DE3406408C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrationswellenmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Vibrationswellenmotor ist aus der DE-OS 29 16 819 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Motor wird durch ein piezoelektrisches Element ein Konzentrator in Axialschwingungen versetzt, die an einem daran angedrückten Läufer eine Umlaufbewegung hervorrufen. Die Umsetzung der axialen Schwingung des Wandlers in die tangentiale Bewegung des Läufers ist nicht näher beschrieben. Da jedoch bei der Antriebsübertragung der Konzentrator als Zwischenglied dient, ist von vornherein mit Übertragungsverlusten zu rechnen. Ferner ist an der dem Konzentrator abgewandten Seite ein piezoelektrisches Element angebracht, mit dem die Frequenz des an das Element angelegten Signales durch Rückkopplung bestimmt wird. Dadurch ist es nicht möglich, die Frequenz genau auf die für den Antrieb des Läufers durch den Konzentrator an der dazwischenliegenden Fläche optimale Frequenz abzustimmen. Es wird lediglich der Schwingungszustand des piezoelektrischen Elementes erfaßt, woraus sich aber keinerlei Information über den Schwingungszustand der zur Antriebskraftübertragung dienenden Fläche zwischen dem Konzentrator und dem Läufer ergibt.

Bei dem Vibrationswellenmotor gemäß der DE-OS 33 45 274 wird an dem Vibrationsteil eine Wanderwelle erzeugt. Eine Antriebszustandsüberwachung oder -erfassung ist nicht vorgesehen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dem Vibrationswellenmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß der Motor mit hohem Wirkungsgrad unter genauer Überwachung des Antriebszustandes betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Demnach wird erfindungsgemäß mit dem elektromechanischen Wandlerelement an dem Vibrationsteil eine Wanderwelle erzeugt, durch welche die Relativbewegung zwischen dem Vibrationsteil und dem anliegenden Teil hervorgerufen wird. Auf diese Weise wird ein hoher Wirkungsgrad erzielt, da keinerlei Zwischenübertragungsglieder notwendig sind und auch eine Umlenkung von entstehenden Kräften nicht erforderlich ist. Ferner steht der mechanisch-elektrische Wandler mit dem Vibrationsteil direkt in Verbindung, so daß dessen Schwingungszustand und damit der Zustand an der für den Antrieb wirksamen Fläche unmittelbar erfaßt wird. Auf diese Weise wird der tatsächliche Antriebszustand genau überwacht und zu einer optimalen Frequenzsteuerung herangezogen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Einen als bekannt vorausgesetzten Vibrationswellenmotor zeigt Fig. 1.

Auf einen Mittelzylinder 5a eines als Unterbau dienenden Ständers 5 sind ein Schwingungsdämpfer 4, ein ringförmiges Metall-Vibrationsteil 2, an dessen dem Schwingungsdämpfer 4 zugewandter Fläche eine elektrostriktive Vorrichtung 3 angekittet ist, und ein bewegbares Teil 1 in dieser Aufeinanderfolge aufgesetzt. Der Ständer 5, der Schwingungsdämpfer 4 und das Vibrationsteil 2 sind so angebracht, daß eine Relativdrehung verhindert ist. Zum Zusammenfassen des Motors zu einer Einheit wird das bewegbare Teil durch sein Gewicht oder eine nicht gezeigte Vorspannungsvorrichtung in Andruckberührung mit dem Vibrationsteil 2 gehalten. Die elektrostriktive Vorrichtung 3 weist eine Gruppe elektrostriktiver Elemente 3A₁ bis 3A₇ auf, die in einem Teilungsabstand angeordnet sind, der gleich der Hälfte einer Wellenlänge λ einer Vibrationswellle ist. Die elektrostriktiven Elemente 3A₁, 3A₃, 3A₅ und 3A₇ sind in einer Richtung polarisiert, während die dazwischengesetzten elektrostriktiven Elemente 3A₂, 3A₄ und 3A₆ in der Gegenrichtung polarisiert sind. Auf diese Weise sind die elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₇ jeweils zu benachbarten Elementen entgegengesetzt polarisiert. Die elektrostriktive Vorrichtung 3 weist eine weitere Gruppe elektrostriktiver Elemente 3B₁ bis 3B₇ auf, die gleichfalls im Teilungsabstand λ/2 angeordnet und gegenüber dem jeweils benachbarten Element entgegengesetzt polarisiert sind.

Die Gruppe der elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₇ und die Gruppe der elektrostriktiven Elemente 3B₁ bis 3B₇ sind unter Phasendifferenz mit einem gegenseitigen Teilungsabstand von (ηo+1/4) λ angeordnet, wobei η=0, 1, 2, 3, . . . ist.

Die elektrostriktive Vorrichtung 3 muß nicht aus den vielen elektrostriktiven Elementen bestehen, sondern kann auch gemäß der Darstellung in Fig. 2 durch ein einziges Ringelement 3 gebildet sein, welches unter dem Teilungsabstand λ/2 zu polarisierten Bereichen 3a₁ bis 3a₅ und 3b₁ bis 3b₅ polarisiert ist.

An den dem Schwingungsdämpfer 4 zugewandten Seiten ist an die elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₇ ein Zuleitungsdraht 11a und an die elektrostriktiven Elemente 3B₁ bis 3B₇ ein Zuleitungsdraht 11b angeschlossen, wobei diese Drähte mit einer Wechselspannungsquelle 6a bzw. einem 90°-Phasenschieber 6b verbunden sind (siehe Fig. 3). Ein Zuleitungsdraht 11c ist mit dem Metall-Vibrationsteil 2 und der Wechselspannungsquelle 6a verbunden.

Der dermaßen aufgebaute Vibrationswellenmotor arbeitet auf folgende Weise:

Die Fig. 3 veranschaulicht die Entstehung der Vibrationswelle in dem Motor. Die elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₄ und 3B₁ bis 3B₄ sind zwar für die Erläuterung jeweils nebeneinander dargestellt, jedoch erfüllen sie die Forderung der λ/4-Phasenverschiebung, wobei sie im wesentlichen so wie die elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₄ und 3B₁ bis 3B₄ des in Fig. 1 gezeigten Motors angeordnet sind. Symbole auf der Seite des Zuleitungsdrahtes 11c in den elektrostriktiven Elementen 3A₁ bis 3A₄ und 3B₁ bis 3B₄ geben an, daß sich dort bei einem positiven Zyklus der Wechselspannung die elektrostriktiven Elemente ausdehnen, während Symbole angeben, daß sich dort die Elemente bei dem positiven Zyklus zusammenziehen bzw. verkürzen.

Das Metall-Vibrationsteil 2 wird als eine Elektrode für die elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₄ und 3B₁ bis 3B₄ verwendet, während an die elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₄ aus der Wechselspannungsquelle 6a die Wechselspannung V=Vo · sin ωt angelegt wird und aus der Wechselpannungsquelle 6a über den 90°-Phasenschieber 6b die elektrostriktiven Elemente 3B₁ bis 3B₄ mit einer um -λ/4 phasenverschobenen Wechselspannung V=Vo sin (ωt±π/2) gespeist werden, wobei die Vorzeichen + und - in der Gleichung abhängig von der Bewegungsrichtung des (in Fig. 3 nicht gezeigten) bewegbaren Teils 1 durch den Phasenschieber 6b gewählt werden. Wenn das Vorzeichen + gewählt ist, ist die Phase um +90° verschoben, wobei das bewegbare Teil 1 vorwärts bewegt wird, während bei der Wahl des Vorzeichens - die Phase um -90° verschoben ist, so daß das bewegbare Teil 1 in der Gegenrichtung bewegt wird. Es sei nun angenommen, daß das Vorzeichen - gewählt ist und an die elektrostriktiven Elemente 3B₁ bis 3B₄ die Spannung V=Vo sind (ωt-π/2) angelegt wird. Wenn nur die elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₄ durch das Anlegen der Spannung V=Vo sin ωt in Schwingungen versetzt werden, wird eine Vibration durch eine stehende Welle gemäß der Darstellung in Fig. 3(a) hervorgerufen. Wenn nur die elektrostriktiven Elemente 3B₁ bis 3B₄ durch das Anlegen der Spannung V=Vo sin (ωt-π/2) in Schwingungen versetzt werden, wird eine Vibration durch eine stehende Welle gemäß der Darstellung in Fig. 3(b) erzeugt. Wenn die beiden Wechselspannungen mit der gegenseitigen Phasendifferenz gleichzeitig an die elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₄ bzw. 3B₁ bis 3B₄ angelegt werden, ist die Vibrationswelle eine Wanderwelle. Die Fig. 3(c) zeigt die Kurvenform zu einem Zeitpunkt t=2nπ/ω, die Fig. 3(d) zeigt die Kurvenform zu einem Zeitpunkt t=π/2ω+2nπ/ω, die Fig. 3(e) zeigt die Kurvenform zu einem Zeitpunkt t=π/ω+2n π/ω, und die Fig. 3(f) zeigt die Kurvenform zu einem Zeitpunkt t=3π/2ω+2nπ/ω. Die Wellenfront der Vibrationswelle wandert in der Richtung der x-Achse.

Die Wanderwelle enthält eine Längswelle und eine Querwelle. Betrachtet man einen Massepunkt des in Fig. 4 gezeigten Vibrationsteils 2, so rufen die Längsamplitude u und die Queramplitude w eine elliptische Umlaufbewegung im Uhrzeigersinn hervor. Das bewegbare Teil wird an die Oberfläche des Vibrationsteils 2 angedrückt, wobei es nur Scheitelpunkte der Vibrationsfläche berührt. Daher wird das bewegbare Teil 1 durch die Komponente der Längsamplitude u der elliptischen Bewegung von Massepunkten A, A′, . . . an den Scheitelpunkten bewegt, so daß das bewegbare Teil in der Richtung des Pfeils N bewegt wird.

Die Geschwindigkeit des Massepunktes A an dem Scheitelpunkt beträgt v=2πfu (wobei f die Vibrationsfrequenz ist), während aufgrund des Reibungsantriebs durch die Andruckberührung die Bewegungsgeschwindigkeit des bewegbaren Teils 1 von der Geschwindigkeit des Massepunktes und auch von der Queramplitude w abhängig ist. Daher ist die Geschwindigkeit des bewegbaren Teils 1 proportional zu dem Ausmaß der elliptischen Bewegung des Massepunktes A.

Da andererseits das bewegbare Teil 1 unter Reibung an dem Scheitelpunkt der Wellenfront der Vibrationswanderwelle des Vibrationsteils 2 angetrieben wird, ist es zur Verbesserung des Antriebswirkungsgrads erforderlich, daß die Wellenfront in der Richtung des Scheitelpunkts (der z-Achse nach Fig. 4) in Resonanz kommt. Hierbei besteht der Zusammenhang

wobei f(=ω/2π) die Frequenz der Eingangsspannung ist, E der Elastizitätsmodul des Vibrationsteils 2 ist, ρ dessen Dichte ist, h dessen Dicke ist und λ die Wellenlänge der erzeugten Welle ist. Die Resonanz tritt bei derjenigen Dicke auf, die der vorstehend genannten Beziehung entspricht.

Da das Vibrationsteil 2 ringförmig ist, wandert die Vibrationswanderwelle längs des Rings, wobei Resonanz dann auftritt, wenn für die gerade neu erzeugte Welle die Umfangslänge πD gleich dem n-fachen der Wellenlänge λ ist, nämlich nλ=πD gilt, wobei n eine natürliche Zahl ist.

Durch die Resonanz steigt die Amplitude der Vibrationswanderwelle an, so daß der Antriebswirkungsgrad des Vibrationswellenmotors verbessert wird.

Zum Verbessern des Antriebswirkungsgrads eines derartigen Vibrationswellenmotors ist es erforderlich, die Frequenz der angelegten periodischen Spannung unter Berücksichtigung verschiedener Umstände wie der Dicke und des Radius des Vibrationsteils zu steuern.

Nach einer solchen Einstellung kann sich jedoch die Resonanzfrequenz durch eine Temperaturänderung des Motors oder einer Oszillatorschaltung oder durch eine Alterungserscheinung am Motor wie Abrieb des Vibrationsteils verschieben bzw. verändern.

Dabei ist anzustreben, die Frequenz so zu steuern, daß eine optimale Resonanzfrequenz bei höchster Drehgeschwindigkeit des Vibrationswellenmotors erzielt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen bzw. veranschaulichen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene Darstellung des Aufbaus eines Vibrationswellenmotors nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine polarisierte elektrostriktive Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 den Antrieb bei einem Vibrationswellenmotor,

Fig. 4 das Funktionsprinzip eines Vibrationswellenmotors,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung für den Vibrationswellenmotor,

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm einer Betriebsablauffolge der in Fig. 13 gezeigten Schaltung,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines bei der Schaltung nach Fig. 13 verwendeten Vibrationsteils und

Fig. 8 eine Steuerschaltung für einen automatischen Scharfeinstellmechanismus für ein Kameraobjektiv, der den Vibrationswellenmotor enthält.

Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung für einen Vibrationswellenmotor. Mit CPU ist ein Mikrocomputer bezeichnet, mit DF4 ist eine steuerbare Ausgabeschaltung mit vier D-Flip-Flops bezeichnet, mit DF5 ist eine Schaltung mit drei D-Flip-Flops bezeichnet, mit BF ist ein Puffer mit drei Ausgangszuständen (tri-state buffer) bezeichnet, mit G1 und G2 sind NAND-Glieder bezeichnet, mit I1 bis I9 sind Inverter bezeichnet, mit D1 und D2 sind Frequenzteiler bezeichnet, mit AS ist ein Analogmultiplexer bezeichnet, mit R0 bis R15 sind Widerstände bezeichnet, mit CAP1 bis CAP3 sind Kondensatoren bezeichnet, mit Tr1 bis Tr9 sind Transistoren bezeichnet, mit 3A und 3B sind elektrostriktive Elemente bezeichnet, die an einem Vibrationswellenmotor angebracht sind (und die einem der Elemente 3A₁ bis 3A₇ bzw. einem der Elemente 3B₁ bis 3B₇ nach Fig. 1 entsprechen).

Die Inverter I3 und I4, der Kondensator CAP1 und die Widerstände R0 bis R4 mit stufenweise ansteigenden Widerstandswerten bilden einen Taktgenerator CG2. Der Analogmultiplexer AS wählt durch ein digitales Eingangssignal an Anschlüssen A0 bis A2 einen von Anschlüssen X0 bis X4 und verbindet den gewählten Anschluß mit einem Anschluß X. Auf diese Weise wird durch das digitale Signal einer der Widerstände R0 bis R4 gewählt, so daß der Taktgenerator CG2 ein Schwingungs- bzw. Taktausgangssignal CLK mit der jeweils entsprechenden unterschiedlichen Frequenz erzeugt. Die Frequenzteiler D1 und D2 teilen die Eingangsfrequenz auf den Anstieg des Taktausgangssignals CLK hin. Da das Taktausgangssignal dem Frequenzteiler D2 über den Inverter I5 zugeführt wird, werden phasenverschobene Ausgangssignale ACLK und BCLK erzeugt.

Diese Taktausgangssignale werden jeweils Treiberstufen DR1 bzw. DR2 zugeführt. Die Treiberstufe DR1 weist eine durch das Ausgangssignal ACLK angesteuerte Gegentaktschaltung auf und legt eine periodische Spannung an das elektrostriktive Element 3A an. Die Treiberstufe DR2 wird durch das Ausgangssignal BCLK angesteuert und legt eine um λ/4 phasenverschobenen periodische Spannung an das elektrostriktive Element 3B an.

Das Flip-Flop DF4 hat eine Ausgangsstufe mit drei Ausgangszuständen und gibt durch ein Eingangssignal "L" an einem Anschluß Ausgangssignale an Anschlüssen Q0 bis Q3 ab.

Die Ausgangssignale des Flip-Flops DF4 und des Puffers BF werden Datensammelleitungen DB0 bis DB3 des Mikrocomputers CPU zugeführt. Wenn ein Lesesignal , das erzeugt wird, wenn der Mikrocomputer CPU einen externen Datenwert einliest, und ein Adressensignal A0 jeweils den niedrigen Pegel L haben, hat das Ausgangssignal des NAND-Glieds G2 den Pegel L, so daß an den Anschluß des Puffers BF das Signal L angelegt wird. Wenn das Adressensignal A0 den Pegel H hat, hat das Ausgangssignal des NAND-Glieds G1 den Pegel L, welcher dem Anschluß des Flip-Flops DF4 zugeführt wird, so daß die Ausgangssignale Q0 bis Q3 in den Mikrocomputer CPU eingelesen werden.

Wenn der Mikrocomputer CPU ein Signal abgibt, nimmt ein Schreibsignal den Pegel an, wodurch das Flip-Flop DF5 die Signale an der Datensammelleitung des Mikrocomputers CPU speichert. Das Ausgangssignal des Flip-Flops DF5 wird dem Analogmultiplexer AS zugeführt, welcher einen der Widerstände R0 bis R4 wählt.

An einen Anschluß Re ist eine Integrierschaltung mit einem Kondensator CAP2 und einem Widerstand R6 angeschlossen, um den Mikrocomputer CPU rückzusetzen, wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird.

Mit Die ist eine Diode bezeichnet, mit ADC ist ein Analog/ Digital-Wandler bezeichnet, mit ON1 ist eine monostabile Kippstufe bezeichnet und mit OP1 und OP2 sind Pufferverstärker bezeichnet, während mit 11′ ein elektrostriktives Element bezeichnet ist, das angrenzend an die elektrostriktiven Elemente 3A und 3B an dem Vibrationsteil 2 befestigt ist (siehe Fig. 7).

Die Vibration des Vibrationsteils 2 wird auf das elektrostriktive Element 11′ übertragen, welches daraufhin eine elektromotorische Kraft erzeugt. Die Ausgangsspannung des elektrostriktiven Elements 11′ ist um so höher, je größer die Amplitude der Vibration des Vibrationsteils 2 ist, nämlich je höher bzw. stärker die Resonanz ist. Die Ausgangsspannung des elektrostriktiven Elements 11′ wird über den Pufferverstärker OP1 einer Spitzenwert- Halteschaltung aus der Diode Di und dem Kondensator CAP3 zugeführt, an welchem eine maximale Spannung gespeichert wird. Die Spannung an dem Kondensator CAP3 wird über den Pufferverstärker OP2 einem Analogspannungseingang VIN des Wandlers ADC zugeführt. Die Ausgänge des Flip-Flops DF4 haben drei Ausgangszustände, wobei das Flip-Flop DF4 an den Anschlüssen Q0 bis Q3 Ausgangssignale auf ein Eingangssignal an dem Anschluß hin abgibt.

Der Mikrocomputer CPU führt einen Ausgabebefehl dadurch aus, daß er die Daten an den Ausgabe-Sammelleitungen DB0 bis DB3 ausgibt und an dem Anschluß einen Impuls mit dem Pegel L ausgibt (Schreibsignal). Im Ansprechen hierauf speichert das Flip-Flop DF5 die Daten an DB0 bis DB2. Das Ausgangssignal am Anschluß wird auch über den Inverter I6 der monostabilen Kippstufe ON1 zugeführt, so daß dessen Ausgangssignal für eine vorbestimmte Zeitdauer auf dem Pegel H gehalten wird. Das Signal mit dem Pegel H sperrt über den Inverter I9 und den Widerstand R15 den Transistor Tr9, so daß die Spitzenwert- Halteschaltung Di, CAP3 arbeitet. Auf diese Weise wird eine während der Dauer des Pegels H aus der monostabilen Kippstufe ON1 erzeugte maximale Spannung aus dem elektrostriktiven Element 11′ an dem Kondensator CAP3 gespeichert.

Diese Spannung wird mittels des Wandlers ADC in ein digitales Signal umgesetzt, welches in dem Flip-Flop DF4 durch ein Triggersignal gespeichert wird, das über den Inverter I9 zugeführt wird, wenn das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe ON1 von dem Pegel H auf den Pegel L wechselt.

Der Puffer BF mit den drei Ausgangszuständen nimmt bei dem Pegel L an dem Anschluß an dem Anschluß X1 über den Inverter I9 das Signal aus der monostabilen Kippstufe ON1 auf und gibt an dem Anschluß Y1 ein Ausgangsssignal ab.

An den Rücksetzanschluß Re ist eine Integrationsschaltung aus dem Kondensator CAP2 und dem Widerstand R6 angeschlossen, so daß der Mikrocomputer CPU rückgesetzt wird, wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird.

Die Funktionsweise der Schaltung wird nun anhand des Programmablaufdiagramms in Fig. 6 erläutert.

Wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, wird der Mikrocomputer CPU rückgesetzt und der Programmzähler auf "0" zurückgestellt. Damit beginnt das Programm vom Kopf des Ablaufdiagramms an.

Zur Einleitung wird die Variable K auf "0" eingestellt, während der Inhalt des Registers RG1 auf einen Minimalwert "0" eingestellt wird (K=0, RG1=0).

Danach wird der Wert K an die Datensammelleitung ausgegeben (Ausgabe K). Da K=0 gilt, ist das Ausgangssignal des Flip-Flops DF5 gleich "0", so daß durch den Analogmultiplexer AS der Widerstand R0 gewählt wird. Da der Widerstandswert des Widerstands R0 der kleinste aus denjenigen der Widerstände R0 bis R4 ist, hat die Ausgangswelle bzw. das Ausgangssignal CLK die höchste Frequenz.

Das Schreibsignal an dem Anschluß WR des Mikrocomputers CPU wird über den Inverter I6 an die monostabile Kippstufe ON1 angelegt.

Danach wird die Adresse 0 eingegeben (Eingabe ADO). Da der Ausgang AO des Mikrocomputers CPU den Pegel L führt, wird dem Mikrocomputer CPU über die Datensammelleitung das Ausgangssignal des Puffers BF zugeführt. Aus diesen Daten wird das Bit 1 darauf überprüft, ob es "0" oder "1" ist. Dies stellt die Ermittlung des Ausgangssignals des Inverters I9 dar. Falls das Bit 1 "0" ist, nämlich das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe ON1 den Pegel H hat und die Spitzenwert-Halteschaltung Di, CaP3 in Betrieb ist, kehrt das Programm zu dem Schritt IN1 für die Eingabe der Adresse 0 zurück.

Falls das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe ON1 den Pegel "H" hat, durchläuft das Programm wiederholt diese Schleife, während das Vibrationsteil 2 des Vibrationswellenmotors weiter schwingt und der Rotor bzw. das bewegbare Teil 1 weiter umläuft. Wenn das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe ON1 auf den Pegel L wechselt, tritt das Programm aus der Schleife heraus und schreitet zu einem Schritt IN2 weiter.

Bei dem Schritt IN2 wird die Adresse 1 eingegeben (Eingabe AD1) und das Ausgangssignal des Flip-Flops DF4 eingelesen.

Das das Flip-Flop DF4 die Daten speichert, wenn das Ausgangssignal des Inverters IN9 den Pegel H hat, wird in den Mikrocomputer CPU ein Wert eingegeben, der dem maximalen Ausgangssignal des elektrostriktiven Elements 11′ während der Dauer des Pegels H aus der monostabilen Kippstufe ON1 entspricht.

Der bei dem Schritt IN2 eingegebene Wert DATA wird mit dem Inhalt des Registers RG1 verglichen. Da RG1=0 gilt, muß der Wert DATA größer als "0" sein, so daß das Programm zu einem Schritt MN fortschreitet, bei welchem der Wert DATA in das Register RG1 eingespeichert wird (DATA→RG1) und der Wert K in das Register RG2 eingespeichert wird (K→RG2).

Dann schreitet das Programm zu einem Schritt NXT weiter, bei dem der Wert K aufgestuft wird (K+1→K). Falls der Wert DATA kleiner als der Inhalt des Registers RG1 oder gleich demselben ist, schreitet das Programm ohne Veränderung der Inhalte der Register RG1 und RG2 zu dem Schritt NXT weiter.

Danach wird der Wert K mit "5" verglichen. Da K=1 gilt, kehrt das Programm zu dem Schritt FST zurück. Der Wert K wird auf "1" eingestellt, um den Widerstand R1 zu wählen, wonach das Programm auf gleichartige Weise wieder ausgeführt wird.

Auf diese Weise werden während des Umlaufs des Vibrationswellenmotors aufeinanderfolgend die Widerstände R0 bis R4 so gewählt, daß die Frequenz der angelegten Spannung aufeinanderfolgend abgesenkt wird.

Wenn die Variable K den Wert "5" erreicht, ist in dem Register RG1 der Zählstand für die maximale Vibrationsamplitude des Vibrationsteils gespeichert, während in dem Register RG2 der zugehörige Wert K gespeichert ist.

Daher schreitet das Programm durch den Sprungbefehl für K=5 zu einem Schritt FNS weiter, bei dem der Inhalt des Registers RG2 ausgegeben wird, so daß zur Steuerung des Ausgangssignals CLK des Taktgenerators CG2 aus den Widerständen R0 bis R4 der optimale Widerstand gewählt wird. Danach wird das Programm beendet.

Die Frequenzteiler D1 und D2 werden durch das Ausgangssignal CLK angesteuert. Über die Treiberstufen DR1 und DR2 werden an die elektrostriktiven Elemente 3A und 3B jeweils die periodischen Spannungen mit Kurvenformen angelegt, die durch das Ausgangssignal ACLK des Frequenzteilers D1 bzw. das Ausgangssignal BCLK des Frequenzteilers D2 bestimmt sind.

Die Frequenzen der periodischen Spannungen werden so gesteuert, daß die für die Form und Abmessungen des Vibrationsteils optimale Resonanz gewährleistet ist, wodurch eine maximale Vibrationsamplitude des Vibrationsteils erzielt wird und der Antriebswirkungsgrad sehr hoch ist.

Da die Steuerung zu Beginn der Ansteuerung des Motors vorgenommen wird, wird immer ein Optimalzustand aufrecht erhalten, selbst wenn sich Betriebsbedingungen für eine jeweilige Ansteuerung verändern. Ferner ist keine Feineinstellung bei der Herstellung erforderlich, so daß die Herstellungszeit verkürzt werden kann.

Die Ausgangssignal-Kurvenform des Frequenzteilers ist nicht auf Rechteck-Kurvenformen ACLK oder BCLK beschränkt; vielmehr kann zur Ansteuerung des Vibrationswellenmotors eine Sinuswelle verwendet werden.

Die beschriebene Steuereinrichtung bzw. das Steuerverfahren ist nicht nur bei einem umlaufenden Vibrationswellenmotor, sondern auch bei einem linearen Vibrationswellenmotor anwendbar.

Wenn das einzelne ringförmige Element 3 gemäß der Darstellung in Fig. 2 eingesetzt wird, wird an der Stelle des in Fig. 7 gezeigten elektrostriktiven Elements 11′, nämlich zwischen den Elementen 3a₅ und 3b₅ ein polarisierter Bereich gebildet und aus diesem eine elektromotorische Kraft aufgenommen, um die Vibrationsamplitude des einzelnen Elements 3 ohne Beeinflussung durch die Vibration des Vibrationsteils 2 zu erfassen.

Die Fig. 8 zeigt eine Anwendung des Vibrationswellenmotors als Antrieb für ein Kameraobjekt mit automatischer Scharfeinstellung.

Der Schaltungsaufbau weist die in Fig. 5 gezeigte Schaltung, die automatische Scharfeinstellschaltung 101 und Wählschaltglieder G10 und G11 auf.

Bei einem Scharfeinstellungszustand haben die Ausgangssignale zweier Vergleicher 59 und 60 den Pegel L, während bei einer unscharfen Einstellung das Ausgangssignal eines dieser Vergleicher den Pegel H hat; die Ausgangssignale der Vergleicher liegen an dem Wählschaltglied G10 aus UND-Gliedern G12 und G13 und einem ODER-Glied G14 sowie an dem Wählschaltglied G11 aus UND-Gliedern G15 und G16 und einem ODER-Glied G17 derart an, daß der Vibrationswellenmotor M vorwärts oder rückwärts gedreht wird. Ein ODER-Glied G18 gibt ein Ausgangssignal ab, das den Pegel H hat, wenn der Motor angesteuert wird. Dieses Ausgangssignal wird an einen Anschluß des Mikrocomputers CPU angelegt. Wenn der Anschluß den Pegel L erhält, führt der Mikrocomputer CPU das Programm nicht aus. Daher wird das Programm bei der ersten Motoransteuerung nach dem Einschalten der Stromversorgung ausgeführt.

Der Vibrationswellenmotor ist nicht auf die Anwendung in der automatischen Scharfeinstellschaltung beschränkt, sondern kann auch zum Stellen bzw. Steuern einer Irisblende oder für den Antrieb einer Filmtransportvorrichtung verwendet werden.

Bei dem beschriebenen Vibrationswellenmotor wird der Antriebszustand dadurch überwacht, daß die Frequenz der periodischen Spannung aufeinanderfolgend verändert wird, bei der jeweiligen Frequenz die Antriebsgeschwindigkeit des bewegbaren Teils gemessen wird, die Meßwerte aufeinanderfolgend verglichen werden, und eine Frequenz gespeichert wird, die den größten Meßwert ergibt, wobei das bewegbare Teil mittels der periodischen Spannung mit der gespeicherten Frequenz betrieben wird.

Claims (6)

1. Vibrationswellenmotor mit einem Vibrationsteil, an dessen Oberfläche ein elektromagnetischer, z. B. elektrostriktiver Wandler durch das Anlegen von periodischen Signalen aus einer Oszillatorschaltung an den Wandler Schwingungen erzeugt, durch die eine Relativbewegung zwischen dem Vibrationsteil und einem damit in Berührung stehenden Teil hervorgerufen wird, und mit einem mechanisch- elektrischen Wandler, ebenfalls z. B. elektrostriktiven Wandler für das Steuern der Frequenz der Signale der Oszillatorschaltung gemäß dem Schwingungszustand oder der Geschwindigkeit des bewegten Teils,
dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler zwei Gruppen von polarisierten Wandlerelementen (3A, 3B) aufweist, die räumlich voneinander versetzt angeordnet sind, und daß die periodischen Signale aus der Oszillatorschaltung (AS, CG2, D1, D2, I5) die elektromechanischen Wandlerelemete (3A, 3B) unter gegenseitiger Phasenverschiebung derart speisen, daß an der Oberfläche des Vibrationsteils (2) eine Wanderwelle für die Relativbewegung zwischen dem Vibrationsteil und dem damit in Berührung stehenden Teil (1) erzeugt wird, und
daß der mechanisch-elektrische Wandler (11′) direkt mit dem Vibrationsteil (2) in Berührung steht und dessen Schwingungszustand erfaßt.

2. Vibrationswellenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vibrationsteil (2) ringförmig ist, daß die zwei Gruppen von Wandlerelementen (3A, 3B) jeweils auf Umfangssektoren des Vibrationsteil angeordnet sind, wobei die Umfangssektoren einerseits um ein Viertel und andererseits um drei Viertel der Wellenlänge der Wanderwelle beabstandet sind, und daß der mechanisch-elektrische Wandler (11′) an dem Umfang des Vibrationsteils im Bereich des größeren Abstands der Umfangssektoren angeordnet ist.

3. Vibrationswellenmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und die zweiten Wandlerelemente (3A, 3B) in Abständen einer halben Wellenlänge Bereiche haben, welche abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen in bezug auf die Dicke des Vibrationsteils (2) polarisiert sind.

4. Vibrationswellenmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler (3A, 3B) und der mechanisch-elektrische Wandler (11′) durch ein einziges elektrostriktives Element mit unterschiedlich polarisierten Bereichen gebildet sind.

5. Vibrationswellenmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Vibrationsteil (2) gleichmäßige Dicke hat und daß das Teil (1) mit einer ebenen Fläche des Vibrationsteils in Berührung steht.

6. Vibrationswellenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz zu Beginn oder intermittierend während des Motorbetriebs verstellt wird und eine Detektorschaltung (ADC, DF4) eine durch die Verstellung der Frequenz verursachte Änderung des Ausgangssignals des mechanisch-elektrischen Wandlers (11′) erfaßt, und daß die Frequenz des Oszillators (CG2, AS) derart gesteuert wird, daß die Amplitude des Ausgangssignals maximal ist.