KR101078130B1 - 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 저비용이고 또한 효율 좋게 권선에 전류를 흘리는 구동 제어를 실행하는 것이다.

본 발명에 따르면, 진폭 검출부(7)가, 비통전 기간 중에 기전압의 샘플링을 실행하고, 그 중에서의 최대점에 의해 진폭을 산출한다. 이것에 의해, 샘플링 시간이 다소 어긋나도 충분히 진폭을 검출할 수 있고, 다음의 권선(1)에의 통전 타이밍까지의 시간에 여유가 있다. 이 때문에 효율이 좋은 타이밍에서 권선에 통전할 수 있고, 모터 구동의 효율화, 전력 절약화로 된다.

Description

리니어 진동 모터의 구동 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING OPERATION OF A LINEAR VIBRATION MOTOR}

본 발명은 왕복운동식의 전기 면도기에 적용하기에 바람직하고, 가동자에 왕복운동을 실행시키는 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법에 관한 것이다．

종래부터, 전자석 또는 영구자석으로 이루어지는 고정자와, 영구자석 또는 전자석을 갖는 진동자와, 전자석의 권선에 공급하는 구동 전류를 제어하는 제어부를 구비하고, 고정자에 대해 진동자를 왕복 진동시키는 리니어 진동 모터가 알려져 있다. 이 리니어 진동 모터에서는 진폭을 일정하게 유지하기 위해, 진동자의 진폭의 변위, 속도 또는 가속도를 검출할 필요가 있다. 이러한 배경으로부터, 종래의 리니어 진동 모터는 전자석의 권선에 전류를 흘리지 않는 비통전 기간을 마련하고, 이 비통전 기간에 있어서 진동자의 진폭의 변위, 속도 또는 가속도를 검출한다.

[특허문헌 1] 일본국 특허공개공보 제2001-16892호

전자석의 권선에 효율 좋게 전류를 흘리고자 하는 경우, 비통전 기간이 단시간으로 되고, 반대로 비통전 기간을 충분히 마련하고자 하면, 전자석의 권선에 전 류를 흘리는 타이밍이 효율 좋게 전류를 흘리는 타이밍보다도 늦어져 버린다. 또, 진동자의 진폭의 변위, 속도 또는 가속도를 단시간에 검출을 하기 위해서는 정밀도가 높은 외부 발진을 이용한 마이크로 컴퓨터에 의한 구동 제어를 실행할 필요가 있고, 비용의 저감이나 회로의 사이즈 다운으로의 대응이 곤란하게 된다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 저비용이고 또한 효율 좋게 권선에 전류를 흘리는 구동 제어를 실행하는 것이 가능한 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법은 전자석 또는 영구자석으로 이루어지는 고정자와, 영구자석 또는 전자석을 갖는 진동자와, 전자석의 권선에의 구동 전류를 제어하는 제어부를 구비하고, 고정자에 대해 진동자를 왕복 진동시키는 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법에 있어서, 전자석의 권선에 구동 전류가 흐르고 있지 않은 비통전 기간을 1/4주기 이상 마련하고, 비통전 기간내에 있어서 진동자의 진동에 수반하여 권선에 발생하는 기전압을 검출하고, 검출된 기전압에 의거하여 진동자의 변위, 속도 또는 가속도를 검출하고, 검출된 진동자의 변위, 속도 또는 가속도에 의거하여 권선에의 구동 전류를 전류 공급 타이밍도 포함시켜 최적으로 제어한다.

본 발명에 따른 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법에 따르면, 저비용이고 또한 효율 좋게 권선에 전류를 흘리는 구동 제어를 실행할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태로 되는 리니어 진동 모터 및 그 구동 제어 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 실시형태로 되는 리니어 진동 모터는 도 １에 나타내는 바와 같이, 권선(1)을 갖는 고정자(2)와, 영구자석(3)을 갖는 진동자(4)와, 진동자(4)를 유지하는 프레임(5)과, 진동자(4)와 프레임(5)의 사이에 현가된 스프링(6a, 6b)과, 권선(1)에 생기는 기전압으로부터 진동자(4)의 진폭을 검출하는 진폭 검출부(7)와, 진폭 검출부(7)의 검출 결과에 의거하여 권선(1)으로의 구동 전류를 PWM 제어하는 제어 출력부(8)를 구비한다. 진폭 검출부(7)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 권선(1)의 양단 전압을 증폭 회로(11)에서 증폭하고, 비교 회로(12)에서 제로 전압의 기준 전압 V0과 비교해서 동일 전압으로 된 시간 T0을 진폭의 반환점으로서 판단한다. 제어 출력부(8)는 이 반환점으로부터 1/4주기 이상 권선(1)에 구동 전류가 흐르고 있지 않은 비통전 기간을 마련하고, 진폭 환산부(14)는 이 비통전 기간 중에 주기적으로 권선(1)의 기전압의 샘플링을 실행하고, 그 중에서의 최대점에 의해 진폭을 산출한다.

종래의 리니어 진동 모터에서는 도 5에 나타내는 바와 같이, 반환점의 시간 T0과 기전압이 임의의 일정한 전압 V1이 될 때의 시간 T1의 2점의 시간차로 진폭을 판단하고 있었지만, 그 기간은 너무 짧기 때문에, 측정 오차나 노이즈의 영향을 받기 쉬워 정밀도가 좋은 검출 방법은 아니었다. 이에 대해 본 발명의 실시형태로 되 는 리니어 진동 모터에서는 진폭 환산부(14)가 비통전 기간 중에 기전압의 샘플링을 실행하고, 그 중에서의 최대점에 의해 진폭을 산출하므로, 샘플링 시간이 다소 어긋나도 충분히 진폭을 검출할 수 있다. 또한, 다음 권선(1)에의 통전 타이밍까지의 시간에 여유가 있기 때문에, 본 발명의 실시형태로 되는 리니어 진동 모터에 의하면, 효율이 좋은 타이밍에서 권선에 통전할 수 있고, 모터 구동의 효율화, 전력 절약화가 가능하게 된다.

또, 효율이 좋은 통전 타이밍으로서는 변위 최대점으로부터 1/20주기 이내, 또는 속도 최대점으로부터 1/4주기 이내에 권선(1)에 통전하는 것이 바람직하다. 또, 진폭 최대점 또는 속도 최대점을 마이크로 컴퓨터를 이용하여 검출하는 것에 의해, 더욱 정확한 타이밍으로 권선(1)에 통전할 수 있다. 또, 마이크로 컴퓨터를 이용하여 제어하는 경우, 샘플링 타이밍이 다소 어긋나도 정확한 진폭을 검출할 수 있기 때문에, 저정밀도의 발진 회로를 이용하거나, 마이크로 컴퓨터의 내부 발진 클럭을 이용해도 종래보다 정밀도가 좋은 리니어 진동 모터의 제어가 가능하다.

또, 마이크로 컴퓨터를 이용하고 또한 비통전 기간이 길므로, 변위 최대점의 검출 기간을 종래보다 길게 설정할 수 있다. 예를 들면, 변위 최대점의 검출 기간을 종래보다 100마이크로초 이상 긴 300마이크로초로 설정하는 것에 의해, 급준한 부하 변동에 의해 변위 최대점이 느려진 경우에도 변위 최대점을 놓치는 일 없이, 리니어 진동 모터의 제어가 가능하게 된다.

권선(1)에 통전하는 인버터 회로를 구성하는 상하단의 스위칭 소자 Q1, Q2(도 ２ 참조)를 이용하여 권선(1)에의 구동 전류를 PWM 제어하는 것은 일반적이 기는 하지만, 비통전 기간이 반사이클인 제어에 있어서, 또한 상단의 스위칭 소자 Q1을 WPWM 제어해도 좋다. 이와 같은 제어에 의하면, 모터에 대한 스위칭의 타이밍을 동일하게 유지하는 것이 가능하게 되고, 부하의 변동에 의해서 통전 전류량을 조정한 경우에 있어서도 효율이 좋은 타이밍으로 전류를 공급할 수 있다.

도 6에 나타내는 전지 전압 환산 회로(15)에 의해서 전지 Vcc의 전압의 상태를 리얼타임으로 검출하고, 그 검출값에 의해 제어 출력부(8)에서 진폭 보정 제어를 실행한다. Q1, Q2의 제어를 전압에 상관없이 일정하게 하고 있으면 전압이 높을 때에는 전류가 많아져 진폭이 증가해 버리지만, 이와 같은 전압 피드백을 실행하는 구성에 의하면, 전지 용량의 다소에 의한 전압의 차이에 관계없이 일정한 진폭으로 제어할 수 있다.

또는, 도 2에 나타내는 바와 같이 전지 전압 환산 회로(15)에 의해서 비교 회로(12)의 기준 전압을 보정하는 것에 의해, 전지 Vcc의 전압에 의한 진폭 변화를 억제하도록 해도 좋다. 제어 출력부(8)가 전압에 상관없이 제어를 일정하게 하고 있으면, 전지 전압이 높을 때에는 전류가 많아져 진폭이 증가해 버리고, 반대로 전지 전압이 낮을 때에는 전류가 적어져 진폭이 작아진다. 그러나, 기준 전압의 보정을 실행하면 전압이 높을 때에는 진동자의 속도를 높게 검지하기 때문에 속도를 억제하는 제어를 실행하고, 전압이 낮을 때에는 진동자의 속도를 낮게 검지하기 때문에 속도를 높게 하는 제어를 실행할 수 있다. 그 때문에, 적절한 보정을 실행하면 전지 전압에 의한 진폭에의 영향을 상쇄할 수 있고, 전압의 차이에 관계없이 일정한 진폭으로 제어할 수 있다.

또, 만일, 리니어 진동 모터에서 고부하 상태가 일정 시간 계속된 경우, 비통전 기간에 검출한 기전압의 최대점이 소정의 기준 전압 이하가 되므로, 그 상태를 이상(異常)으로 판단하고, 구동을 정지시키도록 해도 좋다. 또, 이상 상태의 판단으로서, 권선(1)에의 통전 전류를 이용하여, 임의의 기준 이상의 전류가 일정 시간 계속해서 흐르는 것을 검지해서 판단해도 좋다.

전지 전압이 기준 전압 이하로 저하한 경우에 돌연 리니어 진동 모터를 정지시키면, 예를 들면 제모기구의 경우, 수염이 낀 상태에서 정지할 가능성이 있어 위험하므로, 상단의 스위칭 소자 Q1의 듀티를 서서히 저하시켜 완만하게 정지시키는 것이 바람직하다.

또, 리니어 진동 모터에의 전류의 공급을 일방향으로 한정하는 경우에는 도 2와 같이 권선(1)에 통전하는 인버터 회로로서 상하단의 스위칭 소자 Q1, Q2를 마련한 하프 브리지 회로를 이용할 수 있으므로, 스위칭 소자수를 삭감하는 것에 의한 비용 절감 및 사이즈 다운을 실행할 수 있다. 도 ４는 하프 브리지 회로를 나타낸다. 이 하프 브리지 회로의 그라운드와 권선(1)의 플러스측 사이에 다이오드 D2, 권선(1)의 마이너스측과 전원 Vcc 사이에 다이오드 D1을 접속하는 것에 의해, 권선(1)에 흐르는 전류를 회생하고, 리니어 진동 모터를 효율적으로 구동할 수 있다.

또, 이 때, 하단의 스위칭 소자 Q2를 반사이클보다 길게 온시키는 것에 의해, 권선(1)에 흐르는 전류를 효과적으로 이용하는 동시에, 다이오드 D1에 흐르는 전류를 적게 할 수 있기 때문에 정격이 작은 저렴한 부품을 이용할 수 있다.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 적용한 실시형태에 대해 설명했 지만, 이 실시형태에 의한 본 발명의 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면에 의해 본 발명은 한정되는 일은 없다. 즉, 상기 실시형태에 의거하여 당업자 등에 의해 이루어지는 다른 실시형태(예를 들면, 고정자가 완전히 고정되어 있지 않은 가동 고정자를 이용한 액추에이터를 이용하여 실시되는 경우 등), 실시예 및 운용 기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것은 물론인 것을 덧붙여 둔다.

도 １은 본 발명의 실시형태로 되는 리니어 진동 모터의 구성을 나타내는 블럭도.

도 ２는 도 １에 나타내는 진폭 검출부와 전원 회로의 구성을 나타내는 전지 전압의 상태에 의한 보정을 기준 전압의 보정으로 실행하는 회로도.

도 ３은 권선의 기전압의 측정 타이밍을 설명하기 위한 파형도.

도 ４는 도 ２에 나타내는 전원 회로의 응용예의 구성을 나타내는 회로도.

도 ５는 종래의 권선 기전압의 측정 타이밍을 설명하기 위한 파형도.

도 6은 도 1에 나타내는 진폭 검출부와 전원 회로의 구성을 나타내고 전지 전압의 상태에 의한 보정을 제어 출력부에서 실행하는 회로도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1: 권선 2: 고정자

3: 영구자석 4: 진동자

5: 프레임 6a, 6b:스프링

7: 진동 검출부 8: 제어 출력부

Claims (13)

1. 전자석 또는 영구자석으로 이루어지는 고정자와, 영구자석 또는 전자석을 갖는 진동자와, 전자석의 권선에의 구동 전류를 제어하는 제어부를 구비하고, 고정자에 대해 진동자를 왕복 진동시키는 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법에 있어서,

   전자석의 권선에 구동 전류가 흐르고 있지 않은 비통전 기간을 1/4주기 이상 마련하고, 해당 비통전 기간 내에 있어서 진동자의 진동에 수반하여 권선에 발생하는 기전압을 검출하고, 검출된 기전압에 의거하여 진동자의 변위, 속도 또는 가속도를 검출하고, 검출된 진동자의 변위, 속도 또는 가속도에 의거하여 권선에의 구동 전류를 제어하고,

   상기 권선에 공급하는 구동 전류를 제어하는 인버터 회로로서 1쌍의 상단 및하단의 스위칭 소자로 구성된 하프 브리지 회로를 이용하고,

   상기 하단의 스위칭 소자의 통전 기간으로서 반 사이클을 넘은 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 진동자의 변위 최대점을 주기의 기점으로 해서, 해당 기점으로부터 1/20주기 이내에 권선에 구동 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 진동자의 속도 최대점을 주기의 기점으로 해서, 해당 기점으로부터 1/4 주기 이내에 권선에 구동 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   변위 최대점의 검출 기간을 300마이크로초 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 권선에 공급하는 구동 전류를 제어하는 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자의 온 시간의 개시 타이밍과 종료 타이밍을 일정하게 하고, 그 시간 내에서 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 비통전 기간 내에 있어서 상기 권선에 구동 전류를 공급하는 전원의 전압을 검출하고, 검출 결과에 의거하여 전원 전압의 변화에 수반하는 상기 진동자의 진폭 제어를 보정하는 것을 특징으로 하는 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 비통전 기간내에 있어서 상기 권선에 구동 전류를 공급하는 전원의 전압을 이용하여 진폭 검출부의 비교 회로의 기준 전압을 보정하고, 상기 진동자의 진폭 제어를 보정하는 것을 특징으로 하는 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 비통전 기간에 검출된 기전압의 최대점이 소정값 이하인 상태가 소정 시간 계속된 경우, 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 권선에 소정값 이상의 구동 전류가 소정 시간 이상 계속해서 흐른 경우, 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 권선에 구동 전류를 공급하는 전원의 전압이 소정값 이하인 경우, 상기 권선에 공급하는 구동 전류를 제어하는 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자의 듀티를 서서히 저하시키는 것에 의해 구동을 서서히 정지시키는 것을 특징으로 하는 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법.
11. 삭제
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 하프 브리지 회로에 있어서 접지준위와 권선의 정극측 사이, 및 전원과 권선의 부극측 사이에 다이오드를 접속하는 것을 특징으로 하는 리니어 진동 모터의 구동 제어 방법.
13. 삭제

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