JP2699298B2 - 超音波モータの駆動回路 - Google Patents
超音波モータの駆動回路Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波モータの駆動回路
に関する。 【０００２】 【従来の技術】圧電体と弾性体とからなるステータと、
ロータとから構成される超音波モータが新しい駆動源と
して注目されている。この超音波モータを高効率で駆動
させるためには、圧電体への入力周波数を最適値もしく
はその近傍の値に設定しなければならない。 【０００３】ところが、その最適値は温度等の環境条件
の変動や経時変化、もしくは超音波モータのステータと
ロータとの間の加圧力の変動等に影響を受けて変化する
ために常時最適な入力周波数を検知して、入力周波数を
制御する必要がある。例えば、本願出願人の出願である
特開昭５９−２０４４７７号に開示されているように、
圧電素子の入力電圧が印加されていない部分から励振に
よって生ずる電圧をモニター電圧として検出し、この検
出結果に基づいて最適周波数の値を求める方法がある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが、特開昭５９
−２０４４７７号の第４図に示されているように、１つ
のモニター電圧に対応する周波数が２値あるため、どち
らの周波数に合わせるかの判断が必要になり、超音波モ
ータの駆動回路の構成が複雑になるという問題点があっ
た。 そこで本発明は、超音波モータの駆動回路の構成
が複雑になることなく、超音波モータを所望の状態で駆
動できる超音波モータの駆動回路を提供することを目的
とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、電気機械変換素子と弾性体とを備え、
前記電気機械変換素子に駆動信号が引加されることで振
動を発生する振動子と、該振動子との間で相対運動を行
う相対運動部材とを有する超音波モーターの駆動回路に
おいて、前記振動子における、前記駆動信号が印加され
ていない部分から、該振動子の振動状態に応じて電圧を
発生する電圧発生手段と、前記電圧発生手段から得られ
る電圧と前記駆動信号の電圧との第１位相差を算出する
位相差算出手段と、第２位相差を予め設定する位相差設
定手段と、前記位相差算出手段で得られた前記第１位相
差に関する量と前記位相差設定手段で設定した前記第２
位相差に関する量とを比較する比較手段と、前記比較手
段で比較された前記第１位相差と前記第２位相差とのず
れ方向に基づいて、前記駆動信号の周波数のズラシ方向
を決定する制御手段とを設けた。 【０００６】 【作用】本発明では、位相差算出手段が電圧発生手段か
ら得られる電圧と駆動信号の電圧から第１位相差を算出
し、比較手段が第１位相差と位相差設定手段で設定され
た第２位相差とを比較する。図２に示すように、前記第
１位相差に対応する周波数の値は１つしかない。そのた
め、制御手段は、前記第１位相差に関する量と前記第２
位相差とのずれ方向に基づいて、前記電気機械変換素子
に印加する駆動信号の周波数のズラシ方向を決定するこ
とができる。 【０００７】 【実施例】図１及び図２は本発明の実施例であり、図１
は超音波モーターの駆動回路図を示し、図２は前記駆動
回路の特性図を示す。図１において、発振器１は周波数
ｆのパルスを波形整形器２に出力し、この波形整形器２
は入力されたパルスを波形整形して正弦波にし、増幅器
４及び移相器３に出力する。移相器３は入力された正弦
波の位相をπ／２移相して出力し、増幅器５に入力す
る。増幅器４，５はそれぞれ入力された正弦波を増幅し
て出力する。そして、増幅された正弦波は、超音波モー
ターのステータ６（圧電体及び弾性体から成る）の圧電
体表面に形成された電極６ａ，６ｂに入力される。ステ
ータ６の電極は、６ａ〜６ｄの４領域に分割されてい
て、電極６ａ，６ｂには前述のように位相の異なる正弦
波が入力され、電極６ｃにはグランドが接続されいる。
また、電極６ｄは入力電圧が印加されていない部分であ
る。電極６ａ・６ｃ間及び電極６ｂ・６ｃ間には整合用
インダクタンス７及び８がそれぞれ並列に接続されてい
る。 【０００８】位相差検出回路９は、電極６ａへの入力電
圧と、入力電圧の印加されていない電極６ｄが励振によ
って生じる電圧（以後、モニター電圧と呼ぶ）とを検出
して、その位相差θを算出する。位相差検出回路９は、
この検出した位相差θを比較器１０に入力する。比較器
１０は、位相差検出回路９からの出力θと、リファレン
サー１１から出力される予め設定された最適位相差θ
OPT とを比較してそのずれ量Δθを出力する。この最適
位相差θOPT は、電極６ｃ下の圧電体部分の分極方向や
ステータの減衰やステータに駆動されるロータの圧接力
等により固有に決定される値（即ち個々の超音波モータ
ーに固有の値）である。このθOPT は、実験的に求めら
れ、初期段階でリファレンサー１１に設定しておき安定
的に使用できる。なお、実験的に求められる最適位相差
θOPT は、超音波モーターの最大回転数となる位相差で
あってもよく、また、超音波モーターが所望の速度とな
る位相差であってもよい。θｆ換算器１２は、位相差の
ズレΔθを入力して、入力周波数ｆを最適値にするため
にこの入力周波数ｆの変位方向と変位量をこのズレ量Δ
θから換算して求め、発振器１を制御する。本実施例で
は、比較器１０、リファレンサー１１およびθｆ換算器
１２によって制御手段１３を構成している。また、圧電
体が電気機械変換素子として、ロータが相対運動部材と
して機能する。 【０００９】次に、図２を用いて超音波モータの最大回
転数となる最適位相差θopt を選択した場合の実施例の
動作を説明する。図２は横軸に周波数ｆを、縦軸に超音
波モーターの回転数Ｎ及び位相差算出回路９から出力さ
れる位相差θをそれぞれ取ってある。今、超音波モータ
ーの特性は超音波モーターの回転数Ｎの周波数特性とし
て曲線ＮA で示され且つ位相差算出回路９から出力され
る位相差θの周波数特性として曲線θA で示されるもの
とする。この時すなわち時刻Ａにおいて、位相差算出回
路９から出力された位相差θと最適位相差θopt とを比
較器１０により比較し、その出力を受けてθｆ換算器１
２は発振器１を最適周波数を出力するように制御する。
その時、曲線θA において、最適位相差θopt に対応す
る周波数が最適入力周波数となる。この入力周波数の最
適値は周波数ｆA で示される。 【００１０】そして、その後、時刻Ｂにおいて、各種条
件の変化（超音波モーターの駆動による変化及び表面波
モーターに加わる外的条件の変化）等により、回転数Ｎ
の周波数特性が曲線ＮB のように移り変わるとする。し
かし、入力周波数はｆA であるために、回転数はＮ１
（Ｎ１＜Ｎmax ）に落ちてしまう。このとき、位相差θ
の周波数特性は、回転数の周波数特性のシフトに従って
シフトするので、位相差θの周波数特性は曲線θB のよ
うになる。その結果、時刻Ｂでは前述した如く入力周波
数はｆA であるので、位相差算出回路９は時刻Ｂでの位
相差θ1 を比較器１０に出力する。比較器１０では、入
力された位相差θ1 と最適位相差θopt とを比較して、
そのズレ量Δθをθｆ換算器１２に出力する。θｆ換算
器１２では、ズレ量Δθを周波数のズレ量Δｆに換算し
て発振器１にフィードバックする。そうすると、発振器
１はズレ量Δｆに基づき入力周波数ｆB を出力する。す
なわち、位相差算出回路９から出力される位相差θが最
適周波数θopt にいつでも一致するように制御すること
により、超音波モーターの駆動効率を高効率に維持して
いる。次の時刻でも同様に位相差θと最適位相差θopt
とを比較してズレ量Δθを求めて発振器１にフィードバ
ックして最適入力周波数を出力させると言う動作を繰り
返す。 【００１１】尚、曲線θA , θB は増加あるいは減少を
示す曲線であるので、このズレ量Δθを求めると、ズレ
量Δｆに基づく入力周波数ｆの変位方向及び大きさが決
定されることになる。従って、ズレ量Δθに基づき入力
周波数ｆをどちら方向にどの程度変化させればよいか知
ることができる。従って、ズレ量Δθを求めることによ
り、周波数のズレ量Δｆを求め発振器１にフィードバッ
クして最大回転数を与える入力周波数を決定できるよう
になっているので、超音波モーターは常に最大回転数で
回転でき高効率な駆動ができる。 【００１２】 【発明の効果】本発明によれば、電圧発生手段から得ら
れる電圧と駆動信号の電圧から算出される第１位相差に
対応する周波数の値は１つしかない。そのため、前記第
１位相差に関する量と前記第２位相差とのずれ方向に基
づいて、前記電気機械変換素子に印加する駆動信号の周
波数のズラシ方向を決定することができる。 【００１３】これにより、簡単な構成で超音波モ−タを
所望の状態で駆動することができる。また、第２位相差
の値の取り方によっては、希望の速度で駆動することが
でき、更に、超音波モータを駆動する周波電圧を希望の
周波数帯域に限定したりすることができる。
に関する。 【０００２】 【従来の技術】圧電体と弾性体とからなるステータと、
ロータとから構成される超音波モータが新しい駆動源と
して注目されている。この超音波モータを高効率で駆動
させるためには、圧電体への入力周波数を最適値もしく
はその近傍の値に設定しなければならない。 【０００３】ところが、その最適値は温度等の環境条件
の変動や経時変化、もしくは超音波モータのステータと
ロータとの間の加圧力の変動等に影響を受けて変化する
ために常時最適な入力周波数を検知して、入力周波数を
制御する必要がある。例えば、本願出願人の出願である
特開昭５９−２０４４７７号に開示されているように、
圧電素子の入力電圧が印加されていない部分から励振に
よって生ずる電圧をモニター電圧として検出し、この検
出結果に基づいて最適周波数の値を求める方法がある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが、特開昭５９
−２０４４７７号の第４図に示されているように、１つ
のモニター電圧に対応する周波数が２値あるため、どち
らの周波数に合わせるかの判断が必要になり、超音波モ
ータの駆動回路の構成が複雑になるという問題点があっ
た。 そこで本発明は、超音波モータの駆動回路の構成
が複雑になることなく、超音波モータを所望の状態で駆
動できる超音波モータの駆動回路を提供することを目的
とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、電気機械変換素子と弾性体とを備え、
前記電気機械変換素子に駆動信号が引加されることで振
動を発生する振動子と、該振動子との間で相対運動を行
う相対運動部材とを有する超音波モーターの駆動回路に
おいて、前記振動子における、前記駆動信号が印加され
ていない部分から、該振動子の振動状態に応じて電圧を
発生する電圧発生手段と、前記電圧発生手段から得られ
る電圧と前記駆動信号の電圧との第１位相差を算出する
位相差算出手段と、第２位相差を予め設定する位相差設
定手段と、前記位相差算出手段で得られた前記第１位相
差に関する量と前記位相差設定手段で設定した前記第２
位相差に関する量とを比較する比較手段と、前記比較手
段で比較された前記第１位相差と前記第２位相差とのず
れ方向に基づいて、前記駆動信号の周波数のズラシ方向
を決定する制御手段とを設けた。 【０００６】 【作用】本発明では、位相差算出手段が電圧発生手段か
ら得られる電圧と駆動信号の電圧から第１位相差を算出
し、比較手段が第１位相差と位相差設定手段で設定され
た第２位相差とを比較する。図２に示すように、前記第
１位相差に対応する周波数の値は１つしかない。そのた
め、制御手段は、前記第１位相差に関する量と前記第２
位相差とのずれ方向に基づいて、前記電気機械変換素子
に印加する駆動信号の周波数のズラシ方向を決定するこ
とができる。 【０００７】 【実施例】図１及び図２は本発明の実施例であり、図１
は超音波モーターの駆動回路図を示し、図２は前記駆動
回路の特性図を示す。図１において、発振器１は周波数
ｆのパルスを波形整形器２に出力し、この波形整形器２
は入力されたパルスを波形整形して正弦波にし、増幅器
４及び移相器３に出力する。移相器３は入力された正弦
波の位相をπ／２移相して出力し、増幅器５に入力す
る。増幅器４，５はそれぞれ入力された正弦波を増幅し
て出力する。そして、増幅された正弦波は、超音波モー
ターのステータ６（圧電体及び弾性体から成る）の圧電
体表面に形成された電極６ａ，６ｂに入力される。ステ
ータ６の電極は、６ａ〜６ｄの４領域に分割されてい
て、電極６ａ，６ｂには前述のように位相の異なる正弦
波が入力され、電極６ｃにはグランドが接続されいる。
また、電極６ｄは入力電圧が印加されていない部分であ
る。電極６ａ・６ｃ間及び電極６ｂ・６ｃ間には整合用
インダクタンス７及び８がそれぞれ並列に接続されてい
る。 【０００８】位相差検出回路９は、電極６ａへの入力電
圧と、入力電圧の印加されていない電極６ｄが励振によ
って生じる電圧（以後、モニター電圧と呼ぶ）とを検出
して、その位相差θを算出する。位相差検出回路９は、
この検出した位相差θを比較器１０に入力する。比較器
１０は、位相差検出回路９からの出力θと、リファレン
サー１１から出力される予め設定された最適位相差θ
OPT とを比較してそのずれ量Δθを出力する。この最適
位相差θOPT は、電極６ｃ下の圧電体部分の分極方向や
ステータの減衰やステータに駆動されるロータの圧接力
等により固有に決定される値（即ち個々の超音波モータ
ーに固有の値）である。このθOPT は、実験的に求めら
れ、初期段階でリファレンサー１１に設定しておき安定
的に使用できる。なお、実験的に求められる最適位相差
θOPT は、超音波モーターの最大回転数となる位相差で
あってもよく、また、超音波モーターが所望の速度とな
る位相差であってもよい。θｆ換算器１２は、位相差の
ズレΔθを入力して、入力周波数ｆを最適値にするため
にこの入力周波数ｆの変位方向と変位量をこのズレ量Δ
θから換算して求め、発振器１を制御する。本実施例で
は、比較器１０、リファレンサー１１およびθｆ換算器
１２によって制御手段１３を構成している。また、圧電
体が電気機械変換素子として、ロータが相対運動部材と
して機能する。 【０００９】次に、図２を用いて超音波モータの最大回
転数となる最適位相差θopt を選択した場合の実施例の
動作を説明する。図２は横軸に周波数ｆを、縦軸に超音
波モーターの回転数Ｎ及び位相差算出回路９から出力さ
れる位相差θをそれぞれ取ってある。今、超音波モータ
ーの特性は超音波モーターの回転数Ｎの周波数特性とし
て曲線ＮA で示され且つ位相差算出回路９から出力され
る位相差θの周波数特性として曲線θA で示されるもの
とする。この時すなわち時刻Ａにおいて、位相差算出回
路９から出力された位相差θと最適位相差θopt とを比
較器１０により比較し、その出力を受けてθｆ換算器１
２は発振器１を最適周波数を出力するように制御する。
その時、曲線θA において、最適位相差θopt に対応す
る周波数が最適入力周波数となる。この入力周波数の最
適値は周波数ｆA で示される。 【００１０】そして、その後、時刻Ｂにおいて、各種条
件の変化（超音波モーターの駆動による変化及び表面波
モーターに加わる外的条件の変化）等により、回転数Ｎ
の周波数特性が曲線ＮB のように移り変わるとする。し
かし、入力周波数はｆA であるために、回転数はＮ１
（Ｎ１＜Ｎmax ）に落ちてしまう。このとき、位相差θ
の周波数特性は、回転数の周波数特性のシフトに従って
シフトするので、位相差θの周波数特性は曲線θB のよ
うになる。その結果、時刻Ｂでは前述した如く入力周波
数はｆA であるので、位相差算出回路９は時刻Ｂでの位
相差θ1 を比較器１０に出力する。比較器１０では、入
力された位相差θ1 と最適位相差θopt とを比較して、
そのズレ量Δθをθｆ換算器１２に出力する。θｆ換算
器１２では、ズレ量Δθを周波数のズレ量Δｆに換算し
て発振器１にフィードバックする。そうすると、発振器
１はズレ量Δｆに基づき入力周波数ｆB を出力する。す
なわち、位相差算出回路９から出力される位相差θが最
適周波数θopt にいつでも一致するように制御すること
により、超音波モーターの駆動効率を高効率に維持して
いる。次の時刻でも同様に位相差θと最適位相差θopt
とを比較してズレ量Δθを求めて発振器１にフィードバ
ックして最適入力周波数を出力させると言う動作を繰り
返す。 【００１１】尚、曲線θA , θB は増加あるいは減少を
示す曲線であるので、このズレ量Δθを求めると、ズレ
量Δｆに基づく入力周波数ｆの変位方向及び大きさが決
定されることになる。従って、ズレ量Δθに基づき入力
周波数ｆをどちら方向にどの程度変化させればよいか知
ることができる。従って、ズレ量Δθを求めることによ
り、周波数のズレ量Δｆを求め発振器１にフィードバッ
クして最大回転数を与える入力周波数を決定できるよう
になっているので、超音波モーターは常に最大回転数で
回転でき高効率な駆動ができる。 【００１２】 【発明の効果】本発明によれば、電圧発生手段から得ら
れる電圧と駆動信号の電圧から算出される第１位相差に
対応する周波数の値は１つしかない。そのため、前記第
１位相差に関する量と前記第２位相差とのずれ方向に基
づいて、前記電気機械変換素子に印加する駆動信号の周
波数のズラシ方向を決定することができる。 【００１３】これにより、簡単な構成で超音波モ−タを
所望の状態で駆動することができる。また、第２位相差
の値の取り方によっては、希望の速度で駆動することが
でき、更に、超音波モータを駆動する周波電圧を希望の
周波数帯域に限定したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による超音波モーターの駆動回路
の実施例の回路図である。 【図２】図２は前記駆動回路の回転数の周波数特性及び
位相差の周波数特性を示す図である。 【符号の説明】 １・・・発振器 ６・・・超音波モーターのステータ ９・・・位相差算出回路 １１・・リファレンサー
の実施例の回路図である。 【図２】図２は前記駆動回路の回転数の周波数特性及び
位相差の周波数特性を示す図である。 【符号の説明】 １・・・発振器 ６・・・超音波モーターのステータ ９・・・位相差算出回路 １１・・リファレンサー
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．電気機械変換素子と弾性体とを備え、前記電気機械
変換素子に駆動信号が引加されることで振動を発生する
振動子と、該振動子との間で相対運動を行う相対運動部
材とを有する超音波モーターの駆動回路において、 前記振動子における、前記駆動信号が印加されていない
部分から、該振動子の振動状態に応じて電圧を発生する
電圧発生手段と、 前記電圧発生手段から得られる電圧と前記駆動信号の電
圧との第１位相差を算出する位相差算出手段と、 第２位相差を予め設定する位相差設定手段と、 前記位相差算出手段で得られた前記第１位相差に関する
量と前記位相差設定手段で設定した前記第２位相差に関
する量とを比較する比較手段と、 前記比較手段で比較された前記第１位相差と前記第２位
相差とのずれ方向に基づいて、前記駆動信号の周波数の
ズラシ方向を決定する制御手段とを有することを特徴と
する超音波モーターの駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6132897A JP2699298B2 (ja) | 1994-06-15 | 1994-06-15 | 超音波モータの駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6132897A JP2699298B2 (ja) | 1994-06-15 | 1994-06-15 | 超音波モータの駆動回路 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60090682A Division JPH072023B2 (ja) | 1985-04-26 | 1985-04-26 | 超音波モータの駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07143775A JPH07143775A (ja) | 1995-06-02 |
| JP2699298B2 true JP2699298B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=15092108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6132897A Expired - Lifetime JP2699298B2 (ja) | 1994-06-15 | 1994-06-15 | 超音波モータの駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2699298B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS567669A (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-26 | Tohoku Metal Ind Ltd | Ultrasonic oscillating circuit |
| JPS59204477A (ja) * | 1983-05-04 | 1984-11-19 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 超音波モーターの駆動制御回路 |
-
1994
- 1994-06-15 JP JP6132897A patent/JP2699298B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07143775A (ja) | 1995-06-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |