CN102714475A - 用于振动波驱动设备的驱动控制设备和驱动控制方法 - Google Patents
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Abstract
提供了用于振动波驱动设备的驱动控制设备和驱动控制方法，其使得能够有较宽动态范围和增大的安静性。本发明的用于振动波驱动设备的驱动控制设备是用于如下的振动波驱动设备的驱动控制设备，在所述振动波驱动设备中，通过向设置有电气-机械能量转换器件的振动器提供驱动信号，与所述振动器接触的被驱动的部件被相对地移动，其中，当通过改变所述驱动信号的频率来激活所述被驱动的部件时，每当所述频率被改变时就提供使得所述驱动信号处于断开状态中的时间。
Description
技术领域
本发明涉及用于控制振动波驱动设备的驱动的驱动控制设备和驱动控制方法。
背景技术
在包括在光学设备（诸如照相机）内的利用压电器件的公知的振动波驱动设备（所谓的超声波马达）中，称为转子的被驱动的部件被有力地压向称为定子的振动器。
因此，为了激活静止状态中的该被驱动的部件，施加到被驱动的部件的力需要比振动器与被驱动的部件之间的静摩擦力和被驱动的部件的静止惯性力的和更强。
因此，在激活时，执行控制以使得比稳定驱动中施加到压电器件的交流电压高的电压被施加到该器件。
然而，由于存在即使如上所述控制也没有改善激活性能的情况，因此PTL1提出了一种用于振动波驱动设备的驱动方法，在其中在通过使得振动器在激活时产生驻波振动来降低振动器与被驱动的部件之间的固定强度之后执行激活。
另外，PTL2提出了一种用于振动波驱动设备的驱动方法，在其中在激活时施加白噪声作为激励信号。
引文列表
专利文献
PTL1：日本专利公开No.59-106886
PTL2：日本专利公开No.5-176562
发明内容
用来激活振动波驱动设备的一般方法是通过施加具有预定的扫描频率的电压并且随后从预定的频率向下扫描来获得期望的转数。
在通过从某一个预定的扫描频率向下扫描获得期望的转数的情况下的频率-转数曲线与在从某一个预定的期望的转数向上扫描的情况下获得的频率-转数曲线之间存在迟滞（hysteresis）。
该迟滞导致以下问题。
也就是说，在振动波驱动设备中，定子与转子之间的接触状态在低速范围中是不稳定的，使得增大了最少的激活转数。这引起在激活时的迅速加速，使得产生大的碰撞声。
特别地在照相机主要用于记录电影的情况下，激活时的该声音被记录作为电影中的声音，引起电影的质量降低的问题。
虽然上面描述的两种现有的驱动控制技术设法改善激活性能，但是这种现有的技术未必提供足够令人满意的用于实现较宽动态范围和增大的安静性（quietness）的解决方案。
鉴于上述问题，本发明提供了允许实现较宽动态范围和增大的安静性的用于振动波驱动设备的驱动控制设备和驱动控制方法。
本发明提供了一种用于振动波驱动设备的驱动控制设备和驱动控制方法，在所述振动波驱动设备中，通过向设置有电气-机械能量转换器件的振动器提供驱动信号，与所述振动器接触的被驱动的部件被相对地移动，其中，当通过改变所述驱动信号的频率来激活所述被驱动的部件时，每当所述频率被改变时就提供使得所述驱动信号处于断开状态中的时间。
根据本发明，实现了使得能够有较宽动态范围和增大的安静性的用于振动波驱动设备的驱动控制设备和驱动控制方法。
附图说明
图1是可应用于本发明的振动波驱动设备中的驱动控制设备的框图。
图2是可应用于本发明的切换电路的断开-接通定时波形的图示。
图3是示出可应用于本发明的频率-转数特性的示意图。
图4示出可应用于本发明的振动波驱动设备的配置。
图5是现有示例中的切换电路的断开-接通定时波形的图示。
图6是示出对于应用本发明和现有示例的情况的频率-转数特性的示意图。
具体实施方式
下面描述本发明的实施例。
作为本发明的实施例，描述振动波驱动设备的示例性配置和用于控制该设备的驱动的驱动控制设备，在该振动波驱动设备中与振动器的驱动部分接触的被驱动的部件通过在振动器的驱动部分中产生椭圆运动而相对地移动。
图1是用作本实施例的驱动控制设备的驱动控制电路的框图。在图1中，附图标记a表示作为振动波驱动设备的振动马达。
首先参考图4描述图1中的振动马达a的示例性配置。
在图4中，附图标记b表示由具有低振动衰减损失的材料（诸如金属）形成的第一弹性体，并且附图标记d表示作为电气-机械能量转换器件的压电器件。
此外，附图标记h表示用于将来自图1中示出的驱动控制电路的驱动信号施加到压电器件d的柔性衬底，附图标记e表示第二弹性体，并且附图标记f表示要被安装到在轴c的下端处形成的螺丝部分上的第一紧固部件。
轴c被插入设置通过第一弹性体b、压电器件d、柔性衬底h和第二弹性体e的中心的贯通孔中。
在沿着轴c的一个点处设置台阶，并且该台阶接触在第一弹性体b的内表面上设置的台阶。
轴c的末端（下端）的上面形成有螺丝部分，并且通过安装和紧固第一紧固部件f到该螺丝部分，第二弹性体e、柔性衬底h、压电器件d和第一弹性体b可以被固定。
固定到作为被驱动的部件的转子i的接触弹簧j与第一弹性体b的在不与压电器件d接触的一侧的表面（驱动部分）加压接触。具有弹性的接触弹簧j被固定到转子i并且与转子i一起旋转。
作为输出单元的齿轮k以允许转子i在旋转轴方向上移动并且跟随转子i的旋转运动的移动的方式被安装到转子i上。
附图标记m表示加压单元（诸如弹簧），其被布置在转子i的弹簧支座与齿轮k之间，将转子i向下压向第一弹性体b。
齿轮k由与轴c耦接的固定部件l枢轴地（pivotally）支撑，并且其在轴向上的位置由固定部件l控制。轴c还具有形成在没有安装到第一紧固部件f中的一侧的末端（上端）处的螺丝部分，并且使得第二紧固部件g安装到该螺丝部分上，由此将轴c固定到固定部件l。
固定部件l被设置有螺丝孔，并且通过使用螺丝将固定部件l固定到期望位置，振动波驱动设备可以被固定到期望位置。
压电器件d由多个堆叠的压电层形成。例如，电极层被形成在压电衬底的两个表面上，并且电极层被分成四个区域（四个电极）。
压电衬底的与四个电极对应的四个区域在压电器件d的厚度方向上在相同的方向上被极化。当驱动信号（稍后描述的A、A'、B和B'）被分别施加到这四个电极层时，在振动器中产生在附图的平面的前后方向和左右方向上摆动第一弹性体b的两种弯曲振动（在其之间具有90度的空间相位差）。
当这些振动被结合时，在第一弹性体b的表面上激励椭圆运动。
当使得接触弹簧j与其中已经激励椭圆运动的第一弹性体b的表面加压接触时，接触弹簧j和转子i（被驱动的部件）以由于该椭圆运动而被推出的方式移动。
振动马达的配置不限于以上描述的配置。
例如，本发明也能够被应用于环状的振动波驱动设备，该振动波驱动设备由电气-机械能量转换器件（诸如压电器件）、振动器和被驱动的部件形成，并且对于该振动波驱动设备，通过向电气-机械能量转换器件施加具有两个或更多个相位的AC电压而在振动器中产生前进的（progressive）振动波。
参照回图1，在本实施例中，切换电路12和12'将具有低导通电阻的场效应晶体管（FET）用于切换器件。每个FET被设置有用于使反向电流经过其的二极管。该二极管被设置为防止由反向电流引起的对FET的破坏。对于时间而言，驱动信号A和A'的相位分别与驱动信号B和B'的相位相差90度。
附图标记13和14表示用于执行与马达的阻抗匹配的阻抗元件。在本实施例中，阻抗元件13和14是电感元件。
在图1中示出的四相驱动方法中，马达可以通过在位置13和14处添加阻抗元件而用较低电压和较高效率来驱动。
附图标记15表示检测被驱动的部件相对于振动器的相对位置的编码器（移动量检测器）。
注意，从微型计算机（控制器）11到切换电路12'的信号dir输入是指示正向或反向旋转的信号。当正向旋转信号被从微型计算机11输入到切换电路12'时，切换电路12'被控制为使得信号B和B'在时间相位方面分别落后切换电路12的信号A和A'90度。
另一方面，当反向旋转信号被输入到切换电路12'时，输出B和B'被控制为在时间相位方面分别领先切换脉冲A和A'90度。
这里，信号A和A'以及信号B和B'提供用作驱动信号的驱动电压（AC电压），并且图1示出了如何通过这些驱动电压来执行浮动驱动。在浮动驱动中，交替地重复其中信号A具有正电压而信号A'具有地电压的状态与其中信号A具有地电压而信号A'具有正电压的状态。类似地，关于分别落后信号A和A'90度的信号B和B'，交替地重复其中信号B具有正电压而信号B'具有地电压的状态与其中信号B具有地电压而信号B'具有正电压的状态。
与其中总是使信号A具有正电压并且总是使信号A'具有地电压的情况相比，该浮动驱动显然允许施加两倍的电压，由此产生两倍的振幅。换句话说，与现有的方法相比，利用一半的电压产生相同的振幅。另外，虽然已经描述了其中信号A和A'的时间相位与信号B和B'的时间相位相差90度的情况，但是时间相位差不限于90度。
现在将描述本实施例中的其中每当改变预定的扫描频率时就使得作为脉冲信号的驱动信号断开并且然后接通（断开-接通）的配置。
图2是切换电路12和12'的断开-接通定时波形的图示，并且示出了信号A和A'以及从编码器（移动量检测器）输出的编码器信号（信号ENC）在马达被驱动时如何改变。
首先具有频率f1的驱动信号被输入作为驱动信号。在具有频率f1的信号已经被输入持续预定的时段之后，使得驱动信号进入断开状态。
然后，在断开时间已经持续达预定的时段之后，输入具有频率f2的驱动信号。可以适当地设定驱动信号的断开的时段。
此时，频率f1与f2之间的关系为f1>f2。在已经输入具有频率f2的信号之后，使得驱动信号进入断开状态。
从启动到该点的范围由该附图中的断开-接通模式表示，以便使得该范围能够容易地理解。
这里，通过根据来自图1中示出的微型计算机11的指令同时使信号A和A'（信号B和B'）两者断开并且然后接通来执行该断开-接通操作。
此外，具有频率f3的信号被输入作为下一个驱动信号。此时，频率f2与f3之间的关系为f2>f3。
当检查信号ENC时，可以看出在具有频率f3的信号已经被输入之后存在到编码器的输入。
换句话说，信号ENC示出了马达已经进入被驱动状态。当确定马达已经被驱动时，具有频率f4的信号继续被输入。
此时，频率f3与f4之间的关系为f3>f4。此后，频率继续被降低直到获得预定数量的转数。从激活到该点的范围被称为扫描模式。
在本实施例的配置中，当驱动信号被输入使得预定的扫描频率被改变从而逐步地降低时，每当预定的频率被改变时使得驱动信号断开并且随后接通（也就是说，每当频率被改变时提供使得驱动信号断开的时段）。
在本实施例的配置中，由编码器检测被驱动的部件的移动量，并且基于所检测到的移动量，微型计算机11可以执行在其中使得脉冲驱动信号断开-接通的模式与其中驱动信号的频率被扫描（在没有使得驱动信号断开的情况下连续地改变频率）的模式之间的切换。
图3是示出频率-转数特性的示意图，示出了图2中示出的信号和马达的转数的变化。
该附图示出了每当预定的频率已经被改变时输入信号的断开-接通状态已经被重复之后在由箭头表示的激活频率点处马达如何被激活并且开始旋转。
示出了在这时候的频率-转数特性的线由附图标记（1）表示。
此外，已经由发明人等执行的实验确认的是，由（1）表示的线大致与通过从期望转数向上扫描获得的频率-转数特性相同。
图5示出了在现有示例中仅由扫描模式范围形成的输入信号A和A'以及信号ENC如何改变。
首先具有频率f1的输入信号被输入作为驱动信号。在具有频率f1的信号已经被输入持续预定的时段之后，具有频率f2的信号被连续地输入作为下一个信号。
此时，频率f1与f2之间的关系为f1>f2。
此外，具有频率f3,f4,…,以及f7的信号被连续输入。频率f2,f3,…,以及f7之间的关系为f2>f3>…,>f7。
编码器信号ENC示出了在具有频率f7的信号已经被输入之后存在到编码器的输入。换句话说，信号ENC示出了马达已经进入被驱动状态。
注意，在以上描述中，具有预定的频率的信号被施加作为驱动信号。然而，驱动信号可以与其它频率成分叠加，其它频率成分对于减弱振动器与被驱动的部件之间的固定强度是有效的。
图6是示出对于现有示例和已经应用有本发明的情况的频率-转数特性的示意图，示出了图5中示出的信号和马达的转数的变化。
该附图示出了在输入信号总是接通的状态中预定的频率被改变并且向下扫描时在由箭头表示的激活频率点处马达如何被激活并且开始旋转。
示出了在这时候的频率-转数特性的线（现有示例）由附图标记（2）表示。
当由（1）表示的线（已经应用有本发明的情况）与由（2）表示的线进行比较时，显然在由（1）表示的线的情况下，最少转数较低并且从较低频率开始的稳定的驱动是可能的。
如上所述，根据本实施例，与现有示例相比，从较低频率开始的稳定的驱动是可能的。
这被认为基于如下的事实，即与现有示例中的没有断开状态的连续的输入相比，在其中对于每个频率重复接通和断开的本实施例的阶梯式输入允许增大驱动波成分并且允许提高激活性能。因此，减少了上述的频率-转数曲线的迟滞。
这允许减少最少的激活转数并且允许实现在激活时的逐渐加速。
结果，减少了激活时的碰撞声，并且实现了振动波驱动设备的增大的安静性以及较宽的动态范围。
另外，由于在该配置中不要求例如增大的电压以及使用高电压器件，因此在没有增大设备的成本的情况下实现具有高控制能力的振动波驱动设备。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。
本申请要求2010年1月28日提交的日本专利申请No.2010-016678的权益，该日本专利申请其整体通过参考被并入于此。
附图标记列表
a 振动器
11 微型计算机
12 切换电路
13, 14电感元件
15 编码器
Claims (6)
1.一种用于振动波驱动设备的驱动控制设备，在所述振动波驱动设备中，通过向设置有电气-机械能量转换器件的振动器提供驱动信号，与所述振动器接触的被驱动的部件被相对地移动，
其中，当通过改变所述驱动信号的频率来激活所述被驱动的部件时，每当所述频率被改变时就提供使得所述驱动信号处于断开状态中的时间。
2.根据权利要求1所述的驱动控制设备，
其中所述驱动信号包括具有不同的时间相位的多个驱动信号，以及
其中所述驱动控制设备被配置为能够每当所述频率被改变时就使得所述多个驱动信号同时处于断开状态。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的驱动控制设备，被配置为能够根据由检测所述被驱动的部件的移动的移动量检测器获得的检测值而在两个模式之间进行切换，在所述两个模式中的一个模式中每当改变所述频率时就重复所述驱动信号的断开状态和接通状态，而在另一个模式中在没有使得所述驱动信号处于断开状态的情况下连续地改变所述频率。
4.一种用于振动波驱动设备的驱动控制方法，在所述振动波驱动设备中，通过向设置有电气-机械能量转换器件的振动器提供驱动信号，与所述振动器接触的被驱动的部件被相对地移动，
其中，当通过改变所述驱动信号的频率来激活所述被驱动的部件时，每当所述频率被改变时就提供使得所述驱动信号处于断开状态中的时间。
5.根据权利要求4所述的驱动控制方法，
其中所述驱动信号包括具有不同的时间相位的多个驱动信号，以及
其中每当所述频率被改变时就使得所述多个驱动信号同时处于断开状态。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的驱动控制方法，被配置为能够根据由检测所述被驱动的部件的移动的移动量检测器获得的检测值而在两个模式之间进行切换，在所述两个模式中的一个模式中每当改变所述频率时就重复所述驱动信号的断开状态和接通状态，而在另一个模式中在没有使得所述驱动信号处于断开状态的情况下连续地改变所述频率。
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