JPH03215176A - Driving circuit of ultrasonic motor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To enable execution of a drive by a direct-current single power source by having a direct-current power source connecting with a series resonant circuit or a parallel resonant circuit constructed of an inductance, a switching element and a piezoelectric element, and a signal generator making the aforesaid switching element input a frequency signal to the aforesaid piezoelectric element by turning the element ON and OFF. CONSTITUTION:When a switching element 7 is ON, a current ION flows from a capacitance CO, and when it is OFF, a current IOFF flows from an inductance LO into the capacitance CO. When an ON-OFF operation of this switching ele ment is executed by an output signal QB, the current IOFF flowing through the inductance LO is retarded by 90 deg. from a timing whereat the switching ele ment 7 turns ON, and the current ION flowing from the capacitance CO advances by 90 deg. from the timing whereat the switching element 7 turns ON, given that the repetition frequency of ON-OFF is fO.

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、超音波モータの駆動回路、詳しくは直流の
単電源による駆動が可能な超音波モータの駆動回路に関
するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ultrasonic motor drive circuit, and more particularly to an ultrasonic motor drive circuit that can be driven by a single DC power source.

［従来の技術］ 周知のように、超音波モータ（以下ＵＳＭという）は、
従来使用されてきた電磁型の直流モータに比べ、低速駆
動ができて高トルクが得られるという特徴をもっている
ため、。このＵＳＭを使用してダイレクト駆動を行うと
、直流モータの場合には必要であった減速機構が不要と
なって、従来の直流モータを用いた場合よりも機構を簡
単なものにすることができる。しかも、減速機構を用い
ないため、同機構中のギャー等による摩擦音の発生が無
くなり低騒音で、また占有空間も少なくて済むという長
所もある。[Prior Art] As is well known, the ultrasonic motor (hereinafter referred to as USM) is
Compared to conventionally used electromagnetic DC motors, it has the characteristics of being able to drive at lower speeds and obtain higher torque. Using this USM for direct drive eliminates the need for a reduction mechanism that is required in the case of a DC motor, making the mechanism simpler than when using a conventional DC motor. . Furthermore, since a speed reduction mechanism is not used, there is no friction noise caused by gears in the mechanism, resulting in low noise and the advantage that it occupies less space.

しかしながら、直流モータの場合には単純に、その両端
に直流電源を接続するだけで駆動することができたのに
対し、ＵＳＭの場合には周波数が２０ＫＨｚ以上の交流
電圧を印加しなければ駆動させることができない。この
ため、モータ駆動回路が複雑な構成となり回路規模も大
きくなって駆動回路の占める空間が大きくなるという欠
点を伴つＯ そこで、この欠点を除去するために直流の単電源による
駆動を可能にした振動波モータが特開昭５９−９６８８
２号公報によって提案されている。However, in the case of a DC motor, it was possible to drive it by simply connecting a DC power source to both ends, whereas in the case of a USM, it was possible to drive it only by applying an AC voltage with a frequency of 20 KHz or higher. I can't. For this reason, the motor drive circuit has a complicated configuration, the circuit scale becomes large, and the space occupied by the drive circuit becomes large. The vibration wave motor was published in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-9688.
This is proposed by Publication No. 2.

この振動波モータは、位相差的に配列した複数の電歪素
子群の振動体相互間および素子群と振動体間を電気的に
絶縁することにより、直流の単一電源によるプッシュブ
ル回路での駆動が行えるようにしたものである。This vibration wave motor uses a push-pull circuit powered by a single DC power source by electrically insulating the vibrating bodies of multiple electrostrictive element groups arranged in a phase-differential manner and between the element groups and the vibrating bodies. It is designed so that it can be driven.

［発明か解決しようとする課題］ ところか、上記特開昭５９−９６８８２号公報によって
提案された振動波モータは、直流単電源による駆動が行
えるもの＼、モータの構造が従来のＵＳＭの構造よりも
複雑になるため、製造および組立工程が増加し、ＵＳＭ
自体のコストが高くなるという問題点かある。[Invention or problem to be solved] Incidentally, the vibration wave motor proposed in the above-mentioned Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-96882 can be driven by a single DC power supply, and the structure of the motor is different from that of the conventional USM. USM
The problem is that the cost itself is high.

従って、本発明の目的は、従来のＵＳＭの構造を変える
ことなく、直流単電源による駆動か行えるようにした超
音波モータの駆動回路を提供するにある。Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic motor drive circuit that can be driven by a single DC power source without changing the structure of the conventional USM.

［課題を解決するための手段および作用コ本発明による
超音波モータの駆動回路は、超音波モータの圧電素子と
並列共振回路もしくは直列共振回路を構成するように接
続されたインダクタンスと、 上記圧電素子と並列共振回路もしくは直列共振回路を構
成するように接続されたスイッチング素子と、上記イン
ダクタンス、スイッチング素子および圧電素子により構
成された直列共振回路もしくは並列共振回路に接続され
る直流電源と、上記スイッチング素子を周期的にオン・
オフして上記圧電素子に周波信号を入力させる信号発生
器と、を具備したことを特徴とする。[Means and Effects for Solving the Problems] An ultrasonic motor drive circuit according to the present invention includes an inductance connected to a piezoelectric element of the ultrasonic motor so as to form a parallel resonant circuit or a series resonant circuit, and the piezoelectric element. a switching element connected to constitute a parallel resonant circuit or a series resonant circuit, a DC power source connected to the series resonant circuit or parallel resonant circuit constituted by the inductance, the switching element, and the piezoelectric element, and the switching element is turned on and off periodically.
The present invention is characterized by comprising a signal generator that is turned off to input a frequency signal to the piezoelectric element.

即ち、ＵＳＭの圧電素子のキャパシタンスとインダクタ
ンスとで共振回路を形成するように接続すると共に、Ｕ
ＳＭと直列あるいは並列にスイッチング素子を接続し、
この回路の両端に直流単電源を接続して、ＵＳＭを駆動
する場合には信号発生器の信号をスイッチング素子に加
えるようにしたものである。That is, the capacitance and inductance of the USM piezoelectric element are connected to form a resonant circuit, and the U
Connect a switching element in series or parallel with SM,
A single DC power supply is connected to both ends of this circuit, and when driving the USM, a signal from a signal generator is applied to the switching element.

［実　施　例］ 以下、図示の実施例により本発明を説明する。[Example] The present invention will be explained below with reference to illustrated embodiments.

第１図は、本発明の第１実施例を示す超音波モータの駆
動回路である。なお、本実施例は２相のＵＳＭＩに本発
明を適用した場合について説明する。FIG. 1 is a drive circuit for an ultrasonic motor showing a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a case will be described in which the present invention is applied to a two-phase USMI.

第１図において、ＵＳＭＩの圧電素子ＩＡに周波信号を
入力させる信号発生器は、発振器２と２つのＤタイプの
フリップフロツブ回路３，４からなるジョンソンカウン
タとて構成されている。上記発振器２は、ＵＳＭＩの駆
動周波数ｆ。の４倍の周波数のクロックバルスＣＬＫ　
（第２図参照）を発生し、これを次段のフリツブフロツ
プ回路３　４に入力する。すると、このバルスＣＬＫは
ンヨンソンカウンタにより、第２図に示すような９０″
位相のずれているデューテイサイクル５００ｏの出力信
号ＱＡ，ＱＢとなる。In FIG. 1, the signal generator for inputting a frequency signal to the piezoelectric element IA of the USMI is configured as a Johnson counter consisting of an oscillator 2 and two D-type flip-flop circuits 3 and 4. The oscillator 2 has a driving frequency f of USMI. Clock pulse CLK with a frequency four times that of
(see FIG. 2) and inputs it to the next-stage flip-flop circuit 34. Then, this pulse CLK is changed to 90'' by the Nyeonson counter as shown in Figure 2.
The output signals QA and QB with a duty cycle of 500o are out of phase with each other.

この出力信号ＱＡ，ＱＢをバッファ５，６をそれぞれ介
してトランジスタで構成されたスイッチング素子７．８
にそれぞれ入力し、同スイッチング素子７．８をオン，
オフさせる。即ち、出力信号ＱＡまたはＱＢが″Ｈ′の
ときには、スイッチング素子７または８がオンし、“Ｌ
１のときにはオフとなる。These output signals QA and QB are passed through buffers 5 and 6, respectively, to switching elements 7 and 8 composed of transistors.
and turn on the switching elements 7 and 8.
Turn it off. That is, when the output signal QA or QB is "H", the switching element 7 or 8 is turned on and the output signal is "L".
When it is 1, it is off.

一方、ＵＳＭＩは２相なので、その圧電素子ＩＡには片
側に２つの電極１ａ，ｌｂがあり、もう片側には共通電
極ＩＣが配設されている。この圧電素子ＩＡに対して図
のように、並列にインダクタンスＬｏが電極１ａ，ｌｃ
問およびｌｂ，ｌｃ間にそれぞれ接続され、更にこのイ
ンダクタンスＬｏに上記スイッチング素子７，８がそれ
ぞれ直列に接続される。そして、上記圧電素子ＩＡ，イ
ンダクタンスＬｏ，スイッチング素子７．８の回路に直
流電源Ｅ。か接続される。On the other hand, since USMI is two-phase, its piezoelectric element IA has two electrodes 1a and lb on one side, and a common electrode IC is arranged on the other side. As shown in the figure, an inductance Lo is connected to the piezoelectric element IA in parallel to the electrodes 1a and lc.
The switching elements 7 and 8 are connected in series to this inductance Lo. A DC power source E is connected to the circuit of the piezoelectric element IA, inductance Lo, and switching element 7.8. or connected.

このように構成された駆動回路において、今、電極１ａ
がわのＡ柑についてだけ考えると、第３図に示すような
回路になる。この回路に示す如く、ＵＳＭＩの圧電素子
１ＡのキャパシタンスをＣｏとすると、上記インダクタ
ンスし。In the drive circuit configured in this way, now the electrode 1a
If we consider only Gawa's A-kan, the circuit will look like the one shown in Figure 3. As shown in this circuit, if the capacitance of the USMI piezoelectric element 1A is Co, then the above inductance is.

たすように設定されている。It is set to

は次の式を満 即ち、インダクタンスＬｏとキャパシタンスｃｏで並列
共振回路を構成している。ここで、上記スイッチング素
子７をオンまたはオフさせると、図の矢印で示す向きに
電流■　または１ｏｐｒ”が流れＯＮ る。つまり、スイッチング素子７がオンのときにはキャ
バシタンスＣ　から電荷ＩＯＮがスイッチン０ グ素子７を通じて流れ、オフのときにはインダクタンス
Ｌ　から電流！ＯＦＦがキャバシタンスＣｏ０ に流れ込む。このスイッチング素子７のオンーオフの動
作を上記出力信号ＱＢによって行うと、オン・オフの繰
り返し周波数がｆｏだとインダクタンスＬ　を流れる電
流ＩＯＦＦはスイッチング素子０ ７がオンするタイミングよりも９０°遅れ、またキャパ
シタンスＣ　から流れる電流１０Ｎはスイッ０ チング素子７かオンするタイミングよりも９０″進む。satisfies the following equation, that is, inductance Lo and capacitance co constitute a parallel resonant circuit. Here, when the switching element 7 is turned on or off, a current 1 or 1opr'' flows in the direction shown by the arrow in the figure and turns ON.In other words, when the switching element 7 is on, a charge ION is transferred from the capacitance C to the switching element 7. When the switching element 7 is turned off, the current !OFF flows from the inductance L into the capacitance Co0.If the on-off operation of the switching element 7 is performed by the output signal QB, if the on-off repetition frequency is fo, the inductance L The flowing current IOFF is delayed by 90 degrees from the timing at which the switching element 07 is turned on, and the current 10N flowing from the capacitance C is advanced by 90'' from the timing at which the switching element 07 is turned on.

このことは周波数ｆ。では電流がインダクタンスＬｏと
キャパシタンスｃｏの間を交互に行き来し、直流電源Ｅ
。はこのＬ。とＣ。の並列回路の電流の往復で失われた
電流を補充する形で電流を流すことになる。しかし、イ
ンダクタンスＬｏとキャパシタンスｃｏは周波数ｆｏに
おいて共振状態となるので、失われる電力は最小となり
、最も効率良く圧電素子ＩＡに交流電圧が印加されるこ
とになる。This means that the frequency f. In this case, the current flows alternately between the inductance Lo and the capacitance co, and the DC power source E
. This is L. and C. Current will flow to supplement the current lost in the round trip of the current in the parallel circuit. However, since the inductance Lo and the capacitance co are in a resonant state at the frequency fo, the power lost is minimized, and the AC voltage is most efficiently applied to the piezoelectric element IA.

また、以上の動作は電極１ｂがわのＢ相についても同様
に行われる。ただし、この場合にはスイッチング素子８
により制御される。従って、本実施例の駆動回路によれ
ば、ＵＳＭＩのＡ相とＢ相には９０″位相のずれた交流
電圧が印加され、最も効率の良い状態でＵＳＭＩか動作
することになる。Further, the above operation is similarly performed for the B phase on the electrode 1b. However, in this case, the switching element 8
controlled by Therefore, according to the drive circuit of this embodiment, alternating current voltages with a phase shift of 90'' are applied to the A and B phases of the USMI, and the USMI operates in the most efficient state.

第４図は、本発明の第２実施例を示したものである。こ
の２実施例の駆動回路はスイッチング素子７，８を圧電
素子１Ａに対して、それそれ並列に、またインダクタン
スし。を直列に接続した点か上記第１実施例の駆動回路
と相違しているだけで、その他の構成は上記第１実施例
の回路と全く同様に構成されている。FIG. 4 shows a second embodiment of the invention. In the drive circuits of these two embodiments, the switching elements 7 and 8 are connected in parallel to the piezoelectric element 1A, and inductance is provided. The only difference from the drive circuit of the first embodiment is that the circuits are connected in series, and the other configurations are exactly the same as the circuit of the first embodiment.

このように接続した第２実施例の駆動回路においては、
第５図に電極１ａがわのＡ相だけについての回路を示す
ように、スイッチング素子７をオンすると、キャバシタ
ンスＣ　の電荷ｌＯＮはスイ０ ッチング素子７を通じて放電し、スイッチング素子７か
オフするとインダクタンスＬｏを通ってキャパシタンス
Ｃ　に電流ｌＯＦＦが流れ込む。この０ オンーオフのスイッチング動作を前記出力信号ＱＢによ
って行わせる。即ち、周波数ｆｏでオン・オフを繰り返
すと、インダクタンスし。を流れる電流には９０″の位
相遅れが発生し、逆にキヤパンタンスｃｏを流れる電流
には９０°の位相進みか発生する。すると、前記第１実
施例でも説明したように、電流がインダクタンスＬＤと
キャパシタシスＣ　間を交互に行き来し、直流電源Ｅ。In the drive circuit of the second embodiment connected in this way,
As shown in FIG. 5, which shows the circuit for only the A phase on the electrode 1a, when the switching element 7 is turned on, the charge lON in the capacitance C is discharged through the switching element 7, and when the switching element 7 is turned off, the inductance LON is discharged through the switching element 7. A current lOFF flows into the capacitance C through. This 0 ON-OFF switching operation is performed by the output signal QB. That is, when it is repeatedly turned on and off at the frequency fo, it creates an inductance. A 90" phase lag occurs in the current flowing through the capantance co, and a 90° phase advance occurs in the current flowing through the capantance co. Then, as explained in the first embodiment, the current flows through the inductance LD. The capacitor system C alternately goes back and forth between the DC power supply E.

０ は、この電流の往復で失われた電流を補充する働きをす
るか、インダクタンスＬｏとキャバンタンスｃｏとは周
波数ｆｏにおいて共振状態となっているため、電流の損
失は最小となり最も効率良く圧電素子ＩＡに交流電圧が
印加される。0 acts to replenish the current lost during the round trip of this current, or the inductance Lo and the cavantance co are in a resonant state at the frequency fo, so the current loss is minimized and the piezoelectric element is most efficiently An alternating current voltage is applied to IA.

このように上記第２実施例においてもＵＳＭＩのＡ相の
Ｂ相には９０°位相のずれた交流電圧が印加され、最も
効率の良い状態でＵＳＭを動作させることができる。In this way, also in the second embodiment, alternating current voltages with a phase shift of 90° are applied to the A-phase and B-phase of the USMI, allowing the USM to operate in the most efficient state.

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、従来のもののように
ＵＳＭの構造を複雑にすることなしに、直流電源による
駆動が可能となる。そのため、ＵＳＭの相数が多いもの
であっても、また複数のＵＳＭを駆動する場合であって
も駆動回路か複雑にならず、またその回路規模も小さく
て済むという顕著な効果を発揮する。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to drive the USM with a DC power source without complicating the structure of the USM unlike the conventional ones. Therefore, even if the number of phases of the USM is large, or even if a plurality of USMs are driven, the driving circuit does not become complicated and the circuit size can be reduced, which is a remarkable effect.

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

第１図は、本発明の第１実施例を示す超音波モータの駆
動回路の電気回路線図、 第２図は、上記第１実施例の駆動回路における夕ロック
バルスＣＬＫと出力信号ＱＡ，ＱＢのタイムチャート、 第３図は、上記第１実施例の駆動回路の動作を説明する
ための電気回路線図、 第４図は、本発明の第２実施例を示す超音波モータの駆
動回路の電気回路線図、 第５図は、上記第２実施例の駆動回路の動作を説明する
ための電気回路線図である。 １・・・・・・・・・・・・超音波モータＩＡ・・・・
・・・・圧電素子 ７．８・・・・・・スイッチング素子 Ｌｏ・・・・・・・・インダクタンスFIG. 1 is an electric circuit diagram of a drive circuit for an ultrasonic motor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing evening lock pulse CLK and output signals QA, QB in the drive circuit of the first embodiment. 3 is an electric circuit diagram for explaining the operation of the drive circuit of the first embodiment, and FIG. 4 is a diagram of the drive circuit of an ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention. Electric Circuit Diagram FIG. 5 is an electric circuit diagram for explaining the operation of the drive circuit of the second embodiment. 1......Ultrasonic motor IA...
...Piezoelectric element 7.8...Switching element Lo...Inductance

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）超音波モータの圧電素子と並列共振回路もしくは
直列共振回路を構成するように接続されたインダクタン
スと、 上記圧電素子と並列共振回路もしくは直列共振回路を構
成するように接続されたスイッチング素子と、 上記インダクタンス、スイッチング素子および圧電素子
により構成された直列共振回路もしくは並列共振回路に
接続される直流電源と、 上記スイッチング素子を周期的にオン・オフして上記圧
電素子に周波信号を入力させる信号発生器と、 を具備したことを特徴とする超音波モータの駆動回路。(1) An inductance connected to the piezoelectric element of the ultrasonic motor to form a parallel resonant circuit or a series resonant circuit, and a switching element connected to the piezoelectric element to form a parallel resonant circuit or a series resonant circuit. , a DC power supply connected to the series resonant circuit or parallel resonant circuit constituted by the inductance, switching element, and piezoelectric element, and a signal that periodically turns on and off the switching element to input a frequency signal to the piezoelectric element. An ultrasonic motor drive circuit comprising: a generator;