JP2002209392A - 振動波モータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】起動認識時間を短縮し、振動波モータの起動直
後の速度制御をスムーズに行える振動波モータの駆動回
路を提供する。 【解決手段】角速度センサ７を振動波モータ４と一体に
回転させ、モータ４が起動すると角速度センサ７から出
力される電圧値が変化するので、その変化をコンパレー
タ８が設定している基準電圧を超えるとコンパレータ出
力が変化することを利用し、その変化タイミングをマイ
クロコンピュータ１が起動時間として認識するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロータリーエンコー
ダが出力する振動波モータの回転速度情報をマイクロコ
ンピュータが認識し目標回転速度と比較して次の回転速
度指令を出してフィードバック制御を行う振動波モータ
の駆動回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、振動波駆動装置は、金属等の弾性
体に電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子に
交番信号である交流電圧を印加することにより進行波等
の駆動振動を形成する振動体を基本的構成として有して
いる。

【０００３】そして、前記弾性体の駆動部に接触体を加
圧手段を介して加圧接触させ、前記弾性体の駆動部に形
成された駆動振動により前記接触体を摩擦駆動し、前記
振動体と前記接触体とを相対移動させるようにしてい
る。

【０００４】このような振動波駆動装置として、前記振
動体をステータ、前記接触体をロータとして用いたもの
として振動波モータがある。

【０００５】前記振動体としては、リング状または円板
状の弾性体の一面にリング状の圧電素子板を接着した構
成のものが提供され、前記ロータの回転を出力軸を介し
て取り出す方式、あるいは前記ロータの回転を直接取り
出す方式などのものが提供されている。

【０００６】前記圧電素子は、共振周波数での波長をλ
とすると、例えばλ/４の位置的位相を有して２相の駆
動部が形成され、各相の駆動部にはλ/２の間隔を有し
て電極が形成されていて、前記各相の駆動部における複
数の電極に同時に交流電圧を夫々印加すると、厚み方向
に延びる部分と、厚み方向に縮む部分とが交互に形成さ
れるように分極処理がなされている。そして、これら両
駆動相により位相の異なる定在波を形成し、両定在波の
合成により駆動振動としての進行波を形成している。

【０００７】図７は振動波モータの一構成例を示し、例
えば円環状の弾性体１３ｂに電気−機械エネルギー変換
素子としての圧電素子１３ａを接着した振動体１３と、
この弾性体１３ｂに加圧接触する移動体１５と、モータ
中心に配置され、前記移動体１５に連結されたモータ軸
１６と振動体を保持する加圧バネ１４とにより構成さ
れ、前記圧電素子１３ａに後述する駆動回路の昇圧回路
からの位相の異なる２相の交流波形を印加することによ
り、前記弾性体に例えば曲げ振動の合成により進行波と
しての駆動波が形成され、この駆動波が形成される前記
弾性体の駆動面に加圧接触する前記移動体が摩擦駆動さ
れ、その回転力が前記モータ軸に伝達されるようになっ
ている。

【０００８】また前記モータ軸の後端部にはモータの回
転速度を検出する為のロータリーエンコーダ１７が設け
られている。

【０００９】振動波モータの駆動方法を、本発明の実施
の形態を示す図１の駆動回路を参照して説明する。

【００１０】マイクロコンピュータ（制御手段）１の内
部の回転速度指令手段から振動波モータの回転速度指令
信号が出力され、波形形成回路２において指令速度に応
じた周波数λの４相信号波形が形成され、昇圧回路３に
出力される。

【００１１】昇圧回路３では、図６に示すように、その
４相信号（YA1，YA2、YB1，YB2）が図５に示すタイミン
グで４個のＦＥＴ１１をスイッチングし、Ａ相用のトラ
ンス１２ａと、Ｂ相用のトランス１２ｂで位相の異なる
２相の交流波形に昇圧し、振動波モータの圧電素子にそ
れぞれ印加する。

【００１２】一方、前記ロータリーエンコーダ（５，１
７）からは回転速度情報としてパルス列が出力され、モ
ータの回転速度が速いとそのパルス列の周波数は高くな
り、回転速度が低いと周波数は低くなる。

【００１３】不図示の基準パルス発生回路からパルスカ
ウンタ回路６には、前記ロータリーエンコーダ５からの
パルス列よりも十分に高い周波数で回転速度パルス列
（エンコーダパルス列）に非同期で時間的に周波数が安
定な基準パルスが出力され、その基準パルス列と前記ロ
ータリーエンコーダ５からのパルス列はパルスカウンタ
回路６に入力される。

【００１４】前記パルスカウンタ回路６の各信号のタイ
ミングでは、前記マイクロコンピュータ１からの駆動開
始指令信号によってモータの駆動が制御され、エンコー
ダの出力パルス周期毎に回転速度データが更新され、次
の回転速度制御に用いられる。

【００１５】例えばｔ１という周期の基準パルスカウン
ト数をＤ１とすると、次のエンコーダ出力パルス周期に
Ｄ１が回転速度データとしてパルスカウンタ回路６から
出力され、前記マイクロコンピュータ内部の回転速度認
識手段によって現在の回転速度と目標回転速度とを比較
し、目標値となるような回転速度指令を前記回転速度指
令手段に伝える。

【００１６】振動波モータの速度検出方法としてロータ
リーエンコーダからの回転速度パルス列をパルスカウン
タ回路で単位時間あたりのパルス数をカウントし、それ
を現在回転速度データとしてマイクロコンピュータが認
識する方法があるが、同時にモータの起動検出も前記ロ
ータリーエンコーダからの回転速度パルスを利用し、モ
ータが回転を始めて最初の回転速度パルスの立ち上がり
エッジを検出することによって、マイクロコンピュータ
はモータが起動したと認識し、以後の速度制御を行って
いく。

【００１７】ここで、振動波モータの起動方法として、
駆動開始により共振周波数よりも高い周波数から周波数
を下げてゆくと、ある周波数で振動波モータの起動が開
始され、この起動開始時点からロータリーエンコーダが
回転を始める。

【００１８】ロータリーエンコーダからはパルス波が出
力され（エンコーダ出力パルス列）、低速度では該パル
ス波の１周期の時間は長く、速度が速くなるにつれて該
パルス波の１周期の時間は短くなる。そして、このよう
なロータリーエンコーダから出力されるパルス波の１周
期の間に、基準パルスのパルス数をカウントし、このカ
ウント値を前記現在の回転速度データとする。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モータ
の起動を開始した直後にはまだモータが回転できるだけ
の振動状態等にはないため、前記ロータリーエンコーダ
からの最初の回転速度パルスエッジはモータの起動開始
タイミングよりも必ず遅れて発生し、かつその遅延時間
は一定ではない。

【００２０】図４に示すモータ起動認識時間を示す各信
号のタイミング図では、駆動開始指令信号によってモー
タは起動し、その回転速度は速くなっていくが、エンコ
ーダ出力パルスの最初の立ち上がりエッジはモータ起動
開始時間よりもＴ１だけ遅れて発生する為に、マイクロ
コンピュータがモータの起動を認識するまでにもＴ１の
遅延時間が発生してしまう。

【００２１】起動認識時間がモータの起動開始からＴ１
遅れるということは、起動開始からＴ１の時間はモータ
が回転しているにもかかわらず無制御の状態にあること
になり、その間に前記マイクロコンピュータは一定に速
度を上げ続ける指令を出すので、起動認識した時には目
標速度を大幅に上回り、その後の速度制御で目標速度に
修正するのにかなりの時間を要するので、振動波モータ
の特徴である起動特性の良さを妨げる結果になってしま
う。

【００２２】本出願に係る発明は、起動認識時間を短縮
し、振動波モータの起動直後の速度制御をスムーズに行
うことができる振動波モータの駆動回路を提供するもの
である。

【００２３】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、パルス列
として振動波モータの回転速度を検出する回転速度検出
手段からの回転速度パルスのレベルが反転する間にカウ
ントした基準パルス値を回転速度データとして出力する
パルスカウンタ手段と、前記回転速度データと目標速度
との差に基づいて前記振動波モータへの駆動信号を制御
する駆動制御手段とを有する振動波モータの駆動回路に
おいて、前記振動波モータの回転状態を角速度として検
出する回転状態検出手段を有し、前記駆動制御手段は、
前記回転状態検出手段で検出した検出信号が入力される
と、該振動波モータが実際に起動を開始したと判断する
ことを特徴とする。

【００２４】第２の発明は、上記第１の発明で、前記回
転状態検出手段は、振動ジャイロを用いた角速度センサ
であることを特徴とする。

【００２５】第３の発明は、上記いずれかの発明で、前
記駆動制御手段は、前記回転状態検出手段で検出したア
ナログ信号としての検出信号をモータ起動情報に変換す
るコンパレータ回路を有することを特徴とする。

【００２６】第４の発明は、上記第３の発明で、前記コ
ンパレータ回路は、前記回転状態検出手段の検出信号に
基づいて回転方向を判定することを特徴とする。

【００２７】第５の発明は、上記第３または第４の発明
で、前記コンパレータ回路は、ある電圧値を中心にモー
タの回転角速度に応じたアナログ電圧値を出力し、中心
電圧付近に比較電圧を設けているコンパレータを有し、
前記振動波モータが起動した瞬間にモータ起動信号をデ
ジタル値として出力することを特徴とする。

【００２８】第６の発明は、回転速度に応じた周期でパ
ルス列を出力するエンコーダーからのパルスのレベルが
反転する間にカウントした基準パルス値を回転速度デー
タとして出力するパルスカウンタ手段と、前記回転速度
データと目標速度との差に基づいて前記振動波モータへ
の駆動信号を制御する駆動制御手段とを有する振動波モ
ータの駆動回路において、前記振動波モータの回転状態
を角速度として回転角速度に応じた大きさのアナログ信
号を出力する検出する回転状態検出手段を有し、前記駆
動制御手段は、前記回転状態検出手段で検出した検出信
号が入力されると、該振動波モータが実際に起動を開始
したと判断することを特徴とする。

【００２９】第７の発明は、上記いずれかの発明で、前
記駆動制御手段は、前記振動波モータが実際に起動を開
始したと判断すると、以後前記パルスカウンタ手段から
の回転速度データをもとに速度制御を行うことを特徴と
する。

【００３０】従来、振動波モータの起動認識手段をロー
タリーエンコーダの信号に基づいて得ていたが、本発明
では、これに代わり角速度センサを使用し、モータが起
動すると前記角速度センサから出力される電圧値が変化
し、その変化量が後段のコンパレータが設定している基
準電圧を超えるとコンパレータ出力が変化し、その変化
タイミングをマイクロコンピュータが起動時間として認
識するようにした。

【００３１】その結果、ロータリーエンコーダの最初の
回転速度パルスエッジ入力タイミングに遅延があって
も、それに左右されず、モータ起動から短い時間で安定
して起動検出が出来る。

【００３２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態を示す
ブロック図、図２は図１のコンパレータの回路構成を示
す回路図、図３は本実施の形態のモータ起動認識時間を
示す各信号のタイミング図である。

【００３３】図１において、前述の従来例で説明した構
成についてはその説明を省略し、本実施の形態の特徴的
な構成を以下に説明する。

【００３４】本実施の形態では、振動波モータ４の回転
角速度を例えば振動波モータ４の出力軸に取り付けられ
て一体に回転する角速度センサ７により検出し、角速度
センサ７からモータの回転速度に応じたアナログ電圧値
がコンパレータ８に出力される。

【００３５】前記角速度センサ７としては、例えばセラ
ミック振動ジャイロを用いており、回転方向に応じて極
性のことなる電圧が出力されるようになっている。

【００３６】したがって、ある電圧値を中心にモータの
回転角速度に応じたアナログ電圧値を出力し、中心電圧
付近に比較電圧を設けたコンパレータに角速度センサの
出力を入力すれば、正方向と逆方向の回転方向を加味し
て、モータが起動した瞬間にモータ起動信号がデジタル
値としてマイクロコンピュータに伝達させることができ
る。

【００３７】コンパレータ８においては、振動波モータ
の回転方向についての正回転方向（ＣＷ）起動信号、逆
回転方向（ＣＣＷ）起動信号にそれぞれ変換し、マイク
ロコンピュータ１はその信号をもとにモータの起動を認
識する。

【００３８】その後の速度制御にはロータリーエンコー
ダ５とパルスカウンタ回路６からの回転速度データで前
記マイクロコンピュータは速度制御を開始する。

【００３９】図２はコンパレータ８の回路構成を示し、
角速度センサ７からの回転角速度アナログ値は、第１コ
ンパレータ９ａの正入力、第２コンパレータ９ｂの負入
力にそれぞれ入力されている。モータが停止している時
には回転角速度アナログ値はある中間電圧を維持してお
り、モータがＣＷ方向に回転すると中間電圧から正の方
向に、ＣＣＷ方向に回転すると、中間電圧から負の方向
に電圧値が変化する。モータがＣＷ方向に回転するとそ
の回転角速度に応じて中間電圧から増加し、ＣＷ基準電
圧を超えるとＣＷ方向起動信号が出力される。逆にモー
タがＣＣＷ方向に回転し、回転角速度アナログ値がＣＣ
Ｗ基準電圧を下回るとＣＣＷ方向起動信号が出力され
る。

【００４０】以上より図３のように、駆動開始指令信号
がＯＮになり、周波数を共振周波数に向かって下げて行
き、駆動可能な振動状態の周波数となるとモータは起動
し、モータ回転速度は上がり始め、それに応じて角速度
センサ７の検出出力に基づいてコンパレータ８から出力
されるモータ起動信号がマイクロコンピュータ１に入力
され、マイクロコンピュータ１はその時点をモータの起
動と認識する。

【００４１】モータ起動開始から遅れてロータリーエン
コーダ５から出力されたエンコーダパルス列は起動認識
には使用されず、モータ起動信号による起動認識後の速
度制御に使用される。

【００４２】以上のように従来の駆動回路では、振動波
モータが実際に回転したか否かを検出する検出手段とし
てのロータリーエンコーダはデジタル信号を出力してい
るため、信号レベルが反転（０→１、１→０）するまで
にタイムラグが生じるが、本実施の形態では、振動波モ
ータが実際に回転しているか否かを検出する検出手段と
してアナログ信号として検出情報を出力する角速度セン
サ７を用いているので上述のタイムラグがなくなり、モ
ータが実際に回転を開始するモータの起動を直ちに確認
することが出来る。

【００４３】なお、モータの起動をタイムラグなく確認
できるセンサとして角速度センサを用いているが、本発
明はこれに限定されるものではなく、モータの起動をタ
イムラグなく確認できるセンサであれば良い。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モータの起動認識タイミングをモータの起動開始から遅
れること無く認識でき、その後の速度制御にスムーズに
移行できるので、振動波モータの起動特性の良さを十分
に生かすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図。

【図２】図１のコンパレータの回路構成を示す回路図。

【図３】本発明の実施の形態のモータ起動認識時間を示
す各信号のタイミング図。

【図４】従来のモータ起動認識時間を示す各信号のタイ
ミング図。

【図５】波形形成回路の４相出力波形図。

【図６】昇圧回路の内部構成を示す回路図。

【図７】振動波モータの構成を示す断面図。

【符号の説明】

１ マイクロコンピュータ（制御手段） ２ 波形形成回路 ３ 昇圧回路 ４ 振動波モータ ５，１６ ロータリーエンコーダ ６ パルスカウンタ回路 ７ 角速度センサ ８ コンパレータ ９ａ，９ｂ コンパレータ １０ ＦＥＴ １１ａ，１１ｂ トランス １２ａ 圧電素子 １２ｂ 弾性体 １３ 加圧バネ １４ 移動体 １５ モータ軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西本 義文 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 柳 栄一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 橋爪 博和 東京都目黒区中根２丁目４番19号 キヤノ ン精機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H680 AA08 AA09 BB03 BB16 CC06 CC07 DD01 DD23 DD53 DD66 DD75 DD85 DD87 EE23 FF08 FF23 FF25 FF26 FF30 FF33 FF36

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス列として振動波モータの回転速度
   を検出する回転速度検出手段からの回転速度パルスのレ
   ベルが反転する間にカウントした基準パルス値を回転速
   度データとして出力するパルスカウンタ手段と、前記回
   転速度データと目標速度との差に基づいて前記振動波モ
   ータへの駆動信号を制御する駆動制御手段とを有する振
   動波モータの駆動回路において、 前記振動波モータの回転状態を角速度として検出する回
   転状態検出手段を有し、前記駆動制御手段は、前記回転
   状態検出手段で検出した検出信号が入力されると、該振
   動波モータが実際に起動を開始したと判断することを特
   徴とする振動波モータの駆動回路。
2. 【請求項２】 前記回転状態検出手段は、振動ジャイロ
   を用いた角速度センサであることを特徴とする請求項１
   に記載の振動波モータの駆動回路。
3. 【請求項３】 前記駆動制御手段は、前記回転状態検出
   手段で検出したアナログ信号としての検出信号をモータ
   起動情報に変換するコンパレータ回路を有することを特
   徴とした請求項１または２に記載の振動波モータの駆動
   回路。
4. 【請求項４】 前記コンパレータ回路は、前記回転状態
   検出手段の検出信号に基づいて回転方向を判定すること
   を特徴とする請求項３に記載の振動波モータの駆動回
   路。
5. 【請求項５】 前記コンパレータ回路は、ある電圧値を
   中心にモータの回転角速度に応じたアナログ電圧値を出
   力し、中心電圧付近に比較電圧を設けているコンパレー
   タを有し、前記振動波モータが起動した瞬間にモータ起
   動信号をデジタル値として出力することを特徴とする請
   求項３または４に記載の振動波モータの駆動回路。
6. 【請求項６】 回転速度に応じた周期でパルス列を出力
   するエンコーダーからのパルスのレベルが反転する間に
   カウントした基準パルス値を回転速度データとして出力
   するパルスカウンタ手段と、前記回転速度データと目標
   速度との差に基づいて前記振動波モータへの駆動信号を
   制御する駆動制御手段とを有する振動波モータの駆動回
   路において、 前記振動波モータの回転状態を角速度として回転角速度
   に応じた大きさのアナログ信号を出力する検出する回転
   状態検出手段を有し、前記駆動制御手段は、前記回転状
   態検出手段で検出した検出信号が入力されると、該振動
   波モータが実際に起動を開始したと判断することを特徴
   とする振動波モータの駆動回路。
7. 【請求項７】 前記駆動制御手段は、前記振動波モータ
   が実際に起動を開始したと判断すると、以後前記パルス
   カウンタ手段からの回転速度データをもとに速度制御を
   行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記
   載の振動波モータの駆動回路。