JP2006078390A - 超音波モーターの特性測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電界および磁界のカップリングノイズを遮断して正確な特性値を測定する。
【解決手段】 電圧検出回路10aは、電磁シールド板14により覆ったアッテネーター12により超音波モーター1の駆動電圧を分圧して検出し、電流検出回路10bは、一次巻き線に流れる電流により発生する磁界を電気的に絶縁された二次巻き線により検出するCT16を備えるとともに、CT16の一次巻き線に電界を遮断して磁界を透過するシールド線15を用い、CT16の一次巻き線に駆動装置2から超音波モーター1に流れる駆動電流を通電する。
【選択図】 図1
【解決手段】 電圧検出回路10aは、電磁シールド板14により覆ったアッテネーター12により超音波モーター1の駆動電圧を分圧して検出し、電流検出回路10bは、一次巻き線に流れる電流により発生する磁界を電気的に絶縁された二次巻き線により検出するCT16を備えるとともに、CT16の一次巻き線に電界を遮断して磁界を透過するシールド線15を用い、CT16の一次巻き線に駆動装置2から超音波モーター1に流れる駆動電流を通電する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、超音波モーターの電圧、電流、電力などの特性を測定する装置、超音波モーターの製造方法、および電流測定装置に関する。
圧電素子に所定の電圧と周波数の駆動信号を印加して駆動するリニア型振動アクチュエーターの電力や効率などの特性を測定する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開平11−252957号公報
しかしながら、上述した従来の特性測定装置により超音波モーターの電圧、電流、電力などの特性を測定しようとすると次のような問題が発生する。
数10Vより高い電圧と10kHzを超える周波数で駆動する超音波モーターでは、電圧測定回路と電流測定回路において電界および磁界のカップリングノイズが発生する。特に駆動電圧波形と駆動電流波形との間に位相差が生じて力率が1未満となる場合には、電界および磁界のカップリングノイズにより電圧と電流が相互に干渉して正確な測定値が得られず、電圧と電流の測定結果に基づく有効電力や効率などの特性値も正確な値が得られない。
一般に、電界および磁界のカップリングノイズは電界シールド、磁気シールドを適宜使用することによって低減することができる。しかし、電界シールドや磁気シールドは試行錯誤により実装されることが多く、汎用的に実装しても十分な効果が得られない。また、電力線の配線によっては電界シールドや磁気シールドを設置できない場合もある。
数10Vより高い電圧と10kHzを超える周波数で駆動する超音波モーターでは、電圧測定回路と電流測定回路において電界および磁界のカップリングノイズが発生する。特に駆動電圧波形と駆動電流波形との間に位相差が生じて力率が1未満となる場合には、電界および磁界のカップリングノイズにより電圧と電流が相互に干渉して正確な測定値が得られず、電圧と電流の測定結果に基づく有効電力や効率などの特性値も正確な値が得られない。
一般に、電界および磁界のカップリングノイズは電界シールド、磁気シールドを適宜使用することによって低減することができる。しかし、電界シールドや磁気シールドは試行錯誤により実装されることが多く、汎用的に実装しても十分な効果が得られない。また、電力線の配線によっては電界シールドや磁気シールドを設置できない場合もある。
(1) 請求項1の発明は、駆動装置により駆動される超音波モーターの特性を測定する装置であって、駆動装置から超音波モーターに印加される駆動電圧を検出する電圧検出回路と、駆動装置から超音波モーターに流れる駆動電流を検出する電流検出回路とを備え、電圧検出回路は、電磁シールド板により覆った分圧回路により超音波モーターの駆動電圧を分圧して検出し、電流検出回路は、一次巻き線に流れる電流により発生する磁界を電気的に絶縁された二次巻き線により検出する電流検出器を備えるとともに、電流検出器の一次巻き線に電界を遮断して磁界を透過するシールド線を用い、電流検出器の一次巻き線に駆動装置から超音波モーターに流れる駆動電流を通電する。
(2) 請求項5の発明は、超音波モーターの製造方法であって、請求項2に記載の超音波モーターの特性測定装置により検出した超音波モーターの力率が、超音波モーターの効率の良否を判定するために予め設定した良否判定基準値以上であれば、その超音波モーターを良品と判定して出荷する。
(3) 請求項6の発明は、超音波モーターの製造方法であって、請求項4に記載の超音波モーターの特性測定装置により検出した超音波モーターの有効電力が、超音波モーターの効率の良否を判定するために予め設定した良否判定基準値以上であれば、その超音波モーターを良品として出荷する。
(4) 請求項7の発明は、交流機器に流れる交流電流を測定する電流測定装置であって、一次巻き線に流れる電流により発生する磁界を電気的に絶縁された二次巻き線により検出する電流検出器を備えるとともに、電流検出器の一次巻き線に電界を遮断して磁界を透過するシールド線を用い、電流検出器の一次巻き線に交流機器に流れる交流電流を通電する。
(2) 請求項5の発明は、超音波モーターの製造方法であって、請求項2に記載の超音波モーターの特性測定装置により検出した超音波モーターの力率が、超音波モーターの効率の良否を判定するために予め設定した良否判定基準値以上であれば、その超音波モーターを良品と判定して出荷する。
(3) 請求項6の発明は、超音波モーターの製造方法であって、請求項4に記載の超音波モーターの特性測定装置により検出した超音波モーターの有効電力が、超音波モーターの効率の良否を判定するために予め設定した良否判定基準値以上であれば、その超音波モーターを良品として出荷する。
(4) 請求項7の発明は、交流機器に流れる交流電流を測定する電流測定装置であって、一次巻き線に流れる電流により発生する磁界を電気的に絶縁された二次巻き線により検出する電流検出器を備えるとともに、電流検出器の一次巻き線に電界を遮断して磁界を透過するシールド線を用い、電流検出器の一次巻き線に交流機器に流れる交流電流を通電する。
(1) 本発明の超音波モーターの特性測定装置によれば、電界および磁界のカップリングノイズを遮断することができ、特に電圧波形と電流波形に位相差が生じて力率が1未満になっても電圧と電流の相互干渉が防止され、同時刻の電圧と電流を正確に検出することができる。
(2) 本発明の超音波モーターの製造方法によれば、品質の良い超音波モーターを安定して市場に供給できる。
(3) 本発明の電流測定装置によれば、電界カップリングノイズを防止して交流電流を正確に検出することができる。
(2) 本発明の超音波モーターの製造方法によれば、品質の良い超音波モーターを安定して市場に供給できる。
(3) 本発明の電流測定装置によれば、電界カップリングノイズを防止して交流電流を正確に検出することができる。
図1は一実施の形態の構成を示す図である。超音波モーター1の駆動装置2は、所定電圧の電源2の直流電力を可変電圧、可変周波数の交流電力に変換して超音波モーター1へ印加し、超音波モーター1を駆動する。特性測定装置10は、駆動中の超音波モーター1の駆動電圧、駆動電流、有効電力、力率などの特性を測定する。
超音波モーター駆動装置2の出力は特性測定装置10の測定端子TB1へ接続され、超音波モーター1の圧電素子の両端は特性測定装置10の測定端子TB2とTB3に接続される。端子TB4は特性測定装置10の接地端子である。この一実施の形態の特性測定装置10では、接地端子TB4からツリー状に入力信号接地線GND1、高圧電力部と低圧信号部との分離用接地線GND2、測定回路交流接地線GND3および測定回路直流接地線GND4を分岐する。これにより、接地線の共通インピーダンスを最小化して耐ノイズ性を向上させ、測定精度を向上させることができる。また、分離用接地線GND2により、超音波モーター駆動用高圧電力回路と特性測定用低圧信号回路とを分離することができ、電界および磁界のカップリングノイズの発生を抑制することができる。
特性測定装置10は電圧検出回路10a、電流検出回路10bおよび測定回路10cを備えている。
電圧検出回路10aは、測定端子TB1の電圧、すなわち駆動装置2から超音波モーター1へ印加される駆動電圧を非磁性導体シールド線11を介してアッテネーター12へ導き、アッテネーター12により駆動電圧を分圧して測定回路10cへ出力する。アッテネーター12は、図2に示すように、抵抗器R1とR2を直列に接続して構成され、超音波モーター1の駆動電圧を分圧して測定回路10cの電圧信号増幅器13へ出力する。
非磁性導体シールド線11は電界を遮断して磁界を透過するシールド線であり、例えば銅網線やアルミ網線などのシールド線を用いることができる。このシールド線11のシールド部の一カ所を、超音波モーター1の高圧電力回路と特性測定装置10の低圧信号回路とを分離するための接地線GND2上の、アッテネーター12に近い地点に最短距離で接続し、片接地する。これにより、電圧検出回路10aにおいて、超音波モーター1の高圧電力線から放射される電界を遮断でき、電界カップリングノイズの発生を防止できる上に、シールド線11のシールド部と接地線GND2とを結ぶ閉ループ配線がなく、シールドのアンテナ効果を最小限に抑制して電磁波ノイズの伝搬を低減することができる。
次に、電圧検出回路10aのアッテネーター12を電磁シールド板14で覆い、電磁シールド板14の一カ所を、超音波モーター1の高圧電力回路と特性測定装置10の低圧信号回路とを分離する接地線GND2上の、アッテネーター12に近い地点に最短距離で接続し、片接地する。これにより、アッテネーター12からの電界および磁界ノイズの放射を遮断することができる。
電流検出回路10bは、測定端子TB1からTB2までの間を非磁性導体シールド線15によりカレントトランス(以下、CTという)16を介して接続し、CT16により超音波モーター1に流れる電流を検出して測定回路10cへ出力する。図3に示すように、超音波モーター1の高圧電力線である非磁性導体シールド線15をCT16の一次巻き線としてCTコア16aを貫通させる。CT16の二次巻き線16bはコア16aに巻き付けられており、二次巻き線16bの一端を測定回路10aの電流信号増幅器17へ接続し、他端を測定回路10cの直流接地線GND4へ接続する。
CT16の一次と二次の巻き線比は、中電力の超音波モーター1の場合1:数100以上とされ、二次巻き線16bには超音波モーター1に流れる電流の巻き線比に逆比例した電流が流れる。
非磁性導体シールド線15は電界を遮断して磁界を透過するシールド線であり、例えば銅網線やアルミ網線などのシールド線を用いることができる。このシールド線15のシールド部の一カ所を、超音波モーター1の高圧電力回路と特性測定装置10の低圧信号回路とを分離するための接地線GND2上の、CT16に近い地点に最短距離で接続し、片接地する。これにより、電流検出回路10bにおいて、超音波モーター1の高圧電力線から放射される電界を遮断でき、電界カップリングノイズの発生を防止できる上に、シールド線15のシールド部と接地線GND2とを結ぶ閉ループ配線がなく、シールドのアンテナ効果を最小限に抑制して電磁波ノイズの伝搬を低減することができる。
電流検出回路10bでは非磁性導体シールド線15を用いたので、超音波モーター1の高圧電力線から放射される電界を遮断でき、CT16の一次、二次間の浮遊容量を介して電界ノイズが測定回路10c側に伝搬されるのを防止できる。なお、非磁性導体シールド線15は超音波モーター1の高圧電力線から放射される磁界を透過するので、CT16の電流検出機能を妨げることはない。
また、電流検出回路10bのCT16において、CT16のハウジングに非磁性導体シールド線15を密着固定する。これにより、CTコア16aと非磁性導体シールド線15との位置関係が変動して検出電流値が変動するのを防止することができる。
このように、特性測定装置10内の超音波モーター1の高圧電力線をすべて、電界を遮断し磁界を透過する非磁性導体シールド線を用いて配線したので、駆動電圧波形と駆動電流波形との間に位相差が生じて力率が1未満となっても、電界カップリングノイズの発生を防止することができ、超音波モーター1の電圧と電流を同時刻に正確に測定できる。
次に、測定回路10cにおいて、電圧信号増幅器13は電圧検出回路10aのアッテネーター12から送られる超音波モーター1の駆動電圧信号を増幅し、駆動電圧瞬時値Vを出力する。また、電流信号増幅器17は電流検出回路10bのCT16から送られる超音波モーター1の駆動電流信号を電圧信号に変換して増幅し、駆動電流瞬時値Iを出力する。乗算回路18は電圧信号増幅器13の駆動電圧瞬時値Vと電流信号増幅器17の駆動電流瞬時値Iとを乗算し、駆動電力瞬時値Pを算出する。ローパスフィルター(以下、LPFという)19は乗算器18の駆動電力瞬時値Pの平均値を求め、超音波モーター1の有効駆動電力Pe(=V・I・cosφ;cosφは力率)として出力端子TB5から出力する。
RMS/DCコンバーター20は電圧信号増幅器13の駆動電圧瞬時値Vを実効値に変換し、超音波モーター1の駆動電圧実効値Vrmsとして出力端子TB6から出力する。また、RMS/DCコンバーター21は電圧信号増幅器17の駆動電流瞬時値Iを実効値に変換し、超音波モーター1の駆動電流実効値Irmsとして出力端子TB7から出力する。
上述したように、一実施の形態の特性測定回路10では、電圧検出回路10aと電流検出回路10bにより超音波モーター1の電圧波形と電流波形とを相互干渉なく正確に測定できるので、駆動電圧と駆動電流の位相差φと力率cosφを正確に求めることができる。また、駆動電圧瞬時値Vと駆動電流瞬時値Iを各時刻で乗算することによって各時刻における正確な駆動電力瞬時値Pを求めることができる。さらに、駆動電圧瞬時値Vと駆動電流瞬時値Iの位相差φは負荷に起因する純粋な位相差のみとなり、力率cosφを考慮した有効電力Peを算出することができる。
なお、有効電力Peと力率cosφは超音波モーターの効率ηと相関があり、有効電力Peまたは力率cosφから超音波モーターの効率ηの良否を判定することができる。つまり、有効電力Peあるいは力率cosφが予め設定した良否判定基準値以上であれば、効率ηの良い超音波モーターであるとして出荷することができ、品質の良い超音波モーターを安定に市場に供給することができる。
このように、一実施の形態によれば、駆動装置2により駆動される超音波モーター1の特性を測定する装置であって、駆動装置2から超音波モーター1に印加される駆動電圧を検出する電圧検出回路10aと、駆動装置2から超音波モーター1に流れる駆動電流を検出する電流検出回路10bとを備え、電圧検出回路10aは、電磁シールド板14により覆ったアッテネーター12により超音波モーター1の駆動電圧を分圧して検出し、電流検出回路10bは、一次巻き線に流れる電流により発生する磁界を電気的に絶縁された二次巻き線により検出するCT16を備えるとともに、CT16の一次巻き線に電界を遮断して磁界を透過するシールド線15を用い、CT16の一次巻き線に駆動装置2から超音波モーター1に流れる駆動電流を通電するようにした。
これにより、電界および磁界のカップリングノイズを遮断することができ、特に電圧波形と電流波形に位相差が生じて力率が1未満になっても駆動電圧と駆動電流の相互干渉が防止され、同時刻の駆動電圧と駆動電流を正確に検出することができる。
これにより、電界および磁界のカップリングノイズを遮断することができ、特に電圧波形と電流波形に位相差が生じて力率が1未満になっても駆動電圧と駆動電流の相互干渉が防止され、同時刻の駆動電圧と駆動電流を正確に検出することができる。
また、一実施の形態によれば、電圧検出回路10aにより検出した超音波モーター1の駆動電圧と、電流検出回路10bにより検出した超音波モーター1の駆動電流とに基づいて超音波モーターの力率を検出するようにしたので、同時刻に検出された正確な駆動電圧と駆動電流に基づいて超音波モーター1の正確な力率を検出することができる。
さらに、一実施の形態によれば、電圧検出回路10aにより検出した超音波モーター1の駆動電圧と、電流検出回路10bにより検出した超音波モーター1の駆動電流とを乗算する乗算回路18を備え、この乗算回路18により超音波モーター1の駆動電力を検出するようにしたので、同時刻に検出された正確な駆動電圧と駆動電流に基づいて超音波モーター1の正確な駆動電力を検出することができる。
さらにまた、一実施の形態によれば、乗算回路18の出力から低周波数成分のみを抽出するローパスフィルター19を備え、ローパスフィルター19により超音波モーター1の有効電力を検出するようにしたので、同時刻に検出された正確な駆動電圧と駆動電流に基づいて超音波モーター1の正確な有効電力を検出することができる。
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、電圧検出回路10aが電圧検出回路を、電流検出回路10bが電流検出回路を、アッテネーター12が分圧回路を、CT16が電流検出器を、乗算回路18が乗算回路を、ローパスフィルター19がローパスフィルターをそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
上述した一実施の形態の電流測定回路10bは、超音波モーターの駆動電流に限定されず、比較的高い電圧と高い周波数で駆動される一般的な交流機器に対して適用することができる。これにより、電界カップリングノイズを防止して交流機器に流れる交流電流を正確に検出することができる。
また、上述した一実施の形態では超音波モーターの駆動電流を測定するためにCTを用いた例を示したが、超音波モーターの駆動電流を測定するための検出器はCTに限定されず、例えばホール素子などのように一次巻き線電流により発生する磁界を二次巻き線により検出する方式の電流検出器であればよい。
さらに、上述した一実施の形態では非磁性導体シールド線として銅網線シールド線とアルミ網線シールド線を例に上げて説明したが、非磁性導体シールド線は上述した一実施の形態に限定されず、電界を遮断して磁界を透過するシールド線であればよい。
1 超音波モーター
2 駆動装置
3 電源
10 特性測定装置
10a 電圧検出回路
10b 電流検出回路
10c 測定回路
11、15 非磁性導体シールド線
12 アッテネーター
13 電圧信号増幅器
14 電磁シールド板
16 CT
17 電流信号増幅器
18 乗算回路
19 ローパスフィルター
20、21 RMS/DCコンバーター
TB1〜TB7 端子
GND1〜GND4 接地線
2 駆動装置
3 電源
10 特性測定装置
10a 電圧検出回路
10b 電流検出回路
10c 測定回路
11、15 非磁性導体シールド線
12 アッテネーター
13 電圧信号増幅器
14 電磁シールド板
16 CT
17 電流信号増幅器
18 乗算回路
19 ローパスフィルター
20、21 RMS/DCコンバーター
TB1〜TB7 端子
GND1〜GND4 接地線
Claims (7)
- 駆動装置により駆動される超音波モーターの特性を測定する装置であって、
前記駆動装置から前記超音波モーターに印加される駆動電圧を検出する電圧検出回路と、
前記駆動装置から前記超音波モーターに流れる駆動電流を検出する電流検出回路とを備え、
前記電圧検出回路は、電磁シールド板により覆った分圧回路により前記超音波モーターの駆動電圧を分圧して検出し、
前記電流検出回路は、一次巻き線に流れる電流により発生する磁界を電気的に絶縁された二次巻き線により検出する電流検出器を備えるとともに、前記電流検出器の一次巻き線に電界を遮断して磁界を透過するシールド線を用い、前記電流検出器の一次巻き線に前記駆動装置から前記超音波モーターに流れる駆動電流を通電することを特徴とする超音波モーターの特性測定装置。 - 請求項1に記載の超音波モーターの特性測定装置において、
前記電圧検出回路により検出した前記超音波モーターの駆動電圧と、前記電流検出回路により検出した前記超音波モーターの駆動電流とに基づいて前記超音波モーターの力率を検出することを特徴とする超音波モーターの特性測定装置。 - 請求項1に記載の超音波モーターの特性測定装置において、
前記電圧検出回路により検出した前記超音波モーターの駆動電圧と、前記電流検出回路により検出した前記超音波モーターの駆動電流とを乗算する乗算回路を備え、
前記乗算回路により前記超音波モーターの駆動電力を検出することを特徴とする超音波モーターの特性測定装置。 - 請求項3に記載の超音波モーターの特性測定装置において、
前記乗算回路の出力から低周波数成分のみを抽出するローパスフィルターを備え、
前記ローパスフィルターにより前記超音波モーターの有効電力を検出することを特徴とする超音波モーターの特性測定装置。 - 請求項2に記載の超音波モーターの特性測定装置により検出した超音波モーターの力率が、超音波モーターの効率の良否を判定するために予め設定した良否判定基準値以上であれば、その超音波モーターを良品と判定して出荷することを特徴とする超音波モーターの製造方法。
- 請求項4に記載の超音波モーターの特性測定装置により検出した超音波モーターの有効電力が、超音波モーターの効率の良否を判定するために予め設定した良否判定基準値以上であれば、その超音波モーターを良品として出荷することを特徴とする超音波モーターの製造方法。
- 交流機器に流れる交流電流を測定する電流測定装置であって、
一次巻き線に流れる電流により発生する磁界を電気的に絶縁された二次巻き線により検出する電流検出器を備えるとともに、前記電流検出器の一次巻き線に電界を遮断して磁界を透過するシールド線を用い、前記電流検出器の一次巻き線に前記交流機器に流れる交流電流を通電することを特徴とする超音波モーターの特性測定装置。
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