JP2005057890A - アクチュエータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができるようにする。
【解決手段】 制御信号を与えることにより駆動回路３６から出力される電圧の駆動周波数を所定の掃引範囲内において掃引する駆動周波数発生部４６、アクチュエータに結合された負荷の回転速度のうち、掃引した駆動周波数に対応する回転速度の変化幅を検出するための角度検出部４０と出力抽出部３４２とからなる出力検出部、この出力検出部により検出された回転速度の変化幅が所定の出力範囲内に存在するか否かを判別する出力判別部３４４、及び回転速度の変化幅が所定の出力範囲内に存在しないときに駆動周波数の掃引範囲を移動更新する掃引制御部３４３を備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、圧電振動子などの電気機械変換素子を用いたアクチュエータであって、その電気機械変換素子に印加する電圧の駆動周波数を最適駆動周波数に調節できるようにしたアクチュエータの駆動装置に関する。

圧電振動子などの電気機械変換素子をその固有機械共振点付近の周波数で駆動することで当該電気機械変換素子に大きな駆動電流を流すことができ、大きな機械変位や低歪の単振動出力を得ることができる。このため、このような電気機械変換素子を用いたアクチュエータが実用化されている。このようなアクチュエータにおいては、共振特性のＱが大きいため、適正な動作を行わせるための駆動周波数範囲が必然的に狭くなり、機械負荷の変動、電気機械変換素子の発熱、周囲環境の変化、電気機械変換素子に印加する駆動電圧の振幅などの種々の変動要因に応じて最適駆動周波数が変動するため、駆動周波数を常に最適値となるように調整しなければならない。

このため、電気機械変換素子に流れる電流を検出し、その電流の位相や振幅が所定の値になるようにフィードバックをかけることで駆動周波数を調整する手法や、アクチュエータに結合された負荷の回転速度などの機械出力を直接、検出することで駆動周波数を調整する手法などが実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７-４６８６６号公報

しかしながら、電気機械変換素子に流れる電流を検出し、その電流の位相や振幅が所定の値になるようにフィードバックをかけるものでは、電流検出回路が必要となると共に、位相比較回路あるいは振幅比較回路が必要となって回路構成が複雑化し、しかも、回路実装規模が増大することから小型化が阻害されるという問題があった。また、負荷の回転速度などの機械出力を直接、監視するものではないため、調整精度が粗くなったりするなどの問題もあった。

また、負荷の機械出力を検出するものでは、高い調整精度を得ることができる反面、アクチュエータの動作中に駆動周波数を調整することが難しいため、調整のための動作モードに変更してから調整する必要が生じ、負荷の駆動動作が中断されるという問題があった。すなわち、負荷を駆動している状態で駆動周波数の調整を行うと、調整のために駆動周波数を変更したことによる機械出力の変化と、本来の制御動作による変化とが互いに干渉し合うことになり、駆動周波数の調整が困難となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することのできるアクチュエータの駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、アクチュエータを構成する電気機械変換素子に印加する電圧の駆動周波数を最適駆動周波数に調節できるようにしたアクチュエータの駆動装置であって、前記駆動周波数を所定の掃引範囲内において掃引する周波数掃引部と、前記アクチュエータに結合された負荷の機械出力のうち、前記周波数掃引部により掃引した駆動周波数に対応する機械出力を検出する出力検出部と、この出力検出部により検出された機械出力に基づいて最適駆動周波数が前記所定の掃引範囲内に存在するか否かを判別する出力判別部と、最適駆動周波数が前記所定の掃引範囲内に存在しないときに前記周波数掃引部による駆動周波数の掃引範囲を移動更新する更新制御部とを備えたことを特徴としている。

また、請求項２の発明は、請求項１に係るものにおいて、前記出力検出部が、前記周波数掃引部により掃引した駆動周波数に対応する機械出力の変化幅を検出するものであり、前記出力判別部が、前記出力検出部により検出された機械出力の変化幅が所定の出力範囲内に存在するか否かにより最適駆動周波数が前記所定の掃引範囲内に存在するか否かを判別するものであることを特徴としている。

また、請求項３の発明は、請求項２に係るものにおいて、前記出力検出部が、前記アクチュエータに結合された負荷の機械出力を連続的に計測する出力計測部と、この出力計測部により計測された機械出力のうち、前記周波数掃引部により掃引した駆動周波数に対応する機械出力の変化幅を検出する出力抽出部とを備えたものであることを特徴としている。

また、請求項４の発明は、請求項２又は３に係るものにおいて、前記更新制御部が、前記出力検出部により検出された機械出力の変化幅が小さくなる方向に前記駆動周波数の掃引範囲を移動更新するものであることを特徴としている。

また、請求項５の発明は、請求項４に係るものにおいて、前記更新制御部が、前記出力検出部により検出された機械出力の変化幅が小さくなる方向に駆動周波数の掃引範囲を移動させることに対応して、その駆動周波数の掃引範囲を狭めるようにするものであることを特徴としている。

また、請求項６の発明は、請求項１に係るものにおいて、前記出力検出部が、前記周波数掃引部により掃引した駆動周波数に対応する機械出力であって、前記駆動周波数の掃引範囲の略中央の周波数に対応する機械出力を含めて検出するものであり、前記出力判別部が、前記出力検出部により検出された機械出力が前記駆動周波数の掃引範囲の略中央において最大となるか否かにより最適駆動周波数が前記所定の掃引範囲内に存在するか否かを判別するものであることを特徴としている。

また、請求項７の発明は、請求項６に係るものにおいて、前記出力検出部が、前記アクチュエータに結合された負荷の機械出力を連続的に計測する出力計測部と、この出力計測部により計測された機械出力のうち、前記周波数掃引部により掃引された駆動周波数に対応する機械出力を検出する出力抽出部とを備えたものであることを特徴としている。

また、請求項８の発明は、請求項６又は７に係るものにおいて、前記更新制御部が、前記出力検出部により検出された機械出力が前記駆動周波数の掃引範囲の略中央において最大となる方向に前記駆動周波数の掃引範囲を移動更新するものであることを特徴としている。

また、請求項９の発明は、請求項８に係るものにおいて、前記更新制御部が、前記出力検出部により検出された機械出力が前記駆動周波数の掃引範囲の略中央において最大となる方向に駆動周波数の掃引範囲を移動させることに対応して、その駆動周波数の掃引範囲を狭めるようにするものであることを特徴としている。

また、請求項１０の発明は、請求項１に係るものにおいて、前記出力検出部により検出された機械出力に基づき、前記周波数掃引部により掃引した駆動周波数に対する機械出力の傾きを求める傾き導出部を備え、前記出力判別部が、前記傾き導出部により求めた傾きが所定の傾き範囲内に存在するか否かにより最適駆動周波数が前記所定の掃引範囲内に存在するか否かを判別するものであることを特徴としている。

また、請求項１１の発明は、請求項１０に係るものにおいて、前記出力検出部が、前記アクチュエータに結合された負荷の機械出力を連続的に計測する出力計測部と、この出力計測部により計測された機械出力のうち、前記周波数掃引部により掃引された駆動周波数に対応する機械出力を検出する出力抽出部とを備えたものであることを特徴としている。

また、請求項１２の発明は、請求項１０又は１１に係るものにおいて、前記更新制御部が、前記傾き導出部により導出された傾きが所定の傾き範囲内に存在するようになる方向に前記駆動周波数の掃引範囲を移動更新するものであることを特徴としている。

また、請求項１３の発明は、請求項１２に係るものにおいて、前記更新制御部が、前記傾き導出部により導出された傾きが所定の傾き範囲内に存在するようになる方向に駆動周波数の掃引範囲を移動させることに対応して、その駆動周波数の掃引範囲を狭めるようにするものであることを特徴としている。

また、請求項１４の発明は、請求項１乃至１３の何れかに係るものにおいて、前記出力検出部により検出される機械出力が、前記アクチュエータに結合された負荷の速度であることを特徴としている。

また、請求項１５の発明は、請求項１乃至１４の何れかに係るものにおいて、前記周波数掃引部が、駆動周波数を所定の掃引範囲内において所定の繰り返し周波数で繰り返して掃引するものであり、前記出力検出部が、前記繰り返し動作に対応して機械出力を検出するものであることを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、駆動周波数が所定の掃引範囲内において掃引されたときであって、その掃引範囲内におけるアクチュエータに結合された負荷の機械出力に基づいて最適駆動周波数が所定の掃引範囲内に存在しないと判別されたとき、駆動周波数の掃引範囲が移動更新される。このため、最適駆動周波数が所定の掃引範囲内に存在するようになるまで掃引範囲を更新することにより、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができる。

また、請求項２の発明によれば、駆動周波数が所定の掃引範囲内において掃引されたときであって、その掃引範囲内におけるアクチュエータに結合された負荷の機械出力の変化幅が所定の出力範囲内に存在しないとき、その掃引範囲が移動更新される。このため、最適駆動周波数が所定の掃引範囲内に存在するようになるまで掃引範囲を更新することにより、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができる。

また、請求項３の発明によれば、アクチュエータに結合された負荷の機械出力が連続的に計測され、この計測された機械出力のうち、掃引された駆動周波数に対応する機械出力の変化幅が検出される。このため、掃引された駆動周波数に対応する機械出力の変化幅が確実に検出でき、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができる。

また、請求項４の発明によれば、検出された機械出力の変化幅が小さくなる方向に駆動周波数の掃引範囲が移動更新される。このため、検出された機械出力の変化幅が最小の幅（実質的にゼロとみなせる値）になるまで掃引範囲を更新することにより、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができる。

また、請求項５の発明によれば、検出された機械出力の変化幅が小さくなる方向に駆動周波数の掃引範囲を移動させることに対応して、その駆動周波数の掃引範囲が狭くされる。このため、最適駆動周波数から離れた機械出力の変化幅の大きい周波数範囲では掃引範囲が広いことから、最適駆動周波数に収束させるまでの調整回数を少なくすることができる結果、調整時間を短縮することができる。また、最適駆動周波数に近づくにつれて駆動周波数の掃引範囲が狭くなることから、調整精度を向上させることができる。

また、請求項６の発明によれば、駆動周波数が所定の掃引範囲内において掃引されたときであって、その掃引範囲内における負荷の機械出力が掃引範囲の略中央において最大となっていないとき、その掃引範囲が移動更新される。このため、負荷の機械出力が掃引範囲の略中央において最大となるまで掃引範囲を更新することにより、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができる。

また、請求項７の発明によれば、アクチュエータに結合された負荷の機械出力が連続的に計測され、この計測された機械出力のうち、掃引された駆動周波数に対応する機械出力が検出される。このため、掃引された駆動周波数に対応する機械出力が確実に検出でき、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を確実に最適駆動周波数に調整することができる。

また、請求項８の発明によれば、検出された機械出力が駆動周波数の掃引範囲の略中央において最大となる方向に駆動周波数の掃引範囲が移動更新される。このため、検出された機械出力が駆動周波数の掃引範囲の略中央において最大となるまで掃引範囲を更新することにより、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができる。

また、請求項９の発明によれば、検出された機械出力が駆動周波数の掃引範囲の略中央において最大となる方向に駆動周波数の掃引範囲を移動させることに対応して、その駆動周波数の掃引範囲が狭くされる。このため、最適駆動周波数から離れた周波数範囲では掃引範囲が広いことから、最適駆動周波数に収束させるまでの調整回数を少なくすることができる結果、調整時間を短縮することができる。また、最適駆動周波数に近づくにつれて駆動周波数の掃引範囲が狭くなることから、調整精度を向上させることができる。

また、請求項１０の発明によれば、駆動周波数が所定の掃引範囲内において掃引されたときであって、その掃引範囲内における駆動周波数に対する負荷の機械出力の傾きが所定の傾き範囲内に存在していないとき、その掃引範囲が移動更新される。このため、駆動周波数に対する負荷の機械出力の傾きが所定の傾き範囲内に存在するようになるまで掃引範囲を更新することにより、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができる。

また、請求項１１の発明によれば、アクチュエータに結合された負荷の機械出力が連続的に計測され、この計測された機械出力のうち、掃引された駆動周波数に対応する機械出力が検出される。このため、掃引された駆動周波数に対応する機械出力が確実に検出でき、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を確実に最適駆動周波数に調整することができる。

また、請求項１２の発明によれば、駆動周波数に対する負荷の機械出力の傾きが所定の傾き範囲内に存在するようになる方向に駆動周波数の掃引範囲が移動更新される。このため、駆動周波数に対する負荷の機械出力の傾きが所定の傾き範囲内に存在するようになるまで掃引範囲を更新することにより、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができる。

また、請求項１３の発明によれば、駆動周波数に対する負荷の機械出力の傾きが所定の傾き範囲内に存在するようになる方向に駆動周波数の掃引範囲を移動させることに対応して、その駆動周波数の掃引範囲が狭くされる。このため、最適駆動周波数から離れた周波数範囲では掃引範囲が広いことから、最適駆動周波数に収束させるまでの調整回数を少なくすることができる結果、調整時間を短縮することができる。また、最適駆動周波数に近づくにつれて駆動周波数の掃引範囲が狭くなることから、調整精度を向上させることができる。

また、請求項１４の発明によれば、駆動周波数が所定の掃引範囲内において掃引されたときであって、その掃引範囲内におけるアクチュエータに結合された負荷の速度が検出され、その負荷の速度に基づいて最適駆動周波数が所定の掃引範囲内に存在しないと判別されたとき、駆動周波数の掃引範囲が移動更新される。このため、最適駆動周波数が所定の掃引範囲内に存在するようになるまで掃引範囲を更新することにより、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができる。

また、請求項１５の発明によれば、掃引の繰り返し周波数が電子撮像カメラにおける撮像素子のフレームレイトの自然数倍に設定される。このため、アクチュエータにより雲台を駆動する際の掃引の繰り返し動作による負荷の機械出力の変動により生じる撮像画像のブレやニジミなどの影響を軽減することができる。

図１は、本発明に係る駆動装置が適用されるトラス型アクチュエータ（トラスモータ）の構成を模式的に示す正面図である。この図において、トラス型アクチュエータは、円板状の被駆動部材１０を駆動する駆動部１２と、この駆動部１２を被駆動部材１０に加圧接触させる加圧部１４とから構成されている。駆動部１２は、例えば９０°の挟み角度で交差された第１の電気機械変換素子１６及び第２の電気機械変換素子１８と、その先端側の交点に接着された変位合成部材２０と、第１,第２の変位素子１６,１８の後端側に接着されたベース部材２２とから構成されている。

ここで、被駆動部材１０は、例えば鉄、アルミニウムなどの金属で作られた円板状のロータからなるもので、変位合成部２０との接触による摩耗を防ぐため、その側面にはタフトライド処理、アルマイト処理などの表面処理が施されている。加圧部１４は、例えばコイルばねで構成され、ベース部材２２を被駆動部材１０の中心方向に加圧するように設定されている。

ここで、第１,第２の電気機械変換素子１６,１８は、電気信号を圧電効果により機械的変位に変換する積層型の圧電素子が用いられている。この圧電素子は、ＰＺＴなどの圧電特性を示す複数のセラミック薄板と電極を交互に積層したものであり、１つおきに配置された各電極群は、それぞれ信号線を介して駆動電源に接続されている。この信号線に所定の電圧を印加すると、２つの電極に挟まれた各セラミック薄板には、その積層方向に１つおきに同じ方向となる電界が発生する。

このように構成された第１，第２の電気機械変換素子１６,１８の各電極に交流の駆動電圧が印加されると、その電界に応じて各セラミック薄板が同方向に伸縮を繰り返すことで、第１，第２の電気機械変換素子１６,１８は全体として伸縮を繰り返すことになる。圧電素子には、その構造や電気的特性により決定される固有の共振周波数が存在するため、駆動電圧の周波数が圧電素子の共振周波数と一致すると、インピーダンスが低下し、圧電素子の変位が増大する。

変位合成部材２０は、安定して高い摩擦係数が得られ、摩耗し難いタングステンなどの金属材料から構成されている。ベース部材２２は、製造し易く強度の得られるステンレスなどの金属材料が用いられている。また、これらの接着には、接着力や強度に優れたエポキシ樹脂系の接着剤が用いられる。

このように構成されたトラス型アクチュエータは、次のように動作する。すなわち、第１，第２の電気機械変換素子１６，１８に、所定の位相差を有する駆動信号をそれぞれ印加すると、変位合成部材２０は楕円形（円形を含む）の軌跡を描くように駆動される。この変位合成部材２０を、例えば所定の軸の周りに回転可能な被駆動部材１０の周面に押しつけると、変位合成部材２０の楕円運動（円運動を含む）を被駆動部材１０の回転運動に変換することが可能となる。なお、変位合成部材２０を図略の棒状部材の平面部に押しつけるようにすると、変位合成部材２０の楕円運動を棒状部材の直線運動に変換することが可能となる。

すなわち、第１,第２の電気機械変換素子１６,１８を駆動するための駆動信号（駆動電圧）の振幅や位相差を変化させることにより、変位合成部材２０は、楕円振動の式（Lissajousの式）に従った種々の軌跡を描くことになる。いま、第１,第２の電気機械変換素子１６,１８を駆動する２つの駆動信号の振幅を等しくした場合において、各駆動信号間の位相差を０°、４５°、９０°、１３５°及び１８０°とした場合の軌跡をそれぞれ図２の（ａ）〜（ｅ）に示す。

このように、変位合成部材２０の軌跡を制御することにより、被駆動部材１０の回転方向、回転速度、回転力（トルク）等を制御することができる。具体的には、被駆動部材１０に対してその接線方向における変位合成部材２０の軌跡の径を大きくすれば回転速度が上昇する。また、被駆動部材１０に対してその法線方向における変位合成部材２０の軌跡の径を大きくすれば回転力が上昇する。さらに、一方の駆動信号の位相を反転すれば回転方向を反転させることができる。なお、第１,第２の電気機械変換素子１６,１８のうち、一方の電気機械変換素子のみに駆動信号を印加することによっても変位合成部材２０が楕円運動し、この楕円運動により被駆動部材１０を駆動することができる。

図３は、上記のように構成されたトラス型アクチュエータの機械負荷が結合された状態での駆動周波数対速度特性を概念的に示す図である。この特性図から明らかなように、機械負荷が結合された状態でのトラス型アクチュエータは、駆動周波数ｆｄｍにおいて回転速度（負荷速度）が最大ｖｍとなり、駆動周波数がｆｄｍよりも小さくなるに従って回転速度が次第に低下すると共に、駆動周波数がｆｄｍよりも大きくなるに従って回転速度が次第に低下する単峰特性を有している。なお、機械負荷の出力がトルクである場合などでも回転速度と同様の単峰特性を呈する。したがって、本発明では、トラス型アクチュエータが図３に示すような単峰特性を有していることを利用して駆動周波数が常に適切な値に設定されるようにするものである。

すなわち、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置は、機械負荷の出力が回転速度である場合について説明すると、駆動周波数を機械負荷の動作に実質的に影響を与えない範囲内における第１の駆動周波数ｆｄａと第２の駆動周波数ｆｄｂとの間で掃引させ、第１の駆動周波数ｆｄａに対応する回転速度ｖａと第２の駆動周波数ｆｄｂに対応する回転速度ｖｂとを求め、この２つの回転速度の変化幅（変化値）Δｖ（Δｖ＝ｆｄａ-ｆｄｂ）が最小（実質的にゼロと見なせる値）となるように駆動周波数の掃引範囲（ｆｄａ〜ｆｄｂ）を移動させることにより駆動周波数が常に適切な値に設定されるようにするものである。これにより、機械負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができる。

なお、本発明でいう最適駆動周波数とは、駆動周波数対機械出力特性図（図３の場合では、駆動周波数対速度特性図）における出力がピーク値となる駆動周波数のみを指すのではなく、その駆動周波数を含む一定の許容幅を有するものである。このことは、以下に述べるすべての実施形態において同様である。

図４は、図１に示すトラス型アクチュエータなどに適用されるもので、図３を用いて説明した調整原理に基づいて駆動周波数を調整するようにした第１の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置の制御構成を示すブロック図である。以下、図３を参照しつつ駆動装置の構成を説明する。

すなわち、図４に示す駆動装置３０は、例えば監視カメラなどの電子撮像カメラが取り付けられた雲台を左右方向などの所定方向に回転させるためのトラス型アクチュエータ３２を駆動制御するもので、全体の動作を制御する主制御部３４と、トラス型アクチュエータ３２の第１,第２の電気機械変換素子１６,１８（図１）のうち、一方の電気機械変換素子に正弦波交流の駆動電圧を供給する交流電圧発生器などからなる駆動回路３６と、トラス型アクチュエータ３２に結合された雲台を含む機械負荷３８の回転角度（機械出力）を連続的に検出する回転検出エンコーダなどからなる角度検出部（出力計測部）４０と、機械負荷３８に対して回転角度位置を指示する角度指示信号と角度検出部４０で検出された機械負荷３８の回転角度信号とを比較して角度誤差信号を出力するコンパレータなどからなる比較制御部４２とを備えている。

さらに、駆動装置３０は、比較制御部４２から出力される角度誤差信号と機械負荷３８の回転角度信号とから演算して得た回転速度信号とに基づいてトラス型アクチュエータ３２の回転速度を変更するため、駆動回路３６から出力される駆動電圧の振幅を制御する制御信号を出力する駆動制御部４４と、駆動回路３６から出力される駆動電圧の周波数（駆動周波数）を制御する制御信号を出力するもので、その制御信号を所定の掃引周波数（繰り返し周波数）を有する矩形波信号として出力する駆動周波数発生部４６とを備えている。

主制御部３４は、演算処理を実行するＣＰＵ、所定の処理プログラムやデータなどが記録されたＲＯＭ、及び、処理データを一時的に記録するＲＡＭから構成されたものである。また、主制御部３４には、速度検出部３４１、出力抽出部３４２及び掃引制御部３４３としての機能実現部を備えている。また、掃引制御部３４３には、出力判別部３４４、傾き導出部３４５及び傾き判別部３４６としての機能実現部を備えている。

速度検出部３４１は、角度検出部４０から出力されるパルス信号のパルス間の経過時間に基づいて機械負荷３８の回転速度（負荷速度）ｖを離散値として所定の算出式により連続的に求めるものである。出力抽出部３４２は、速度検出部３４１で得られた回転速度ｖのうち、掃引制御部３４３の掃引周波数（繰り返し周波数）に同期させてサンプリングを行い、掃引された周波数（ｆｄａ,ｆｄｂ）に対応する回転速度（ｖａ,ｖｂ）をそれぞれ検出（抽出）し、各周波数に対応する複数の回転速度の平均値を求めるなどのデータ処理を行ったのち、掃引された周波数（ｆｄａ,ｆｄｂ）に対応する回転速度（ｖａ,ｖｂ）の変化幅Δｖ（Δｖ＝ｖｂ−ｖａ）を求め、その変化幅Δｖを回転速度（ｖａ,ｖｂ）と共に掃引制御部３４３に送出するものである。ここで、角度検出部（出力計測部）４０と出力抽出部３４２とで出力検出部が構成される。

掃引制御部３４３は、出力抽出部３４２から送出されてきた回転速度の変化幅Δｖが所定の出力範囲ｖｒ内（実質的にゼロと見なせる範囲内）に存在するか否かを出力判別部３４４で判別する一方、掃引された周波数（ｆｄａ,ｆｄｂ）に対応する２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きを傾き導出部３４５で求めると共に、その求めた傾きの方向を傾き判別部３４６で判別し、変化幅Δｖが所定の出力範囲ｖｒ内に存在しない場合に、２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きに対応して第１の駆動周波数ｆｄａと第２の駆動周波数ｆｄｂとからなる掃引範囲を変化幅Δｖが所定の出力範囲ｖｒ内に存在するようになる方向に移動更新させるものである。なお、傾き導出部３４５では、傾きを所定の算出式を用いて求めてもよいし、テーブルを用いて求めてもよい。

すなわち、図３の駆動周波数対速度特性図の最大速度ｖｍに対応する駆動周波数ｆｄｍを含む領域の微小範囲では回転速度の変化幅が小さく、駆動周波数ｆｄｍから離間した領域では微小範囲であっても回転速度の変化幅が大きくなることから、所定の出力範囲ｖｒを比較的狭い範囲に設定しておくことで、変化幅Δｖが所定の出力範囲ｖｒ内に存在するときは最適駆動周波数に設定された状態であると判別することができ、変化幅Δｖが所定の出力範囲ｖｒ内に存在していないときは最適駆動周波数に設定されていない状態であると判別することができる。

そして、変化幅Δｖが所定の出力範囲ｖｒ内に存在していない場合、２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きａが負方向（ａ＜０）であると、掃引範囲が駆動周波数の低くなる方向に移動更新され、２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きａが正方向（ａ＞０）であると、掃引範囲が駆動周波数の高くなる方向に移動更新されることになる。すなわち、いずれの場合も回転速度などの機械出力の変化幅が小さくなる方向に移動更新されることになる。この場合、機械出力の変化幅が小さくなる方向に駆動周波数の掃引範囲を移動させることに対応して、その駆動周波数の掃引範囲を狭めるようにしてもよい。

このようにすると、最適駆動周波数から離れた機械出力の変化幅の大きい周波数範囲では掃引範囲が広くなることから、最適駆動周波数に収束させるまでの調整回数を少なくすることができ、これにより調整時間を短縮することができる。また、最適駆動周波数に近づくにつれて駆動周波数の掃引範囲が狭くなることから、調整精度を向上させることができる。

図５は、第１の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０における駆動周波数の調整動作を説明するためのフローチャートである。この駆動周波数の調整動作を図３を参照しつつ説明する。まず、駆動周波数の粗調整が行われる（ステップ＃１）。すなわち、電源を投入したときの初期設定動作時に、掃引制御部３４３により広い周波数範囲で駆動周波数の掃引を行いながら、トラス型アクチュエータ３２の駆動を適宜実行することで凡その最適駆動周波数を把握し、それに基づいて初期駆動周波数ｆｄ１を決定する。この初期駆動周波数ｆｄ１は、機械負荷３８の動作に支障のない範囲内のものである。

次いで、初期駆動周波数ｆｄ１で本動作を開始し（ステップ＃３）、その後に掃引範囲の設定を行う（ステップ＃５）。この掃引範囲は、第１の駆動周波数ｆｄａと第２の駆動周波数ｆｄｂとを設定するもので、第１の駆動周波数ｆｄａとしてｆｄ１が設定され（ｆｄａ＝ｆｄ１）、第２の駆動周波数ｆｄｂとしてｆｄ２が設定される（ｆｄｂ＝ｆｄ２）。このｆｄ２は、図３に示す回転速度の変化幅Δｖが機械負荷３８の動作に支障のないもので、かつ、回転速度の変化幅Δｖが速度検出部４１で検出可能な比較的小さな範囲となる値とされる。

次いで、駆動周波数の掃引が開始される（ステップ＃７）。すなわち、掃引制御部３４３は、駆動周波数発生部４６に対して指令信号を送出し、駆動周波数発生部４６では、掃引制御部３４３からの指令信号を受けて駆動回路３６から出力される駆動電圧の周波数がｆｄ１とｆｄ２との間で掃引されるように制御信号を駆動回路３６に送出する。これにより、駆動回路３６では、図６の下段に示すように、一定時間毎に周波数ｆｄ１と周波数ｆｄ２とが交互に切り換えられることになる。

次いで、出力抽出部３４２で、駆動周波数ｆｄ１における回転速度ｖ１と駆動周波数ｆｄ２における回転速度ｖ２とがそれぞれ駆動周波数ｆｄ１,ｆｄ２の切り換えに対応して検出（抽出）されると共に、検出された回転速度ｖ１,ｖ２から変化幅Δｖ（Δｖ＝ｖ２-ｖ１）が求められる（ステップ＃９）。

例えば、図６に示すように、駆動周波数ｆｄ１から駆動周波数ｆｄ２に切り換わる直前に駆動周波数ｆｄ１に対応する回転速度ｖ１が検出されて複数個の回転速度ｖ１が求められ、駆動周波数ｆｄ２から駆動周波数ｆｄ１に切り換わる直前に駆動周波数ｆｄ２に対応する回転速度ｖ２が検出されて複数個の回転速度ｖ２が求められる。

そして、複数個の回転速度ｖ１から平均値としての回転速度ｖ１が求められると共に、複数個の回転速度ｖ２から平均値としての回転速度ｖ２が求められ、この平均値としての回転速度ｖ１,ｖ２から変化幅Δｖが求められる。このように、変化幅Δｖを求めるにあたり、回転速度ｖ１,ｖ２として複数個の検出データの平均値が用いられることで、回転速度にばらつきが生じている場合でも検出精度が格段に向上される。なお、回転速度にばらつきが存在しないと見なせる場合は、平均値を求めないで複数個の回転速度ｖ１の何れか１つと複数個の回転速度ｖ２の何れか１つとから変化幅Δｖを求めるようにしてもよい。このように、回転速度にばらつきが存在しないと見なせる場合などでは、駆動周波数の掃引は１回限りとし、その１回の掃引で回転速度ｖ１,ｖ２を求めるようにしてもよい。

次いで、ステップ＃９で求めた変化幅Δｖが所定の出力範囲内（実質的にゼロと見なせる範囲内）に存在するか否かが出力判別部３４４により判別される（ステップ＃１１）。この判別が肯定されると、駆動周波数が最適値に設定されたものとして現時点での駆動周波数の調整動作が終了するが、常時駆動周波数の追尾をすべくステップ＃７に移行し、その後の動作が繰り返し実行される。なお、ステップ＃１１での判別が肯定されたときは、一旦調整動作を終了してもよい。

一方、ステップ＃１１での判別が否定されると、図３に示す駆動周波数対速度特性図上における２つの回転速度ｖ１,ｖ２を結ぶ直線の傾きａ（駆動周波数に対する機械出力の傾きａ）が傾き導出部３４５により求められ（ステップ＃１３）、その後に傾きａが負方向（ａ＜０）であるか否かが傾き判別部３４６により判別される（ステップ＃１５）。

ステップ＃１５での判別が肯定されると、掃引範囲が駆動周波数の低い方向に移動更新される（ステップ＃１７）。すなわち、図７に示すように、例えば、第１の駆動周波数ｆｄａとしてｆｄ２が設定され（ｆｄａ＝ｆｄ２）、第２の駆動周波数ｆｄｂとしてｆｄ３が設定される（ｆｄｂ＝ｆｄ３）。その後、ステップ＃７に移行し、その後の動作が繰り返し実行される。

また、ステップ＃１５での判別が否定されると、掃引範囲が駆動周波数の高い方向に移動更新される（ステップ＃１９）。すなわち、図８に示すように、例えば、第１の駆動周波数ｆｄａとしてｆｄ２′が設定され（ｆｄａ＝ｆｄ２′）、第２の駆動周波数ｆｄｂとしてｆｄ３′が設定される（ｆｄｂ＝ｆｄ３′）。その後、ステップ＃７に移行し、その後の動作が繰り返し実行される。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０では、駆動周波数が所定の掃引範囲内において掃引されたときであって、その掃引範囲内におけるアクチュエータに結合された負荷の機械出力の変化幅が所定の出力範囲内に存在しないとき（すなわち、変化幅が最小となっていないとき）には、駆動周波数の掃引範囲が移動更新される。このため、負荷の機械出力の変化幅が所定の出力範囲内に存在する（すなわち、最適駆動周波数が所定の掃引範囲内に存在する）ようになるまで掃引範囲を移動更新することで駆動周波数を最適駆動周波数に収束させることができ、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができる。

図９は、第２の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置の制御構成を示すブロック図である。この第２の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０′は、機械負荷の出力が回転速度である場合について、図３と同様の駆動周波数対速度特性を示す図１０を参照して説明すると、駆動周波数を機械負荷の動作に実質的に影響を与えない範囲内における第１の駆動周波数ｆｄａと第２の駆動周波数ｆｄｂとの間で掃引させる一方、第１の駆動周波数ｆｄａと第２の駆動周波数ｆｄｂとの間の略中央の駆動周波数ｆｄｃにおける回転速度ｖｃが最大（極大）となるように駆動周波数の掃引範囲（ｆｄａ〜ｆｄｂ）を移動させることで、駆動周波数が常に適切な値に設定されるようにするものである。これにより、機械負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができる。

この第２の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０′は、第１の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０と基本的には同一の機能を有する構成要素からなるものであるため、同一の機能を有する構成要素については同一の符号を付与することにより詳細な説明を省略し、以下には第１の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０との相違点を中心に図１０を参照しつつ説明する。

すなわち、この第２の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０′は、その主制御部３４′が、速度検出部３４１′、出力抽出部３４２′及び掃引制御部３４３′としての機能実現部を備えると共に、掃引制御部３４３′が、出力判別部３４４′、傾き導出部３４５′及び傾き判別部３４６′としての機能実現部を備えたもので、第１の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０の主制御部３４と一部の機能において相違するものである。

ここで、速度検出部３４１′は、第１の実施形態に係る速度検出部３４１と同一の機能を有しており、角度検出部４０から出力されるパルス信号のパルス間の経過時間に基づいて機械負荷３８の回転速度（負荷速度）ｖを離散値として所定の算出式により連続的に求めるものである。

出力抽出部３４２′は、速度検出部３４１′で得られた回転速度ｖのうち、掃引制御部３４３′の掃引周波数（繰り返し周波数）に同期させてサンプリングを行い、掃引された周波数（ｆｄａ,ｆｄｂ）に対応する回転速度（ｖａ,ｖｂ）をそれぞれ検出（抽出）する一方、掃引範囲である２つの周波数（ｆｄａ,ｆｄｂ）間の略中央の周波数（ｆｄｃ）に対応する回転速度（ｖｃ）を検出（抽出）し、各周波数に対応する複数の回転速度の平均値を求めるなどのデータ処理を行ったのち、その回転速度（ｖａ,ｖｂ,ｖｃ）を掃引制御部３４３′に送出するものである。ここで、角度検出部（出力計測部）４０と出力抽出部３４２′とで出力検出部が構成される。

掃引制御部３４３′は、掃引範囲である２つの周波数（ｆｄａ,ｆｄｂ）間をその略中央の周波数を経由して掃引制御するものであり、出力抽出部３４２′から送出されてきた３つの回転速度（ｖａ,ｖｂ,ｖｃ）のうち、中央の周波数に対応する回転速度（ｖｃ）が最大（最大値）であるか否かを出力判別部３４４′で判別する一方、掃引範囲である２つの周波数（ｆｄａ,ｆｄｂ）に対応する２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きａを傾き導出部３４５′で求める。そして、その求めた傾きａの方向を傾き判別部３４６′で判別し、中央の周波数に対応する回転速度（ｖｃ）が最大（最大値）でない場合に、２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きａに対応して第１の駆動周波数ｆｄａと第２の駆動周波数ｆｄｂとからなる掃引範囲を中央の周波数に対応する回転速度（ｖｃ）が最大（最大値）となる方向に移動更新させるものである。

すなわち、図１０に示す駆動周波数対速度特性図からも明らかなように、出力抽出部３４２′から送出されてきた３つの回転速度（ｖａ,ｖｂ,ｖｃ）のうち、中央の周波数に対応する回転速度（ｖｃ）が最大速度ｖｍであるときは最適駆動周波数に設定された状態であると判別することができ、中央の回転速度（ｖｃ）が最大速度ｖｍでないときは最適駆動周波数に設定されていない状態であると判別することができる。

そして、中央の回転速度（ｖｃ）が最大速度ｖｍでない場合、２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きａが負方向（ａ＜０）であると、掃引範囲が駆動周波数の低くなる方向に移動更新され、２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きａが正方向（ａ＞０）であると、掃引範囲が駆動周波数の高くなる方向に移動更新されることになる。すなわち、いずれの場合も機械出力が駆動周波数の掃引範囲の略中央において最大となる方向に駆動周波数の掃引範囲が移動更新されることになる。この場合、機械出力が駆動周波数の掃引範囲の略中央において最大となる方向に駆動周波数の掃引範囲を移動させることに対応して、その駆動周波数の掃引範囲を狭めるようにしてもよい。

このようにすると、最適駆動周波数から離れた周波数範囲では掃引範囲が広くなることから、最適駆動周波数に収束させるまでの調整回数を少なくすることができ、これにより調整時間を短縮することができる。また、最適駆動周波数に近づくにつれて駆動周波数の掃引範囲が狭くなることから、調整精度を向上させることができる。

図１１は、第２の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０′における駆動周波数の調整動作を説明するためのフローチャートである。この駆動周波数の調整動作を図１０を参照しつつ説明する。まず、駆動周波数の粗調整が行われる（ステップ＃２１）。すなわち、電源を投入したときの初期設定動作時に、掃引制御部３４３′により広い周波数範囲で駆動周波数の掃引を行いながら、トラス型アクチュエータ３２の駆動を適宜実行することで凡その最適駆動周波数を把握し、それに基づいて初期駆動周波数ｆｄ１を決定する。この初期駆動周波数ｆｄ１は、機械負荷３８の動作に支障のない範囲内のものである。

次いで、初期駆動周波数ｆｄ１で本動作を開始し（ステップ＃２３）、その後に掃引範囲の設定を行う（ステップ＃２５）。この掃引範囲は、第１の駆動周波数ｆｄａと第２の駆動周波数ｆｄｂとを設定するもので、第１の駆動周波数ｆｄａとしてｆｄ１が設定され（ｆｄａ＝ｆｄ１）、第２の駆動周波数ｆｄｂとしてｆｄ２が設定される（ｆｄｂ＝ｆｄ２）。このとき、同時に第３の駆動周波数ｆｄｃとして、第１の駆動周波数ｆｄａと第２の駆動周波数ｆｄｂの略中央の駆動周波数ｆｄ３が設定される（ｆｄｃ＝ｆｄ３）。

次いで、駆動周波数の掃引が開始される（ステップ＃２７）。すなわち、掃引制御部３４３´は、駆動周波数発生部４６に対して指令信号を送出し、駆動周波数発生部４６では、掃引制御部３４３′からの指令信号を受けて駆動回路３６から出力される駆動電圧の周波数（駆動周波数）がｆｄ１とｆｄ２との間で略中央の周波数ｆｄ３を経由して掃引されるように制御信号を駆動回路３６に送出する。これにより、駆動回路３６では、一定時間毎に駆動周波数ｆｄ１,ｆｄ２,ｆｄ３に切り換えられることになる。

次いで、出力抽出部３４２´で、駆動周波数ｆｄ１における回転速度ｖ１と、駆動周波数ｆｄ３における回転速度ｖ３と、駆動周波数ｆｄ２における回転速度ｖ２とがそれぞれ駆動周波数ｆｄ１,ｆｄ２,ｆｄ３の切り換えに対応して検出される（ステップ＃２９）。

例えば、駆動周波数ｆｄ１から駆動周波数ｆｄ３に切り換わる直前に駆動周波数ｆｄ１に対応する回転速度ｖ１が検出されて複数個の回転速度ｖ１が求められ、駆動周波数ｆｄ３から駆動周波数ｆｄ２に切り換わる直前に駆動周波数ｆｄ３に対応する回転速度ｖ３が検出されて複数個の回転速度ｖ３が求められ、駆動周波数ｆｄ２から駆動周波数ｆｄ１に切り換わる直前に駆動周波数ｆｄ２に対応する回転速度ｖ２が検出されて複数個の回転速度ｖ２が求められる。

そして、複数個の回転速度ｖ１から平均値としての回転速度ｖ１が求められると共に、複数個の回転速度ｖ２から平均値としての回転速度ｖ２が求められ、複数個の回転速度ｖ３から平均値としての回転速度ｖ３が求められる。このように、回転速度ｖ１,ｖ２,ｖ３を求めるにあたり、複数個の検出データの平均値が用いられることで、回転速度にばらつきが生じている場合でも検出精度が格段に向上される。なお、回転速度にばらつきが存在しないと見なせる場合は、平均値を求めないで複数個の各回転速度ｖ１,ｖ２,ｖ３のうちの何れか１つを求めるようにしてもよい。このように、回転速度にばらつきが存在しないと見なせる場合などでは、駆動周波数の掃引は１回限りとし、その１回の掃引で回転速度ｖ１,ｖ２,ｖ３を求めるようにしてもよい。

次いで、ステップ＃２９で求めた掃引範囲の略中央の周波数ｆｄ３に対応する回転速度ｖ３が最大となっているか否かが出力判別部３４４´により判別される（ステップ＃３１）。この判別が肯定されると、駆動周波数が最適値に設定されたものとして現時点での駆動周波数の調整動作が終了するが、常時駆動周波数の追尾をすべくステップ＃２７に移行し、その後の動作が繰り返し実行される。なお、ステップ＃３１での判別が肯定されたときは、一旦調整動作を終了してもよい。

一方、ステップ＃３１での判別が否定されると、図１０に示す駆動周波数対速度特性図上における２つの回転速度ｖ１,ｖ２を結ぶ直線の傾きａ（駆動周波数に対する機械出力の傾きａ）が傾き導出部３４５′により求められ（ステップ＃３３）、その後に傾きａが負方向（ａ＜０）であるか否かが傾き判別部３４６′により判別される（ステップ＃３５）。

ステップ＃３５での判別が肯定されると、掃引範囲が駆動周波数の低い方向に移動更新される（ステップ＃３７）。すなわち、図１２に示すように、例えば、第１の駆動周波数ｆｄａとしてｆｄ３が設定され（ｆｄａ＝ｆｄ３）、第２の駆動周波数ｆｄｂとしてｆｄ４が設定され（ｆｄｂ＝ｆｄ４）、略中央の第３の駆動周波数ｆｄｃとしてｆｄ２が設定される（ｆｄｃ＝ｆｄ２）。その後、ステップ＃２７に移行し、その後の動作が繰り返し実行される。

また、ステップ＃３５での判別が否定されると、掃引範囲が駆動周波数の高い方向に移動更新される（ステップ＃３９）。すなわち、図１３に示すように、例えば、第１の駆動周波数ｆｄａとしてｆｄ３′が設定され（ｆｄａ＝ｆｄ３′）、第２の駆動周波数ｆｄｂとしてｆｄ４′が設定され（ｆｄｂ＝ｆｄ４′）、略中央の第３の駆動周波数ｆｄｃとしてｆｄ２′が設定される（ｆｄｃ＝ｆｄ２′）。その後、ステップ＃２７に移行し、その後の動作が繰り返し実行される。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０´では、駆動周波数が所定の掃引範囲内において掃引されたときであって、その掃引範囲における略中央の駆動周波数に対応する回転速度が最大となっていないときには、駆動周波数の掃引範囲が移動更新される。このため、掃引範囲における略中央の駆動周波数に対応する回転速度が最大となる（すなわち、最適駆動周波数が所定の掃引範囲内に存在するようになる）まで掃引範囲を更新することで駆動周波数を最適駆動周波数に収束させることができ、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができる。

図１４は、第３の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置の制御構成を示すブロック図である。この第３の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０″は、機械負荷の出力が回転速度である場合について、図３と同様の駆動周波数対速度特性を示す図１５を参照して説明すると、駆動周波数を機械負荷の動作に実質的に影響を与えない範囲内における第１の駆動周波数ｆｄａと第２の駆動周波数ｆｄｂとの間で掃引させる一方、第１の駆動周波数ｆｄａに対応する回転速度ｖａと第２の駆動周波数ｆｄｂに対応する回転速度ｖｂとを結ぶ直線の傾きａが所定の傾き範囲内（実質的にゼロと見なせる範囲内）に存在するように駆動周波数の掃引範囲（ｆｄａ〜ｆｄｂ）を移動させることで、駆動周波数が常に適切な値に設定されるようにするものである。これにより、機械負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができることになる。

この第３の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０″は、第１の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０と基本的には同一の機能を有する構成要素からなるものであるため、同一の機能を有する構成要素については同一の符号を付与することにより詳細な説明を省略し、以下には第１の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０との相違点を中心に図１５を参照しつつ説明する。

すなわち、この第３の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０″は、その主制御部３４″が、速度検出部３４１″、出力抽出部３４２″及び掃引制御部３４３″としての機能実現部を備えると共に、掃引制御部３４３″が、出力判別部３４４″及び傾き導出部３４５″としての機能実現部を備えたもので、第１の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０の主制御部３４と一部の機能において相違するものである。

ここで、速度検出部３４１″は、第１の実施形態に係る速度検出部３４１と同一の機能を有しており、角度検出部４０から出力されるパルス信号のパルス間の経過時間に基づいて機械負荷３８の回転速度（負荷速度）ｖを離散値として所定の算出式により連続的に求めるものである。

出力抽出部３４２″は、速度検出部３４１″で得られた回転速度ｖのうち、掃引制御部３４３″の掃引周波数（繰り返し周波数）に同期させてサンプリングを行い、掃引された周波数（ｆｄａ,ｆｄｂ）に対応する回転速度（ｖａ,ｖｂ）をそれぞれ検出し、各周波数に対応する複数の回転速度の平均値を求めるなどのデータ処理を行ったのち、その回転速度（ｖａ,ｖｂ）を掃引制御部３４３″に送出するものである。ここで、角度検出部（出力計測部）４０と出力抽出部３４２″とで出力検出部が構成される。

掃引制御部３４３″は、掃引範囲である２つの周波数（ｆｄａ,ｆｄｂ）間を掃引制御するものであり、出力抽出部３４２″から送出されてきた２つの周波数（ｆｄａ,ｆｄｂ）に対応する２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きａを傾き導出部３４５″で求めると共に、その求めた傾きａの方向を出力判別部３４４″で判別し、その傾きａが所定の傾き範囲内（実質的にゼロと見なせる範囲内）に存在しない場合に、２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きａに対応して第１の駆動周波数ｆｄａと第２の駆動周波数ｆｄｂとからなる掃引範囲を傾きａが所定の傾き範囲内（実質的にゼロと見なせる範囲内）に存在するようになる方向に移動更新させるものである。

すなわち、図１５に示す駆動周波数対速度特性図からも明らかなように、出力抽出部３４２″から送出されてきた２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きａが所定の傾き範囲内（実質的にゼロと見なせる範囲内）に存在するときは最適駆動周波数に設定された状態であると判別することができ、２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きａが所定の傾き範囲内（実質的にゼロと見なせる範囲内）に存在しないときは最適駆動周波数に設定されていない状態であると判別することができる。

そして、２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きａが所定の傾き範囲内（実質的にゼロと見なせる範囲内）に存在しない場合、その傾きａが負方向（ａ＜０）であると、掃引範囲が駆動周波数の低くなる方向に移動更新され、その傾きａが正方向（ａ＞０）であると、掃引範囲が駆動周波数の高くなる方向に移動更新されることになる。すなわち、いずれの場合も駆動周波数に対する回転速度などの機械出力の傾きａが、所定の傾き範囲内（実質的にゼロと見なせる範囲内）に存在するようになる方向に駆動周波数の掃引範囲が移動更新されることになる。この場合、機械出力の傾ａが所定の傾き範囲内（実質的にゼロと見なせる範囲内）に存在するようになる方向に駆動周波数の掃引範囲を移動させることに対応して、その駆動周波数の掃引範囲を狭めるようにしてもよい。

このようにすると、最適駆動周波数から離れた周波数範囲では掃引範囲が広くなることから、最適駆動周波数に収束させるまでの調整回数を少なくすることができ、これにより調整時間を短縮することができる。また、最適駆動周波数に近づくにつれて駆動周波数の掃引範囲が狭くなることから、調整精度を向上させることができる。

図１６は、第３の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０″における駆動周波数の調整動作を説明するためのフローチャートである。この駆動周波数の調整動作を図１５を参照しつつ説明する。まず、駆動周波数の粗調整が行われる（ステップ＃４１）。すなわち、電源を投入したときの初期設定動作時に、掃引制御部３４３″により広い周波数範囲で駆動周波数の掃引を行いながら、トラス型アクチュエータ３２の駆動を適宜実行することで凡その最適駆動周波数を把握し、それに基づいて初期駆動周波数ｆｄ１を決定する。この初期駆動周波数ｆｄ１は、機械負荷３８の動作に支障のない範囲内のものである。

次いで、初期駆動周波数ｆｄ１で本動作を開始し（ステップ＃４３）、その後に掃引範囲の設定を行う（ステップ＃４５）。この掃引範囲は、第１の駆動周波数ｆｄａと第２の駆動周波数ｆｄｂとを設定するもので、第１の駆動周波数ｆｄａとしてｆｄ１が設定され（ｆｄａ＝ｆｄ１）、第２の駆動周波数ｆｄｂとしてｆｄ２が設定される（ｆｄｂ＝ｆｄ２）。

次いで、駆動周波数の掃引が開始される（ステップ＃４７）。すなわち、掃引制御部３４３″は、駆動周波数発生部４６に対して指令信号を送出し、駆動周波数発生部４６では、掃引制御部３４３″からの指令信号を受けて駆動回路３６から出力される駆動電圧の周波数（駆動周波数）がｆｄ１とｆｄ２との間で掃引されるように制御信号を駆動回路３６に送出する。これにより、駆動回路３６では、一定時間毎に駆動周波数ｆｄ１と駆動周波数ｆｄ２とが交互に切り換えられることになる。

次いで、出力抽出部３４２″で、駆動周波数ｆｄ１における回転速度ｖ１と駆動周波数ｆｄ２における回転速度ｖ２とがそれぞれ駆動周波数ｆｄ１,ｆｄ２の切り換えに対応して検出される（ステップ＃４９）。例えば、駆動周波数ｆｄ１から駆動周波数ｆｄ２に切り換わる直前に駆動周波数ｆｄ１に対応する回転速度ｖ１が検出されて複数個の回転速度ｖ１が求められ、駆動周波数ｆｄ２から駆動周波数ｆｄ１に切り換わる直前に駆動周波数ｆｄ２に対応する回転速度ｖ２が検出されて複数個の回転速度ｖ２が求められる。

そして、複数個の回転速度ｖ１から平均値としての回転速度ｖ１が求められると共に、複数個の回転速度ｖ２から平均値としての回転速度ｖ２が求められる。このように、回転速度ｖ１,ｖ２を求めるにあたり、複数個の検出データの平均値が用いられることで、回転速度にばらつきが生じている場合でも検出精度が格段に向上される。なお、回転速度にばらつきが存在しないと見なせる場合は、平均値を求めないで複数個の回転速度ｖ１の何れか１つと複数個の回転速度ｖ２の何れか１つを求めるようにしてもよい。このように、回転速度にばらつきが存在しないと見なせる場合などでは、駆動周波数の掃引は１回限りとし、その１回の掃引で回転速度ｖ１,ｖ２を求めるようにしてもよい。

次いで、図１５に示す駆動周波数対速度特性図上における２つの回転速度ｖ１,ｖ２を結ぶ直線の傾きａ（駆動周波数に対する機械出力の傾きａ）が傾き導出部３４５″により求められ（ステップ＃５１）、その後に傾きａが所定の傾き範囲内（実質的にゼロと見なせる範囲内）に存在するか否かが出力判別部３４４″により判別される（ステップ＃５３）。

ステップ＃５３での判別が肯定されると、現在の掃引範囲が維持されたままステップ＃４７に移行し、その後の動作が繰り返し実行される。なお、傾きａが所定の傾き範囲内（実質的にゼロと見なせる範囲内）に存在する場合は、一旦調整動作を終了してもよい。

一方、ステップ＃５３での判別が否定されると、傾きａが負方向（ａ＜０）であるか否かが出力判別部３４４″により判別され（ステップ＃５５）、この判別が肯定されると、掃引範囲が駆動周波数の低い方向に移動更新される（ステップ＃５７）。すなわち、図１７に示すように、例えば、第１の駆動周波数ｆｄａとしてｆｄ２が設定され（ｆｄａ＝ｆｄ２）、第２の駆動周波数ｆｄｂとしてｆｄ３が設定される（ｆｄｂ＝ｆｄ３）。その後、ステップ＃４７に移行し、その後の動作が繰り返し実行される。

また、ステップ＃５５での判別が否定されると、掃引範囲が駆動周波数の高い方向に移動更新される（ステップ＃５９）。すなわち、図１８に示すように、例えば、第１の駆動周波数ｆｄａとしてｆｄ２′が設定され（ｆｄａ＝ｆｄ２′）、第２の駆動周波数ｆｄｂとしてｆｄ３′が設定される（ｆｄｂ＝ｆｄ３′）。その後、ステップ＃４７に移行し、その後の動作が繰り返し実行される。

以上説明したように、本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置３０″では、駆動周波数が所定の掃引範囲内において掃引されたときであって、その掃引範囲内におけるアクチュエータに結合された負荷の機械出力の駆動周波数に対する傾きが所定の傾き範囲内（実質的にゼロと見なせる範囲内）に存在しないときには、駆動周波数の掃引範囲が移動更新される。このため、負荷の機械出力の駆動周波数に対する傾きが所定の傾き範囲内（実質的にゼロと見なせる範囲内）に存在するようになる（すなわち、最適駆動周波数が所定の掃引範囲内に存在するようになる）まで掃引範囲を移動更新することで駆動周波数を最適駆動周波数に収束させることができ、負荷の駆動動作を中断することなく駆動周波数を容易に最適駆動周波数に調整することができる。

本発明のアクチュエータの駆動装置３０,３０′,３０″は、上記実施形態のように構成されるものであるが、そこに記載された構成のものに限定されるものではない。要は、駆動周波数に対する回転速度などの機械出力が単峰特性を有していることを利用して駆動周波数が常に最適値になるように制御されるものであればよい。また、以下に述べるような種々の変形態様を必要に応じて採用することもできる。

（１）上記第１の実施形態では、出力抽出部３４２は、掃引された周波数（ｆｄａ,ｆｄｂ）に対応する回転速度（ｖａ,ｖｂ）の変化幅Δｖ（Δｖ＝ｖｂ−ｖａ）を求めるものであるが、これに限るものではない。例えば、出力抽出部３４２は、掃引された周波数（ｆｄａ,ｆｄｂ）に対応する回転速度（ｖａ,ｖｂ）を検出するだけの機能を有するものとしてもよい。この場合、掃引された周波数（ｆｄａ,ｆｄｂ）に対応する回転速度（ｖａ,ｖｂ）の変化幅Δｖは、掃引制御部３４３で求めるようにすればよい。

（２）上記のいずれの実施形態においても、駆動周波数を設定する場合の機械負荷の出力（機械出力）として回転速度を用いるようにしているが、これに限るものではない。例えば、直線的な速度を用いることも可能であり、トルクを用いることも可能である。この場合、出力計測部として、角度検出部４０に代えて、距離検出部やトルク検出部などを用いるようにすればよい。要は、駆動周波数に対する機械出力の関係（すなわち、駆動周波数対機械出力特性）が単峰特性を有しておれば、その機械出力を用いることができる。

（３）上記のいずれの実施形態においても、駆動回路３６は、トラス型アクチュエータ３２の第１,第２の電気機械変換素子１６,１８（図１）のうち、いずれか一方の電気機械変換素子に正弦波交流の駆動電圧を供給するものであるが、これに限るものではない。両方の電気機械変換素子に正弦波交流の駆動電圧を供給するものであってもよい。

（４）上記のいずれの実施形態においても、速度検出部３４１,３４１′,３４１″は、角度検出部４０から出力されるパルス信号のパルス間の経過時間に基づいて機械負荷の回転速度を所定の算出式に基づいて求めるようにしたものであるが、これに限るものではない。例えば、テーブルから読み出して求めるようにしてもよい。

（５）上記のいずれの実施形態においても、掃引された周波数（ｆｄａ,ｆｄｂ）に対応する２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きａを掃引制御部３４３,３４３′,３４３″の傾き導出部３４５,３４５′,３４５″で求めるようにしているが、これに限るものではない。例えば、２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きａを出力抽出部３４２,３４２′,３４２″で求めるようにすることもできる。この場合、出力抽出部３４２,３４２′,３４２″からは掃引制御部３４３,３４３′,３４３″に対して傾きａのデータを送るようにすればよい。また、傾きａは、２つの回転速度（ｖａ,ｖｂ）を結ぶ直線の傾きとしてではなく、微分することにより得た回転速度ｖａ又は回転速度ｖｂにおける接線の傾きとしてもよい。

（６）上記のいずれの実施形態においても、掃引された駆動周波数（ｆｄａ，ｆｄｂ）に対応する回転速度（ｖａ，ｖｂ）を出力抽出部３４２,３４２′,３４２″により掃引制御部３４３,３４３′,３４３″の掃引周波数に同期させて速度検出部３４１,３４１′,３４１″で得た回転速度データからサンプリングするようにしているが、これに限るものではない。例えば、速度検出部３４１,３４１′,３４１″で得た回転速度データから掃引周波数に対応する回転速度（ｖａ，ｖｂ）データをバンドパスフィルタを介して取り出すようにすることもできる。

（７）上記のいずれの実施形態においても、アクチュエータは電子撮像カメラの搭載された雲台に適用されたものであるが、これに限るものではなく、種々の機械負荷に適用することができる。また、アクチュエータが電子撮像カメラの搭載された雲台に適用する場合であれば、掃引周波数（繰り返し周波数）を電子撮像カメラに具備されている撮像素子のフレームレイトの自然数倍に設定して撮像素子の動作に同期させるようにすると、駆動周波数の掃引時において生じる撮影画像のブレやにじみなどの影響を効果的に軽減することができる。

本発明の駆動装置が適用されるトラス型アクチュエータの構成を模式的に示す図である。 トラス型アクチュエータの変位合成部材が描く軌跡を示す図で、（ａ）は駆動信号間の位相差を０°とした場合、（ｂ）は駆動信号間の位相差を４５°とした場合、（ｃ）は駆動信号間の位相差を９０°とした場合、（ｄ）は駆動信号間の位相差を１３５°とした場合、（ｅ）は駆動信号間の位相差を１８０°とした場合をそれぞれ示すものである。 機械負荷が結合された状態でのトラス型アクチュエータの駆動周波数対速度特性を示す図である。 第１の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置の制御構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る駆動装置の駆動周波数の調整動作を説明するためのフローチャートである。 駆動周波数を切り換えたときの回転速度のサンプリングタイミングを説明するための図である。 機械負荷が結合された状態でのトラス型アクチュエータの駆動周波数対速度特性を示す図である。 機械負荷が結合された状態でのトラス型アクチュエータの駆動周波数対速度特性を示す図である。 第２の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置の制御構成を示すブロック図である。 機械負荷が結合された状態でのトラス型アクチュエータの駆動周波数対速度特性を示す図である。 第２の実施形態に係る駆動装置の駆動周波数の調整動作を説明するためのフローチャートである。 機械負荷が結合された状態でのトラス型アクチュエータの駆動周波数対速度特性を示す図である。 機械負荷が結合された状態でのトラス型アクチュエータの駆動周波数対速度特性を示す図である。 第３の実施形態に係るアクチュエータの駆動装置の制御構成を示すブロック図である。 機械負荷が結合された状態でのトラス型アクチュエータの駆動周波数対速度特性を示す図である。 第３の実施形態に係る駆動装置の駆動周波数の調整動作を説明するためのフローチャートである。 機械負荷が結合された状態でのトラス型アクチュエータの駆動周波数対速度特性を示す図である。 機械負荷が結合された状態でのトラス型アクチュエータの駆動周波数対速度特性を示す図である。

符号の説明

１６,１８ 電気機械変換素子
３０,３０′,３０″ 駆動装置
３２ トラス型アクチュエータ
３４,３４′,３４″ 主制御部
３６ 駆動回路（周波数掃引部）
３８ 機械負荷
４０ 角度検出部（出力計測部）
４６ 駆動周波数発生部（周波数掃引部）
３４３ 掃引制御部（更新制御部）
３４２,３４２′,３４２″ 出力抽出部
３４４,３４４′,３４４″ 出力判別部
３４５,３４５′,３４５″ 傾き導出部
３４６,３４６′ 傾き判別部

Claims (15)

1. アクチュエータを構成する電気機械変換素子に印加する電圧の駆動周波数を最適駆動周波数に調節できるようにしたアクチュエータの駆動装置であって、前記駆動周波数を所定の掃引範囲内において掃引する周波数掃引部と、前記アクチュエータに結合された負荷の機械出力のうち、前記周波数掃引部により掃引した駆動周波数に対応する機械出力を検出する出力検出部と、この出力検出部により検出された機械出力に基づいて最適駆動周波数が前記所定の掃引範囲内に存在するか否かを判別する出力判別部と、最適駆動周波数が前記所定の掃引範囲内に存在しないときに前記周波数掃引部による駆動周波数の掃引範囲を移動更新する更新制御部とを備えたことを特徴とするアクチュエータの駆動装置。
2. 前記出力検出部は、前記周波数掃引部により掃引した駆動周波数に対応する機械出力の変化幅を検出するものであり、前記出力判別部は、前記出力検出部により検出された機械出力の変化幅が所定の出力範囲内に存在するか否かにより最適駆動周波数が前記所定の掃引範囲内に存在するか否かを判別するものであることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータの駆動装置。
3. 前記出力検出部は、前記アクチュエータに結合された負荷の機械出力を連続的に計測する出力計測部と、この出力計測部により計測された機械出力のうち、前記周波数掃引部により掃引した駆動周波数に対応する機械出力の変化幅を検出する出力抽出部とを備えたものであることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータの駆動装置。
4. 前記更新制御部は、前記出力検出部により検出された機械出力の変化幅が小さくなる方向に前記駆動周波数の掃引範囲を移動更新するものであることを特徴とする請求項２又は３記載のアクチュエータの駆動装置。
5. 前記更新制御部は、前記出力検出部により検出された機械出力の変化幅が小さくなる方向に駆動周波数の掃引範囲を移動させることに対応して、その駆動周波数の掃引範囲を狭めるようにするものであることを特徴とする請求項４記載のアクチュエータの駆動装置。
6. 前記出力検出部は、前記周波数掃引部により掃引した駆動周波数に対応する機械出力であって、前記駆動周波数の掃引範囲の略中央の周波数に対応する機械出力を含めて検出するものであり、前記出力判別部は、前記出力検出部により検出された機械出力が前記駆動周波数の掃引範囲の略中央において最大となるか否かにより最適駆動周波数が前記所定の掃引範囲内に存在するか否かを判別するものであることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータの駆動装置。
7. 前記出力検出部は、前記アクチュエータに結合された負荷の機械出力を連続的に計測する出力計測部と、この出力計測部により計測された機械出力のうち、前記周波数掃引部により掃引された駆動周波数に対応する機械出力を検出する出力抽出部とを備えたものであることを特徴とする請求項６記載のアクチュエータの駆動装置。
8. 前記更新制御部は、前記出力検出部により検出された機械出力が前記駆動周波数の掃引範囲の略中央において最大となる方向に前記駆動周波数の掃引範囲を移動更新するものであることを特徴とする請求項６又は７記載のアクチュエータの駆動装置。
9. 前記更新制御部は、前記出力検出部により検出された機械出力が前記駆動周波数の掃引範囲の略中央において最大となる方向に駆動周波数の掃引範囲を移動させることに対応して、その駆動周波数の掃引範囲を狭めるようにするものであることを特徴とする請求項８記載のアクチュエータの駆動装置。
10. 前記出力検出部により検出された機械出力に基づき、前記周波数掃引部により掃引した駆動周波数に対する機械出力の傾きを求める傾き導出部を備え、前記出力判別部は、前記傾き導出部により求めた傾きが所定の傾き範囲内に存在するか否かにより最適駆動周波数が前記所定の掃引範囲内に存在するか否かを判別するものであることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータの駆動装置。
11. 前記出力検出部は、前記アクチュエータに結合された負荷の機械出力を連続的に計測する出力計測部と、この出力計測部により計測された機械出力のうち、前記周波数掃引部により掃引された駆動周波数に対応する機械出力を検出する出力抽出部とを備えたものであることを特徴とする請求項１０記載のアクチュエータの駆動装置。
12. 前記更新制御部は、前記傾き導出部により導出された傾きが所定の傾き範囲内に存在するようになる方向に前記駆動周波数の掃引範囲を移動更新するものであることを特徴とする請求項１０又は１１記載のアクチュエータの駆動装置。
13. 前記更新制御部は、前記傾き導出部により導出された傾きが所定の傾き範囲内に存在するようになる方向に駆動周波数の掃引範囲を移動させることに対応して、その駆動周波数の掃引範囲を狭めるようにするものであることを特徴とする請求項１２記載のアクチュエータの駆動装置。
14. 前記出力検出部により検出される機械出力は、前記アクチュエータに結合された負荷の速度であることを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載のアクチュエータの駆動装置。
15. 前記周波数掃引部は、駆動周波数を所定の掃引範囲内において所定の繰り返し周波数で繰り返して掃引するものであり、前記出力検出部は、前記繰り返し動作に対応して機械出力を検出するものであることを特徴とする請求項１乃至１４の何れかに記載のアクチュエータの駆動装置。

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