JP2009022108A - 超音波モータ駆動回路及び超音波モータの駆動信号生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な超音波モータ駆動回路を提供することである。
【解決手段】第１のＤ／Ａコンバータ１８は、デジタルデータＤＡＴＡ−Ａをアナログ信号ＤＡＣ−Ａに変換して非反転増幅器２０及び反転増幅器２１に出力する。第１のアナログマルチプレクサ１６は、矩形波Ａの立ち上がりのタイミングで、第１のＤ／Ａコンバータの出力信号と同相の信号を選択して出力し、矩形波Ａの立ち下がりのタイミングで、第１のＤ／Ａコンバータの出力信号の逆相の信号を選択して出力する。これにより、第１のＤ／Ａコンバータ１８の出力信号の正負の振幅値を持った交流信号が出力される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、産業用機器、測定器、電子機器等に用いられる超音波モータの駆動回路及びその駆動信号生成方法に関する。

産業用機器、一般の電子機器等の駆動機構として超音波モータが利用されている。また、高精度の位置測定システムと併用することで、従来の送りネジ等を使用した位置決め装置よりはるかに高い位置決め精度を実現することができる。

超音波モータを駆動する信号として一定の位相差（一般的には±９０°）を持った２相の進行波が用いられる。超音波モータを効率良く安定に制御するためにはこの進行波の形状や周波数、振幅、位相差などを適切に制御する必要がある。

特許文献１には、振動波モータの圧電素子に印加する交流電圧と、振動体の振動状態を検知する検知信号との位相差が共振に近い所定の位相差に達したとき、圧電素子に印加する電圧を低電圧から高電圧に切り換えることが記載されている。

特許文献２には、超音波モータの停止時に、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号の位相差が９０°から０°まで漸次的に変化するように制御することで、超音波モータの停止時の騒音を軽減することが記載されている。

特許文献３には、超音波モータの駆動開始時に、段階的に交流電圧を上昇させ、電圧レベルが所定の電圧に達した後に、駆動周波数を段階的に下降させることで、始動時の振動を小さくすることが記載されている。

特許文献４には、超音波モータに印加する正弦波電圧を微分回路で微分して９０°の位相差を持つ正弦波を生成することが記載されている。
特許文献５には、矩形波を正弦波に変換するローパスフィルタを有する駆動装置について記載されている。

超音波モータを効率よく安定に駆動するためには正弦波の信号を供給し、その正弦波の信号の周波数、振幅、位相差を所定の範囲内で任意に変化させることが望ましい。
しかしながら、従来は、超音波モータを駆動する駆動信号の振幅値として離散的な値しか設定できなかったり、周波数は可変することができるが駆動信号の波形が矩形波であったり、理想的な駆動信号を得ることが難しかった。

Ｄ／Ａコンバータで正弦波を発生させることも考えられるが、一般的な超音波モータの駆動信号の周波数は数１０ｋＨｚから１００ｋＨｚ以上であり、仮に１００ｋＨｚ程度の信号を１００Ｈｚのステップで変調すると、Ｄ／Ａコンバータには１００Ｍサンプリング毎秒以上の性能が必要となる。動作速度の速いＤ／Ａコンバータは一般にコストが高くなる。また、１００Ｍサンプリング毎秒以上の速さでＤ／Ａコンバータにデジタルデータを供給できる演算システムやインターフェースもコスト増の要因となる。
特開２００２−３０５８８４号公報 特開２００２−１９９７４９号公報 特開平１１−１９６５８５号公報 特開平９−７０１８７号公報 特開２０００−７０８５１号公報

本発明の課題は、安価な超音波モータ駆動回路を提供することである。

本発明の超音波モータ駆動回路は、周期的に変化し所望の位相差を有する第１及び第２の信号を生成する信号生成回路と、Ｄ／Ａコンバータと、超音波モータを駆動する駆動信号の振幅値を決めるデジタルデータを前記Ｄ／Ａコンバータに出力するＤ／Ａコンバータ制御回路と、前記第１の信号の極性に応じて前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択して出力する第１の選択回路と、前記第２の信号の極性に応じて前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択して出力する第２の選択回路と、前記第１及び第２の選択回路の出力信号から得られる第１及び第２の駆動信号を超音波モータに供給する出力回路とを備える。

本発明に係る他の超音波モータ駆動回路は、周期的に変化し所望の位相差を有する第１及び第２の信号を生成する信号生成回路と、第１のＤ／Ａコンバータと、第２のＤ／Ａコンバータと、超音波モータを駆動する第１及び第２の駆動信号の振幅値を決めるデジタルデータを、前記第１及び第２のＤ／Ａコンバータに出力するＤ／Ａコンバータ制御回路と、前記第１の信号の極性に応じて前記第１のＤ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択して出力する第１の選択回路と、前記第２の信号の極性に応じて前記第２のＤ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択して出力する第２の選択回路と、前記第１及び第２の選択回路の出力信号から得られる第１及び第２の駆動信号を超音波モータに供給する出力回路とを備える。

本発明に係る他の超音波モータ駆動回路は、周期的に変化する信号を生成する信号生成回路と、１または２個のＤ／Ａコンバータと、超音波モータを駆動する駆動信号の振幅値を決めるデジタルデータを前記Ｄ／Ａコンバータに出力するＤ／Ａコンバータ制御回路と、前記信号生成回路から出力される前記信号の立ち上がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択し、前記信号の次の立ち上がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の他方を選択して出力する第１の選択回路と、前記信号生成回路から出力される前記信号の立ち下がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択し、前記信号の次の立ち下がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の他方を選択して出力する第２の選択回路と、前記第１及び第２の選択回路の出力信号から得られる第１及び第２の駆動信号を超音波モータに供給する出力回路を備える。

本発明に係る他の超音波モータ駆動回路は、周期的に変化し、所望の位相差を有する第１及び第２の信号を生成する信号生成回路と、１または２個のＤ／Ａコンバータと、超音波モータを駆動する駆動信号の振幅値を決めるデジタルデータを前記Ｄ／Ａコンバータに出力するＤ／Ａコンバータ制御回路と、前記第１の信号の立ち上がりまたは立ち下がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択し、前記第１の信号の次の立ち上がりまたは立ち下がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の他方を選択して出力する第１の選択回路と、前記第２の信号の立ち上がりまたは立ち下がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択し、前記第２の信号の次の立ち上がりまたは立ち下がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の他方を選択して出力する第２の選択回路と、前記第１及び第２の選択回路の出力信号から得られる第１及び第２の駆動信号を超音波モータに供給する出力回路を備える。

上記の発明の超音波モータ駆動回路において、前記第１及び第２の選択回路は、前記Ｄ／Ａコンバータまたは前記第１及び第２のＤ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号を出力する非反転増幅器と、逆相の信号を出力する反転増幅器を有する。

上記の発明において、前記第１及び第２の選択回路は、前記第１及び第２の信号の極性に応じて前記Ｄ／Ａコンバータまたは前記第１及び第２のＤ／Ａコンバータの出力信号の同相または逆相の信号を排他的に選択するスイッチを有する。

上記の発明の超音波モータ駆動回路において、前記出力回路は、前記第１及び第２の選択回路の出力信号をそれぞれ擬似的な正弦波に変換する第１及び第２のローパスフィルタを有する。

本発明によれば、動作速度の比較的遅いＤ／Ａコンバータを用いて安価な超音波モータ駆動回路を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、超音波モータ１２を含む第１の実施の形態の超音波モータ駆動回路１１のブロック図である。
超音波モータ１２は、屈曲振動と縦振動を発生させる複数の振動子からなる弾性体と、その弾性体に接触させた移動体とからなる。

制御部（ＣＰＵ）１３は、発振周波数と位相差を指示する信号またはデータを矩形波発生回路１４に出力すると共に、超音波モータ１２を駆動する駆動信号の振幅値を決めるデジタルデータをＤ／Ａコンバータ制御回路１５に出力する。制御部１３は、矩形波発生回路１４に出力するデータを変更することで矩形波Ａ、Ｂの周波数、位相差を制御することができる。

矩形波発生回路１４は、制御部１３からの指示に従って所望の周波数の所望の位相差を持った２種類の矩形波Ａ、Ｂを生成して第１及び第２のアナログマルチプレクサ１６、１７の制御端子に出力する。

Ｄ／Ａコンバータ制御回路１５は、制御部１３から出力されるデジタルデータをラッチして第１及び第２のＤ／Ａコンバータ１８及び１９に出力する。
第１のＤ／Ａコンバータ１８は、デジタルデータＤＡＴＡ−Ａをアナログ信号ＤＡＣ−Ａに変換して非反転増幅器２０及び反転増幅器２１に出力する。

非反転増幅器２０は、アナログ信号ＤＡＣ−Ａを増幅して第１のアナログマルチプレクサ１６の一方の入力端子１６ａに出力する。反転増幅器２１は、アナログ信号ＤＡＣ−Ａを反転増幅して第１のアナログマルチプレクサ１６の他方の入力端子１６ｂに出力する。

第２のＤ／Ａコンバータ１９は、デジタルデータＤＡＴＡ−Ｂをアナログ信号ＤＡＣ−Ｂに変換して非反転増幅器２２及び反転増幅器２３に出力する。
非反転増幅器２２は、アナログ信号ＤＡＣ−Ｂを増幅して第２のアナログマルチプレクサ１７の入力端子１７ａに出力する。非反転増幅器２３は、アナログ信号ＤＡＣ−Ｂを反転増幅して第２のアナログマルチプレクサ１７の入力端子１７ｂに出力する。

第１のアナログマルチプレクサ１６は、矩形波Ａがハイレベルとなったとき、つまり矩形波Ａの立ち上がりに同期したタイミングで、入力端子１６ａの信号を選択して出力端子１６ｃからローパスフィルタ２４に出力する。また、矩形波Ａがローレベルとなったとき、つまり矩形波Ａの立ち下がりに同期したタイミングで、入力端子１６ｂの信号を選択して出力端子１６ｃからローパスフィルタ２４に出力する。上記の非反転増幅器２０、反転増幅器２１及び第１のアナログマルチプレクサ１６は、第１の選択回路に対応する。

この結果、第１のアナログマルチプレクサ１６からは、矩形波Ａの１周期の前半の期間、正のアナログ信号ＤＡＣ−Ａが出力され、１周期の後半の期間、負のアナログ信号−ＤＣＡ−Ａが出力される。

第２のアナログマルチプレクサ１７は、矩形波Ｂがハイレベルとなったとき、つまり矩形波Ｂの立ち上がりに同期したタイミングで、入力端子１７ａの信号を選択して出力端子１７ｃからローパスフィルタ２５に出力する。また、矩形波Ｂがローレベルとなったとき、つまり矩形波Ｂの立ち下がりに同期したタイミングで、入力端子１７ｂの信号を選択して出力端子１７ｃからローパスフィルタ２５に出力する。上記の非反転増幅器２２、反転増幅器２３及び第２のアナログマルチプレクサ１７は、第２の選択回路に対応する。

この結果、第２のアナログマルチプレクサ１７からは、矩形波Ｂの１周期の前半の期間、正のアナログ信号ＤＡＣ−Ｂが出力され、１周期の後半の期間、負のアナログ信号−ＤＡＣ−Ｂが出力される。

ローパスフィルタ２４は、第１のアナログマルチプレクサ１６の矩形波の交流信号ＭＰＸ−Ａを平滑して擬似的な正弦波の信号に変換して増幅器２６に出力する。増幅器２６は、増幅した正弦波の信号を第１の駆動信号ＯＵＴ−Ａとして超音波モータ１２に出力する。

同様に、ローパスフィルタ２５は、第２のアナログマルチプレクサ１７の矩形波の交流信号ＭＰＸ−Ｂを平滑して擬似的な正弦波の信号に変換して増幅器２７に出力する。増幅器２７は、正弦波の信号を増幅して第２の駆動信号ＯＵＴ−Ｂとして超音波モータ１２に出力する。

振動検出器２８は、超音波モータ１２の弾性体の振動を検出し、検出結果の信号を位相差測定器２９に出力する。位相差測定器２９は、振動検出器２８で検出される超音波モータ１２の振動を示す信号と矩形波Ｂとの位相差を測定し、測定結果を制御部１３に出力する。制御部１３は、この位相差の測定結果に基づいて矩形波Ａ、Ｂの周波数、位相差を変化させ、あるいはデジタルデータの値を変化させる。これにより、駆動信号の周波数、位相差、または振幅を制御する。

また、超音波モータ１２の弾性体と接触する移動体の位置を検出する位置検出器（図示せず）を設け、位置検出器の検出情報を制御部１３に出力するようにしても良い。そして、制御部１３が、位置検出器により検出される移動体の位置と目的とする位置との差を算出し、その差が小さくなるように矩形波Ａ、Ｂの周波数、位相差、あるいはＤ／Ａコンバータ制御回路１５に出力するデジタルデータを制御しても良い。

次に、上記の超音波モータ駆動回路１１の動作を、図２のタイミングチャートを参照して説明する。
制御部１３から矩形波発生回路１４に対して矩形波の周波数と位相差が指示され、矩形波発生回路１４から、例えば、周波数が１００ｋＨｚで、９０°の位相差を持った矩形波Ａ、Ｂが出力される。矩形波Ａ、Ｂは、振幅が周期的にゼロレベルから正のある値に変化する信号である。この振幅がゼロレベルから正のある値、あるいは正のある値からゼロレベルに変化するタイミングを矩形波Ａ、Ｂの極性が変化するタイミングと呼ぶ。

また、制御部１３からＤ／Ａコンバータ制御回路１５に対して駆動信号の振幅を決めるデジタルデータａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２、ａ３、ｂ３・・が順に出力される。
Ｄ／Ａコンバータ制御回路１５は、制御部１３から出力されたデジタルデータ「ａ１」をラッチし、ラッチしたデータ「ａ１」をデジタルデータＤＡＴ−Ａとして、矩形波Ａの立ち上がりに同期したタイミングで第１のＤ／Ａコンバータ１８に出力する。また、Ｄ／Ａコンバータ制御回路１５は、制御部１３から出力されたデジタルデータ「ｂ１」をラッチし、ラッチしたデータ「ｂ１」をデジタルデータＤＡＴ−Ｂとして、矩形波Ｂの立ち上がりに同期したタイミングで第２のＤ／Ａコンバータ１９に出力する。

Ｄ／Ａコンバータ制御回路１５は、同様に、制御部１３から出力されるデジタルデータ「ａ２」、「ｂ２」・・をラッチし、それらのデータを順に第１のＤ／Ａコンバータ１８と第２のＤ／Ａコンバータ１９に出力する。なお、第１及び第２のＤ／Ａコンバータ１８及び１９にデータを出力するタイミングは、矩形波Ａ、Ｂの立ち上がりに同期したタイミングに限らず、任意のタイミングに出力しても良い。

第１及び第２のＤ／Ａコンバータ１８及び１９は、入力するデジタルデータのＤ／Ａ変換を行い、変換後のアナログ信号ＤＡＣ−Ａ、ＤＡＣ−Ｂを、それぞれ非反転増幅器２０及び反転増幅器２１と、非反転増幅器２２及び反転増幅器２３に出力する。

非反転増幅器２０からは、アナログ信号ＤＡＣ−Ａと同相の信号が出力され、反転増幅器２１からは、アナログ信号ＤＡＣ−Ａの逆相の信号−ＤＡＣ−Ａが出力される。
第１のアナログマルチプレクサ１６は、矩形波Ａの立ち上がりタイミングで、非反転増幅器２０から出力される正の信号ＤＡＣ−Ａを選択して出力し、矩形波Ｂの立ち上がりのタイミングで、反転増幅器２１から出力される負の信号−ＤＡＣ−Ａを選択して出力する。

従って、第１のアナログマルチプレクサ１６の出力信号ＭＰＸ−Ａは、図２に示すように、矩形波Ａの立ち上がりのタイミングで振幅が正の値（例えば、＋ａ１、＋ａ２・・）となり、矩形波Ａの立ち下がりのタイミングで振幅が負の値（例えば、−ａ１、ａ２・・）となる矩形波の交流信号となる。すなわち、第１のアナログマルチプレクサ１６は、矩形波Ａの極性に応じて振幅が正の信号と負の信号を出力する。

同様に、第２のマルチプレクサ１７は、矩形波Ｂの立ち上がりのタイミングで、非反転増幅器２２から出力される正の信号ＤＡＣ−Ｂを選択して出力し、矩形波Ｂの立ち下がりのタイミングで、反転増幅器２３から出力される負の信号−ＤＡＣ−Ｂを選択して出力する。

従って、第２のアナログマルチプレクサ１７の出力信号ＭＰＸ−Ｂは、図２に示すように、矩形波Ｂの立ち上がりのタイミングで振幅が正の値（例えば、＋ｂ１、＋ｂ２・・）となり、矩形波Ｂの立ち下がりのタイミングで振幅が負の値（例えば、−ｂ１、−ｂ２・・）となる矩形波の交流信号となる。すなわち、第２のアナログマルチプレクサ１７は、矩形波Ｂの極性に応じて振幅が正の信号と負の信号を出力する。

上記の矩形波の交流信号ＭＰＸ−Ａは、第１のローパスフィルタ２４により平滑されて、図２に示すような擬似的な正弦波の第１の駆動信号ＯＵＴ−Ａに変換される。また、矩形波の交流信号ＭＰＸ−Ｂは、第２のローパスフィルタ２５により平滑されて擬似的な正弦波の第２の駆動信号ＯＵＴ−Ｂに変換される。これら第１及び第２の駆動信号ＯＵＴ−Ａ、ＯＵＴ−Ｂにより超音波モータ１２が駆動される。

次に、図３は、第１及び第２のアナログマルチプレクサ１６、１７の一例を示す図である。図３には、非反転増幅器２０と反転増幅器２１とローパスフィルタ２４を含めて示してある。

アナログマルチプレクサ１６は、２個のアナログスイッチ３１、３２と、インバータ３３とからなる。
非反転増幅器２０の出力信号は、第１のアナログスイッチ３１に入力し、反転増幅器２１の出力信号は、第２のアナログスイッチ３２に入力する。第１のアナログスイッチ３１の制御端子には、矩形波Ａが与えられ、第２のアナログスイッチ３２の制御端子には、矩形波Ａをインバータ３３で反転した信号が与えられている。

従って、矩形波Ａがハイレベルのときは、第１のアナログスイッチ３１に入力する正の信号ＤＡＣ−Ａが選択されてローパスフィルタ２４に出力され、矩形波Ａがローレベルのときには、第２のアナログスイッチ３２に入力する負の信号−ＤＡＣ−Ａが選択されてローパスフィルタ２４に出力される。上記の第１及び第２のアナログスイッチ３１及び３２が、矩形波Ａ（または矩形波Ｂ）の極性により排他的にオン、オフする２個のスイッチに対応する。

次に、図４は、ローパスフィルタ２４、２５の一例を示す図である。この第１の実施の形態では、演算増幅器を用いたアクティブフィルタの中で構成が簡素な正帰還型フィルタであるサレン・キー回路を用いている。アクティブフィルタを用いることで、出力信号の線形性を確保し、安定した超音波モータ１２の制御を可能としている。なお、アクティブフィルタに限らず、抵抗とキャパシタからなるパッシブフィルタを用いても良い。

図４において、入力信号は、直列に接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して、演算増幅器４１の非反転入力端子に入力する。非反転入力端子にはキャパシタＣ１の一端が接続され、そのキャパシタＣ１の他端は接地されている。演算増幅器４１の出力は反転入力端子に帰還され、その反転入力端子に帰還される信号は、キャパシタＣ２と抵抗Ｒ２を介して非反転入力端子にも帰還されている。

キャパシタＣ２とキャパシタＣ１の容量比は２：１に設定されており、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値をＲ、キャパシタＣ１の容量値をＣとすると、図４のローパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃは、ｆｃ＝１／（２・２^１／２・πＲＣ）で表せる。カットオフ周波数ｆｃは、超音波モータ１２の共振周波数の１．１８倍以上、１．４倍以下に設定するのが好ましい。

上述した第１の実施の形態によれば、矩形波Ａ、Ｂの極性が変化するタイミング、つまり矩形波Ａ、Ｂの立ち上がりと立ち下がりに同期したタイミングで振幅値が変化する矩形波の交流信号ＭＰＸ−Ａ、ＭＰＸ−Ｂを生成することができる。そして、矩形波の交流信号ＭＰＸ−Ａ、ＭＰＸ−Ｂをローパスフィルタ２４及び２５で平滑することで擬似的な正弦波の信号に変換し、それら擬似的な正弦波の信号を駆動信号ＯＵＴ−Ａ、ＯＵＴ−Ｂとして超音波モータ１２に供給することができる。

この駆動信号ＯＵＴ−Ａ、ＯＵＴ−Ｂは、Ｄ／Ａコンバータ制御回路１５に供給するデジタルデータの値、矩形波発生回路１４で生成する矩形波Ａ、Ｂの周波数または位相差を変化させることで周波数、振幅または位相差を任意に制御することができるので、超音波モータ１２の駆動条件を任意に変化させることができる。例えば、超音波モータ１２の起動時に、第１及び第２の駆動信号の振幅を徐々に大きくすることで起動時の超音波モータ１２の騒音を低減できる。

また、第１及び第２のＤ／Ａコンバータ１８及び１９は、矩形波Ａ、Ｂの周波数（例えば、数１００ｋＨｚ程度）で動作できる程度の動作速度を有すれば良いので、高速（例えば、１００×１００ｋＨｚ以上）で動作するＤ／Ａコンバータを使用する必要が無い。これにより、安価なＤ／Ａコンバータを用いて超音波モータ駆動回路１１を構成することができる。

また、Ｄ／Ａコンバータ１８及び１９の出力信号と同相の信号と逆相の信号を、それぞれ第1及び第２のアナログマルチプレクサ１６及び１７が、矩形波Ａ、Ｂの立ち上がりまたは立ち下がりのタイミングで、選択して出力することで、矩形波の交流信号を得ることができる。

さらに、その矩形波の交流信号をローパスフィルタ２４、２５で平滑して擬似的な正弦波の駆動信号を生成し、正弦波の駆動信号で超音波モータ１２を駆動することで、超音波モータ１２をより安定に、かつ効率的に制御することができる。これにより、超音波モータ１２の騒音を抑制できる。

また、超音波モータ１２の実際の振動を振動検出器２８で検出し、検出した振動と矩形波の信号Ａまたは矩形波の信号Ｂとの位相差を計測し、例えば、位相差が所望の値となるように駆動信号の周波数、位相差を制御することで超音波モータ１２をより安定に制御することができる。

また、超音波モータ１２の弾性体に接触させた移動体の位置を検出する位置検出器を設け、その位置検出器により検出された移動体の位置と目的とする位置との差を計算し、その差が小さくなるように駆動信号の周波数、位相差または振幅を制御することで、移動体の位置、あるいは速度を適正に制御することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について図５を参照して説明する。第１の実施の形態は、第１及び第２の駆動信号の振幅を独立に変化させることができるように２個のＤ／Ａコンバータを用いているが、駆動信号の振幅が同じ値で良い場合には、Ｄ／Ａコンバータを１個にすることができる。

第２の実施の形態の超音波モータ駆動回路５１は、基本的には、図１の回路と同じである。異なる点は、１個のＤ／Ａコンバータ１８を使用し、非反転増幅器２０の出力信号を、第１のアナログマルチプレクサ１６の入力端子１６ａと第２のアナログマルチプレクサ１７の入力端子１７ａに出力し、反転増幅器２１の出力信号を、第１のアナログマルチプレクサ１６の入力端子１６ｂと第２のアナログマルチプレクサ１７の入力端子１７ｂに出力している点である。

従って、第２のアナログマルチプレクサ１７は、矩形波Ａの立ち上がりのタイミングで、非反転増幅器２０から出力される正の信号ＤＡＣ−Ａを選択してローパスフィルタ２５に出力する。また、第２のアナログマルチプレクサ１７は、矩形波Ｂの立ち下がりのタイミングで、反転増幅器２１から出力される負の信号−ＤＡＣ−Ａを選択してローパスフィルタ２５に出力する。

この第２の実施の形態においては、図２に示す信号ＭＰＸ−Ａが、矩形波Ａに同期したタイミングで第１のアナログマルチプレクサ１６から出力され、矩形波Ｂに同期したタイミングで第２のアナログマルチプレクサ１７から出力され、それらの信号がローパスフィルタ２４及び２５で平滑され、同じ振幅値で所定の位相差を有する第１及び第２の駆動信号として超音波モータ１２に出力される。

上述した第２の実施の形態によれば、Ｄ／Ａコンバータ１８と非反転増幅器２０と反転増幅器２１が１個で良いので、第１の実施の形態に比べて超音波モータ駆動回路５１の構成が簡素になる。

次に、本発明の第３の実施の形態について図６を参照して説明する。第３の実施の形態の超音波モータ駆動回路の構成は、基本的には図１の回路と同じである。異なる点は、矩形波発生回路１４から１種類の矩形波Ｃを、第１のアナログマルチプレクサ１６と第２のアナログマルチプレクサ１７に供給し、第１のアナログマルチプレクサ１６が、矩形波Ｃの立ち上がりと次の立ち上がりに同期したタイミングで、第１のＤ／Ａコンバータ１８の出力信号の同相の信号とその反転信号を排他的に選択し、第２のアナログマルチプレクサ１７が、矩形波Ｃの立ち下がりと次の立ち下がりに同期したタイミングで、第２のＤ／Ａコンバータ１９の出力信号の同相とその反転信号を排他的に選択する点である。

以下、この第３の実施の形態の回路動作を、図６のタイミングチャートを参照して説明する。なお、図２と同じ回路動作の説明は省略する。
制御部１３から矩形波発生回路１４に対して生成する矩形波の周波数が指示されると、矩形波発生回路１４から所望の周波数の矩形波Ｃが出力される。この矩形波Ｃの周波数は、図２の矩形波Ａ、Ｂの２倍の周波数（例えば、２００ＫＨｚ）に設定されている。また、制御部１３からＤ／Ａコンバータ制御回路１５に対して駆動信号の振幅を決めるデジタルデータａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２、ａ３、ｂ３・・・が順に出力される。

第１のアナログマルチプレクサ１６は、矩形波Ｃのある立ち上がりに同期したタイミングで、非反転増幅器２０から出力される正の信号ＤＡＣ−Ａを選択して出力し、矩形波Ｃの次の立ち上がりに同期したタイミングで、反転増幅器２１から出力される負の信号−ＤＡＣ−Ａを選択して出力する。

従って、第１のアナログマルチプレクサ１６の出力信号ＭＰＸ−Ａは、図６に示すように、矩形波Ｃの１つおきの立ち上がりのタイミングで振幅が正の値（例えば、＋ａ１、＋ａ２・・）となり、矩形波Ｃの次の１つおきの立ち上がりのタイミングで振幅が負の値（例えば、−ａ１、−ａ２・・）となる矩形波の交流信号となる。

同様に、第２のアナログマルチプレクサ１７は、矩形波Ｃの立ち下がりのタイミングで、非反転増幅器２２から出力される正の信号ＤＡＣ−Ｂを選択して出力し、矩形波Ｃの次の立ち下がりのタイミングで、反転増幅器２３から出力される負の信号−ＤＡＣ−Ｂを選択して出力する。

従って、第２のアナログマルチプレクサ１７の出力信号ＭＰＸ−Ｂは、図６に示すように、矩形波Ｃの立ち下がりのタイミングで振幅が正の値（例えば、＋ｂ１、＋ｂ２・・）となり、矩形波Ｃの次の立ち下がりのタイミングで振幅が負の値（例えば、−ｂ１、−ｂ２・・）となる矩形波の交流信号となる。

この第３の実施の形態においても、Ｄ／Ａコンバータは、２個であっても、１個であっても良い。
上述した第３の実施の形態によれば、第１及び第２のＤ／Ａコンバータ１８及び１９は、矩形波Ｃの周波数で動作できる程度の動作速度を有すれば良いので、高速（例えば、１００×１００ｋＨｚ以上）で動作するＤ／Ａコンバータを使用する必要が無い。これにより、安価なＤ／Ａコンバータを用いて超音波モータ駆動回路１１を構成することができる。

また、矩形波Ｃの立ち上がりと立ち下がりに同期したタイミングで振幅値が変化する矩形波の交流信号ＭＰＸ−Ａ、ＭＰＸ−Ｂを生成し、その矩形波の交流信号ＭＰＸ−Ａ、ＭＰＸ−Ｂを擬似的な正弦波の信号に変換し、それら擬似的な正弦波の信号を駆動信号ＯＵＴ−Ａ、ＯＵＴ−Ｂとして超音波モータ１２に供給することができる。

駆動信号ＯＵＴ−Ａ、ＯＵＴ−Ｂは、Ｄ／Ａコンバータ制御回路１５に供給する、駆動信号の振幅値を決めるデジタルデータの値、矩形波発生回路１４で生成する、駆動信号の周波数と位相差を決める矩形波Ｃの周波数とデューティ比を変化させることで、駆動信号の振幅、周波数、または位相差を任意に制御することができる。例えば、超音波モータ１２の起動時に、第１及び第２の駆動信号の振幅を徐々に大きくすることで起動時の超音波モータ１２の騒音を低減できる。

さらに、矩形波発生回路１４は、１種類の矩形波Ｃを生成すれば良いので、矩形波発生回路１４の構成が簡素になる。
なお、上記の第３の実施の形態では、１種類の矩形波Ｃの立ち上がりと立ち下がりのタイミングで、第１のアナログマルチプレクサ１６と第２のアナログマルチプレクサ１７が選択動作を行っているが、第１の実施の形態と同様に２週類の矩形波Ａ、Ｂにより第１及び第２のアナログマルチプレクサ１６及び１７が選択動作を行うようにしても良い。矩形波Ｃの逆相信号Ｃ’を生成して、それらの信号を矩形波Ａ、Ｂとして用いても良い。あるいは、独立に２種類の矩形波Ａ、Ｂを生成しても良い。

例えば、第１のアナログマルチプレクサ１６が、矩形波Ａの立ち上がり（または立ち下がり）のタイミングで、非反転増幅器２０の正の出力信号を選択し、矩形波Ａの次の立ち上がり（または立ち下がり）のタイミングで、反転増幅器２１の負の出力信号を選択して出力する。また、第２のアナログマルチプレクサ１７が、矩形波Ｂの立ち上がり（または立ち下がり）のタイミングで、非反転増幅器２２の正の出力信号を選択し、矩形波Ｂの次の立ち上がり（または立ち下がり）のタイミングで、反転増幅器２３の負の出力信号を選択して出力する。

この場合、矩形波は２種類となるが、その他は第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
本発明は上述した実施の形態に限らず、例えば、以下のように構成しても良い。
（１）矩形波Ａと矩形波Ｂの位相差は９０°に限らず、９０°未満、あるいは９０°より大きくても良い。矩形波以外の信号を用いても良い。
（２）実施の形態は、ローパスフィルタ２４、２５により矩形波の交流信号ＭＰＸ−Ａ、ＭＰＸ−Ｂを擬似的な正弦波に変換しているが、矩形波の交流信号ＭＰＸ−Ａ、ＭＰＸ−Ｂを駆動信号として用いても良い。

第１の実施の形態の超音波モータ駆動回路の回路図である。 超音波モータ駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。 アナログマルチプレクサの一例を示す図である。 ローパスフィルタの一例を示す図である。 第２の実施の形態の超音波モータ駆動回路の回路図である。 第３の実施の形態の超音波モータ駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１１、５１ 超音波モータ駆動回路
１２ 超音波モータ
１３ 制御部
１４ 矩形波発生回路
１５ Ｄ／Ａ制御部
１６ 第１のアナログマルチプレクサ
１７ 第２のアナログマルチプレクサ
１８ 第１のＤ／Ａコンバータ
１９ 第２のＤ／Ａコンバータ

Claims (14)

1. 周期的に変化し所望の位相差を有する第１及び第２の信号を生成する信号生成回路と、
   Ｄ／Ａコンバータと、
   超音波モータを駆動する駆動信号の振幅値を決めるデジタルデータを前記Ｄ／Ａコンバータに出力するＤ／Ａコンバータ制御回路と、
   前記第１の信号の極性に応じて前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択して出力する第１の選択回路と、
   前記第２の信号の極性に応じて前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択して出力する第２の選択回路と、
   前記第１及び第２の選択回路の出力信号から得られる第１及び第２の駆動信号を超音波モータに供給する出力回路を備える超音波モータ駆動回路。
2. 周期的に変化し所望の位相差を有する第１及び第２の信号を生成する信号生成回路と、
   第１のＤ／Ａコンバータと、
   第２のＤ／Ａコンバータと、
   超音波モータを駆動する第１及び第２の駆動信号の振幅値を決めるデジタルデータを、前記第１及び第２のＤ／Ａコンバータに出力するＤ／Ａコンバータ制御回路と、
   前記第１の信号の極性に応じて前記第１のＤ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択して出力する第１の選択回路と、
   前記第２の信号の極性に応じて前記第２のＤ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択して出力する第２の選択回路と、
   前記第１及び第２の選択回路の出力信号から得られる第１及び第２の駆動信号を超音波モータに供給する出力回路を備える超音波モータ駆動回路。
3. 周期的に変化する信号を生成する信号生成回路と、
   １または２個のＤ／Ａコンバータと、
   超音波モータを駆動する駆動信号の振幅値を決めるデジタルデータを前記Ｄ／Ａコンバータに出力するＤ／Ａコンバータ制御回路と、
   前記信号生成回路から出力される前記信号の立ち上がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択し、前記信号の次の立ち上がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の他方を選択して出力する第１の選択回路と、
   前記信号生成回路から出力される前記信号の立ち下がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択し、前記信号の次の立ち下がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の他方を選択して出力する第２の選択回路と、
   前記第１及び第２の選択回路の出力信号から得られる第１及び第２の駆動信号を超音波モータに供給する出力回路を備える超音波モータ駆動回路。
4. 周期的に変化し、所望の位相差を有する第１及び第２の信号を生成する信号生成回路と、
   １または２個のＤ／Ａコンバータと、
   超音波モータを駆動する駆動信号の振幅値を決めるデジタルデータを前記Ｄ／Ａコンバータに出力するＤ／Ａコンバータ制御回路と、
   前記第１の信号の立ち上がりまたは立ち下がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択し、前記第１の信号の次の立ち上がりまたは立ち下がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の他方を選択して出力する第１の選択回路と、
   前記第２の信号の立ち上がりまたは立ち下がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択し、前記第２の信号の次の立ち上がりまたは立ち下がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の他方を選択して出力する第２の選択回路と、
   前記第１及び第２の選択回路の出力信号から得られる第１及び第２の駆動信号を超音波モータに供給する出力回路を備える超音波モータ駆動回路。
5. 前記Ｄ／Ａコンバータは、第１及び第２のＤ／Ａコンバータからなり、
   前記第１の選択回路は、前記第１のＤ／Ａコンバータの出力信号の同相と逆相の信号の一方を選択して出力し、
   前記第２の選択回路は、前記第２のＤ／Ａコンバータの出力信号の同相と逆の信号の一方を選択して出力する請求項３または４記載の超音波モータ駆動回路。
6. 前記第１及び第２の選択回路は、それぞれ前記Ｄ／Ａコンバータまたは前記第１及び第２のＤ／Ａコンバータの前記出力信号の同相の信号を出力する非反転増幅器と、逆相の信号を出力する反転増幅器を有する請求項１から４の何れか１項に記載の超音波モータ駆動回路。
7. 前記第１及び第２の選択回路は、それぞれ前記第１及び第２の信号の極性に応じて、前記Ｄ／Ａコンバータまたは前記第１及び第２のＤ／Ａコンバータの前記出力信号の同相または逆相の信号を排他的に選択するスイッチを有する請求項１から４の何れか１項に記載の超音波モータ駆動回路。
8. 前記出力回路は、前記第１及び第２の選択回路の出力信号をそれぞれ擬似的な正弦波に変換する第１及び第２のローパスフィルタを有する請求項１から４の何れか１項に記載の超音波モータ駆動回路。
9. 前記第１及び第２のローパスフィルタのカットオフ周波数を、前記超音波モータの弾性体の共振周波数の１．１８倍以上、１．４倍以下に設定した請求項８記載の超音波モータ駆動回路。
10. 前記超音波モータの弾性体の振動を検出する振動検出器と、前記振動検出器で検出される信号と前記第１または第２の信号との位相差を検出する位相差検出器と、前記位相差検出器で検出される位相差に基づいて前記第１及び第２の信号の周波数、位相差または前記Ｄ／Ａコンバータ制御回路に出力する前記デジタルデータの値を制御する制御部とを備える請求項１から４の何れか１項に記載の超音波モータ駆動回路。
11. 前記超音波モータの弾性体と接触する移動体の位置を検出する位置検出器と、前記位置検出器により検出される位置情報と目的とする位置とに基づいて前記第１及び第２の信号の周波数、位相差または前記Ｄ／Ａコンバータに出力する前記デジタルデータを変化させて前記移動体の位置または速度を制御する制御部とを備える請求項１から４の何れか１項に記載の超音波モータ駆動回路。
12. 周期的に変化し所望の位相差を有する第１及び第２の信号を生成し、
    超音波モータを駆動する駆動信号の振幅値を決めるデジタルデータをＤ／Ａコンバータに出力し、
    前記第１の信号の極性に応じて前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択して出力し、
    前記第２の信号の極性に応じて前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択して出力する超音波モータの駆動信号生成方法。
13. 周期的に変化し所望の位相差を有する第１及び第２の信号を生成し、
    超音波モータを駆動する第１及び第２の駆動信号の振幅値を決めるデジタルデータを、第１及び第２のＤ／Ａコンバータにそれぞれ出力して第１及び第２のアナログ信号に変換させ、
    前記第１の信号の極性に応じて前記第１のＤ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択して出力し、
    前記第２の信号の極性に応じて前記第２のＤ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択して出力する超音波モータの駆動信号生成方法。
14. 周期的に変化する信号を生成し、
    超音波モータを駆動する駆動信号の振幅値を決めるデジタルデータをＤ／Ａコンバータに出力し、
    周期的に変化する前記信号の立ち上がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択し、前記信号の次の立ち上がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の他方を選択して第１の選択回路から出力し、
    周期的に変化する前記信号の立ち下がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の一方を選択し、前記信号の次の立ち下がりに同期したタイミングで、前記Ｄ／Ａコンバータの出力信号の同相の信号と逆相の信号の他方を選択して第２の選択回路から出力し、
    前記第１及び第２の選択回路の出力信号から得られる第１及び第２の駆動信号を超音波モータに供給する超音波モータの駆動信号生成方法。

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