JP2000253677A - 振動波駆動装置 - Google Patents
振動波駆動装置Info
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- JP2000253677A JP2000253677A JP11048393A JP4839399A JP2000253677A JP 2000253677 A JP2000253677 A JP 2000253677A JP 11048393 A JP11048393 A JP 11048393A JP 4839399 A JP4839399 A JP 4839399A JP 2000253677 A JP2000253677 A JP 2000253677A
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- drive
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】モータを最適な周波数で駆動することができる
振動波駆動装置を提供する。 【解決手段】振動体の電気−機械エネルギー変換素子に
駆動回路より駆動用交流信号を印加することにより該振
動体に駆動振動を形成し、駆動力を得るようにした振動
波駆動装置において、前記駆動回路は、前記駆動用交流
信号の任意の周波数により起動動作を行い（Ｓ１）、所
定の駆動量を駆動するのに要した時間と設定値とを比較
し、その結果に応じて前記駆動用交流信号の周波数を変
更する（Ｓ２〜Ｓ７）。
振動波駆動装置を提供する。 【解決手段】振動体の電気−機械エネルギー変換素子に
駆動回路より駆動用交流信号を印加することにより該振
動体に駆動振動を形成し、駆動力を得るようにした振動
波駆動装置において、前記駆動回路は、前記駆動用交流
信号の任意の周波数により起動動作を行い（Ｓ１）、所
定の駆動量を駆動するのに要した時間と設定値とを比較
し、その結果に応じて前記駆動用交流信号の周波数を変
更する（Ｓ２〜Ｓ７）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は振動体に形成される
駆動振動により、該振動体に接触する接触体を摩擦力に
より相対移動させる振動波駆動装置に係り、特にモータ
部の駆動制御を行う制御回路に関するものである。
駆動振動により、該振動体に接触する接触体を摩擦力に
より相対移動させる振動波駆動装置に係り、特にモータ
部の駆動制御を行う制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、超音波モータもしくは圧電モータ
と称される振動波駆動装置としての振動波モータが開発
され、本出願人等によって実用化されている。
と称される振動波駆動装置としての振動波モータが開発
され、本出願人等によって実用化されている。
【０００３】この振動波モータは、既によく知られてい
るように、圧電素子もしくは電歪素子などの電気−機械
エネルギー変換素子に交番電圧を印加することにより該
素子に高周波振動を発生させ、その振動エネルギーを連
続的な機械運動として取り出すように構成された非電磁
駆動式の新型モータである。この動作原理は、すでに公
知であるため、ここでは略す。
るように、圧電素子もしくは電歪素子などの電気−機械
エネルギー変換素子に交番電圧を印加することにより該
素子に高周波振動を発生させ、その振動エネルギーを連
続的な機械運動として取り出すように構成された非電磁
駆動式の新型モータである。この動作原理は、すでに公
知であるため、ここでは略す。
【０００４】図８は従来の棒状の振動波モータの側面図
およびそこに構成されている圧電素子の電圧供給および
出力電圧の取り出しの電気的配線を示す図である。
およびそこに構成されている圧電素子の電圧供給および
出力電圧の取り出しの電気的配線を示す図である。
【０００５】図８において、１は棒状振動波モータを構
成する振動体で、圧電素子もしくは電歪素子と弾性体と
の結合体から構成される。
成する振動体で、圧電素子もしくは電歪素子と弾性体と
の結合体から構成される。
【０００６】振動体１の圧電素子部は、駆動用のＡ相圧
電素子ａ１，ａ２およびＢ相圧電素子ｂ１，ｂ２と振動
検出圧電素子ｓ１から構成されている。このときＡ相圧
電素子ａ１，ａ２に挟まれた電極としての金属板にＡ相
印加電圧，Ｂ相圧電素子ｂ１，ｂ２に挟まれた電極とし
ての金属板にＢ相印加電圧を加えることで、圧電素子ａ
１，ａ２，ｂ１，ｂ２が駆動される。
電素子ａ１，ａ２およびＢ相圧電素子ｂ１，ｂ２と振動
検出圧電素子ｓ１から構成されている。このときＡ相圧
電素子ａ１，ａ２に挟まれた電極としての金属板にＡ相
印加電圧，Ｂ相圧電素子ｂ１，ｂ２に挟まれた電極とし
ての金属板にＢ相印加電圧を加えることで、圧電素子ａ
１，ａ２，ｂ１，ｂ２が駆動される。
【０００７】また、このとき、重ねられるＡ相圧電素子
ａ１，ａ２の両端、およびＢ相圧電素子ｂ１，ｂ２の両
端はそれぞれＧＮＤ電位になっている。振動検出圧電素
子ｓ１は同様に一方（図８のＢ相側）はＧＮＤ電位にな
っており、その反対側から信号を取り出すように構成さ
れている。またこのとき振動検出圧電素子Ｓ１の信号取
り出し面側は、金属ブロックで構成される弾性体と接し
ているが、該弾性体は絶縁シートによりＧＮＤ電位から
絶縁されている。よって振動検出圧電素子ｓ１からその
振動に応じた出力電圧がそのまま得られる。そして、こ
の電圧の大きさや駆動電圧との位相差などにより共振周
波数などを求める。
ａ１，ａ２の両端、およびＢ相圧電素子ｂ１，ｂ２の両
端はそれぞれＧＮＤ電位になっている。振動検出圧電素
子ｓ１は同様に一方（図８のＢ相側）はＧＮＤ電位にな
っており、その反対側から信号を取り出すように構成さ
れている。またこのとき振動検出圧電素子Ｓ１の信号取
り出し面側は、金属ブロックで構成される弾性体と接し
ているが、該弾性体は絶縁シートによりＧＮＤ電位から
絶縁されている。よって振動検出圧電素子ｓ１からその
振動に応じた出力電圧がそのまま得られる。そして、こ
の電圧の大きさや駆動電圧との位相差などにより共振周
波数などを求める。
【０００８】図９はこのような振動波モータの駆動回路
を示したものである。Ａ相およびＢ相信号は、圧電素子
に交番電圧を印加するための駆動電極Ａ−ｄ，Ｂ−ｄを
介して印加される。１１はモータを駆動制御するための
コントロール回路（以後制御用マイコンと称す）、２は
交番電圧を発生する発振器（例えばＶＣＯなど）、３は
９０゜移相器、４，５は、該発振器および移相器からの
交番電圧で電源電圧をスイッチングするスイッチング回
路、６，７はモータとのインピーダンスを整合させるイ
ンダクタンス素子である。９は駆動信号Ａと振動検出信
号Ｓの信号位相差θA-S を検出する位相差検出器であ
る。８はモータの速度を検出するための速度検出器（例
えばエンコーダ）で、１０はその速度検出器９からの信
号を速度信号に変換する速度検出回路である。
を示したものである。Ａ相およびＢ相信号は、圧電素子
に交番電圧を印加するための駆動電極Ａ−ｄ，Ｂ−ｄを
介して印加される。１１はモータを駆動制御するための
コントロール回路（以後制御用マイコンと称す）、２は
交番電圧を発生する発振器（例えばＶＣＯなど）、３は
９０゜移相器、４，５は、該発振器および移相器からの
交番電圧で電源電圧をスイッチングするスイッチング回
路、６，７はモータとのインピーダンスを整合させるイ
ンダクタンス素子である。９は駆動信号Ａと振動検出信
号Ｓの信号位相差θA-S を検出する位相差検出器であ
る。８はモータの速度を検出するための速度検出器（例
えばエンコーダ）で、１０はその速度検出器９からの信
号を速度信号に変換する速度検出回路である。
【０００９】図１０は振動波モータの周波数と回転数の
特性を示す。図に示しているように共振点よりも高周波
数側を駆動領域として使用しており、振動波モータを起
動する場合、従来なめらかに動かしたいという理由から
周波数の高い側から徐々に周波数を下げていき、速度検
出器１０で得られた結果が目標回転数ＮSTOPになる周波
数ｆSTOPで周波数スィープを停止するように制御する手
法がとられている。
特性を示す。図に示しているように共振点よりも高周波
数側を駆動領域として使用しており、振動波モータを起
動する場合、従来なめらかに動かしたいという理由から
周波数の高い側から徐々に周波数を下げていき、速度検
出器１０で得られた結果が目標回転数ＮSTOPになる周波
数ｆSTOPで周波数スィープを停止するように制御する手
法がとられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このような振動波モー
タの駆動回路において、従来例のような起動方法では振
動検出手段もしくは回転検出手段を設けなければ最適な
周波数に設定することができず回路規模や回路コストが
上がってしまっていた。
タの駆動回路において、従来例のような起動方法では振
動検出手段もしくは回転検出手段を設けなければ最適な
周波数に設定することができず回路規模や回路コストが
上がってしまっていた。
【００１１】また、周波数をスィープしてモータを起動
していたので、定常回転数になるまでに時間を要し、素
早い立ち上げができなかった。
していたので、定常回転数になるまでに時間を要し、素
早い立ち上げができなかった。
【００１２】この解決手段として、本出願人より実際の
駆動前に、ヒステリシス特性のある部分を避け、速く起
動できる周波数を見つけその周波数で駆動する様にする
という提案がされている。
駆動前に、ヒステリシス特性のある部分を避け、速く起
動できる周波数を見つけその周波数で駆動する様にする
という提案がされている。
【００１３】しかしながら、この提案では実際の駆動に
影響のないときでなければ周波数調整動作をすることが
できないため、実際の駆動中に温度上昇などにより最適
周波数がずれてしまっても修正できないという問題があ
った。
影響のないときでなければ周波数調整動作をすることが
できないため、実際の駆動中に温度上昇などにより最適
周波数がずれてしまっても修正できないという問題があ
った。
【００１４】本出願に係る発明の目的は、上記した従来
の問題を解決し、モータを最適な周波数で駆動すること
ができる振動波駆動装置を提供しようとするものであ
る。
の問題を解決し、モータを最適な周波数で駆動すること
ができる振動波駆動装置を提供しようとするものであ
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本出願に係る発明の目的
を実現する第１の構成は、振動体の電気−機械エネルギ
ー変換素子に駆動回路より駆動用交流信号を印加するこ
とにより該振動体に駆動振動を形成し、駆動力を得るよ
うにした振動波駆動装置において、前記駆動回路は、前
記駆動用交流信号の任意の周波数により起動動作を行
い、所定の駆動量を駆動するのに要した時間と設定値と
を比較し、その結果に応じて前記駆動用交流信号の周波
数を変更するものである。
を実現する第１の構成は、振動体の電気−機械エネルギ
ー変換素子に駆動回路より駆動用交流信号を印加するこ
とにより該振動体に駆動振動を形成し、駆動力を得るよ
うにした振動波駆動装置において、前記駆動回路は、前
記駆動用交流信号の任意の周波数により起動動作を行
い、所定の駆動量を駆動するのに要した時間と設定値と
を比較し、その結果に応じて前記駆動用交流信号の周波
数を変更するものである。
【００１６】本出願に係る発明の目的を実現する第２の
構成は、振動体の電気−機械エネルギー変換素子に駆動
回路より駆動用交流信号を印加することにより該振動体
に駆動振動を形成し、駆動力を得るようにした振動波駆
動装置において、前記駆動回路は、前記駆動用交流信号
の任意の周波数により起動動作を行い、所定の駆動量を
駆動するのに要した時間と設定値とを比較し、その結果
に応じて前記駆動用交流信号の周波数を変更する周波数
変更モードと、変更周波数での駆動ができない時に前記
設定値を変更する設定値変更モードを有するものであ
る。
構成は、振動体の電気−機械エネルギー変換素子に駆動
回路より駆動用交流信号を印加することにより該振動体
に駆動振動を形成し、駆動力を得るようにした振動波駆
動装置において、前記駆動回路は、前記駆動用交流信号
の任意の周波数により起動動作を行い、所定の駆動量を
駆動するのに要した時間と設定値とを比較し、その結果
に応じて前記駆動用交流信号の周波数を変更する周波数
変更モードと、変更周波数での駆動ができない時に前記
設定値を変更する設定値変更モードを有するものであ
る。
【００１７】本出願に係る発明の目的を実現する第３の
構成は、振動体の電気−機械エネルギー変換素子に駆動
回路より駆動用交流信号を印加することにより該振動体
に駆動振動を形成し、駆動力を得るようにした振動波駆
動装置において、前記駆動回路は、前記所定の駆動量を
駆動するのに要した時間にばらつきが生じる場合、前記
所定の駆動量を、停止のための減速動作の前までの領域
に変更する計測領域変更モードを有するものである。
構成は、振動体の電気−機械エネルギー変換素子に駆動
回路より駆動用交流信号を印加することにより該振動体
に駆動振動を形成し、駆動力を得るようにした振動波駆
動装置において、前記駆動回路は、前記所定の駆動量を
駆動するのに要した時間にばらつきが生じる場合、前記
所定の駆動量を、停止のための減速動作の前までの領域
に変更する計測領域変更モードを有するものである。
【００１８】本出願に係る発明の目的を実現する第４の
構成は、振動体の電気−機械エネルギー変換素子に駆動
回路より駆動用交流信号を印加することにより該振動体
に駆動振動を形成し、駆動力を得るようにした振動波駆
動装置において、前記駆動回路は、前記駆動用交流信号
の任意の周波数により起動動作を行い、所定の駆動量を
駆動するのに要した時間と設定値との偏差を求め、該偏
差に応じて前記駆動用交流信号の周波数の変化率を変え
るものである。
構成は、振動体の電気−機械エネルギー変換素子に駆動
回路より駆動用交流信号を印加することにより該振動体
に駆動振動を形成し、駆動力を得るようにした振動波駆
動装置において、前記駆動回路は、前記駆動用交流信号
の任意の周波数により起動動作を行い、所定の駆動量を
駆動するのに要した時間と設定値との偏差を求め、該偏
差に応じて前記駆動用交流信号の周波数の変化率を変え
るものである。
【００１９】本出願に係る発明の目的を実現する第１の
構成は、上記いずれかの構成において、前記駆動回路
は、起動から目標位置に達するまでの時間を所定の駆動
量を駆動するのに要した時間とするものである。
構成は、上記いずれかの構成において、前記駆動回路
は、起動から目標位置に達するまでの時間を所定の駆動
量を駆動するのに要した時間とするものである。
【００２０】本出願に係る発明の目的を実現する第６の
構成は、上記した１ないし４のいずれかの構成におい
て、前記駆動回路は、起動からある設定された位置を通
過するまでの時間を所定の駆動量を駆動するのに要した
時間とするものである。
構成は、上記した１ないし４のいずれかの構成におい
て、前記駆動回路は、起動からある設定された位置を通
過するまでの時間を所定の駆動量を駆動するのに要した
時間とするものである。
【００２１】本出願に係る発明の目的を実現する第７の
構成は、上記第２の構成において、前記駆動回路の設定
値変更モードは、所定の駆動量を駆動するのに要した時
間を短くするように周波数を変更しても、該時間が短く
ならないと、駆動周波数を大幅に高周波数側に変更する
ものである。
構成は、上記第２の構成において、前記駆動回路の設定
値変更モードは、所定の駆動量を駆動するのに要した時
間を短くするように周波数を変更しても、該時間が短く
ならないと、駆動周波数を大幅に高周波数側に変更する
ものである。
【００２２】本出願に係る発明の目的を実現する第８の
構成は、上記いずれかに記載の構成において、前記駆動
回路は、実際の駆動時間を100msec 以下の短い時間とす
るものである。
構成は、上記いずれかに記載の構成において、前記駆動
回路は、実際の駆動時間を100msec 以下の短い時間とす
るものである。
【００２３】本出願に係る発明の目的を実現する第９の
構成は、上記第１ないし第７のいずれかの構成におい
て、前記駆動回路は、実際の駆動時間を１０msec〜５０
msecの間とするものである。
構成は、上記第１ないし第７のいずれかの構成におい
て、前記駆動回路は、実際の駆動時間を１０msec〜５０
msecの間とするものである。
【００２４】本出願に係る発明の目的を実現する第１０
の構成は、上記したいずれかの構成において、前記振動
体に加圧接触する接触体を有し、前記振動体と前記接触
体とが前記駆動振動による駆動力で相対移動するもので
ある。
の構成は、上記したいずれかの構成において、前記振動
体に加圧接触する接触体を有し、前記振動体と前記接触
体とが前記駆動振動による駆動力で相対移動するもので
ある。
【００２５】本出願に係る発明の目的を実現する第１１
の構成は、上記第１０の構成において、前記振動体また
は前記接触体の駆動力を被駆動体に伝達して該被駆動体
を駆動するための駆動力伝達手段を有するものである。
の構成は、上記第１０の構成において、前記振動体また
は前記接触体の駆動力を被駆動体に伝達して該被駆動体
を駆動するための駆動力伝達手段を有するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は第１
の実施の形態で用いる振動波モータの駆動アルゴリズム
のフローチャート、図２は第１の実施の形態での振動波
モータの駆動アルゴリズムを示すための周波数と回転数
特性、及びある周波数における所定距離まで移動するの
に要する時間を示す図である。
の実施の形態で用いる振動波モータの駆動アルゴリズム
のフローチャート、図２は第１の実施の形態での振動波
モータの駆動アルゴリズムを示すための周波数と回転数
特性、及びある周波数における所定距離まで移動するの
に要する時間を示す図である。
【００２７】図１のアルゴリズムを図２を使って説明す
る。
る。
【００２８】図２の（ａ）は駆動周波数と回転数の関係
を示し、目標回転速度をＮ4 とし、その時の駆動周波数
をｆ4 とする。また、図２の（ｂ）において、ｔ0 〜ｔ
7 は、異なる起動時の回転数（Ｎ0 〜Ｎ7 ）での、駆動
から所定距離移動して停止するまでに要した時間を示し
ている。図２の（ｂ）において、例えば起動時にある駆
動周波数で駆動した際、駆動から所定距離移動して停止
するまでの時間がｔ2であると、その時の回転数がＮ2
であることを示している。
を示し、目標回転速度をＮ4 とし、その時の駆動周波数
をｆ4 とする。また、図２の（ｂ）において、ｔ0 〜ｔ
7 は、異なる起動時の回転数（Ｎ0 〜Ｎ7 ）での、駆動
から所定距離移動して停止するまでに要した時間を示し
ている。図２の（ｂ）において、例えば起動時にある駆
動周波数で駆動した際、駆動から所定距離移動して停止
するまでの時間がｔ2であると、その時の回転数がＮ2
であることを示している。
【００２９】そして、図２の（ａ）に示すように、この
回転数Ｎ2 に対応する駆動周波数がｆ2 となる。
回転数Ｎ2 に対応する駆動周波数がｆ2 となる。
【００３０】この場合、目標値とする回転数での駆動か
ら所定距離移動して停止するまでの時間を例えばｔ4 と
すると、駆動周波数を下げて再度起動を行い、駆動から
所定距離移動して停止するまでの時間がｔ4 となると、
その時の駆動周波数（ｆ4 ）を記憶し、本駆動動作時の
目標駆動周波数をｆ4 として起動を行えば良い事にな
る。
ら所定距離移動して停止するまでの時間を例えばｔ4 と
すると、駆動周波数を下げて再度起動を行い、駆動から
所定距離移動して停止するまでの時間がｔ4 となると、
その時の駆動周波数（ｆ4 ）を記憶し、本駆動動作時の
目標駆動周波数をｆ4 として起動を行えば良い事にな
る。
【００３１】この場合、振動波モータの回転をパルスエ
ンコーダにより検出するようにすると、該パルスエンコ
ーダで検出する所定のパルス数をカウントするのに要す
る時間を計測することにより、起動動作処理におけるモ
ータの所定の駆動量に要した時間を得ることができる。
ンコーダにより検出するようにすると、該パルスエンコ
ーダで検出する所定のパルス数をカウントするのに要す
る時間を計測することにより、起動動作処理におけるモ
ータの所定の駆動量に要した時間を得ることができる。
【００３２】なお、駆動回路はマイコン１１の制御アル
ゴリズムが変わるだけなので従来例の図１１と同じであ
る。
ゴリズムが変わるだけなので従来例の図１１と同じであ
る。
【００３３】図１において、 Ｓ１：駆動回路に電源が入れられると、予め記憶されて
いる周波数を設定値として設定する。
いる周波数を設定値として設定する。
【００３４】Ｓ２：スタート信号により一連の位置決め
制御動作を行う。ただし、このとき周波数は固定されて
いる。そしてマイコンは、その周波数で駆動時の停止ま
での時間を計測する。
制御動作を行う。ただし、このとき周波数は固定されて
いる。そしてマイコンは、その周波数で駆動時の停止ま
での時間を計測する。
【００３５】Ｓ３：この計測時間、すなわち動作時間と
目標値（ｔ４）とを比較する。ここで、この計測時間が
目標値ｔ4 よりも長い場合の時間をｔ2 とする。ｔ2 の
ように計測した時間がｔ4 よりも長い場合、設定周波数
は最適な周波数ｆ4 よりも高い周波数ｆ２にあると考え
られる。
目標値（ｔ４）とを比較する。ここで、この計測時間が
目標値ｔ4 よりも長い場合の時間をｔ2 とする。ｔ2 の
ように計測した時間がｔ4 よりも長い場合、設定周波数
は最適な周波数ｆ4 よりも高い周波数ｆ２にあると考え
られる。
【００３６】Ｓ４：よって、より高速になるように周波
数を低い側ｆ3 へと設定値を変更し、次の駆動待ち状態
になる。
数を低い側ｆ3 へと設定値を変更し、次の駆動待ち状態
になる。
【００３７】そして、次のスタート信号により、上記の
場合と同様に、一連の位置決め制御を行う。その際、計
測時間が目標値ｔ4 よりも長い時間の場合、同様に周波
数を低い側へ変更する。
場合と同様に、一連の位置決め制御を行う。その際、計
測時間が目標値ｔ4 よりも長い時間の場合、同様に周波
数を低い側へ変更する。
【００３８】このように、周波数の変更動作を繰り返し
ていき、最適な駆動時間ｔ4(周波数ｆ4)へと持ってい
く。
ていき、最適な駆動時間ｔ4(周波数ｆ4)へと持ってい
く。
【００３９】Ｓ３において、逆に、もしこの計測時間が
目標値ｔ4 よりも短い時間のｔ6 とする。ｔ6 のように
計測した時間がｔ4 よりも短い場合、設定周波数は最適
な周波数ｆ4 よりも低い周波数ｆ6 にあると考えられ
る。
目標値ｔ4 よりも短い時間のｔ6 とする。ｔ6 のように
計測した時間がｔ4 よりも短い場合、設定周波数は最適
な周波数ｆ4 よりも低い周波数ｆ6 にあると考えられ
る。
【００４０】Ｓ５：よって、マイコンは低速になるよう
に周波数を高い側ｆ5 へと設定値を変更し、次の駆動待
ち状態になる。
に周波数を高い側ｆ5 へと設定値を変更し、次の駆動待
ち状態になる。
【００４１】そして、次のスタート信号により上記と同
様に一連の位置決め制御を行う。そして計測時間が目標
値ｔ4 よりも短い時間の場合、同様に周波数を高い側へ
変更する（Ｓ６）。
様に一連の位置決め制御を行う。そして計測時間が目標
値ｔ4 よりも短い時間の場合、同様に周波数を高い側へ
変更する（Ｓ６）。
【００４２】この予備動作を繰り返していき、最適な駆
動時間ｔ4(周波数ｆ4)へと持っていく（Ｓ７）。
動時間ｔ4(周波数ｆ4)へと持っていく（Ｓ７）。
【００４３】上記した予備動作処理により、モータの駆
動周波数を最適な値にすることが可能となる。
動周波数を最適な値にすることが可能となる。
【００４４】（第２の実施の形態）図３は本発明の第２
の実施の形態で用いる振動波モータの駆動アルゴリズム
を示す図である。
の実施の形態で用いる振動波モータの駆動アルゴリズム
を示す図である。
【００４５】本実施の形態は、被駆動体の負荷が大きく
なった場合を示しているものである。
なった場合を示しているものである。
【００４６】この場合、図３の（ａ）の周波数vs回転数
特性になる。このとき、目標値を破線で示す第１の実施
の形態と同じ通常の周波数vs回転数特性での目標値であ
るｔ 4 に設定すると、実線で示す負荷が増大したときに
おける周波数vs回転数特性では、回転数のでない領域
（制御領域から外れた領域）になってしまい、モータが
殆ど動かないという状況になってしまう。
特性になる。このとき、目標値を破線で示す第１の実施
の形態と同じ通常の周波数vs回転数特性での目標値であ
るｔ 4 に設定すると、実線で示す負荷が増大したときに
おける周波数vs回転数特性では、回転数のでない領域
（制御領域から外れた領域）になってしまい、モータが
殆ど動かないという状況になってしまう。
【００４７】本第２の実施の形態では、その様な場合も
考慮した駆動アルゴリズムを提供するものである。
考慮した駆動アルゴリズムを提供するものである。
【００４８】最初の駆動は第１の実施の形態と同様に、
モータの共振周波数より高い、確実に起動する周波数を
設定し駆動時間を計測する。この計測時間を目標値ｔ4
よりも長い時間のｔ2 とする。ｔ2 のように計測した時
間がｔ4 よりも長いので、より高速になるように周波数
を低い側ｆ3 へと設定値を変更し、次の駆動待ち状態に
なる。
モータの共振周波数より高い、確実に起動する周波数を
設定し駆動時間を計測する。この計測時間を目標値ｔ4
よりも長い時間のｔ2 とする。ｔ2 のように計測した時
間がｔ4 よりも長いので、より高速になるように周波数
を低い側ｆ3 へと設定値を変更し、次の駆動待ち状態に
なる。
【００４９】そして、次のスタート信号により上記の予
備起動処理と同様に一連の位置決め制御を行う。この繰
り返しで計測時間が目標値ｔ4 よりも長い時間の場合、
周波数を低い側へ変更する。
備起動処理と同様に一連の位置決め制御を行う。この繰
り返しで計測時間が目標値ｔ4 よりも長い時間の場合、
周波数を低い側へ変更する。
【００５０】しかし、図３に示すように、一連の予備起
動処理を行う際、駆動時間ｔ3 を計測した場合、その時
の回転数がＮ3 であるか、図３の（ａ）の実線で示す負
荷増大時の駆動周波数は共振点より高周波数側の使用領
域に存在するが、さらに予備起動処理を行って、駆動時
間ｔ4 を計測しようとしても、該駆動時間ｔ4 に対応し
た回転数Ｎ4 は図３の（ａ）の実線に示すように負荷が
大きいため目標駆動時間ｔ4 になる前に最もスピードが
出せる領域を越え、回転数が急激に下がってしまってい
る。
動処理を行う際、駆動時間ｔ3 を計測した場合、その時
の回転数がＮ3 であるか、図３の（ａ）の実線で示す負
荷増大時の駆動周波数は共振点より高周波数側の使用領
域に存在するが、さらに予備起動処理を行って、駆動時
間ｔ4 を計測しようとしても、該駆動時間ｔ4 に対応し
た回転数Ｎ4 は図３の（ａ）の実線に示すように負荷が
大きいため目標駆動時間ｔ4 になる前に最もスピードが
出せる領域を越え、回転数が急激に下がってしまってい
る。
【００５１】そこで、本実施の形態では、前回の予備起
動処理時における目標駆動時間を記憶しておき、周波数
を変更したときに、図３の（ｂ）に示すように、急激に
駆動時間が長くなってしまった場合（ｔ4 ’）、目標駆
動時間を長めに変更し、目標駆動周波数を通常の負荷時
における目標駆動周波数よりも高い方に戻すようなアル
ゴリズムを加えた。
動処理時における目標駆動時間を記憶しておき、周波数
を変更したときに、図３の（ｂ）に示すように、急激に
駆動時間が長くなってしまった場合（ｔ4 ’）、目標駆
動時間を長めに変更し、目標駆動周波数を通常の負荷時
における目標駆動周波数よりも高い方に戻すようなアル
ゴリズムを加えた。
【００５２】したがって、負荷変動がある場合でも最適
な周波数で駆動することが可能となる。 （第３の実施の形態）図４は第３の実施の形態を示し、
ある駆動をさせたときに検出される駆動時間の様子を表
したものである。
な周波数で駆動することが可能となる。 （第３の実施の形態）図４は第３の実施の形態を示し、
ある駆動をさせたときに検出される駆動時間の様子を表
したものである。
【００５３】図４に示すように、通常、位置決めの制御
をする場合、停止時にサーボをかけるので、１回の制御
動作で停止した場合の時間ｔ4 に対し、行き過ぎて戻し
て停止した場合に要する時間ｔ4-1 、行きすぎて戻した
ときに要する時間ｔ4-2 など、駆動時間が変わってしま
う。
をする場合、停止時にサーボをかけるので、１回の制御
動作で停止した場合の時間ｔ4 に対し、行き過ぎて戻し
て停止した場合に要する時間ｔ4-1 、行きすぎて戻した
ときに要する時間ｔ4-2 など、駆動時間が変わってしま
う。
【００５４】本第３の実施の形態では、正確な駆動時間
を検出するために、駆動時間の計測領域を減速を始める
までの時間とした。
を検出するために、駆動時間の計測領域を減速を始める
までの時間とした。
【００５５】このようにすることで、ばらつきの大きい
サーボに使用している時間を検出しないので、ある周波
数での駆動時間を正確に検出することができる。
サーボに使用している時間を検出しないので、ある周波
数での駆動時間を正確に検出することができる。
【００５６】（第４の実施の形態）図５は本発明の第４
の実施の形態を示し、ある駆動をさせたときに検出され
る駆動時間の様子を表したものである。
の実施の形態を示し、ある駆動をさせたときに検出され
る駆動時間の様子を表したものである。
【００５７】図５に示すように、同じ回転数でも停止位
置がｔ10〜ｔ15のように状況によって異なることがあ
る。
置がｔ10〜ｔ15のように状況によって異なることがあ
る。
【００５８】即ち、同じ周波数で駆動しても、移動距離
が長ければ駆動時間が長くなるし、移動距離が短ければ
駆動時間は短くなると言うように駆動時間がばらつく。
が長ければ駆動時間が長くなるし、移動距離が短ければ
駆動時間は短くなると言うように駆動時間がばらつく。
【００５９】本第４の実施の形態は、停止位置までの距
離によらず、最適な周波数に制御することができるよう
に、ある周波数でモータを起動してからある位置を通過
するまでの時間を検出するようにしている。
離によらず、最適な周波数に制御することができるよう
に、ある周波数でモータを起動してからある位置を通過
するまでの時間を検出するようにしている。
【００６０】このようにすることで、停止位置が異なる
場合でも、同じ周波数で駆動していればある位置を通過
するまでの駆動時間は同じなので、ある周波数での駆動
時間を正確に検出することができる。
場合でも、同じ周波数で駆動していればある位置を通過
するまでの駆動時間は同じなので、ある周波数での駆動
時間を正確に検出することができる。
【００６１】（第５の実施の形態）図６は第５の実施の
形態を示すため、ある周波数で駆動させたときの検出さ
れる駆動時間の様子を表したものである。
形態を示すため、ある周波数で駆動させたときの検出さ
れる駆動時間の様子を表したものである。
【００６２】第１の実施の形態では、検出された駆動時
間に対し、早いか遅いかを判断し、駆動周波数を１段変
更していたが、本実施の形態では、検出された駆動時間
と設定値（図６ではｔ4 ）に対する偏差を求め、その量
が大きければ周波数の変化量を大きくし、小さければ周
波数の変化量を小さくするというアルゴリズムをとるよ
うにしている。例えば、本実施の形態では、設定値ｔ4
に対応の駆動周波数をｆとすると、ｔ4 よりも一段長い
駆動時間ｔ3 での偏差をｆ−Δｆ、２段長い駆動時間ｔ
2 の偏差をｆ−２Δｆというように設定し、またｔ4 よ
りも一段短い駆動時間ｔ5 の偏差をｆ＋Δｆ、２段短い
駆動時間ｔ6 の偏差をｆ＋２Δｆというように設定して
いる。
間に対し、早いか遅いかを判断し、駆動周波数を１段変
更していたが、本実施の形態では、検出された駆動時間
と設定値（図６ではｔ4 ）に対する偏差を求め、その量
が大きければ周波数の変化量を大きくし、小さければ周
波数の変化量を小さくするというアルゴリズムをとるよ
うにしている。例えば、本実施の形態では、設定値ｔ4
に対応の駆動周波数をｆとすると、ｔ4 よりも一段長い
駆動時間ｔ3 での偏差をｆ−Δｆ、２段長い駆動時間ｔ
2 の偏差をｆ−２Δｆというように設定し、またｔ4 よ
りも一段短い駆動時間ｔ5 の偏差をｆ＋Δｆ、２段短い
駆動時間ｔ6 の偏差をｆ＋２Δｆというように設定して
いる。
【００６３】このようにすることで素早く最適な周波数
へもっていくことが可能となる。
へもっていくことが可能となる。
【００６４】（第６の実施の形態）上記した各実施の形
態において、予備起動処理に要する時間を１００ｍｓｅ
ｃ以下の短い時間内としている。
態において、予備起動処理に要する時間を１００ｍｓｅ
ｃ以下の短い時間内としている。
【００６５】すなわち、振動波モータは、振動を発生さ
せた振動体の振動利用して、接触体としての移動体を摩
擦により駆動するという原理のため、通常の電磁モータ
の立ち上がり速度５０〜６０ｍｓｅｃに対し、１０ｍｓ
ｅｃ程度と非常に短い。また、同様に停止させる時の立
ち下がり特性も良い。
せた振動体の振動利用して、接触体としての移動体を摩
擦により駆動するという原理のため、通常の電磁モータ
の立ち上がり速度５０〜６０ｍｓｅｃに対し、１０ｍｓ
ｅｃ程度と非常に短い。また、同様に停止させる時の立
ち下がり特性も良い。
【００６６】また、１００ｍｓｅｃ以下の短い時間で駆
動する必要がある場合、電磁モータ等の他のモータでは
立ち上がり、立ち下がり特性が悪いので実現が困難なの
に対し、振動波モータを使用することにより実現可能と
なる。
動する必要がある場合、電磁モータ等の他のモータでは
立ち上がり、立ち下がり特性が悪いので実現が困難なの
に対し、振動波モータを使用することにより実現可能と
なる。
【００６７】（第７の実施の形態）図７は本発明による
振動波モータを用いたレンズ鏡筒の断面図を示す。
振動波モータを用いたレンズ鏡筒の断面図を示す。
【００６８】上記振動波モータと一体的に組みつけられ
ているギアｆは、ギア伝達機構Ｇの入力ギアＧＩに噛合
し、その出力ギアＧＯはレンズＬ１を保持するレンズ保
持部材Ｈに形成されたギアＨＩに噛合している。このレ
ンズ保持部材Ｈは固定筒Ｋにヘリコイド結合し、振動波
モータの駆動力によりギア伝達機構Ｇを介して回転駆動
されて合焦動作が行われる。
ているギアｆは、ギア伝達機構Ｇの入力ギアＧＩに噛合
し、その出力ギアＧＯはレンズＬ１を保持するレンズ保
持部材Ｈに形成されたギアＨＩに噛合している。このレ
ンズ保持部材Ｈは固定筒Ｋにヘリコイド結合し、振動波
モータの駆動力によりギア伝達機構Ｇを介して回転駆動
されて合焦動作が行われる。
【００６９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、目
標速度に対応の駆動周波数を短時間に得ることができ、
起動から定常駆動までに要する時間を大幅に短縮するこ
とが可能となり、温度などの変化によりモータの共振周
波数が変化しても振動波モータの駆動を最適な周波数で
行うことが可能となった。
標速度に対応の駆動周波数を短時間に得ることができ、
起動から定常駆動までに要する時間を大幅に短縮するこ
とが可能となり、温度などの変化によりモータの共振周
波数が変化しても振動波モータの駆動を最適な周波数で
行うことが可能となった。
【図１】第１の実施の形態の振動波モータの駆動アルゴ
リズムのフローチャート
リズムのフローチャート
【図２】（ａ）は第１の実施の形態での振動波モータの
駆動アルゴリズムを示すための周波数と回転数特性を示
す図、（ｂ）は駆動−停止時間と回転数との関係を示す
駆動アルゴリズムを示すための周波数と回転数特性を示
す図、（ｂ）は駆動−停止時間と回転数との関係を示す
【図３】第２の実施の形態を示し、（ａ）は周波数と回
転数特性を示す図、（ｂ）は駆動−停止時間と回転数の
関係を示す図
転数特性を示す図、（ｂ）は駆動−停止時間と回転数の
関係を示す図
【図４】第３の実施の形態を示す駆動−停止時間と回転
数との関係を示し、ある周波数で定位置に振動波モータ
をサーボ駆動したときの停止時間のばらつきの様子を示
す。
数との関係を示し、ある周波数で定位置に振動波モータ
をサーボ駆動したときの停止時間のばらつきの様子を示
す。
【図５】第４の実施の形態を示す駆動−停止時間と回転
数との関係を示し、ある周波数で停止位置を決めず振動
波モータをサーボ駆動したときの停止時間のばらつきの
様子を示したものである。
数との関係を示し、ある周波数で停止位置を決めず振動
波モータをサーボ駆動したときの停止時間のばらつきの
様子を示したものである。
【図６】第５の実施の形態を示す駆動−停止時間と回転
数との関係を示し、駆動時間と周波数の変化させる比率
の関係を示したものである。
数との関係を示し、駆動時間と周波数の変化させる比率
の関係を示したものである。
【図７】本発明の振動波モータを駆動源として用いたレ
ンズ鏡筒の断面図。
ンズ鏡筒の断面図。
【図８】従来の棒状振動波モータの概略構成を示す図。
【図９】従来の回路構成を示すブロック図。
【図１０】従来の振動波モータの駆動アルゴリズムを示
す周波数と回転数特性図。
す周波数と回転数特性図。
１：振動体 ２：発振器 ３：移相器 ４，５：スイッチング回路 ６，７：マッチングコイル ８：速度検出手段 １０：位相差検出器 １１：制御用マイコン Ａ−ｄ，Ｂ−ｄ：駆動用電極 Ｓ−ｄ：振動検出用電極 Ｎ1 〜Ｎ7 ：モータ回転数ｔ1 〜ｔ15：モータ駆動時間
Claims (11)
- 【請求項１】 振動体の電気−機械エネルギー変換素子
に駆動回路より駆動用交流信号を印加することにより該
振動体に駆動振動を形成し、駆動力を得るようにした振
動波駆動装置において、 前記駆動回路は、前記駆動用交流信号の任意の周波数に
より起動動作を行い、所定の駆動量を駆動するのに要し
た時間と設定値とを比較し、その結果に応じて前記駆動
用交流信号の周波数を変更することを特徴とする振動波
駆動装置。 - 【請求項２】 振動体の電気−機械エネルギー変換素子
に駆動回路より駆動用交流信号を印加することにより該
振動体に駆動振動を形成し、駆動力を得るようにした振
動波駆動装置において、 前記駆動回路は、前記駆動用交流信号の任意の周波数に
より起動動作を行い、所定の駆動量を駆動するのに要し
た時間と設定値とを比較し、その結果に応じて前記駆動
用交流信号の周波数を変更する周波数変更モードと、変
更周波数での駆動ができない時に前記設定値を変更する
設定値変更モードを有することを特徴とする振動波駆動
装置。 - 【請求項３】 振動体の電気−機械エネルギー変換素子
に駆動回路より駆動用交流信号を印加することにより該
振動体に駆動振動を形成し、駆動力を得るようにした振
動波駆動装置において、 前記駆動回路は、前記所定の駆動量を駆動するのに要し
た時間にばらつきが生じる場合、前記所定の駆動量を、
停止のための減速動作の前までの領域に変更する計測領
域変更モードを有することを特徴とする振動波駆動装
置。 - 【請求項４】 振動体の電気−機械エネルギー変換素子
に駆動回路より駆動用交流信号を印加することにより該
振動体に駆動振動を形成し、駆動力を得るようにした振
動波駆動装置において、 前記駆動回路は、前記駆動用交流信号の任意の周波数に
より起動動作を行い、所定の駆動量を駆動するのに要し
た時間と設定値との偏差を求め、該偏差に応じて前記駆
動用交流信号の周波数の変化率を変えることを特徴とす
る振動波駆動装置。 - 【請求項５】 前記駆動回路は、起動から目標位置に達
するまでの時間を所定の駆動量を駆動するのに要した時
間とすることを特徴とする請求項１、２、３または４に
記載の振動波駆動装置。 - 【請求項６】 前記駆動回路は、起動からある設定され
た位置を通過するまでの時間を所定の駆動量を駆動する
のに要した時間とすることを特徴とする請求項１、２、
３または４に記載の振動波駆動装置。 - 【請求項７】 前記駆動回路の設定値変更モードは、所
定の駆動量を駆動するのに要した時間を短くするように
周波数を変更しても、該時間が短くならないと、駆動周
波数を大幅に高周波数側に変更することを特徴とする請
求項２に記載の振動波駆動装置。 - 【請求項８】 前記駆動回路は、実際の駆動時間を100m
sec 以下の短い時間とすることを特徴とする請求項１な
いし７のいずれかに記載の振動波駆動装置。 - 【請求項９】 前記駆動回路は、前記実際の駆動時間を
１０msec〜５０msecの間とすることを特徴とする請求項
１ないし７のいずれかに記載の振動波駆動装置。 - 【請求項１０】 前記振動体に加圧接触する接触体を有
し、前記振動体と前記接触体とが前記駆動振動による駆
動力で相対移動することを特徴とする請求項１ないし９
のいずれかに記載の振動波駆動装置。 - 【請求項１１】 前記振動体または前記接触体の駆動力
を被駆動体に伝達して該被駆動体を駆動するための駆動
力伝達手段を有することを特徴とする請求項１０に記載
の振動波駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11048393A JP2000253677A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 振動波駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11048393A JP2000253677A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 振動波駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000253677A true JP2000253677A (ja) | 2000-09-14 |
Family
ID=12802063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11048393A Pending JP2000253677A (ja) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | 振動波駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000253677A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009153286A (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-09 | Canon Inc | 振動波アクチュエータを有する光学機器 |
| US7652897B2 (en) | 2005-02-23 | 2010-01-26 | Sharp Kabushiki Kaisha | High frequency unit |
-
1999
- 1999-02-25 JP JP11048393A patent/JP2000253677A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7652897B2 (en) | 2005-02-23 | 2010-01-26 | Sharp Kabushiki Kaisha | High frequency unit |
| JP2009153286A (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-09 | Canon Inc | 振動波アクチュエータを有する光学機器 |
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