ，０}が比較される。より正確には、計算される誘導電圧Ｕ_ｅｍｆを公称値Ｕ_{ｅｍｆ，０}から減算して、制御偏差Ｄを得る。次いで、工程１６０において、高速制御から低速制御への切り替えのための「ダウンシフト」切り替え基準が決定される。ダウンシフト切り替え基準は、以下の２つの要件からなる。
ａ）制御偏差Ｄの絶対値が、モーターの実際の回転速度ｎのその目標値ｎ_０からの、例えば、毎秒３回転の偏差に対応する、ダウンシフト絶対閾値Ｗ_Ｄ，ｄ未満である。
│Ｄ│＜│Ｗ_Ｄ，ｄ│
このダウンシフト絶対閾値Ｗ_Ｄ，ｄの妥当な範囲は、毎秒１〜１０回転の範囲であり得る。
ｂ）要件ａ）が、少なくとも１．５秒（時間閾値）にわたって連続的に満たされている。
妥当な時間範囲は、０．５〜５秒であり得る。

両方の要件、したがって、ダウンシフト切り替え基準が満たされた場合、工程１６１において、低速制御への切り替えが行われ、その後低速制御は、工程２７０（図３）に続く。そうでない場合、高速制御が更に使用され、工程１７０に進む。

一般に、異なるダウンシフト絶対閾値及び異なる時間閾値が、図４に示されるような異なるモジュール式要素３０３に使用される。

後者の場合、工程１７０において、ソフトウェア実装型ＰＩＤコントローラは、制御偏差Ｄに基づいて制御出力を生成する。制御出力は、工程１８０において、ＰＷＭ生成のための入力として使用される。その結果、必要に応じて、制御偏差Ｄに基づいて、デューティサイクルｐが補正される。ＰＩＤコントローラの応答量（例えば、デューティサイクルｐの補正）は、制御偏差Ｄの量に線形に依存する。これによって、高速制御を使用して閉制御ループによって、更により大きい制御偏差Ｄを補正することができる。ＰＷＭ信号は、直流モーターＭを動作させるために使用される。最後に、速いループが再び開始する。

低速制御を使用した閉ループ制御装置１００は、図３に関して更に説明される。図２と同じ参照符号を有する工程は、高速制御の工程に対応し、再度説明されない。主に、低速制御は、工程２６０、２６１、及び２７０における高速制御とは異なる。

工程２７０において、高速制御の工程１７０と同様に、制御出力が制御偏差Ｄに基づいて生成され、工程１８０でＰＷＭ生成のための入力として使用される。しかしながら、ＰＷＭ値の増分及び減分は、低速制御が、ループの１サイクルにおいて、最大で＋１／ｓ^２又は最小で−１／ｓ^２のモーターＭの加速を引き起こすように制限される。

更に、制御偏差Ｄの絶対値が補正閾値Ｗ_ｃ未満である場合、デューティサイクルｐは適合されない。補正閾値Ｗ_ｃは、回転速度ｎの目標値Ｗ_０からの、例えば、毎秒０．５回転の偏差に対応する。補正閾値Ｗ_ｃの妥当な範囲は、毎秒０〜３回の範囲であり得る。したがって、回転速度ｎのわずかな変動は、回転速度ｎの反復的な変動、引いてはモーターＭの不快な振動及び音を引き起こし得る不必要な補正正及び望ましくない後方結合を回避するために、低速制御で許容される。値ゼロを有する補正閾値Ｗ_ｃの場合、ＰＷＭ値は、各サイクルで変化させられる。これは非常に迅速に起こるので、おそらくは可聴ではない場合がある。

これとは別に、低速制御のループ周波数は、高速制御のループ周波数以下であり得る。低速制御のために、例えば、シェーバー又は脱毛器に適した例示的なループ周波数は、５０Ｈｚ〜１００ｋＨｚの範囲であり得る。一例は、約２ｋＨｚのループ周波数であり得、ＰＷＭ値を約１２２Ｈｚに変化させるための最大速度の制限であり得る。

高速制御のために、例えば、シェーバー又は脱毛器に適した例示的なループ周波数は、１００Ｈｚ〜２００ｋＨｚの範囲であり得る。一例は、約２ｋＨｚのループ周波数、及びＰＷＭ値を約２ｋＨｚのほぼ同じ値に変更するための最大速度の制限であり得る。

要約すると、低速制御の制御応答時間は、高速制御の制御応答時間よりも長くなり得る。

低速制御から高速制御への切り替えのための「アップシフト」切り替え基準が、工程２６０において決定される。アップシフト切り替え基準は、制御偏差Ｄの絶対値が、その目標値ｎ_０からの回転速度ｎの毎秒３回転の偏差に対応する、アップシフト絶対閾値Ｗ_Ｄ，ｕよりも大きい場合に満たされる。シェーバー又は脱毛器などの家庭用器具に適した範囲は、毎秒１〜１０回転であり得る。
なお、この実施形態では、アップシフト絶対閾値Ｗ_Ｄ，ｕは、ダウンシフト絶対閾値Ｗ_Ｄ，ｄと同じであることに留意されたい。しかしながら、他の実施形態では、それらは異なる場合がある。制御偏差Ｄの絶対値が、アップシフト絶対閾値Ｗ_Ｄ，ｕを超える場合、高速制御への切り替えは、直ちに工程２６１において行われ、高速制御はその後、工程１７０（図２）に続く。アップシフトのための追加の時間閾値は存在しない。したがって、追加の負荷に起因してモーターＭの回転速度ｎが急激に減少すると、高速制御が迅速な補償を可能にする。

電気毛髪及び皮膚処置デバイス３００が、図４に概略的に図示されている。電源２（充電式電池）、直流モーターＭ、及び駆動制御装置１は、処置デバイス３００の主ハウジング３０１内に配置されている。モーターＭは、主ハウジング１の上端に配置された駆動機構３０２を駆動する。シェーバー３０３は、モーターＭが駆動機構３０２を介してシェーバー３０３を駆動することができるように、駆動機構３０２に解放可能に連結される。シェーバー３０３は、モジュール式要素であり、駆動機構３０２から取り外され、駆動機構３０２に再取り付けされ得る。しかしながら、駆動機構３０２に解放可能に取り付けられ得、次いでモーターＭによって駆動され得る他のモジュール式要素（図示せず）が提供される。

他の要素は、ブラシ、顎ひげトリマー、及びボディグルーマーである。全てのモジュール式要素に関して、誘導電圧Ｕ_ｅｍｆの特定の目標値Ｕ_{ｅｍｆ，０}が提供される。したがって、閉ループ制御装置は、特定のモジュール式要素、例えば、図４の駆動機構３０２に取り付けられるシェーバー３０３に適合される。

要約すると、高速制御は、低速制御よりもかなり速く制御偏差Ｄを補正する。モーターＭの機械的負荷の迅速かつ大きい変化は、高速制御によって補償され得る。対照的に、低速制御は、モーターＭに負荷がないか又は一定の負荷が加えられているときに、モーターＭの回転速度ｎの煩わしい変動を防止する。両方の場合において、駆動制御装置１は、モーターＭを所望の回転速度ｎ_０で作動するように制御する。

本明細書で開示する寸法及び値は、列挙された正確な数値に厳密に限られるとして理解されるべきではない。その代わりに、別段の定めがない限り、このような寸法はそれぞれ、列挙された値とその値を囲む機能的に同等な範囲との両方を意味することが意図されている。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味することが意図される。

Claims (15)

1. 家庭用電気器具、特に、電気かみそり、シェーバー、又は脱毛器などの毛髪切断デバイス（３００）の直流モーター（Ｍ）を一定の回転速度で駆動するための駆動制御装置であって、前記駆動制御装置が、
   −前記直流モーター（Ｍ）の実際の回転速度を示すパラメータを決定するための検出手段（３１）と、
   −前記直流モーターの前記回転速度を示す前記パラメータの目標値と前記実際値との間の制御偏差に（Ｍ）基づいて前記直流モーターへの供給電圧（Ｕ_m）を調整するための閉ループ制御装置（１００）と、を備え、
   前記閉ループ制御装置（１００）が、
   −前記供給電圧を調整するための高速制御及び低速制御であって、前記高速制御が、前記低速制御よりも速い前記制御偏差の補正を提供する、高速制御及び低速制御、並びに
   −前記高速制御と前記低速制御との間で切り替わるための切り替え基準を決定するためのプロセッサ手段（３０）、を有することを特徴とし、
   前記低速制御から前記高速制御への少なくとも１つの第１切り替え基準、及び前記少なくとも１つの第１切り替え基準と異なる、前記高速制御から前記低速制御への少なくとも１つの第２切り替え基準が提供され、
   前記閉ループ制御装置（１００）が、前記第１切り替え基準および前記第２切り替え基準に基づいて、前記低速制御から前記高速制御へ切り替わり、前記高速制御から前記低速制御へ切り替わるように適合されている、駆動制御装置。
2. 前記少なくとも１つの第１切り替え基準または前記少なくとも１つの第２切り替え基準の少なくとも１つが、前記実際の回転速度を示す前記パラメータから導出されることを特徴とする、請求項１に記載の駆動制御装置。
3. 前記少なくとも１つの第１切り替え基準または前記少なくとも１つの第２切り替え基準の少なくとも１つが、前記制御偏差（Ｄ）の閾値を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の駆動制御装置。
4. 前記高速制御が、時間単位当たりの前記直流モーター（Ｍ）の前記回転速度に、前記低速制御よりも大きな影響を与えることができることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の駆動制御装置。
5. 前記高速制御の制御出力が、前記制御偏差（Ｄ）に対する比例、積分、及び／又は微分項を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の駆動制御装置。
6. 前記低速制御によって引き起こされ得る時間単位当たりの前記回転速度の変化率が、所定の最大変化率によって制限されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の駆動制御装置。
7. 前記低速制御の前記制御出力が、個別の制限された工程を提供することを特徴とする、請求項６に記載の駆動制御装置。
8. 前記低速制御の低速ループ周波数が、前記高速制御の高速ループ周波数未満であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の駆動制御装置。
9. 前記閉ループ制御装置が、前記直流モーター（Ｍ）への前記供給電圧（Ｕ_m）を調整するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）モジュールを含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の駆動制御装置。
10. 前記直流モーター（Ｍ）の前記実際の回転速度を示す前記パラメータが、誘導モーター電圧（Ｕ_emf）及び／又は時間当たりの回転として定義される回転速度であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の駆動制御装置。
11. 前記直流モーターの前記実際の回転速度を示すパラメータを決定するための前記検出手段が、前記電気器具の電源の直流電圧を決定するための手段（３１）及び／又は前記モーター電流を決定するための手段（３０）を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の駆動制御装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の、処置具（３０３）を駆動するための直流モーター（Ｍ）と、電源（２）と、駆動制御装置（１）と、を有する主本体（３０１）を有する電気毛髪及び／又は皮膚処置デバイス。
13. 前記処置具（３０３）が、前記処置具（３０３）を前記直流モーター（Ｍ）によって駆動される前記電気毛髪及び／又は皮膚処置デバイス（３００）の駆動機構（３０２）に連結することによって、前記電気毛髪及び／又は皮膚処置デバイス（３００）に取り外し可能かつ再取り付け可能なモジュール式要素であることを特徴とする、請求項１２に記載の電気毛髪及び／又は皮膚処置デバイス。
14. 前記モジュール式要素（３０３）が、ブラシ、顎ひげトリマー、ボディグルーマー、及び／又はシェーバーを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の電気毛髪及び／又は皮膚処置デバイス。
15. 前記駆動制御装置（１）が、前記回転速度を、負荷に関係なく、調整可能な目標回転速度に制御するように適合されていることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の電気毛髪及び／又は皮膚処置デバイス。

Images