CN111865135B - 压电驱动装置的控制方法、压电驱动装置及机器人 - Google Patents
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Abstract
提供压电驱动装置的控制方法、压电驱动装置及机器人,该压电驱动装置即使在使用间歇的驱动信号的情况下也能够高精度地驱动驱动用压电元件。压电驱动装置的控制方法其特征在于,压电驱动装置具有:振动体,通过对驱动用压电元件施加包含周期信号的驱动信号而振动;被驱动部,通过振动体的振动而驱动;及驱动信号生成部,使用基于目标脉冲占空比生成的脉冲信号来生成驱动信号,驱动信号生成部检测在驱动用压电元件中产生的电压振幅,并基于电压振幅生成目标脉冲占空比,其中驱动信号包括间歇信号,该间歇信号由输出周期信号的输出期间和中断周期信号的输出的中断期间构成,驱动信号生成部检测输出期间电压振幅,而不检测中断期间电压振幅。
Description
技术领域
本发明涉及压电驱动装置的控制方法、压电驱动装置及机器人。
背景技术
专利文献1中公开了一种驱动装置,该驱动装置具有:超声波马达,具有根据电压的施加而伸缩并通过伸缩动作来驱动可动部的压电元件;和驱动信号生成部,间歇地输出周期信号。驱动信号生成部具有:基本信号生成部,将一定振幅的交流信号作为基本信号输出;脉冲信号生成部,输出以比基本信号周期长的周期反复接通和断开的脉冲信号;及开关部,仅在脉冲信号的接通时间内原样输出基本信号。由于从这样的驱动信号生成部输出的驱动信号为间歇信号,所以与脉冲信号的占空比为100%的情况相比,能够降低超声波马达的驱动速度。
另一方面,正在研究以下情况:在使用压电元件的驱动装置中,检测交流驱动信号的电压振幅,并以减小该检测结果电压振幅与目标电压振幅之差的方式,进行改变驱动信号的生成条件的反馈控制。在这样的反馈控制中,需要持续监控实际输出的驱动信号的振幅与目标电压振幅之差。而且,当驱动信号是间歇信号时,需要对原样输出基本信号的接通时间的电压振幅和不输出基本信号的断开时间的电压振幅分别进行反馈。具体而言,将从开关部输出的驱动信号分配在开关部与压电元件之间,并返回到确定驱动信号的生成条件的脉冲信号生成部。然而,开关部在接通时间输出基本信号,并且在断开时间处于高阻抗状态,从而以不输出基本信号的方式工作。因此,在断开时间内,开关部与压电元件之间的电路处于浮置状态。
当在这样的驱动装置中进行反馈控制时,即使在不输出基本信号的断开时间内,超声波马达也持续驱动,因此在压电元件中产生伴随压电效果的电荷,与驱动信号无关的电压振幅返回到脉冲信号生成部。其结果,检测到未预期的电压振幅,驱动信号的精度降低。因此,存在无法高精度地进行目标驱动的问题。
专利文献1:日本特开2007-244181号公报
发明内容
本发明的应用例涉及的压电驱动装置的控制方法,其特征在于,所述压电驱动装置具有:振动体,具有驱动用压电元件,通过对所述驱动用压电元件施加包含周期信号的驱动信号而振动;被驱动部,通过所述振动体的振动而驱动该被驱动部;及驱动信号生成部,使用基于目标脉冲占空比生成的脉冲信号来生成所述驱动信号,所述驱动信号生成部检测在所述驱动用压电元件中产生的电压振幅,并基于所述电压振幅生成所述目标脉冲占空比,所述驱动信号包括间歇信号,所述间歇信号由输出所述周期信号的输出期间和中断所述周期信号的输出的中断期间构成,当将所述输出期间的所述电压振幅作为输出期间电压振幅并将所述中断期间的所述电压振幅作为中断期间电压振幅时,所述驱动信号生成部检测所述输出期间电压振幅,而不检测所述中断期间电压振幅。
附图说明
图1是示出第一实施方式涉及的压电驱动装置的俯视图。
图2是示出图1所示压电致动器包括的振动体的电极配置的俯视图。
图3是图2的A-A线剖视图。
图4是图2的B-B线剖视图。
图5是图2的C-C线剖视图。
图6是图2的D-D线剖视图。
图7是用于说明驱动信号的图。
图8是用于说明压电致动器的驱动状态的示意性俯视图。
图9是用于说明压电致动器的驱动状态的示意性俯视图。
图10是压电马达的电路图。
图11是用于说明脉冲信号的脉冲占空比的图。
图12是示出第一PWM波形生成部及第一驱动电路的电路图。
图13是示出脉冲占空比过小时的脉冲信号的图。
图14是示出包括间歇生成的周期信号的驱动信号的图。
图15是表示目标脉冲占空比与间歇占空比之间的关系的一例的图。
图16是表示基于图15所示目标脉冲占空比与间歇占空比之间的关系驱动转子时,目标驱动信号表示的目标驱动电压与转子的旋转速度之间关系的一例的曲线图。
图17是表示目标脉冲占空比与间歇占空比之间的关系的另一例的曲线图。
图18是图10所示的第一电压检测部的概念图。
图19是表示周期信号的一例的图。
图20是用于说明在第一驱动信号中包括间歇信号时,第一电压检测部检测的电压振幅及第一电压检测部输出的电压振幅检测值的图。
图21是用于说明实施方式涉及的压电驱动装置的控制方法的流程图。
图22是表示包括压电马达的机器人的结构的示意性立体图。
图23是表示包括压电马达的打印机的结构的示意性立体图。
附图标记说明
1...压电马达;2...转子;3...驱动部;4...中心轴;5...外周面;6...压电致动器;7...施力部件;8...控制装置;11...主面;12...编码器;13...标尺;14...光学元件;15...发光元件;16...摄像元件;17...振动体;18...支承部;19...第一方向;20...第二方向;21...连接部;21a...第一连接部;21b...第二连接部;22...凸部;23...第一压电元件;24...第二压电元件;25...第三压电元件;26...第四压电元件;27...第五压电元件;28...第六压电元件;31...第七压电元件;32...压电元件单元;33...基板;34...第十一压电元件;35...第十二压电元件;36...第十三压电元件;37...第十四压电元件;38...第十五压电元件;41...第十六压电元件;42...第十七压电元件;43...保护层;44...第一电极;45...压电体;46...第二电极;47...粘接剂;48...第一驱动信号;48A...连续信号;48B...间歇信号;50...第二驱动信号;51...第三驱动信号;52...拾取信号;53...第一箭头;54...第二箭头;55...第三箭头;56...第四箭头;57...电压控制部;58...第一电压控制部;61...第二电压控制部;62...频率控制部;63...位置指令控制部;64...位置控制部;65...速度控制部;66...第一驱动信号生成部;67...第二驱动信号生成部;68...第一驱动电压控制部;71...第一PWM波形生成部;72...第一驱动电路;72a...第一开关元件;72b...第二开关元件;72c...LC谐振电路;72d...线圈;72e...电容器;73...比较部;74...输出部;75...第一反馈电路;76...第二驱动电压控制部;77...第二PWM波形生成部;78...第二驱动电路;83...第二反馈电路;84...位置指令;85...速度指令;86...目标驱动信号;87...第一目标脉冲占空比信号;88...频率指令;89...比较结果信号;91...第一脉冲信号;92...第一脉冲电压;93...第二脉冲电压;94...脉冲宽度;95...脉冲期间;96...第一反转脉冲信号;97...切换电压;103...第一相关线;104...第二相关线;105...第三相关线;111...第二目标脉冲占空比信号;112...第二脉冲信号;114...PU电压控制部;115...第三驱动信号生成部;116...第三驱动电压控制部;117...第三PWM波形生成部;118...第三驱动电路;119...第三反馈电路;120...第四反馈电路;121...第五反馈电路;123...电压指令;124...第三目标脉冲占空比信号;125...第三脉冲信号;171...机器人;172...基座;173...第一臂;174...第二臂;175...第三臂;176...第四臂;177...第五臂;178...第六臂;180...压电马达;181...控制装置;182...末端执行器;191...打印机;192...装置主体;193...印刷机构;194...供纸机构;195...控制装置;196...记录用纸;197...托盘;198...排纸口;201...操作面板;202...头单元;202a...头部;202b...墨盒;202c...滑架;203...滑架电机;204...往复移动机构;204a...滑架引导轴;204b...正时带;205...从动辊;206...驱动辊;207...压电马达;481...输出期间;482...中断期间;483...间歇期间;484...输出期间电压振幅;484’...中断期间电压振幅;485...电压振幅检测值;504...输出期间电压振幅;504’...中断期间电压振幅;505...电压振幅检测值;514...输出期间电压振幅;514’...中断期间电压振幅;515...电压振幅检测值;712...中断期间信号;751...布线;752...第一电压检测部;831...布线;832...第二电压检测部;1191...布线;1192...第三电压检测部;7522...电压值提取部;7524...平均化处理部;7524a...第一延迟部;7524b...第二延迟部;7524c...第三延迟部;7524d...加法部;7524e...除法部;F...固定值;NV...电压变化;PS...周期信号;S1...步骤;S2...步骤;S3...步骤;S41...步骤;S42...步骤;S51...步骤;S52...步骤;S61...步骤;S62...步骤;S7...步骤;S8...步骤;V1...电压值;V2...电压值;V3...电压值;V4...电压值;t...采样间隔;t1...时刻;t2...时刻;t3...时刻;t4...时刻。
具体实施方式
以下,基于附图对本发明的压电驱动装置的控制方法、压电驱动装置及机器人的优选实施方式进行详细说明。
1.第一实施方式
首先,对第一实施方式涉及的压电驱动装置进行说明。
图1是示出第一实施方式涉及的压电驱动装置的俯视图。图2是示出图1所示压电致动器包括的振动体的电极配置的俯视图。图3是图2的A-A线剖视图。图4是图2的B-B线剖视图。图5是图2的C-C线剖视图。图6是图2的D-D线剖视图。
需要注意的是,以下,为了便于说明,将彼此正交的三个轴设为X轴、Y轴及Z轴。另外,各轴的箭头侧也称为“正侧”,箭头的相反侧也称为“负侧”。进而,以X轴的正侧为“上”且X轴的负侧为“下”进行说明。
如图1所示,作为压电驱动装置的压电马达1具有作为被驱动部的转子2及驱动部3。转子2呈圆盘状,能够围绕中心轴4旋转。驱动部3与转子2的外周面5抵接,并使转子2围绕中心轴4旋转。
驱动部3具有压电致动器6、施力部件7及控制装置8。施力部件7朝向转子2对压电致动器6施力。控制装置8控制压电致动器6的驱动。在这样的压电马达1中,压电致动器6进行弯曲振动。该弯曲振动传递到转子2,转子2围绕中心轴4旋转。
需要注意的是,压电马达1的结构不限于本实施方式的结构。例如,也可以沿转子2的周向配置多个驱动部3,通过多个驱动部3的驱动使转子2旋转。另外,驱动部3也可以不与转子2的外周面5抵接而与转子2的主面11抵接。主面11是朝向中心轴4的轴向的面。另外,被驱动部不限于像转子2那样的旋转体,例如也可以是直线移动的滑块。
在转子2中设有编码器12,通过编码器12检测转子2的旋转角度及角速度。编码器12的类型没有特别限定,例如既可以是在转子2旋转时检测其旋转角度的增量型编码器,也可以是与转子2有无旋转无关地检测转子2与原点的绝对位置的绝对型编码器。
编码器12具有固定在转子2的上表面的标尺13和设置在标尺13的上侧的光学元件14。标尺13呈圆板状,并且在其上表面设有未图示的图案。另一方面,光学元件14具有朝向标尺13的图案照射光的发光元件15和拍摄标尺13的图案的摄像元件16。在这样构成的编码器12中,通过对由摄像元件16获取的图案的图像进行模板匹配,能够检测转子2的旋转角度、角速度、绝对位置等。但是,编码器12的结构并不限定于上述结构。例如,也可以是代替摄像元件16而包括用于接收来自标尺13的反射光或透射光的受光元件的结构。
如图1及图2所示,压电致动器6具有振动体17、支承部18及连接部21。支承部18支承振动体17。连接部21连接振动体17和支承部18。在振动体17设有与转子2抵接的凸部22。凸部22将振动体17的振动传递到转子2。凸部22从振动体17突出的方向是第一方向19。另外,第二方向20是与第一方向19正交的方向。
振动体17在包括Y轴及Z轴的Y-Z平面上呈扩展的板状。振动体17通过沿Y轴边伸缩边弯曲,弯曲振动成S字形。另外,在从沿X轴的位置俯视观察时,振动体17呈长方形,该长方形具有与Y轴平行的长轴。振动体17沿Y轴伸缩振动。也就是说,振动体17进行在第一方向19上伸缩的伸缩振动和在第二方向20上弯曲的弯曲振动。但是,振动体17的形状没有特别限定,只要能够发挥其功能即可。
振动体17具有作为驱动用压电元件的第一压电元件23~第五压电元件27和用于检测振动体17的振动的检测用压电元件即第六压电元件28及第七压电元件31。
其中,第三压电元件25配置于沿振动体17的Z轴的中央部,且呈具有与Y轴平行的长轴的形状。第一压电元件23及第二压电元件24沿Y轴排列配置在第三压电元件25的Z轴正侧。第四压电元件26及第五压电元件27沿Y轴排列配置在第三压电元件25的Z轴负侧。这些第一压电元件23~第五压电元件27分别在通电的作用下沿Y轴伸缩。另外,第一压电元件23和第五压电元件27彼此电连接,第二压电元件24和第四压电元件26彼此电连接。
通过对第三压电元件25、第一压电元件23和第五压电元件27及第二压电元件24和第四压电元件26分别施加相位不同的相同频率的驱动信号,并错开伸缩定时,能够使振动体17在Y-Z平面上弯曲振动成S字形。此外,驱动信号是交变电压。
第六压电元件28位于第三压电元件25的Y轴正侧。第七压电元件31位于第三压电元件25的Y轴负侧。另外,第六压电元件28及第七压电元件31彼此电连接。第六压电元件28及第七压电元件31接受与伴随第一压电元件23~第五压电元件27驱动的振动体17振动相应的外力,并输出与接受的外力相应的信号。因此,能够基于从第六压电元件28及第七压电元件31输出的信号,检测振动体17的振动状态。
连接部21连接振动体17的作为弯曲振动节点的部分和支承部18。具体而言,连接部21连接振动体17的沿Y轴的中央部和支承部18。另外,连接部21具有相对于振动体17位于Z轴负侧的第一连接部21a、及位于Z轴正侧的第二连接部21b。这样,连接部21连接振动体17和支承部18。
如图3至图6所示,振动体17、支承部18及连接部21构成为使得两个压电元件单元32彼此相对而粘合。各压电元件单元32具有基板33、配置在基板33上的驱动用的第十一压电元件34~第十五压电元件38、检测用的第十六压电元件41和第十七压电元件42及覆盖第十一压电元件34~第十七压电元件42的保护层43。
第十一压电元件34~第十七压电元件42分别具有第一电极44、压电体45及第二电极46。第一电极44配置在基板33上,并且共同设置于第十一压电元件34~第十七压电元件42。压电体45配置在第一电极44上,并且单独设置于第十一压电元件34~第十七压电元件42。第二电极46配置在压电体45上,并且单独设置于第十一压电元件34~第十七压电元件42。
两个压电元件单元32在使第十一压电元件34~第十七压电元件42彼此相对的状态下经由粘接剂47而接合。另外,各压电元件单元32的第一电极44彼此经由未图示的布线等电连接。各压电元件单元32的第二电极46彼此经由未图示的布线等电连接。
如上所述,由相对配置的两个第十一压电元件34构成一个第一压电元件23。对于其它第十二压电元件35~第十七压电元件42也是同样的。由两个第十二压电元件35构成第二压电元件24。由两个第十三压电元件36构成第三压电元件25。由两个第十四压电元件37构成第四压电元件26。由两个第十五压电元件38构成第五压电元件27。由两个第十六压电元件41构成第六压电元件28。由两个第十七压电元件42构成第七压电元件31。
作为压电体45的构成材料,没有特别限定,例如可以使用锆钛酸铅、钛酸钡、钛酸铅、铌酸钾、铌酸锂、钽酸锂、钨酸钠、氧化锌、钛酸钡锶、钽酸锶铋、偏铌酸铅、钪铌酸铅等的压电陶瓷。另外,作为压电体45,除了上述压电陶瓷以外,还可以使用聚偏二氟乙烯、石英等。此外,锆钛酸铅的简称是PZT。钛酸钡锶的简称是BST。钽酸锶铋的简称是SBT。
作为压电体45的形成方法,没有特别限定,既可以由块状材料形成,也可以使用溶胶-凝胶法或溅射法形成。在本实施方式中,使用溶胶-凝胶法形成压电体45。由此,例如与由块状材料形成的情况相比,可得到较薄的压电体45,并且能够实现驱动部3的薄型化。
凸部22设置于振动体17的前端部,并从振动体17向Y轴正侧突出。而且,凸部22的前端部与转子2的外周面5接触。因此,振动体17的振动经由凸部22传递到转子2。
图7是用于说明驱动信号的图。横轴表示时间的推移,时间从图中左侧向右侧推移。纵轴表示电压,电压为图中上侧比下侧高的电压。作为驱动信号的第一驱动信号48、作为驱动信号的第二驱动信号50及作为驱动信号的第三驱动信号51表示控制装置8对振动体17的压电元件施加的驱动信号。第一驱动信号48、第二驱动信号50及第三驱动信号51是频率及振幅彼此相同且相位彼此不同的波形的周期信号。另一方面,如后所述,根据需要间歇地生成并施加这些周期信号。拾取信号52是从第六压电元件28及第七压电元件31输出的电压信号。
图8及图9是用于说明压电致动器的驱动状态的示意性俯视图。
将第一驱动信号48施加到第一压电元件23及第五压电元件27。将第二驱动信号50施加到第三压电元件25。将第三驱动信号51施加到第二压电元件24及第四压电元件26。此时,如图8所示,振动体17在沿Y轴伸缩振动的同时以S字形弯曲振动。通过组合伸缩振动和弯曲振动,凸部22的前端如第一箭头53所示,进行逆时针绘制椭圆轨道的椭圆运动。通过这种凸部22的椭圆运动,转子2的外周面5移动,并且转子2如第二箭头54所示顺时针旋转。另外,与这种振动体17的振动对应地,从第六压电元件28及第七压电元件31输出拾取信号52。
另一方面,切换第一驱动信号48和第三驱动信号51。即,将第一驱动信号48施加到第二压电元件24及第四压电元件26。将第二驱动信号50施加到第三压电元件25。将第三驱动信号51施加到第一压电元件23及第五压电元件27。此时,如图9所示,振动体17在沿Y轴伸缩振动的同时以S字形弯曲振动。通过组合伸缩振动和弯曲振动,凸部22如第三箭头55所示,进行顺时针绘制椭圆轨道的椭圆运动。通过这种凸部22的椭圆运动,转子2的外周面5移动,并且转子2如第四箭头56所示逆时针旋转。另外,与这种振动体17的振动对应地,从第六压电元件28及第七压电元件31输出拾取信号52。
如上所述,通过第一压电元件23、第二压电元件24、第四压电元件26及第五压电元件27的伸缩,振动体17弯曲振动,并沿第二箭头54或第四箭头56的方向将转子2送出。控制对第一压电元件23、第二压电元件24、第四压电元件26及第五压电元件27施加的第一驱动信号48及第三驱动信号51的振幅,并控制凸部22沿Z轴的振幅。通过该控制,能够控制转子2的角速度。
具体而言,如果增大第一驱动信号48及第三驱动信号51的振幅,则凸部22沿Z轴的振幅变大,转子2的驱动速度增加,相反,如果减小第一驱动信号48及第三驱动信号51的振幅,则凸部22沿Z轴的振幅变小,转子2的驱动速度减小。这样,能够通过振动体17的振动来驱动转子2。
需要注意的是,只要转子2能够在至少一个方向上旋转,施加于第一压电元件23~第五压电元件27的驱动信号的模式就没有特别限定。
控制装置8通过对第一压电元件23~第五压电元件27施加交变电压即第一驱动信号48、第二驱动信号50及第三驱动信号51中的任意一个,控制驱动部3的驱动。需要注意的是,以下为了便于说明,以如图8所示使转子2沿第二箭头54的方向旋转的情况为代表进行说明。如图9所示使转子2沿第四箭头56的方向旋转的情况与使转子2沿第二箭头54的方向旋转的情况相同,因此省略其说明。
图10是压电马达的电路图。图11是用于说明脉冲信号的脉冲占空比的图。图12是示出第一PWM波形生成部及第一驱动电路的电路图。
如图10所示,控制装置8具有电压控制部57。电压控制部57生成第一驱动信号48、第二驱动信号50及第三驱动信号51。
电压控制部57具有第一电压控制部58、第二电压控制部61及频率控制部62。第一电压控制部58对第一压电元件23及第五压电元件27施加第一驱动信号48。进而,第一电压控制部58对第二压电元件24及第四压电元件26施加第三驱动信号51,使振动体17弯曲振动。第二电压控制部61对第三压电元件25施加第二驱动信号50,使振动体17沿Y轴伸缩振动。频率控制部62控制第一驱动信号48、第二驱动信号50及第三驱动信号51的频率。
电压控制部57通过改变第一驱动信号48及第三驱动信号51的振幅来控制转子2的驱动速度,使得转子2在各时刻都处于目标位置。由此,压电马达1能够抑制各时刻的转子2相对于目标位置的位置偏移,因此能够具有优异的驱动特性。
第一电压控制部58具有位置指令控制部63、位置控制部64、速度控制部65、第一驱动信号生成部66及第二驱动信号生成部67。第一驱动信号生成部66是生成第一驱动信号48的电路,第二驱动信号生成部67是生成第三驱动信号51的电路。位置指令控制部63、位置控制部64及速度控制部65依次连接。而且,第一驱动信号生成部66及第二驱动信号生成部67电连接到速度控制部65。
第一驱动信号生成部66具有作为脉冲占空比信号生成部的第一驱动电压控制部68、作为脉冲信号生成部的第一PWM波形生成部71及作为驱动电路的第一驱动电路72。第一驱动电压控制部68与速度控制部65电连接。此外,PWM是脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation)。进而,第一PWM波形生成部71具有后述的比较部73及输出部74。第一PWM波形生成部71生成第一脉冲信号91及第一反转脉冲信号96,并且根据需要将第一脉冲信号91及第一反转脉冲信号96设为间歇。需要注意的是,在图12以外的各附图中,省略了关于第一反转脉冲信号96的图示。同样地,在本说明书和各附图中,省略了关于后述第二脉冲信号112的反转信号、第三脉冲信号125的反转信号的说明和图示。
另外,将速度控制部65的输出输入到第一驱动电压控制部68。将第一驱动电压控制部68输出的信号输出到第一PWM波形生成部71的比较部73。另外,将比较部73输出的信号输入到输出部74。进而,将输出部74输出的信号输入到第一驱动电路72。而且,将第一驱动电路72输出的第一驱动信号48施加到第一压电元件23及第五压电元件27。另外,将在第一压电元件23及第五压电元件27中产生的后述输出期间电压振幅484输出到第一驱动电压控制部68的电路作为第一反馈电路75。第一反馈电路75具有将第一压电元件23及第五压电元件27与第一驱动电压控制部68连接的布线751及第一电压检测部752。第一电压检测部752检测在第一压电元件23及第五压电元件27中产生的输出期间电压振幅484,并进行必要的处理,然后将处理结果即电压振幅检测值485输出到第一驱动电压控制部68。也就是说,第一反馈电路75将检测到的输出期间电压振幅484反馈到第一驱动电压控制部68。第一驱动信号生成部66具有包括这样的第一电压检测部752的第一反馈电路75。
第二驱动信号生成部67具有作为脉冲占空比信号生成部的第二驱动电压控制部76、作为脉冲信号生成部的第二PWM波形生成部77及作为驱动电路的第二驱动电路78。第二驱动电压控制部76与速度控制部65电连接。进而,第二PWM波形生成部77具有未图示的比较部及输出部。第二PWM波形生成部77生成第二脉冲信号112,并且根据需要将第二脉冲信号112设为间歇。
另外,将速度控制部65的输出输入到第二驱动电压控制部76。将第二驱动电压控制部76输出的信号输出到第二PWM波形生成部77的比较部73。将比较部73输出的信号输出到输出部。将输出部输出的信号输出到第二驱动电路78。将第二驱动电路78输出的第三驱动信号51输出到第二压电元件24及第四压电元件26。另外,将在第二压电元件24及第四压电元件26中产生的后述输出期间电压振幅514输出到第二驱动电压控制部76的电路作为第二反馈电路83。第二反馈电路83具有将第二压电元件24及第四压电元件26与第二驱动电压控制部76连接的布线831及第二电压检测部832。第二电压检测部832检测在第二压电元件24及第四压电元件26中产生的输出期间电压振幅514,并进行必要的处理,然后将处理结果即电压振幅检测值515输出到第二驱动电压控制部76。也就是说,第二反馈电路83将检测到的输出期间电压振幅514反馈到第二驱动电压控制部76。第二驱动信号生成部67具有包括这样的第二电压检测部832的第二反馈电路83。
频率控制部62与第一PWM波形生成部71、第二PWM波形生成部77及后述的第三PWM波形生成部117电连接。频率控制部62输出的信号被输入到第一PWM波形生成部71、第二PWM波形生成部77及后述的第三PWM波形生成部117。
第一电压控制部58将从编码器12输出的信号输入到位置控制部64及速度控制部65并进行反馈。然后,控制第一驱动信号48及第三驱动信号51,使得在各时刻转子2的位置成为目标位置。
位置指令控制部63基于未图示的主计算机等的指令,生成表示转子2的目标位置的位置指令84并将其输出到位置控制部64。位置控制部64针对该位置指令84与编码器12检测到的转子2当前位置之间的偏差实施P控制(Proportional)即进行调整比例增益的比例控制,并且生成速度指令85,该速度指令85表示处于基于位置指令84的位置的转子2的目标速度。位置控制部64将生成的速度指令85输出到速度控制部65。速度控制部65针对位置控制部64生成的速度指令85与编码器12检测到的当前转子2的驱动速度之间的偏差实施PI控制(Proportional Integral)即进行调整比例增益的比例控制及调整积分增益的积分控制,并且生成目标驱动信号86,该目标驱动信号86表示作为基于速度指令85的驱动速度的目标驱动电压。速度控制部65将生成的目标驱动信号86输出到第一驱动电压控制部68及第二驱动电压控制部76。
第一驱动电压控制部68针对该目标驱动信号86与从后述第一电压检测部752输出的电压振幅检测值485之间的偏差实施PI控制即进行调整比例增益的比例控制及调整积分增益的积分控制,并且生成第一目标脉冲占空比信号87,该第一目标脉冲占空比信号87表示作为基于目标驱动信号86的振幅电压的目标脉冲占空比。目标脉冲占空比是指,为了生成目标驱动信号86表示的振幅的第一驱动信号48,第一脉冲信号91和第一反转脉冲信号96应达到的占空比。这样,第一驱动电压控制部68基于输入的目标驱动信号86生成第一目标脉冲占空比信号87。
第一PWM波形生成部71生成如下第一脉冲信号91和第一反转脉冲信号96,即具有基于该第一目标脉冲占空比信号87的目标脉冲占空比、且频率为基于频率控制部62中生成的频率指令88的频率。然后,第一驱动电路72基于第一脉冲信号91和第一反转脉冲信号96生成第一驱动信号48。换言之,第一驱动电路72使用基于第一目标脉冲占空比信号87生成的第一脉冲信号91和第一反转脉冲信号96,生成第一驱动信号48。然后,第一驱动电路72将以这种方式生成的第一驱动信号48施加到第一压电元件23及第五压电元件27。
图11是用于说明脉冲信号的脉冲占空比的图。需要注意的是,在以下说明中,以第一脉冲信号91和第一反转脉冲信号96中的第一脉冲信号91为代表进行说明,并且由于第一反转脉冲信号96与第一脉冲信号91相同,因此省略其说明。
在图11中,横轴表示时间的推移,时间从图中左侧向右侧推移。纵轴表示电压,图中上侧的电压高于下侧的电压。第一脉冲信号91为脉冲波,且电压在第一脉冲电压92与第二脉冲电压93之间变化。第一脉冲信号91的脉冲占空比是通过脉冲宽度94除以脉冲周期95得到的。脉冲占空比可以在0%~50%的范围内改变。第一脉冲信号91的脉冲占空比越接近0%,则由第一驱动电路72生成的第一驱动信号48的输出期间电压振幅484越小,相反,第一脉冲信号91的脉冲占空比越接近50%,则由第一驱动电路72生成的第一驱动信号48的输出期间电压振幅484越大。因此,第一脉冲信号91的脉冲占空比越接近0%,则转子2的驱动速度越慢,相反,第一脉冲信号91的脉冲占空比越接近50%,则转子2的驱动速度越快。
当第一脉冲信号91的脉冲占空比变小时,由第一驱动电路72生成的第一驱动信号48的波形从正弦波失真。特别是在第一脉冲信号91的脉冲占空比接近0%的区域中,该问题变得显著。对其一个原因进行简单的说明。
如图12所示,第一驱动电路72具有例如由MOSFET等构成的第一开关元件72a、第二开关元件72b及LC谐振电路72c。LC谐振电路72c包括线圈72d和电容器72e。而且,将第一脉冲信号91输入到第一开关元件72a。将第一脉冲信号91反转得到的第一反转脉冲信号96输入到第二开关元件72b。当第一脉冲信号91为第二脉冲电压93时第一开关元件72a接通,而当第一脉冲信号91为第一脉冲电压92时第一开关元件72a断开。当第一反转脉冲信号96为第二脉冲电压93时第二开关元件72b接通,而当第一反转脉冲信号96为第一脉冲电压92时第二开关元件72b断开。
图13是示出脉冲占空比过小时的脉冲信号的图。需要注意的是,在以下说明中,以第一脉冲信号91和第一反转脉冲信号96中的第一脉冲信号91为代表进行说明,并且由于第一反转脉冲信号96与第一脉冲信号91相同,因此省略其说明。
第一PWM波形生成部71与第一驱动电路72之间的布线包括电阻成分、电容成分、感应成分等。因此,如图13所示,在第一脉冲信号91的脉冲占空比接近0%的情况下,第一脉冲信号91的波形从虚线所示的理想脉冲波失真。而且,发生以下情况:第二脉冲电压93时的电压值无法超过用于切换第一开关元件72a及第二开关元件72b的接通/断开的切换电压97。当这样的波形失真发生时,无法在适当的时机接通/断开第一开关元件72a及第二开关元件72b。其结果,第一驱动信号48的波形变为从正弦波失真的波形。
因此,本实施方式涉及的第一PWM波形生成部71具有为了抑制第一脉冲信号91的波形失真而使第一脉冲信号91的脉冲占空比不过于接近0%的结构。具体而言,在第一PWM波形生成部71比较部73中,设定弯曲驱动规定值作为第一目标脉冲占空比信号87表示的目标脉冲占空比的规定值。当第一目标脉冲占空比信号87表示的目标脉冲占空比小于该弯曲驱动规定值时,第一PWM波形生成部71的输出部74将固定为弯曲驱动规定值的脉冲占空比的第一脉冲信号91和第一反转脉冲信号96分别作为间歇信号输出。当将间歇的第一脉冲信号91和第一反转脉冲信号96输入到第一驱动电路72时,输出作为间歇生成的周期信号的第一驱动信号48。
图14是示出包括间歇生成的周期信号PS的驱动信号的图。
如图14所示,当间歇第一驱动信号48时,可以降低第一驱动信号48的振幅的平均值。在图14中,为了便于说明,示出了第一驱动信号48,该第一驱动信号48包括如正弦波那样的周期信号PS波形连续的连续信号48A和周期信号PS为间歇的间歇信号48B。也就是说,图14是连续光信号48A从中途变化为间歇信号48B的示例。
另外,间歇信号48B重复包括间歇周期483,该间歇周期483包括作为输出周期信号PS的期间的输出期间481,及作为输出中断的期间的中断期间482。通过将包括这样间歇生成的间歇信号48B的第一驱动信号48施加到第一压电元件23及第五压电元件27,可以将输出期间481内的振幅的平均值视为在整个间歇周期483内的振幅。由此,能够降低第一驱动信号48的外观振幅,并且能够减慢转子2的驱动速度。
另外,当以这种方式将第一驱动信号48设为间歇时,第一脉冲信号91和第一反转脉冲信号96可以固定为具有上述弯曲驱动规定值的脉冲占空比。因此,能够抑制在第一脉冲信号91和第一反转脉冲信号96的脉冲占空比接近0%时发生的波形失真。也就是说,通过将上述弯曲驱动规定值设定在第一脉冲信号91和第一反转脉冲信号96的波形失真较小的脉冲占空比的范围内,可以抑制波形失真。其结果,即使在低速下也能够稳定地驱动第一压电元件23及第五压电元件27,并且即使在减慢驱动速度的状态下也能够稳定地使转子2旋转。需要注意的是,当脉冲占空比固定时,未必需要将脉冲占空比固定为弯曲驱动规定值,而是可以将其固定为比弯曲驱动规定值高的值。
在第一PWM波形生成部71的比较部73中设定的目标脉冲占空比的弯曲驱动规定值例如可以为5%以上且30%以下左右,优选地可以为10%以上且20%以下左右。由此,可以在抑制第一脉冲信号91和第一反转脉冲信号96的波形失真的同时,通过作为间歇生成的周期信号的第一驱动信号48,更稳定地驱动第一压电元件23和第五压电元件27。需要注意的是,在本说明书中,将通过间歇生成的周期信号驱动压电元件也称为“间歇驱动”。
另外,在作为间歇生成的周期信号的第一驱动信号48中,将输出期间481除以间歇周期483得到的值作为间歇占空比。即,间歇占空比是输出期间481与输出期间481和中断期间482两者之和的比。通过改变该间歇占空比,能够调整第一驱动信号48的外观振幅。也就是说,在将第一驱动信号48设为间歇信号48B时,第一驱动信号生成部66基于目标脉冲占空比来切换该间歇占空比。由此,即使在将第一驱动信号48设为间歇信号48B的情况下,也能够控制转子2的驱动速度。因此,即使在低速下也能够以目标驱动速度驱动转子2。
目标脉冲占空比与间歇占空比之间的关系没有特别限定,可以任意设定。
图15是表示目标脉冲占空比与间歇占空比之间的关系的一例的曲线图。在图15中,横轴表示目标脉冲占空比,纵轴表示间歇占空比。
图15是将关于目标脉冲占空比的所述弯曲驱动规定值设为16%的示例。在该示例中,当目标脉冲占空比小于16%时,目标脉冲占空比与间歇占空比满足比例关系。图15所示的第一相关线103是表示目标脉冲占空比与间歇占空比之间的关系的直线。如该第一相关线103所示,在将第一脉冲信号91及第一反转脉冲信号96的脉冲占空比固定为16%的状态下,通过根据目标脉冲占空比改变间歇占空比,能够对与目标脉冲占空比相应的转子2的驱动速度进行控制。由此,能够在抑制第一脉冲信号91及第一反转脉冲信号96的波形失真的同时,在低速下也能够稳定地驱动第一压电元件23及第五压电元件27。
更具体而言,在图15所示的示例中,当将弯曲驱动规定值设为16%时,如果目标脉冲占空比为16%以上,则将第一脉冲信号91和第一反转脉冲信号96的间歇占空比设为100%。由此,作为弯曲驱动信号的第一驱动信号48成为周期信号连续的连续信号48A。
另一方面,在目标脉冲占空比小于16%的情况下,第一驱动信号48成为间歇信号48B。
而且,在目标脉冲占空比大于15%且小于16%的情况下,可以将目标脉冲占空比0%~16%的15/16设为输出期间481的长度,并将其1/16设为中断期间482的长度。因此,求出该情况下的间歇占空比为(15/16)×100≈93.8%。
另外,在目标脉冲占空比大于14%且小于15%的情况下,可以将目标脉冲占空比0%~16%的14/16设为输出期间481的长度,并将其2/16设为中断期间482的长度。因此,求出该情况下的间歇占空比为(14/16)×100=87.5%。
进而,在目标脉冲占空比大于1%且小于2%的情况下,可以将目标脉冲占空比0%~16%的1/16设为输出期间481的长度,并将其15/16设为中断期间482的长度。因此,求出该情况下的间歇占空比为(1/16)×100≈6.3%。
而且,在目标脉冲占空比小于1%的情况下,可以将输出期间481的长度设为0,并停止弯曲驱动。
当基于如上计算,获得目标脉冲占空比与间歇占空比之间的关系时,可得到图15所示的曲线图。而且,当通过直线近似该关系时,可得到第一相关线103。
需要注意的是,第一驱动信号48的连续信号48A的频率即、上述周期信号的频率没有特别限定,但作为一例假设为480kHz。这样,可以将求出作为间歇周期483的倒数的间歇信号48B的间歇频率计算为480/16=30kHz。如果间歇频率为该水平,则超过人类可听频率的上限值即20kHz,因此不易发生伴随间歇信号48B进行的驱动的噪声问题。
另外,当以上述模式将第一驱动信号48设为间歇时,第三驱动信号51也可以以与第一驱动信号48不同的模式间歇,但优选地以相同的模式间歇。
图16是表示基于图15所示目标脉冲占空比与间歇占空比之间的关系驱动转子2时,目标驱动信号86表示的目标驱动电压与转子2的旋转速度之间关系的一例的曲线图。在图16中,横轴表示目标驱动电压,纵轴表示转子2的旋转速度。
当目标脉冲占空比小于16%时,即使在将间歇信号48B用作第一驱动信号48的情况下,在目标驱动电压与旋转速度之间也可获得恒定的正相关。图16所示的第二相关线104表示目标驱动电压与转子2的旋转速度之间的关系。通过使用上述间歇驱动,可以使图16所示的转子2的旋转速度与目标驱动电压大致成比例。由此,通过适当地改变目标驱动电压,可以以目标速度驱动转子2。因此,通过将间歇信号48B用作第一驱动信号48,可以在更宽的速度范围内稳定地控制转子2的旋转速度。
图17是表示目标脉冲占空比与间歇占空比之间的关系的另一例的曲线图。在图17中,横轴表示目标脉冲占空比,纵轴表示间歇占空比。
图17也是将目标脉冲占空比的所述弯曲驱动规定值设为16%的示例。在该示例中,当目标脉冲占空比小于16%时,目标脉冲占空比与间歇占空比满足正的相关关系,但间歇占空比相对于目标脉冲占空比的变化率不是恒定的,而是变化的。图17所示的第三相关线105是表示目标脉冲占空比与间歇占空比之间的关系的曲线。
更具体而言,在图17所示的示例中,当将弯曲驱动规定值设为16%时,如果目标脉冲占空比为16%以上,则将第一脉冲信号91及第一反转脉冲信号96的间歇占空比设为100%。
另一方面,在目标脉冲占空比大于13%且小于16%的情况下,可以将目标脉冲占空比0%~16%的15/16设为输出期间481的长度,并将其1/16设为中断期间482的长度。因此,求出该情况下的间歇占空比为(15/16)×100≈93.8%。
另外,在目标脉冲占空比大于11%且小于13%的情况下,可以将目标脉冲占空比0%~16%的14/16设为输出期间481的长度,并将其2/16设为中断期间482的长度。因此,求出该情况下的间歇占空比为(14/16)×100=87.5%。
进而,在目标脉冲占空比大于1%且小于2%的情况下,可以将目标脉冲占空比0%~16%的1/16设为输出期间481的长度,并将其15/16设为中断期间482的长度。因此,求出该情况下的间歇占空比为(1/16)×100≈6.3%。
而且,在目标脉冲占空比小于1%的情况下,可以将输出期间481的长度设为0,并停止弯曲驱动。
当基于如上计算,获得目标脉冲占空比与间歇占空比之间的关系时,可得到图17所示的曲线图。而且,当通过曲线近似该关系时,可得到第三相关线105。
另外,当第一驱动信号48包括如上所述的间歇信号48B时,第三驱动信号51也可以包括与第一驱动信号48不同条件的间歇信号,但优选地包括相同的间歇信号48B。
如上所述,在求出作为间歇生成的周期信号的第一驱动信号48的间歇占空比时,第一驱动信号生成部66可以基于用于从目标脉冲占空比进行换算的换算规则,求出间歇占空比。作为该换算规则,例如可列举用于绘制如上所述第一相关线103和第三相关线105的、表示目标脉冲占空比和间歇占空比之间的关系的换算表和换算公式。通过对第一PWM波形生成部71的输出部74设定这样的换算规则,可以容易地从输入的目标脉冲占空比求出间歇占空比。
另外,第一驱动信号生成部66的第一PWM波形生成部71可以具有多个换算规则并对换算规则进行切换。例如,可以在开始使用压电马达1时,使用基于第一相关线103的换算规则,并在使用了一定时间后,切换到作为其它换算规则的基于第三相关线105的换算规则。然后,可以基于该切换后的换算规则求出间歇占空比。由此,在振动体17、凸部22有可能发生经时变化的情况下,可以预测其变化,适当地选择并应用换算规则,使得变化的影响不显著。因此,即使在发生经时变化的情况下,也能够以目标速度驱动转子2。
第一电压检测部752具有A/D转换器(模拟数字转换器)的功能,该A/D转换器检测第一驱动信号48的输出期间电压振幅484、换言之在第一压电元件23及第五压电元件27的电极中产生的电压变化的大小。另外,计算检测到的输出期间电压振幅484的平均值,并且将计算结果作为电压振幅检测值485反馈到第一驱动电压控制部68。通过计算平均值,求出作为周期信号的输出期间电压振幅484的平均电压,并且如上所述,可以在第一驱动电压控制部68中进行考虑了与目标驱动信号86的偏差的驱动控制。
图18是图10所示的第一电压检测部752的概念图。
图18所示的第一电压检测部752具有电压值提取部7522和平均化处理部7524。电压值提取部7522具有A/D转换器的功能,并且以图19所示的恒定采样间隔t对输出期间电压振幅484中包括的电压值进行采样。
图19是表示周期信号PS的一例的图。另外,图20是用于说明在第一驱动信号48中包括间歇信号48B时,第一电压检测部752检测的输出期间电压振幅484及第一电压检测部752输出的电压振幅检测值485的图。
如图19所示,电压值提取部7522中的提取电压值的时间间隔即采样间隔t优选小于周期信号PS的一个周期。即,第一驱动信号生成部66的第一电压检测部752在图20所示的输出期间481中检测周期信号PS的输出期间电压振幅484,使此时检测的时间间隔即采样间隔t比周期信号PS的一个周期短。由此,能够以足够的精度检测因周期信号PS而变化的电压值。其结果,能够高精度地检测输出期间电压振幅484。需要注意的是,采样间隔t与周期信号PS的一个周期之间的大小关系没有特别限定,作为一例,采样间隔t优选为周期信号PS的一个周期的50%以下,并且更优选为30%以下。
将由电压值提取部7522提取的每个采样间隔t的电压值输入到平均化处理部7524。此外,当电压值为负时,将极性进行反转,然后输入到平均化处理部7524。由此,在图20的示例中,通过对提取的电压值按时间进行平均并进而加倍,获得输出期间电压振幅484。
平均化处理部7524是所谓的移动平均滤波器。平均化处理部7524具有第一延迟部7524a、第二延迟部7524b、第三延迟部7524c、加法部7524d及除法部7524e。
例如,在图19中,将时刻t1处的电压值设为V1,将从时刻t1起采样间隔t后的时刻t2处的电压值设为V2,将从时刻t2起采样间隔t后的时刻t3处的电压值设为V3,并将从时刻t3起采样间隔t后的时刻t4处的电压值设为V4。
在时刻t1从电压值提取部7522输出的电压值V1输入到第一延迟部7524a和加法部7524d。
第一延迟部7524a将从电压值提取部7522输出的电压值V1在从输入时刻t1起延迟一个采样间隔t后的时刻t2,分别输出到第二延迟部7524b和加法部7524d。
第二延迟部7524b将从第一延迟部7524a输入的电压值V1在从输入时刻t2起延迟一个采样间隔t后的时刻t3,分别输出到第三延迟部7524c和加法部7524d。
第三延迟部7524c将从第二延迟部7524b输入的电压值V1在从输入时刻t3起延迟一个采样间隔t后的时刻t4,输出到加法部7524d。
另一方面,在该时刻t4,电压值V2从第二延迟部7524b输出到加法部7524d,电压值V3从第一延迟部7524a输出到加法部7524d,并且电压值V4从电压值提取部7522输出到加法部7524d。图19示出时刻t4的状态。
这样,在该时刻t4,加法部7524d计算电压值V1、V2、V3、V4的和V1+V2+V3+V4。计算出的和V1+V2+V3+V4输出到除法部7524e,并且在除法部7524e中除以4时的解(V1+V2+V3+V4)/4为电压振幅检测值485。
通过实施这样的平均化处理,实施所谓的低通滤波处理。其结果,可以在去除高频分量并抑制反映过敏变化的同时,反馈平均后的输出期间电压振幅484。
需要注意的是,第一电压检测部752的结构不限于上述结构。例如,可以根据需要设置平均化处理部7524,也可以将其省略。另外,平均化处理部7524还可以具有校正电压值V1~V4的校正部等。具体而言,可以通过设置乘以任意常数的乘法部等来校正电压值V1~V4的检测误差。
接下来,对第一驱动信号48中包括间歇信号48B时的输出期间电压振幅484的反馈进行说明。
为了在第一驱动电路72中生成间歇信号48B,需要从第一PWM波形生成部71输出间歇的第一脉冲信号91。具体而言,间歇信号48B是通过将包括输出期间481和中断期间482的间歇周期483反复而构成的信号。而且,由于在中断期间482中需要中断弯曲振动,因此将连接到第一压电元件23及第五压电元件27的第一开关元件72a及第二开关元件72b均断开。由此,第一开关元件72a及第二开关元件72b均处于高阻抗状态。其结果,在中断期间482中,第一驱动电路72与第一压电元件23及第五压电元件27之间处于电浮置状态。
然而,即使在这种状态下,伸缩振动有时也会持续。具体而言,由于伸缩振动不影响转子2的驱动速度,因此即使在中断期间482也可以通过持续伸缩振动,进行使转子2的驱动稳定化的控制。
但是,当振动体17伸缩振动时,从作为弯曲压电元件的第一压电元件23及第五压电元件27周期性地产生伴随压电效果的电荷。这样,如图20所示,产生伴随周期性电荷产生的未预期的电压变化NV,并且由第一电压检测部752经由第一反馈电路75的布线751检测该变化。其结果,尽管是中断弯曲振动的中断期间482,但是如图20所示在第一电压检测部752中未预期的中断期间电压振幅484’被反馈到第一驱动电压控制部68。这样,检测到的中断期间电压振幅484’影响第一驱动电压控制部68中的第一目标脉冲占空比信号87的生成,并且导致转子2的驱动速度的精度降低。
因此,在本实施方式中,首先,如图10所示,从第一PWM波形生成部71向第一电压检测部752输入表示中断期间482的中断期间信号712。如上所述,在中断期间482,通过第一脉冲信号91和第一反转脉冲信号96工作的第一开关元件72a和第二开关元件72b分别处于高阻抗状态。因此,将表示处于该高阻抗状态的期间的中断期间信号712从第一PWM波形生成部71输出并输入到第一电压检测部752。
第一电压检测部752基于中断期间信号712,进行将检测到的中断期间电压振幅484’替换为适当值的处理。通过该处理,能够防止反馈未预期的中断期间电压振幅484’。
具体而言,将在中断期间信号712表示的中断期间482中检测到的中断期间电压振幅484’视为与第一驱动信号48无关的电压改变。因此,如图20所示,电压值提取部7522将在中断期间482输入的中断期间电压振幅484’替换为规定的固定值F。其结果,将一部分期间替换为固定值F的周期信号PS输入到平均化处理部7524。
而且,如图20所示,作为平均化处理部7524的平均结果,生成电压振幅检测值485,该电压振幅检测值485在输出期间481具有与输出期间电压振幅484对应的值,且在中断期间482具有与固定值F对应的值。图20示出作为一例固定值F为0的情况。
将如上所述生成的电压振幅检测值485反馈到第一驱动电压控制部68。
因此,在本实施方式中,第一驱动信号生成部66的第一电压检测部752将中断期间482中的中断期间电压振幅484’设为固定值F,接着实施时间平均化处理即、将输出期间电压振幅484与固定值F相加而得到的值按时间进行平均,并且基于该平均结果即、将电压振幅检测值485反馈到第一驱动电压控制部68,生成目标脉冲占空比。
在这样的控制中,如上所述,第一电压检测部752不检测在中断期间482与第一驱动信号48无关地产生的中断期间电压振幅484’,而是将其替换为固定值F。因此,可以从电压振幅检测值485中消除中断期间电压振幅484’的影响。由此,可以生成并反馈适当反映了第一驱动信号48的电压振幅检测值485。其结果,由于在第一驱动电压控制部68中计算目标驱动信号86与电压振幅检测值485之间的适当偏差,因此能够防止伴随未预期的中断期间电压振幅484’的第一驱动信号48的精度降低。另外,通过根据需要适当改变固定值F,能够任意调整在中断期间482生成的电压振幅检测值485。
需要注意的是,固定值F可以是0,也可以是非0值。
当第一驱动信号生成部66的第一电压检测部752将固定值F设为0时,可以消除在中断期间482中原本不应产生的中断期间电压振幅484’的影响。
当第一驱动信号生成部66的第一电压检测部752将固定值F设为非0值时,代替在中断期间482中原本不应产生的中断期间电压振幅484’,可以输入任何校正值。由此,可以任意调整在中断期间482生成的电压振幅检测值485。
另外,图10所示的第二驱动信号生成部67具有与第一驱动信号生成部66相同的结构。因此,对第二驱动信号生成部67进行简单说明。第二驱动电压控制部76实施基于目标驱动信号86和从后述第二电压检测部832输出的电压振幅检测值515的PI控制。而且,生成第二目标脉冲占空比信号111,该第二目标脉冲占空比信号111表示第三驱动信号51的输出期间电压振幅514成为基于目标驱动信号86的电压的目标脉冲占空比。也就是说,第二驱动电压控制部76基于输入的目标驱动信号86生成第二目标脉冲占空比信号111。
第二PWM波形生成部77生成第二脉冲信号112,该第二脉冲信号112具有基于该第二目标脉冲占空比信号111的目标脉冲占空比、且频率为基于频率控制部62中生成的频率指令88的频率。然后,第二驱动电路78基于第二脉冲信号112生成第三驱动信号51。换言之,第二驱动电路78使用基于第二目标脉冲占空比信号111生成的第二脉冲信号112,生成第三驱动信号51。然后,第二驱动电路78将第三驱动信号51施加到第二压电元件24及第四压电元件26。
在此,在第二PWM波形生成部77的比较部中,与第一PWM波形生成部71的比较部73同样地,也设定与第二目标脉冲占空比信号111表示的目标脉冲占空比有关的弯曲驱动规定值。当第二目标脉冲占空比信号111表示的目标脉冲占空比小于该弯曲驱动规定值时,第二PWM波形生成部77的输出部输出固定为弯曲驱动规定值的脉冲占空比的第二脉冲信号112。除此以外,输出部间歇地输出该第二脉冲信号112。当将如此间歇的第二脉冲信号112输入到第二驱动电路78时,输出作为间歇生成的周期信号的第三驱动信号51。
通过如此使用作为间歇信号的第三驱动信号51,即使在低速下也能够稳定地驱动第二压电元件24及第四压电元件26,并且即使在减慢驱动速度的状态下也能够稳定地使转子2旋转。
在第二PWM波形生成部77的比较部中设定的目标脉冲占空比的弯曲驱动规定值可以与在第一PWM波形生成部71的比较部73中设定的目标脉冲占空比的所述弯曲驱动规定值不同,但优选为相同。由此,第三驱动信号51可以在与上述第一驱动信号48相同的定时从连续信号改变为间歇信号,或者从间歇信号改变为连续信号。其结果,能够使振动体17稳定地弯曲振动。
需要注意的是,第二驱动信号生成部76可以使第三驱动信号51的间歇占空比与第一驱动信号48的间歇占空比不同,但优选为相同。
除此以外,第二PWM波形生成部77与第一PWM波形生成部71相同。
第二电压检测部832具有A/D转换器的功能,该A/D转换器检测第三驱动信号51的输出期间电压振幅514、换言之在第二压电元件24及第四压电元件26的电极中产生的电压变化的大小。另外,计算检测到的输出期间电压振幅514的平均值,并且将计算结果作为电压振幅检测值515反馈到第二驱动电压控制部76。
第二驱动电压控制部76的第二电压检测部832构成为在第三驱动信号51的中断期间不检测与第三驱动信号51无关地产生的中断期间电压振幅514’。因此,可以从电压振幅检测值515中消除中断期间电压振幅514’的影响。由此,在第二驱动电压控制部76中计算目标驱动信号86与电压振幅检测值515之间的适当偏差,因此能够防止伴随未预期的中断期间电压振幅514’的第三驱动信号51的精度降低。
第二电压控制部61具有PU电压控制部114和第三驱动信号生成部115。此外,PU是指拾取器(Pickup)。第三驱动信号生成部115生成施加到第三压电元件25的第二驱动信号50。第三驱动信号生成部115具有第三驱动电压控制部116、第三PWM波形生成部117及作为驱动电路的第三驱动电路118。第三PWM波形生成部117具有未图示的比较部及输出部。第三PWM波形生成部117生成第三脉冲信号125,并且根据需要将第三脉冲信号125设为间歇。将第三驱动电路118输出的第二驱动信号50输出到第三压电元件25。另外,将在第三压电元件25中产生的输出期间电压振幅504输出到第三驱动电压控制部116的电路作为第三反馈电路119。第三反馈电路119具有连接第三压电元件25和第三驱动电压控制部116的布线1191及第三电压检测部1192。第三电压检测部1192检测在第三压电元件25中产生的输出期间电压振幅504,并进行必要的处理,然后将处理结果输出到第三驱动电压控制部116。也就是说,第三反馈电路119将检测到的输出期间电压振幅504反馈到第三驱动电压控制部116。第三驱动信号生成部115具有包括这样的第三电压检测部1192的第三反馈电路119。
进而,将在第三压电元件25中产生的输出期间电压振幅504通过与第三反馈电路119不同的路径输出到频率控制部62的电路作为第四反馈电路120。
第二电压控制部61具有将从第六压电元件28及第七压电元件31输出的拾取信号52反馈到PU电压控制部114的第五反馈电路121。而且,第二电压控制部61控制第二驱动信号50使得拾取信号52成为目标值。通过将拾取信号52保持为目标值,振动体17沿Y轴稳定地振动。因此,压电马达1能够稳定地驱动。
拾取信号52的目标振幅值即振幅指令和拾取信号52从未图示的主计算机输入到PU电压控制部114。PU电压控制器114针对振幅指令与拾取信号52之间的偏差进行PI控制,该PI控制实施调整比例增益的比例控制及调整积分增益的积分控制。然后,PU电压控制部114生成电压指令123使得拾取信号52变成基于振幅指令的振幅。
第三驱动信号生成部115具有与第一驱动信号生成部66及第二驱动信号生成部67相同的结构。因此,对第三驱动信号生成部115进行简单的说明。
第三驱动电压控制部116针对电压指令123与从后述第三电压检测部1192输出的电压振幅检测值505之间的偏差实施PI控制,该PI控制进行调整比例增益的比例控制及调整积分增益的积分控制。然后,第三驱动电压控制部116生成第三目标脉冲占空比信号124,该第三目标脉冲占空比信号124表示第二驱动信号50的输出期间电压振幅504成为基于电压指令123的电压的目标脉冲占空比。第三驱动电压控制部116将第三目标脉冲占空比信号124传递到第三PWM波形生成部117。
第三PWM波形生成部117生成第三脉冲信号125,该第三脉冲信号125具有基于该第三目标脉冲占空比信号124的目标脉冲占空比、且频率为基于频率控制部62中生成的频率指令88的频率。然后,第三驱动电路118基于第三脉冲信号125生成第二驱动信号50。第三驱动电路118将第二驱动信号50施加到第三压电元件25。
在此,在第三PWM波形生成部117的比较部中,与第一PWM波形生成部71的比较部73同样地,也设定伸缩驱动规定值作为与第三目标脉冲占空比信号124表示的目标脉冲占空比有关的规定值。当第三目标脉冲占空比信号124表示的目标脉冲占空比小于该伸缩驱动规定值时,第三PWM波形生成部117的输出部输出固定为伸缩驱动规定值的脉冲占空比的第三脉冲信号125。除此以外,输出部间歇地输出该第三脉冲信号125。当将如此间歇的第三脉冲信号125输入到第三驱动电路118时,输出作为间歇生成的周期信号的第二驱动信号50。
通过如此使用作为间歇信号的第二驱动信号50,即使在低速下也能够稳定地驱动第三压电元件25,并且即使在减慢驱动速度的状态下也能够稳定地使转子2旋转。
在第三PWM波形生成部117的比较部中设定的目标脉冲占空比的所述伸缩驱动规定值可以与在第一PWM波形生成部71的比较部73和第二PWM波形生成部77的比较部中设定的弯曲驱动规定值相同,但优选为不同。
具体而言,如上所述,振动体17具有与作为被驱动部的转子2抵接的凸部22。作为驱动用压电元件的第一压电元件23~第五压电元件27具有作为使振动体17伸缩振动的伸缩压电元件的第三压电元件25、及作为使振动体17弯曲振动的弯曲压电元件的第一压电元件23、第二压电元件24、第四压电元件26及第五压电元件27。另外,将作为伸缩驱动信号的第二驱动信号50施加到第三压电元件25,将作为弯曲驱动信号的第一驱动信号48施加到第一压电元件23及第五压电元件27,并且将作为弯曲驱动信号的第三驱动信号51施加到第二压电元件24及第四压电元件26。
此时,第三驱动信号生成部115可以使第二驱动信号50的间歇占空比与第一驱动信号48及第三驱动信号51的各间歇占空比彼此相同,但优选为不同。由于伸缩驱动与弯曲驱动之间的振动特性不同,因此伸缩驱动规定值与弯曲驱动规定值也不同,由此能够进一步优化振动体17的振动。
具体而言,当将用于生成作为伸缩驱动信号的第二驱动信号50的目标脉冲占空比设为伸缩驱动目标脉冲占空比,并将用于生成作为弯曲驱动信号的第一驱动信号48及第三驱动信号51的目标脉冲占空比设为弯曲驱动目标脉冲占空比时,第一驱动信号生成部66及第二驱动信号生成部67优选地使弯曲驱动目标脉冲占空比的规定值即弯曲驱动规定值大于伸缩驱动目标脉冲占空比的规定值即伸缩驱动规定值。与弯曲驱动相比,伸缩驱动的能够稳定驱动的目标脉冲占空比的范围宽。因此,通过使弯曲驱动规定值大于伸缩驱动规定值,与弯曲驱动相比,能够在目标脉冲占空比更宽的范围内连续进行伸缩驱动。由此,使得易于维持稳定的伸缩驱动。
进而,第三驱动信号生成部115优选将伸缩驱动规定值设为0。也就是说,作为伸缩驱动信号的第二驱动信号50优选为不间歇。伸缩驱动信号与弯曲驱动信号不同,即使在以低速驱动转子2的情况下,也无需随着目标脉冲占空比接近0%而变小。因此,能够避免必要性低的间歇驱动,稳定地驱动转子2。
第三电压检测部1192具有A/D转换器的功能,该A/D转换器检测第二驱动信号50的输出期间电压振幅504、换言之在第三压电元件25的电极中产生的电压变化的大小。另外,计算检测到的输出期间电压振幅504的平均值,并且将计算结果作为电压振幅检测值505反馈到第三驱动电压控制部116。
第三驱动电压控制部115的第三电压检测部1192构成为不检测在第二驱动信号50的中断期间与第二驱动信号50无关地产生的中断期间电压振幅504’。因此,可以从电压振幅检测值505中消除中断期间电压振幅504’的影响。由此,在第三驱动电压控制部116中计算压电指令123与电压振幅检测值505之间的适当偏差,因此能够防止伴随未预期的中断期间电压振幅504’的第二驱动信号50的精度降低。
除此以外,第三PWM波形生成部117的结构与第一PWM波形生成部71的结构及第二PWM波形生成部77的结构相同。
需要注意的是,如上所述的弯曲驱动规定值及伸缩驱动规定值的设定可以根据需要进行,也可以将其省略。在此情况下,例如,第一驱动信号48及第三驱动信号51可以总是间歇信号48B。但是,从进行更稳定的驱动的观点出发,优选地将如上所述的规定值作为阈值,并且进行控制使得在连续信号48A与间歇信号48B之间切换。
由第三驱动电路118生成的第二驱动信号50和拾取信号52输入到频率控制部62。频率控制部62求得第二驱动信号50与拾取信号52之间的相位差,并针对预先设定的目标相位差与实际相位差之间的偏差进行PI控制,该PI控制实施调整比例增益的比例控制及调整积分增益的积分控制。然后,频率控制部62生成频率指令88,使得实际的相位差成为基于目标相位差的相位差。由频率控制部62生成的频率指令88发送到第一PWM波形生成部71、第二PWM波形生成部77及第三PWM波形生成部117。第一PWM波形生成部71、第二PWM波形生成部77及第三PWM波形生成部117分别生成具有基于频率指令88的频率的第一脉冲信号91、第二脉冲信号112及第三脉冲信号125。第一脉冲信号91、第二脉冲信号112及第三脉冲信号125分别输入到第一驱动电路72、第二驱动电路78及第三驱动电路118。然后,如上所述,第三驱动电路118生成使振动体17伸缩振动的第二驱动信号50。第一驱动电路72及第二驱动电路78生成使振动体17弯曲振动的第一驱动信号48及第三驱动信号51。
振动体17通过组合伸缩振动和弯曲振动来使转子2移动。而且,第三驱动电路118生成使振动体17伸缩振动的第二驱动信号50。第一驱动电路72及第二驱动电路78生成使振动体17弯曲振动的第一驱动信号48及第三驱动信号51。
如上所述,本实施方式涉及的压电驱动装置即压电马达1具有:振动体17,通过对作为驱动用压电元件的第一压电元件23及第五压电元件27施加包含周期信号PS的第一驱动信号48而振动;转子2,作为通过振动体17的振动而驱动的被驱动部;及第一驱动信号生成部66,使用基于目标脉冲占空比生成的第一脉冲信号91来生成第一驱动信号48,并且检测在第一压电元件23及第五压电元件27中产生的输出期间电压振幅484,并基于输出期间电压振幅484生成目标脉冲占空比。而且,第一驱动信号48包括间歇信号48B,该间歇信号48B由输出周期信号PS的输出期间481和中断周期信号PS的输出的中断期间482构成。另外,第一驱动信号生成部66在中断期间482不检测第一压电元件23及第五压电元件27中产生的中断期间电压振幅484’,在输出期间481检测第一压电元件23及第五压电元件27中产生的输出期间电压振幅484。
根据这样的压电马达1,通过第一驱动信号48包括间歇信号48B,能够降低第一驱动信号48的外观振幅。由此,即使在低速下也能够稳定地驱动第一压电元件23及第五压电元件27,并且即使在驱动速度低的情况下也能够稳定地驱动转子2。另外,第一驱动信号生成部66构成为不检测在中断期间482中与第一驱动信号48无关地产生的中断期间电压振幅484’,因此可以生成并反馈电压振幅检测值485,该电压振幅检测值485适当反映了包括间歇信号48B的第一驱动信号48。其结果,可以使目标脉冲占空比仅反映输出期间电压振幅484,并且能够防止伴随反馈的第一驱动信号48的精度降低。由此,即使在使用包括间歇信号48B的第一驱动信号48的情况下,也能够高精度地驱动第一压电元件23及第五压电元件27,稳定地驱动转子2。
接下来,利用图21对上述压电马达1的控制方法进行说明。
需要注意的是,第一电压检测部752、第二电压检测部832及第三电压检测部1192的控制方法均大致相同。在下文中,对第一电压检测部752的控制方法进行说明,并且省略对第二电压检测部832及第三电压检测部1192的控制方法的说明。
图21是用于说明实施方式涉及的压电驱动装置的控制方法的流程图。此外,在该说明中,作为一例,对第一驱动信号48是将上述弯曲驱动规定值作为阈值且在连续信号48A与间歇信号48B之间进行切换的信号的情况进行说明。
图21所示的压电驱动装置的控制方法具有:目标驱动电压设定步骤,通过速度控制部65设定目标驱动电压;目标脉冲占空比信号生成步骤,通过第一驱动电压控制部68生成表示目标脉冲占空比的第一目标脉冲占空比信号87;目标脉冲占空比比较步骤,比较目标脉冲占空比和弯曲驱动规定值;间歇脉冲信号生成步骤和连续脉冲信号生成步骤,基于目标脉冲占空比及比较结果,生成第一脉冲信号91;间歇驱动信号输出步骤和连续驱动信号输出步骤,基于第一脉冲信号91生成并输出包括连续信号48A或间歇信号48B的第一驱动信号48;电压振幅替换步骤,当生成间歇信号48B时,在中断期间482将中断期间电压振幅484’替换为固定值F;电压振幅检测步骤,当生成连续信号48A时,检测输出期间电压振幅484;时间平均化处理步骤,对包括输出周期电压振幅484和固定值F的信号实施时间平均化处理,得到电压振幅检测值485;及反馈步骤,反馈电压振幅检测值485。
图21的步骤S1是目标驱动电压设定步骤。在该步骤,在速度控制部65中生成与转子2的目标驱动速度对应的目标驱动电压,进而生成与该目标驱动电压对应的目标驱动信号86并将其输出到第一驱动电压控制部68。
图21的步骤S2是目标脉冲占空比信号生成步骤。在该步骤中,基于目标驱动信号86表示的目标驱动电压,由第一驱动电压控制部68计算目标脉冲占空比。然后,生成表示目标脉冲占空比的第一目标脉冲占空比信号87。第一驱动电压控制部68将生成的第一目标脉冲占空比信号87输出到第一PWM波形生成部71。
图21的步骤S3是目标脉冲占空比比较步骤。在该步骤中,通过比较部73对第一目标脉冲占空比信号87表示的目标脉冲占空比和成为是否进行间歇驱动的阈值的弯曲驱动规定值进行比较。具体而言,判断目标脉冲占空比是否小于弯曲驱动规定值。然后,当判断为目标脉冲占空比为弯曲驱动规定值以上时,不将从输出部74输出的第一脉冲信号91设为间歇。另一方面,当判断为目标脉冲占空比小于弯曲驱动规定值时,间歇从输出部74输出的第一脉冲信号91。然后,将包括比较结果的比较结果信号89输出到输出部74。
图21的步骤S41是间歇脉冲信号生成步骤。当在比较部73中目标脉冲占空比小于弯曲驱动规定值时,基于第一目标脉冲占空比信号87,由输出部74生成第一脉冲信号91。另外,基于比较结果信号89,由输出部74设定第一脉冲信号91的间歇占空比。由此,生成具有以该间歇占空比间歇的波形的第一脉冲信号91。
需要注意的是,在使第一脉冲信号91间歇的情况下,基于目标脉冲占空比与间歇占空比之间的关系,首先设定第一脉冲信号91的间歇占空比,并基于此调整第一驱动信号48的间歇占空比。
图21的步骤S51是间歇驱动信号输出步骤。当在输出部74中生成并输出具有间歇波形的第一脉冲信号91时,在第一驱动电路72中生成具有间歇波形的第一驱动信号48。然后,将该第一驱动信号48输出到第一压电元件23及第五压电元件27。
图21的步骤S61是电压振幅替换步骤。当第一驱动信号48包括间歇信号48B时,在电压值提取部7522中,在间歇信号48B的中断期间482不检测第一压电元件23及第五压电元件27中产生的中断期间电压振幅484’,而是将固定值F视为检测值。也就是说,用固定值F替换中断期间电压振幅484’。
图21的步骤S42是连续脉冲信号生成步骤。当在比较部73中目标脉冲占空比为弯曲驱动规定值以上时,基于第一目标脉冲占空比信号87,由输出部74生成第一脉冲信号91。另外,基于比较结果信号89,由输出部74使第一脉冲信号91成为连续信号。由此,生成具有连续波形的第一脉冲信号91。
图21的步骤S52是连续驱动信号输出步骤。当在输出部74中生成并输出具有连续波形的第一脉冲信号91时,在第一驱动电路72中生成具有连续波形的第一驱动信号48。然后,将该第一驱动信号48输出到第一压电元件23及第五压电元件27。
图21的步骤S62是电压振幅检测步骤。当第一驱动信号48是连续信号48A时,在电压值提取部7522中,检测在第一压电元件23及第五压电元件27中产生的输出期间电压振幅484。
图21的步骤S7是时间平均化处理。通过平均化处理部7524,对包括步骤S61中替换的固定值F的信号或步骤S62中检测到的中断期间电压振幅484实施时间平均化处理。由此,生成电压振幅检测值485。
图21的步骤S8是反馈步骤。将在步骤S7中生成的电压振幅检测值485反馈到第一驱动电压控制部68。然后,通过第一驱动电压控制部68,基于目标驱动信号86和电压振幅检测值485生成第一目标脉冲占空比信号87。
如上所述,本实施方式涉及的压电驱动装置即压电马达1的控制方法是以下压电马达1的控制方法,即具有:振动体17,通过对作为驱动用压电元件的第一压电元件23及第五压电元件27施加包含周期信号PS的第一驱动信号48而振动;转子2,作为通过振动体17的振动而驱动的被驱动部;及第一驱动信号生成部66,使用基于目标脉冲占空比生成的第一脉冲信号91来生成第一驱动信号48,其中第一驱动信号生成部66检测在第一压电元件23及第五压电元件27中产生的输出期间电压振幅484,并基于输出期间电压振幅484生成目标脉冲占空比。而且,第一驱动信号48包括间歇信号48B,该间歇信号48B由输出周期信号PS的输出期间481和中断周期信号PS的输出的中断期间482构成。另外,第一驱动信号生成部66在输出期间481检测第一压电元件23及第五压电元件27中产生的输出期间电压振幅484,而在中断期间482不检测第一压电元件23及第五压电元件27中产生的中断期间电压振幅484’。
根据这样的控制方法,通过第一驱动信号48包括间歇信号48B,能够降低第一驱动信号48的外观振幅。由此,即使在低速下也能够稳定地驱动第一压电元件23及第五压电元件27,并且即使在驱动速度低的情况下也能够稳定地驱动转子2。另外,第一驱动信号生成部66不检测在中断期间482中与第一驱动信号48无关地产生的中断期间电压振幅484’,因此可以生成并反馈适当反映了第一驱动信号48的电压振幅检测值485。其结果,能够防止伴随反馈的第一驱动信号48的精度降低。由此,即使在使用包括间歇信号48B的第一驱动信号48的情况下,也能够高精度地驱动第一压电元件23及第五压电元件27,稳定地驱动转子2。
需要注意的是,在本说明书中,不检测中断期间电压振幅484’是指以下情况中的任一种:将中断期间电压振幅484’替换为固定值F;及将中断期间电压振幅484’减小到在生成目标脉冲占空比时不引起问题的程度。
另外,如上所述,作为驱动用压电元件的第一压电元件23及第五压电元件27包括作为使振动体17伸缩振动的伸缩压电元件的第三压电元件25,及作为使振动体17弯曲振动的弯曲压电元件的第一压电元件23、第二压电元件24、第四压电元件26及第五压电元件。进而,在第三压电元件25中产生作为伸缩电压振幅的输出期间电压振幅504,并且在第一压电元件23、第二压电元件24、第四压电元件26及第五压电元件27中产生作为弯曲电压振幅的输出期间电压振幅484、514。
而且,第一驱动信号生成部66在间歇信号48B的中断期间482不检测第一压电元件23和第五压电元件27中产生的中断期间电压振幅484’。同样地,第二驱动信号生成部76在间歇信号的中断期间不检测第二压电元件24和第四压电元件26中产生的中断期间电压振幅514’。
根据这样的控制,特别地在生成影响转子2的驱动速度的第一驱动信号48和第三驱动信号51时,能够防止中断期间电压振幅484’、514’的影响。
另一方面,第三驱动信号生成部115在间歇信号的中断期间不检测在第三压电元件25中产生的中断期间电压振幅504’。
根据这样的控制,特别地能够检测并反馈电压振幅检测值505,该电压振幅检测值505较好地反映了第三目标脉冲占空比信号124表示的目标脉冲占空比。
2.第二实施方式
接下来,对包括压电马达的机器人的实施方式进行说明。
图22是表示包括压电马达的机器人的结构的示意性立体图。图22所示的机器人171能够进行精密设备或构成该精密设备的部件的供料、除料、输送及组装等作业。机器人171是六轴机器人,具有:基座172,固定于地板或天花板;第一臂173,转动自如地连结到基座172;第二臂174,转动自如地连结到第一臂173;及第三臂175,转动自如地连结到第二臂174。进而,机器人171具有:第四臂176,转动自如地连结到第三臂175;第五臂177,转动自如地连结到第四臂176;第六臂178,转动自如地连结到第五臂177;及控制装置181,控制这些第一臂173~第六臂178的驱动。
另外,在第六臂178上设有手连接部,在手连接部上安装有与使机器人171执行的作业相应的末端执行器182。另外,在各关节部中的全部或一部分上搭载有作为压电驱动装置的压电马达180,通过该压电马达180的驱动,第一臂173~第六臂178转动。压电马达180也可以搭载于末端执行器182,用于驱动末端执行器182。而且,上述压电马达1用于该压电马达180。
控制装置181由计算机构成,并且例如具有CPU(Central Processing Unit:中央处理单元)、存储器、接口等。而且,处理器通过执行存储在存储器中的预定程序,控制机器人171的各部的驱动。此外,所述程序也可以经由接口从外部的服务器下载。另外,控制装置181的结构的全部或者一部分可以构成为设置于机器人171的外部并经由局域网等通信网连接。
这样,机器人171至少具有第一臂173、在关节部与第一臂173连接的第二臂174、及配置于关节部的上述压电马达1。
即,机器人171具有压电马达1,该压电马达1具有:振动体17,通过对作为驱动用压电元件的第一压电元件23及第五压电元件27施加包含周期信号PS的第一驱动信号48而振动;转子2,作为通过振动体17的振动而驱动的被驱动部;及第一驱动信号生成部66,使用基于目标脉冲占空比生成的第一脉冲信号91来生成第一驱动信号48,并且检测在第一压电元件23及第五压电元件27中产生的输出期间电压振幅484,并使目标脉冲占空比反映输出期间电压振幅484。而且,第一驱动信号48包括间歇信号48B,该间歇信号48B由输出周期信号PS的输出期间481和中断周期信号PS的输出的中断期间482构成。另外,第一驱动信号生成部66在中断期间482不检测第一压电元件23及第五压电元件27中产生的中断期间电压振幅484’,而在输出期间481检测第一压电元件23及第五压电元件27中产生的输出期间电压振幅484。
这样的机器人171由于具有即使在低速下也能够稳定地驱动的压电马达1,因此具有优异的驱动特性。
3.第三实施方式
接下来,对包括压电马达的打印机的实施方式进行说明。
图23是表示包括压电马达的打印机的结构的示意性立体图。
图23所示的打印机191包括装置主体192、设置于装置主体192内部的印刷机构193、供纸机构194及控制装置195。另外,在装置主体192中,设有用于设置记录纸张196的托盘197、排出记录纸张196的排纸口198及液晶显示器等操作面板201。
印刷机构193包括头单元202、滑架电机203及通过滑架电机203的驱动力使头单元202往复运动的往复移动机构204。另外,头单元202具有作为喷墨式记录头的头部202a、向头部202a供给墨水的墨盒202b及搭载有头部202a和墨盒202b的滑架202c。
往复移动机构204具有可往复移动地支承滑架202c的滑架引导轴204a,和通过滑架电机203的驱动力使滑架202c在滑架引导轴204a上移动的正时带204b。另外,供纸机构194具有彼此压力焊接的从动辊205及驱动辊206,和用于驱动驱动辊206的压电驱动装置即压电马达207。而且,上述压电马达1用于该压电马达207。
在这样的打印机191中,供纸机构194将记录纸张196逐张地间歇输送到头单元202的下部附近。此时,头单元202在与记录纸张196的输送方向大致正交的方向上往复移动,并且在记录纸张196上进行印刷。
控制装置195由计算机构成,并且例如具有CPU、存储器、接口等。而且,处理器通过执行存储在存储器中的预定程序,控制打印机191的各部的驱动。例如,基于经由接口从个人计算机等主计算机输入的印刷数据来执行这种控制。此外,所述程序也可以经由接口从外部的服务器下载。另外,控制装置195的结构的全部或者一部分可以构成为设置于打印机191的外部并经由局域网等通信网连接。
这样,打印机191具有上述压电马达1。
即,打印机191具有压电马达1,该压电马达1具有:振动体17,通过对作为驱动用压电元件的第一压电元件23及第五压电元件27施加包含周期信号PS的第一驱动信号48而振动;转子2,作为通过振动体17的振动而驱动的被驱动部;及第一驱动信号生成部66,使用基于目标脉冲占空比生成的第一脉冲信号91来生成第一驱动信号48,并且检测在第一压电元件23及第五压电元件27中产生的输出期间电压振幅484,并使目标脉冲占空比反映输出期间电压振幅484。而且,第一驱动信号48包括间歇信号48B,该间歇信号48B由输出周期信号PS的输出期间481和中断周期信号PS的输出的中断期间482构成。另外,第一驱动信号生成部66在中断期间482不检测第一压电元件23及第五压电元件27中产生的中断期间电压振幅484’,而在输出期间481检测第一压电元件23及第五压电元件27中产生的输出期间电压振幅484。
这样的打印机191由于具有即使在低速下也能够稳定地驱动的压电马达1,因此具有优异的驱动特性。
需要注意的是,在本实施方式中,压电马达207驱动供纸用的驱动辊206,但除此以外,例如也可以驱动滑架202c。
以上,基于图示的实施方式对本发明的压电驱动装置的控制方法、压电驱动装置及机器人进行了说明,但本发明并不限于此,上述实施方式的各部的结构可以替换为具有相同功能的任意结构。另外,可以在上述实施方式中添加其它任意构成部件。进而,也可以在上述实施方式涉及的压电驱动装置的控制方法中添加任意目的的步骤。另外,也可以适当地组合各实施方式。
Claims (10)
1.一种压电驱动装置的控制方法,其特征在于,具有:
振动体,具有驱动用压电元件,通过对所述驱动用压电元件施加包含周期信号的驱动信号而振动;
被驱动部,通过所述振动体的振动而驱动该被驱动部;及
驱动信号生成部,使用基于目标脉冲占空比生成的脉冲信号来生成所述驱动信号,
所述驱动信号生成部检测在所述驱动用压电元件中产生的电压振幅,并基于所述电压振幅生成所述目标脉冲占空比,
所述驱动信号包括间歇信号,所述间歇信号由输出所述周期信号的输出期间和中断所述周期信号的输出的中断期间构成,
当将所述输出期间的所述电压振幅作为输出期间电压振幅并将所述中断期间的所述电压振幅作为中断期间电压振幅时,所述驱动信号生成部检测所述输出期间电压振幅,而不检测所述中断期间电压振幅。
2.根据权利要求1所述的压电驱动装置的控制方法,其特征在于,
所述驱动用压电元件包括:
使所述振动体伸缩振动的伸缩压电元件;及
使所述振动体弯曲振动的弯曲压电元件,
所述驱动信号生成部不检测在所述弯曲压电元件中产生的所述中断期间电压振幅。
3.根据权利要求1所述的压电驱动装置的控制方法,其特征在于,
所述驱动用压电元件包括:
使所述振动体伸缩振动的伸缩压电元件;及
使所述振动体弯曲振动的弯曲压电元件,
所述驱动信号生成部不检测在所述伸缩压电元件中产生的所述中断期间电压振幅。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的压电驱动装置的控制方法,其特征在于,
所述驱动信号生成部根据所述输出期间和所述中断期间之和与所述输出期间之比,控制所述被驱动部的驱动速度。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的压电驱动装置的控制方法,其特征在于,
所述驱动信号生成部使检测所述输出期间电压振幅的时间间隔比所述周期信号的一个周期短。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的压电驱动装置的控制方法,其特征在于,
所述驱动信号生成部将所述中断期间电压振幅设为固定值,并将所述输出期间电压振幅和所述固定值相加得到的值按时间平均化,基于所述平均化的处理的结果,生成所述目标脉冲占空比。
7.根据权利要求6所述的压电驱动装置的控制方法,其特征在于,
所述驱动信号生成部将所述固定值设为0。
8.根据权利要求6所述的压电驱动装置的控制方法,其特征在于,
所述驱动信号生成部将所述固定值设为非0值。
9.一种压电驱动装置,其特征在于,具有:
振动体,具有驱动用压电元件,通过对所述驱动用压电元件施加包含周期信号的驱动信号而振动;
被驱动部,通过所述振动体的振动而驱动该被驱动部;及
驱动信号生成部,使用基于目标脉冲占空比生成的脉冲信号,生成包括间歇信号的所述驱动信号,所述间歇信号由输出所述周期信号的输出期间和中断所述周期信号的输出的中断期间构成,
所述驱动信号生成部在所述中断期间不检测所述驱动用压电元件中产生的中断期间电压振幅,而在所述输出期间检测所述驱动用压电元件中产生的输出期间电压振幅,并基于检测到的所述输出期间电压振幅生成所述目标脉冲占空比。
10.一种机器人,其特征在于,具备:
第一臂;
第二臂,在关节部与所述第一臂连接;及
权利要求9所述的压电驱动装置,配置于所述关节部。
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