JP2006081236A - Drive circuit of ultrasonic motor and actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波モータの駆動回路およびアクチュエータに関するものである。 The present invention relates to a drive circuit and an actuator for an ultrasonic motor.
従来から、圧電素子を備えた振動体を振動させて、ロータ等の被駆動体を駆動する超音波モータが知られている。この超音波モータでは、駆動回路により、振動体の圧電素子に交流電圧を印加し、その振動体を振動させる。
この超音波モータの電流制御や回転数制御には、圧電素子に印加する交流電圧の振幅を調節する電圧振幅可変駆動方式や、PWM駆動方式(チョッパ方式)が採用されている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, an ultrasonic motor that drives a driven body such as a rotor by vibrating a vibrating body including a piezoelectric element is known. In this ultrasonic motor, an AC voltage is applied to the piezoelectric element of the vibrating body by a drive circuit, and the vibrating body is vibrated.
For the current control and rotation speed control of this ultrasonic motor, a variable voltage amplitude drive system that adjusts the amplitude of the AC voltage applied to the piezoelectric element and a PWM drive system (chopper system) are employed (for example, Patent Documents). 1).
しかしながら、前記電圧振幅可変駆動方式の場合は、圧電素子に印加する電圧を直接制御(調節)するので、超音波モータの駆動効率が低下してしまい、また、路構成が複雑化するという問題がある。
また、前記PWM駆動方式の場合は、超音波モータの駆動信号より十分に周波数の高い基準信号が必要となるので、回路電流が増加し、また、回路構成が複雑化するという問題がある。
However, in the case of the voltage amplitude variable drive method, since the voltage applied to the piezoelectric element is directly controlled (adjusted), the drive efficiency of the ultrasonic motor is reduced, and the path configuration is complicated. is there.
In the case of the PWM drive method, a reference signal having a frequency sufficiently higher than the drive signal of the ultrasonic motor is required, so that there is a problem that the circuit current increases and the circuit configuration becomes complicated.
本発明の目的は、簡易な構成で、超音波モータの駆動を容易かつ確実に制御することができ、駆動効率が高く、かつ制御分解能の高い超音波モータの駆動回路およびアクチュエータを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor drive circuit and an actuator that can easily and reliably control the drive of an ultrasonic motor with a simple configuration, have high drive efficiency, and high control resolution. is there.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の超音波モータの駆動回路は、交流電圧の印加により伸縮する圧電素子と、被駆動体に対して当接する接触部とを有する振動体を備える超音波モータを駆動する駆動回路であって、
パルス信号を周期的に生成するパルス生成手段と、
単位期間を周期的に設定する単位期間設定手段と、
前記パルス生成手段により生成されたパルス信号の周期を保持しつつ、該パルス生成手段により生成されたパルス信号の前記単位期間内のパルス数を調節するパルス数調節手段と、
前記パルス数調節手段により調節されたパルス信号に対応するように、第1の振幅の交流電圧を前記圧電素子に印加するとともに、前記第1の振幅の交流電圧を前記圧電素子に印加している時間帯と重複しない時間帯において、前記パルス生成手段により生成されたパルス信号に対応するように、前記第1の振幅の交流電圧より振幅の小さい第2の振幅の交流電圧を前記圧電素子に印加し、前記超音波モータを駆動する駆動手段とを有し、
前記パルス数調節手段によって前記単位期間内のパルス数を調節することにより、前記超音波モータの駆動を制御するよう構成されていることを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
An ultrasonic motor drive circuit according to the present invention is a drive circuit for driving an ultrasonic motor including a vibrating element having a piezoelectric element that expands and contracts by application of an alternating voltage and a contact portion that contacts the driven body. ,
Pulse generation means for periodically generating a pulse signal;
Unit period setting means for periodically setting unit periods;
A pulse number adjusting means for adjusting the number of pulses in the unit period of the pulse signal generated by the pulse generating means while maintaining the period of the pulse signal generated by the pulse generating means;
An AC voltage having a first amplitude is applied to the piezoelectric element and an AC voltage having the first amplitude is applied to the piezoelectric element so as to correspond to the pulse signal adjusted by the pulse number adjusting means. In a time zone that does not overlap with the time zone, an AC voltage having a second amplitude smaller than the AC voltage having the first amplitude is applied to the piezoelectric element so as to correspond to the pulse signal generated by the pulse generating means. And driving means for driving the ultrasonic motor,
The driving of the ultrasonic motor is controlled by adjusting the number of pulses in the unit period by the pulse number adjusting means.
この発明によれば、パルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、超音波モータの駆動を制御するので、超音波モータの電流制御や回転数制御等の駆動制御を容易かつ確実に行なうことができる。
また、パルス信号より周波数の高い信号を必要とせず、これにより、回路構成を簡易にすることができる。
また、圧電素子に印加する交流電圧の振幅を調節する電圧振幅可変駆動方式に比べ、超音波モータを高い駆動効率で駆動することができる。
According to the present invention, since the drive of the ultrasonic motor is controlled by adjusting the number of pulses in the unit period of the pulse signal, drive control such as current control and rotation speed control of the ultrasonic motor can be easily and reliably performed. Can be done.
Further, a signal having a frequency higher than that of the pulse signal is not required, and thus the circuit configuration can be simplified.
In addition, the ultrasonic motor can be driven with higher driving efficiency as compared with the voltage amplitude variable driving method that adjusts the amplitude of the AC voltage applied to the piezoelectric element.
また、調節されたパルス信号に対応する交流電圧を圧電素子に印加して超音波モータを駆動し、単位期間内に交流電圧を圧電素子に印加しない期間を設ける場合は、単位期間を長くすると、パルス信号の単位期間内のパルス数が少なくなったとき、振動体の振動の振幅が小さくなり、超音波モータの検出用の電極に誘起される電圧を検出できなくなるか、または、振動体の振動が停止してしまうという問題がある。これに対し、この発明では、単位期間内の第1の振幅の交流電圧を圧電素子に印加している時間帯と重複しない時間帯において、第2の振幅の交流電圧を圧電素子に印加して超音波モータを駆動するので、単位期間を長くしても問題がなく、これにより、単位期間を長くすることによって制御分解能を高くすることができる。 In addition, when an AC voltage corresponding to the adjusted pulse signal is applied to the piezoelectric element to drive the ultrasonic motor and a period in which the AC voltage is not applied to the piezoelectric element is provided within the unit period, when the unit period is increased, When the number of pulses in the unit period of the pulse signal decreases, the vibration amplitude of the vibrating body decreases, and the voltage induced on the detection electrode of the ultrasonic motor cannot be detected, or the vibration of the vibrating body Has the problem of stopping. On the other hand, according to the present invention, the second amplitude AC voltage is applied to the piezoelectric element in a time zone that does not overlap with the time zone in which the first amplitude AC voltage within the unit period is applied to the piezoelectric element. Since the ultrasonic motor is driven, there is no problem even if the unit period is lengthened. Accordingly, the control resolution can be increased by lengthening the unit period.
本発明の超音波モータの駆動回路では、前記第2の振幅は、前記第1の振幅の略半分であることが好ましい。
これにより、回路構成を簡易にすることができる。
本発明の超音波モータの駆動回路では、前記駆動手段は、さらに、供給される電圧を低下させる電圧低下手段を有し、前記第1の振幅の交流電圧を前記圧電素子に印加している時間帯と重複しない時間帯において、前記電圧低下手段により低下した電圧を、前記パルス生成手段により生成されたパルス信号に略同期させて前記圧電素子に印加するよう構成されており、該電圧低下手段により低下した電圧を加算してなる交流電圧が、前記第2の振幅の交流電圧とされることが好ましい。
これにより、第2の振幅を、容易に、任意の値に設定することができる。
In the driving circuit for an ultrasonic motor according to the present invention, it is preferable that the second amplitude is substantially half of the first amplitude.
As a result, the circuit configuration can be simplified.
In the drive circuit for an ultrasonic motor according to the present invention, the drive means further includes voltage reduction means for reducing the supplied voltage, and the time during which the AC voltage having the first amplitude is applied to the piezoelectric element. In a time zone that does not overlap with the band, the voltage reduced by the voltage reduction means is configured to be applied to the piezoelectric element substantially in synchronization with the pulse signal generated by the pulse generation means, and the voltage reduction means It is preferable that an AC voltage obtained by adding the reduced voltages is the AC voltage having the second amplitude.
Thereby, the second amplitude can be easily set to an arbitrary value.
本発明の超音波モータの駆動回路では、前記電圧低下手段により低下した電圧が加算される前の交流電圧の振幅は、前記第1の振幅の略半分であることが好ましい。
これにより、回路構成を簡易にすることができる。
本発明の超音波モータの駆動回路では、前記電圧低下手段は、抵抗器であることが好ましい。
これにより、回路構成を簡易にすることができる。
In the ultrasonic motor drive circuit according to the present invention, it is preferable that the amplitude of the AC voltage before the voltage reduced by the voltage reduction means is added is substantially half of the first amplitude.
As a result, the circuit configuration can be simplified.
In the ultrasonic motor drive circuit of the present invention, it is preferable that the voltage drop means is a resistor.
As a result, the circuit configuration can be simplified.
本発明の超音波モータの駆動回路では、前記電圧低下手段は、抵抗値を変更し得る可変抵抗器であり、該可変抵抗器の抵抗値の変更により、前記第2の振幅を変更し得るよう構成されていることが好ましい。
これにより、第2の振幅を、容易に、任意の値に変更することができる。
本発明の超音波モータの駆動回路では、前記単位期間設定手段は、前記パルス生成手段により生成されたパルス信号の周期の複数倍の期間を前記単位期間として設定するよう構成されていることが好ましい。
これにより、超音波モータの駆動制御をさらに容易かつ確実に行なうことができる。
In the driving circuit for an ultrasonic motor according to the present invention, the voltage lowering unit is a variable resistor that can change a resistance value, and the second amplitude can be changed by changing the resistance value of the variable resistor. It is preferable to be configured.
Thereby, the second amplitude can be easily changed to an arbitrary value.
In the ultrasonic motor driving circuit of the present invention, it is preferable that the unit period setting means is configured to set a period that is a multiple of the period of the pulse signal generated by the pulse generation means as the unit period. .
Thereby, drive control of an ultrasonic motor can be performed more easily and reliably.
本発明の超音波モータの駆動回路では、前記単位期間を変更し得るよう構成されていることが好ましい。
これにより、目的や用途等に応じて、制御分解能を変更することができる。
本発明の超音波モータの駆動回路では、前記パルス数調節手段は、前記パルス生成手段により生成されたパルス信号のうちの一部のパルス信号を無効にすることにより、該パルス生成手段により生成されたパルス信号の前記単位期間内のパルス数を調節するよう構成されていることが好ましい。
これにより、超音波モータの駆動制御をさらに容易かつ確実に行なうことができる。
The ultrasonic motor drive circuit according to the present invention is preferably configured to change the unit period.
Thereby, the control resolution can be changed according to the purpose and application.
In the ultrasonic motor driving circuit of the present invention, the pulse number adjusting means is generated by the pulse generating means by invalidating a part of the pulse signals generated by the pulse generating means. It is preferable that the number of pulses in the unit period of the pulse signal is adjusted.
Thereby, drive control of an ultrasonic motor can be performed more easily and reliably.
本発明の超音波モータの駆動回路では、前記パルス数調節手段によって前記単位期間内のパルス数を調節することにより、前記超音波モータの電流値を調節する電流制御を行なうよう構成されていることが好ましい。
これにより、超音波モータの電流制御を容易かつ確実に行なうことができる。
本発明の超音波モータの駆動回路では、前記超音波モータの電流を検出する電流検出手段と、
前記超音波モータの電流を調節する電流調節手段とを有し、
前記電流調節手段は、電流指令値と、前記電流検出手段の検出結果とに基づいて、前記パルス数調節手段を作動させて前記単位期間内のパルス数を調節することにより、前記超音波モータの電流を調節する電流制御を行なうよう構成されていることが好ましい。
これにより、超音波モータの電流制御を容易かつ確実に行なうことができる。
The drive circuit for the ultrasonic motor of the present invention is configured to perform current control for adjusting the current value of the ultrasonic motor by adjusting the number of pulses in the unit period by the pulse number adjusting means. Is preferred.
Thereby, the current control of the ultrasonic motor can be easily and reliably performed.
In the ultrasonic motor drive circuit of the present invention, current detection means for detecting the current of the ultrasonic motor;
Current adjusting means for adjusting the current of the ultrasonic motor;
The current adjusting means operates the pulse number adjusting means based on a current command value and a detection result of the current detecting means to adjust the number of pulses in the unit period, thereby enabling the ultrasonic motor to It is preferable to be configured to perform current control for adjusting the current.
Thereby, the current control of the ultrasonic motor can be easily and reliably performed.
本発明の超音波モータの駆動回路では、前記被駆動体は、回転可能に設けられたロータであり、
前記パルス数調節手段によって前記単位期間内のパルス数を調節することにより、前記ロータの回転数を調節する回転数制御を行なうよう構成されていることが好ましい。
これにより、回転数制御を容易かつ確実に行なうことができる。
In the drive circuit of the ultrasonic motor of the present invention, the driven body is a rotor provided rotatably.
It is preferable that the rotational speed control for adjusting the rotational speed of the rotor is performed by adjusting the number of pulses in the unit period by the pulse number adjusting means.
Thereby, the rotational speed control can be easily and reliably performed.
本発明の超音波モータの駆動回路では、前記被駆動体は、回転可能に設けられたロータであり、
前記ロータの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記ロータの回転数を調節する回転数調節手段とを有し、
前記回転数調節手段は、回転数指令値と、前記回転数検出手段の検出結果とに基づいて、前記パルス数調節手段を作動させて前記単位期間内のパルス数を調節することにより、前記ロータの回転数を調節する回転数制御を行なうよう構成されていることが好ましい。
これにより、回転数制御を容易かつ確実に行なうことができる。
In the drive circuit of the ultrasonic motor of the present invention, the driven body is a rotor provided rotatably.
A rotational speed detection means for detecting the rotational speed of the rotor;
A rotation speed adjusting means for adjusting the rotation speed of the rotor;
The rotational speed adjusting means operates the pulse number adjusting means based on a rotational speed command value and a detection result of the rotational speed detecting means to adjust the number of pulses in the unit period, thereby causing the rotor to It is preferable that the rotation speed control for adjusting the rotation speed is performed.
Thereby, the rotational speed control can be easily and reliably performed.
本発明のアクチュエータは、本発明の超音波モータの駆動回路と、
前記駆動回路により駆動される前記超音波モータとを有することを特徴とする。
この発明によれば、パルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、超音波モータの駆動を制御するので、超音波モータの電流制御や回転数制御等の駆動制御を容易かつ確実に行なうことができる。
また、パルス信号より周波数の高い信号を必要とせず、これにより、回路構成を簡易にすることができる。
The actuator of the present invention includes a drive circuit for the ultrasonic motor of the present invention,
The ultrasonic motor driven by the drive circuit.
According to the present invention, since the drive of the ultrasonic motor is controlled by adjusting the number of pulses in the unit period of the pulse signal, drive control such as current control and rotation speed control of the ultrasonic motor can be easily and reliably performed. Can be done.
Further, a signal having a frequency higher than that of the pulse signal is not required, and thus the circuit configuration can be simplified.
また、圧電素子に印加する交流電圧の振幅を調節する電圧振幅可変駆動方式に比べ、超音波モータを高い駆動効率で駆動することができる。
また、単位期間内の第1の振幅の交流電圧を圧電素子に印加している時間帯と重複しない時間帯において、第2の振幅の交流電圧を圧電素子に印加して超音波モータを駆動するので、単位期間を長くしても問題がなく、これにより、単位期間を長くすることによって制御分解能を高くすることができる。
In addition, the ultrasonic motor can be driven with higher driving efficiency as compared with the voltage amplitude variable driving method that adjusts the amplitude of the AC voltage applied to the piezoelectric element.
The ultrasonic motor is driven by applying the second amplitude AC voltage to the piezoelectric element in a time zone that does not overlap the time zone in which the first amplitude AC voltage within the unit period is applied to the piezoelectric element. Therefore, there is no problem even if the unit period is lengthened, and thereby the control resolution can be increased by lengthening the unit period.
本発明のアクチュエータでは、前記超音波モータの接触部に当接し、該超音波モータからの駆動力により変位する前記被駆動体を有することが好ましい。
これにより、超音波モータの電流制御や回転数制御等の駆動制御を容易かつ確実に行なうことができ、これによって、被駆動体の駆動(例えば、回転、移動等の変位)を容易かつ確実に制御することができる。
The actuator of the present invention preferably has the driven body that contacts the contact portion of the ultrasonic motor and is displaced by a driving force from the ultrasonic motor.
Accordingly, it is possible to easily and reliably perform drive control such as current control and rotation speed control of the ultrasonic motor, thereby easily and reliably driving the driven body (for example, displacement such as rotation and movement). Can be controlled.
以下、本発明の超音波モータの駆動回路およびアクチュエータを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明のアクチュエータの第1実施形態を示す斜視図(一部ブロック図)、図2は、図1に示す超音波モータの駆動回路を示すブロック図である。
Hereinafter, the drive circuit and actuator of the ultrasonic motor of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view (partial block diagram) showing a first embodiment of the actuator of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a drive circuit of the ultrasonic motor shown in FIG.
これらの図に示すアクチュエータ1は、超音波モータ2と、超音波モータ2を駆動する駆動回路5と、超音波モータ2からの駆動力により回転(変位)するロータ(被駆動体)4とを有している。
ロータ4は、図示しないベースに対し、回転可能に設置されている。また、超音波モータ2は、そのベースに対し、後述する弾性(可撓性)を有する1対の腕部34により固定設置されている。
The
The rotor 4 is rotatably installed with respect to a base (not shown). In addition, the
図1に示すように、超音波モータ2は、振動体3を有している。この振動体3は、全体としては略長方形の板状形状を有し、接触部33と、1対の腕部34、34とを有する。接触部33は、短辺の一部に突出しており、丸みを帯びた頂部を有し、振動体3の短辺の中央部に位置している。各腕部34は、それぞれ、長辺の中央部から略垂直に延出して設けられており、その先端に、孔341が形成された固定部340を有する。振動体3は、ベースに対してその平面を略平行に向けつつ、図示しないボルトが腕部34の孔341に挿入され、そのボルトにより固定部340においてベースに固定される。このようにして、振動体3は、腕部34によって支持され、これにより、その振動体3は自由に振動することができ、比較的大きい振幅で振動する。
As shown in FIG. 1, the
ここで、振動体3の接触部33の先端部は、ロータ4の半径方向からその外周面(当接部)41に接触(当接)している。また、接触部33は、腕部34の弾性により、ロータ4の外周面41に対して弾性的に付勢されている。これにより、接触面にて十分な摩擦力が得られ、振動体3の振動を確実にロータ4に伝達することができる。この振動体3の振動により、接触部33からロータ4へ駆動力(回転力)が与えられ、そのロータ4が回転する。なお、振動体3(超音波モータ2)は、後述する駆動回路5に接続されており、駆動回路5により、その駆動が制御される。
Here, the tip of the
前記振動体3は、略長方形の板状形状の単一の補強板(振動板)31と、補強板31と略合同な長方形の板状形状の1対の圧電素子32、32とを有している。すなわち、振動体3は、補強板31を中心に配置し、この補強板31を1対の圧電素子32、32で挟み込んでなる積層構造(厚み方向に積層した構造)を有する。各圧電素子32は、それぞれ、交流電圧が印加されると、その長手方向(長辺の方向)に伸長・収縮する。また、各圧電素子32には、それぞれ、図示しない電極が、その表裏(補強板31と反対側の表面および補強板31側の表面)の所定の位置に設けられている。なお、以下の説明では、1対の圧電素子32、32およびそれらに設けられた電極については、代表的に、一方について説明する。
The vibrating
前記電極としては、圧電素子32に交流電圧(電圧)を印加する1対の駆動用の電極(駆動電極)と、振動体3の振動、すなわち、圧電素子32に誘起された交流電圧(電圧)を検出する1対の検出用の電極(検出電極)とが設けられている。
また、前記接触部33は、前記補強板31と一体的に形成される(単一部材で形成される)。これにより、接触部33を振動体3に対して強固に設置できる利点がある。特に、接触部33は、アクチュエータ1の駆動時にて、振動体3の振動により高速かつ反復的に、高い押圧力にてロータ4に衝突する。したがって、かかる構成により、接触部31の耐久性を高め得る利点がある。
As the electrodes, a pair of driving electrodes (driving electrodes) for applying an alternating voltage (voltage) to the
The
また、前記各腕部34は、補強板31と一体的に形成される(単一部材で形成される)。これにより、各腕部34を振動体3に対して強固に設置できる利点がある。
補強板31の構成材料は、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム系合金、チタン、チタン系合金、銅、銅系合金、ニッケルパーマロイ等の金属や、アルミナ、ジルコニア等の酸化物や、カーボンファイバー等各種のものを用いることができる。この補強板31は、振動体3全体を補強する機能を有し、過振幅や外力等による振動体3の損傷を防止する。
Each
The constituent material of the reinforcing
なお、補強板31の構成材料として金属(導電体)を用いる場合は、補強板31と圧電素子32(電極)との間に、絶縁層が設けられる。
また、圧電素子32は、電圧の印加により伸縮可能な材料で構成される。この圧電素子32の構成材料としては、例えば、チタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT(商標))、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等各種のものを用いることができる。
When a metal (conductor) is used as the constituent material of the reinforcing
The
この超音波モータ2の振動体3の接触部33がロータ4に当接した状態で、後述する駆動回路5により、駆動用の電極に交流電圧が印加されると、振動体3の駆動用の電極に対応する部分がそれぞれ高速で繰り返し伸縮する。これにより、振動体3は、例えば、全体として略S字状に屈曲した微少振動、すなわち、縦振動(例えば、縦一次振動)および屈曲振動(例えば屈曲二次振動)の複合振動を行う。この振動により、振動体3の接触部33は、所定方向に変位、すなわち振動(往復運動)、または、ほぼ楕円に沿って変位、すなわち楕円振動(楕円運動)する。ロータ4は、振動体3の駆動用の電極に対応する部分が伸長するときに接触部33から摩擦力(押圧力)を受ける。
When an AC voltage is applied to the drive electrode by the
すなわち、接触部33の振動変位の径方向成分(ロータ4の径方向の変位)によって、接触部33とロータ4の外周面41との間に大きな摩擦力が与えられ、振動変位の周方向成分(ロータ4の円周方向の変位)によって、ロータ4に所定方向の回転力が与えられる。
振動体3が振動すると、このような力がロータ4に繰り返し作用し、ロータ4は、所定方向に回転する。
なお、超音波モータ2の構成は、前述したものに限定されないことは、言うまでもない。例えば、超音波モータ2は、ロータ4を前記と逆方向に回転させるものであってもよく、また、ロータ4を正逆両方向に回転させることができるものであってもよい。
That is, a large frictional force is applied between the
When the vibrating
Needless to say, the configuration of the
次に、駆動回路5について、説明する。
図2に示すように、駆動回路5は、超音波モータ2の駆動用のパルス信号(パルス)を周期的に生成し、電圧制御によりそのパルス信号の周波数を調節(可変)し得る電圧制御発振器(パルス生成手段)51と、NOT回路(否定回路)52と、カウンタ回路53と、パルス数N設定部54と、パルス数R設定部55と、NAND回路(否定的論理積回路)56と、デットタイム生成回路(貫通電流阻止回路)57と、2つのゲートドライバ58および59と、NOT回路(否定回路)61と、4つのスイッチング素子(スイッチング手段)として4つのFET(電界効果トランジスタ)62、63、64および65と、バンドパスフィルタ71と、信号増幅器(電圧増幅器)72と、コンパレータ(2値化回路)・インバータ(反転回路)73と、位相シフト器74と、位相比較器75と、ローパスフィルタ76とを有している。
Next, the
As shown in FIG. 2, the
電圧制御発振器51の出力側には、NOT回路52を介してカウンタ回路53が接続され、また、デットタイム生成回路57が接続されている。
電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の周波数は、特に限定されないが、例えば、100〜400kHz程度が好ましく、230〜270kHz程度がより好ましい。
カウンタ回路53としては、例えば、パルスダウンカウンタ等を用いることができる。
A
The frequency of the pulse signal output from the voltage controlled
As the
また、パルス数R設定部55は、単位期間を決めるパルス数(カウンタ回路53におけるカウンタリセットパルス数)R(但し、R≧2)を設定する手段である。
また、パルス数N設定部54は、カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルをハイレベル(H)に保持する期間を決めるパルス数(カウンタ回路53におけるカウンタ出力パルス数)N(但し、N≦R)を設定する手段である。
The pulse number
The pulse number
カウンタ回路53では、パルス信号をR個(但し、R≧2)カウントするまでの期間のうち、パルス信号をN個(但し、N≦R)カウントするまでの期間は、出力信号の電圧レベルをハイレベル(H)に保持し、その他の期間は、出力信号の電圧レベルをローレベル(L)に保持する。
このカウンタ回路53の出力側には、NAND回路56の一方の入力端子が接続されている。
In the
One input terminal of the
また、デットタイム生成回路57の出力側には、ゲートドライバ58および59が、それぞれ接続さている。
また、ゲートドライバ58の出力側には、NAND回路56の他方の入力端子が接続され、また、NOT回路61が接続されている。
このNAND回路56の出力側には、FET62のゲートが接続され、NOT回路61の出力側には、FET63のゲートが接続されている。
Further, the other input terminal of the
The gate of the
また、ゲートドライバ59の出力側には、FET64のゲートおよびFET65のゲートが接続されている。
FET62、64としては、それぞれ、ゲートに入力される信号(電圧)の電圧レベルがローレベルのとき、オン(ON)し、ハイレベルのとき、オフ(OFF)するPチャネルのFETを用いる。逆に、FET63、65としては、それぞれ、ゲートに入力される信号(電圧)の電圧レベルがハイレベルのとき、オン(ON)し、ローレベルのとき、オフ(OFF)するNチャネルのFETを用いる。
Further, the gate of the
As the
前記FET62とFET63とは、互いのドレイン同士が接続されており、このFET62のドレインとFET63のドレインとの間に、超音波モータの1対の駆動用の電極の一方が接続されている。
同様に、前記FET64とFET65とは、互いのドレイン同士が接続されており、このFET62のドレインとFET63のドレインとの間に、超音波モータの1対の駆動用の電極の他方が接続されている。
そして、FET62のソースおよびFET64のソースには、駆動電圧VDD(電圧値:VDD)が印加される。
The
Similarly, the drains of the
A drive voltage VDD (voltage value: VDD) is applied to the source of the
一方、FET63のソースおよびFET65のソースには、0Vの電圧(VSS)が印加される。なお、FET63のソースおよびFET65のソースは、これに限らず、例えば、アース(GND)に接続(接地)されてもよい。以下の説明では、代表的に、FET63のソースおよびFET65のソースに、0Vが印加される場合を説明する(第2〜第8実施形態も同様)。
On the other hand, a voltage of 0 V (VSS) is applied to the source of the
また、超音波モータ2の検出用の電極には、バンドパスフィルタ71が接続され、バンドパスフィルタ71の出力側には、信号増幅器72が接続され、信号増幅器72の出力側には、コンパレータ・インバータ73が接続され、コンパレータ73の出力側には、位相シフト器74が接続され、位相シフト器74の出力側には、位相比較器75の一方の入力端子が接続され、位相比較器75の出力側には、ローパスフィルタ76が接続されている。そして、ローパスフィルタ76の出力側は、電圧制御発振器51の入力端子に接続されている。また、電圧制御発振器51の出力側は、位相比較器75の他方の入力端子に接続されている。
Further, a
次に、アクチュエータ1の作用を説明する。
図3は、図1および図2に示すアクチュエータ1のタイミングチャートである。
図3には、図2中のポイントA、B、C、D、E、F、G、H、ポイントFE間における電圧の経時変化(信号)が示されている。なお、ポイントFE間の電圧は、ポイントEの電圧を基準とするものであり、すなわち、ポイントEに対するポイントFの電圧である。
Next, the operation of the
FIG. 3 is a timing chart of the
FIG. 3 shows time-dependent changes (signals) in voltage between points A, B, C, D, E, F, G, H, and point FE in FIG. Note that the voltage between the points FE is based on the voltage at the point E, that is, the voltage at the point F with respect to the point E.
電圧制御発振器51では、パルス信号が周期的に生成され(図3のA参照)、そのパルス信号は、NOT回路52、デットタイム生成回路57および位相比較器75に、それぞれ入力される。
NOT回路52では、パルス信号が反転(ハイレベルとローレベルとが逆転)し(図3のB参照)、その反転したパルス信号は、カウンタ回路53に入力され、このカウンタ回路53において、そのパルス信号のパルス数がカウント(計数)される。
In the voltage controlled
In the
カウンタ回路53からは、カウントしたパルス数に応じて電圧レベルがハイレベルとローレベルとに切り換わる信号が出力され、その信号は、NAND回路56に入力される。
ここで、カウンタ回路53では、パルス信号をR個(但し、R≧2)カウントするまでの期間のうち、パルス信号をN個(但し、N≦R)カウントするまでの期間は、出力信号の電圧レベルをハイレベルに保持し、その他の期間は、出力信号の電圧レベルをローレベルに保持する(図3のC参照)。すなわち、カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルは、1個目のパルス信号の立ち上がりに同期して、ハイレベルに切り換わり、N≠Rの場合は、N+1個目のパルス信号の立ち上がりに同期して、ローレベルに切り換わる。なお、図3には、Rを8に設定(固定)し、Nを3、5、8に調節(変更)した例が示されている。
The
Here, in the
前記カウンタ回路53においてパルス信号をR個カウントするまでの期間、すなわち、1個目のパルス信号の立ち上がりから、R+1個目のパルス信号の立ち上がりまでの期間(N≠Rの場合は、カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルがハイレベルに切り換わるときから、再びハイレベルに切り換わるときまでの期間)が、単位期間である。この単位期間は、カウンタ回路53により、周期的かつ連続的に、次々と設定される。
The period until the
また、電圧制御発振器51から出力されたパルス信号は、デットタイム生成回路57を経て、ゲートドライバ58および59に、それぞれ入力される。なお、デットタイム生成回路57では、後述するFET62および65がオンの期間と、FET63および64がオンの期間とが重ならないように、デットタイムが生成され、電圧制御発振器51からの信号に付加される。
The pulse signal output from the voltage controlled
ゲートドライバ58からは、デットタイム生成回路57からの信号が出力され、そのパルス信号は、NAND回路56およびNOT回路61に、それぞれ入力される。
NAND回路56では、ゲートドライバ58からのパルス信号と、カウンタ回路53からの信号との論理積の否定に対応する信号が生成され、出力される(図3のD参照)。すなわち、NAND回路56からは、各単位期間において、それぞれ、カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルがハイレベルの期間にのみ、ゲートドライバ58からのパルス信号を反転したパルス信号(電圧制御発振器51により生成されたパルス信号を反転したパルス信号)が出力される。
The
In the
このようにして、電圧制御発振器51により生成されたパルス信号の周期およびパルス幅が保持されたままで、そのパルス信号の単位期間内のパルス数が調節される。すなわち、NAND回路56において、電圧制御発振器51により生成されたパルス信号のうちの一部のパルス信号が無効にされることにより、電圧制御発振器51により生成されたパルス信号の単位期間内のパルス数が調節される。
In this way, the number of pulses in the unit period of the pulse signal is adjusted while the period and the pulse width of the pulse signal generated by the voltage controlled
このパルス信号の単位期間内のパルス数は、N個となる。すなわち、パルス信号の単位期間内のパルス数は、パルス数N設定部54におけるNの値の設定により設定され、そのNの値の設定変更により、0〜R個の範囲内、好ましくは、1〜R個の範囲内の任意の値に調節することができる。
従って、カウンタ回路53、パルス数N設定部54およびNAND回路56により、パルス数調節手段の主要部が構成される。
The number of pulses in the unit period of this pulse signal is N. That is, the number of pulses in the unit period of the pulse signal is set by setting the value of N in the pulse number
Therefore, the
また、前述したように、単位期間は、カウンタ回路53においてパルス信号をR個カウントするまでの期間、すなわち、電圧制御発振器51により生成されたパルス信号の周期のR倍(複数倍)の期間である。
この単位期間は、パルス数R設定部55におけるRの値の設定により設定され、そのRの値の設定変更により、変更することができる。
Further, as described above, the unit period is a period until the
This unit period is set by setting the value of R in the pulse number
従って、カウンタ回路53およびパルス数R設定部55により、単位期間設定手段の主要部が構成される。
なお、例えば、目的や用途等に応じて、前記単位期間(Rの値)を変更することにより、制御分解能を変更することができる。
ここで、前記Rは、2以上であればよいが、例えば、10〜1024程度が好ましく、30〜256程度がより好ましい。
Therefore, the
Note that, for example, the control resolution can be changed by changing the unit period (value of R) in accordance with the purpose and application.
Here, although R should just be two or more, for example, about 10-1024 are preferable and about 30-256 are more preferable.
前記NAND回路56からのパルス信号は、FET62のゲートに入力され、このパルス信号により、FET62のオン/オフ(スイッチング動作)が制御される。
また、NOT回路61では、ゲートドライバ58からのパルス信号が反転し、その反転したパルス信号は、FET63のゲートに入力され、このパルス信号により、FET63のオン/オフが制御される。
The pulse signal from the
In the
また、ゲートドライバ59からは、デットタイム生成回路57からの信号が出力され、そのパルス信号は、FET64、65のゲートに入力され、このパルス信号により、FET64、65のオン/オフが制御される。
例えば、NAND回路56からパルス信号が出力されている期間(カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルがハイレベルの期間)であって、そのパルス信号の電圧レベルがハイレベルのときは、FET62がオフ、FET63がオン、FET64がオン、FET65がオフし、ポイントF側の超音波モータ2の駆動用の電極に、駆動電圧VDD(電圧値:VDD)が印加され、ポイントE側の超音波モータ2の駆動用の電極には、0V(VSS)が印加される(図3のD、E、F参照)。これにより、超音波モータ2の圧電素子32(ポイントEF間)に、+VDDが印加される(図3のFE間参照)。
Further, the
For example, when the pulse signal is output from the NAND circuit 56 (the voltage level of the signal output from the
一方、NAND回路56からパルス信号が出力されている期間(カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルがハイレベルの期間)であって、そのパルス信号の電圧レベルがローレベルのときは、FET62がオン、FET63がオフ、FET64がオフ、FET65がオンし、ポイントE側の超音波モータ2の駆動用の電極に、駆動電圧VDD(電圧値:VDD)が印加され、ポイントF側の超音波モータ2の駆動用の電極には、0V(VSS)が印加される(図3のD、E、F参照)。これにより、超音波モータ2の圧電素子32(ポイントEF間)に、−VDDが印加される(図3のFE間参照)。
On the other hand, when the pulse signal is output from the NAND circuit 56 (the period when the voltage level of the signal output from the
また、NAND回路56からパルス信号が出力されていない期間(カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルがローレベルの期間)であって、電圧制御発振器51からのパルス信号の電圧レベルがローレベルのときは、FET62がオフ、FET63がオン、FET64がオン、FET65がオフし、ポイントF側の超音波モータ2の駆動用の電極に、駆動電圧VDD(電圧値:VDD)が印加され、ポイントE側の超音波モータ2の駆動用の電極には、0V(VSS)が印加される(図3のD、E、F参照)。これにより、超音波モータ2の圧電素子32(ポイントEF間)に、+VDDが印加される(図3のFE間参照)。
In addition, during the period when the pulse signal is not output from the NAND circuit 56 (the period when the voltage level of the signal output from the
一方、NAND回路56からパルス信号が出力されていない期間(カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルがローレベルの期間)であって、電圧制御発振器51からのパルス信号の電圧レベルがハイレベルのときは、FET62がオフ、FET63がオフ、FET64がオフ、FET65がオンし、ポイントE側の駆動用の超音波モータ2の電極に、0Vが印加され、ポイントF側の超音波モータ2の駆動用の電極には、0V(VSS)が印加される(図3のD、E、F参照)。これにより、超音波モータ2の圧電素子32(ポイントEF間)には、電圧は印加されない(0Vが印加される)(図3のFE間参照)。
On the other hand, during the period when the pulse signal is not output from the NAND circuit 56 (the period when the voltage level of the signal output from the
このようにして、前記カウンタ回路53、パルス数N設定部54およびNAND回路56等により調節されたパルス信号に対応する(同期する)第1の振幅の交流電圧91が超音波モータ2の圧電素子32に印加されるとともに、第1の振幅の交流電圧91が圧電素子32に印加されている時間帯(カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルがハイレベルの期間)と重複しない時間帯(カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルがローレベルの期間)において、電圧制御発振器51により生成されたパルス信号に対応し(同期し)、第1の振幅の交流電圧91より振幅の小さい第2の振幅の交流電圧92が圧電素子32に印加され、超音波モータ2が駆動される。すなわち、この駆動回路5では、超音波モータ2の駆動中は、常に、圧電素子32に、第1の振幅の交流電圧91または第2の振幅の交流電圧92が印加される。
In this way, the
前記第1の振幅の交流電圧91の最大値は、+VDD、最小値は、−VDDであり、前記第2の振幅の交流電圧92の最大値は、+VDD、最小値は、0であるので、第2の振幅は、第1の振幅の半分である。
なお、ゲートドライバ58、59、NOT回路61、FET62,63、64および65により、駆動手段の主要部が構成される。
The maximum value of the
The
超音波モータ2の検出用の電極には、超音波モータ2の駆動(振動体3の振動)、すなわち、圧電素子32の伸縮により、電圧が誘起される。
この誘起電圧(交流電圧)、すなわち、振動信号は、バンドパスフィルタ71に入力され、バンドパスフィルタ71により、その振動信号から高周波成分および低周波成分が除去される。
A voltage is induced in the detection electrode of the
This induced voltage (AC voltage), that is, the vibration signal is input to the
そして、前記振動信号は、信号増幅器72で増幅され、コンパレータ・インバータ73で2値化されてパルス信号とされるとともに、反転され(図3のG参照)、位相シフト器74でその位相が所定量(所定時間)シフトされる(図3のH参照)。図示例では、超音波モータ2の検出用の電極に誘起される電圧の位相は、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の位相に対して、略90°遅れている。そして、コンパレータ・インバータ73から出力されるパルス信号の位相は、そのコンパレータ・インバータ73でパルス信号が反転することにより、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の位相に対して、略270°遅れているので、この位相シフト器74において、コンパレータ・インバータ73からのパルス信号の位相を略90°遅らしている。
The vibration signal is amplified by a
位相シフト器74から出力されたパルス信号は、位相比較器75に入力され、また、前述したように、電圧制御発振器51から出力されたパルス信号は、相比較器75に入力される。
位相比較器75においては、前記位相シフト器74から出力されたパルス信号の位相と、前記電圧制御発振器51から出力されたパルス信号の位相とが比較され、その位相差に相当する電圧レベルの信号が出力される。この信号は、ローパスフィルタ76に入力され、ローパスフィルタ76により、その信号から高周波成分が除去され、電圧制御発振器51に入力される。電圧制御発振器51では、前記位相差がゼロになるように、生成するパルス信号の周波数が調節(可変)され、これにより、電圧制御発振器51から、前記位相差がゼロになるような周波数のパルス信号が出力される。
The pulse signal output from the
In the
このように、前記位相差がゼロになるようにパルス信号の周波数の制御を行ないつ(サーボをかけて)、超音波モータ2を駆動するので、超音波モータ2をより効率良く駆動することができる。
以上のようにして、駆動回路5により超音波モータ2が駆動されると(振動体3が振動すると)、前述したように、ロータ4は、その超音波モータ2から回転力が与えられて回転する。この際、駆動回路5は、カウンタ回路53、パルス数N設定部54およびNAND回路56によって、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、単位期間内における第1の振幅の交流電圧91の印加時間(波形の数)と、第2の振幅の交流電圧92の印加時間との比率を調節して、超音波モータ2の駆動を制御する。
As described above, since the
As described above, when the
この場合、例えば、駆動回路5を、カウンタ回路53、パルス数N設定部54およびNAND回路56によって、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、超音波モータ2の電流値(超音波モータ2を流れる電流の電流値)を調節する電流制御を行なうよう構成することができる。この電流制御により、例えば、超音波モータ2のトルク(駆動力)を制御することができる。
In this case, for example, by adjusting the number of pulses in the unit period of the pulse signal output from the voltage controlled
図4は、図1および図2に示すアクチュエータ1における超音波モータ2の電流値と、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数(カウント数)との関係を示すグラフである。なお、図4の例では、負荷を一定にし、パルス数R設定部55におけるRの値を31に設定(固定)し、パルス数N設定部54におけるNの値を0〜31のそれぞれに変更した場合の超音波モータ2の電流値が示されている。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the current value of the
図4に示すように、パルス信号の単位期間内のパルス数を増加させると、超音波モータ2の電流が増大し、パルス信号の単位期間内のパルス数と、超音波モータ2の電流値とが対応することが判る。
また、駆動回路5を、カウンタ回路53、パルス数N設定部54およびNAND回路56によって、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、ロータ4の回転数(回転速度)を調節する回転数制御(回転速度制御)を行なうよう構成することができる。
As shown in FIG. 4, when the number of pulses in the unit period of the pulse signal is increased, the current of the
Further, the rotation of the rotor 4 is adjusted by adjusting the number of pulses in the unit period of the pulse signal output from the voltage controlled
図5は、図1および図2に示すアクチュエータ1におけるロータ4の回転数(回転速度)と、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数(カウント数)との関係を示すグラフである。なお、図5の例では、負荷を一定にし、パルス数R設定部55におけるRの値を31に設定(固定)し、パルス数N設定部54におけるNの値を0〜31のそれぞれに変更した場合のロータ4の回転数が示されている。
FIG. 5 shows the relationship between the number of rotations (rotation speed) of the rotor 4 in the
図5に示すように、パルス信号の単位期間内のパルス数を増加させると、ロータ4の回転数が増大し、パルス信号の単位期間内のパルス数と、ロータ4の回転数とが対応することが判る。
また、駆動回路5を、カウンタ回路53、パルス数N設定部54およびNAND回路56によって、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、前記回転数制御と、前記電流制御とをそれぞれ行なうよう構成することができる。
As shown in FIG. 5, when the number of pulses in the unit period of the pulse signal is increased, the number of rotations of the rotor 4 increases, and the number of pulses in the unit period of the pulse signal corresponds to the number of rotations of the rotor 4. I understand that.
In addition, the rotation speed control is performed by adjusting the number of pulses in the unit period of the pulse signal output from the voltage controlled
以上説明したように、この超音波モータ2の駆動回路5およびアクチュエータ1によれば、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、超音波モータ2の駆動を制御するので、超音波モータ2の電流制御や回転数制御等の駆動制御を容易かつ確実に行なうことができる。
また、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号より周波数の高い信号を必要とせず、これにより、回路構成を簡易にすることができる。
また、超音波モータの圧電素子に印加する交流電圧の振幅を調節する電圧振幅可変駆動方式に比べ、超音波モータ2を高い駆動効率で駆動することができる。
As described above, according to the
In addition, a signal having a frequency higher than that of the pulse signal output from the voltage controlled
In addition, the
また、調節されたパルス信号に対応する交流電圧を圧電素子に印加して超音波モータを駆動し、単位期間内に交流電圧を圧電素子に印加しない期間を設ける場合は、単位期間を長くすると、パルス信号の単位期間内のパルス数が少なくなったとき、振動体の振動の振幅が小さくなり、超音波モータの検出用の電極に誘起される電圧を検出できなくなるか、または、振動体の振動が停止してしまうという問題がある。これに対し、この駆動回路5では、単位期間内の第1の振幅の交流電圧91を圧電素子32に印加している時間帯と重複しない時間帯において、第2の振幅の交流電圧92を圧電素子32に印加して超音波モータ2を駆動するので、単位期間を長くしても問題がなく、これにより、単位期間を長くすることによって制御分解能を高くすることができる。
In addition, when an AC voltage corresponding to the adjusted pulse signal is applied to the piezoelectric element to drive the ultrasonic motor and a period in which the AC voltage is not applied to the piezoelectric element is provided within the unit period, when the unit period is increased, When the number of pulses in the unit period of the pulse signal decreases, the vibration amplitude of the vibrating body decreases, and the voltage induced on the detection electrode of the ultrasonic motor cannot be detected, or the vibration of the vibrating body Has the problem of stopping. On the other hand, in the
<第2実施形態>
次に、本発明の超音波モータの駆動回路およびアクチュエータの第2実施形態について説明する。
図6は、第2実施形態における超音波モータの駆動回路を示すブロック図である。
以下、第2実施形態の超音波モータ2の駆動回路5およびアクチュエータ1について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a description will be given of a second embodiment of the drive circuit and actuator of the ultrasonic motor of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a driving circuit of the ultrasonic motor in the second embodiment.
Hereinafter, the
第2実施形態は、電流調節手段が、電流指令値と、電流検出手段の検出結果とに基づいて、パルス数調節手段を作動させてパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、超音波モータの電流を調節する電流制御を行なうよう構成されていることに特徴を有する。
すなわち、図6に示すように、第2実施形態の超音波モータ2の駆動回路5は、さらに、超音波モータ2の電流を検出する電流検出器(電流検出手段)81と、超音波モータ2の電流を調節する電流制御器(電流調節手段)82とを有している。
In the second embodiment, the current adjusting means operates the pulse number adjusting means based on the current command value and the detection result of the current detecting means to adjust the number of pulses in the unit period of the pulse signal. It is characterized in that it is configured to perform current control for adjusting the current of the ultrasonic motor.
That is, as shown in FIG. 6, the
電流検出器81は、FET63のソースおよびFET65のソースと、0Vの電圧(VSS)の電圧源との間に接続され、電流検出器81の出力側には、電流制御器82が接続され、電流制御器82の出力側には、パルス数N設定部54が接続されている。
この駆動回路5では、電流制御器82に、電流指令値(超音波モータ2を流れる電流の目標値)が入力される。
一方、電流検出器81により、超音波モータ2を流れる電流が検出され、その電流値は、電流制御器82に入力される。
The
In the
On the other hand, the current flowing through the
電流制御器82は、前記電流指令値と、前記検出された超音波モータ2の電流値とに基づいて、前記電流指令値と前記検出された超音波モータ2の電流値との差がゼロになるように、パルス数N設定部54におけるNの値を調節する。これにより、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数が調節され、超音波モータ2の電流値は、目標値になる。
この第2実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
そして、この第2実施形態では、超音波モータ2の電流制御を容易かつ確実に行なうことができる。また、電流制御として、超音波モータ2の電流のフィードバック制御を行なうので、超音波モータ2の電流を正確に調節することができる。
Based on the current command value and the detected current value of the
According to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
And in this 2nd Embodiment, the current control of the
<第3実施形態>
次に、本発明の超音波モータの駆動回路およびアクチュエータの第3実施形態について説明する。
図7は、第3実施形態における超音波モータの駆動回路を示すブロック図である。
以下、第3実施形態の超音波モータ2の駆動回路5およびアクチュエータ1について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a description will be given of a third embodiment of the drive circuit and actuator of the ultrasonic motor of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a driving circuit of the ultrasonic motor in the third embodiment.
Hereinafter, the
第3実施形態は、回転数調節手段が、回転数指令値と、回転数検出手段の検出結果とに基づいて、パルス数調節手段を作動させてパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、ロータの回転数を調節する回転数制御を行なうよう構成されていることに特徴を有する。
すなわち、図7に示すように、第3実施形態の超音波モータ2の駆動回路5は、さらに、ロータ4の回転数(回転速度)を検出する回転数検出器(回転数検出手段)83と、ロータ4の回転数を調節する回転数制御器(回転数調節手段)84とを有している。
In the third embodiment, the rotation speed adjustment means operates the pulse number adjustment means based on the rotation speed command value and the detection result of the rotation speed detection means to adjust the number of pulses in the unit period of the pulse signal. Thus, the present invention is characterized in that the rotational speed control for adjusting the rotational speed of the rotor is performed.
That is, as shown in FIG. 7, the
回転数検出器83としては、例えば、光学式エンコーダ等の各種エンコーダや、ポテンショメータ等、または、これらと所定の処理回路とを含む装置等を用いることができる。
回転数検出器83の出力側には、回転数制御器84が接続され、回転数制御器84の出力側には、パルス数N設定部54が接続されている。
この駆動回路5では、回転数制御器84に、回転数指令値(ロータ4の回転数の目標値)が入力される。
As the
A
In the
一方、回転数検出器83により、ロータ4の回転数が検出され、その回転数は、回転数制御器84に入力される。
回転数制御器84は、前記回転数指令値と、前記検出されたロータ4の回転数とに基づいて、前記電流指令値と前記検出されたロータ4の回転数との差がゼロになるように、パルス数N設定部54におけるNの値を調節する。これにより、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数が調節され、ロータ4の回転数は、目標値になる。
この第3実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
On the other hand, the
The
According to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
そして、この第3実施形態では、ロータ4の回転数制御を容易かつ確実に行なうことができる。また、回転数制御として、ロータ4の回転数のフィードバック制御を行なうので、ロータ4の回転数を正確に調節することができる。
なお、この第3実施形態に、さらに、前記第2実施形態の構成を付加してもよい。すなわち、回転数調節手段が、回転数指令値と、回転数検出手段の検出結果とに基づいて、パルス数調節手段を作動させてパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、ロータの回転数を調節する回転数制御を行なうとともに、電流調節手段が、電流指令値と、電流検出手段の検出結果とに基づいて、パルス数調節手段を作動させてパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、超音波モータの電流を調節する電流制御を行なうよう構成してもよい。
And in this 3rd Embodiment, the rotation speed control of the rotor 4 can be performed easily and reliably. Further, since the rotational speed feedback control of the rotor 4 is performed as the rotational speed control, the rotational speed of the rotor 4 can be accurately adjusted.
Note that the configuration of the second embodiment may be added to the third embodiment. That is, the rotational speed adjusting means operates the pulse number adjusting means based on the rotational speed command value and the detection result of the rotational speed detecting means to adjust the number of pulses in the unit period of the pulse signal, thereby And the current adjusting means operates the pulse number adjusting means on the basis of the current command value and the detection result of the current detecting means so that the pulses within the unit period of the pulse signal are controlled. You may comprise so that the electric current control which adjusts the electric current of an ultrasonic motor may be performed by adjusting a number.
<第4実施形態>
次に、本発明の超音波モータの駆動回路およびアクチュエータの第4実施形態について説明する。
図8は、第4実施形態における超音波モータの駆動回路を示すブロック図である。
以下、第4実施形態の超音波モータ2の駆動回路5およびアクチュエータ1について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Fourth embodiment>
Next, a description will be given of a fourth embodiment of the drive circuit and actuator of the ultrasonic motor of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a driving circuit of the ultrasonic motor in the fourth embodiment.
Hereinafter, the
図8に示すように、第4実施形態の超音波モータ2の駆動回路5は、さらに、超音波モータ2の電流を検出する電流検出器(電流検出手段)81と、超音波モータ2の電流を調節する電流制御器(電流調節手段)82と、ロータ4の回転数(回転速度)を検出する回転数検出器(回転数検出手段)83と、ロータ4の回転数を調節する回転数制御器(回転数調節手段)84とを有している。
As shown in FIG. 8, the
電流検出器81は、FET63のソースおよびFET65のソースと、0Vの電圧(VSS)の電圧源との間に接続され、電流検出器81の出力側には、電流制御器82が接続され、電流制御器82の出力側には、パルス数N設定部54が接続されている。
また、回転数検出器83としては、例えば、光学式エンコーダ等の各種エンコーダや、ポテンショメータ等、または、これらと所定の処理回路とを含む装置等を用いることができる。
The
Moreover, as the
回転数検出器83の出力側には、回転数制御器84が接続され、回転数制御器84の出力側には、電流制御器82の入力側が接続されている。
この駆動回路5では、回転数制御器84に、回転数指令値(ロータ4の回転数の目標値)が入力される。
一方、回転数検出器83により、ロータ4の回転数が検出され、その回転数は、回転数制御器84に入力される。
A
In the
On the other hand, the
回転数制御器84は、前記回転数指令値と、前記検出されたロータ4の回転数とに基づいて、前記電流指令値と前記検出されたロータ4の回転数との差がゼロになるように、電流制御器82に、電流指令値(超音波モータ2を流れる電流の目標値)を入力する。
一方、電流検出器81により、超音波モータ2を流れる電流が検出され、その電流値は、電流制御器82に入力される。
The
On the other hand, the current flowing through the
電流制御器82は、前記電流指令値と、前記検出された超音波モータ2の電流値とに基づいて、前記電流指令値と前記検出された超音波モータ2の電流値との差がゼロになるように、パルス数N設定部54におけるNの値を調節する。これにより、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数が調節され、ロータ4の回転数(超音波モータ2の電流値)は、目標値になる。
Based on the current command value and the detected current value of the
この第4実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
そして、この第4実施形態では、ロータ4の回転数制御を容易、正確かつ確実に行なうことができる。また、回転数制御として、ロータ4の回転数のフィードバック制御を行なうとともに、電流制御として、超音波モータ2の電流のフィードバック制御を行なうので、ロータ4の回転数を正確に調節することができる。
According to the fourth embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
And in this 4th Embodiment, the rotation speed control of the rotor 4 can be performed easily, correctly, and reliably. Further, since the feedback control of the rotational speed of the rotor 4 is performed as the rotational speed control and the feedback control of the current of the
<第5実施形態>
次に、本発明の超音波モータの駆動回路およびアクチュエータの第5実施形態について説明する。
図9は、第5実施形態における超音波モータの駆動回路を示すブロック図である。
以下、第5実施形態の超音波モータ2の駆動回路5およびアクチュエータ1について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the drive circuit and actuator of the ultrasonic motor of the present invention will be described.
FIG. 9 is a block diagram showing a driving circuit of the ultrasonic motor in the fifth embodiment.
Hereinafter, the
図9に示すように、第5実施形態の超音波モータ2の駆動回路5は、超音波モータ2の駆動用のパルス信号(パルス)を周期的に生成し、電圧制御によりそのパルス信号の周波数を調節(可変)し得る電圧制御発振器(パルス生成手段)51と、NOT回路(否定回路)52と、カウンタ回路53と、パルス数N設定部54と、パルス数R設定部55と、NAND回路(否定的論理積回路)56と、デットタイム生成回路(貫通電流阻止回路)57と、2つのゲートドライバ58および59と、NOT回路(否定回路)61と、5つのスイッチング素子(スイッチング手段)として5つのFET(電界効果トランジスタ)62、63、64、65および66と、供給される電圧を低下させる抵抗器(電圧低下手段)67と、バンドパスフィルタ71と、信号増幅器(電圧増幅器)72と、コンパレータ(2値化回路)・インバータ(反転回路)73と、位相シフト器74と、位相比較器75と、ローパスフィルタ76とを有している。
As shown in FIG. 9, the
この第5実施形態と前述した第1実施形態との相違は、この第5実施形態では、第1実施形態に対して、FET66および抵抗器67が追加されていることである。
FET66としては、ゲートに入力される信号(電圧)の電圧レベルがローレベルのとき、オン(ON)し、ハイレベルのとき、オフ(OFF)するPチャネルのFETを用いる。
The difference between the fifth embodiment and the first embodiment described above is that, in the fifth embodiment, an
As the
また、抵抗器67としては、抵抗値が固定されている抵抗器と、抵抗値を変更し得る可変抵抗器とのいずれを用いてもよい。
この駆動回路5では、NOT回路61の出力側(NOT回路61とFET63のゲートとの間)に、FET66のゲートが接続されている。
また、FET66のドレインは、抵抗器67を介して、FET62のドレインとFET63のドレインとの間、すなわち、超音波モータの1対の駆動用の電極の一方に接続されている。
Further, as the
In the
The drain of the
また、FET66のソースには、駆動電圧VDD(電圧値:VDD)が印加される。
次に、アクチュエータ1の作用を説明する。
図10は、図9に示すアクチュエータ1のタイミングチャートである。
図10には、図9中のポイントA、B、C、D、E、F、G、H、ポイントFE間における電圧の経時変化(信号)が示されている。なお、ポイントFE間の電圧は、ポイントEの電圧を基準とするものであり、すなわち、ポイントEに対するポイントFの電圧である。
The drive voltage VDD (voltage value: VDD) is applied to the source of the
Next, the operation of the
FIG. 10 is a timing chart of the
FIG. 10 shows time-dependent changes (signals) in voltage between points A, B, C, D, E, F, G, H, and point FE in FIG. Note that the voltage between the points FE is based on the voltage at the point E, that is, the voltage at the point F with respect to the point E.
第1実施形態との相違は、この駆動回路5では、NOT回路61から出力されたパルス信号が、FET63のゲートおよびFET66のゲートに、それぞれ入力され、このパルス信号により、FET63、66のオン/オフが制御されることである。
ここで、例えば、NAND回路56からパルス信号が出力されている期間(カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルがハイレベルの期間)であって、そのパルス信号の電圧レベルがハイレベルのときは、FET62がオフ、FET63がオン、FET64がオン、FET65がオフ、FET66がオフし、ポイントF側の超音波モータ2の駆動用の電極に、駆動電圧VDD(電圧値:VDD)が印加され、ポイントE側の超音波モータ2の駆動用の電極には、0V(VSS)が印加される(図10のD、E、F参照)。これにより、超音波モータ2の圧電素子32(ポイントEF間)に、+VDDが印加される(図10のFE間参照)。
The difference from the first embodiment is that, in the
Here, for example, when the pulse signal is output from the NAND circuit 56 (period in which the voltage level of the signal output from the
一方、NAND回路56からパルス信号が出力されている期間(カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルがハイレベルの期間)であって、そのパルス信号の電圧レベルがローレベルのときは、FET62がオン、FET63がオフ、FET64がオフ、FET65がオン、FET66がオンし、ポイントE側の超音波モータ2の駆動用の電極に、駆動電圧VDD(電圧値:VDD)が印加され、ポイントF側の超音波モータ2の駆動用の電極には、0V(VSS)が印加される(図10のD、E、F参照)。これにより、超音波モータ2の圧電素子32(ポイントEF間)に、−VDDが印加される(図10のFE間参照)。
On the other hand, when the pulse signal is output from the NAND circuit 56 (the period when the voltage level of the signal output from the
また、NAND回路56からパルス信号が出力されていない期間(カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルがローレベルの期間)であって、電圧制御発振器51からのパルス信号の電圧レベルがローレベルのときは、FET62がオフ、FET63がオン、FET64がオン、FET65がオフ、FET66がオンし、ポイントF側の超音波モータ2の駆動用の電極に、駆動電圧VDD(電圧値:VDD)が印加され、ポイントE側の超音波モータ2の駆動用の電極には、0V(VSS)が印加される(図10のD、E、F参照)。これにより、超音波モータ2の圧電素子32(ポイントEF間)に、+VDDが印加される(図10のFE間参照)。
In addition, during the period when the pulse signal is not output from the NAND circuit 56 (the period when the voltage level of the signal output from the
一方、NAND回路56からパルス信号が出力されていない期間(カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルがローレベルの期間)であって、電圧制御発振器51からのパルス信号の電圧レベルがハイレベルのときは、FET62がオフ、FET63がオフ、FET64がオフ、FET65がオン、FET66がオンし、抵抗器67のFET66側に、駆動電圧VDD(電圧値:VDD)が印加され、ポイントF側の超音波モータ2の駆動用の電極には、0V(VSS)が印加される(図10のD、E、F参照)。これにより、抵抗器67において電圧降下が生じ、駆動電圧VDDより低い電圧(低下した電圧)Va(電圧値:Va、Va<VDD)が、ポイントE側の超音波モータ2の駆動用の電極に印加される(図10のE参照)。これによって、超音波モータ2の圧電素子32(ポイントEF間)に、−Vaが印加される(図10のFE間参照)。
On the other hand, during the period when the pulse signal is not output from the NAND circuit 56 (the period when the voltage level of the signal output from the
このようにして、前記カウンタ回路53、パルス数N設定部54およびNAND回路56等により調節されたパルス信号に対応する(同期する)第1の振幅の交流電圧91が超音波モータ2の圧電素子32に印加されるとともに、第1の振幅の交流電圧91が圧電素子32に印加されている時間帯(カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルがハイレベルの期間)と重複しない時間帯(カウンタ回路53から出力される信号の電圧レベルがローレベルの期間)において、電圧制御発振器51により生成されたパルス信号に対応し(同期し)、第1の振幅の交流電圧91より振幅の小さい第2の振幅の交流電圧92が圧電素子32に印加され、超音波モータ2が駆動される。すなわち、この駆動回路5では、超音波モータ2の駆動中は、常に、圧電素子32に、第1の振幅の交流電圧91または第2の振幅の交流電圧92が印加される。
In this way, the
この場合、第1の振幅の交流電圧91が圧電素子32に印加されている時間帯と重複しない時間帯においては、抵抗器67により低下した電圧Vaが、電圧制御発振器51により生成されたパルス信号に同期して圧電素子32に印加される。この電圧Vaを加算してなる交流電圧が、第2の振幅の交流電圧92とされる。
ここで、前記第1の振幅の交流電圧91の最大値は、+VDD、最小値は、−VDDであり、前記第1の振幅の交流電圧91が圧電素子32に印加されている時間帯と重複しない時間帯における、前記電圧Vaが加算される前(加算されないとした場合)の交流電圧の最大値は、+VDD、最小値は、0であるので、この電圧Vaが加算される前の交流電圧の振幅は、第1の振幅の半分である。従って、第2の振幅は、第1の振幅の半分より大きい。
In this case, in a time zone in which the alternating
Here, the maximum value of the
また、前記第2の振幅の交流電圧92の最大値は、+VDD、最小値は、−Vaであり、抵抗器67として可変抵抗器を用いる場合は、その抵抗値の変更により、前記電圧Vaを変更することができ、これにより第2の振幅を変更することができる。
なお、ゲートドライバ58、59、NOT回路61、FET62,63、64、65、66および抵抗器67により、駆動手段の主要部が構成される。
Further, the maximum value of the
The
前述した第1実施形態と同様に、駆動回路5により超音波モータ2が駆動されると(振動体3が振動すると)、ロータ4は、その超音波モータ2から回転力が与えられて回転する。この際、駆動回路5は、カウンタ回路53、パルス数N設定部54およびNAND回路56によって、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、単位期間内における第1の振幅の交流電圧91の印加時間(波形の数)と、第2の振幅の交流電圧92の印加時間との比率を調節して、超音波モータ2の駆動を制御する。
Similarly to the first embodiment described above, when the
この場合、例えば、駆動回路5を、カウンタ回路53、パルス数N設定部54およびNAND回路56によって、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、超音波モータ2の電流値(超音波モータ2を流れる電流の電流値)を調節する電流制御を行なうよう構成することができる。この電流制御により、例えば、超音波モータ2のトルク(駆動力)を制御することができる。
In this case, for example, by adjusting the number of pulses in the unit period of the pulse signal output from the voltage controlled
図11は、図9に示すアクチュエータ1における超音波モータ2の電流値と、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数(カウント数)との関係を示すグラフである。なお、図11の例では、負荷を一定にし、パルス数R設定部55におけるRの値を31に設定(固定)し、パルス数N設定部54におけるNの値を0〜31のそれぞれに変更した場合の超音波モータ2の電流値が示されている。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the current value of the
図11に示すように、パルス信号の単位期間内のパルス数を増加させると、超音波モータ2の電流が増大し、パルス信号の単位期間内のパルス数と、超音波モータ2の電流値とが対応することが判る。
また、駆動回路5を、カウンタ回路53、パルス数N設定部54およびNAND回路56によって、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、ロータ4の回転数(回転速度)を調節する回転数制御(回転速度制御)を行なうよう構成することができる。
As shown in FIG. 11, when the number of pulses in the unit period of the pulse signal is increased, the current of the
Further, the rotation of the rotor 4 is adjusted by adjusting the number of pulses in the unit period of the pulse signal output from the voltage controlled
図12は、図9に示すアクチュエータ1におけるロータ4の回転数(回転速度)と、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数(カウント数)との関係を示すグラフである。なお、図12の例では、負荷を一定にし、パルス数R設定部55におけるRの値を31に設定(固定)し、パルス数N設定部54におけるNの値を0〜31のそれぞれに変更した場合のロータ4の回転数が示されている。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the number of rotations (rotation speed) of the rotor 4 in the
図12に示すように、パルス信号の単位期間内のパルス数を増加させると、ロータ4の回転数が増大し、パルス信号の単位期間内のパルス数と、ロータ4の回転数とが対応することが判る。
また、駆動回路5を、カウンタ回路53、パルス数N設定部54およびNAND回路56によって、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、前記回転数制御と、前記電流制御とをそれぞれ行なうよう構成することができる。
As shown in FIG. 12, when the number of pulses in the unit period of the pulse signal is increased, the number of rotations of the rotor 4 increases, and the number of pulses in the unit period of the pulse signal corresponds to the number of rotations of the rotor 4. I understand that.
In addition, the rotation speed control is performed by adjusting the number of pulses in the unit period of the pulse signal output from the voltage controlled
この第5実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
そして、この第5実施形態では、抵抗器67の抵抗値の設定により、第2の振幅(第2の振幅の交流電圧92の振幅)を、容易に、任意の値に設定することができる。特に、抵抗器67として可変抵抗器を用いる場合は、その抵抗値の変更により、第2の振幅を、容易に、任意の値に変更することができる。
なお、電圧低下手段は、抵抗器67に限定されないことは、言うまでもない。
According to the fifth embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
In the fifth embodiment, by setting the resistance value of the
Needless to say, the voltage drop means is not limited to the
<第6実施形態>
次に、本発明の超音波モータの駆動回路およびアクチュエータの第6実施形態について説明する。
図13は、第6実施形態における超音波モータの駆動回路を示すブロック図である。
以下、第6実施形態の超音波モータ2の駆動回路5およびアクチュエータ1について、前述した第5実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Sixth Embodiment>
Next, a description will be given of a sixth embodiment of the drive circuit and actuator of the ultrasonic motor of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing an ultrasonic motor drive circuit according to the sixth embodiment.
Hereinafter, the
第6実施形態は、電流調節手段が、電流指令値と、電流検出手段の検出結果とに基づいて、パルス数調節手段を作動させてパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、超音波モータの電流を調節する電流制御を行なうよう構成されていることに特徴を有する。
すなわち、図13に示すように、第2実施形態の超音波モータ2の駆動回路5は、さらに、超音波モータ2の電流を検出する電流検出器(電流検出手段)81と、超音波モータ2の電流を調節する電流制御器(電流調節手段)82とを有している。
In the sixth embodiment, the current adjusting unit operates the pulse number adjusting unit based on the current command value and the detection result of the current detecting unit to adjust the number of pulses in the unit period of the pulse signal. It is characterized in that it is configured to perform current control for adjusting the current of the ultrasonic motor.
That is, as shown in FIG. 13, the
電流検出器81は、FET63のソースおよびFET65のソースと、0Vの電圧(VSS)の電圧源との間に接続され、電流検出器81の出力側には、電流制御器82が接続され、電流制御器82の出力側には、パルス数N設定部54が接続されている。
この駆動回路5では、電流制御器82に、電流指令値(超音波モータ2を流れる電流の目標値)が入力される。
The
In the
一方、電流検出器81により、超音波モータ2を流れる電流が検出され、その電流値は、電流制御器82に入力される。
電流制御器82は、前記電流指令値と、前記検出された超音波モータ2の電流値とに基づいて、前記電流指令値と前記検出された超音波モータ2の電流値との差がゼロになるように、パルス数N設定部54におけるNの値を調節する。これにより、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数が調節され、超音波モータ2の電流値は、目標値になる。
この第6実施形態によれば、前述した第5実施形態と同様の効果が得られる。
そして、この第6実施形態では、超音波モータ2の電流制御を容易かつ確実に行なうことができる。また、電流制御として、超音波モータ2の電流のフィードバック制御を行なうので、超音波モータ2の電流を正確に調節することができる。
On the other hand, the current flowing through the
Based on the current command value and the detected current value of the
According to the sixth embodiment, the same effects as those of the fifth embodiment described above can be obtained.
And in this 6th Embodiment, the current control of the
<第7実施形態>
次に、本発明の超音波モータの駆動回路およびアクチュエータの第7実施形態について説明する。
図14は、第7実施形態における超音波モータの駆動回路を示すブロック図である。
以下、第7実施形態の超音波モータ2の駆動回路5およびアクチュエータ1について、前述した第5実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Seventh embodiment>
Next, a description will be given of a seventh embodiment of the drive circuit and actuator of the ultrasonic motor of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing a driving circuit of the ultrasonic motor in the seventh embodiment.
Hereinafter, the
第7実施形態は、回転数調節手段が、回転数指令値と、回転数検出手段の検出結果とに基づいて、パルス数調節手段を作動させてパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、ロータの回転数を調節する回転数制御を行なうよう構成されていることに特徴を有する。
すなわち、図14に示すように、第7実施形態の超音波モータ2の駆動回路5は、さらに、ロータ4の回転数(回転速度)を検出する回転数検出器(回転数検出手段)83と、ロータ4の回転数を調節する回転数制御器(回転数調節手段)84とを有している。
In the seventh embodiment, the rotation speed adjustment means operates the pulse number adjustment means based on the rotation speed command value and the detection result of the rotation speed detection means to adjust the number of pulses in the unit period of the pulse signal. Thus, the present invention is characterized in that the rotational speed control for adjusting the rotational speed of the rotor is performed.
That is, as shown in FIG. 14, the
回転数検出器83としては、例えば、光学式エンコーダ等の各種エンコーダや、ポテンショメータ等、または、これらと所定の処理回路とを含む装置等を用いることができる。
回転数検出器83の出力側には、回転数制御器84が接続され、回転数制御器84の出力側には、パルス数N設定部54が接続されている。
この駆動回路5では、回転数制御器84に、回転数指令値(ロータ4の回転数の目標値)が入力される。
As the
A
In the
一方、回転数検出器83により、ロータ4の回転数が検出され、その回転数は、回転数制御器84に入力される。
回転数制御器84は、前記回転数指令値と、前記検出されたロータ4の回転数とに基づいて、前記電流指令値と前記検出されたロータ4の回転数との差がゼロになるように、パルス数N設定部54におけるNの値を調節する。これにより、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数が調節され、ロータ4の回転数は、目標値になる。
On the other hand, the
The
この第7実施形態によれば、前述した第5実施形態と同様の効果が得られる。
そして、この第7実施形態では、ロータ4の回転数制御を容易かつ確実に行なうことができる。また、回転数制御として、ロータ4の回転数のフィードバック制御を行なうので、ロータ4の回転数を正確に調節することができる。
なお、この第7実施形態に、さらに、前記第6実施形態の構成を付加してもよい。すなわち、回転数調節手段が、回転数指令値と、回転数検出手段の検出結果とに基づいて、パルス数調節手段を作動させてパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、ロータの回転数を調節する回転数制御を行なうとともに、電流調節手段が、電流指令値と、電流検出手段の検出結果とに基づいて、パルス数調節手段を作動させてパルス信号の単位期間内のパルス数を調節することにより、超音波モータの電流を調節する電流制御を行なうよう構成してもよい。
According to the seventh embodiment, the same effect as that of the fifth embodiment described above can be obtained.
And in this 7th Embodiment, the rotation speed control of the rotor 4 can be performed easily and reliably. Further, since the rotational speed feedback control of the rotor 4 is performed as the rotational speed control, the rotational speed of the rotor 4 can be accurately adjusted.
Note that the configuration of the sixth embodiment may be further added to the seventh embodiment. That is, the rotational speed adjusting means operates the pulse number adjusting means based on the rotational speed command value and the detection result of the rotational speed detecting means to adjust the number of pulses in the unit period of the pulse signal, thereby And the current adjusting means operates the pulse number adjusting means on the basis of the current command value and the detection result of the current detecting means so that the pulses within the unit period of the pulse signal are controlled. You may comprise so that the electric current control which adjusts the electric current of an ultrasonic motor may be performed by adjusting a number.
<第8実施形態>
次に、本発明の超音波モータの駆動回路およびアクチュエータの第8実施形態について説明する。
図15は、第8実施形態における超音波モータの駆動回路を示すブロック図である。
以下、第8実施形態の超音波モータ2の駆動回路5およびアクチュエータ1について、前述した第5実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Eighth Embodiment>
Next, an ultrasonic motor drive circuit and an actuator according to an eighth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 15 is a block diagram showing a drive circuit for an ultrasonic motor according to the eighth embodiment.
Hereinafter, the
図15に示すように、第8実施形態の超音波モータ2の駆動回路5は、さらに、超音波モータ2の電流を検出する電流検出器(電流検出手段)81と、超音波モータ2の電流を調節する電流制御器(電流調節手段)82と、ロータ4の回転数(回転速度)を検出する回転数検出器(回転数検出手段)83と、ロータ4の回転数を調節する回転数制御器(回転数調節手段)84とを有している。
As shown in FIG. 15, the
電流検出器81は、FET63のソースおよびFET65のソースと、0Vの電圧(VSS)の電圧源との間に接続され、電流検出器81の出力側には、電流制御器82が接続され、電流制御器82の出力側には、パルス数N設定部54が接続されている。
また、回転数検出器83としては、例えば、光学式エンコーダ等の各種エンコーダや、ポテンショメータ等、または、これらと所定の処理回路とを含む装置等を用いることができる。
The
Moreover, as the
回転数検出器83の出力側には、回転数制御器84が接続され、回転数制御器84の出力側には、電流制御器82の入力側が接続されている。
この駆動回路5では、回転数制御器84に、回転数指令値(ロータ4の回転数の目標値)が入力される。
一方、回転数検出器83により、ロータ4の回転数が検出され、その回転数は、回転数制御器84に入力される。
A
In the
On the other hand, the
回転数制御器84は、前記回転数指令値と、前記検出されたロータ4の回転数とに基づいて、前記電流指令値と前記検出されたロータ4の回転数との差がゼロになるように、電流制御器82に、電流指令値(超音波モータ2を流れる電流の目標値)を入力する。
一方、電流検出器81により、超音波モータ2を流れる電流が検出され、その電流値は、電流制御器82に入力される。
The
On the other hand, the current flowing through the
電流制御器82は、前記電流指令値と、前記検出された超音波モータ2の電流値とに基づいて、前記電流指令値と前記検出された超音波モータ2の電流値との差がゼロになるように、パルス数N設定部54におけるNの値を調節する。これにより、電圧制御発振器51から出力されるパルス信号の単位期間内のパルス数が調節され、ロータ4の回転数(超音波モータ2の電流値)は、目標値になる。
Based on the current command value and the detected current value of the
この第8実施形態によれば、前述した第5実施形態と同様の効果が得られる。
そして、この第8実施形態では、ロータ4の回転数制御を容易、正確かつ確実に行なうことができる。また、回転数制御として、ロータ4の回転数のフィードバック制御を行なうとともに、電流制御として、超音波モータ2の電流のフィードバック制御を行なうので、ロータ4の回転数を正確に調節することができる。
以上、本発明の超音波モータの駆動回路およびアクチュエータを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
According to the eighth embodiment, the same effects as those of the fifth embodiment described above can be obtained.
And in this 8th Embodiment, the rotation speed control of the rotor 4 can be performed easily, correctly, and reliably. Further, since the feedback control of the rotational speed of the rotor 4 is performed as the rotational speed control and the feedback control of the current of the
As mentioned above, although the drive circuit and actuator of the ultrasonic motor of this invention were demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this, The structure of each part is arbitrary which has the same function. It can be replaced with that of the configuration. In addition, any other component may be added to the present invention.
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
また、本発明では、被駆動体は、ロータに限らず、他の回転構造物であってもよく、また、例えば、スライダのような並進構造物等であってもよい。すなわち、被駆動体の変位は、回転(回動)に限らず、例えば、リニアアクチュエータにおける被駆動体の移動のように、直線に沿った移動や曲線に沿った移動等であってもよい。
Further, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above embodiments.
In the present invention, the driven body is not limited to the rotor, but may be another rotating structure, or may be a translational structure such as a slider. That is, the displacement of the driven body is not limited to rotation (turning), and may be movement along a straight line, movement along a curve, or the like, for example, movement of the driven body in a linear actuator.
1……アクチュエータ 2……超音波モータ 3……振動体 31……補強板 32……圧電素子 33……接触部 34……腕部 340……固定部 341……孔 4……ロータ 41……外周面 5……駆動回路 51……電圧制御発振器 52……NOT回路 53……カウンタ回路 54……パルス数N設定部 55……パルス数R設定部 56……NAND回路 57……デットタイム生成回路 58、59……ゲートドライバ 61……NOT回路 62〜66……FET 67……抵抗器 71……バンドパスフィルタ 72……信号増幅器 73……コンパレータ・インバータ 74……位相シフト器 75……位相比較器 76……ローパスフィルタ 81……電流検出器 82……電流制御器 83……回転数検出器 84……回転数制御器 91……第1の振幅の交流電圧 92……第2の振幅の交流電圧
DESCRIPTION OF
Claims (15)
パルス信号を周期的に生成するパルス生成手段と、
単位期間を周期的に設定する単位期間設定手段と、
前記パルス生成手段により生成されたパルス信号の周期を保持しつつ、該パルス生成手段により生成されたパルス信号の前記単位期間内のパルス数を調節するパルス数調節手段と、
前記パルス数調節手段により調節されたパルス信号に対応するように、第1の振幅の交流電圧を前記圧電素子に印加するとともに、前記第1の振幅の交流電圧を前記圧電素子に印加している時間帯と重複しない時間帯において、前記パルス生成手段により生成されたパルス信号に対応するように、前記第1の振幅の交流電圧より振幅の小さい第2の振幅の交流電圧を前記圧電素子に印加し、前記超音波モータを駆動する駆動手段とを有し、
前記パルス数調節手段によって前記単位期間内のパルス数を調節することにより、前記超音波モータの駆動を制御するよう構成されていることを特徴とする超音波モータの駆動回路。 A drive circuit for driving an ultrasonic motor including a piezoelectric element that expands and contracts by application of an alternating voltage and a contact portion that comes into contact with a driven body,
Pulse generation means for periodically generating a pulse signal;
Unit period setting means for periodically setting unit periods;
A pulse number adjusting means for adjusting the number of pulses in the unit period of the pulse signal generated by the pulse generating means while maintaining the period of the pulse signal generated by the pulse generating means;
An AC voltage having a first amplitude is applied to the piezoelectric element and an AC voltage having the first amplitude is applied to the piezoelectric element so as to correspond to the pulse signal adjusted by the pulse number adjusting means. In a time zone that does not overlap with the time zone, an AC voltage having a second amplitude smaller than the AC voltage having the first amplitude is applied to the piezoelectric element so as to correspond to the pulse signal generated by the pulse generating means. And driving means for driving the ultrasonic motor,
An ultrasonic motor driving circuit configured to control the driving of the ultrasonic motor by adjusting the number of pulses in the unit period by the pulse number adjusting means.
前記超音波モータの電流を調節する電流調節手段とを有し、
前記電流調節手段は、電流指令値と、前記電流検出手段の検出結果とに基づいて、前記パルス数調節手段を作動させて前記単位期間内のパルス数を調節することにより、前記超音波モータの電流を調節する電流制御を行なうよう構成されている請求項1ないし9のいずれかに記載の超音波モータの駆動回路。 Current detecting means for detecting the current of the ultrasonic motor;
Current adjusting means for adjusting the current of the ultrasonic motor;
The current adjusting means operates the pulse number adjusting means based on a current command value and a detection result of the current detecting means to adjust the number of pulses in the unit period, thereby enabling the ultrasonic motor to 10. The drive circuit for an ultrasonic motor according to claim 1, wherein the drive circuit is configured to perform current control for adjusting current.
前記パルス数調節手段によって前記単位期間内のパルス数を調節することにより、前記ロータの回転数を調節する回転数制御を行なうよう構成されている請求項1ないし11のいずれかに記載の超音波モータの駆動回路。 The driven body is a rotor provided rotatably,
The ultrasonic wave according to claim 1, wherein the number of pulses within the unit period is adjusted by the number-of-pulses adjusting means so as to perform a rotation number control for adjusting a rotation number of the rotor. Motor drive circuit.
前記ロータの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記ロータの回転数を調節する回転数調節手段とを有し、
前記回転数調節手段は、回転数指令値と、前記回転数検出手段の検出結果とに基づいて、前記パルス数調節手段を作動させて前記単位期間内のパルス数を調節することにより、前記ロータの回転数を調節する回転数制御を行なうよう構成されている請求項1ないし11のいずれかに記載の超音波モータの駆動回路。 The driven body is a rotor provided rotatably,
A rotational speed detection means for detecting the rotational speed of the rotor;
A rotation speed adjusting means for adjusting the rotation speed of the rotor;
The rotational speed adjusting means operates the pulse number adjusting means based on a rotational speed command value and a detection result of the rotational speed detecting means to adjust the number of pulses in the unit period, thereby causing the rotor to 12. The drive circuit for an ultrasonic motor according to claim 1, wherein the drive circuit is configured to perform rotation speed control for adjusting the rotation speed of the motor.
前記駆動回路により駆動される前記超音波モータとを有することを特徴とするアクチュエータ。 A drive circuit for an ultrasonic motor according to any one of claims 1 to 13,
And an ultrasonic motor driven by the drive circuit.
The actuator according to claim 14, wherein the driven body contacts the contact portion of the ultrasonic motor and is displaced by a driving force from the ultrasonic motor.
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