JP3140237B2 - Ultrasonic motor drive circuit - Google Patents
Ultrasonic motor drive circuitInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータ駆動回
路、詳しくは、超音波モータの最適駆動を行う超音波モ
ータ駆動回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic motor driving circuit, and more particularly to an ultrasonic motor driving circuit for optimally driving an ultrasonic motor.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、超音波モータの駆動回路は種々提
案されていて、たとえば、特開昭59−204477号
公報には、超音波モータに配設されたモニタ電極からの
出力信号(モニタ信号)の電圧値が超音波モータの振動
体の共振周波数で最大となることを利用して、該モニタ
信号の電圧値をモニタし、この電圧値に基づいて該共振
周波数、または、同共振周波数よりもやや高周波の領域
で超音波モータを駆動する技術手段が開示されている。2. Description of the Related Art Conventionally, various driving circuits for ultrasonic motors have been proposed. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 59-204477 discloses an output signal (monitor signal) from a monitor electrode provided in an ultrasonic motor. The voltage value of the monitor signal is monitored by utilizing the fact that the voltage value of ()) becomes maximum at the resonance frequency of the vibrating body of the ultrasonic motor, and based on the voltage value, the resonance frequency or the resonance frequency is calculated. Technical means for driving an ultrasonic motor in a slightly high-frequency region are disclosed.
【0003】また、特開昭61−251490号公報に
は、上記モニタ信号の、駆動電圧に対する位相が共振周
波数付近で大きく変化することを利用して、該モニタ信
号の位相をモニタし、その位相にもとづいて共振周波
数、または、該共振周波数よりもやや高周波の領域で超
音波モータを駆動する技術手段が開示されている。Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-251490 discloses that the phase of the monitor signal is monitored by utilizing the fact that the phase of the monitor signal with respect to the drive voltage greatly changes near the resonance frequency. Technical means for driving an ultrasonic motor based on the resonance frequency or a region slightly higher than the resonance frequency is disclosed.
【0004】一方、特開昭62−92781号公報に
は、超音波モータの駆動電極に印加されている駆動信号
の電圧と電流との位相差をモニタすることにより該超音
波モータの最適駆動周波数を決定する技術手段が開示さ
れている。On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-92781 discloses an optimum driving frequency of an ultrasonic motor by monitoring a phase difference between a voltage and a current of a driving signal applied to a driving electrode of the ultrasonic motor. Is disclosed.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特開昭
59−204477号公報および特開昭61−2514
90号公報に示される技術手段は、超音波モータに特別
にモニタ電極を配設する必要があり、製作上、手間がか
かると共にコストの増大を招くことになり好ましくな
い。However, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 59-204477 and 61-2514 describe the above.
The technical means disclosed in Japanese Patent Publication No. 90 requires an extra arrangement of a monitor electrode in the ultrasonic motor, which is not preferable because it takes time and effort to manufacture and increases the cost.
【0006】一方、上記特開昭62−92781号公報
に示された技術手段では、モニタ電極が不要となり、上
記特開昭59−204477号公報および特開昭61−
251490号公報に示される技術手段に係る問題点は
解消される。しかしながら、図6に示すように、超音波
モータに負荷がかかった場合(図中、負荷時)は、その
負荷によって位相差の変化の様子が無負荷時に対して大
幅に変化する。このため、該技術手段を撮影レンズで全
体を繰り出すような負荷変化の大きなレンズを有するカ
メラに適用すると、使用時の姿勢差等により大幅に負荷
が変化してしまい、最適駆動周波数の追尾が困難になる
という問題点があった。On the other hand, the technical means disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-92781 does not require a monitor electrode.
The problem relating to the technical means disclosed in JP-A-251490 is solved. However, as shown in FIG. 6, when a load is applied to the ultrasonic motor (in the figure, when a load is applied), the state of the change in the phase difference is significantly changed by the load as compared with no load. For this reason, if the technical means is applied to a camera having a lens with a large load change such that the whole is extended by a photographing lens, the load changes significantly due to a difference in posture during use, and it is difficult to track the optimum drive frequency. There was a problem of becoming.
【0007】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、特別なモニタ電極を配設することなく、か
つ、広い負荷範囲にわたって最適駆動周波数を追尾可能
な超音波モータ駆動回路を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and provides an ultrasonic motor drive circuit capable of tracking an optimum drive frequency over a wide load range without providing a special monitor electrode. The purpose is to:
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による第1の超音波モータ駆動回路は、コイ
ルに流れる電流をスイッチング素子によりスイッチング
する際に発生する誘導起電力に基づいて交流信号を発生
し、該交流信号を超音波モータの電気−機械エネルギー
変換素子に印加することにより超音波モータを駆動す
る、超音波モータ駆動回路において、上記スイッチング
素子に印加されるスイッチング信号と上記交流信号との
位相差を検出する位相差検出手段と、上記超音波モータ
固有の最適位相差を記憶している記憶手段と、上記位相
差検出手段の出力及び上記記憶手段の出力に基づき上記
交流信号の周波数を制御する周波数制御手段と、を具備
したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first ultrasonic motor driving circuit according to the present invention comprises a coil motor.
Switching the current flowing through the
Generates an AC signal based on the induced electromotive force
And converting the AC signal into the electric-mechanical energy of the ultrasonic motor.
Driving the ultrasonic motor by applying to the conversion element, the ultrasonic motor driving circuit, the switching
Phase difference detecting means for detecting a phase difference between a switching signal applied to an element and the AC signal, and the ultrasonic motor
Storage means for storing a unique optimum phase difference;
Comprising a frequency control means for controlling the frequency of the AC signal based on the output of the output and the storage means of the difference detecting means, the
It is characterized by having done.
【0009】また、上記の目的を達成するために本発明
による第2の超音波モータ駆動回路は、上記第1の超音
波モータ駆動回路において、上記記憶手段は、電源電圧
に応じた超音波モータ固有の最適位相差を複数記憶して
いることを特徴とする。 Further , in order to achieve the above object, the present invention
The second ultrasonic motor drive circuit according to
In the wave motor drive circuit, the storage means includes a power supply voltage
Stored multiple optimum phase differences specific to ultrasonic motors according to the
It is characterized by being.
【0010】[0010]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0011】図1は、本発明の第1実施例を示す超音波
モータ駆動回路の電気回路図である。FIG. 1 is an electric circuit diagram of an ultrasonic motor driving circuit showing a first embodiment of the present invention.
【0012】この第1実施例の超音波モータ駆動回路
は、2つの電極5A,5Bを有する公知の超音波モータ
5に所定の2相交流信号を印加し、さらに該交流信号を
モニタして該超音波モータ5の駆動制御を行うものであ
る。The ultrasonic motor driving circuit according to the first embodiment applies a predetermined two-phase AC signal to a known ultrasonic motor 5 having two electrodes 5A and 5B, monitors the AC signal, and monitors the AC signal. The drive control of the ultrasonic motor 5 is performed.
【0013】すなわち、該駆動回路は、超音波モータ5
に印加する交流駆動信号の約4倍の周波数を有するパル
ス信号φORGを生成並びに出力する発振回路1と、該
発振回路1から出力された上記パルス信号φORGを4
相のパルス信号φ1〜φ4に分周して出力するパルス変
換回路2と、該パルス変換回路2から出力される上記パ
ルス信号φ1〜φ4にそれぞれ対応してスイッチング動
作を行うスイッチングトランジスタQ1〜Q4と、1次
側の中間タップにDC電源10のプラス電圧が供給さ
れ、上記スイッチングトランジスタQ1およびQ2のス
イッチング動作によって1次側がオンし、これに伴い2
次側にA相の交流信号VAを出力するトランスT1と、
同じく上記スイッチングトランジスタQ3およびQ4の
スイッチング動作によって1次側がオンし、2次側にB
相の交流信号VBを出力するトランスT2と、上記トラ
ンスT1出力の一端(A相側)に接続され、上記交流信
号VAを所定のディジタル信号に変換する波形整形回路
4と、該波形整形回路4のディジタル出力信号と上記パ
ルス変換回路2からのパルス信号φ2とを入力し、該2
つの信号の位相を比較してこの結果、すなわち、該2つ
の信号の位相の位相差を上記発振回路1に送出する位相
比較器3とで主要部が構成されている。That is, the driving circuit includes the ultrasonic motor 5
An oscillation circuit 1 for generating and outputting a pulse signal φORG having a frequency approximately four times that of an AC drive signal applied to the oscillating circuit 1;
A pulse conversion circuit 2 that divides and outputs the phase pulse signals φ1 to φ4, and switching transistors Q1 to Q4 that perform switching operations corresponding to the pulse signals φ1 to φ4 output from the pulse conversion circuit 2, respectively. The positive voltage of the DC power supply 10 is supplied to the intermediate tap on the primary side, and the primary side is turned on by the switching operation of the switching transistors Q1 and Q2.
A transformer T1 for outputting an A-phase AC signal VA to the next side;
Similarly, the primary side is turned on by the switching operation of the switching transistors Q3 and Q4, and B
A transformer T2 for outputting a phase AC signal VB, a waveform shaping circuit 4 connected to one end (A phase side) of the output of the transformer T1 and converting the AC signal VA into a predetermined digital signal; And the pulse signal φ2 from the pulse conversion circuit 2
The main part is constituted by comparing the phases of the two signals with each other, that is, the phase comparator 3 for sending the phase difference between the phases of the two signals to the oscillation circuit 1.
【0014】上記超音波モータ5は、圧電素子を備えた
公知の進行波型超音波モータであり、上述したように2
つの電極5A,5Bを備えている。すなわち、該電極5
A,5Bには、互いに位相が約90°ずれた上記2相
(A相,B相)の交流信号VA,VBが印加されるよう
になっており、この2相の交流信号によって回転駆動が
なされるようになっている。The ultrasonic motor 5 is a known traveling wave type ultrasonic motor having a piezoelectric element.
It has two electrodes 5A and 5B. That is, the electrode 5
The two-phase (A-phase and B-phase) AC signals VA and VB whose phases are shifted from each other by about 90 ° are applied to A and 5B, and the two-phase AC signals drive rotation. Is to be done.
【0015】上記波形整形回路4は、図2に示すように
電流低減用の抵抗R1,クランプダイオードD1,D2
およびヒステリシスを有したインバータIV1と通常の
インバータIV2とで構成されている。上記電流低減用
抵抗R1の入力端は上記トランスT1の出力端に接続し
ており、これにより該トランスT1にて生成・出力され
る上記交流信号VAは超音波モータ5に入力されると共
に該波形整形回路4にも入力されるようになっている。
そして、この波形整形回路4に入力された交流信号VA
は、クランプダイオードD1,D2によって整流され、
さらに2つのインバータIV1,IV2によってディジ
タル信号に整形されて位相比較器3に入力される。As shown in FIG. 2, the waveform shaping circuit 4 comprises a current reducing resistor R1, clamp diodes D1, D2
And an inverter IV1 having hysteresis and a normal inverter IV2. The input terminal of the current reducing resistor R1 is connected to the output terminal of the transformer T1, whereby the AC signal VA generated and output by the transformer T1 is input to the ultrasonic motor 5 and the waveform It is also input to the shaping circuit 4.
Then, the AC signal VA input to the waveform shaping circuit 4
Is rectified by the clamp diodes D1 and D2,
Further, the signal is shaped into a digital signal by the two inverters IV1 and IV2 and input to the phase comparator 3.
【0016】次に、本第1実施例の動作について説明す
る。Next, the operation of the first embodiment will be described.
【0017】本出願人の測定によれば、図4に示すよう
に、A相の交流信号VAの整形波形とパルス変換回路2
からの出力パルス信号φ2との位相差をΔφとしたと
き、該位相差Δφと駆動周波数(A相の交流信号VAの
周波数に当たる)とは、図3のような関係になってい
る。この図3に示されるように、位相差Δφを、たとえ
ば3゜に保つように駆動周波数を上下させて調整すれ
ば、最適駆動周波数の追尾が可能となる。According to the measurements of the present applicant, as shown in FIG. 4, the shaped waveform of the A-phase AC signal VA and the pulse conversion circuit 2
Assuming that the phase difference from the output pulse signal φ2 is Δφ, the phase difference Δφ and the driving frequency (corresponding to the frequency of the A-phase AC signal VA) have a relationship as shown in FIG. As shown in FIG. 3, if the drive frequency is adjusted by raising or lowering the drive frequency so as to keep the phase difference Δφ at, for example, 3 °, it becomes possible to track the optimum drive frequency.
【0018】具体的には、発振回路1において予想され
る最適駆動周波数よりやや高めの44KHzより発振を
開始し、上記位相差Δφを監視しながら徐々に該駆動周
波数を下げて該位相差Δφが3゜になるように調整す
る。すなわち、該位相差Δφが3°よりも大きくなれば
駆動周波数を上げ、小さくなれば同駆動周波数を下げる
ように発振周波数を変化させる。More specifically, the oscillation circuit 1 starts oscillating at 44 KHz, which is slightly higher than the optimum driving frequency expected, and gradually lowers the driving frequency while monitoring the phase difference Δφ to reduce the phase difference Δφ. Adjust to 3 ゜. That is, when the phase difference Δφ is larger than 3 °, the oscillation frequency is changed so that the drive frequency is increased, and when the phase difference Δφ is decreased, the drive frequency is decreased.
【0019】このような動作により、モニタ電極がな
く、負荷変動が大である超音波モータの最適駆動周波数
の追尾が可能となる。With such an operation, it is possible to track the optimum drive frequency of the ultrasonic motor having no monitor electrode and having a large load variation.
【0020】また、本第1実施例によれば上述した波形
整形回路を安価な部品で構成することができ、上記電流
低減抵抗R1を大きくとればA相の交流信号VAのパワ
ーロスもほとんど発生しない。さらに、A相の交流信号
VAおよびパルス信号φ2は共にディジタル信号である
ので、上述したような信号処理も極めて容易に実現でき
る。Further, according to the first embodiment, the above-mentioned waveform shaping circuit can be constituted by inexpensive components, and if the current reducing resistor R1 is increased, power loss of the A-phase AC signal VA hardly occurs. . Further, since both the A-phase AC signal VA and the pulse signal φ2 are digital signals, the above-described signal processing can be realized very easily.
【0021】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
【0022】図5は、上記第2実施例の超音波モータ駆
動回路を示した電気回路図である。FIG. 5 is an electric circuit diagram showing an ultrasonic motor driving circuit according to the second embodiment.
【0023】この第2実施例の超音波モータ駆動回路
は、構成は上記第1実施例とほぼ同一であり、発振回路
1にメモリ6が付加されている点のみが異なっている。The ultrasonic motor drive circuit of the second embodiment has substantially the same structure as that of the first embodiment, and differs only in that a memory 6 is added to the oscillation circuit 1.
【0024】ところで、一般に、超音波モータは製作上
の寸法等のばらつきにより特性が微妙に変化する。この
ため、各超音波モータには固有の最適位相差、すなわ
ち、上述したようなA相の交流信号VAの整形波形とパ
ルス変換回路2からの出力パルス信号φ2との最適な位
相差Δφを有することになる。本第2実施例では、この
各超音波モータが固有の最適位相差を有することに着目
してなされたものであり、該最適位相差Δφをメモリ6
に記憶した上で、上記第1実施例と同様の周波数制御を
行うものである。In general, the characteristics of an ultrasonic motor slightly change due to variations in dimensions or the like in manufacturing. For this reason, each ultrasonic motor has a unique optimum phase difference, that is, an optimum phase difference Δφ between the shaped waveform of the A-phase AC signal VA and the output pulse signal φ2 from the pulse conversion circuit 2 as described above. Will be. The second embodiment focuses on the fact that each ultrasonic motor has a unique optimum phase difference, and stores the optimum phase difference Δφ in the memory 6.
After that, the same frequency control as in the first embodiment is performed.
【0025】本第2実施例によれば、各超音波モータの
製作上のばらつきを補正し、より正確に最適駆動周波数
の追尾が可能となる。According to the second embodiment, it is possible to correct manufacturing variations of the ultrasonic motors and more accurately track the optimum driving frequency.
【0026】なお、本第2実施例において、メモリ6内
に複数の位相差Δφを記憶させておき、電源電圧等に基
づいて該複数の位相差Δφを選択して用いることも可能
である。In the second embodiment, it is also possible to store a plurality of phase differences Δφ in the memory 6 and select and use the plurality of phase differences Δφ based on a power supply voltage or the like.
【0027】また、上記第1および第2実施例におい
て、発振回路1はVCOやディジタル分周発振等の何れ
の発振手段を用いても構成でき、さらに、4倍の周波数
でなくとも位相ずらし回路等を用いれば上述したパルス
信号φ1〜φ4を生成することが可能である。一方、波
形整形回路4はコンパレータ等を用いて構成してもよ
い。さらに、超音波モータ5は、進行波型以外でも周波
数等によってインピーダンスが変化するもので位相差Δ
φに変化を生じるものならば何れも利用することが可能
である。In the first and second embodiments, the oscillating circuit 1 can be constructed by using any oscillating means such as a VCO or a digital frequency division oscillating circuit. By using the above, it is possible to generate the pulse signals φ1 to φ4 described above. On the other hand, the waveform shaping circuit 4 may be configured using a comparator or the like. Further, the ultrasonic motor 5 has a phase difference Δ
Any type that changes φ can be used.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、特
にモニタ電極を具備しない安価な超音波モータであって
も最適駆動周波数を追尾でき、負荷変動の影響も小さい
超音波モータ駆動回路を提供できる。As described above, according to the present invention, an ultrasonic motor drive circuit which can track the optimum drive frequency even with an inexpensive ultrasonic motor having no monitor electrode, and is less affected by load fluctuations. Can be provided.
【図1】本発明の第1実施例を示す超音波モータ駆動回
路の電気回路図である。FIG. 1 is an electric circuit diagram of an ultrasonic motor drive circuit showing a first embodiment of the present invention.
【図2】上記第1実施例の超音波モータ駆動回路におけ
る波形整形回路の構成を示す電気回路図である。FIG. 2 is an electric circuit diagram showing a configuration of a waveform shaping circuit in the ultrasonic motor drive circuit of the first embodiment.
【図3】上記第1実施例の超音波モータ駆動回路におい
て、交流信号VAの整形波形とパルス変換回路からの1
出力パルス信号との位相差をΔφとしたとき、該位相差
Δφと駆動周波数との関係を示した線図である。FIG. 3 shows the waveform of the AC signal VA and the waveform of the pulse signal from the pulse conversion circuit in the ultrasonic motor drive circuit of the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a phase difference Δφ and a driving frequency when a phase difference from an output pulse signal is Δφ.
【図4】上記第1実施例の超音波モータ駆動回路におい
て、交流信号VA,該交流信号VAの整形波形およびパ
ルス変換回路からの出力パルス信号等の関係を示したタ
イミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart showing a relationship among an AC signal VA, a shaped waveform of the AC signal VA, an output pulse signal from a pulse conversion circuit, and the like in the ultrasonic motor drive circuit of the first embodiment.
【図5】本発明の第2実施例を示す超音波モータ駆動回
路の電気回路図である。FIG. 5 is an electric circuit diagram of an ultrasonic motor drive circuit showing a second embodiment of the present invention.
【図6】従来の超音波モータにおいて、負荷時と無負荷
時とにおける駆動信号の電流−電圧位相差と、駆動周波
数との関係を示した線図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a drive frequency and a current-voltage phase difference of a drive signal between a loaded state and a non-loaded state in a conventional ultrasonic motor.
1…発振回路 2…パルス変換回路 3…位相比較器 4…波形整形回路 5…超音波モータ 10…DC電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Oscillation circuit 2 ... Pulse conversion circuit 3 ... Phase comparator 4 ... Waveform shaping circuit 5 ... Ultrasonic motor 10 ... DC power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−112379(JP,A) 特開 平3−112378(JP,A) 特開 平3−145976(JP,A) 特開 平3−273876(JP,A) 特開 平4−183283(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02N 2/16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-112379 (JP, A) JP-A-3-112378 (JP, A) JP-A-3-145976 (JP, A) JP-A-3-112379 273876 (JP, A) JP-A-4-183283 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02N 2/16
Claims (2)
よりスイッチングする際に発生する誘導起電力に基づい
て交流信号を発生し、該交流信号を超音波モータの電気
−機械エネルギー変換素子に印加することにより超音波
モータを駆動する、超音波モータ駆動回路において、上記スイッチング素子に印加される スイッチング信号と
上記交流信号との位相差を検出する位相差検出手段と、上記超音波モータ固有の最適位相差を記憶している記憶
手段と、 上記位相差検出手段の出力及び上記記憶手段の出力に基
づき 上記交流信号の周波数を制御する周波数制御手段
と、 を具備したことを特徴とする超音波モータ駆動回路。An electric current flowing through a coil is supplied to a switching element.
Based on induced electromotive force generated when switching more
To generate an AC signal, and the AC signal is
-Driving an ultrasonic motor by applying to a mechanical energy conversion element, in an ultrasonic motor drive circuit, a phase difference detection means for detecting a phase difference between a switching signal applied to the switching element and the AC signal, Storage storing the optimum phase difference specific to the ultrasonic motor.
Means , based on the output of the phase difference detection means and the output of the storage means.
And a frequency control means for controlling the frequency of the AC signal.
モータ固有の最適位相差を複数記憶していることを特徴
とする請求項1に記載の超音波モータ駆動回路。 2. The storage device according to claim 1, wherein said storage means includes an ultrasonic wave corresponding to a power supply voltage.
The feature is that multiple optimal phase differences unique to the motor are stored.
The ultrasonic motor drive circuit according to claim 1, wherein
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CN101420190B (en) * | 2007-10-26 | 2011-02-16 | 博立码杰通讯(深圳)有限公司 | Ultrasonic motor driving method |
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