JP3114954B2 - 超音波モータの駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステータの圧電素子に
駆動用電極と発振用電極を備えた進行波型超音波モータ
の駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】進行波型の超音波モータを駆動するため
の駆動周波数は超音波モータのステータの共振周波数
（固有振動数）と同じか、或いはそれに近い周波数が最
も効率が良く回転数及び発生トルクは最高となる。しか
しながら、図５においてモータの駆動周波数■_mがステ
ータの共振周波数■₀と一致してしまうと、共振をおこ
して振動が増大し、いわゆるサージングが発生して振動
音を発生したり、圧電素子を破損したりするという問題
がある。従って、振動音を発生しない範囲で最も共振点
に近く、共振点よりも高い周波数の駆動周波電圧でステ
ータを駆動することによって、高い回転数及びトルクの
発生と、共振による振動の抑制を両立させている。しか
しながら、モータの温度上昇によりステータの温度が上
昇するとステータの共振周波数が変化し、ステータの共
振周波数が駆動周波数に一致または近くなり過ぎて、振
動が増大してしまうことがある。また、駆動周波数が最
適な周波数領域を逸脱すると、効率が悪くなってしま
う。従って、駆動周波数はステータの温度変化に伴って
制御しなければ安定な回転を得ることができない。

【０００３】従来、上記問題点を解決し確実な起動を確
保するために、特開平３−１５００７６号公報において
は、ステータの振動の振幅を検出するモニタ用圧電素子
電極の出力電圧が一定になるように、フィードバック回
路によって発振回路の発振周波数を初期の発振周波数に
リセットし駆動周波数を制御している。しかしながら、
前記の方式によると超音波モータの高温時や高負荷時に
モニタ用圧電素子の出力電圧が一定の基準電圧に達せ
ず、超音波モータを駆動できなくなるという問題点があ
る。特開平４−７５４７４号公報においては前記問題点
の解決案が開示されている。その解決案によると、検出
振動量と所定の基準電圧値との比較結果に基づいて駆動
周波数を制御し、駆動周波数が所定値に達するとモニタ
用圧電素子の出力電圧と比較するための基準電圧値を下
げることによって、モニタ用圧電素子の出力電圧が基準
電圧に達しなくなるのを防いで、超音波モータのステー
タが駆動できなくなるのを防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
特開平４−７５４７４号公報に開示された、検出振動量
と所定の基準電圧値との比較結果に基づいて駆動周波数
を制御し、駆動周波数が所定値に達すると基準電圧を下
げる方式によると、図7に示すように所定の周波数設定
手段、周波数監視手段及び基準変更手段をなすマイコン
が必要となる。そのため、構造が複雑になり、またコス
ト高であるという問題点がある。本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたもので、高温時にステータ
の温度が上昇しても、ステータを安定に駆動することが
でき、構造が簡略で安価である超音波モータの駆動装置
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】本発明によれば、上記目
的を達成するための具体的手段として、図１に示すよう
に、弾性体１５の一表面に圧電素子３を固着し、該圧電
素子に駆動用電極３−１、３−２及び発振用電極３−３
を設けたステータ２と、前記ステータ２の発振用電極３
−３のリアクタンス分を利用した発振によって基準周波
電圧を発生する発振手段７と、前記発振手段の基準周波
電圧によって所定の位相差及び駆動周波数を有する駆動
周波電圧を生成し、該駆動周波電圧を前記ステータ２の
駆動用電極３−１、３−２に印加する駆動周波電圧生成
手段４−１〜４−２、５−１〜５−４、６、８、９と、
を具備することを特徴とする超音波モータの駆動装置１
が提供される。

【０００６】

【作用】上記構成の超音波モータの駆動装置１によれ
ば、圧電素子３のリアクタンス分（静電容量分及びイン
ダクタンス分）から、発振手段７により駆動周波電圧の
基準となる基準周波電圧を発生させている。従って、ス
テータ２の温度が変化して圧電素子３が影響を受けてス
テータ２の共振周波数が変化しても、温度係数が同一な
圧電素子３のリアクタンス分を使って基準周波電圧を発
生しているため、その共振周波数の温度変化割合と基準
周波数の温度変化割合を同一とすることができるため、
ステータ弾性体の温度が変化しても温度変化を基にして
基準周波電圧を生成することにより、温度変化に応じた
最適な駆動周波電圧を得る。

【０００７】

【実施例】本発明の超音波モータの駆動装置１の一実施
例を添付図面を参照して説明する。図１は超音波モータ
の駆動装置１を示す構成図である。弾性体１５及び圧電
素子３からなるステータ２に、位相の異なる駆動周波電
圧を印加する駆動用電極３−１、３−２及び駆動周波数
を決定する発振周波数を発振するための発振用電極３−
３を設ける。前記駆動用電極３−１及び３−２は、それ
ぞれ変成器４−１及び４−２の２次側に接続される。前
記変成器４−１及び４−２の１次側には両端にそれぞれ
スイッチングトランジスタ５−１〜５−４のコレクタ側
が接続され、中間タップにそれぞれ１２Ｖの電圧が印加
されている。前記スイッチングトランジスタ５−１〜５
−４のベース側はリングカウンタ６の出力端子に接続さ
れ、エミッタ側はアースに接続されている。また、リン
グカウンタ６の入力側は発振器７に接続され、発振器７
は発振用電極３−３に接続される。発振器７は、図３に
示すようにコルピッツ型の発振器の静電容量成分を、発
振用電極３−３を用いて構成している。図２に示すよう
に、ステータ２はリング状を成しており、図示略のリン
グ状の圧電素子が固着されると共に、駆動用電極３−１
及び３−２と発振用電極３−３が設けられている。図４
は超音波モータの断面図であり、ケーシング１６に弾性
体１５を固定し、その弾性体１５に圧電素子３を固着す
ることによりステータ２を構成している。ロータ１７は
ケーシング１６に回転自在に支持されたロータ軸１８に
挿嵌されている。

【０００８】上記実施例の作動について説明する。発振
器７に電源電圧が印加されると、基準周波電圧が生成さ
れリングカウンタ６にクロック信号として送られる。リ
ングカウンタ６では、基準周波電圧の１振幅ごとに、ス
イッチングトランジスタの５−１から５−４まで順次信
号を送ることによって位相差のある駆動周波電圧を発生
させる。従って、基準周波電圧は駆動周波電圧の１／ｎ
（ｎはリングカウンタ６の出力端子数、本実施例はｎ＝
４）の周波数になるように発振器７の静電容量、インダ
クタンス及び抵抗を設定する必要がある。リングカウン
タ６からの信号を受けたスイッチングトランジスタ５−
１〜５−４はそれぞれオンになって、接続された変成器
４−１及び４−２に電流を通す。そして、変成器４−１
及び４−２の２次側に所定位相差及び駆動周波数を有す
る駆動周波電圧が発生する。その駆動周波電圧が駆動用
電極３−１及び３−２に印加されて、圧電素子３により
弾性体１５に屈曲振動波が生成されることによってロー
タ１７が駆動される。

【０００９】次に、超音波モータの駆動中にステータ２
に、温度変化があった場合の作動を説明する。基準周波
電圧を圧電素子３の静電容量成分の一部を使って発振器
７により発振させることにより、ステータ２の共振周波
数の温度変化割合と基準周波数の温度変化割合を同一に
することができるため、温度が変化しても発振器７の基
準周波電圧から、リングカウンタ６、スイッチングトラ
ンジスタ５−１〜５−４、及び変成器４−１〜４−２に
よる駆動周波電圧を生成することにより、温度変化に応
じて駆動周波数を変化させることができ、従来のマイコ
ンを必要とすることなく、温度変化に対して安定に超音
波モータを駆動することができる。

【００１０】また、他の実施例として図６に示すように
発振器７の基準周波電圧をそのまま電力増幅器９によっ
て増幅したものと、移相器８を通して位相差を生じさせ
たものを電力増幅器９によって増幅することによって、
駆動周波電圧を生成することも可能である。また、発振
手段としてはコルピッツ発振原理を用いる発振器７に限
らず、その他の発振器を用いることができる。さらに、
圧電素子３のインダクタンスを含むリアクタンス成分を
利用することも可能である。以上述べた実施例による
と、基準周波電圧から駆動周波電圧を生成するため、従
来例のように駆動周波数及び温度を監視しながらモニタ
電圧の比較基準値を変更するという手順を省くことがで
き、従来例のマイコンによる制御を必要としない。

【００１１】

【発明の効果】本発明の超音波モータ駆動装置は上記し
た構成を有し、簡略で安価な構成で高温時などにステー
タの温度が上昇しても、圧電素子のリアクタンス成分の
一部を使って発振手段７により基準となる基準周波電圧
を発振し、駆動周波電圧を生成するために前記基準周波
電圧を利用しているから、超音波モータを安定に駆動す
ることができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波モータの駆動装置を示す構成図
である。

【図２】ステータを示す正面図である。

【図３】発振器を示す回路図である。

【図４】超音波モータの実施例を示す断面図である。

【図５】ステータの発生周波数と振幅の関係を示す説明
図である。

【図６】超音波モータの駆動装置の他の実施例を示す構
成図である。

【図７】従来例を示す構成図である。

【符号の説明】

１...超音波モータの駆動装置、 ２...ステータ、
３...圧電素子、 ３−１〜３−２...駆動用電極、 ３
−３..．発振用電極、 ４−１〜４−２...変成器、
５−１〜５−４...スイッチングトランジスタ、
６..．リングカウンタ、７..．発振器、 ８...移相
器、 ９..．電力増幅器、１５...弾性体。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 進行波型超音波モータを駆動する駆動装
   置であって、 弾性体の一表面に圧電素子を固着し、該圧電素子に駆動
   用電極及び発振用電極を設けたステータと、 前記発振用電極のリアクタンス分を利用した発振によっ
   て基準周波電圧を発生する発振手段と、 前記発振手段の基準周波電圧によって所定の位相差及び
   駆動周波数を有する駆動周波電圧を生成し、該駆動周波
   電圧を前記ステータの駆動用電極に印加する駆動周波電
   圧生成手段と、 を具備してなることを特徴とする超音波モータの駆動装
   置。