JP3150730B2 - Ultrasonic motor rotation control device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は超音波モータの回転制御
装置、特に回転駆動する超音波モータの回転制御装置の
改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotation control device for an ultrasonic motor, and more particularly to an improvement of a rotation control device for a rotationally driven ultrasonic motor.

【０００２】[0002]

【従来の技術】超音波モータは、圧電セラミック板等の
電気機械変換素子の超音波振動を回転駆動源にするもの
で、低速回転時にも高いトルクが得られる利点があるう
え、巻線を必要としないことから電磁型モータに比べて
構造が簡単で小型化し易い。そして、この超音波モータ
としては、図６に示すように、中央の貫通孔にラジアル
型ベアリング１をはめた基台３にベアリング１を囲む環
状の凹部５を形成し、片端面側（図６中上側）に一体的
に突出する凸環部７を有する金属製の円盤状弾性体９を
その基台３に固定し、この弾性体９の凸環部７に放射状
方向の切込み（図示せず）を形成して凸環部７を周方向
に多数分割し、弾性体９の他方の端面（図６中下側）に
凸環部７と重合う位置にリング板状の圧電振動板１１が
貼付けられている。2. Description of the Related Art An ultrasonic motor uses the ultrasonic vibration of an electromechanical transducer such as a piezoelectric ceramic plate as a rotational drive source, and has an advantage that a high torque can be obtained even at a low speed rotation and a winding is required. Therefore, the structure is simpler and smaller than the electromagnetic motor. In this ultrasonic motor, as shown in FIG. 6, an annular concave portion 5 surrounding the bearing 1 is formed in a base 3 in which a radial type bearing 1 is fitted in a central through hole, and one end face side (FIG. 6). A metal disk-shaped elastic body 9 having a convex ring portion 7 integrally projecting from the middle (upper side) is fixed to the base 3, and a radial cut (not shown) is made in the convex ring portion 7 of the elastic member 9. ) Is formed to divide the convex ring portion 7 into a large number in the circumferential direction, and a ring-shaped piezoelectric vibration plate 11 is provided on the other end surface (the lower side in FIG. 6) of the elastic body 9 at a position overlapping with the convex ring portion 7. Affixed.

【０００３】この圧電振動板１１は、図７に示すよう
に、圧電セラミック板１３の片面に第１の分極グループ
の駆動電極１５およびこれにλ／４ずれた第２の分極グ
ループの駆動電極１７を形成し、それら駆動電極１５、
１７の間には共通電極１９とセンサー電極２１を形成す
るとともに、対向面に全面駆動電極（隠れて見えない）
を有している。圧電セラミック板１３の駆動電極１５、
１７、共通電極１９およびセンサー電極２１には、図６
中の可撓性プリント基板２３またはリード線（図示せ
ず）が接続されて外部に導出されている。基台３にはカ
ップ状の金属製のケース２５が被せられ、ケース２５の
中央突出部内に軸受２７とスラスト型のベアリング２９
を固定し、ベアリング１、軸受２７およびベアリング２
９でシャフト３１が軸支されている。As shown in FIG. 7, a piezoelectric vibrating plate 11 has a driving electrode 15 of a first polarization group and a driving electrode 17 of a second polarization group shifted by λ / 4 on one side of a piezoelectric ceramic plate 13. And drive electrodes 15,
A common electrode 19 and a sensor electrode 21 are formed between the electrodes 17, and the entire surface is covered with a drive electrode (not visible)
have. The drive electrode 15 of the piezoelectric ceramic plate 13;
17, the common electrode 19 and the sensor electrode 21
The inside flexible printed circuit board 23 or a lead wire (not shown) is connected and led to the outside. The base 3 is covered with a cup-shaped metal case 25, and a bearing 27 and a thrust type bearing 29 are provided in a central protruding portion of the case 25.
And bearing 1, bearing 27 and bearing 2
At 9, the shaft 31 is supported.

【０００４】ケース２５内において、シャフト３１には
移動体としての円盤状回転体３３が固定され、シャフト
３１に取付けられたフランジ３５によって皿ばね３７が
回転体３３の周縁部を弾性体９の凸環部７に圧接し、超
音波モータが構成されている。このような超音波モータ
は、互いに９０゜位相が異なり例えば４０ＫＨｚより若
干高い２種類の交流駆動電圧〔Ｖ＝Ｖ0 ｓｉｎωｔ、以
下ｓｉｎとする〕と〔Ｖ’＝Ｖ0 ｓｉｎ（ωｔ±π／
２）、以下ｃｏｓとする〕を駆動電極１５、１７に加え
ることにより、弾性体９の凸環部７には円周方向に進行
する進行性超音波が生じ、回転体３３が周方向に回転し
てシャフト３１が回転する。[0004] In the case 25, a disk-shaped rotating body 33 as a moving body is fixed to the shaft 31, and a disc spring 37 projects a peripheral edge of the rotating body 33 by a flange 35 attached to the shaft 31 so that the elastic body 9 is convex. An ultrasonic motor is constituted by being pressed against the ring portion 7. Such an ultrasonic motor has two types of AC drive voltages [V = V0 sinωt, hereinafter referred to as “sin”] which differ from each other by 90 ° and are slightly higher than 40 KHz, for example, and [V ′ = V0 sin (ωt ± π /
2), hereinafter referred to as cos] to the drive electrodes 15 and 17, a traveling ultrasonic wave is generated in the convex ring portion 7 of the elastic body 9, which travels in the circumferential direction, and the rotating body 33 rotates in the circumferential direction. Then, the shaft 31 rotates.

【０００５】また、超音波モータは、第８図のように、
周波数ｆ0 、ｆ1 、ｆ2 の３つの共振点を有し、駆動効
率の面から最もＱの高い中間の共振点ｆ0 で起動するこ
とが行われており、しかも安定した起動を確保する観点
から周波数ｆ0 より若干高い周波数ｆ3 で起動させるこ
とが好ましいとされている。そこで、起動時に例えば４
４ＫＨｚの駆動電圧を駆動電極１５、１７に加え、その
駆動電圧を低い周波数方向へスイープさせて圧電振動板
１１の共振点ｆ0 より若干高い周波数ｆ3 で超音波モー
タ４３を起動させている。[0005] Also, as shown in FIG.
It has three resonance points of frequencies f0, f1, and f2, and is started at an intermediate resonance point f0 having the highest Q in terms of driving efficiency. It is said that it is preferable to start at a slightly higher frequency f3. Therefore, for example, at startup,
A driving voltage of 4 KHz is applied to the driving electrodes 15 and 17, and the driving voltage is swept in a lower frequency direction to activate the ultrasonic motor 43 at a frequency f3 slightly higher than the resonance point f0 of the piezoelectric vibration plate 11.

【０００６】そして、従来からこの種の超音波モータの
回転を制御する装置としては、センサー電極２１からの
検出信号をフィードバックさせて回転制御する構成と、
シャフト３１にロータリーエンコーダ（図６では図示せ
ず）を設けるとともにこのロータリーエンコーダからの
パルス信号と所定の基準信号の周波数を比較して回転数
をＰＬＬ制御する構成が知られている。前者の構成は、
回転数の変化がセンサー電極２１からの検出信号レベル
変化になって出力される点を利用するもので、例えば負
荷が大きくなって回転数が低下すると、センサー電極２
１からの検出信号レベルが低下するから、その検出信号
レベルを検出して駆動電圧の周波数を低下させて回転数
を上げ、回転数を安定化しようとするものである。他
方、後者の構成は、シャフト３１に設けたロータリーエ
ンコーダからのパルス信号と基準信号の位相を比較し、
その位相差が一定になるように駆動電圧の周波数を制御
して回転数を安定化するものである。Conventionally, as an apparatus for controlling the rotation of this type of ultrasonic motor, a configuration in which a detection signal from a sensor electrode 21 is fed back to control the rotation,
A configuration is known in which a rotary encoder (not shown in FIG. 6) is provided on the shaft 31, and the frequency of a pulse signal from the rotary encoder is compared with the frequency of a predetermined reference signal to perform PLL control of the rotation speed. The former configuration is
A change in the number of revolutions is used as a change in the level of a detection signal from the sensor electrode 21 and is output. For example, when the load increases and the number of revolutions decreases, the sensor electrode 2
Since the level of the detection signal from 1 decreases, the level of the detection signal is detected, the frequency of the drive voltage is reduced, the rotational speed is increased, and the rotational speed is intended to be stabilized. On the other hand, the latter configuration compares the phase of the pulse signal from the rotary encoder provided on the shaft 31 with the phase of the reference signal,
The frequency of the drive voltage is controlled so that the phase difference becomes constant, and the rotation speed is stabilized.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た回転制御装置のうち前者の構成は、回路が比較的簡単
である反面、センサー電極２１からの検出信号が駆動電
極１５、１７に印加した駆動電圧に基づく周波数信号で
あって回転数に比例した信号ではないから、正確な制御
を期待できない。また、後者の構成は、ある程度正確な
回転制御を期待できるが、回路が複雑になり易いうえ、
例えば負荷が大きく変化してロータリーエンコーダから
のパルス信号と基準信号の位相差が大きくなると、その
位相差の検出が困難となり、回転数の制御が困難となっ
て動作が暴走する心配がある。However, the former configuration of the rotation control device described above has a relatively simple circuit, but the detection signal from the sensor electrode 21 is applied to the drive electrodes 15 and 17 by the drive voltage. Since the frequency signal is not based on the frequency signal and is not proportional to the rotational speed, accurate control cannot be expected. In the latter configuration, accurate rotation control can be expected to some extent, but the circuit tends to be complicated,
For example, if the load greatly changes and the phase difference between the pulse signal from the rotary encoder and the reference signal becomes large, it becomes difficult to detect the phase difference, it becomes difficult to control the number of revolutions, and the operation may run away.

【０００８】もっとも、モータの回転を制御する場合、
シャフト等に直流発電機を取付け、この発電機からの直
流発電信号によって回転数を制御する技術が知られてい
るが、超音波モータでは比較的回転数が低くて発電出力
も大きくないから、発電信号がノイズに弱くて誤動作を
発生し易く、回転数制御に向かない。本発明はこのよう
な従来の欠点を解決するためになされたもので、比較的
構成が簡単で広範囲の負荷変動に対しても回転数を安定
制御させることが可能な超音波モータの回転制御装置を
提供するものである。However, when controlling the rotation of the motor,
A technique is known in which a DC generator is mounted on a shaft or the like, and the number of revolutions is controlled by a DC power generation signal from the generator. The signal is susceptible to noise and liable to malfunction, making it unsuitable for rotation speed control. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve such a conventional drawback, and has a relatively simple configuration and a rotation control device for an ultrasonic motor capable of stably controlling the rotation speed even in a wide range of load fluctuation. Is provided.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、所定の位相差および周波数を有する
駆動信号の印加によって回転するとともにその周波数の
上下によって回転数が低高する超音波モータの回転制御
装置であり、その超音波モータの回転部に連結されその
回転数に応じた周波数信号を発生するロータリーエンコ
ーダと、このロータリーエンコーダからの周波数信号を
その周波数に応じた負の直流電圧に変換する周波数電圧
変換回路と、所定の基準直流電圧を発生する基準電圧発
生回路と、負帰還された前記負の変換直流電圧でその基
準直流電圧を可変して速度指令信号を出力する速度指令
回路と、この速度指令信号からその電圧レベルに応じた
周波数信号に変換して上述した駆動信号を出力する電圧
周波数変換回路とを有する構成となっている。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an ultra-high-speed motor that rotates by the application of a drive signal having a predetermined phase difference and frequency, and whose rotation speed decreases and rises depending on the frequency. A rotary control device for an ultrasonic motor, which is connected to a rotating portion of the ultrasonic motor and generates a frequency signal corresponding to the number of rotations thereof; and a negative DC signal corresponding to the frequency of the rotary encoder. A frequency-to-voltage conversion circuit for converting to a voltage, a reference voltage generation circuit for generating a predetermined reference DC voltage, and a speed for varying the reference DC voltage with the negatively converted negative converted DC voltage and outputting a speed command signal A command circuit, and a voltage frequency conversion circuit that converts the speed command signal into a frequency signal corresponding to the voltage level and outputs the drive signal described above. And it has a configuration with.

【００１０】[0010]

【作用】このような手段を備えた本発明では、基準電圧
発生回路からの基準直流電圧によって速度指令回路から
直流の速度指令信号が出力され、電圧周波数変換回路で
その直流電圧レベルに応じた周波数信号に変換されて超
音波モータが回転駆動され、この超音波モータに連結さ
れたロータリーエンコーダからその回転数に応じた周波
数信号が発生し、周波数電圧変換回路でその周波数に応
じた直流電圧に変換される。速度指令回路では基準直流
電圧をその変換直流電圧レベルで可変して上述した速度
指令信号を出力するから、この可変された速度指令信号
が電圧周波数変換回路で周波数変換されて超音波モータ
が回転駆動される。そのため、例えば負荷が大きくなっ
て超音波モータの回転数が低下するとロータリーエンコ
ーダからの信号の周波数が低くなって周波数電圧変換回
路からの変換直流電圧レベルが低下し、速度指令回路か
らの速度指令信号レベルも低下して電圧周波数変換回路
からの駆動信号の周波数信号が低下し、超音波モータが
低い周波数の駆動信号で高速回転制御される。According to the present invention provided with such means, a DC speed command signal is output from the speed command circuit by the reference DC voltage from the reference voltage generating circuit, and the voltage frequency conversion circuit outputs a frequency corresponding to the DC voltage level. The signal is converted to a signal, and the ultrasonic motor is driven to rotate.A rotary encoder connected to the ultrasonic motor generates a frequency signal corresponding to the number of rotations, and the frequency-voltage conversion circuit converts the signal into a DC voltage corresponding to the frequency. Is done. In the speed command circuit, the reference DC voltage is changed at the converted DC voltage level and the above-mentioned speed command signal is output. Therefore, the frequency command circuit converts the frequency of the changed speed command signal into a frequency, and the ultrasonic motor rotates. Is done. Therefore, for example, when the load increases and the number of revolutions of the ultrasonic motor decreases, the frequency of the signal from the rotary encoder decreases, the converted DC voltage level from the frequency voltage conversion circuit decreases, and the speed command signal from the speed command circuit. The level is also reduced, the frequency signal of the drive signal from the voltage frequency conversion circuit is reduced, and the ultrasonic motor is controlled to rotate at a high speed with a low frequency drive signal.

【００１１】[0011]

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。なお、従来例と共通する部分には同一の符号を付
す。図１は本発明に係る回転制御装置の一実施例を示す
ブロック図である。図１において、基準電圧発生回路３
９は所定の基準直流電圧を発生して速度指令回路４１を
出力するもので、例えば本発明に係る回転制御装置の電
源ラインからツェナーダイオード（図示せず）によって
安定化した直流電圧を発生するものである。速度指令回
路４１は後述する超音波モータ４３の回転数（回転速
度）を設定する速度指令信号を出力するもので、基準電
圧発生回路３９からの基準直流電圧を増幅回路（後述す
る）４５からの変換直流電圧で可変した直流の速度指令
電圧をその速度指令信号として電圧周波数変換回路（図
中Ｖ／Ｆ変換回路と略す）４７へ出力するものである。
速度指令電圧を可変すれば超音波モータ４３の回転数が
変化する。速度指令回路４１の具体例は後述する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the same reference numerals are given to portions common to the conventional example. FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the rotation control device according to the present invention. In FIG. 1, a reference voltage generating circuit 3
Numeral 9 is for generating a predetermined reference DC voltage and outputting the speed command circuit 41, for example, for generating a DC voltage stabilized by a Zener diode (not shown) from the power supply line of the rotation control device according to the present invention. It is. The speed command circuit 41 outputs a speed command signal for setting the number of rotations (rotation speed) of the ultrasonic motor 43, which will be described later, and outputs a reference DC voltage from the reference voltage generation circuit 39 to an amplification circuit (to be described later) 45. A DC speed command voltage variable with the converted DC voltage is output to a voltage frequency conversion circuit (abbreviated as V / F conversion circuit in the figure) 47 as the speed command signal.
If the speed command voltage is varied, the number of revolutions of the ultrasonic motor 43 changes. A specific example of the speed command circuit 41 will be described later.

【００１２】電圧周波数変換回路４７は速度指令回路４
１からの速度指令電圧をこのレベルに応じた周波数信号
に変換してドライブ回路４９へ出力するもので、このド
ライブ回路４９はその周波数信号を昇圧増幅するととも
に位相を変え、互いに９０゜位相が異なる２種類の交流
駆動電圧Ｖ、Ｖ’を形成して超音波モータ４３を駆動す
るものである。超音波モータ４３は、例えば図２に示す
ように、ベアリング１、基台３、凹部５、凸環部７、弾
性体９、圧電振動板１１、圧電セラミック板１３、プリ
ント基板２３、ケース２５、軸受２７、ベアリング２
９、シャフト３１、回転体３３、フランジ３５および皿
ばね３７を有し、上述した図６とほぼ同様な構成となっ
ている。The voltage frequency conversion circuit 47 is a speed command circuit 4
The speed command voltage from 1 is converted into a frequency signal corresponding to this level and output to the drive circuit 49. This drive circuit 49 boosts and amplifies the frequency signal and changes the phase, and the phases are different from each other by 90 °. The ultrasonic motor 43 is driven by forming two types of AC drive voltages V and V ′. For example, as shown in FIG. 2, the ultrasonic motor 43 includes a bearing 1, a base 3, a concave portion 5, a convex ring portion 7, an elastic body 9, a piezoelectric vibrating plate 11, a piezoelectric ceramic plate 13, a printed circuit board 23, a case 25, Bearing 27, Bearing 2
9, a shaft 31, a rotating body 33, a flange 35, and a disc spring 37, and have substantially the same configuration as that of FIG.

【００１３】超音波モータ４３は、上述した図７のよう
に圧電振動板１１に形成された駆動電極１５、１７にド
ライブ回路４９からの交流駆動電圧Ｖ、Ｖ’を印加する
ことによってシャフト３１が回転する。超音波モータ４
３のケース２５からはシャフト３１が若干突出し、シャ
フト３１には薄い円盤５１が固定されてシャフト３１と
ともに回転するようになっている。円盤５１の周辺部に
はこの円盤５１を貫通する小さい貫通孔５３が周方向に
狭い間隔を置いて多数形成されており、円盤５１を挟ん
で発光部５５および受光部５７が対向して配置され、発
光部５５と受光部５７の間を貫通孔５３が通る度に発光
部５５からの光が受光部５７に到達するようになってい
る。The ultrasonic motor 43 applies AC drive voltages V and V 'from a drive circuit 49 to drive electrodes 15 and 17 formed on the piezoelectric vibrating plate 11 as shown in FIG. Rotate. Ultrasonic motor 4
The shaft 31 slightly projects from the third case 25, and a thin disk 51 is fixed to the shaft 31 so as to rotate together with the shaft 31. A large number of small through holes 53 penetrating the disk 51 are formed in the peripheral portion of the disk 51 at narrow intervals in the circumferential direction, and a light emitting unit 55 and a light receiving unit 57 are arranged to face each other with the disk 51 interposed therebetween. The light from the light emitting unit 55 reaches the light receiving unit 57 each time the through hole 53 passes between the light emitting unit 55 and the light receiving unit 57.

【００１４】そのため、超音波モータ４３が回転して円
盤５１が回転すると、円盤５１の貫通孔５３によって発
光部５５からの光が断続して受光部５７に到達し、受光
部５７から超音波モータ４３の回転数に応じた周波数信
号が出力される。すなわち、これら円盤５１、発光部５
５および受光部５７によって超音波モータ４３の回転数
に応じた周波数の電気信号を発生するロータリーエンコ
ーダ５９が形成されている（図１参照）。図１に戻っ
て、ロータリーエンコーダ５９の受光部（図１では図示
省略）５７は波形整形回路６１に接続されている。この
波形整形回路６１は例えばシュミットを有する回路から
なり、ロータリーエンコーダ５９からの周波数信号を矩
形波に波形整形するとともに分周して周波数を上げて周
波数電圧変換回路（図中Ｆ／Ｖ変換回路と略す）６３へ
出力するものである。なお、周波数信号を分周して周波
数を上げる目的は周波数信号を安定化するためである。Therefore, when the ultrasonic motor 43 rotates and the disk 51 rotates, the light from the light emitting portion 55 intermittently reaches the light receiving portion 57 through the through hole 53 of the disk 51 and reaches the light receiving portion 57. A frequency signal corresponding to the number of rotations of 43 is output. That is, the disk 51 and the light emitting unit 5
A rotary encoder 59 that generates an electric signal having a frequency corresponding to the rotation speed of the ultrasonic motor 43 is formed by the light receiving unit 57 and the light receiving unit 57 (see FIG. 1). Returning to FIG. 1, the light receiving section (not shown in FIG. 1) 57 of the rotary encoder 59 is connected to the waveform shaping circuit 61. The waveform shaping circuit 61 is composed of, for example, a circuit having a Schmitt. The frequency shaping circuit 61 shapes the frequency signal from the rotary encoder 59 into a rectangular wave and divides the frequency signal to increase the frequency. (Abbreviation) 63. The purpose of increasing the frequency by dividing the frequency signal is to stabilize the frequency signal.

【００１５】周波数電圧変換回路６３は、波形整形回路
６１で波形整形された周波数信号をその周波数に応じた
レベルの直流電圧に変換して増幅回路４５に出力するも
のであり、増幅回路４５はその変換直流電圧を増幅する
とともに、例えば負の変換直流電圧にして上述した速度
指令回路４１に負帰還するものである。速度指令回路４
１は、例えば図３に示すように、可変抵抗器（ボリュー
ム）ＶＲ１、ＶＲ２を組合せて形成されている。すなわ
ち、図１の基準電圧発生回路３９からの基準直流電圧を
一端に加えた可変抵抗器ＶＲ１の他端を可変抵抗器ＶＲ
２の可動端子に接続し、可変抵抗器ＶＲ２の一端を接地
し他端には増幅回路４５からの負の変換直流電圧を接続
するとともに、可変抵抗器ＶＲ１の可動端子を電圧周波
数変換回路４７への速度指令信号の出力端としたもので
ある。The frequency-voltage conversion circuit 63 converts the frequency signal whose waveform has been shaped by the waveform shaping circuit 61 into a DC voltage having a level corresponding to the frequency and outputs the DC voltage to the amplifier circuit 45. In addition to amplifying the converted DC voltage, the converted DC voltage is, for example, converted into a negative converted DC voltage and negatively fed back to the speed command circuit 41 described above. Speed command circuit 4
1 is formed by combining variable resistors (volumes) VR1 and VR2, for example, as shown in FIG. That is, the other end of the variable resistor VR1 to which the reference DC voltage from the reference voltage generating circuit 39 of FIG.
2, the one end of the variable resistor VR2 is grounded, the other end is connected to the negative converted DC voltage from the amplifier circuit 45, and the movable terminal of the variable resistor VR1 is connected to the voltage frequency conversion circuit 47. Output terminal of the speed command signal.

【００１６】このように形成された速度指令回路４１で
は、可変抵抗器ＶＲ２の他端に加えた増幅回路４５から
の負の変換直流電圧を負の方向に大きくすると可変抵抗
器ＶＲ１の可動端子の電圧が上昇し、負の変換直流電圧
を正の方向に大きくすると可変抵抗器ＶＲ１の可動端子
の電圧が降下する。そのため、可変抵抗器ＶＲ１の可動
端子を外部から変移させて速度指令信号を設定すること
により、超音波モータ４３の回転数を外部から任意に可
変できるとともに、この設定した速度指令信号に対して
可変抵抗器ＶＲ２の他端に加えた負の変換直流電圧によ
って可変できる。In the speed command circuit 41 formed in this manner, when the negative converted DC voltage from the amplifier circuit 45 applied to the other end of the variable resistor VR2 is increased in the negative direction, the movable terminal of the variable resistor VR1 When the voltage increases and the negative converted DC voltage increases in the positive direction, the voltage at the movable terminal of the variable resistor VR1 decreases. Therefore, by setting the speed command signal by moving the movable terminal of the variable resistor VR1 from the outside, the number of revolutions of the ultrasonic motor 43 can be arbitrarily changed from the outside, and the speed command signal can be varied. It can be varied by a negative converted DC voltage applied to the other end of the resistor VR2.

【００１７】次に、このように構成された本発明の回転
制御装置の動作を説明する。速度指令回路４１は、基準
電圧発生回路３９からの基準直流電圧に基づき、予め設
定された図３の可変抵抗器ＶＲ１の可動端子の位置に応
じた速度指令信号を電圧周波数変換回路４７へ出力し、
電圧周波数変換回路４７がその速度指令電圧をこのレベ
ルに応じた周波数信号に変換してドライブ回路４９へ出
力し、このドライブ回路４９によって超音波モータ４３
が駆動される。超音波モータ４３にはロータリーエンコ
ーダ５９が連結されているから、その回転数に応じた周
波数信号がロータリーエンコーダ５９から出力され、波
形整形回路６１で矩形波に波形整形されるとともに分周
され、周波数電圧変換回路６３でその周波数に応じた直
流電圧に変換され、増幅回路４５から負の変換直流電圧
が速度指令回路４１に負帰還され、速度指令回路４１で
は負の変換直流電圧によって速度指令信号が変化する。Next, the operation of the thus configured rotation control device of the present invention will be described. The speed command circuit 41 outputs a speed command signal corresponding to the preset position of the movable terminal of the variable resistor VR1 in FIG. 3 to the voltage frequency conversion circuit 47 based on the reference DC voltage from the reference voltage generation circuit 39. ,
A voltage frequency conversion circuit 47 converts the speed command voltage into a frequency signal corresponding to this level and outputs the frequency signal to a drive circuit 49, which uses the ultrasonic motor 43.
Is driven. Since a rotary encoder 59 is connected to the ultrasonic motor 43, a frequency signal corresponding to the number of rotations is output from the rotary encoder 59, the waveform is shaped into a rectangular wave by a waveform shaping circuit 61, and the frequency is divided. The voltage is converted into a DC voltage according to the frequency by the voltage conversion circuit 63, and the negative converted DC voltage is negatively fed back from the amplifier circuit 45 to the speed command circuit 41. In the speed command circuit 41, the speed command signal is converted by the negative converted DC voltage. Change.

【００１８】そのため、超音波モータ４３の回転数が安
定していれば、ロータリーエンコーダ５９からの周波数
信号が変化せず、速度指令回路４１からの速度指令信号
も変化しないから一定の周波数駆動信号で超音波モータ
４３が駆動される。もし、負荷が大きくなって超音波モ
ータ４３の回転数が低くなければ、ロータリーエンコー
ダ５９からの周波数信号が低くなって周波数電圧変換回
路６３からの変換直流電圧レベルも低下し、速度指令回
路４１からの速度指令信号レベルが低下し、電圧周波数
変換回路４７からの周波数信号の周波数が低下し、ドラ
イブ回路４９によって超音波モータ４３が低い周波数の
駆動電圧で駆動され、その回転数が上昇する。Therefore, if the rotational speed of the ultrasonic motor 43 is stable, the frequency signal from the rotary encoder 59 does not change, and the speed command signal from the speed command circuit 41 does not change. The ultrasonic motor 43 is driven. If the load becomes large and the rotation speed of the ultrasonic motor 43 is not low, the frequency signal from the rotary encoder 59 becomes low, the converted DC voltage level from the frequency voltage conversion circuit 63 also drops, and the speed command circuit 41 , The frequency of the frequency signal from the voltage-frequency conversion circuit 47 decreases, and the drive circuit 49 drives the ultrasonic motor 43 with a low-frequency drive voltage, thereby increasing the rotation speed.

【００１９】反対に、負荷が軽くなって超音波モータ４
３の回転数が高くなければ、ロータリーエンコーダ５９
からの周波数信号が高くなって周波数電圧変換回路６３
からの変換直流電圧レベルも上昇し、速度指令回路４１
からの速度指令信号レベルが高くなり、電圧周波数変換
回路４７からの周波数信号の周波数が上昇し、超音波モ
ータ４３が高い周波数の駆動電圧で駆動され、その回転
数が低下する。なお、超音波モータ４３の起動時は停止
状態から回転数が高くなってゆく動作であり、上述した
超音波モータ４３における所定安定回転数より低い場合
の動作と同様である。On the contrary, the load is reduced and the ultrasonic motor 4
3 is not high, the rotary encoder 59
The frequency signal from the high-frequency conversion circuit 63
The converted DC voltage level also increases and the speed command circuit 41
, The frequency of the frequency signal from the voltage-frequency conversion circuit 47 increases, and the ultrasonic motor 43 is driven by a high-frequency drive voltage, and the number of revolutions decreases. When the ultrasonic motor 43 is started, the rotation speed is increased from the stopped state, and is similar to the operation when the ultrasonic motor 43 is lower than the predetermined stable rotation speed.

【００２０】このように本発明の回転制御装置は、負荷
の大小等によって超音波モータ４３の回転数が変動して
も、回転数を戻すような周波数の駆動信号が形成されて
超音波モータ４３の回転数が安定する。しかも、本発明
の回転制御装置は、超音波モータ４３の回転数をロータ
リーエンコーダ５９にて周波数信号にして検出し、この
周波数信号を直流電圧に変換して基準直流電圧を可変し
て速度指令信号を作成し、この速度指令信号レベルに応
じた周波数信号に変換して超音波モータ４３を駆動する
から、超音波モータ４３の速度を設定する速度指令信号
が直流信号によって可変制御され、回路構成が簡単にな
る。As described above, according to the rotation control device of the present invention, even if the rotation speed of the ultrasonic motor 43 fluctuates due to the magnitude of the load or the like, a drive signal having a frequency that returns the rotation speed is formed, and the ultrasonic motor 43 The rotation speed of becomes stable. In addition, the rotation control device of the present invention detects the number of rotations of the ultrasonic motor 43 as a frequency signal with the rotary encoder 59, converts this frequency signal into a DC voltage, varies the reference DC voltage, and changes the speed command signal. And drives the ultrasonic motor 43 by converting it into a frequency signal corresponding to the speed command signal level. Therefore, the speed command signal for setting the speed of the ultrasonic motor 43 is variably controlled by a DC signal, and the circuit configuration is changed. It's easy.

【００２１】さらに、超音波モータ４３の回転数に比例
した信号に基づいて基準直流電圧を可変して速度指令信
号を作成するから、回転制御が正確であるうえ無段階制
御できる。さらにまた、ロータリーエンコーダ５９から
の検出信号を基準信号と比較して速度指令信号を得るも
のでないから、従来のように負荷変動が大きくなってロ
ータリーエンコーダからのパルス信号と基準信号の位相
差を比較困難となるようなことがなく、広い負荷変動に
も追随して確実な回転制御を確保できる。なお、起動時
も同様である。図４は、センサー電極からの検出信号を
用いて速度制御した構成におけるトルクに対する回転数
や出力変化を示す特性（図中破線）と、本発明の回転制
御装置におけるトルクに対する回転数や出力変化を示す
特性（図中実線）であり、この特性図から本発明の回転
制御が正確かつ安定していることが分る。Furthermore, since the speed command signal is generated by varying the reference DC voltage based on a signal proportional to the rotation speed of the ultrasonic motor 43, the rotation control is accurate and can be performed steplessly. Furthermore, since the speed command signal is not obtained by comparing the detection signal from the rotary encoder 59 with the reference signal, the load fluctuation becomes large as in the conventional case, and the phase difference between the pulse signal from the rotary encoder and the reference signal is compared. There is no difficulty, and reliable rotation control can be ensured following wide load fluctuations. The same applies at the time of startup. FIG. 4 is a graph showing a characteristic (represented by a dashed line in FIG. 4) showing a rotation speed and an output change with respect to torque in a configuration in which speed control is performed using a detection signal from a sensor electrode, and a rotation speed and output change with respect to torque in the rotation control device of the present invention. The characteristics (solid lines in the figure) indicate that the rotation control of the present invention is accurate and stable.

【００２２】ところで、図２に示したロータリーエンコ
ーダ５９は１例であり、本発明のロータリーエンコーダ
５９は図２の円盤５１、発光部５５および受光部５７に
よって形成されるものに限定されない。例えば、図５に
示すように、上述した図２の回転体３３の上側平坦部に
交互に明暗部を有する環状模様６５を印刷等で形成し、
弾性体９の上側平坦部の上側に発光部５５および受光部
５７を配置し、発光部５５からの光をその環状模様６５
に当て、環状模様６５からの反射強弱光を受光部５７で
受光して周波数信号を出力する構成のロータリーエンコ
ーダ６７も可能である。The rotary encoder 59 shown in FIG. 2 is an example, and the rotary encoder 59 of the present invention is not limited to the one formed by the disk 51, the light emitting section 55 and the light receiving section 57 in FIG. For example, as shown in FIG. 5, an annular pattern 65 having bright and dark portions alternately formed on the upper flat portion of the rotating body 33 of FIG.
The light emitting unit 55 and the light receiving unit 57 are arranged above the upper flat portion of the elastic body 9, and the light from the light emitting unit 55 is transmitted to the annular pattern 65.
In addition, a rotary encoder 67 configured to receive the strong and weak light reflected from the annular pattern 65 by the light receiving unit 57 and output a frequency signal is also possible.

【００２３】また、図示はしないが、回転体３３に図２
のような多数の貫通孔を環状に形成し、回転体３３を挟
んで発光部５５および受光部５７を配置する構成も可能
である。すなわち、図２の円盤５１を回転体３３で兼ね
る構成である。要は、超音波モータ４３のシャフト３１
や弾性体９等の回転部に取付けや形成によって連結され
その回転数に応じた周波数信号を発生するロータリーエ
ンコーダであれば良い。なお、上述した超音波モータの
構成は一例であって、従来公知の超音波モータにおいて
実施可能である。Although not shown, the rotating body 33 has a
It is also possible to adopt a configuration in which a large number of through holes are formed in a ring shape, and the light emitting unit 55 and the light receiving unit 57 are arranged with the rotating body 33 interposed therebetween. That is, the configuration is such that the disk 51 of FIG. In short, the shaft 31 of the ultrasonic motor 43
Any rotary encoder may be used as long as it is connected to a rotating portion such as the elastic member 9 or the like by attachment or formation and generates a frequency signal corresponding to the number of rotations. The configuration of the above-described ultrasonic motor is an example, and can be implemented by a conventionally known ultrasonic motor.

【００２４】[0024]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、超音波モ
ータの回転数をロータリーエンコーダで周波数信号にし
て検出し、この周波数信号を負の直流電圧に変換し、負
帰還させたその負の変換直流電圧で基準直流電圧を可変
して速度指令信号を作成し、この速度指令信号レベルに
応じた周波数信号に変換して超音波モータを駆動する構
成としたから、超音波モータの回転数（速度）を設定す
る速度指令信号が直流信号によって可変制御可能とな
り、回路構成が簡単になるし、広い負荷変動にも確実に
追随して正確な回転制御を確保できる。As described above, according to the present invention, the number of revolutions of the ultrasonic motor is detected as a frequency signal by a rotary encoder, and this frequency signal is converted into a negative DC voltage, and the negative feedback is performed. Since the reference DC voltage is varied with the converted DC voltage to create a speed command signal, the speed command signal is converted into a frequency signal corresponding to the speed command signal level, and the ultrasonic motor is driven. The speed command signal for setting the speed can be variably controlled by a DC signal, the circuit configuration is simplified, and accurate rotation control can be ensured by reliably following a wide load change.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明に係る回転制御装置の一実施例を示すブ
ロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a rotation control device according to the present invention.

【図２】図１のロータリーエンコーダを超音波モータと
ともに示す半断面図である。FIG. 2 is a half sectional view showing the rotary encoder of FIG. 1 together with an ultrasonic motor.

【図３】図１の速度指令回路の一例を示す概略回路であ
る。FIG. 3 is a schematic circuit illustrating an example of a speed command circuit of FIG. 1;

【図４】本発明および従来の超音波モータにおける特性
図である。FIG. 4 is a characteristic diagram of the present invention and a conventional ultrasonic motor.

【図５】本発明のロータリーエンコーダの他の例を示す
概略斜視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view showing another example of the rotary encoder of the present invention.

【図６】従来の超音波モータを示す半断面図である。FIG. 6 is a half sectional view showing a conventional ultrasonic motor.

【図７】超音波モータの圧電振動板を示す平面図であ
る。FIG. 7 is a plan view showing a piezoelectric diaphragm of the ultrasonic motor.

【図８】超音波モータの共振特性と起動の関係を説明す
る図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the resonance characteristics and the start of the ultrasonic motor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ベアリング ３ 基台 ５ 凹部 ７ 凸環部 ９ 弾性体 １１ 圧電振動板 １３ 圧電セラミック板 １５、１７ 駆動電極 １９ 共通電極 ２１ センサー電極 ２３ プリント基板 ２５ ケース ２７ 軸受 ２９ ベアリング ３１ シャフト ３３ 回転体 ３５ フランジ ３７ 皿ばね ３９ 基準電圧発生回路 ４１ 速度指令回路 ４３ 超音波モータ ４５ 増幅回路 ４７ 電圧周波数変換回路 ４９ ドライブ回路 ５１ 円盤 ５３ 貫通孔 ５５ 発光部 ５７ 受光部 ５９、６７ ロータリーエンコーダ ６１ 波形整形回路 ６３ 周波数電圧変換回路 ６５ 環状模様 REFERENCE SIGNS LIST 1 bearing 3 base 5 concave portion 7 convex ring portion 9 elastic body 11 piezoelectric vibration plate 13 piezoelectric ceramic plate 15, 17 drive electrode 19 common electrode 21 sensor electrode 23 printed board 25 case 27 bearing 29 bearing 31 shaft 33 rotating body 35 flange 37 Disc spring 39 Reference voltage generation circuit 41 Speed command circuit 43 Ultrasonic motor 45 Amplifier circuit 47 Voltage frequency conversion circuit 49 Drive circuit 51 Disk 53 Through hole 55 Light emitting unit 57 Light receiving unit 59, 67 Rotary encoder 61 Waveform shaping circuit 63 Frequency voltage conversion Circuit 65 Ring pattern

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 所定の位相差および周波数を有する駆動
信号の印加によって回転するとともに前記周波数の上下
によって回転数が低高する超音波モータを回転制御する
超音波モータの回転制御装置において、 前記超音波モータの回転部に連結され前記超音波モータ
の回転数に応じた周波数信号を発生するロータリーエン
コーダと、 このロータリーエンコーダからの前記周波数信号をその
周波数に応じた負の直流電圧に変換する周波数電圧変換
回路と、 所定の基準直流電圧を発生する基準電圧発生回路と、負帰還された前記負の変換直流電圧で前記基準直流電圧
を 可変して速度指令信号を出力する速度指令回路と、 前記速度指令信号からその電圧レベルに応じた周波数信
号に変換して前記駆動信号を出力する電圧周波数変換回
路と、 を具備することを特徴とする超音波モータの回転制御装
置。1. An ultrasonic motor rotation control device for controlling the rotation of an ultrasonic motor which is rotated by application of a drive signal having a predetermined phase difference and a frequency and whose number of revolutions is low and high according to the increase and decrease of the frequency. A rotary encoder connected to a rotating part of the ultrasonic motor to generate a frequency signal corresponding to the number of rotations of the ultrasonic motor; and a frequency voltage for converting the frequency signal from the rotary encoder into a negative DC voltage corresponding to the frequency. A conversion circuit, a reference voltage generation circuit for generating a predetermined reference DC voltage, and the reference DC voltage
Wherein a speed command circuit for outputting a speed command signal by varying, by comprising a voltage-frequency converter circuit for outputting the driving signal is converted into a frequency signal corresponding to the voltage level from said velocity command signal A rotation control device for an ultrasonic motor.