CN1226013A - 振动型致动器的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于振动型致动器的控制装置。该装置使第一积分装置对致动器驱动速度状态及目标速度状态之差进行积分,使第二积分装置对第一积分装置的积分值积分,并根据第一及第二积分装置的积分值之和控制周期信号来驱动致动器,由此精确地控制被致动器驱动的运动件的目标速度及位置。

Description

振动型致动器的驱动装置

本发明涉及振动型致动器的驱动装置，该致动器例如是使用通过将交变信号施加到机电能量转移单元而在振动件上产生的振动能量来输出驱动力的振动型电动机，并且涉及使用振动型致动器的设备和图象形成装置，更具体地，涉及将振动型致动器用于在电子照相图象形成装置中需要高转速精度的部件、如复印机中作为图象载体的感光鼓的装置。

传统上，振动型制动器，尤其是振动型电动机的速度，如同其他电动机那样是由比例加积分控制或积分控制方式控制的。

例如，在日本专利申请公开文献No.7-131987中，如图5所示，作为其相位被一个90度移相器移相90°的交变信号的AC电压由输入功率放大器39及41经由匹配线圈42和45及驱动电极43和46至压电元件56，后者构成具有两相驱动部分的振动件。一个及另一驱动信号也被用来检测振动状态。这两个信号的和经电容器44及47输入到差分放大器50的一个输入端，而来自压电元件56的输出端的信号(地电压)被输入到差分放大器50的另一输入端。差分放大器50输出转速信息。差分放大器50的输出经由整流器51被输入到另一差分放大器52的输入端，而来自目标速度设定装置53的目标速度值被输入到差分放大器52的另一输入端。差分放大器52将速度差输入到一个积分器55。

加法器54将来自差分放大器52的差值及来自积分器55的积分值相加，使用和值来调节由电压控制振荡器38输出的振动型电动机的驱动频率，由此控制速度。

当使用振动型电动机来驱动复印机的感光鼓时，印制精度受移动距离，即感光鼓表面转动角误差的影响。在该现有技术中，如果速度受干扰等的影响而变化，稳态速度误差(ΔV)可被最后作为速度偏差被消除，其如图4A所示；但由速度积分获得的位置尺寸稳态误差(Δ×)不能被消除，其如图4B所示。这就是，由振动引起的位置偏移不能被校正(当在两点之间运动期间速度变化时，不能在预定时间中获得目标位置，即使当速度回到目标速度也如此)。作为其结果，不能执行高质量的印刷。

更具体地，在单色复印中，在转移位置上转移给转移件的感光鼓上的色剂图象不能在正确位置转移到转移件上。

在彩色复印中，当携带各彩色色剂图象(四色)的各感光鼓并列设置时，在不同位置转移到转移件上的色剂图象引起彩色误配准。

此外，在上述现有技术中，以模拟方式进行比例加积分控制，由此不能作高精度控制。

本申请的一个方面是提供一种振动型致动器的驱动装置，它能通过使用简单设计及振动型电动机的高速响应特性消除位置稳态误差。

本申请的一个方面是提供一种振动型致动器的驱动装置，它能通过使用简单设计及振动型电动机的高速响应特性消除速度及位置的稳态误差。

本申请的一个方面是提供一种具有振动型制动器的装置，它能驱动待驱动件，而无速度及位置的任何稳态误差。

本申请的一个方面是提供一种图象形成装置，当使用振动型致动器作驱动源驱动感光鼓及类似部件时能获得高质量图象。

本申请的一个方面是提供振动型致动器，用于对机电能量转换元件施加周期信号并激励振动件，由此获得振动力，它包括：检测装置，用于检测振动型致动器的驱动状态；计算装置，用于计算由致动装置获得的驱动状态与预定状态之间的差；第一积分装置，用于对计算装置获得的值积分；及第二积分装置，用于对从第一积分装置获得的值积分；其中根据至少由第二积分装置输出的值来调节供给机电能量转换元件的能量。

本申请的一个方面是提供一种振动型致动器的驱动装置，它能通过在高速时高精度的比例积分控制振动型致动器的速度、加速度、位置及振动状态。

本申请的一个方面是提供一种振动型致动器的驱动装置，用于对机电能量转换元件施加周期信号以激励振动件，由此获得驱动力，它包括：检测装置，用于检测振动型致动器的驱动状态；计算装置，用于计算由检测装置获得的驱动状态与预定状态之间的差；第一积分装置，用于对计算装置在第一定时上输出的值积分；第二积分装置，用于对计算装置在第二定时上输出的值积分，并在每预定数目积分操作时复位积分值；寄存器，用于在每次第二积分装置复位的紧前面保持第二积分装置的积分值；及加法装置，用于使第一积分装置输出值及寄存器输出值以预定比例相加；其中根据加法装置的输出来调节供给机电能量转换元件的能量。

从以下结合附图的描述将会阐明本发明的上述及另外的目的、特征和优点。

图1是表示本发明第一实施例中控制的框图；

图2是表示用于本发明第一实施例中的图象形成装置的示意图；

图3是表示图2中感光鼓驱动装置的示意图；

图4A、4B、4C及4D是用于解释速度偏差及位置偏差的曲线图；

图5是表示传统振动型致动器控制的框图；

图6是表示图1中速度差检测器的电路图；

图7是表示图1中积分器的电路图；

图8是表示图1中脉冲发生器的电路图；

图9是由图8中脉冲发生器输出的脉冲的时序图；

图10是表示图1中升压装置的电路图；

图11是振动型电动机的频率及速度之间关系的曲线图；

图12是表示根据本发明第二至第四实施例的控制装置的框图；

图13是表示本发明第二实施例的微计算机操作的流程图；

图14是表示本发明第三实施例的微计算机操作的流程图；

图15是表示本发明第四实施例的微计算机操作的流程图；

图16是表示图1中控制装置应用于图2的图象形成装置的框图；

图17表示本发明第五实施例的框图；

图18是图17中振动型致动器的侧视图；

图19是表示图18中压电元件的平面图；

图20是表示图17中积分装置，计数器及寄存器的操作的时序图；

图21是表示图17中的输出功率放大装置的框图；

图22是表示图17中四相脉冲发生装置的框图；

图23是表示图22中操作的时序图；

图24是表示图22中脉宽设定装置的框图；

图25是表示图24中操作的时序图；

图26是表示本发明第六实施例的框图；

图27是表示本发明第七实施例的框图。

(第一实施例)

图2表示根据本发明第一实施例的彩色图象形成装置的总体的示意图。将参照该图2来描述彩色图象形成装置。

在图2中，阅读器部分的组成为：CCD101；其上安装CCD101的衬底；印机处理器312；玻璃原件板301；原件供给器302；光源303及304，用于照射原件；反射器305及306，用于使来自光源(303,304)的光会聚并将光照向原件；镜307至309；透镜310，用于将来自原件的反射及投影光会聚到CCD101上；支架310，用于容纳光源(303,304)，反射器(305,306)及镜307；支架315，用于容纳镜(308,309)，及接口313与另外部件，如IPU。

原件的整个表面通过分别以速度V及V/2在垂直CCD101的电扫描(主扫描)方向上机械地移动支架314及315被扫描(副扫描)。

在玻璃原件板上的原件反射来自光源(303,304)的光，反射光被引导到CCD101并转换成电信号。电信号(模拟图象信号)被输入到图象处理器312并转换成数字信号。转换的信号受到处理，传送到印机部分，用于形成图象。

现在来解释印机部分的布置。

在图2中，印机部分包括：M(深红)图象形成装置317,C(蓝绿)图象形成装置318,Y(黄)图象形成装置319，及K(黑)图象形成装置320。因为这些装置具有相同布置，仅对M图象形成装置317进行解释，将省略对其余图象形成装置的说明。

在M图象形成装置317中，在用作图象载体的感光鼓342的表面由来自LED阵列210的光形成一个潜象。主充电装置321使感光鼓342表面充电到预定电位，以准备形成潜象。显影装置322使感光鼓342上的潜象显影以形成一个色剂象。显影装置322包括一个套筒345，用于施加显影偏压及显影图象。在一个用于传送转移件的闭合转移件传送带333下方的转移充电装置323放电并将感光鼓342上的色剂图象转移到转移件传送带333上的记录纸张或类似物上。在该第一实施例中，因为高转移效率未设置传统使用的除尘器，但也可设置它。

现在来描述在例如记录纸上形成图象的过程。堆放在纸盒(340,341)中的记录纸张被取纸滚子(339,338)一个接一个地取出，并由供纸滚子(336,337)供到转移件传送带333上。供入的纸张被吸引充电装置346充电。传送带滚子348驱动传送带333，与吸引充电装置346一起对记录纸张充电，及将记录纸张吸引到转移件传送带333上。前端传感器347检测转移件传送带333上记录纸张的前端。前端传感器的检测信号从印机部分传送到彩色阅读器部分，并用作从彩色阅读器部分将视频信号传送到印机部分的副扫描同步信号。

记录纸张被转移件传送带333传送，及以图象形成装置317至320中的M,C,Y及K的次序在纸张表面形成色剂图象。通过K图象形成装置320的记录纸张被电荷清除装置349除去电荷，以便易于从转移件传送带333上分离纸张，然后纸张从转移件传送带333上分离开来。

分离充电装置350防止在把记录纸张从转移件传送带333分离时受分离放电的图象干扰。分离的记录纸张被预固定充电装置(351,352)充电，以便补偿色剂粘附强度及防止图象干扰，及在色剂图象被固定装置334热固定后排放到排放盘335中。

一个公知的振动型电动机用作使感光鼓(342-345)及转移件传送带滚子348转动的驱动电动机。

对振动型电动机施加AC信号，它用作压电元件的交变信号，该压电元件用作固定在例如构成振动件的弹性件上的机电能量转换元件，用于在弹性件表面产生圆形或椭圆形运动，及使与弹性件压触的接触件与振动件相对运动。在使用定子作为振动件及转子作为接触件的另一类型的振动型电动机中，设置在转子旋转中心的输出轴与转子相连接，并从该输出轴提取输出。第一实施例使用具有输出轴的该振动型致动器。

图3是表示感光鼓及振动型电动机之间连接状态的示意图。在图3中，转子编码器8将振动型电动机9输出轴的转角输出为脉冲信息。感光鼓10连接到振动型电动机9的输出轴。

图1是表示根据本发明第一实施例的振动型电动机的控制的框图。图16表示其中使用图1中所示一个振动型电动机的驱动装置来驱动图2的图象形成装置中的多个感光鼓及转移件传送带。以下将描述图1中的框图。

在图1中，速度差检测器1来检测并输出速度指令值及驱动速度之差值，后者是根据来自与振动型电动机6的输出轴相连接的旋转编码器7的脉冲信息获得的。图6表示速度差检测器的一个例子。图6中所示的速度差检测器是由包括D触发器11及12的同步逻辑电路形成的。当D触发器12的输入D为高电平及其输出Q为低电平时，来自D触发器12的输出作为来自编码器输入脉冲的前沿被检测。在此时，仅在一个时间周期中，AND的输出保持高电平。

当AND14的输出为高电平，即完成了从编码器脉冲前沿的一个时钟周期时，目标速度数据被加载到16位向下计数器15中。在其余时间中，16位向下计数器15向下计数。当来自编码器的一个脉冲周期在以目标速度工作期间被时钟计数时，目标速度数据设置计数值。目标速度数据V由下式给出：

V=fc/(N×Ep)-1式中fc为时钟频率[Hz]，N为目标转速[1/s]，及Ep为每转的输出编码器脉冲数[P/R]。例如，当目标转速为1[1/s]时，时钟频率为10[MHz]，及电动机每转输出2000脉冲时，目标速度数据为4,999。

计数器15的值在编码器边缘检测后一个时钟周期被写入到16位寄存器16。当该数据正写入到寄存器16中时，目标速度还未加载到计数器15中，及在编码器脉冲沿检测紧前面的计数值被写入。

寄存器16的输出端Q输出寄存值的反相数据，编码器前沿及下一前沿之间的时间被计数，寄存器16输出值为：

Te×fc-v-1式中v为目标速度数据，Te是编码器脉冲输出周期[秒]，及fc是时钟频率[Hz]。

再参照图1，以该方式检测的速度差数据被输入到第一积分器2中。图7是表示第一积分器2的内部结构。在第一实施例的控制电路中，积分器2和积分器3的积分时间常数被用作可调节的控制参数。

在图7中，当向下计数器的值变为0时，8位向下计数器16’的进位输出C改变成高电平。然后积分时间常数数据被加载并执行向下计数。通过该操作，向下计数器16’构成使用积分时间常数作为周期的环形计数器。

向下计数器16’的进位输出C输出一个信号，它仅在环形计数器一个周期中一次地在一个时钟周期期间保持高电平。

16位加法器17将16位输入A及输入B的数据相加，并从输出端S输出和数据。输出数据被输入到16位寄存器18。

在寄存器18中，在由向下计数器输出的积分时间常数的定时上数据被加载。其结果是，相应于积分时间常数的积分数据从寄存器18的输出Q输出。

应指出，该第一实施例也需要在驱动振动型电动机前在积分器中使积分数据初始化的电路，及设置积分结果上、下限的装置，以防止积分数据溢出，但为了描述简便起见，省略了对它们的说明。

再参照图1，第二积分器3具有与第一积分器2相同的内部结构。第二积分器3使用与第一积分器分开设置的积分时间常数对第一积分器2积分了的数据进行积分。

加法器37是一个与图7中所示加法器17相同的16位加法器。该加法器37将由第一积分器2对速度差数据积分获得的数据及由第二积分器3对来自第一积分器2的数据积分获得的数据相加。由加法器37输出的数据用作控制变量。

第一实施例使用提供给振动型电动机的AC电压频率作为控制振动型电动机速度的控制变量。

图11表示振动型电动机的转速与供给振动型电动机的AC电压的频率的函数关系。如图11所示，转速在振动型电动机的谐振频率fr时呈现峰值。因为该特性在频率大于谐振频率fr时是平滑变化的并相对容易地被控制，通常在频率高于谐振频率fr的区域中控制转速。

再参照图1，脉冲发生器4输出四相脉冲信号，每个具有由加法器37输出的频率及预定脉冲宽度。图8是表示脉冲发生器4内部结构的电路图。

在图8中，16位向下计数器19当计数值为0时由输出端C输出一个高电平信号。当该高电平信号从输出端C输出时，向下计数器19的加载输入端LD变为高电平，以对计数器加载频率数据。此后，向下计数器19执行向下计数。

由于该结构，仅在一个时钟周期中相对一周期频率数据保持高电平的信号由向下计数器19的进位输出端C输出。

应注意，在第一实施例中的频率数据实际上是相应于驱动频率周期的值。因为驱动振动型电动机的交变波形的一个周期相应于向下计数器19的四个周期，频率数据被设置成振动型电动机驱动频率周期的1/4。向下计数器19的进位输出端C作为启动信号EN输入到2位计数器20。

计数器20每次对计数器19输出的进位信号向上计数。计数值重复四种状态0至3。该计数器的输出端Q0及Q1被输入到2至4解码器21。

当输入G处于低电平时，解码器21的所有输出Q0至Q3变化到低电平。当输入G为高电平时，根据输入A及B的组合，输出Q0至Q3中的任一个变为高电平。

如果输入A及B均为低电平，输出Q0变为高电平；如果输入A为高电平，输入B为低电平，输出Q1变为高电平；如果输入A为低电平，及输入B为高电平，输出Q2变为高电平；及如果输入A及B为高电平，输出Q3变为高电平。

由于该结构，解码器21输出Q0至Q3，以使得当使用由向下计数器19输出的作为一个周期的频率数据，进位输出C变为高电平时，仅在一个时钟周期期间，它们顺序地改变到高电平。

解码器21的输出Q0至Q3被输入到RS触发器22至25的置位输入端S。

当每个置位输入端S为高电平时，RS触发器22至25的输出变为高电平，并保持在高电平直至复位输入R改变到高电平为止。RS触发器22至25的复位输入端R接收16位向下计数器26的进位输出C。

向下计数器26用于确定脉冲宽度，当RS触发器22至25的输出Q改变到高电平，即向下计数器19的进位输出C改变到高电平时，向下计数器19的进位输出C改变到高电平时，向下计数器26的负载输入LD接收高电平信号。

在向下计数器26的负载输入端LD接收高电平信号以后，外部脉冲宽度数据被加载到向下计数器26。该脉冲宽度数据是由控制器(未示出)给出的固定值或预定值。

脉冲宽度数据必须小于上述频率数据。由于该结构，在任何RS触发器的输出改变到高电平后相应于脉冲宽度数据的时间期满时，向下计数器26改变到高电平。

通过上述操作，来自脉冲发生器的输出A1,A2,B1及B2输出各具有频率数据周期四倍的周期及脉冲宽度相应于脉宽数据的脉冲。图9是表示输出A1,A2,B1及B2的时序图。如图9中所示，脉冲A1及A2和脉冲B1及B2分别具有180°的相位差。脉冲A1及B1的脉宽和脉冲A2和B2的脉宽分别具有90°相位差。由该脉冲发生器输出的四相脉冲被输入到图1中的升压装置5中。

图10是该开压装置内部结构的电路图。升压装置5根据来自脉冲发生器4的脉冲信号产生驱动振动型电动机的两相交变波形。这两相交变波形是具有相同频率的信号，电压幅值约300Vp-p，及时间相位差为90°。

在图10中，升压装置5包括FETs27a,27b,27c及27d。FETs27a及27b用于产生A相驱动信号，而FETs27c及27d用于产生B相驱动信号。

升压装置5还包括具有中心抽头的变压器28a及28b。在图10中，变压器28a的原边中心抽头电极与电源电压相连接。电源电压是由例如装置中的开关调节器产生的DC电压。

第一实施例的图象形成装置使用24V的电源电压。其余两个原边电极分别连接到FETs27a及27b的漏极。FET27a被由脉冲发生器输出的脉冲信号A1驱动，及FET27b被脉冲信号A2驱动。其结果是，交变电流从变压器28a原边侧中心抽头流到其余两个端子。

在变压器28a次边侧产生出与变压器28a的升压比相应的AC信号，并用作A相交变波形输出。类似地，产生了B相交变波形输出。通过使用如图9所示的四相脉冲信号作为FETs27a至27d的栅极信号，对于图10输出的A和B相交变波形形成了90°的时间相位差。由上述电路产生的各相交变信号被输入到图1的振动型电动机6。

振动型电动机6由上述原理驱动。如图3中所示，旋转编码器8连接在振动型电动机9的一个输出轴上。相应于编码器8转速输出的脉冲信号被输入到图1中的速度差检测器1。

上述的结构形成这样一个反馈环，它使振动型电动机的转速保持恒定。

在第一实施例中，使用了两个、即第一和第二积分器2及3。第一积分器2的积分值被直接输入到加法器37，以消除对目标速度的稳态偏差，如图4C中所示。由第二积分器对第一积分器2的积分值积分获得的二重积分值被输入到加法器37，以消除对目标值的稳态位置误差。

当图2中所示彩色复印机中的感光鼓及转移件传送带被振动型电动机驱动时，例如，当转移件的前端在转移位置上进入每个感光鼓的咬入口时，负载就加到感光鼓上并使速度下降。其结果是，由速度差检测器1检测到速度的下降并由第一积分器2积分。积分值本身允许使用检测速度作为速度指令值，但不能补偿速度下降形成的延迟。

但是，第一积分器2的积分值还由第二积分器3积分，所获得的二重积分值能补偿该延迟。

更具体地，由加法器37输出到脉冲发生器4的信号在预定时间中使振动型电动机6旋转到目标转角，以便消除位置偏差，而将速度也调节到目标速度以消除速度偏差。

这不仅能消除所有感光鼓的速度偏差，而且也可消除在感光鼓上形成图象时感光鼓对目标值的移动距离的稳态误差。

当使用两个积分器的控制***构成电磁电动机速度控制***时，闭环传递特性相延迟增大并使***不稳态。

但是，振动型电动机能免于该问题，因为它具有比电磁电动机更高的响应速度。换言之，不使用重转子的振动型电动机具有比使用重绕组作转子的电磁电动机的惯性力小的惯性力。此外，由于电磁电动机的绕组是感应部件，磁场产生了时间延迟。相反地，由于振动型电动机由对压电元件施加电压产生振动来驱动，它呈现高响应速度。(第二实施例)

图12是表示本发明第二实施例的框图。

在第一实施例中，控制***的计算部分由数字电路组成。在第二实施例中，如图12所示，控制***是由微计算机实现的。

在第二实施例中，第一积分操作是使用微计算机内部的存储器A执行的，及第二积分操作是使用存储器B执行的。图13是表示微处理机29内部操作的流程图。现在将参照图13来描述微计算机的操作。

微计算机执行两种操作，即在振动型电动机起动时的操作及在起动后速度控制操作。将首先解释驱动起动操作。

在步骤1中，当接收到外部的振动型电动机驱动指令时，驱动起动。

在步骤2中，在微计算机内部用作第一积分操作存储装置的存储器A的值被设置为零。

在步骤3中，初始值被微计算机内部用作第二积分操作存储装置的存储器B的值代替。

在步骤4中，将由在步骤3中在存储器B中初始设置的值乘以第二积分装置的放大倍数K2得到的值确定为频率指令。该频率被称为用作施加于振动型电动机的起动AC电压的频率的初始频率。该初始频率是以振动式电动机被驱动的振动方式为基础的，并被设置为高于振动方式中的谐振频率fr。被确定的频率指令输出到图12中的脉冲发生器4。

在步骤5中，驱动脉冲宽度被指定。驱动脉宽是输入到图10中所示每个FETs27a至27d的栅极端子的脉冲宽度，并被设置成不致损坏FETs及变压器的值。设置的脉冲值保持不变，直到振动型电动机停止时为止。被确定出的脉宽输出到图12中的脉冲发生器4。

在步骤6中，驱动电压被施加到振动型电动机。在以上步骤中，没有脉冲从栅极电路(未示出)输出到FETs27a至27d的栅极端子。在步骤6中，脉冲第一次输出到栅极端子。步骤6中的操作可通过对变压器28a及28b的初级侧供给电源电压来实现。

在上述步骤后，在步骤7中完成驱动起动操作。

现在将描述控制操作。使用定时器中断，通过在每预定时间改变施加于振动型电动机的频率来控制振动型电动机。在步骤8中，产生定时中断。

在步骤9中，从图12中的速度差检测器1取得速度差数据(ΔV)。

在步骤10中，计算A+B并替代入第二积分操作的存储器B，以便对存储第一积分操作结果的存储器A的值进行积分。

在步骤11中，计算A+ΔV并替代入存储器A，以便执行第一积分操作。在步骤11对于存储器A计算前在步骤10中执行对于存储器B的计算，是因为第二积分操作要使用先前定时器中断确定的第一积分操作的结果来进行。

在步骤12中，使用在其中存储了积分操作结果的存储器A及B通过下式来确定驱动频率，

f=K1×A+K2×B式中f是确定的驱动频率数据，K1是用于第一积分操作结果的控制增益，及K2是用于第二积分操作结果的控制增益。在确定了驱动频率以后，将确定值输出到图12中的脉冲发生器4。

在以上操作时，在步骤13中完成中断操作，及流程等待产生下一定时器中断。如果产生了下一定时器中断，流程返回步骤8，以再控制振动型电动机。该操作被执行直到电动机停止为止。

由于该设计，振动型电动机能类似于本发明第一实施例那样地受控制，并可获得如第一实施例中相同的结果。(第三实施例)

图14是表示本发明第三实施例的流程图。第三实施例除了流程图外与本发明第二实施例相同。该第三实施例中流程与第二实施例中流程不同的地方仅在于，在步骤12中驱动频率的确定，因此仅解释步骤12。

在步骤12中，驱动频率由式f=K1×A+K2×B+K3×ΔV来确定。

不同于第二实施例的是加入了项K3×ΔV，它作为一个正比单元，以便改善第二实施例的响应特性，及K3为正比增益。

由于振动型电动机被这种方案控制，故可获得与第一及第二实施例相同的效果，此外可以改善响应特性。(第四实施例)

图15是表示本发明第四实施例的流程图。类似于第二及第三实施例，使用与图12中相同的方案来执行控制框图。

在第一至第三实施例中，振动型电动机的速度是由振动型电动机的频率操作来控制的。在该第四实施例中，是通过对输入到脉冲发生器的脉冲宽度数据的操作来控制的。现在参照图15来描述第四实施例的操作。

微计算机执行两种操作，即在振动型电动机起动时的操作及在起动后的速度控制操作。现在将首先解释起动操作。

在步骤1中，当接收到外部的振动型电动机驱动指令时，驱动起动。

在步骤2中，在微计算机内部用作第一积分操作存储装置的存储器A的值被设置为零。

在步骤3中，初始值被微计算机内部用作第二积分操作存储装置的存储器B的值代替。

在步骤4中，将由在步骤3中在存储器B中初始设置的值乘以第二积分装置的放大倍数K2得到的值确定为脉宽指令。该脉冲宽度被用作在起动时施加于振动型电动机的AC电压的脉宽。确定出的脉宽指令被输出到图12中的脉冲发生器4。

在步骤5中，驱动频率被指定。驱动频率被选择以满足以目标速度驱动振动型电动机。能够满足地驱动振动型电动机的频率意味着，能以大脉冲宽度在比目标速度高的速度下使动型电动机转动并能在目标速度下通过增/减脉冲宽度使其转动。确定的频率被输出到图12的脉冲发生器4。

在步骤6中，将电压施加到振动型电动机。在以上步骤中，没有脉冲从栅极电路(未示出)输出到FETs的栅极端子。在步骤6中，脉冲第一次输出到栅极端子。步骤6中的操作可通过对变压器原边供给电源电压来实现。

在上述步骤后，在步骤7中完成驱动起动操作。

现在将描述控制操作。使用定时器中断，通过在每预定时间改变施加到振动型电动机的脉冲宽度，控制振动型电动机。在步骤8中产生定时器中断。

在步骤9中，从图12中的速度差检测器1取得速度差数据(ΔV)。

在步骤10中，计算A+B并替代入第二积分操作的存储器B，以便对存储第一积分操作结果的存储器A的值进行积分。

在步骤11中，计算A+ΔV并替代入存储器A，以便执行第一积分操作。在步骤11对于存储器A计算前在步骤10中执行对于存储器B的计算，是因为第二积分操作要使用先前定时器中断确定的第一积分操作的结果来进行。

在步骤12中，使用在其中存储了积分操作结果的存储器A及B通过下式来确定脉冲宽度：

P=K1×A+K2×B式中P是确定的脉宽数据，K1是用于第一积分操作结果的控制增益，及K2是用于第二积分操作结果的控制增益。在确定了驱动脉宽以后，将确定值输出到图12中的脉冲发生器4。

在以上操作时，在步骤13中完成中断操作，及流程等待产生下一定时器中断。如果产生了下一定时器中断，流程返回步骤8，以再控制振动型电动机。该操作被执行直到电动机停止为止。

由于该设计，振动型电动机能类似于上述第一及第二实施例那样地受控制。当振动型电动机由脉宽操作控制时，在该第四实施例中，可考虑如第三实施例中的正比项。

虽然未描述，振动型电动机也可通过施加的两相AC电压之间相位差的操作来控制，以代替如以上实施例所述的频率或脉宽的操作。

在这些实施例中，驱动电路使用逻辑电路或微处理机来控制。但是，实现本发明的装置并不限于此，本发明可使用所有能确定控制变量的措施，其中使用积分器积分偏差得到的值及积分该积分结果得到的值。

作为检测振动型致动器驱动状态的检测措施，速度可被检测。另一方式是，振动型致动器的加速度，位置，振动状态可被检测，及可获得对参考值的差并由第一积分装置积分。(第五实施例)

图17是表示根据本发明第五实施例的振动型致动器驱动装置的框图。彩色图象形成装置使用图1中的驱动装置并具有如图2所示的整体结构。

图18是表示振动型致动器一例的环形致动器侧视图。该振动件是由将作为机电能量转换元件的压电元件103粘在一个环形弹性件101上构成的。与粘有压电元件103的表面对立的另一表面用作驱动表面，及具有转轴(输出轴)105的转子102与驱动表面通过加压装置(未示出)形成压接触。摩擦件104被粘在弹性件101的驱动表面并夹在驱动表面及转子102之间。

整个压电元件103是环形的，如图19中所示，及其表面被分成多个电极。这些电极由两个驱动电极组(103-a,103-b)组成，及一个传感电极部分103-c组成。驱动电极组103-a，驱动电极组103-b及传感电极部分103-c分别被称为A相，B相及S相。

在图18所示的振动型致动器中，具有时间相位差90°的AC电压被供给A及B相，以在弹性件101上产生行进振动波(在弹性件101表面上产生圆或椭圆运动)。振动力通过摩擦件104传送到与弹性件101压接触的转子102，由此使转子转动。

以此方式，振动型致动器通过施加两个AC电压相应地转动转子102及弹性件107。

图17中所示的振动型致动器的驱动装置控制振动型致动器9以使其驱动速度恒定。旋转编码器10检测振动型致动器9的转速。周期检测计数器11检测来自旋转编码器的脉冲信号周期。减法器1从相应于由周期检测计数器11检测的振动型致动器转速的值中减去指令装置(未示出)的速度指令。积分装置2及3对减法器1的输出进行积分。

计数器4在预定定时上产生积分装置3的复位信号。寄存器5根据来自计数器4的信号“进位1”(Carry1)保持积分装置3的输出由复位信号定时复位紧前面的值。

加法器6将来积分装置2的积分输出，来自寄存器5的输出及来自指令装置(未示出)的初始频率指令相加。四相脉冲发生装置7根据加法器6输出的频率指令及来自指令装置(未示出)的脉宽指令产生四相脉冲。输出功率放大装置8根据来自四相脉冲发生装置7的输出产生约0V至200Vp-p的两相AC电压输出。

在图17的框图的操作中，当由周期检测计数器11检测的振动型致动器9的转速低于来自指令装置(未示出)的指令时，来自周期计数器11的输出较大，因此减法器1的输出为正。然后，积分装置2和3的输出被加法器6加到来自指令装置(未示出)的初始频率指令上，作为四相脉冲发生装置7的指令的脉冲周期(频率指令)增加，及振动型致动器9的驱动频率下降。由于该驱动频率接近于振动型致动器9的谐振频率，振动型致动器的转速上升到指令速度。

图20是表示积分装置2及3和计数器4操作的时序图。积分装置2的积分值是在信号CLK的定时上对减法器1的输出积分而获得的。积分装置3的积分值是在信号CLK2的定时上积分获得的。

计数器4在信号CLK2的5个周期上输出一个信号Carry1。当信号Carry1为高电平时，积分装置3在信号CLK2的前沿时被复位，在复位紧前面的积分值被保持在寄存器5中。

图21是表示输出功率放大装置的框图。

MOSFET驱动器21驱动MOSFET。例如，如果PAO为低电平时MOSFET驱动器21开通MOS2及关断MOS1，如果PAO为高电平时，则开通MOS1及关断MOS2。MOSFET驱动器21使用变压器T1及T2来提升驱动电压，并经过线圈L1及L2将高的AC电压施加给线圈L1及L2。线圈L1及L2与振动型致动器的等效电容器相匹配。

通常，振动型致动器9是以高于振动件101的谐振频率的频率范围驱动的。该频率实质上在驱动频率范围内匹配。例如，该频率与高于谐振频率及低于反谐振频率的频率匹配，及该振动器振动模式的阶被设在主驱动模式的频率范围中。

图22表示四相脉冲发生装置7的结构。脉冲发生器12根据频率指令产生四相固定脉宽信号。脉冲宽度设置装置13及14根据脉宽指令改变固定脉宽信号φ0至φ3的脉宽。

图23是表示图22中各单元波形例子的时序图。如从图23清楚看出的，φ0至φ3是具有占空比为25％的序贯输出脉冲，及PAO及PA1为占空比不同于25％的输出脉冲。

图24是表示脉宽设置装置13电路例子的电路图。该脉宽设置装置包括向下计数器15,NOR元件16,NOT元件17及22,D触发器18及AND元件19和20。

当信号Load为高电平时，脉宽指令在信号CLK的前沿时被加载到向下计数器。当信号Load为低电平时，计数器值在信号CLK的前沿时一个接一个地递减。当计数器值达到0时，信号Carry2改变至高电平，并被NOT元件22反相，以使D触发器18复位。

图25是表示各单元波形例的时序图。与图23的例不同，φ0及φ2具有37.5％的占空比。信号PAO的脉宽受到信号Carry2的限制，φ0的脉宽被改变。

在第五实施例中，振动型致动器9的转速受改变其驱通频率的控制。换一方式，转速也可通过控制驱动电压的幅值，类似于改变驱动频率地被控制，因为在大的驱动电压时转速变高。此外，转速可通过PA及PB之间相位差的控制来控制。

如上所述，图20是表示积分装置2及3和寄存器5操作的时序图。积分装置2在信号CLK的定时上对来自减法器1的输出进行积分，而积分装置3在CLK2的定时上对减法器1的输出积分。在预定周期即每5个CLK2脉冲信号时，积分装置3被复位，在复位紧前面的值被存在寄存器5中。由于每次积分值存于寄存器5中，减法器1的输出被积分四次，如果减法器1的输出来改变，则将其输出值四倍的值存于寄存器5中。

更具体地，比例加积分的速度控制可通过由加法器6将积分装置2及寄存器5的值加上初始频率指令来实现。

应指出，在第五实施例中，振动型致动器9被用来驱动彩色图象形成装置中的感光鼓。但是，振动型致动器9也可使用来使印机印头架往复操作，驱动硬盘磁盘头，驱动照相机镜头，等。

此外，图17中的控制电路设计用于每个感光鼓。

在第五实施例中，振动型致动器的速度通过驱动频率的改变来控制。如公知的，在高驱动电压时速度增高，及当A与B相之间的相位差变为接近0时速度变低。因此，这些参数可取代频率来改变。(第六实施例)

图26是表示根据本发明第六实施例的振动型致动器的控制装置的框图。振动型致动器9的振动幅值被控制得与来自指令装置(未示出)的幅值指令一致。

在图26中，幅值检测装置23根据来自检测振动型致动器9振动的传感电极(S相)的信号检测其幅值。A/D转换装置24对幅值检测装置23的输出电压作A/D转换。

现在来描述第六实施例的操作。

当由A/D转换装置24检测的振动型致动器的振动幅值小于来自指令装置(未示出)的幅值指令时，A/D转换装置4的输出小，及减法器1的输出为正。然后，积分装置2及3的输出增大。当积分装置2及3的输出被加法器6加到指令装置(未示出)来的初始频率指令上(未示出)时，作为四相脉冲发生装置7指令的脉冲周期(频率指令)增大，而振动型致动器9的驱动频率下降。由于驱动频率接近振动型致动器9的谐振频率，振动型致动器9的转速增加到幅度指令。(第七实施例)

图27是表示根据本发明第七实施例的振动型致动器的控制装置的框图。在第六实施例中，驱动频率改变，以改变振动幅度。但是，在第七实施例中，驱动电压的幅度改变。

在第六实施例中的四相脉冲发生装置7是由加法器6输出的驱动频率指令确定的，并接收来自指令装置(未示出)的脉宽指令。在第七实施例中，四相脉冲发生装置7接收来自加法器6的脉宽指令。当加法器6的输出为负时，限值装置60的输出为零；当它为正时，限值装置60直接地输出该正输出值。

现在将描述第七实施例的操作。当由A/D转换装置24检测到的振动型致动器的振动幅值大于来自指令装置(未示出)的幅值指令时，A/D转换装置24的输出大，而减法器1的输出为负。然后，积分装置2及3的输出增加。当积分装置2及3的输出被加法器6相加时，对四相脉冲发生装置7的脉宽指令减小，及输出功率放大装置的输出电压也下降。因此，该振动型致动器9的幅值减小致接近幅值指令。

Claims (10)

1、振动型致动器的驱动装置，用于对机电能量转换元件施加周期信号以产生振动件的振动，由此获得驱动力，其特征在于：

检测装置，用于检测所述振动型致动器的驱动状态；

计算装置，用于计算相应于由所述检测装置获得的驱动状态与预定状态之间的差的值；

第一积分装置，用于对由所述计算装置计算的值进行积分；

第二积分装置，用于对由所述第一积分装置获得的值进行积分；及

调节电路，用于根据至少由所述第二积分装置获得的值调节施加到机电能量转换元件的能量。

2、根据权利要求1的装置，其特征在于：所述装置还包括加法装置，用于将由所述第一积分装置获得的值及由所述第二积分装置获得的值相加，及所述调节电路根据该加法装置的输出来调节施加给机电能量转换元件的能量。

3、根据权利要求1或2的装置，其特征在于：所述装置还包括正比装置，用于计算与由所述计算装置获得的值成正比的项；及加法装置，用于将由所述第一积分装置获得的值、由所述第二积分装置获得的值及由所述正比装置获得的值相加；及所述调节电路，用于根据所述加法装置的输出调节提供给机电能量转换单元的能量。

4、振动型致动器的驱动装置，用于对机电能量转换元件施加周期信号以产生振动元件的振动，由此获得驱动力，其特征在于：

检测装置，用于检测所述振动型致动器的驱动状态；

计算装置，用于计算由所述检测装置获得的驱动状态及预定状态之差；

第一积分装置，用于在第一定时上对所述计算装置输出的值进行积分；

第二积分装置，用于在第二定时上对所述计算装置输出的值进行积分，及其中积分值在每个预定数目的积分操作时复位；

寄存器，用于保持在每次复位所述第二积分装置的紧前面保持所述第二积分装置的积分值；

加法装置，用于将所述第一积分装置输出的值与寄存器输出的值相加；及

调节电路，用于根据所述加法装置的输出调节施加给机电能量转换元件的能量。

5、根据权利要求4的装置，其特征在于：所述加法装置将所述第一积分装置及所述寄存器的输出值以预定的比例相加。

6、根据权利要求1,2,3,4及5中任一项的装置，其特征在于：所述检测装置检测所述振动型致动器的速度、加速度、位置及振动状态中的任一项。

7、根据权利要求1、2、3、4及5中任一项的装置，其特征在于：所述调节电路改变施加于机电能量转换元件的周期信号的频率。

8、根据权利要求1、2、3、4及5中任一项的装置，其特征在于：所述调节电路改变施加于机电能量转换元件的周期信号的电压幅值。

9、根据权利要求1、2、3、4及5中任一项的装置，其特征在于：所述调节电路改变施加于机电能量转换元件的多个周期信号的相位。

10、一种图象形成装置，其特征在于：所述图象形成装置包括由权利要求1、2、3、4及5中任一项确定的所述驱动装置。

Images