JP2000253679A - Drive method for ultrasonic motor - Google Patents

Drive method for ultrasonic motor

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JP2000253679A
JP2000253679A JP11050727A JP5072799A JP2000253679A JP 2000253679 A JP2000253679 A JP 2000253679A JP 11050727 A JP11050727 A JP 11050727A JP 5072799 A JP5072799 A JP 5072799A JP 2000253679 A JP2000253679 A JP 2000253679A
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JP
Japan
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frequency
signal
stator
output
wave
Prior art date
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Application number
JP11050727A
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Japanese (ja)
Inventor
Kosei Wada
好世 和田
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Star Micronics Co Ltd
Original Assignee
Star Micronics Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a drive method for an ultrasonic motor which can perform the smooth rotation. SOLUTION: This ultrasonic motor is equipped with the first frequency divider 16D1 which divides the signal of frequency(f) into (n), a phase comparator 16D2 which has this divided signal and a feedback signal inputted, an integrator 16D3 which integrates the output of the phase comparator 16D2, a voltage control oscillator 16D4 which has the output of the integrator 16D3 inputted, and the second frequency divider 16D5 which divides the frequency of the output of the voltage control oscillator 16D4 into N and feeds it back as the above feedback signal to the phase comparator 16D2. Here, the signal of the frequency(f) is inputted into the first frequency divider 16D1, and a drive signal fOUT is generated from the signal of the frequency f.N/n outputted from the voltage control oscillator 16D4. The maximum value of N is under A, and 10×f/n is set to be larger than one-Ath as large as natural frequency F.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータの駆
動方法に関する。
The present invention relates to a method for driving an ultrasonic motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の超音波モータは、特開平7−15
4981号公報に記載されている。この超音波モータ
は、固定子及び移動子の双方に圧電セラミックからなる
振動子を設け、当該振動子を振動させることによってこ
れらの対向表面に振動波、すなわち表面弾性波を発生さ
せている。この超音波モータにおいては、振動波は振動
子への駆動信号の印加によって生成されるが、双方の駆
動信号には周波数差が与えられ、これにより固定子及び
移動子の振動波噛合位置を変化させて移動子を移動させ
ている。同公報によれば、かかる原理に基づく超音波モ
ータは、速度制御が正確であり、また、回転速度に依存
せずに駆動トルクを高くすることができるとされてい
る。
2. Description of the Related Art A conventional ultrasonic motor is disclosed in
No. 4981. In this ultrasonic motor, a vibrator made of piezoelectric ceramic is provided on both the stator and the mover, and the vibrator is vibrated to generate a vibration wave, that is, a surface acoustic wave, on their opposing surfaces. In this ultrasonic motor, the vibration wave is generated by applying a drive signal to the vibrator, but a frequency difference is given to both drive signals, thereby changing the position where the vibration wave meshes between the stator and the mover. Let's move the mover. According to the publication, an ultrasonic motor based on such a principle has an accurate speed control and can increase a driving torque without depending on a rotation speed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本願発明者らは、この
ような超音波モータ及びその駆動回路を独自に開発して
きた。この回路においては、高精度駆動を達成するため
に、駆動信号の周波数差Δfは固定子又は前記移動子の
固有振動数(共振周波数)のA分の1に設定される。例
えば、固有振動数が50kHzの場合には、周波数差Δ
fは50Hz以下(A=1000)に設定される。駆動
信号f+Δf(又は−Δf)は、周波数fの信号を位相
同期ループを用いた周波数シンセサイザに入力すること
により生成される。
The present inventors have independently developed such an ultrasonic motor and its driving circuit. In this circuit, in order to achieve high-precision driving, the frequency difference Δf of the driving signal is set to 1 / A of the natural frequency (resonance frequency) of the stator or the moving element. For example, when the natural frequency is 50 kHz, the frequency difference Δ
f is set to 50 Hz or less (A = 1000). The drive signal f + Δf (or −Δf) is generated by inputting a signal of frequency f to a frequency synthesizer using a phase locked loop.

【0004】好適な周波数シンセサイザの構成は、周波
数fの信号をn分周する第1分周器と、この分周された
信号及び帰還信号が入力される位相比較器と、位相比較
器の出力を積分する積分器と、積分器の出力が入力され
る電圧制御発振器と、電圧制御発振器の出力をN分周し
上記帰還信号として位相比較器に帰還する第2分周器と
を備える。
A preferred frequency synthesizer comprises a first frequency divider for dividing the frequency f signal by n, a phase comparator to which the frequency-divided signal and the feedback signal are inputted, and an output of the phase comparator. , A voltage-controlled oscillator to which the output of the integrator is input, and a second frequency divider that divides the output of the voltage-controlled oscillator by N and feeds it back to the phase comparator as the feedback signal.

【0005】周波数シンセサイザの第1分周器に、周波
数fの信号を入力すると、電圧制御発振器からは周波数
f・N/nの信号が出力されるので、この回路において
は、これを周波数f+Δf(又は−Δf)の駆動信号と
する。
When a signal of a frequency f is input to a first frequency divider of a frequency synthesizer, a signal of a frequency f · N / n is output from a voltage controlled oscillator. Or a drive signal of -Δf).

【0006】入力信号周波数fを50kHzとし、これ
からそのA分の1増(又は減)の信号を生成する場合に
は、Aを1000とすると、出力信号周波数はf・N/
nであるから、通常はNを1001とし、nを1000
として、出力信号周波数=50kHz・1001/10
00を得ることが行われる。すなわち、高精度駆動を行
うために、駆動信号の周波数差ΔfをそのA分の1に設
定する場合には、NはA以上となる必要があると思われ
る。
When an input signal frequency f is set to 50 kHz and a signal which is increased (or decreased) by 1 / A is generated from the input signal frequency f, if A is set to 1000, the output signal frequency becomes f · N /
Usually, N is 1001 and n is 1000
Output signal frequency = 50 kHz · 1001/10
00 is obtained. That is, when the frequency difference Δf of the drive signal is set to 1 / A to perform high-precision drive, it is considered that N needs to be equal to or more than A.

【0007】しかしながら、上記構成の周波数シンセサ
イザにおいてNがA以上となる場合には、電圧制御発振
器の出力に顕著なジッタが発生し、このジッタは移動子
のスムーズな移動を抑制する。
However, when N is equal to or larger than A in the frequency synthesizer having the above configuration, a noticeable jitter occurs in the output of the voltage controlled oscillator, and this jitter suppresses the smooth movement of the moving element.

【0008】また、Nやnの値を大きく変化させると、
位相同期ループを用いた周波数シンセサイザの動作安定
度が低くなってしまうという問題もあった。動作安定度
を確保するためには、Nやnの値に応じて上記積分器の
回路定数を変化させなくてはならず、現実的ではなかっ
た。
When the values of N and n are greatly changed,
There is also a problem that the operation stability of the frequency synthesizer using the phase locked loop becomes low. In order to secure the operation stability, the circuit constant of the integrator must be changed according to the values of N and n, which is not practical.

【0009】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであり、スムーズな移動子の移動を行うことが可
能な超音波モータの駆動方法を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a method of driving an ultrasonic motor capable of smoothly moving a moving element.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波モー
タの駆動方法においては、それぞれの表面に振動波が形
成される駆動信号を圧接状態で対向配置された固定子及
び移動子のそれぞれに印加し、駆動信号間の周波数差を
固定子又は移動子の固有振動数のA分の1以内に設定
し、この周波数差に応じて振動波の噛合位置を変化させ
て移動子を移動させる超音波モータの駆動方法におい
て、周波数fの信号をn分周する第1分周器と、この分
周された信号及び帰還信号が入力される位相比較器と、
位相比較器の出力を積分する積分器と、積分器の出力が
入力される電圧制御発振器と、電圧制御発振器の出力を
N分周し上記帰還信号として位相比較器に帰還する第2
分周器とを備える周波数シンセサイザの第1分周器に、
周波数fの信号を入力し、電圧制御発振器から出力され
る周波数f・N/nの信号から駆動信号を生成する工程
を備え、Nの最大値がA未満であって、且つ、10×f
/nが固有振動数のA分の1よりも大きくなるように設
定されることを特徴とする。
In the method of driving an ultrasonic motor according to the present invention, a driving signal for forming a vibration wave on each surface is applied to each of a stator and a moving member which are opposed to each other in a pressed state. The frequency difference between the drive signals is set within 1 / A of the natural frequency of the stator or the mover, and the moving position of the mover is changed by changing the meshing position of the vibration wave according to the frequency difference. In the method for driving an acoustic wave motor, a first frequency divider that divides a frequency f signal by n, a phase comparator to which the frequency-divided signal and a feedback signal are input,
An integrator for integrating the output of the phase comparator, a voltage-controlled oscillator to which the output of the integrator is input, and a second for dividing the output of the voltage-controlled oscillator by N and feeding it back to the phase comparator as the feedback signal.
A first frequency divider of a frequency synthesizer having a frequency divider;
Inputting a signal having a frequency f and generating a drive signal from a signal having a frequency f · N / n output from a voltage controlled oscillator, wherein the maximum value of N is less than A and 10 × f
/ N is set to be larger than 1 / A of the natural frequency.

【0011】上述のように、NがA以上となる場合に
は、電圧制御発振器の出力に顕著なジッタが発生し、こ
のジッタは移動子のスムーズな移動を抑制する。そこ
で、NをA未満とすることによってジッタの発生を抑制
する。NをA未満としたので、10×f/nが固有振動
数のA分の1よりも大きくなるように設定し、結果的な
駆動信号間の周波数差を、固定子又は移動子の固有振動
数のA分の1以内に設定して高精度駆動を行う。以上の
ように、本発明に係る超音波モータの駆動方法において
は、移動子を高精度且つスムーズに回転させることがで
きる。
As described above, when N is equal to or larger than A, noticeable jitter occurs in the output of the voltage controlled oscillator, and this jitter suppresses the smooth movement of the moving element. Therefore, the occurrence of jitter is suppressed by setting N to be less than A. Since N is less than A, 10 × f / n is set to be larger than 1 / A of the natural frequency, and the resulting frequency difference between the drive signals is reduced by the natural vibration of the stator or the movable element. High-precision driving is performed with setting within 1 / A of the number. As described above, in the driving method of the ultrasonic motor according to the present invention, the moving element can be rotated with high precision and smoothly.

【0012】また、nとNの差は1に設定されることが
望ましい。この場合には、駆動信号の周波数差を微細に
可変することができる。
Preferably, the difference between n and N is set to one. In this case, the frequency difference between the drive signals can be finely varied.

【0013】Δfを正の微小周波数とした場合、第1周
波数シンセサイザの前段に、入力周波数fINに応じて出
力周波数fIN−Δf又はfIN+Δfを発生する第2周波
数シンセサイザを備え、第2周波数シンセサイザは固定
的な変換係数を有しており、第1周波数シンセサイザに
おけるn及びNは、第2周波数シンセサイザの出力周波
数がfIN−Δfの場合にはn<Nを満たすように設定さ
れ、fIN+Δfの場合はn>Nを満たすように設定され
ていることが好ましい。
When Δf is a small positive frequency, a second frequency synthesizer for generating an output frequency f IN −Δf or f IN + Δf in accordance with an input frequency f IN is provided before the first frequency synthesizer. The frequency synthesizer has fixed transform coefficients, and n and N in the first frequency synthesizer are set so as to satisfy n <N when the output frequency of the second frequency synthesizer is f IN −Δf, In the case of f IN + Δf, it is preferable to set n> N.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係る超音波モ
ータ及びその駆動方法について説明する。同一要素又は
同一機能を有する要素には同一符号を用いるものとし、
重複する説明は省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An ultrasonic motor according to an embodiment and a driving method thereof will be described below. The same reference numerals shall be used for the same elements or elements having the same functions,
Duplicate description will be omitted.

【0015】図1は、本実施の形態に係る超音波モータ
を示す構成図である。この超音波モータは、機械的駆動
機構からなる超音波モータ本体1及び超音波モータ本体
1の駆動制御を行う電気制御部2から構成される。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an ultrasonic motor according to the present embodiment. This ultrasonic motor includes an ultrasonic motor main body 1 composed of a mechanical drive mechanism and an electric control unit 2 that controls the driving of the ultrasonic motor main body 1.

【0016】まず、機械的駆動機構からなる超音波モー
タ本体1について説明する。
First, the ultrasonic motor body 1 composed of a mechanical drive mechanism will be described.

【0017】超音波モータ本体1は、固定用ベース3中
央部を貫通する回転軸4に互いに対向して設けられた外
縁円形のステータ5及びロータ6を備えている。ロータ
6は、ステータ5及びロータ6それぞれの対向接触面円
周方向に起振した変位波が噛合した状態で、一方の変位
波の位相を他方から変位させることにより回転する。
The ultrasonic motor body 1 has a circular outer edge stator 5 and a rotor 6 provided opposite to each other on a rotating shaft 4 penetrating the center of the fixing base 3. The rotor 6 rotates by displacing the phase of one displacement wave from the other in a state where the displacement waves generated in the circumferential direction of the opposing contact surfaces of the stator 5 and the rotor 6 mesh with each other.

【0018】ここで説明される変位波は、ステータ5及
びロータ6の対向表面の物理的変形によって構成される
物理的変位の波であり、90度位相差を有する従来の駆
動信号をそれぞれの振動子に印加する場合には、変位波
は進行波を構成する。
The displacement wave described here is a wave of a physical displacement constituted by a physical deformation of the opposing surfaces of the stator 5 and the rotor 6, and a conventional drive signal having a phase difference of 90 degrees is applied to each vibration. When applied to the probe, the displacement wave constitutes a traveling wave.

【0019】詳説すれば、変位波は、ステータ5及びロ
ータ6双方の対向表面上に形成された超音波による噛面
であり、これらを圧接させることによって当該超音波噛
面が噛合すると、ステータ5及びロータ6変位波間の相
対的移動が規制される。このようにステータ5及びロー
タ6双方の対向表面に変位波が発生し、変位波間の相対
的移動が規制された状態で、超音波噛面としての一方の
変位波を他方に対して移動させると、ロータ6はステー
タ5に対して相対的に回転し、固定子5及び移動子6を
ステータ及びスライダとする場合には、スライダは直線
運動を行う。以下、このような変位波を噛合させて移動
子を移動させる駆動方法を「変位ロックドライブ」とす
る。なお、変位波としては種々のものが考えられるが、
以下の説明においては、変位波は進行波であるものとす
る。
More specifically, the displacement wave is a mesh surface formed by ultrasonic waves formed on the opposing surfaces of both the stator 5 and the rotor 6. And the relative movement between the rotor 6 displacement waves is restricted. As described above, when a displacement wave is generated on the opposing surfaces of both the stator 5 and the rotor 6 and one displacement wave as the ultrasonic meshing surface is moved with respect to the other while the relative movement between the displacement waves is regulated. The rotor 6 rotates relative to the stator 5, and when the stator 5 and the moving element 6 are a stator and a slider, the slider performs a linear motion. Hereinafter, a driving method for moving the moving element by meshing such a displacement wave is referred to as a “displacement lock drive”. Although various types of displacement waves can be considered,
In the following description, the displacement wave is a traveling wave.

【0020】固定用べース3は、超音波モータが適用さ
れるカメラ等の本体機器の固定側に当該超音波モータを
固定するためのものである。固定用べース3の中央部に
は、これを上下方向に貫く貫通孔3hが形成されてい
る。
The fixing base 3 is for fixing the ultrasonic motor to a fixed side of a main unit such as a camera to which the ultrasonic motor is applied. A through hole 3h is formed in the center of the fixing base 3 so as to penetrate the fixing base 3 in the vertical direction.

【0021】ステータ5は、セラミック圧電素子からな
る円環状の振動子5vと、振動子5vが裏面外周部に貼
着された金属からなる円環状の弾性体5eとを備えてい
る。弾性体5eの内周部5iは例えばネジ留め等により
固定用ベース3に固定され、外周部5oと内周部5iと
の間の円環状の中間部5mは肉薄であり、この中間部5
mが外周部の振動を容易にさせるとともに、内周部5i
と外周部5oとの間の振動伝達を抑制している。ステー
タ5の中央部にも、これを上下方向に貫く貫通孔5hが
形成されている。
The stator 5 includes an annular vibrator 5v made of a ceramic piezoelectric element, and an annular elastic body 5e made of a metal with the vibrator 5v adhered to the outer periphery of the back surface. An inner peripheral portion 5i of the elastic body 5e is fixed to the fixing base 3 by, for example, screwing, and an annular intermediate portion 5m between the outer peripheral portion 5o and the inner peripheral portion 5i is thin.
m facilitates the vibration of the outer peripheral portion and the inner peripheral portion 5i.
Vibration transmission between the motor and the outer peripheral portion 5o is suppressed. A through hole 5h penetrating the stator 5 in the up-down direction is also formed in the center of the stator 5.

【0022】ロータ6は、ステータ5と同一構造を有
し、セラミック圧電素子からなる円環状の振動子6v
と、振動子6vが上面外周部に貼着された金属からなる
円環状の弾性体6eとを備えている。弾性体6eの内周
部6iは回転軸4に固定され、弾性体6eは外周部6o
と内周部6iとの間に円環状の肉薄中間部6mを備え
る。
The rotor 6 has the same structure as the stator 5, and has an annular vibrator 6v made of a ceramic piezoelectric element.
And a vibrator 6v having an annular elastic body 6e made of a metal adhered to the outer peripheral portion of the upper surface. The inner peripheral portion 6i of the elastic body 6e is fixed to the rotating shaft 4, and the elastic body 6e is fixed to the outer peripheral portion 6o.
An annular thin intermediate portion 6m is provided between the inner peripheral portion 6i and the inner peripheral portion 6i.

【0023】回転軸4は、固定用ベース3及びステータ
5の貫通孔3h及び5h内を貫挿している。回転軸4
は、固定用べース3の貫通孔3hに嵌合固定された軸受
7に回転自在に支持されている。回転軸4の上記軸受7
による支承位置より上方には、回転軸4より大径のボス
8が設けられている。ロータ側弾性体6eの内周部6i
は、ボス8とステータ側弾性体5eとの間に位置し、ボ
ス8に圧入固定されている。なお、回転軸4の下部に
は、例えばCリング等のスナップリング9が取り付けら
れており、このスナップリング9と上記軸受7との間
に、スペーサ10を介して圧縮バネ11が介挿されてい
る。この圧縮バネ11によって、回転軸4及びボス8は
常時下方に付勢されている。
The rotating shaft 4 is inserted through the fixing base 3 and the through holes 3h and 5h of the stator 5. Rotary axis 4
Is rotatably supported by a bearing 7 fitted and fixed in the through hole 3h of the fixing base 3. The bearing 7 of the rotating shaft 4
A boss 8 having a diameter larger than that of the rotary shaft 4 is provided above the supporting position of the boss 8. Inner peripheral portion 6i of rotor side elastic body 6e
Is located between the boss 8 and the stator-side elastic body 5e, and is press-fitted and fixed to the boss 8. A snap ring 9 such as a C-ring is attached to the lower portion of the rotary shaft 4. A compression spring 11 is inserted between the snap ring 9 and the bearing 7 via a spacer 10. I have. The rotating shaft 4 and the boss 8 are constantly urged downward by the compression spring 11.

【0024】ステータ側弾性体5eは、外周部5o上面
に幅狭円環状の凸部5pを有し、ロータ側弾性体6e
は、外周部6o裏面に幅狭円環状の凸部6pを有する。
弾性体5e、6eを全面接触させると、励振側の振動が
相手側に大部分伝わって変位波の変位量が減衰してしま
うが、弾性体5e,6eは凸部5p,6pを有してお
り、接触表面が狭小となることから、弾性体5e,6e
に変位波を保持することができる。
The stator-side elastic member 5e has a narrow annular convex portion 5p on the upper surface of the outer peripheral portion 5o.
Has a narrow annular convex portion 6p on the back surface of the outer peripheral portion 6o.
When the elastic bodies 5e and 6e are brought into full contact with each other, most of the vibration on the excitation side is transmitted to the other side and the displacement of the displacement wave is attenuated. However, the elastic bodies 5e and 6e have the convex portions 5p and 6p. Since the contact surface becomes narrow, the elastic members 5e, 6e
Can hold a displacement wave.

【0025】ロータ側凸部6pとステータ側凸部5pと
の間には、例えば樹脂等より成る環状の緩衝摩擦部材1
2が介在し、緩衝摩擦部材12はこれらと圧接状態にあ
る。すなわち、ロータ側凸部6pは、圧縮バネ11の弾
性力よって緩衝摩擦部材12を介してステータ側凸部5
pを押圧している。
Between the rotor-side protrusion 6p and the stator-side protrusion 5p, an annular cushioning friction member 1 made of, for example, resin is provided.
2 intervenes, and the cushioning friction member 12 is in pressure contact with them. That is, the rotor-side convex portion 6p is formed by the stator-side convex portion 5
p is pressed.

【0026】緩衝摩擦部材12は、上記凸部5p又は凸
部6pに生ずる変位波を相手側に伝達しにくくする動作
をする一種の振動のローパスフィルタの作用をさせてい
ることから、ステータ側弾性体5e側の変位波とロータ
側弾性体6e側の変位波の相互干渉を防止して正常な変
位波を両者に発生させる。すなわち、振動子を例えば5
0kHzで振動させて変位波を両者に発生させている場
合、この50kHzの振動は相手側には伝達されにく
く、変位波の回転の周波数である例えば100Hzの振
動は相手側に伝達される。さらに、緩衝摩擦部材12
は、金属同士(凸部5p,6p)の直接接触を回避して
異音の発生を防止し、さらに圧接部の耐久性を向上させ
る。なお、緩衝摩擦部材12は、凸部5p,6pの何れ
にも固定されずに、凸部5p,6p間に介在している構
成でも、一方に固定している構成でも良い。
The cushioning friction member 12 functions as a kind of vibration low-pass filter that makes it difficult to transmit the displacement wave generated in the convex portion 5p or the convex portion 6p to the other side. Mutual interference between the displacement wave on the body 5e side and the displacement wave on the rotor side elastic body 6e side is prevented, and a normal displacement wave is generated in both. That is, for example, the oscillator
When the displacement wave is generated at both sides by vibrating at 0 kHz, the vibration of 50 kHz is hardly transmitted to the other party, and the vibration of the rotation frequency of the displacement wave, for example, 100 Hz, is transmitted to the other party. Further, the cushioning friction member 12
Prevents direct contact between metals (projections 5p, 6p) to prevent generation of abnormal noise, and further improves durability of the press contact portion. The cushioning friction member 12 may not be fixed to any of the protrusions 5p and 6p, but may be interposed between the protrusions 5p and 6p or may be fixed to one of them.

【0027】回転軸4のさらに上部には、互いの導通を
遮断した3個のリング13a,13b,13cから成る
スリップリング13が固定されている。これらのリング
13a,13b,13cに対しては、固定用ベース1の
上部に設けられたロータ用の通電ブラシ15a,15
b,15cが、それぞれ接触するように配置されてい
る。
A slip ring 13 composed of three rings 13a, 13b, and 13c that are disconnected from each other is fixed to the upper portion of the rotating shaft 4. For these rings 13a, 13b, 13c, the energizing brushes 15a, 15 for the rotor provided on the upper part of the fixing base 1.
b and 15c are arranged so as to be in contact with each other.

【0028】通電ブラシ15a,15bは、それぞれロ
ータ用駆動信号の第1成分供給用のブラシ、ロータ用駆
動信号の第2成分供給用のブラシであり、通電ブラシ1
3cは、グランド用のブラシである。ここで、第1成分
及び第2成分は、90°位相差を有し、正弦波であるこ
とが好ましいが、これらは方形波であってもよい。
The energizing brushes 15a and 15b are a brush for supplying the first component of the rotor drive signal and a brush for supplying the second component of the rotor drive signal, respectively.
3c is a ground brush. Here, the first component and the second component preferably have a 90 ° phase difference and are sine waves, but they may be square waves.

【0029】ステータ側振動子5vに電気制御部2から
2つの互いに関連した成分を有するステータ用駆動信号
を印加し、ステータ側弾性体5eにその円周方向に沿っ
て変位波を発生させる。なお、ステータ用駆動信号の上
記2つの成分は、90°位相差を有し、正弦波であるこ
とが好ましいが、これらは方形波であってもよい。
An electric control unit 2 applies a stator driving signal having two mutually related components to the stator-side vibrator 5v to generate a displacement wave in the stator-side elastic body 5e along the circumferential direction. The two components of the stator drive signal preferably have a 90 ° phase difference and are sine waves, but they may be square waves.

【0030】このようにして発生した変位波は、あたか
も円環上を変位波が回転しているような形態なので、以
降これを「回転変位波」として説明する。すなわち、ス
テータ側振動子5vに電気制御部2から上記2相のステ
ータ用駆動信号を印加すると、ステータ側弾性体5eに
その円周方向に沿って進行する回転変位波が発生する。
また、別の駆動信号を印加すると、ステータ側弾性体5
eに定在波等が発生する。
The displacement wave generated in this manner has a form as if the displacement wave is rotating on a ring, and will be hereinafter described as a "rotational displacement wave". That is, when the two-phase stator drive signal is applied from the electric control unit 2 to the stator-side vibrator 5v, a rotational displacement wave traveling in the circumferential direction of the stator-side elastic body 5e is generated.
When another drive signal is applied, the stator-side elastic body 5
A standing wave or the like is generated in e.

【0031】一方、ロータ側振動子6vに電気制御部2
からスリップリング13を介して2つの互いに関連した
成分を有するロータ用駆動信号を印加し、ロータ側弾性
体6eにその円周方向に沿って進行する変位波を発生さ
せる。すなわち、ロータ側振動子6vに電気制御部2か
らスリップリング13を介して上記2相の駆動信号を印
加すると、ロータ側弾性体6eにその円周方向に沿って
進行する回転変位波が発生する。また、別の駆動信号を
印加すると、ロータ側弾性体6eに定在波等が発生す
る。
On the other hand, the electric control unit 2 is attached to the rotor-side vibrator 6v.
, A rotor drive signal having two mutually related components is applied via the slip ring 13 to generate a displacement wave traveling in the circumferential direction of the rotor-side elastic body 6e. That is, when the two-phase drive signal is applied to the rotor-side vibrator 6v from the electric control unit 2 via the slip ring 13, a rotational displacement wave traveling in the circumferential direction of the rotor-side elastic body 6e is generated. . When another drive signal is applied, a standing wave or the like is generated in the rotor-side elastic body 6e.

【0032】本実施の形態に係る超音波モータにおいて
は、ステータ側弾性体5e及びロータ側弾性体6eの変
位波としての回転変位波が噛合した状態で、一方の変位
波の位相を他方からシフトすることで、ロータ側弾性体
6e及び回転軸4の噛合回転位置がシフトし、シフト量
の連続が回転となる。したがって、シフト量の連続性が
無くなれば、変位波噛合は行われつつも、ロータ6は回
転しない。以下、詳説する。
In the ultrasonic motor according to the present embodiment, the phase of one displacement wave is shifted from the other while the rotational displacement waves serving as the displacement waves of the stator-side elastic member 5e and the rotor-side elastic member 6e are engaged. By doing so, the meshing rotation position of the rotor side elastic body 6e and the rotating shaft 4 shifts, and the continuation of the shift amount becomes rotation. Therefore, if the continuity of the shift amount is lost, the rotor 6 does not rotate while the displacement wave meshing is performed. The details are described below.

【0033】図2は、前述した圧電振動子5v又は6v
の一方面側の平面図である。振動子5v,6vは、円環
状の圧電セラミック板CMと、圧電セラミック板CMの
一方面上に形成されたそれぞれ4個の第1電極部S1〜
S4及び第2電極部C1〜C4とを備えている。第1電
極部S1〜S4及び第2電極部C1〜C4は、振動子が
周方向全体で5波長(5λ)の定在波を発生し得るよう
に機械角36゜で等配されている。第1電極部S1〜S
4、第2電極部C1〜C4は、各々隣り合う領域で厚み
方向の分極方向が互いに逆向き(図示+−参照)となる
ように予め分極処理が施されている。なお、各電極S1
〜S4及びC1〜C4は、円環圧電セラミック板CMの
内縁及び外縁との間に隙間を空けることなく設けられて
いる。
FIG. 2 shows the above-described piezoelectric vibrator 5v or 6v.
FIG. 3 is a plan view of one surface side of FIG. The vibrators 5v and 6v each include an annular piezoelectric ceramic plate CM and four first electrode portions S1 to S4 formed on one surface of the piezoelectric ceramic plate CM.
S4 and second electrode portions C1 to C4. The first electrode units S1 to S4 and the second electrode units C1 to C4 are equally arranged at a mechanical angle of 36 ° so that the vibrator can generate a standing wave of five wavelengths (5λ) in the entire circumferential direction. First electrode units S1 to S
4. The second electrode portions C1 to C4 are preliminarily polarized so that the polarization directions in the thickness direction are opposite to each other (see + and-in the drawing) in the adjacent regions. In addition, each electrode S1
S4 and C1 to C4 are provided without leaving a gap between the inner edge and the outer edge of the annular piezoelectric ceramic plate CM.

【0034】図3は、振動子5v又は6vの他方面側の
平面図である。円環状の圧電セラミック板CMの他方面
上には、圧電セラミック板CMの一方面上の第1電極部
S1〜S4の形成領域全体に対向する第1側電極部SS
と、第2電極部C1〜C4の形成領域全体に対向する第
2側電極部CCとが設けられている。第1側電極部SS
と第2側電極部CCとの間には、機械角で18゜、電気
角で90゜をなして互いに対向するフィードバック用電
極部FB,FB’が設けられている。
FIG. 3 is a plan view of the other side of the vibrator 5v or 6v. On the other surface of the annular piezoelectric ceramic plate CM, a first side electrode portion SS opposed to the entire formation region of the first electrode portions S1 to S4 on one surface of the piezoelectric ceramic plate CM.
And a second side electrode portion CC facing the entire formation region of the second electrode portions C1 to C4. First side electrode section SS
The feedback electrode portions FB and FB 'which are opposed to each other at a mechanical angle of 18 ° and an electrical angle of 90 ° are provided between the first and second side electrode portions CC.

【0035】図1を再び参照すると、ステータ側振動子
5vの上記一方面は、その全面が金属弾性体5eの上面
側に接着剤又は導電性接着剤で接着されている。一般に
は非導電性接着剤を用いても、接着剤厚が薄いため機械
加工面の荒小部分が接触し、電気的には導通する。金属
弾性体5eは、固定用ベース3に電気的に接続されてお
り、ステータ側振動子5vの一方面に形成された電極S
1〜S4,FB,C1〜C4は、グランドに接続されて
いる。一方、ステータ側振動子5vの第1側電極部SS
及び第2側電極部CCは駆動回路16に接続されてい
る。
Referring again to FIG. 1, the entire surface of the one side of the stator-side vibrator 5v is bonded to the upper surface of the metal elastic body 5e with an adhesive or a conductive adhesive. In general, even when a non-conductive adhesive is used, a small portion of the machined surface comes into contact because of the small thickness of the adhesive, and electrical conduction is achieved. The metal elastic body 5e is electrically connected to the fixing base 3 and has an electrode S formed on one surface of the stator-side vibrator 5v.
1 to S4, FB and C1 to C4 are connected to the ground. On the other hand, the first side electrode portion SS of the stator side vibrator 5v
The second side electrode section CC is connected to the drive circuit 16.

【0036】駆動回路16は、グランドとステータ側振
動子5vの第1側電極部SSとの間にステータ用駆動信
号の第1成分である正弦波電圧信号(sin波)を印加
し、グランドと第2側電極部CCとの間にこれと90°
の位相差を有する第2成分である正弦波電圧信号(co
s波)を印加し、ステータ側振動子5v及びこれに貼着
された弾性体5eの円周方向に変位波を発生し、回転変
位波を形成する。駆動回路16には、振動子5vの変位
量に応じてフィードバック用電極部FB,FB’間に発
生した変位検出信号としての圧電電圧信号が入力され、
入力された変位検出信号に基づいてステータ側振動子5
vに供給される正弦波電圧信号の周波数及び位相を一定
に維持する。
The drive circuit 16 applies a sine wave voltage signal (sine wave), which is the first component of the drive signal for the stator, between the ground and the first side electrode portion SS of the stator-side vibrator 5v. 90 ° between this and the second side electrode part CC
Sine wave voltage signal (co
(s wave) is applied to generate a displacement wave in the circumferential direction of the stator-side vibrator 5v and the elastic body 5e attached thereto, thereby forming a rotational displacement wave. A piezoelectric voltage signal is input to the drive circuit 16 as a displacement detection signal generated between the feedback electrode portions FB and FB ′ according to the displacement amount of the vibrator 5v.
Stator-side vibrator 5 based on the input displacement detection signal
The frequency and phase of the sinusoidal voltage signal supplied to v are kept constant.

【0037】ロータ側振動子6vの上記一方面は、その
全面が金属弾性体6eの上面側に接着剤又は導電性の接
着剤を用いて接着されている。金属弾性体6eは、これ
に電気的に順次接続された内部配線14c、リング13
c、通電ブラシ15cを介して固定用ベース3に電気的
に接続されており、ロータ側振動子6vの一方面に形成
された電極S1〜S4、FB、C1〜C4は、グランド
に接続されている。
The one surface of the rotor-side vibrator 6v is entirely bonded to the upper surface of the metal elastic body 6e using an adhesive or a conductive adhesive. The metal elastic body 6e includes an internal wiring 14c and a ring 13 electrically connected thereto.
c, the electrodes S1 to S4, FB, and C1 to C4 formed on one surface of the rotor-side vibrator 6v are electrically connected to the fixing base 3 via the conductive brush 15c. I have.

【0038】一方、ロータ側振動子6vの第1側電極部
SSは、これに電気的に順次接続された内部配線14
a、リング13a、通電ブラシ15aを介して駆動回路
16に接続されている。ロータ側振動子6vの第2側電
極部CCは、これに電気的に順次接続された内部配線1
4b、リング13b、通電ブラシ15bを介して駆動回
路16に接続されている。
On the other hand, the first side electrode portion SS of the rotor-side vibrator 6v is connected to the internal wiring 14 electrically connected thereto sequentially.
a, a ring 13a, and an energizing brush 15a. The second side electrode portion CC of the rotor side vibrator 6v is connected to the internal wiring 1 electrically connected thereto sequentially.
4b, the ring 13b, and the energizing brush 15b are connected to the drive circuit 16.

【0039】駆動回路16は、グランドとロータ側振動
子6vの第1側電極部SSとの間にロータ用駆動信号の
第1成分としての正弦波電圧信号(sin波)を印加
し、グランドと第2側電極部CCとの間にこれと90°
の位相差を有するロータ用駆動信号の第2成分としての
正弦波電圧信号(cos波)を印加し、ロータ側振動子
6v及びこれに貼着された弾性体6e円周方向に変位波
を発生し、回転変位波を形成する。なお、本形態では、
ステータ側振動子5vからのフィードバック変位検出信
号を用いて、ステータ側振動子5vへ供給される駆動信
号の周波数をステータ5が適性な変位波を起振しうるよ
うに自動制御している。なお、説明において、パルス或
いは矩形波の周波数は、その繰り返し周波数を意味する
ものとする。
The drive circuit 16 applies a sine wave voltage signal (sine wave) as a first component of the rotor drive signal between the ground and the first side electrode portion SS of the rotor side vibrator 6v, and 90 ° between this and the second side electrode part CC
A sinusoidal voltage signal (cos wave) is applied as a second component of the rotor drive signal having the phase difference described above to generate a displacement wave in the circumferential direction of the rotor-side vibrator 6v and the elastic body 6e attached thereto. Then, a rotational displacement wave is formed. In this embodiment,
Using the feedback displacement detection signal from the stator-side vibrator 5v, the frequency of the drive signal supplied to the stator-side vibrator 5v is automatically controlled so that the stator 5 can generate an appropriate displacement wave. In the description, the frequency of a pulse or a rectangular wave means its repetition frequency.

【0040】図4は、駆動信号と振動子の変位の関係を
説明するためのグラフである。なお、振動子厚み方向の
物理的変位Vは駆動信号の電圧Vに比例するものとし、
グラフ中の直交座標系を示す3軸は、それぞれ時間
(t)、振動子の周方向長(L)、及び変位(電圧)V
を示す。ステータ又はロータ側振動子5v,6vにおい
て、近接する電極S1(SS)及びC1(CC)には、
それぞれVs=V0sinωt、Vc=V0cosωtの
駆動電圧が与えられる。なお、V0は駆動信号の電圧振
幅、ωは角周波数、Tは周期を示す。それぞれの電極位
置における変位は、その中心において表わされるものと
すると、図示の如く、2相の駆動信号Vs,Vcの印加
によって、物理的変位の極小値を与える点Pは、時間の
経過に伴って−L方向に進行し、駆動信号の印加によっ
て進行波としての回転変位波が形成され、駆動信号の電
気的位相と進行波の物理的位相(位相:共にθとする)
は比例して変化することが分かる。
FIG. 4 is a graph for explaining the relationship between the drive signal and the displacement of the vibrator. Note that the physical displacement V in the transducer thickness direction is proportional to the voltage V of the drive signal,
The three axes indicating the orthogonal coordinate system in the graph are time (t), circumferential length (L) of the vibrator, and displacement (voltage) V, respectively.
Is shown. In the stator or rotor-side vibrators 5v and 6v, adjacent electrodes S1 (SS) and C1 (CC)
Drive voltages of Vs = V 0 sinωt and Vc = V 0 cosωt are given, respectively. Here, V 0 indicates the voltage amplitude of the drive signal, ω indicates the angular frequency, and T indicates the cycle. Assuming that the displacement at each electrode position is represented at its center, as shown in the figure, the point P which gives the minimum value of the physical displacement by the application of the two-phase drive signals Vs and Vc is changed with time. In the −L direction, the driving signal is applied to form a rotational displacement wave as a traveling wave, and the electrical phase of the driving signal and the physical phase of the traveling wave (the phase is both θ)
Changes proportionally.

【0041】詳説すれば、本例では、振動子の全周方向
長が個別の電極(例えばS1)の周方向長(λ/2)の
偶数倍(10倍)となるように設定されており、個別電
極(S1)への単相電圧Vsの印加によって5波長(5
λ)の定在波が発生し、個別電極(C1)への単相電圧
Vcの印加によって上記位相差(λ/4又は−3λ/
4)を有する5波長(5λ)の定在波が発生するように
設定されており、ステータ及びロータ側振動子5v,6
vのそれぞれの上記駆動信号を同時に供給すると、ステ
ータ及びロータ側弾性体5e,6eのそれぞれの表面に
合成波による回転変位波が形成される。
More specifically, in this example, the total circumferential length of the vibrator is set to be an even number (10 times) the circumferential length (λ / 2) of the individual electrode (for example, S1). , Five wavelengths (5) by applying the single-phase voltage Vs to the individual electrode (S1).
λ) is generated, and the above-mentioned phase difference (λ / 4 or −3λ /) is applied by applying the single-phase voltage Vc to the individual electrode (C1).
4) is set so as to generate a standing wave of five wavelengths (5λ), and the stator and rotor-side vibrators 5v, 6
When the respective drive signals v are simultaneously supplied, a rotational displacement wave due to a synthetic wave is formed on the surface of each of the stator and the rotor-side elastic bodies 5e and 6e.

【0042】変位ロックドライブを行うためには、ステ
ータ5及びロータ6の円周方向に進む変位波の進行方向
を回転軸4から見て同一方向となるように整える。この
ためには、ステータ5又はロータ6の一方の電極SS、
CCに入力される駆動電源の極性を互いに逆にするか、
又は片方の入力位相を180°反転すればよい。
In order to perform the displacement lock drive, the traveling directions of the displacement waves traveling in the circumferential direction of the stator 5 and the rotor 6 are adjusted to be the same as viewed from the rotating shaft 4. For this purpose, one electrode SS of the stator 5 or the rotor 6,
Reverse the polarity of the drive power supply input to CC or
Alternatively, one input phase may be inverted by 180 °.

【0043】図5は、このような変位波が噛合している
際のステータ/ロータ接触部分を円周方向に沿って切っ
た断面図であり、ステータ用駆動信号(Vsとする)の
位相がロータ用駆動信号(Vsとする)よりもθだけ異
なる場合に、θに相当する分だけロータが回転するよう
すを示す。上述のように、駆動信号Vsの電気的位相と
進行波の物理的位相は比例して変化する。
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the circumferential direction of the stator / rotor contact portion when such displacement waves are engaged, and the phase of the stator drive signal (Vs) is shown. This shows how the rotor is rotated by an amount corresponding to θ when it differs from the rotor drive signal (referred to as Vs) by θ. As described above, the electrical phase of the drive signal Vs and the physical phase of the traveling wave change in proportion.

【0044】図5(a)に示すように、駆動回路16か
らステータ側振動子5vに供給される2つの互いに関連
した駆動信号としての2相のステータ用駆動信号の周波
数がf、ロータ側振動子6vに供給する2つの互いに関
連したロータ用駆動信号としての2相の駆動信号の周波
数が同様にfとなるように、制御回路17が駆動回路1
6を制御すると(すなわち、Δf=0(相対的位相変化
=0)、ステータ側弾性体5eの凸部5pに生じる回転
変位波Aとロータ側弾性体6eの凸部6pに生じる回転
変位波Bが、同相で回転変位し、恰も歯車が噛み合った
如く合致してロック作用し、変位を生じる位置も円周方
向に進んで常に位置が変わっているが、A,Bは同期し
ているため回転軸4は回転せず、ロータ6は静止状態と
なる。
As shown in FIG. 5A, the frequency of the two-phase stator drive signal as two mutually related drive signals supplied from the drive circuit 16 to the stator-side vibrator 5v is f, and the rotor-side vibration is The control circuit 17 controls the drive circuit 1 so that the frequency of the two-phase drive signal serving as the two related rotor drive signals supplied to the child 6v is also f.
6 (ie, Δf = 0 (relative phase change = 0), the rotational displacement wave A generated at the convex portion 5p of the stator-side elastic member 5e and the rotational displacement wave B generated at the convex portion 6p of the rotor-side elastic member 6e However, the gears are rotated and displaced in the same phase, and the gears are engaged and locked as if they were meshing. The position where the displacement occurs also advances in the circumferential direction, and the position is constantly changing. The shaft 4 does not rotate, and the rotor 6 becomes stationary.

【0045】図5(b)に示すように、駆動回路16か
らステータ側振動子5vに供給される2つの互いに関連
した駆動信号としての2相のステータ用駆動信号の周波
数をf、ロータ側振動子6vに供給されるロータ用駆動
信号の周波数を(f+Δf)とするように制御回路17
が駆動回路16を制御すると、微小周波数差Δfは位相
差θの連続的な変化と同等であるため、噛み合っていた
回転変位波A,Bのうちの、回転変位波Aが回転変位波
Bに対して、連続変化するθに相当する分だけ相対的に
進む関係が生じる。
As shown in FIG. 5B, the frequency of a two-phase stator drive signal as two mutually related drive signals supplied from the drive circuit 16 to the stator-side vibrator 5v is f, and the rotor-side vibration is The control circuit 17 controls the frequency of the rotor drive signal supplied to the element 6v to (f + Δf).
Controls the drive circuit 16, since the minute frequency difference Δf is equivalent to the continuous change of the phase difference θ, the rotational displacement wave A of the meshed rotational displacement waves A and B becomes the rotational displacement wave B. On the other hand, there is a relationship in which the position is relatively advanced by an amount corresponding to the continuously changing θ.

【0046】図5(c)に示すように、ステータ5及び
ロータ6は、噛み合い状態を保持するよう加圧力がステ
ータ5及びロータ6間に加えられており、噛み合いを保
持するため、この時、ステータ5不動の状態で回転変位
波A,Bが噛み合い、双方の相対位置関係がロックする
ように、位相の変化分だけロータ6の回転軸が回転す
る。また、駆動信号間に特定の位相差θを与えると、ロ
ータ6がθに相当する分だけ回転した後、停止する。
As shown in FIG. 5 (c), a pressing force is applied between the stator 5 and the rotor 6 to maintain the meshing state between the stator 5 and the rotor 6, and the meshing is maintained at this time. The rotating shaft of the rotor 6 rotates by the amount of the phase change so that the rotational displacement waves A and B mesh with each other in a state where the stator 5 is not moved and the relative positional relationship between them is locked. When a specific phase difference θ is given between the drive signals, the rotor 6 rotates by an amount corresponding to θ and then stops.

【0047】本実施の形態に係わる変位ロックドライブ
型の超音波モータにおいては、変位波の進行方向を一方
向に固定しても、変位波A,B相互の位相関係によって
回転方向が定まる。回転方向は変位波の進行方向と位相
差の関係から定まり、変位波の進行方向のみで決定され
るものではない。
In the displacement lock drive type ultrasonic motor according to the present embodiment, even if the traveling direction of the displacement wave is fixed in one direction, the rotation direction is determined by the phase relationship between the displacement waves A and B. The rotation direction is determined from the relationship between the traveling direction of the displacement wave and the phase difference, and is not determined only by the traveling direction of the displacement wave.

【0048】なお、ロータ6に(f+Δf)を印加した
時の回転軸4の回転方向は、回転変位波の回転方向と同
方向となり、(f−Δf)を印加した時は回転変位波の
回転方向と逆方向となる。すなわち、駆動回路16から
ステータ側振動子5vに供給される2相のステータ用駆
動信号の周波数をf、ロータ側振動子6vに供給される
ロータ用駆動信号の周波数を(f−Δf)とするように
制御回路17が駆動回路16を制御すると、噛み合って
いた回転変位波A,Bのうちの、回転変位波Aが回転変
位波Bに対して相対的に遅れる位置関係となるため、ス
テータ5は不動の状態で回転変位波A,Bは噛み合い、
双方の相対位置関係がロックする。この場合、噛み合い
状態を保持するため、ロータ6は位相の遅れに対応し、
(f+Δf)とは逆の方向に回転し、ロータ6は逆転す
る。
The rotation direction of the rotating shaft 4 when (f + Δf) is applied to the rotor 6 is the same as the rotation direction of the rotational displacement wave, and when (f−Δf) is applied, the rotational direction of the rotational displacement wave is The direction is opposite to the direction. That is, the frequency of the two-phase stator drive signal supplied to the stator-side vibrator 5v from the drive circuit 16 is f, and the frequency of the rotor drive signal supplied to the rotor-side vibrator 6v is (f−Δf). When the control circuit 17 controls the drive circuit 16 as described above, the rotational displacement wave A of the meshed rotational displacement waves A and B has a positional relationship relatively delayed with respect to the rotational displacement wave B. Is stationary, and the rotational displacement waves A and B mesh with each other,
Both relative positions are locked. In this case, in order to maintain the meshing state, the rotor 6 responds to the phase delay,
It rotates in the direction opposite to (f + Δf), and the rotor 6 rotates in the reverse direction.

【0049】更に、上記周波数の可変量±Δfを増減さ
せると、ロータ6の回転速度が増減する。±Δf値によ
る回転速度(rpm)は、60×Δf/波数で定まるシ
ンクロナス回転速度を示し、例えば図2の5波タイプで
は、Δfが1Hzの時、60×1/5=12rpmとな
る。
Further, when the variable amount of the frequency ± Δf is increased or decreased, the rotation speed of the rotor 6 is increased or decreased. The rotation speed (rpm) based on the ± Δf value indicates a synchronous rotation speed determined by 60 × Δf / wave number. For example, in the case of the 5-wave type shown in FIG. 2, when Δf is 1 Hz, 60 ×× = 12 rpm.

【0050】次に、上記実施の形態に係る電気制御部2
について更に詳しく説明する。
Next, the electric control unit 2 according to the above-described embodiment will be described.
Will be described in more detail.

【0051】図6は、ステータ5及びロータ6に接続さ
れた駆動回路16及び駆動回路16を制御する制御回路
17からなる電気制御部2のシステム構成図である。
FIG. 6 is a system configuration diagram of the electric control unit 2 including a drive circuit 16 connected to the stator 5 and the rotor 6 and a control circuit 17 for controlling the drive circuit 16.

【0052】駆動回路16は、第1周波数fの第1駆動
電圧信号(Vs,Vc)をステータ側振動子5vに印加
して上記変位波Aをステータ側弾性体5eの対向表面上
に発生させ、第2周波数f+△f又はf−△fの第2駆
動電圧信号(Vs,Vc)をロータ側振動子6vに印加
して上記変位波Bをロータ側弾性体6eの対向表面上に
発生させる。
The drive circuit 16 applies the first drive voltage signal (Vs, Vc) having the first frequency f to the stator-side vibrator 5v to generate the displacement wave A on the opposing surface of the stator-side elastic body 5e. And the second drive voltage signal (Vs, Vc) having the second frequency f + Δf or f−Δf is applied to the rotor-side vibrator 6v to generate the displacement wave B on the opposing surface of the rotor-side elastic body 6e. .

【0053】駆動回路16は、第1周波数fの信号を生
成する発振器部16Aと、発振器部16Aから出力された
第1周波数fの信号をステータ側振動子5vに印加して
ステータ5を振動させるステータ側駆動信号生成部16
Bと、ステータ側振動子5vで発生したフィードバック
変位検出信号と印加される第1周波数fの駆動信号との
間の位相差を検出する位相差検出部16Cとを備えてい
る。
The driving circuit 16 applies an oscillator section 16 A for generating a signal of the first frequency f, and a signal of the first frequency f output from the oscillator section 16 A to the stator-side vibrator 5 v to cause the stator 5 to operate. Stator-side drive signal generator 16 to be vibrated
And B, and a phase difference detecting unit 16 C for detecting a phase difference between the drive signal of the first frequency f which is applied a feedback displacement detection signal generated by the stator-side transducer 5 v.

【0054】また、駆動回路16は、制御回路17から
ロータ回転速度指示情報が入力され、入力された情報に
応じて第1周波数fから第2周波数f+△f又はf−△
fの信号を生成する周波数変換部16Dと、周波数変換
部16Dから出力された第2周波数f+△f又はf−△
fの信号をロータ側振動子6vに印加してロータ6を振
動させるロータ側駆動信号生成部16Eとを備えてい
る。なお、Δfは零とすることも可能である。
Further, the drive circuit 16 receives the rotor rotation speed instruction information from the control circuit 17 and, from the first frequency f to the second frequency f + △ f or f- △, according to the inputted information.
a frequency conversion unit 16 D to generate an f signal, the second frequency f + △ f, or output from the frequency conversion unit 16 D f- △
The f signal is applied to the rotor side transducer 6v and a rotor-side drive signal generator 16 E vibrating the rotor 6. Note that Δf can be set to zero.

【0055】発振器部16Aは、周波数fの信号を出力
する電圧制御発振器(VCO)16A 1を有する。ここ
で、周波数fは発振器部16Aの出力周波数というより
は、むしろステータ5の円周方向の固有振動数であり、
ステータ5自身が最も共振する周波数である。発振器部
16Aから出力された周波数fの信号は駆動信号生成部
16Bに入力される。本実施の形態における分周器16
A2から出力された周波数fの信号は方形波信号である
が、この信号は基本波が周波数fであれば正弦波であっ
てもよい。
Oscillator section 16AOutputs a signal of frequency f
Voltage controlled oscillator (VCO) 16A 1Having. here
And the frequency f isARather than the output frequency of
Is rather the natural frequency of the stator 5 in the circumferential direction,
This is the frequency at which the stator 5 itself resonates most. Oscillator section
16AThe signal of frequency f output from the
16BIs input to Frequency divider 16 in the present embodiment
A2The signal of frequency f output from is a square wave signal
However, this signal is a sine wave if the fundamental wave is frequency f.
You may.

【0056】駆動信号生成部16Bは、入力される第1
成分の方形波電圧信号の高周波成分を除去し、これによ
って生成される正弦波電圧信号(sin波)を増幅して
ステータ側振動子5vの第1側電極部SSとグランド間
に印加する増幅器16B1と、第1駆動信号の第1成分の
位相を90°ずらして第2成分(cos波)を生成する
移相回路16B2と、移相回路16B2から出力された第2
成分の方形波電圧信号の高周波成分を除去し、これによ
って生成される正弦波電圧信号を増幅してステータ側振
動子5vの第2側電極部CCとグランド間に印加する増
幅器B3とからなる。これらの位相差を有する電圧信号を
振動子5vに印加すると、振動子5vは略その固有振動
数で振動し、振動子5vに一体的に貼着された弾性体5
eに上記変位波Aが発生する。この際、フィードバック
用電極部FB’とグランド間には、圧電効果に基づき変
位検出信号が発生する。この変位検出信号の周波数をf
θ’とする。フィードバック用電極部FB’から出力さ
れた変位検出信号は、位相差検出部16Cに入力され
る。
The drive signal generation unit 16 B receives the input first
An amplifier 16 that removes the high-frequency component of the square wave voltage signal of the component, amplifies the sine wave voltage signal (sin wave) generated thereby, and applies the amplified signal between the first side electrode portion SS of the stator-side vibrator 5v and the ground. B1 , a phase shift circuit 16 B2 that shifts the phase of the first component of the first drive signal by 90 ° to generate a second component (cos wave), and a second phase shift circuit 16 B2 output from the phase shift circuit 16 B2 .
It consists of an amplifier B3 which removes the high-frequency component of the square wave voltage signal of the component, amplifies the sine wave voltage signal generated thereby, and applies it between the second side electrode portion CC of the stator side vibrator 5v and the ground. When voltage signals having these phase differences are applied to the vibrator 5v, the vibrator 5v vibrates at substantially its natural frequency, and the elastic member 5 adhered integrally to the vibrator 5v.
The displacement wave A is generated at e. At this time, a displacement detection signal is generated between the feedback electrode portion FB ′ and the ground based on the piezoelectric effect. Let the frequency of this displacement detection signal be f
θ ′. Displacement detection signal output from the electrode portions FB 'feedback is input to the phase difference detecting unit 16 C.

【0057】位相差検出部16Cは、正弦波の変位検出
信号を方形波に変換するリミッタ16C3と、リミッタ1
C3に縦続された位相差検出器(PD)16C1と、位相
差検出器16C1に縦続されたローパスフィルタ16C2
を有している。位相検出器16C1には振動子5vへの印
加電圧である周波数fの駆動信号の増幅前段の方形波信
号及び振動子5vからのフィードバック信号としての変
位検出信号である周波数fθ’の方形波信号が入力さ
れ、これらの位相差に応じた検出信号が出力される。こ
の検出信号は、ローパスフィルタ16C2によって平滑直
流化されるため、位相差検出部16Cはこれらの入力信
号の位相差に応じたコントロール信号を出力する。この
コントロール信号は、VCO16A1に帰還される。な
お、入力周波数f,fθ’に微小差がある場合には位相
差が発生するので、コントロール信号は微小周波数差に
も応じて変化する。
The phase difference detecting section 16 C includes a limiter 16 C3 for converting the sine wave displacement detection signal into a square wave, and a limiter 1
It has a phase difference detector (PD) 16 C1 cascaded to 6 C3 and a low-pass filter 16 C2 cascaded to the phase difference detector 16 C1 . The phase detector 16 C1 has a square wave signal of a frequency fθ ′ which is a displacement detection signal as a feedback signal from the oscillator 5v and a square wave signal of a stage before amplification of a drive signal of a frequency f which is an applied voltage to the oscillator 5v. Is input, and a detection signal corresponding to the phase difference is output. The detection signal is to be smoothed direct current by the low-pass filter 16 C2, the phase difference detecting unit 16 C outputs a control signal corresponding to the phase difference between these input signals. This control signal is fed back to the VCO 16 A1 . Note that when there is a small difference between the input frequencies f and fθ ′, a phase difference occurs, so that the control signal changes according to the small frequency difference.

【0058】VCO16A1は、入力電圧に応じて出力周
波数を可変する。VCO16A1は、フィードバック信号
の周波数fθ’が、基準周波数である駆動信号の周波数
fに対して大きい場合、その出力信号周波数fOUTを低
下させて駆動信号の周波数fを低下させ、これと逆の場
合には出力信号周波数fを上昇させて駆動信号の周波数
fを上昇させる。なお、ここでは前者の場合にローパス
フィルタ16C2から出力されるコントロール信号のレベ
ルが基準値よりも低くなり、後者の場合に高くなるよう
に設定されているとする。
The VCO 16 A1 varies the output frequency according to the input voltage. When the frequency fθ ′ of the feedback signal is higher than the frequency f of the drive signal, which is the reference frequency, the VCO 16 A1 lowers the output signal frequency f OUT to lower the frequency f of the drive signal, and vice versa. In this case, the output signal frequency f is increased to increase the frequency f of the drive signal. Here, lower than the level of the reference value of the control signal output from the low pass filter 16 C2 in the former case, and is set to be higher in the latter case.

【0059】このように、回路16A〜16Cは位相同期
ループ(PLL)を構成し、入力周波数f,fθ’が一
致するように出力周波数fを制御し、駆動信号の周波数
f及び位相をロックする。
As described above, the circuits 16 A to 16 C constitute a phase locked loop (PLL), control the output frequency f so that the input frequencies f and fθ ′ coincide, and change the frequency f and phase of the drive signal. Lock.

【0060】周波数変換部16Dは、制御回路17から
ロータ回転速度指示情報が端子Sを介して入力され、入
力された情報に応じて第1周波数fから第2周波数f+
△f又はf−△fの信号を生成してロータ6を連続回転
させる。なお、周波数変換部16Dから出力された周波
数fOUT(=f+△f又はf−△f)の信号は、駆動信
号信号生成部16Bと同一構成の増幅器16E1、移相回
路16E2及び増幅器16E 3からなる駆動信号生成部16
Eによって増幅され、90°位相差を有する2相の駆動
信号として、ロータの電極SS及びCCにそれぞれ印加
される。
Frequency converter 16DFrom the control circuit 17
Rotor rotation speed instruction information is input through terminal S,
The first frequency f to the second frequency f + according to the input information.
Generates a signal of Δf or f−Δf to continuously rotate the rotor 6
Let it. Note that the frequency conversion unit 16DFrequency output from
Number fOUT(= F + Δf or f−Δf) is the driving signal
Signal signal generator 16BAmplifier 16 having the same configuration asE1, Phase shift
Road 16E2And amplifier 16E ThreeDrive signal generator 16 comprising
EPhase drive with 90 ° phase difference
Applied to the electrodes SS and CC of the rotor as signals
Is done.

【0061】ここで、f±Δfの生成は、周波数変換部
16Dで行わる。以下、周波数変換部16Dについて説明
する。
[0061] Here, generation of f ± Delta] f is Okonawaru the frequency conversion unit 16 D. Hereinafter, the frequency conversion unit 16D will be described.

【0062】図7は、周波数変換部16Dの回路構成を
示すブロック図である。周波数変換部16Dは、位相同
期ループを用いた周波数シンセサイザからなる。すなわ
ち、周波数変換部16Dは、周波数fの信号をn分周す
る第1分周器16D1と、この分周された信号及び帰還信
号が入力される位相比較器16D2と、位相比較器16 D2
の出力を積分する積分器16D3と、積分器16D3の出力
が入力されるVCO16D4と、VCO16D4の出力をN
分周し上記帰還信号として位相比較器16D2に帰還する
第2分周器16D5とを備える周波数シンセサイザであ
る。なお、n及びNは自然数である。
FIG. 7 shows the frequency converter 16DCircuit configuration
FIG. Frequency converter 16DAre in phase
It consists of a frequency synthesizer using a periodic loop. Sand
The frequency converter 16DDivides the signal of frequency f by n
First frequency divider 16D1And the divided signal and the feedback signal
Phase comparator 16 to which the signal is inputD2And the phase comparator 16 D2
Integrator 16 that integrates the output ofD3And the integrator 16D3Output
Is input to the VCO 16D4And VCO16D4Output of N
The frequency is divided and the phase comparator 16D2Return to
Second frequency divider 16D5Frequency synthesizer comprising
You. Note that n and N are natural numbers.

【0063】周波数fの信号は第1分周器16D1に入力
される。この時、VCO16D4からは、周波数fOUT
f・N/nの信号が出力され、この信号から駆動信号が
生成される。
The signal of the frequency f is input to the first frequency divider 16D1 . At this time, from the VCO 16 D4 , the frequency f OUT =
A signal of f · N / n is output, and a drive signal is generated from this signal.

【0064】図8は、積分器16D3の詳細構成を示す回
路図である。積分器16D3は、抵抗R1,R2及びキャパ
シタC1を図示の如く接続してなる。ここで、抵抗R1
2及びキャパシタC1の抵抗値及び容量は、それぞれ1
20kΩ、10kΩ、1μFである。また、位相比較器
16D2としては、エッジ識別タイプの位相比較器を用
い、分周器16D1、16D5としてはBCDプログラマブ
ルカウンタ(TC9122p)を用いた。なお、PLL
としてはモトローラ社の14046を用いた。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the integrator 16D3 . The integrator 16 D3 includes resistors R 1 and R 2 and a capacitor C 1 connected as shown. Here, resistors R 1 ,
The resistance and capacitance of R 2 and capacitor C 1 are 1
20 kΩ, 10 kΩ, and 1 μF. An edge discrimination type phase comparator was used as the phase comparator 16 D2 , and a BCD programmable counter (TC9122p) was used as the frequency dividers 16 D1 and 16 D5 . In addition, PLL
Used was 14046 manufactured by Motorola.

【0065】ここで、高精度駆動を達成するために、駆
動信号の周波数差Δfはステータ5又はロータ6の固有
振動数(共振周波数)FのA分の1に設定される。すな
わち、振動波のずれが生じないように設定される。例え
ば、固有振動数Fが50kHzの場合には、周波数差Δ
fは50Hz以下(A=1000)に設定される。駆動
信号f+Δf(又は−Δf)は、周波数fの信号を位相
同期ループを用いた周波数シンセサイザ16Dに入力す
ることにより生成される。
Here, in order to achieve high-precision driving, the frequency difference Δf of the driving signal is set to 1 / A of the natural frequency (resonance frequency) F of the stator 5 or the rotor 6. That is, it is set so that the displacement of the vibration wave does not occur. For example, when the natural frequency F is 50 kHz, the frequency difference Δ
f is set to 50 Hz or less (A = 1000). Drive signal f + Delta] f (or -.DELTA.f) is generated by inputting a signal of a frequency f to the frequency synthesizer 16 D using a phase locked loop.

【0066】周波数シンセサイザの第1分周器16
D1に、周波数fの信号を入力すると、VCO16D4から
は周波数f・N/nの信号が出力されるので、この回路
においては、これを周波数f+Δf(又は−Δf)の駆
動信号とする。
The first frequency divider 16 of the frequency synthesizer
When a signal having a frequency f is input to D1 , a signal having a frequency f · N / n is output from the VCO 16 D4 . In this circuit, this signal is used as a drive signal having a frequency f + Δf (or −Δf).

【0067】図9は、上記周波数シンセサイザにおける
Nとジッタ(μs)との関係を示すグラフである。入力
信号周波数fを50kHzとし、これからそのA分の1
以下の増加(又は減少)分を有する信号(50Hz以
下)を生成する場合には、Aを1000とすると、出力
信号周波数はf・N/nであるから、通常はNを100
1とし、nを1000として、出力信号周波数=50k
Hz・1001/1000を得ることが行われる。すな
わち、高精度駆動を行うために、駆動信号の周波数差Δ
fをそのA分の1に設定する場合には、NはA以上とな
る必要があると思われる。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between N and jitter (μs) in the frequency synthesizer. The input signal frequency f is set to 50 kHz, and the
When a signal having the following increase (or decrease) (50 Hz or less) is generated, if A is 1000, the output signal frequency is f · N / n.
1 and n = 1000, output signal frequency = 50 k
Hz.1001 / 1000 is obtained. That is, in order to perform high-precision driving, the frequency difference Δ
If f is set to 1 / A, N seems to need to be greater than or equal to A.

【0068】しかしながら、このグラフによれば、Nが
1000以上に設定された場合にはジッタが0.5μs
を超えて増加する。換言すれば、上記構成の周波数シン
セサイザにおいて、NがA以上となる場合には、VCO
16D4の出力に顕著なジッタが発生し、このジッタはロ
ータ6のスムーズな回転移動を抑制する。なお、Nが7
00以下の場合においては、ジッタは殆ど発生しなくな
る。
However, according to this graph, when N is set to 1000 or more, the jitter is 0.5 μs
Increase beyond. In other words, in the frequency synthesizer having the above configuration, when N is equal to or more than A, the VCO
Significant jitter occurs in the output of 16D4, and this jitter suppresses the smooth rotational movement of the rotor 6. Note that N is 7
When the value is less than 00, the jitter hardly occurs.

【0069】そこで、本実施形態に係る回路において
は、Nの最大値がA未満であって、且つ、10×f/n
が固有振動数FのA分の1(=F/A)よりも大きくな
るように設定される。
Therefore, in the circuit according to the present embodiment, the maximum value of N is less than A and 10 × f / n
Is set to be larger than 1 / A of the natural frequency F (= F / A).

【0070】上述のように、NがA以上となる場合に
は、VCO16D4の出力に顕著なジッタが発生し、この
ジッタは移動子のスムーズな移動を抑制する。そこで、
NをA未満とすることによってジッタの発生を抑制す
る。NをA未満としたので、10×f/nが固有振動数
のA分の1(=F/A)よりも大きくなるように設定
し、結果的な駆動信号間の周波数差Δfを、ロータ5又
はステータ6の固有振動数FのA分の1(=F/A)以
内に設定して高精度駆動を行う。以上のように、本実施
形態に係る超音波モータの駆動方法においては、ロータ
6を高精度且つスムーズに回転させることができる。
As described above, when N is equal to or larger than A, significant jitter occurs in the output of the VCO 16 D4 , and this jitter suppresses the smooth movement of the mover. Therefore,
By making N less than A, generation of jitter is suppressed. Since N is less than A, 10 × f / n is set to be larger than 1 / A (= F / A) of the natural frequency, and the resulting frequency difference Δf between drive signals is set to 5 or within 1 / A (= F / A) of the natural frequency F of the stator 6 to perform high-precision driving. As described above, in the driving method of the ultrasonic motor according to the present embodiment, the rotor 6 can be rotated accurately and smoothly.

【0071】また、nとNの差は1に設定されることが
望ましい。この場合には、駆動信号の周波数差Δfを微
細に可変することができる。
It is desirable that the difference between n and N is set to 1. In this case, the frequency difference Δf of the drive signal can be finely varied.

【0072】図10は、周波数可変部16Dの好適な回
路構成を示すブロック図である。周波数変換部16D
縦続された前段周波数変換部16DF及び後段周波数変換
部16DBから構成される。後段周波数変換部16DBの構
成は、図7に示したものと同一である。前段周波数変換
部16DFの構成は、分周器の分周比を除いて後段周波数
変換部16DBと同一であり、第1分周器16D1’、位相
比較器16D2’、積分器16D3’及びVCO16D4’か
ら構成される。
[0072] Figure 10 is a block diagram showing a preferred circuit configuration of the frequency controller 16 D. Frequency converter 16 D consists of cascade has been pre-stage frequency converter 16 DF and a subsequent stage frequency converter 16 DB. The configuration of the post- stage frequency converter 16DB is the same as that shown in FIG. The configuration of the former-stage frequency converter 16 DF is the same as that of the latter-stage frequency converter 16 DB except for the frequency division ratio of the frequency divider. The first frequency divider 16 D1 ′, the phase comparator 16 D2 ′, and the integrator 16 D3 'and VCO16 D4 '.

【0073】なお、以下の説明においては、後段周波数
変換部16DBに入力される信号の周波数をf、前段周波
数変換部16DFに入力される信号の周波数をfINとし、
後段周波数変換部16DBから出力される信号の周波数を
OUT(=fIN+Δf又はfI N−Δf)とし、上記図7
に示したものに対応させることとする。
Note that, in the following description, the post-stage frequency
Conversion unit 16DBF is the frequency of the signal input to
Number converter 16DFIs the frequency of the signal input toINage,
Post-frequency converter 16DBThe frequency of the signal output from
fOUT(= FIN+ Δf or fI N−Δf), and FIG.
Shall correspond to those shown in (1).

【0074】各分周器16D1’、16D5’、16D1、
D5は、それぞれn’分周、N’分周、n分周、N分周
を行うものとする。入力信号周波数fINと出力信号周波
数f OUTは、以下の関係を満たす。
Each frequency divider 16D1’, 16D5’, 16D1,1
6D5Are n 'division, N' division, n division, and N division, respectively.
Shall be performed. Input signal frequency fINAnd output signal frequency
Number f OUTSatisfies the following relationship:

【0075】[0075]

【数1】 (Equation 1)

【0076】なお、出力周波数fOUT(=fIN±Δf)
は、上記(式A)にそれぞれの場合の式(a−1〜a−
4)、(b−1〜b−4)を代入すれば求めることがで
きる。
The output frequency f OUT (= f IN ± Δf)
Are the above formulas (a) to (a-1 to a-
4), can be obtained by substituting (b-1 to b-4).

【0077】このような条件を満たすため、図10にお
けるスイッチSW1,SW2,SW3は、以下のように
連動して切り替わる。
To satisfy such conditions, the switches SW1, SW2, and SW3 in FIG. 10 are switched in conjunction with each other as follows.

【0078】場合(a)の時には、スイッチSW1,S
W2,SW3は、情報入力端子Sを介して、加算器AD
1、加算器AD2、加算器AD3それぞれの一方の入力端
子に、k+1、1、0が入力され、他方の入力端子に、
0、k+Δk、k+Δkが入力されるように切り替わ
る。ここで、n’及びkは固定値とし、場合が切り替わ
らない限り、N’は固定値とされる。
In the case (a), the switches SW1 and S
W2 and SW3 are connected to an adder AD via an information input terminal S.
1 , k + 1 , 1 , 0 are input to one input terminal of each of the adder AD 2 and the adder AD 3 , and the other input terminal
Switching is performed so that 0, k + Δk, and k + Δk are input. Here, n 'and k are fixed values, and N' is a fixed value unless the case is switched.

【0079】場合(b)の時には、スイッチSW1,S
W2,SW3は、情報入力端子Sを介して、加算器AD
1、加算器AD2、加算器AD3それぞれの一方の入力端
子に、k−1、0、1が入力され、他方の入力端子に、
0、k+Δk、k+Δkが入力されるように切り替わ
る。
In the case (b), the switches SW1 and S
W2 and SW3 are connected to an adder AD via an information input terminal S.
1 , k−1, 0, and 1 are input to one input terminal of each of the adder AD 2 and the adder AD 3 , and the other input terminal is
Switching is performed so that 0, k + Δk, and k + Δk are input.

【0080】なお、スライドスイッチSW10及びSW
20は連動して移動し、Δkの値を可変し、結果的にk
+Δkの値を可変する。
Note that the slide switches SW10 and SW
20 moves in conjunction with each other to change the value of Δk, and consequently k
The value of + Δk is varied.

【0081】上記では、NをA未満とすることによって
ジッタの発生を抑制し、これに伴って、10×f/nが
固有振動数のA分の1(=F/A)よりも大きくなるよ
うに設定し、結果的な駆動信号間の周波数差Δfを、ロ
ータ5又はステータ6の固有振動数FのA分の1(=F
/A)以内に設定して高精度駆動を行うこととした。な
お、本例においてはf=(N’/n’)・fINである。
In the above description, the occurrence of jitter is suppressed by setting N to be less than A. Accordingly, 10 × f / n becomes larger than 1 / A (= F / A) of the natural frequency. And the resulting frequency difference Δf between the drive signals is set to 1 / A of the natural frequency F of the rotor 5 or the stator 6 (= F
/ A) to perform high precision driving. In this example, f = (N ′ / n ′) · f IN .

【0082】また、場合(a)及び場合(b)のいずれ
においても、nとNの差は常に1に設定されているた
め、駆動信号の周波数差Δfを微細に可変することがで
きる。
In both cases (a) and (b), since the difference between n and N is always set to 1, the frequency difference Δf of the drive signal can be finely varied.

【0083】図11は、このように設定した場合のn及
びNの値と周波数差Δfの関係を示す表である。なお、
Aは1000、fIN及びFは50kHzに設定し、n’
=700、N’=701に設定した。同図に示されるよ
うに、分周器におけるΔkを変化させることによって、
Δfは、非常に微小単位(0.1Hz単位の周波数ステ
ップ)で変化すると共に、増加レートが可変周波数帯域
において略等しくなるように変化する。本例において
は、Fの1/A、すなわち、Δfが50Hz以内であれ
ば、同様の効果を奏する。なお、本例においてはスイッ
チ、スライドスイッチを用いて説明したが、制御回路1
7から直接数値を入力し、その値を可変することでも実
現できることは言うまでもない。
FIG. 11 is a table showing the relationship between the values of n and N and the frequency difference Δf in such a case. In addition,
A is set to 1000, f IN and F are set to 50 kHz, and n ′
= 700 and N '= 701. As shown in the figure, by changing Δk in the frequency divider,
Δf changes in very small units (frequency steps in units of 0.1 Hz), and changes so that the increasing rate becomes substantially equal in the variable frequency band. In this example, if 1 / A of F, that is, Δf is within 50 Hz, the same effect is obtained. In this example, the switch and the slide switch have been described.
Needless to say, it can be realized by inputting a numerical value directly from 7 and changing the value.

【0084】また、上記の移動子6は直線運動を行う場
合には、スライダとして機能させることができる。
When the moving element 6 performs a linear motion, it can function as a slider.

【0085】以上、説明したように、上記超音波モータ
の駆動方法においては、それぞれの表面に振動波が形成
される駆動信号を圧接状態で対向配置された固定子5及
び移動子6のそれぞれに印加し、駆動信号間の周波数差
Δfを固定子5又は移動子6の固有振動数FのA分の1
以内に設定し、この周波数差Δfに応じて振動波の噛合
位置を変化させて移動子6を移動させる超音波モータの
駆動方法において、周波数fの信号をn分周する第1分
周器16D1と、この分周された信号及び帰還信号が入力
される位相比較器16D2と、位相比較器16D2の出力を
積分する積分器16D3と、積分器16D3の出力が入力さ
れる電圧制御発振器16D4と、電圧制御発振器16D4
出力をN分周し上記帰還信号として位相比較器16D2
帰還する第2分周器16D5とを備える周波数シンセサイ
ザ16Dの第1分周器16D1に、周波数fの信号を入力
し、電圧制御発振器16D4から出力される周波数f・N
/nの信号から駆動信号fOUTを生成する工程を備え、
Nの最大値がA未満であって、且つ、10×f/nが固
有振動数FのA分の1よりも大きくなるように設定され
る。
As described above, in the above-described method of driving the ultrasonic motor, the drive signal for forming the vibration wave on each surface is applied to each of the stator 5 and the mover 6 which are opposed to each other in a pressed state. And the frequency difference Δf between the driving signals is set to 1 / A of the natural frequency F of the stator 5 or the moving element 6.
In the driving method of the ultrasonic motor that moves the movable element 6 by changing the meshing position of the vibration wave according to the frequency difference Δf, the first frequency divider 16 that divides the signal of the frequency f by n and D1, a phase comparator 16 D2 that this divided signal and the feedback signal is input, the integrator 16 D3 for integrating the output of the phase comparator 16 D2, the voltage output of the integrator 16 D3 are input A first frequency divider of a frequency synthesizer 16 D including a control oscillator 16 D4 and a second frequency divider 16 D5 which divides the output of the voltage controlled oscillator 16 D4 by N and feeds back the feedback signal to the phase comparator 16 D2 . A signal of frequency f is input to 16 D1 and a frequency f · N output from the voltage controlled oscillator 16 D4
/ N generating a drive signal f OUT from the signal
The maximum value of N is set to be smaller than A, and 10 × f / n is set to be larger than 1 / A of the natural frequency F.

【0086】また、上記超音波モータにおいては、Δf
を正の微小周波数とした場合、第1周波数シンセサイザ
16DBの前段に、入力周波数fINに応じて出力周波数f
IN−Δf又はfIN+Δfを発生する第2周波数シンセサ
イザ16DFを備え、第2周波数シンセサイザ16DFは固
定的な変換係数を有しており、第1周波数シンセサイザ
16DBにおけるn及びNは、第2周波数シンセサイザ1
DFの出力周波数がf IN−Δfの場合にはn<Nを満た
すように設定され、fIN+Δfの場合はn>Nを満たす
ように設定されている。
In the above ultrasonic motor, Δf
Is the first minute frequency synthesizer
16DBBefore the input frequency fINOutput frequency f according to
IN-Δf or fIN+ Δf generating second frequency synthesizer
Isa 16DFAnd the second frequency synthesizer 16DFIs solid
A first frequency synthesizer having a constant conversion factor
16DBAre the second frequency synthesizer 1
6DFOutput frequency is f INIn case of -Δf, n <N
Is set toINIn the case of + Δf, n> N is satisfied
It is set as follows.

【0087】この超音波モータの駆動方法においては、
移動子を高精度且つスムーズに回転させることができ
る。
In the driving method of the ultrasonic motor,
The mover can be rotated with high precision and smoothness.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の駆動方
法によれば、分周器の与えるNの最大値がA未満であっ
て、入力周波数が所定値に設定されるので、移動子を高
精度且つスムーズに回転させることができる。
As described above, according to the driving method of the present invention, the maximum value of N given by the frequency divider is less than A and the input frequency is set to a predetermined value. Can be rotated accurately and smoothly.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施の形態に係る超音波モータを示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing an ultrasonic motor according to an embodiment.

【図2】圧電振動子5v又は6vの一方面側の平面図。FIG. 2 is a plan view of one side of a piezoelectric vibrator 5v or 6v.

【図3】圧電振動子5v又は6vの他方面側の平面図。FIG. 3 is a plan view of the other side of the piezoelectric vibrator 5v or 6v.

【図4】駆動信号と振動子の変位の関係を説明するため
のグラフ。
FIG. 4 is a graph for explaining a relationship between a drive signal and a displacement of a vibrator.

【図5】進行波が発生している際のステータ/ロータ接
触部分を円周方向に沿って切った断面図。
FIG. 5 is a sectional view taken along a circumferential direction of a stator / rotor contact portion when a traveling wave is generated.

【図6】電気制御部2のシステム構成図。FIG. 6 is a system configuration diagram of the electric control unit 2.

【図7】周波数変換部16Dのブロック図。FIG. 7 is a block diagram of a frequency conversion section 16 D.

【図8】積分器の回路図。FIG. 8 is a circuit diagram of an integrator.

【図9】Nとジッターとの関係を示すグラフ。FIG. 9 is a graph showing a relationship between N and jitter.

【図10】周波数変換部16Dの好適なブロック図。[10] Suitable block diagram of a frequency conversion section 16 D.

【図11】図10に示す回路での計算結果を示す表。FIG. 11 is a table showing calculation results of the circuit shown in FIG. 10;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5…固定子、6…移動子、16D1…第1分周器、16D2
…位相比較器、16D3…積分器、16D4…電圧制御発振
器、16D2…位相比較器、16D5…第2分周器、16D
…周波数シンセサイザ。
5 ... stator, 6 ... mover, 16 D1 ... 1st frequency divider, 16 D2
... phase comparator, 16 D3 ... integrator, 16 D4 ... voltage-controlled oscillator, 16 D2 ... phase comparator, 16 D5 ... second frequency divider, 16 D
... frequency synthesizer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H680 AA00 AA09 BB03 BB13 BB16 BB20 BC01 CC02 CC06 CC07 DD01 DD02 DD03 DD15 DD23 DD35 DD53 DD57 DD66 DD73 DD87 DD92 EE03 EE10 EE21 EE24 FF04 FF08 FF25 FF26 FF27 FF30 FF33 FF36 FF38 GG20  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 それぞれの表面に振動波が形成される駆
動信号を圧接状態で対向配置された固定子及び移動子の
それぞれに印加し、前記駆動信号間の周波数差を前記固
定子又は前記移動子の固有振動数のA分の1以内に設定
し、この周波数差に応じて前記振動波の噛合位置を変化
させて前記移動子を移動させる超音波モータの駆動方法
において、 周波数fの信号をn分周する第1分周器と、この分周さ
れた信号及び帰還信号が入力される位相比較器と、前記
位相比較器の出力を積分する積分器と、前記積分器の出
力が入力される電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器
の出力をN分周し前記帰還信号として前記位相比較器に
帰還する第2分周器と、を備える第1周波数シンセサイ
ザの前記第1分周器に、前記周波数fの信号を入力し、
前記電圧制御発振器から出力される周波数f・N/nの
信号から前記駆動信号を生成する工程を備え、Nの最大
値がA未満であって、且つ、10×f/nが前記固有振
動数のA分の1よりも大きくなるように設定されること
を特徴とする超音波モータの駆動方法。
1. A driving signal in which an oscillating wave is formed on each surface is applied to each of a stator and a moving member which are opposed to each other in a press-contact state, and a frequency difference between the driving signals is applied to the stator or the moving member. A method for driving an ultrasonic motor for moving the movable element by changing the meshing position of the vibration wave according to the frequency difference, wherein the signal having the frequency f is set to within 1 / A of the natural frequency of the element. a first frequency divider for dividing by n, a phase comparator to which the frequency-divided signal and the feedback signal are input, an integrator to integrate the output of the phase comparator, and an output of the integrator The first frequency synthesizer of the first frequency synthesizer, comprising: a voltage-controlled oscillator; and a second frequency divider that divides the output of the voltage-controlled oscillator by N and feeds the feedback signal back to the phase comparator. Inputting the signal of the frequency f,
Generating the drive signal from a signal of a frequency f · N / n output from the voltage controlled oscillator, wherein the maximum value of N is less than A and 10 × f / n is the natural frequency. A method for driving an ultrasonic motor, wherein the setting is made to be larger than 1 / A.
【請求項2】 nとNの差は1に設定されることを特徴
とする請求項1に記載の超音波モータの駆動方法。
2. The method of driving an ultrasonic motor according to claim 1, wherein the difference between n and N is set to 1.
【請求項3】 Δfを正の微小周波数とした場合、前記
第1周波数シンセサイザの前段に、入力周波数fINに応
じて出力周波数fIN−Δf又はfIN+Δfを発生する第
2周波数シンセサイザを備え、前記第2周波数シンセサ
イザは固定的な変換係数を有しており、前記第1周波数
シンセサイザにおけるn及びNは、前記第2周波数シン
セサイザの出力周波数がfIN−Δfの場合にはn<Nを
満たすように設定され、fIN+Δfの場合はn>Nを満
たすように設定されていることを特徴とする請求項1又
は2に記載の超音波モータの駆動方法。
3. A frequency synthesizer for generating an output frequency f IN −Δf or f IN + Δf in accordance with an input frequency f IN in a case where Δf is a positive minute frequency is provided before the first frequency synthesizer. , The second frequency synthesizer has a fixed transform coefficient, and n and N in the first frequency synthesizer are n <N when the output frequency of the second frequency synthesizer is f IN −Δf. 3. The method of driving an ultrasonic motor according to claim 1, wherein the setting is made such that n> N is satisfied when f IN + Δf.
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