JPH05336762A - Drive control circuit for ultrasonic motor - Google Patents
Drive control circuit for ultrasonic motorInfo
- Publication number
- JPH05336762A JPH05336762A JP3248210A JP24821091A JPH05336762A JP H05336762 A JPH05336762 A JP H05336762A JP 3248210 A JP3248210 A JP 3248210A JP 24821091 A JP24821091 A JP 24821091A JP H05336762 A JPH05336762 A JP H05336762A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- drive control
- unit
- voltage
- frequency unit
- ultrasonic motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【産業上の利用分野】本発明は、圧電体などの電気−機
械変換子の機械的振動によって生ずる進行波を利用して
ステッピング駆動する超音波モータの駆動制御回路に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive control circuit for an ultrasonic motor which performs stepping drive by utilizing a traveling wave generated by mechanical vibration of an electromechanical transducer such as a piezoelectric body.
【従来の技術】超音波モータをステップ的に回転させる
駆動回路では、例えば特開昭６１−１８８１７１号公報
に開示されている例がある。これは、圧電体の厚み振動
を利用した超音波振動片でロータをつついて回す原理の
振動片型超音波モータの駆動回路で、圧電振動子に印加
されている交番波形の駆動電圧のパルス数を駆動時間信
号で規定し、決められたロータの回転量を得るものであ
る。また、超音波モータの回転角度を検出して制御する
駆動回路では、特開昭６１−１８９１７５号公報に開示
されている例がある。これも上記と同じ原理の超音波モ
ータの駆動回路で、圧電振動子に印加されている交番波
形の駆動電圧のパルス数を回転角度の検出器で検出信号
で規定し、決められたロータの回転角度を得るものであ
る。また、超音波モータを断続駆動させる駆動回路で
は、特開昭６３−２６８４７７号公報に開示されている
例がある。これは、圧電体の屈曲振動で進行波が生じて
いるステータに接したロータを摩擦駆動させる超音波モ
ータの駆動回路で、圧電振動子に印加されている交流信
号を周波数変調または振幅変調し、交流信号の周波数が
ステータの共振域に入ったときのみ進行波が生じて、ロ
ータが結果的にステッピング駆動されるものである。2. Description of the Related Art As a drive circuit for rotating an ultrasonic motor stepwise, there is an example disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-188171. This is a drive circuit of a vibrator element type ultrasonic motor based on the principle that an ultrasonic vibrator that utilizes thickness vibration of a piezoelectric body is used to pick and rotate a rotor.The number of pulses of the drive voltage of an alternating waveform applied to the piezoelectric vibrator. Is defined by the drive time signal, and the determined rotation amount of the rotor is obtained. Further, as a drive circuit for detecting and controlling the rotation angle of the ultrasonic motor, there is an example disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-189175. This is also an ultrasonic motor drive circuit based on the same principle as above, and the number of pulses of the alternating waveform drive voltage applied to the piezoelectric vibrator is specified by the detection signal by the rotation angle detector, and the determined rotor rotation is determined. To get the angle. Further, as a drive circuit for intermittently driving the ultrasonic motor, there is an example disclosed in JP-A-63-268477. This is a drive circuit of an ultrasonic motor that frictionally drives a rotor that is in contact with a stator in which a traveling wave is generated due to bending vibration of a piezoelectric body, frequency-modulates or amplitude-modulates an AC signal applied to a piezoelectric vibrator, A traveling wave is generated only when the frequency of the AC signal enters the resonance region of the stator, and the rotor is consequently stepping driven.
【発明が解決しようとする問題点】しかし、今まで高周
波の駆動電圧の数周期分を一単位の周波ユニットとして
まとめ、その周波ユニットを圧電体にパルス的に印加し
て超音波モータをステッピング駆動させる駆動回路はな
かった。また、圧電体の屈曲振動を利用するものであっ
て、しかも２種類以上の位相の異なる高周波電圧を印加
することによって生じる進行する表面波（進行波）で駆
動する超音波モータは、縮退する二つの振動波を生じさ
せる必要から、特開昭６１−１８８１７１号公報のよう
な例では動作させることはできない。また、進行波で駆
動する超音波モータはステータの残共振と慣性によっ
て、特開昭６１−１８９１７５号公報のようにロータの
回転角を検出しても、その位置で正確に止めることはで
きない。また、進行波で駆動する超音波モータは高周波
電圧に周波数変調または振幅変調をかける特開昭６３−
２６８４７７号公報のような例では、温度や負荷によっ
てステータの共振特性が大きく変化するので、ステッピ
ングの運動量やトルクを規定することはできない。ま
た、進行波で駆動する超音波モータは、駆動部の静止摩
擦と動摩擦の係数の差から低速域でしきい値が生じて、
非常に低い回転数を得ることができなかった。しかも、
そのしきい値のために起動・停止時においてもゆっくり
始動したり止めたりする、いわゆるソフトスタート・ス
トップができなかった。そこで本発明はこのような課題
の解決に着目して、回転位置を制御したり、超低速で回
転したり、ソフトスタート・ストップする進行波型の超
音波モータの駆動制御回路を提供することを目的とす
る。However, until now, several cycles of high-frequency drive voltage have been combined into one unit of frequency unit, and the frequency unit is pulse-wise applied to the piezoelectric body to drive the ultrasonic motor steppingly. There was no drive circuit to make it. An ultrasonic motor that utilizes bending vibration of a piezoelectric body and is driven by a traveling surface wave (traveling wave) generated by applying two or more types of high-frequency voltages having different phases is degenerate. Since it is necessary to generate two vibration waves, it cannot be operated in the example disclosed in JP-A-61-188171. Further, an ultrasonic motor driven by a traveling wave cannot be accurately stopped at that position even if the rotation angle of the rotor is detected as in Japanese Patent Laid-Open No. 61-189175 due to the residual resonance and inertia of the stator. An ultrasonic motor driven by a traveling wave applies frequency modulation or amplitude modulation to a high frequency voltage.
In an example like Japanese Patent No. 268477, the resonance characteristic of the stator largely changes depending on the temperature and the load, so that the momentum and torque of the stepping cannot be specified. Further, in an ultrasonic motor driven by a traveling wave, a threshold value is generated in a low speed region due to the difference between the coefficient of static friction and the coefficient of dynamic friction of the drive unit,
I couldn't get a very low rpm. Moreover,
Due to the threshold value, it was not possible to perform so-called soft start / stop, which slowly starts or stops even when starting / stopping. Therefore, the present invention focuses on solving such a problem and provides a drive control circuit of a traveling wave type ultrasonic motor for controlling a rotational position, rotating at an ultra-low speed, and soft start / stop. To aim.
【課題を解決するための手段】係る課題を解決するため
に、超音波モータの駆動制御回路に本発明は次の技術的
手段を有している。すなわち、従来の位相の異なる２種
類以上の高周波電圧発生手段に、高周波電圧の１周期以
上の組合せを１単位としてユニット化する電圧周波ユニ
ット作成手段を付加する。そして、この電圧周波ユニッ
ト作成手段でユニット化された高周波電圧の１単位（周
波ユニット）を、駆動制御手段で制御された時間間隔で
もって間欠的（パルス状）に繰り返して、ステータの圧
電体に印加する。また、ロータの軸にパルスコーダなど
の運動量検出手段を直結し、超音波モータの回転角度を
検出する。そして、検出した回転角度の最小単位の検出
信号でもって、電圧周波ユニット作成手段で作成する周
波ユニット内の高周波電圧の周期数を規定する。そのこ
とによって、ユニット化された高周波電圧の１単位（周
波ユニット）と駆動制御手段で制御された時間間隔とが
交互に繰り返し、ステータの圧電体に印加する。また、
ステータの圧電体に高周波電圧の１単位（ユニット）を
間欠的（パルス状）に印加する時間間隔を、始動時また
は停止時に制御する起動／停止補助手段を付属させる。
そして、この時間間隔を起動時には徐々に短くしてい
き、停止時には徐々に長くしていく。In order to solve such a problem, the present invention has the following technical means in a drive control circuit of an ultrasonic motor. That is, the voltage frequency unit creating means for unitizing a combination of one or more cycles of the high frequency voltage as one unit is added to the conventional two or more kinds of high frequency voltage generating means having different phases. Then, one unit (frequency unit) of the high-frequency voltage unitized by the voltage-frequency unit creating means is intermittently (pulse-likely) repeated at time intervals controlled by the drive control means to form a piezoelectric body of the stator. Apply. Further, a momentum detecting means such as a pulse coder is directly connected to the shaft of the rotor to detect the rotation angle of the ultrasonic motor. Then, the number of cycles of the high frequency voltage in the frequency unit created by the voltage frequency unit creating means is defined by the detection signal of the minimum unit of the detected rotation angle. As a result, one unit (frequency unit) of the unitized high frequency voltage and the time interval controlled by the drive control means are alternately repeated and applied to the piezoelectric body of the stator. Also,
A start / stop auxiliary means for controlling a time interval for intermittently (pulse-likely) applying one unit (unit) of high frequency voltage to the piezoelectric body of the stator at the time of starting or stopping is attached.
Then, this time interval is gradually shortened at the time of starting and gradually lengthened at the time of stopping.
【作用】まず位相の異なる２種類の高周波電圧の周波ユ
ニットが時間間隔をおいて間欠的（パルス状）にステー
タの圧電体に印加されると、振動体の表面には周波ユニ
ットの印加されている期間だけ進行する振動波（進行
波）が生じる。この進行波の振動体表面質点の楕円運動
によって、振動体の表面に接したロータには摩擦駆動力
が生じ、超音波モータが短い期間で断続的にステッピン
グ駆動される。そして、高周波電圧の周波ユニットを印
加する間隔を長くすると、超音波モータは見掛け上非常
にゆっくりと回転する。また、高周波電圧の周波ユニッ
ト内の周期数を回転角度の最小単位で規定する回路で
は、超音波モータは最小回転角度で断続的にステッピン
グ回転する。そのため、予め設定された回転角に超音波
モータの回転が到達したとき、周波ユニットの印加を遮
断すると、その位置で回転が停止する。さらに、高周波
電圧の周波ユニットの印加する時間間隔を超音波モータ
の起動時には長いところから徐々に短くすると、回転は
非常に遅い域からゆっくりと始まる。逆に、停止時には
徐々に長くすると、回転はだんだん遅くなって、最後に
は停止する。First, when two frequency units of high-frequency voltages having different phases are intermittently (pulse-shaped) applied to the piezoelectric body of the stator at time intervals, the frequency unit is applied to the surface of the vibrating body. An oscillating wave (traveling wave) that travels only for a certain period is generated. Due to the elliptic motion of the surface wave of the vibrating body of the traveling wave, a frictional driving force is generated in the rotor in contact with the surface of the vibrating body, and the ultrasonic motor is intermittently stepwise driven in a short period. Then, if the interval for applying the frequency unit of the high frequency voltage is lengthened, the ultrasonic motor apparently rotates very slowly. Further, in the circuit that defines the number of cycles in the frequency unit of the high frequency voltage in the minimum unit of the rotation angle, the ultrasonic motor intermittently performs stepping rotation at the minimum rotation angle. Therefore, if the application of the frequency unit is interrupted when the rotation of the ultrasonic motor reaches a preset rotation angle, the rotation stops at that position. Further, when the time interval applied by the frequency unit of the high frequency voltage is gradually shortened from a long time when the ultrasonic motor is started, the rotation starts slowly from a very slow range. On the contrary, if it is gradually lengthened at the time of stop, the rotation becomes slower and finally stops.
【実施例】以下に、本発明の超音波モータの駆動制御回
路の実施例を、添付図面に基づいて説明する。図７は、
本発明の駆動制御回路で駆動される超音波モータ１の縦
断面図である。図中２はステータ（固定子）で、金属製
の振動体３の裏面に薄いリング状の圧電体４を張り合わ
せている。圧電体４は、円周方向に進行波の１／２波長
の長さで８分割した分極領域を有している。そして、そ
れらの領域は位置的に１／４波長の位相差を持つ二つの
領域群（Ａ相、Ｂ相）に分かれている。また、ステータ
２は中心付近でベース５に固定され、圧電体４の底部は
ゴム製の緩衝材６で支えられている。７はロータで、金
属円板の駆動体８の中心にシャフト９を圧入し、ベース
５とカバー１０に取り付けられたベアリング１１ａおよ
びベアリング１１ｂで支えられている。ステータ２の振
動体３と摩擦接触する駆動体８の一面には、合成樹脂製
の摺動材１２が張り付けられている。またロータ７は、
ベアリング１１ａを介して皿バネ１３でもって、ステー
タ２に押し付けられている。上記のような構成からなる
超音波モータにおいて、圧電体４の二つの分極領域群
（Ａ相、Ｂ相）に９０゜の時間的な位相差をもった高周
波電圧を印加すると、振動体３は屈曲振動を起こす。こ
の振動は、振動体３の表面で進行する振動波（進行波）
を生じさせ、図８の動作原理図に示すように、振動体３
の表面の質点ｍは楕円運動を繰り返す。一方、皿バネ１
３によって質点ｍの楕円軌跡の頂部に押し付けられてい
る駆動体８には、摺動材１２の摩擦によって振動体３の
表面の楕円運動の進行と逆方向の推進力が発生する。こ
の推進力は、ロータ７のシャフト９によって外部に回転
動力として取り出される。図１は、本発明の駆動制御回
路の一実施例のブロック図を示しており、図７に示す超
音波モータ１をステッピング駆動させるものである。こ
の回路では圧電体４に接続する駆動電圧発生手段は、高
周波信号の発振器１４と、発振器１４で発せられた信号
を直接に増幅する増幅器１５ａと、移相器１６を経由し
て９０°位相をずらせた信号を増幅する増幅器１５ｂと
から構成されている。そして、増幅器１５ａおよび増幅
器１５ｂの手前には電圧周波ユニット発生手段として、
発振器１４の信号の数パルスを１単位としてまとめる論
理積からなるゲート１７が挿入されている。また、ゲー
ト１７に接続する駆動制御手段として、外部入力信号を
受け取ってゲート１７を時間的に制御するカウンタ１８
が装備されている。図２は、この駆動制御回路における
各部分での電圧波形を示すものである。まず、発振器１
４によって約４０ｋＨｚの発振波（ａ）が作られ、ゲー
ト１７に入力される。一方、カウンタ１８は外部入力信
号（ｂ）を受けて、ゲート１７に時分割された制御波
（ｄ）を与える。ゲート１７内では制御波（ｄ）によっ
て、発振波（ａ）の数周期分が１単位としてユニット化
されて内包した周波ユニットが形成される。そして、こ
の周波ユニットが時間間隔を置いて繰り返し発生してい
る信号（ｃ）が得られる。その後、信号（ｃ）は増幅器
１５ａで増幅されて、圧電体４のＡ相に印加する高周波
電圧Ｖ1 となる。また、信号（ｃ）は移相器１６に送ら
れて時間的に位相が９０°進まされ（逆回転のときは、
遅らされ）た後、増幅器１５ｂで増幅されて、圧電体４
のＢ相に印加する高周波電圧Ｖ2 となる。増幅器１５ａ
および増幅器１５ｂに接続された圧電体４は、高周波電
圧Ｖ1 および高周波電圧Ｖ2 が印加されている期間だけ
上記で説明した進行波が振動体３に生じ、ロータ７をス
テップ的に駆動する。しかし、ロータ７自身およびそれ
に接続したモータ負荷には慣性質量があり、実際には滑
らかな回転をする。そして、信号（ｃ）でのゼロレベル
の期間を長くすると、非常にゆっくりと超音波モータ１
は回転する。次に、本発明の超音波モータの駆動制御回
路の他の実施例について説明する。図３は、本発明の超
音波モータの駆動制御回路の一実施例のブロック図を示
しており、回転角による周波ユニット内の高周波電圧の
周期数の制御に係るものである。ここでは超音波モータ
１のロータ７の運動量検出手段として、シャフト９に光
学的に回転角を検出するエンコーダ１９が取り付けられ
ている。このエンコーダ１９は、例えば円周方向に１°
刻みで３６０個のスリット（図示せず）が設けられたデ
ィスク２０と、スリットを挟んで対抗した発光ダイオー
ド２１とフォトセル２２との組合せで構成されている。
そして、フォトセル２２の出力は、オペアンプ２３と微
分器２４を経て、ゲート１７に接続する駆動制御手段と
して用意されたフリップフロップ２５に、外部入力信号
と共に入力されている。また、高周波信号の発振器１４
と、高周波信号の数周期を１単位としてまとめるゲート
１７と、高周波信号の位相を９０°ずらす移相器１６
と、高周波信号を増幅する増幅器１５ａおよび増幅器１
５ｂは前記と同様の構成である。図４は、この駆動制御
回路における各部分での電圧波形を示すものである。ま
ず、発振器１４によって約４０ｋＨｚの発振波（ａ）が
作られ、ゲート１７に入力される。一方、エンコーダ１
９で検出した最小角度の１単位は、オペアンプ２３で増
幅された後、微分器２４を通過して１°につき１パルス
の信号（ｅ）を生じさせる。この信号（ｅ）と外部入力
信号（ｂ）を基準としてフリップフロップ２５によっ
て、ロータ１の単位角度と時間間隔で規定された制御波
（ｄ）が得られる。そして、発振波（ａ）と制御波
（ｄ）とがゲート１７で合成され、発振波（ａ）の数周
期分が１単位とした周波ユニットを繰り返し発生してい
る信号（ｃ）が得られる。この信号（ｃ）は、増幅器１
５ａで、また移相器１６によって位相が９０°進まされ
（逆回転のときは、遅らされ）てから増幅器１５ｂで増
幅され、圧電体４のＡ相およびＢ相に印加する高周波電
圧Ｖ1 および高周波電圧Ｖ2となる。よって、増幅器１
５ａおよび増幅器１５ｂに接続された圧電体４は、高周
波電圧Ｖ1 および高周波電圧Ｖ2 が印加されている期間
だけ前記で説明した進行波を振動体４に生じさせ、ロー
タ７を最小回転角度でステップ的に駆動させる。しか
し、ロータ７自身およびそれに接続したモータ負荷には
慣性質量があり、実際には滑らかな回転をする。そし
て、制御波（ｄ）のパルスが予め設定した角度に相当す
る数に達したとき、フリップフロップ２５の外部入力信
号（ｂ）をゼロレベルにすると、その角度でモータの回
転は停止する。図５は、本発明の駆動制御回路の一実施
例のブロック図を示しており、超音波モータの起動・停
止時の周波ユニットの制御に係るものである。ここで
は、高周波信号の発振器１４と、高周波信号の数パルス
を１単位としてまとめるゲート１７と、高周波信号の位
相を９０°ずらす移相器１６と、高周波信号を増幅する
増幅器１５ａおよび増幅器１５ｂは前記と同様の構成で
ある。また、ゲート１７には駆動制御手段および起動／
停止補助手段として、外部入力信号を受け付けて、一定
時間間隔のパルスを発生さすタイマ２６が接続されてい
る。図６は、この駆動制御回路における各部分での電圧
波形を示すものである。まず、発振器１４によって約４
０ｋＨｚの発振波（ａ）が作られ、直接にゲート１７に
入力される。一方、超音波モータ１の起動初期にはパル
スの時間間隔は長く、それからだんだん短くなる（停止
時にはその逆）外部入力信号（ｂ）がタイマ２６に入力
される。そうすればタイマ２６では時間間隔を置いて一
定間隔のパルス幅をもった制御波（ｄ）を出力する。そ
して、前記と同様に、発振波（ａ）と制御波（ｄ）とが
ゲート１７で合成され、発振波（ａ）の数周期分が１単
位としてユニット化されて内包した周波ユニットが作ら
れる。この周波ユニットが制御波（ｄ）に従って時間的
に早く（停止時には遅く）なるように、時間間隔を置い
て繰り返し発生している信号（ｃ）が得られる。この信
号（ｃ）は増幅器１５ａで、また移相器１６によって位
相が９０°進まされ（逆回転では遅らされ）てから増幅
器１５ｂで増幅され、圧電体４のＡ相およびＢ相に印加
する高周波電圧Ｖ1 および高周波電圧Ｖ2 となる。増幅
器１５ａおよび増幅器１５ｂに接続された圧電体４は、
高周波電圧Ｖ1 および高周波電圧Ｖ2 が印加されている
期間だけ前記で説明した進行波が振動体３に生じ、ロー
タ７をステップ的にだんだん早く（停止時には遅く）駆
動する。しかし、ロータ７自身およびそれに接続したモ
ータ負荷には慣性質量があり、実際にはゆっくりと滑ら
かに起動（停止）する。なお、上記の三つの実施例と
も、電圧周波ユニット作成手段、駆動制御手段および起
動／停止補助手段に係る増幅器の手前までの波形処理お
よび信号処理をマイクロプロセッサやコンピュータで代
行できるのは言うまでもない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a drive control circuit for an ultrasonic motor according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Figure 7
It is a longitudinal cross-sectional view of the ultrasonic motor 1 driven by the drive control circuit of the present invention. In the figure, reference numeral 2 is a stator (stator), and a thin ring-shaped piezoelectric body 4 is attached to the back surface of a vibrating body 3 made of metal. The piezoelectric body 4 has a polarization region divided into eight in the circumferential direction by a length of 1/2 wavelength of the traveling wave. Then, those areas are divided into two area groups (A phase, B phase) having a phase difference of ¼ wavelength. The stator 2 is fixed to the base 5 near the center thereof, and the bottom of the piezoelectric body 4 is supported by a rubber cushioning material 6. Reference numeral 7 denotes a rotor, in which a shaft 9 is press-fitted in the center of a metal disk driving body 8 and is supported by a bearing 11 a and a bearing 11 b attached to a base 5 and a cover 10. A sliding member 12 made of synthetic resin is attached to one surface of the driving body 8 that comes into frictional contact with the vibrating body 3 of the stator 2. The rotor 7 is
It is pressed against the stator 2 by the disc spring 13 via the bearing 11a. In the ultrasonic motor configured as described above, when a high frequency voltage having a temporal phase difference of 90 ° is applied to the two polarization region groups (A phase, B phase) of the piezoelectric body 4, the vibrating body 3 becomes Causes bending vibration. This vibration is a vibration wave (traveling wave) traveling on the surface of the vibrating body 3.
As shown in the operating principle diagram of FIG.
The mass point m on the surface of the object repeats elliptic motion. On the other hand, belleville spring 1
The driving body 8 pressed against the top of the elliptical locus of the mass point m by 3 generates a propulsive force in the opposite direction to the progress of the elliptical movement of the surface of the vibrating body 3 due to the friction of the sliding member 12. This propulsive force is taken out as rotational power by the shaft 9 of the rotor 7 to the outside. FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a drive control circuit of the present invention, which is for driving the ultrasonic motor 1 shown in FIG. 7 by stepping. In this circuit, the driving voltage generating means connected to the piezoelectric body 4 has an oscillator 14 for high frequency signals, an amplifier 15a for directly amplifying the signal emitted by the oscillator 14, and a phase shifter 16 for 90 ° phase shift. It is composed of an amplifier 15b for amplifying the shifted signal. And, in front of the amplifier 15a and the amplifier 15b, as a voltage frequency unit generating means,
A gate 17 formed by a logical product that puts together several pulses of the signal of the oscillator 14 as one unit is inserted. Further, as a drive control means connected to the gate 17, a counter 18 that receives an external input signal and temporally controls the gate 17
Is equipped with. FIG. 2 shows voltage waveforms at respective portions in this drive control circuit. First, oscillator 1
An oscillating wave (a) of about 40 kHz is generated by 4 and input to the gate 17. On the other hand, the counter 18 receives the external input signal (b) and supplies the time-divided control wave (d) to the gate 17. In the gate 17, the control wave (d) forms a frequency unit in which several cycles of the oscillation wave (a) are unitized and included. Then, a signal (c) which is repeatedly generated by the frequency unit at a time interval is obtained. Thereafter, the signal (c) is amplified by the amplifier 15a and becomes the high frequency voltage V1 applied to the A phase of the piezoelectric body 4. Further, the signal (c) is sent to the phase shifter 16 and the phase is advanced by 90 ° with respect to time (when reverse rotation,
(After being delayed), the piezoelectric body 4 is amplified by the amplifier 15b.
Is the high frequency voltage V2 applied to the B phase. Amplifier 15a
The piezoelectric body 4 connected to the amplifier 15b produces the traveling wave described above in the vibrating body 3 only during the period when the high frequency voltage V1 and the high frequency voltage V2 are applied, and drives the rotor 7 stepwise. However, the rotor 7 itself and the motor load connected thereto have an inertial mass, and actually rotate smoothly. Then, if the zero level period of the signal (c) is lengthened, the ultrasonic motor 1 will move very slowly.
Rotates. Next, another embodiment of the drive control circuit of the ultrasonic motor of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of the drive control circuit for the ultrasonic motor according to the present invention, which relates to the control of the number of cycles of the high frequency voltage in the frequency unit according to the rotation angle. Here, an encoder 19 for optically detecting a rotation angle is attached to the shaft 9 as a momentum detecting means of the rotor 7 of the ultrasonic motor 1. This encoder 19 is, for example, 1 ° in the circumferential direction.
It is composed of a disc 20 provided with 360 slits (not shown) in increments, and a combination of a light emitting diode 21 and a photocell 22 which face each other with the slit sandwiched therebetween.
The output of the photocell 22 is input to the flip-flop 25 connected to the gate 17 via the operational amplifier 23 and the differentiator 24 as a drive control means together with an external input signal. In addition, the high frequency signal oscillator 14
, A gate 17 for collecting several cycles of the high frequency signal as one unit, and a phase shifter 16 for shifting the phase of the high frequency signal by 90 °
And an amplifier 15a and an amplifier 1 for amplifying a high frequency signal
5b has the same configuration as described above. FIG. 4 shows voltage waveforms at various portions in this drive control circuit. First, the oscillator 14 generates an oscillating wave (a) of about 40 kHz, which is input to the gate 17. On the other hand, encoder 1
One unit of the minimum angle detected in 9 is amplified by the operational amplifier 23 and then passes through the differentiator 24 to generate a signal (e) of 1 pulse per 1 °. The control wave (d) defined by the unit angle of the rotor 1 and the time interval is obtained by the flip-flop 25 with the signal (e) and the external input signal (b) as a reference. Then, the oscillating wave (a) and the control wave (d) are combined by the gate 17 to obtain a signal (c) in which a frequency unit in which the oscillating wave (a) has several cycles as one unit is repeatedly generated. .. This signal (c) is supplied to the amplifier 1
5a, the phase is shifted by 90 degrees by the phase shifter 16 (retarded in the case of reverse rotation) and then amplified by the amplifier 15b, and the high frequency voltage V1 applied to the A phase and the B phase of the piezoelectric body 4 and It becomes the high frequency voltage V2. Therefore, the amplifier 1
The piezoelectric body 4 connected to the amplifier 5a and the amplifier 15b causes the traveling wave described above to be generated in the vibrating body 4 only while the high frequency voltage V1 and the high frequency voltage V2 are applied, and the rotor 7 is stepped at the minimum rotation angle. Drive. However, the rotor 7 itself and the motor load connected thereto have an inertial mass, and actually rotate smoothly. Then, when the number of pulses of the control wave (d) reaches the number corresponding to the preset angle, the external input signal (b) of the flip-flop 25 is set to the zero level, and the rotation of the motor stops at that angle. FIG. 5 shows a block diagram of an embodiment of the drive control circuit of the present invention, which relates to the control of the frequency unit when the ultrasonic motor is started and stopped. Here, the oscillator 14 for the high frequency signal, the gate 17 for collecting several pulses of the high frequency signal as one unit, the phase shifter 16 for shifting the phase of the high frequency signal by 90 °, and the amplifier 15a and the amplifier 15b for amplifying the high frequency signal are described above. It has the same configuration as. Further, the gate 17 has drive control means and start / start
A timer 26 that receives an external input signal and generates pulses at fixed time intervals is connected as a stop assisting means. FIG. 6 shows voltage waveforms at respective portions in this drive control circuit. First, the oscillator 14
An oscillating wave (a) of 0 kHz is generated and directly input to the gate 17. On the other hand, an external input signal (b) whose pulse time interval is long in the initial stage of the start-up of the ultrasonic motor 1 and then gradually shortens (the opposite is true when stopped) is input to the timer 26. Then, the timer 26 outputs a control wave (d) having a pulse width of a constant interval with a time interval. Then, similarly to the above, the oscillating wave (a) and the control wave (d) are combined by the gate 17, and several cycles of the oscillating wave (a) are unitized as one unit to form a contained frequency unit. .. A signal (c) that is repeatedly generated at time intervals is obtained so that this frequency unit becomes faster (slow when stopped) according to the control wave (d). This signal (c) is amplified by the amplifier 15a, the phase thereof is advanced by 90 ° by the phase shifter 16 (it is delayed by the reverse rotation) and then amplified by the amplifier 15b, and applied to the A phase and the B phase of the piezoelectric body 4. It becomes the high frequency voltage V1 and the high frequency voltage V2. The piezoelectric body 4 connected to the amplifier 15a and the amplifier 15b is
The traveling wave described above is generated in the vibrating body 3 only while the high frequency voltage V1 and the high frequency voltage V2 are being applied, and drives the rotor 7 stepwise gradually (slowly when stopped). However, the rotor 7 itself and the motor load connected thereto have an inertial mass, and actually start (stop) slowly and smoothly. It is needless to say that in all of the above three embodiments, the microprocessor and the computer can perform the waveform processing and the signal processing up to the front of the amplifier related to the voltage frequency unit creating means, the drive control means and the start / stop auxiliary means.
【発明の効果】本発明では、高周波電圧を周波ユニット
化して圧電体に印加する駆動制御回路によって、超音波
モータをステッピング駆動することができた。その結
果、超音波モータの回転速度や位置制御が簡便にできる
ようになった。しかも、この周波ユニットの印加する時
間間隔を長く置くことによって、今までの進行波型超音
波モータでは得られなかった超低速回転が達成できた。
次に、高周波電圧の周波ユニット化に際してロータの最
小回転角度を用いることによって、超音波モータを最小
回転角度でステッピング駆動され、非常に精度の良い位
置（回転角）制御が可能となった。さらに、起動や停止
時に高周波電圧の周波ユニットが圧電体に印加される時
間間隔を長くしたり短くすることによって、ゆっくりと
起動したり止めたりすることができるようになった。According to the present invention, the ultrasonic motor can be step-driven by the drive control circuit for converting the high frequency voltage into a frequency unit and applying it to the piezoelectric body. As a result, it has become possible to easily control the rotation speed and position of the ultrasonic motor. Moreover, by setting a long time interval for applying this frequency unit, it was possible to achieve an ultra-low speed rotation which could not be obtained by the conventional traveling wave type ultrasonic motor.
Next, by using the minimum rotation angle of the rotor when converting the high-frequency voltage into a frequency unit, the ultrasonic motor is stepping-driven at the minimum rotation angle, and very accurate position (rotation angle) control becomes possible. Further, by increasing or decreasing the time interval in which the frequency unit of the high frequency voltage is applied to the piezoelectric body at the time of starting or stopping, it becomes possible to slowly start or stop.
【図１】本発明の駆動制御回路の一実施例のブロック図
を示している。FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of a drive control circuit of the present invention.
【図２】本発明の駆動制御回路の一実施例における各部
分での電圧波形を示す。FIG. 2 shows voltage waveforms at respective portions in an embodiment of the drive control circuit of the present invention.
【図３】本発明の駆動制御回路の一実施例のブロック図
を示している。FIG. 3 shows a block diagram of an embodiment of a drive control circuit of the present invention.
【図４】本発明の駆動制御回路の一実施例における各部
分での電圧波形を示す。FIG. 4 shows voltage waveforms at respective portions in an embodiment of the drive control circuit of the present invention.
【図５】本発明の駆動制御回路の一実施例のブロック図
を示している。FIG. 5 shows a block diagram of an embodiment of a drive control circuit of the present invention.
【図６】本発明の駆動制御回路の一実施例における各部
分での電圧波形を示す。FIG. 6 shows voltage waveforms at respective portions in an embodiment of the drive control circuit of the present invention.
【図７】本発明の駆動制御回路で駆動される超音波モー
タの縦断面図である。FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of an ultrasonic motor driven by the drive control circuit of the present invention.
【図８】超音波モータの動作原理図である。FIG. 8 is a diagram showing the principle of operation of the ultrasonic motor.
【符号の説明】 １ 超音波モータ ２ ステータ ３ 振動体 ４ 圧電体 ５ ベース ６ 緩衝材 ７ ロータ ８ 駆動体 ９ シャフト １０ カバー １２ 摺動材 １３ 皿バネ １４ 発振器 １５ａ、１５ｂ 増幅器 １６ 移相器 １７ ゲート １８ カウンタ １９ エンコーダ ２３ オペアンプ ２４ 微分器 ２５ フリップフロップ[Explanation of Codes] 1 Ultrasonic motor 2 Stator 3 Vibrating body 4 Piezoelectric body 5 Base 6 Buffer material 7 Rotor 8 Drive body 9 Shaft 10 Cover 12 Sliding material 13 Disc spring 14 Oscillator 15a, 15b Amplifier 16 Phase shifter 17 Gate 18 counter 19 encoder 23 operational amplifier 24 differentiator 25 flip-flop
Claims (3)
圧を印加して位相の異なる振動の合成された進行波を生
じさせ、該ステータに接触したロータを相対運動させる
超音波モータの駆動制御回路において、前記電気−機械
変換子に接続して少なくとも２種類の位相の異なる高周
波電圧を発生する駆動電圧発生手段と、該駆動電圧発生
手段で発生する位相の異なる高周波電圧の１周期以上の
組合せを１単位とした周波ユニットを作成する電圧周波
ユニット作成手段と、該電圧周波ユニット作成手段で作
成する周波ユニットを時間間隔を置いて繰り返す駆動制
御手段とから構成され、高周波電圧の周波ユニットを間
欠的に繰り返して前記電気−機械変換子に印加してステ
ッピング駆動させることを特徴とする超音波モータの駆
動制御回路。1. A drive control circuit of an ultrasonic motor for applying a high frequency voltage to an electro-mechanical transducer of a stator to generate a traveling wave in which vibrations having different phases are combined and to relatively move a rotor in contact with the stator. In the above, a combination of at least two kinds of driving voltage generating means connected to the electromechanical transducer for generating at least two kinds of high frequency voltages having different phases and one or more cycles of the high frequency voltages having different phases generated by the driving voltage generating means. It is composed of a voltage frequency unit creating means for creating a frequency unit as one unit and a drive control means for repeating the frequency unit created by the voltage frequency unit creating means at time intervals, and the frequency unit of the high frequency voltage is intermittently formed. A drive control circuit for an ultrasonic motor, characterized in that the stepping drive is performed by repeatedly applying to the electromechanical transducer.
電圧を印加して位相の異なる振動の合成された進行波を
生じさせ、該ステータに接触したロータを相対運動させ
る超音波モータの駆動制御回路において、前記ロータの
相対運動量を予め定めた単位量で区分して検出する運動
量検出手段と、前記電気−機械変換子に接続して少なく
とも２種類の位相の異なる高周波電圧を発生する駆動電
圧発生手段と、該駆動電圧発生手段で発生する位相の異
なる高周波電圧の組合せ周期数を前記運動量検出手段の
単位量に当たる信号によって区切って１単位とした周波
ユニットを作成する電圧周波ユニット作成手段と、該電
圧周波ユニット作成手段で作成する周波ユニットを時間
間隔を置いて繰り返す駆動制御手段とから構成され、高
周波電圧の周波ユニットを間欠的に繰り返して前記電気
−機械変換子に印加してロータの相対運動の単位量ずつ
ステッピング駆動させることを特徴とする超音波モータ
の駆動制御回路。2. A drive control circuit for an ultrasonic motor that applies a high-frequency voltage to an electro-mechanical transducer of a stator to generate a traveling wave in which vibrations having different phases are combined and to relatively move a rotor in contact with the stator. A momentum detecting means for detecting relative momentum of the rotor by dividing the rotor into predetermined units, and a driving voltage generating means for generating at least two kinds of high-frequency voltages having different phases by connecting to the electromechanical transducer. And a voltage frequency unit creating means for creating a frequency unit in which the number of combined cycles of high frequency voltages generated by the driving voltage generating means and having different phases is divided into one unit by a signal corresponding to the unit amount of the momentum detecting means, and the voltage unit. The frequency unit created by the frequency unit creating means is composed of drive control means which repeats the frequency unit at a time interval. A drive control circuit for an ultrasonic motor, characterized in that the stepping drive is performed intermittently and repeatedly applied to the electromechanical transducer to perform stepping drive by a unit amount of relative motion of the rotor.
圧を印加して位相の異なる振動の合成された進行波を生
じさせ、該ステータに接触したロータを相対運動させる
超音波モータの駆動制御回路において、前記電気−機械
変換子に接続して少なくとも２種類の位相の異なる高周
波電圧を発生する駆動電圧発生手段と、該駆動電圧発生
手段で発生する位相の異なる高周波電圧の１周期以上の
組合せを１単位とした周波ユニットを作成する電圧周波
ユニット作成手段と、該電圧周波ユニット作成手段で作
成する周波ユニットを時間間隔を置いて繰り返す駆動制
御手段と、前記時間間隔を漸次短縮または伸長する起動
／停止補助手段とから構成され、起動または停止時に高
周波電圧の周波ユニットを前記電気−機械変換子に印加
する時間間隔を漸次短縮または伸長させながら間欠的に
繰り返してゆっくりと起動または停止させることを特徴
とする超音波モータの駆動制御回路。3. A drive control circuit for an ultrasonic motor that applies a high frequency voltage to an electro-mechanical transducer of a stator to generate a traveling wave in which vibrations having different phases are combined, and relatively moves a rotor in contact with the stator. In the above, a combination of at least two kinds of driving voltage generating means connected to the electromechanical transducer for generating at least two kinds of high frequency voltages having different phases and one or more cycles of the high frequency voltages having different phases generated by the driving voltage generating means. A voltage frequency unit creating means for creating a frequency unit as one unit, a drive control means for repeating the frequency unit created by the voltage frequency unit creating means at a time interval, and a starting / sequentially shortening or extending the time interval. Stop assisting means, and gradually increasing a time interval for applying a frequency unit of high frequency voltage to the electro-mechanical transducer at the time of starting or stopping. A drive control circuit for an ultrasonic motor, which is intermittently repeated while being shortened or extended to slowly start or stop.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3248210A JPH05336762A (en) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Drive control circuit for ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3248210A JPH05336762A (en) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Drive control circuit for ultrasonic motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05336762A true JPH05336762A (en) | 1993-12-17 |
Family
ID=17174825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3248210A Pending JPH05336762A (en) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | Drive control circuit for ultrasonic motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05336762A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006109679A (en) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Olympus Corp | Ultrasonic actuator device and method of driving ultrasonic actuator |
| JP2007166776A (en) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Hitachi Maxell Ltd | Ultrasonic actuator and its driving method |
| JP2009148062A (en) * | 2007-12-13 | 2009-07-02 | Toyota Industries Corp | Vibration actuator, control method thereof, and robot hand |
| JP2011091993A (en) * | 2009-10-05 | 2011-05-06 | World Properties Inc | Soft-start driver for piezoelectric element |
| WO2011093060A1 (en) * | 2010-01-28 | 2011-08-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Drive control apparatus and drive control method for vibration wave driving apparatus |
| CN103123376A (en) * | 2012-12-28 | 2013-05-29 | 安徽鑫龙电器股份有限公司 | Performance testing device of soft starter |
-
1991
- 1991-07-31 JP JP3248210A patent/JPH05336762A/en active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006109679A (en) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Olympus Corp | Ultrasonic actuator device and method of driving ultrasonic actuator |
| JP2007166776A (en) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Hitachi Maxell Ltd | Ultrasonic actuator and its driving method |
| JP2009148062A (en) * | 2007-12-13 | 2009-07-02 | Toyota Industries Corp | Vibration actuator, control method thereof, and robot hand |
| JP2011091993A (en) * | 2009-10-05 | 2011-05-06 | World Properties Inc | Soft-start driver for piezoelectric element |
| WO2011093060A1 (en) * | 2010-01-28 | 2011-08-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Drive control apparatus and drive control method for vibration wave driving apparatus |
| JP2011155797A (en) * | 2010-01-28 | 2011-08-11 | Canon Inc | Apparatus and method for controlling drive of vibration wave driving apparatus |
| CN102714475A (en) * | 2010-01-28 | 2012-10-03 | 佳能株式会社 | Drive control apparatus and drive control method for vibration wave driving apparatus |
| US9252686B2 (en) | 2010-01-28 | 2016-02-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Drive control apparatus and drive control method for vibration wave driving apparatus |
| CN103123376A (en) * | 2012-12-28 | 2013-05-29 | 安徽鑫龙电器股份有限公司 | Performance testing device of soft starter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4692672A (en) | Vibration wave motor | |
| KR100204460B1 (en) | Ultrasonic motor speed control method | |
| JP2725134B2 (en) | Ultrasonic motor and electronic equipment with ultrasonic motor | |
| JPH05336762A (en) | Drive control circuit for ultrasonic motor | |
| US5229678A (en) | Drive control unit for an ultrasonic step motor | |
| JP2946533B2 (en) | Ultrasonic motor drive | |
| JP2002369557A (en) | Control apparatus for vibrating actuator | |
| EP0403298A3 (en) | Driving device for ultrasonic wave motor | |
| JPH06233560A (en) | Ultrasonic actuator | |
| JP2003021780A (en) | Camera apparatus | |
| JPS6139870A (en) | Piezoelectric linear motor | |
| JPS59185178A (en) | Vibration type motor and its driving method | |
| US5107162A (en) | Ultrasonic motor using rectangular wave | |
| JP2814148B2 (en) | Ultrasonic motor drive controller | |
| JPS63299788A (en) | Ultrasonic motor driving device | |
| JPS627379A (en) | Ultrasonic wave motor apparatus | |
| JPH10174464A (en) | Vibrating actuator driver | |
| JP3044752B2 (en) | Drive control device for wave step motor | |
| JP2832755B2 (en) | Ultrasonic motor drive controller | |
| JP2636280B2 (en) | Driving method of ultrasonic motor | |
| JP3195820B2 (en) | Apparatus with vibratory motor | |
| JP3044751B2 (en) | Drive control device for wave step motor | |
| JPS63110971A (en) | Driving method for ultrasonic motor | |
| JPH1189255A (en) | Driving device for vibration actuator | |
| JPH02101975A (en) | Drive circuit for ultrasonic motor |