JP2002044969A - 超音波モータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波モータの可聴音の発生を電流波形の乱
れを検知することにより可聴音の発生を防止する。 【構成】 電流波形検出部６と、検出した電流波形をデ
ジタル信号に変換する波形整形部５と、この波形整形部
６の出力に基づいて駆動周波数を制御する周波数制御手
段とを含む構成により、電流波形の乱れから可聴音の発
生を検知する事で、モニタ電極の配置を不要とし、駆動
信号の周波数による振幅の変化も無視できる。可聴音の
発生しない超音波モータにおいては電流波形も乱れない
が、共振点に近づくにつれて電流量が増加してくるた
め、波形整形部５で所定のしきい値を設定する事によっ
て、波形整形部５の出力の周期を検知する事により、特
別な素子を用いる事なく過電流を検知できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波モータを駆動
させるための制御回路に関し、さらに詳しくは、電歪素
子、圧電素子、磁歪素子等の電気−機械エネルギー変換
素子に、機械的振動波を利用する超音波モータの制御回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より超音波振動を駆動力とする超音
波モータが知られている。圧電体に発生する機械振動の
振幅は、駆動信号の周波数が共振周波数のとき最大とな
るが、共振周波数を含む所定周波数帯域では、弾性体に
可聴音の異常振動が発生し、ロータの回転速度及び、超
音波モータの効率が低下する場合がある。このため、超
音波モータの駆動は、まず可聴音発生帯域よりも高い周
波数帯域で超音波モータを駆動する必要がある。

【０００３】ところで、超音波モータの可聴音発生帯域
及び、駆動周波数帯域は個々の超音波モータ、超音波モ
ータの周囲温度、超音波モータに加わる負荷の大きさに
応じて変動する。従って、駆動信号の適切な周波数は一
定ではなく、個々のモータや周囲温度、負荷等に応じて
変化させる必要がある。

【０００４】可聴音の検知手段の一例として、特開平３
−１５９５８３号公報には、圧電素子から出力された検
出信号の波形の乱れを監視し、波形が乱れていない場合
には駆動周波数の周波数を低下させ、波形が乱れた場合
には駆動信号の周波数が可聴音発生帯域に入ったと判断
して周波数を上昇させる技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特開平
３−１５９５８３号公報に示される技術手段は、超音波
モータの圧電素子に波形検出用のモニタ電極を配置する
必要があり、製作上手間がかかると共にコスト増大を招
く。

【０００６】また、モニタ電極から検出する電圧波形の
振幅は、駆動信号の周波数によって大きく変化するた
め、波形の乱れを検知するのは回路が複雑となり困難で
ある。

【０００７】また、可聴音が発生しない超音波モータの
場合、モニタ電極からの検出波形は乱れないため、共振
周波数を超えて駆動周波数を低下させ、急激にロータの
回転速度を低下させる恐れがある。また過電流によって
超音波モータ及び、超音波モータ駆動回路の構成部品を
破壊する恐れがある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明による超音波モータ駆動回路では、電流波
形の検出手段と、検出した電流波形をデジタル信号に変
換する波形整形手段と、この波形整形手段の出力に基づ
いて駆動周波数を制御する周波数制御手段とを具備する
事により、電流波形の乱れから可聴音の発生を検知する
事で、モニタ電極の配置を不要とし、駆動信号の周波数
による振幅の変化も無視できる。

【０００９】また、可聴音の発生しない超音波モータに
おいては電流波形も乱れないが、共振点に近づくにつれ
て電流量が増加してくるため、波形整形回路で所定のし
きい値を設定する事によって、波形整形回路の出力の周
期を検知する事により、特別な素子を用いる事なく過電
流を検知できる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１１】図１は本発明の一実施例を示す超音波モー
タ駆動回路の回路図である。図において、１がマイクロ
コンピュータで、波形検出部５の出力に応じて超音波モ
ータ８の駆動周波数を決定し、周波数設定部２によって
発振部３の出力の周波数を設定する。発信部３から出力
された信号をパルス制御部４によってスイッチングトラ
ンジスタＱ１〜Ｑ４をスイッチングする制御信号φ１〜
φ４を発生させる。

【００１２】この超音波モータ駆動回路は２つの電極８
ａ、８ｂを有する公知の超音波モータ８に、９０度位相
差があるＡ相、Ｂ相の２相交流信号を印加する。

【００１３】φ１とφ２、φ３とφ４はそれぞれ１８０
度位相差があり、φ１とφ３、φ２とφ４はそれぞれ９
０度の位相差があるパルス信号で、φ１〜φ４はスイッ
チング動作を行うスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４
にそれぞれ対応している。トランスＴ１、Ｔ２の一次側
の中間タップにＤＣ電源７のプラス電圧が供給され、上
記スイッチングトランジスタＱ１とＱ２のスイッチング
動作によってトランスＴ１の一次側がオンし、これに伴
い二次側にＡ相の交流信号を出力する。同じく上記スイ
ッチングトランジスタＱ３とＱ４のスイッチング動作に
よってトランスＴ２の一次側がオンし、これに伴い２次
側にＢ相の交流信号を出力する。抵抗ＲｓはＤＣ電源７
とトランスＴ１、Ｔ２の一次側に直列に接続され、抵抗
Ｒｓの両端の電位差を得る事で電流波形を検出してい
る。抵抗Ｒｓの両端の電位差は微小であるため電流波形
検出部６内の差動増幅回路によって増幅をしている。差
動増幅回路からの出力信号は所定のデジタル信号に変換
する波形整形回路と、該波形整形回路のデジタル出力信
号の周期が特定の周期になった際にマイクロコンピュー
タ１により駆動周波数を制御する構成となっている。

【００１４】図２はパルス制御部のタイミングチャート
図で、φ１〜φ４はスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ
４をスイッチングする制御信号である。

【００１５】図３は正常回転時の電流波形検出部６と波
形整形部５の出力波形である。電流波形検出部６の出力
は検出抵抗Ｒｓによって検出された電流波形である。こ
の波形はスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４がトラン
スＴ１，Ｔ２の１次側巻線に印加されているＤＣ電源１
をオン・オフしたときの電流波形となる。波形整形部５
の出力は電流波形検出部６の検出波形をデジタル信号に
整形した波形である。この波形はスイッチングトランジ
スタＱ１〜Ｑ４のスイッチング波形の周期となるため、
駆動周波数の４倍の周期となる。

【００１６】図４は可聴音発生時の電流波形検出部６と
波形整形部５の出力波形である。電流波形検出部６の出
力は検出抵抗Ｒｓによって検出された電流波形である。
波形整形部５の出力は電流波形検出部６の検出波形をデ
ジタル信号に整形した波形である。この波形が駆動周波
数の４倍の周期から大きくずれた際に電流波形の乱れと
マイクロコンピュータ１により判断する。

【００１７】次に一実施例の動作について説明する。

【００１８】電流波形検出部６内の差動増幅回路から出
力される波形は、図２に示すＱ１〜Ｑ４のスイッチング
波形であり、すなわち駆動周波数の４倍の周波数とな
る。検出した波形はヒステリシス特性を有した波形整形
部５でデジタル信号に整形して、整形されたデジタル信
号から周期を求める。検出結果が駆動周波数の４倍の周
波数から大きく変わった周期となった際に波形の乱れと
判断して、可聴音の発生と判断し駆動周波数を上昇修正
させる。また、所定以上の電流量となった際も電流量の
増加によって波形整形部５の出力で周期が変わるため、
過電流と判断し駆動周波数を上昇修正させる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、特
にモニタ電極を具備しない超音波モータであっても可聴
音の発生を検知する事ができる。また、可聴音の発生し
ない超音波モータでも同時に過電流を検知する事がで
き、過電流によるモータ及び回路の構成部品の破壊等を
防ぐ事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した超音波モータ駆動回路の回路
図である。

【図２】パルス制御部のタイミングチャート図である。

【図３】正常時の電流波形検出部と波形整形部の出力を
示す出力波形図である。

【図４】可聴音発生時の電流波形検出部と波形整形部の
出力を示す出力波形図である。

【符号の説明】

１ マイクロコンピュータ ２ 周波数設定部 ３ 発信部 ４ パルス制御部 ５ 波形整形部 ６ 電流波形検出部 ７ ＤＣ電源 ８ 超音波モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波モータ駆動回路において、電流波
   形の検出手段及び波形整形手段とを備え、その電流波形
   の周期より電流波形の乱れを検知して可聴音の発生と判
   断して駆動周波数を制御する駆動周波数制御手段をもっ
   た事を特徴とする超音波モータ駆動回路。