JP2022101866A - Controller of vibration type actuator and vibration type driving device having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動型アクチュエータの駆動装置及びそれを有する振動型駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device for a vibration type actuator and a vibration type drive device having the same.
振動波モータ(振動型アクチュエータ)による回転駆動装置は、一般的な電磁モータを用いる場合と比べて、静音性や位置決め精度において優れ、一眼レフカメラのレンズ駆動等に用いられている。 A rotation drive device using a vibration wave motor (vibration type actuator) is superior in quietness and positioning accuracy as compared with the case of using a general electromagnetic motor, and is used for driving a lens of a single-lens reflex camera or the like.
振動型アクチュエータによる回転駆動装置を回転させるに際しては円環形状の振動体が用いられる。振動体上に配置された電気-機械エネルギー変換素子(以下駆動用圧電素子と記載)に対して2相の周波信号が印加されることにより、振動体が振動し、振動体の振動にしたがって接触体が回動する。 An annulus-shaped vibrating body is used to rotate the rotary drive device using the vibrating actuator. When a two-phase frequency signal is applied to an electric-mechanical energy conversion element (hereinafter referred to as a drive piezoelectric element) arranged on the vibrating body, the vibrating body vibrates and contacts according to the vibration of the vibrating body. The body rotates.
特許文献1には、振動体への電気信号の印加にあたって円環形状を有するフレキシブル基板を用いた方法が記載されている。この方法によればフレキシブル基板上に駆動用圧電素子、印加電極、外部電源からの配線を一体に形成し、振動体へ回転のための力学的エネルギーを供給し(入力し)、振動体上に進行波を生成する(発生させる)ことができる。 Patent Document 1 describes a method using a flexible substrate having an annular shape when applying an electric signal to a vibrating body. According to this method, a drive piezoelectric element, an application electrode, and wiring from an external power source are integrally formed on a flexible substrate, mechanical energy for rotation is supplied (input) to the vibrating body, and the vibrating body is placed on the vibrating body. It is possible to generate (generate) a traveling wave.
特許文献1に記載の振動型アクチュエータは、交流信号を用いて駆動を行っているため直流信号をインバータにより変換する必要がある。インバータに使用されるブリッジ回路は、スイッチング素子を用いて交流信号を生成しているため、駆動時は常に電気的な損失が生じている。 Since the vibration type actuator described in Patent Document 1 is driven by using an AC signal, it is necessary to convert a DC signal by an inverter. Since the bridge circuit used for the inverter uses a switching element to generate an AC signal, an electrical loss always occurs during driving.
しかし、駆動周波数を高くするほど、スイッチングの頻度が高くなることによってブリッジ回路が昇温するので、駆動を長時間続ける場合には、当該ブリッジ回路を冷却するための装置が必要になってしまう。 However, as the drive frequency is increased, the frequency of switching increases and the temperature of the bridge circuit rises. Therefore, when the drive is continued for a long time, a device for cooling the bridge circuit is required.
そこで、本発明は、インバータ(ブリッジ回路)が昇温することを抑えることができる振動型アクチュエータの制御装置及びそれを有する振動型駆動装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a control device for a vibration type actuator capable of suppressing the temperature rise of an inverter (bridge circuit) and a vibration type drive device having the control device.
本発明に係る振動波モータの制御装置は、振動体に形成された、それぞれが、1つの電極のみ、又は、互いに導通した複数の電極を有する、複数の電極群のそれぞれに、互いに少なくとも電圧相及び極性のいずれかが異なる複数種類の交流信号のいずれかを印加し、前記振動体に進行波を発生させることにより、前記振動体に接触する接触体を、前記振動体に対して相対的に移動させる振動波モータの制御装置であって、前記複数の電極群のそれぞれに印加する前記複数種類の交流信号、又は、前記複数の電極群のそれぞれに印加する前記複数種類の交流信号が基づく複数種類のPWM信号を選択する選択部と、前記選択部が選択する、前記複数種類の交流信号又は前記複数種類のPWM信号を指示する指示部と、を有し、前記指示部は、1つ、又は、互いに隣り合う複数の電極毎に、第1の電圧相及び第1の極性、第2の電圧相及び前記第1の極性、前記第1の電圧相及び第2の極性、並びに、前記第2の電圧相及び前記第2の極性の順に、前記複数種類の交流信号又は前記複数種類のPWM信号を選択することを前記選択部に指示することを特徴とする。 The control device for a vibration wave motor according to the present invention has at least a voltage phase with each other in each of a plurality of electrode groups formed in a vibrating body, each having only one electrode or a plurality of electrodes conducting with each other. And by applying any of a plurality of types of AC signals having different polarities to generate a traveling wave in the vibrating body, the contact body in contact with the vibrating body is made relative to the vibrating body. A control device for a moving vibration wave motor, which is based on the plurality of types of AC signals applied to each of the plurality of electrode groups or the plurality of types of AC signals applied to each of the plurality of electrode groups. It has a selection unit for selecting a type of PWM signal and an instruction unit for instructing the plurality of types of AC signals or the plurality of types of PWM signals selected by the selection unit, and the instruction unit has one. Alternatively, for each of the plurality of electrodes adjacent to each other, the first voltage phase and the first polarity, the second voltage phase and the first polarity, the first voltage phase and the second polarity, and the first. It is characterized in that the selection unit is instructed to select the plurality of types of AC signals or the plurality of types of PWM signals in the order of the voltage phase 2 and the second polarity.
本発明により、インバータ(ブリッジ回路)が昇温することを抑えることができる振動型アクチュエータの制御装置及びそれを有する振動型駆動装置を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a control device for a vibration type actuator capable of suppressing the temperature rise of an inverter (bridge circuit) and a vibration type drive device having the control device.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、以下の実施形態に記載されている構成はあくまで例示に過ぎず、本発明の範囲は実施形態に記載されている構成によって限定されることはない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the configurations described in the following embodiments are merely examples, and the scope of the present invention is not limited by the configurations described in the embodiments.
[第1実施形態]
図1(a)は、本発明の第1実施形態に係る、振動型駆動装置の全体図(ブロック図)である。本実施形態の振動型アクチュエータの駆動装置は、制御部200、インバータ400、変圧器及び平滑回路500並びに変換回路700(選択部)を有する。
[First Embodiment]
FIG. 1A is an overall view (block diagram) of the vibration type drive device according to the first embodiment of the present invention. The driving device of the vibration type actuator of the present embodiment includes a
マイコンを用いた制御部200の内部で生成された複数相(2相)のパルス幅変調信号(PWM信号)であるPWM信号A1及びB1が、インバータ400により、2相の交流信号(交流電圧)である、交流信号A2及びB2に変換される。また、交流信号A2及びB2が、変圧器及び平滑回路500により変圧及び平滑されて、2相の交流信号である、交流信号A及びBに変換される。なお、図1(b)は、本発明の第1実施形態に係るに、変圧器及び平滑回路500の回路図である。図1(b)に示された、3個のサイン曲線は、当該サイン曲線が示された箇所に流れる電流の位相を、模式的に表したものである。
The PWM signals A1 and B1, which are multi-phase (2-phase) pulse width modulation signals (PWM signals) generated inside the
選択部700には、変圧器及び平滑回路500から、複数相(2相)の交流信号である交流信号A及びBと、交流信号A及び交流信号Bの位相がそれぞれ180度ずれた、交流信号XA及びXBの、複数(4個)の交流信号が供給される(入力される)。以下、交流信号A、B、XA及びXBを総称して、複数種類の交流信号と呼称する。
In the
A相(第1の電圧相)の信号(交流信号A及びXA)の振幅及びB相(第2の電圧相)の信号(交流信号B及びXB)の振幅はともに、PWM信号のデューティ比を設定することにより、制御することが可能である。 The amplitude of the signal (AC signal A and XA) of the A phase (first voltage phase) and the amplitude of the signal (AC signal B and XB) of the B phase (second voltage phase) both determine the duty ratio of the PWM signal. It can be controlled by setting.
選択部700は、振動型アクチュエータ600に、複数の交流信号を、制御部内の次数指示手段300(指示部)によって指定(指示)された駆動次数(次数指示)に応じた通電パターンで、供給する(入力する)。その結果、振動型アクチュエータ600は、指示部300によって指示された駆動次数で駆動を行う。
The
なお、この全体図において、選択部700は、制御部200とインバータ400の間、又は、インバータ400と変圧器及び平滑回路500の間に置くことも可能である。
In this overall view, the
図2は、本発明の第1実施形態に係る、振動型アクチュエータ600の構成を概略的に示す図である。振動型アクチュエータ600における、振動体620、接触体610及びそれらを加圧する加圧機構の機械的構成は、例えば、特開2017-108615号公報に記載の回転駆動装置と機能的には同等である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the
給電部100は、駆動用コネクタ102と端子基板104及びフレキシブル基板101aとを有する。フレキシブル基板101aは、接触体610と振動体620を挟んで、反対の面に配置されている。駆動用コネクタ102には、外部給電用ハーネス103を通じて、複数種類の交流信号が、8本のハーネスを用いて供給されている(入力されている)。
The
これら8本のハーネスにはそれぞれ、複数の交流信号のいずれかが割り当てられて供給されており(入力されており)、この割当は、選択部に応じて決定される。また、振動体620及び接触体610は、外部給電用ハーネス103を通じて接地されている。
Each of these eight harnesses is assigned (input) any one of a plurality of AC signals, and this allocation is determined according to the selection unit. Further, the vibrating
図3は、本発明の第1実施形態に係る、振動型アクチュエータ600の構成を概略的に示す断面図である。振動体620の底面に、駆動用圧電素子105、給電パネル140、電極111及びフレキシブル基板101aの順に配置されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
フレキシブル基板101a上の駆動用配線130によって、電極111を介して、給電パネル140に交流電圧が供給される(入力される)。一方、振動体620は接地されているため、駆動用圧電素子105は、交流電圧によって、交流電圧に従って収縮し、その振動で振動体620を振動させ、その上面に進行波を生成する(発生させる)。
An AC voltage is supplied (input) to the
図4は、本発明の第1実施形態に係る、振動体620に一般的な進行波が励起されたときの(発生されたときの)、駆動振動の変形の様態を説明するための図である。なお、図4では、振動体620において励起される駆動振動の変位に対する理解を容易にするために、変位を実際よりも誇張している。給電部100は不図示である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a mode of deformation of the driving vibration when a general traveling wave is excited (when generated) in the vibrating
このような進行波が振動体620上面に生成されると(発生されると)、それと接触する接触体610との間に摩擦を生じる。接触体610と振動体620は、図示しない加圧機構により、互いに加圧されており、その加圧力に応じた摩擦力が、振動体620から接触体610に伝達され、接触体610が振動体620に対して相対的に移動する(回転する)。
When such a traveling wave is generated (generated) on the upper surface of the vibrating
図5に、本発明の第1実施形態に係る、フレキシブル基板101a上の電極及び駆動用配線130の配置図(配置を示す平面図)を示す。図5は、フレキシブル基板101aを振動体610の側から見た状態を示す。
FIG. 5 shows an arrangement diagram (plan view showing the arrangement) of the electrodes and the driving
フレキシブル基板101aは、柔軟な樹脂で形成された平面的な基材に設けられた配線と端子を備えている。フレキシブル基板101aには、複数の駆動用端子151~158、複数の駆動用配線130、複数の電極群111~118、複数の給電パネル140が設けられている。複数の電極群111~118のそれぞれは、複数の電極111a~111d、・・・、118a~118dを有する。複数の電極群111~118のそれぞれが有する複数の電極は、互いに導通している。
The
複数の駆動用端子151~158のそれぞれは、複数の駆動用配線130と接続する。複数の駆動用配線130のそれぞれは、複数の電極群111~118と接続する。複数の電極群111~118のそれぞれが有する複数の電極111a~111d、・・・、118a~118dのそれぞれは、複数の給電パネル140と接続する。
Each of the plurality of
給電パネル140は、駆動用圧電素子105に交流電圧を印加する。また、駆動用配線130は、複数の電極のそれぞれに交流信号を供給する(入力する)。また、複数の駆動用端子151~158は、端子基板104a上から交流信号を供給する(入力する)。
The
給電パネル140は、フレキシブル基板101aの円周形状に沿って、均等に、全部で32枚設けられている。そして、32枚の給電パネルのそれぞれに対応する電極を一つずつ持つ。8本ある駆動用配線130はそれぞれ、複数(4個)の電極が、円周上において90度おきに接続している。本実施形態では、これら共通の駆動用配線で接続された電極を総称して、電極群と呼称する。例えば、図5において、電極111a、~111dには、共通の駆動用配線130を介して、同じ交流信号が供給される(入力される)。フレキシブル基板101a上には、複数(8個)の電極群が形成されている。なお、電極群は、8個以上形成されていてもよい。
A total of 32
本発明の第1実施形態において、8次の駆動次数を指示した場合、第1の駆動用端子151及び第5の駆動用端子155に、交流信号Aが供給される(入力される)。また、第2の駆動用端子152及び第6の駆動用端子156に、交流信号Bが供給される(入力される)。また、第3の駆動用端子153及び第7の駆動用端子157に、交流信号XAが供給される(入力される)。また、第4の駆動用端子154及び第8の駆動用端子158に、交流信号XBが供給される(入力される)。つまり、円周上において45度おきに、交流信号A、交流信号B、交流信号XA、交流信号XBが、繰り返し、8回現れる。
In the first embodiment of the present invention, when the eighth drive order is specified, the AC signal A is supplied (input) to the
交流信号A及び交流信号XAのペアが8個で、8次の定在波を形成する。また、交流信号B及び交流信号XBのペアが8個で、8次の定在波を、交流信号A及び交流信号XAのペアと独立に形成する。 Eight pairs of AC signal A and AC signal XA form an eighth-order standing wave. Further, there are eight pairs of AC signal B and AC signal XB, and an eighth-order standing wave is formed independently of the pair of AC signal A and AC signal XA.
円周上において、45度を1周期とすると、給電パネル140及び電極の配置からわかるように、A相の交流信号とB相の交流信号はそれぞれ、4分の1周期ずつずれている。このため、この複数(2つ)の定在波は、重ね合わせによって、ある速度を持った進行波を、振動体620上に生成することになる(発生させることになる)。なお、ここで、A相(第1の電圧相)の交流信号は、交流信号A及び交流信号XAである。また、B相(第2の電圧相)の交流信号は、交流信号B及び交流信号XBである。
Assuming that 45 degrees is one cycle on the circumference, as can be seen from the arrangement of the
図6は、本発明の第1実施形態に係る、8次の駆動次数を指示した場合(第1のパターン)の、振動型アクチュエータの制御装置の回路図である。振動型アクチュエータの制御装置は、制御部200、インバータ400、変圧器及び平滑回路500並びに選択部700を有する。
FIG. 6 is a circuit diagram of a control device for a vibration type actuator when an eighth-order drive order is specified (first pattern) according to the first embodiment of the present invention. The control device for the vibration type actuator includes a
選択部700には、複数の交流信号が入力される。また、選択部700は、制御部200から出力されたイネーブル信号が入力されるイネーブル端子を備えた複数のスイッチング素子161~166を備える。スイッチング素子としては、IGBTを用いた。しかし、スイッチング素子はこれに限られず、バイポーラトランジスタやMOSFETなど、ON/OFFを実現できるデバイスであれば用いることができる。選択部700は、複数(8個)の出力端子をもち、複数の出力端子はそれぞれ、複数の駆動用端子151~158に接続されている。
A plurality of AC signals are input to the
複数のスイッチング素子161~166のそれぞれには、交流信号A、交流信号B、交流信号XA、交流信号XBのうち、いずれか2つの交流信号が入力信号として入力される。指示部300から複数のスイッチング素子161~166のそれぞれに、複数のイネーブル信号181~186のそれぞれが入力されている。複数のスイッチング素子161~166はそれぞれ、複数のイネーブル信号181~186のそれぞれの値に応じて、入力信号を構成する2つの交流信号のうち、どちらを出力信号として出力するかを決定する。
Any two of the AC signal A, the AC signal B, the AC signal XA, and the AC signal XB are input as input signals to each of the plurality of switching
図6の場合、振動体620に、駆動次数が8次の進行波を生成するように(発生させるように)指示されている。具体的には、第1のスイッチング素子161及び第5のスイッチング素子165は、交流信号Bを出力に接続している。また、第2のスイッチング素子162及び第6のスイッチング素子166は、交流信号XAを出力に接続している。また、第3のスイッチング素子163は、交流信号XBを出力に接続している。また、第4のスイッチング素子164は、交流信号Aを出力に接続している。
In the case of FIG. 6, the vibrating
このようにして、複数の駆動用端子151~158のうち第1の駆動用端子151及び第5の駆動用端子155には、交流信号Aが供給される(入力される)。また、複数の駆動用端子151~158のうち第2の駆動用端子152及び第6の駆動用端子156には、交流信号Bが、供給される(入力される)。また、複数の駆動用端子151~158のうち第3の駆動用端子153及び第7の駆動用端子157には交流信号XAが、供給される(入力される)。また、複数の駆動用端子151~158のうち第4の駆動用端子154及び第8の駆動用端子158には交流信号XBが供給される(入力される)。このようにして供給された(入力された)複数種類の交流信号は、駆動次数が8次の進行波を振動体620に形成する(発生させる)。
In this way, the AC signal A is supplied (input) to the
図7は、本発明の第1実施形態に係る、4次の駆動次数を指示した場合(第2のパターン)の、振動型アクチュエータの駆動回路の回路図である。 FIG. 7 is a circuit diagram of a drive circuit of a vibration type actuator when a fourth-order drive order is specified (second pattern) according to the first embodiment of the present invention.
この場合、スイッチング素子161~166のうち、第1のスイッチング素子161は交流信号Aが出力に接続されている。また、第2のスイッチング素子162及び第3のスイッチング素子163は、交流信号Bが出力に接続されている。また、第4のスイッチング素子164及び第5のスイッチング素子165は、交流信号XAが出力に接続されている。また、第6のスイッチング素子166は、交流信号XBが出力に接続されている。
In this case, of the switching
このようにすると、複数の駆動用端子151~158にはそれぞれ、交流信号が、交流信号A、交流信号A、交流信号B、交流信号B、交流信号XA、交流信号XA、交流信号XB、交流信号XBが供給される(入力される)。
In this way, the AC signals to the plurality of
その結果、図5のように、フレキシブル基板101aを振動体610の側から見た場合、交流信号A及び交流信号XAが入力されている電極のペアが、90度の周期で、円周上に4個現れる。また、交流信号B及び交流信号XBが入力されている電極のペアが、交流信号A及び交流信号XAが入力されている電極のペアと同じく、90度の周期で、円周上に4個現れる。また、交流信号A及び交流信号XAのペアと、交流信号B及び交流信号XBのペアは、互いに4分の1周期ずつずれていることがわかる。このことから、これらの交流信号が、円周上に、駆動次数が4次の進行波を生成する(発生させる)ことがわかる。
As a result, as shown in FIG. 5, when the
本実施形態では、複数のスイッチング素子161~166のそれぞれによって、複数の駆動用端子151~158及びそれらに接続されている複数の電極群のそれぞれに、駆動次数に応じて、交流信号の電圧相及び極性を指示できる。また、交流信号の位相も指示できる。交流信号の電圧相とは、A相又はB相のことである。また、また、交流信号の極性とは、A又はXA、B又はXBのことである。
In the present embodiment, the voltage phase of the AC signal is applied to each of the plurality of
以上のようにして、図6の、8次の駆動次数を指示した場合と、図7の、4次の駆動次数を指示した場合と、を切り替えることで、駆動次数が2N次の進行波と駆動次数がN次の進行波とを切り替える次数変換ができる。 As described above, by switching between the case where the 8th order drive order is specified in FIG. 6 and the case where the 4th order drive order is specified in FIG. 7, the drive order becomes the 2Nth order progressive wave. It is possible to perform order conversion that switches between a traveling wave whose drive order is Nth.
本実施形態では、駆動次数が4次の進行波と駆動次数が8次の進行波との切り替えを行ったが、電極群の配置の仕方によって、他の駆動次数の間でも駆動次数の切り替えが可能である。いずれの場合にも、低次で、2つ以上の電極毎(互いに隣り合う複数の電極毎)にA相の交流信号、B相の交流信号、XA相の交流信号、XB相の交流信号の供給がなされる(入力がなされる)。そして、高次で、それら2つ以上の電極内の一部の電極の電圧相、位相、極性が切り替わるため、最低でも、8個以上の電極群が必要であることがわかる。 In the present embodiment, the driving order is switched between the traveling wave having a driving order of 4th order and the traveling wave having a driving order of 8th order. However, depending on how the electrode group is arranged, the driving order can be switched between other driving orders. It is possible. In each case, in low order, for each of two or more electrodes (for each of a plurality of electrodes adjacent to each other), an A-phase AC signal, a B-phase AC signal, an XA-phase AC signal, and an XB-phase AC signal are used. Supply is made (input is made). Then, since the voltage phase, phase, and polarity of some of the electrodes in the two or more electrodes are switched at higher order, it can be seen that at least eight or more electrode groups are required.
本実施形態では、回転駆動型の振動型アクチュエータを例示した。しかし、直進駆動型の振動型アクチュエータであっても、当該回転駆動型の振動型アクチュエータと同様の構成で、当該回転駆動型の振動型アクチュエータと同様の効果を発揮することができる。直進駆動型の振動型アクチュエータでは、複数の電極群111~118のそれぞれは、複数の電極ではなく、1つの電極のみを有するようにしてもよい。
In this embodiment, a rotation drive type vibration type actuator is exemplified. However, even a straight-ahead drive type vibration type actuator can exhibit the same effect as the rotation drive type vibration type actuator with the same configuration as the rotation drive type vibration type actuator. In the linear drive type vibration type actuator, each of the plurality of
[第2実施形態]
図8は、本発明の第2実施形態に係る、振動型駆動装置の全体図(ブロック図)である。本実施形態の振動型アクチュエータの駆動装置は、制御部200、インバータ400並びに変圧器及び平滑回路500を有する。第1実施形態と異なり、本実施形態では、振動型アクチュエータの駆動装置は、変換回路700(選択部)を有さない。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is an overall view (block diagram) of the vibration type drive device according to the second embodiment of the present invention. The driving device of the vibration type actuator of the present embodiment includes a
マイコンを用いた制御部800の内部で生成された複数相(2相)のパルス幅変調信号(PWM信号)が、インバータ400並びに変圧器及び平滑回路500により、複数相(2相)の交流電圧(交流信号)に変換される。
The multi-phase (2-phase) pulse width modulation signal (PWM signal) generated inside the
制御部、インバータ並びに変圧器及び平滑回路は、振動型アクチュエータに、複数種類の交流信号を、制御部内の指示部及び選択部によって指示及び選択された駆動次数(次数指示)に応じた通電パターンで、供給する(入力する)。その結果、振動型アクチュエータ600は、指示部及び選択部900によって指示及び選択された駆動次数で駆動を行う。
The control unit, inverter, transformer, and smoothing circuit send multiple types of AC signals to the vibration type actuator in an energization pattern according to the drive order (order instruction) that is instructed and selected by the instruction unit and selection unit in the control unit. , Supply (enter). As a result, the
本実施形態では、フレキシブル基板101a(図2、図3参照)上での、駆動用端子、駆動用配線及び電極の配置は、第1実施形態と同様である。
In the present embodiment, the arrangement of the drive terminal, the drive wiring, and the electrodes on the
図9は、本発明の第2実施形態に係る、8次の駆動次数を指示した場合の、制御部200、インバータ400並びに変圧器及び平滑回路500の回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram of a
制御部200は、独立にデューティ比及び位相が指示できる、複数のPWMポート171~178を備えている。複数のPWMポート171~178には、交流信号A、交流信号B、交流信号XA、交流信号XB、交流信号A、交流信号B、交流信号XA、交流信号XBに順に対応した、複数のPWM信号が出力されている。
The
複数の駆動用端子151~158には、これらに対応した(これらの基づく)交流信号A、交流信号B、交流信号XA、交流信号XB、交流信号A、交流信号B、交流信号XA、交流信号XBが供給される(入力される)。
The plurality of
図10は、本発明の第2実施形態に係る、8次の駆動次数を指示した場合の、制御部200、インバータ400並びに変圧器及び平滑回路500の回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram of a
制御部200には、独立にデューティ比、位相が指示できる、複数のPWMポート171~178を備えている。複数のPWMポート171~178には、交流信号A、交流信号A、交流信号B、交流信号B、交流信号XA、交流信号XA、交流信号XB、交流信号XBに順に対応した、複数のPWM信号が出力されている。
The
複数の駆動用端子151~158には、これらに対応した(これらの基づく)交流信号A、交流信号A、交流信号B、B、交流信号XA、交流信号XA、交流信号XB、交流信号XBが供給される(入力される)。
The plurality of
本実施形態では、複数のPWMポート171~178のそれぞれによって、複数の駆動用端子151~158及びそれらに接続されている複数の電極群のそれぞれに、駆動次数に応じて、交流信号の電圧相、交流信号の位相、交流信号の極性を独立に指示できる。以上のようにして、図9の、8次の駆動次数を指示した場合と、図10の、4次の駆動次数を指示した場合と、を切り替えることで、駆動次数が2N次の進行波と駆動次数がN次の進行波とを切り替える次数変換ができる。
In the present embodiment, the voltage phase of the AC signal is applied to each of the plurality of
本実施形態では、駆動次数が4次の進行波と駆動次数が8次の進行波との切り替えを行ったが、電極群の配置の仕方によって、他の駆動次数の間でも駆動次数の切り替えが可能である。いずれの場合にも、低次で、2つ以上の電極毎(互いに隣り合う複数の電極毎)にA相の交流信号、B相の交流信号、XA相の交流信号、XB相の交流信号の供給がなされる(入力がなされる)。そして、高次で、それら2つ以上の電極内の一部の電極の電圧相、位相、極性が切り替わるため、最低でも、8個以上の電極群が必要であることがわかる。 In the present embodiment, the driving order is switched between the traveling wave having a driving order of 4th order and the traveling wave having a driving order of 8th order. However, depending on how the electrode group is arranged, the driving order can be switched between other driving orders. It is possible. In each case, in low order, for each of two or more electrodes (for each of a plurality of electrodes adjacent to each other), an A-phase AC signal, a B-phase AC signal, an XA-phase AC signal, and an XB-phase AC signal are used. Supply is made (input is made). Then, since the voltage phase, phase, and polarity of some of the electrodes in the two or more electrodes are switched at higher order, it can be seen that at least eight or more electrode groups are required.
本実施形態では、回転駆動型の振動型アクチュエータを例示した。しかし、直進駆動型の振動型アクチュエータであっても、当該回転駆動型の振動型アクチュエータと同様の構成で、当該回転駆動型の振動型アクチュエータと同様の効果を発揮することができる。 In this embodiment, a rotation drive type vibration type actuator is exemplified. However, even a straight-ahead drive type vibration type actuator can exhibit the same effect as the rotation drive type vibration type actuator with the same configuration as the rotation drive type vibration type actuator.
[比較形態]
比較形態に係る、振動型駆動装置の全体図(ブロック図)を、図11に示す。比較形態では選択部及び次数指示手段を有していない。図12に、比較形態に係る、フレキシブル基板101b上の電極及び駆動用配線130の配置図(配置を示す平面図)を示す。図12は、フレキシブル基板101bを振動体610の側から見た状態を示す。
[Comparison form]
FIG. 11 shows an overall view (block diagram) of the vibration type drive device according to the comparative mode. The comparative form does not have a selection unit and an order indicating means. FIG. 12 shows an arrangement diagram (plan view showing the arrangement) of the electrodes and the driving
フレキシブル基板101bは、柔軟な樹脂で形成された平面的な基材に設けられた配線と端子を備えている。フレキシブル基板101bには、複数の駆動用端子151~154、複数の駆動用配線130、複数の電極群111~114、複数の給電パネル140が設けられている。複数の電極群111~114のそれぞれは、複数の電極111a~111h、・・・、114a~114hを有する。複数の電極群111~114のそれぞれが有する複数の電極は、互いに導通している。
The
複数の駆動用端子151~154のそれぞれは、複数の駆動用配線130と接続する。複数の駆動用配線130のそれぞれは、複数の電極群111~114と接続する。複数の電極群111~114のそれぞれが有する複数の電極111a~111h、・・・、114a~114hのそれぞれは、複数の給電パネル140と接続する。
Each of the plurality of
給電パネル140は、駆動用圧電素子105に交流電圧を印加する。また、駆動用配線130は、複数の電極のそれぞれに交流信号を供給する(入力する)。また、複数の駆動用端子151~154は、端子基板104b上から交流信号を供給する(入力する)。
The
給電パネル140は、第1実施形態と同様に、全部で32枚設けられている。そして、32枚の給電パネルのそれぞれに対応する電極を一つずつ持つ。4本ある駆動用配線130はそれぞれ、複数(8個)の電極が、円周上において45度おきに接続している。
Similar to the first embodiment, 32
本比較形態では、これら共通の駆動用配線で接続された電極を総称して、電極群と呼称する。例えば、図12において、電極111a~111hには、共通の駆動用配線130を介して、同じ交流信号が供給される(入力される)。フレキシブル基板101b上には、複数(4個)の電極群が形成されている。
In this comparative embodiment, the electrodes connected by these common drive wirings are collectively referred to as an electrode group. For example, in FIG. 12, the same AC signal is supplied (input) to the
駆動用端子151~154及び駆動用配線130にそれぞれ、交流信号A、交流信号B、交流信号XA、交流信号XBの順に交流信号が供給されている(入力されている)。駆動用端子151に接続された電極111a~111hまでの複数の電極が一つの電極群を形成している。
AC signals are supplied (input) to the
そして、A相(第1の電圧相)の交流信号が供給されていて(入力されていて)、XA信号が供給されている(入力されている)駆動用端子153に接続された8個の電極を有する電極群とともに8次の定在波を振動体620上に生成する。なお、8次以上の定在波を振動体上に生成する場合には、8個以上の電極を有する電極群と用いればよい。
Then, eight A-phase (first voltage phase) AC signals are supplied (input), and eight are connected to the
同様に駆動用端子152と154に供給された(入力された)B相(第2の電圧相)の交流信号とXB相(第2の電圧相)の交流信号から8次の定在波が振動体620上に生成される。A相の交流信号とXA相の交流信号による定在波と、B相の交流信号とXB相の交流信号による定在波と、が4分の1周期ずれて生成されるため(発生させられるため)、振動体620上に、駆動次数が8次の進行波が生成される(発生させられる)。
Similarly, an eighth-order standing wave is generated from the AC signal of the B phase (second voltage phase) and the AC signal of the XB phase (second voltage phase) supplied (input) to the
[実施形態の比較形態に対する優位性]
上記の様に、第1実施形態及び第2実施形態では、振動体上に生成する進行波の駆動次数を切り替えることができる。一方、比較形態では、振動体上に生成する進行波の駆動次数を切り替えることができない。
[Superiority of embodiments over comparative embodiments]
As described above, in the first embodiment and the second embodiment, the drive order of the traveling wave generated on the vibrating body can be switched. On the other hand, in the comparative mode, the drive order of the traveling wave generated on the vibrating body cannot be switched.
振動体620に供給する(入力する)交流信号の周波数は、その駆動に用いる進行波の駆動次数に応じた共振周波数を用いる。また、駆動次数と共振周波数はほぼ比例関係にあることが知られている。
As the frequency of the AC signal supplied (input) to the vibrating
一般に、進行波の速度をv、振幅をξ、周波数をf、駆動次数をn、振動体620の厚みをh、振動体620の周長をLとして以下の式で表される。
Generally, the velocity of the traveling wave is v, the amplitude is ξ, the frequency is f, the drive order is n, the thickness of the vibrating
この式によれば、駆動次数nと速度vが比例し、かつ周波数fと駆動次数nが比例する。そのため、駆動次数nを2倍にした場合、速度vは駆動次数の2乗に比例して大きくなる。したがって、駆動次数をN次から2N次に変化させた場合、進行波の速度は4倍となる。 According to this equation, the drive order n is proportional to the speed v, and the frequency f is proportional to the drive order n. Therefore, when the drive order n is doubled, the speed v increases in proportion to the square of the drive order. Therefore, when the drive order is changed from the Nth order to the 2Nth order, the speed of the traveling wave becomes four times.
振動体と接触体の間で滑りを生じていない場合では、振動体と接触体との間に働く摩擦力は静止摩擦力となり、静止摩擦力により、進行波の速度と同じ速度で接触体610を駆動することができる。また、振動体と接触体の間で滑りを生じている場合では、振動体と接触体との間に働く摩擦力は動摩擦力となり、動摩擦力により、接触体610が駆動される(接触体610が、振動体620に対して相対的に移動される)。
When no slip occurs between the vibrating body and the contact body, the frictional force acting between the vibrating body and the contact body becomes a static friction force, and the static friction force causes the
いずれの場合も、摩擦力の大きさ次第で、大きな駆動負荷を駆動することが可能になる。 In either case, it is possible to drive a large drive load depending on the magnitude of the frictional force.
摩擦力は、一般に、垂直抗力と摩擦係数μの積で表される。摩擦係数μは、真実接触面積に比例することが知られている。以下、駆動次数と真実接触面積の関係について述べる。 The frictional force is generally expressed as the product of the normal force and the coefficient of friction μ. The coefficient of friction μ is known to be proportional to the true contact area. Hereinafter, the relationship between the drive order and the true contact area will be described.
振動体620上に生成する進行波の形状は周上の座標をx、駆動次数をn、振幅をξ、周長をLとして、
The shape of the traveling wave generated on the vibrating
と表される。この場合、波頭の曲率半径Rは It is expressed as. In this case, the radius of curvature R of the wave front is
と表される。また、振動体620と接触体610との加圧力をFとすると、駆動次数nの進行波の一つの波頭に加わる力は
It is expressed as. Further, assuming that the pressing force between the vibrating
となる。ヘルツの接触理論により、半径Rの円筒が平面に力 Will be. According to Hertz's contact theory, a cylinder with radius R forces a plane.
で押し付けられた場合、接触半径aは When pressed with, the contact radius a is
と比例関係にある。 Is in proportion to.
以上により、一つの波頭の接触体610との接触面積Sは、接触半径aと、
As described above, the contact area S of one wave front with the
の関係にある。以上により、駆動次数がNで進行波の振幅がξの場合の波頭1個あたりの接触面積と、駆動次数がmNで進行波の振幅が There is a relationship. From the above, the contact area per wave head when the drive order is N and the amplitude of the traveling wave is ξ, and the amplitude of the traveling wave when the drive order is mN
の場合の波頭1個あたりの接触面積と、の比率は、 In the case of, the ratio of the contact area per wave crest is
となる。 Will be.
しかし、駆動次数mNの場合、駆動次数Nの場合より波頭がm倍多く存在するので、接触面積の比率は However, in the case of the drive order mN, there are m times more wave fronts than in the case of the drive order N, so the ratio of the contact area is
となる。つまり、駆動次数mNの場合、駆動次数Nの場合より、真実接触面積が Will be. That is, in the case of the drive order mN, the true contact area is larger than in the case of the drive order N.
倍大きく、摩擦係数も Twice as large and has a coefficient of friction
倍大きいことになる。 It will be twice as big.
一方、進行波の速度は On the other hand, the speed of the traveling wave is
と表される。駆動次数mNかつ振幅 It is expressed as. Drive order mN and amplitude
で、駆動次数に応じた周波数mfを入力した場合、進行波の速度は So, when the frequency mf corresponding to the drive order is input, the speed of the traveling wave is
となる。一方、駆動次数Nで振幅ξの場合、進行波の速度は Will be. On the other hand, when the drive order is N and the amplitude is ξ, the velocity of the traveling wave is
となる。そのため、駆動次数をm倍にして振幅を Will be. Therefore, the drive order is multiplied by m to increase the amplitude.
倍にすると、速度を維持したまま、摩擦係数、及び(一般に、垂直抗力効力と摩擦係数μの積で表される)摩擦力を、 When doubled, the coefficient of friction and the coefficient of friction (generally expressed as the product of the normal force effect and the coefficient of friction μ) are increased while maintaining the velocity.
倍にすることができる。そして、より負荷の大きい駆動対象を駆動することができる。 Can be doubled. Then, it is possible to drive a drive target having a larger load.
特に、第1実施形態及び第2実施形態の場合はm=2の場合にあたる。そして、駆動次数8次で駆動するときは、駆動次数4次で駆動するときに比べ、周波数を2倍にし、振幅を4分の1にすることで、速度を維持したまま、摩擦力及びトルクを約1.4倍にすることができる。 In particular, in the case of the first embodiment and the second embodiment, it corresponds to the case of m = 2. When driving with the 8th drive order, the frequency is doubled and the amplitude is 1/4 of the frequency when driving with the 4th drive order, so that the frictional force and torque are maintained while maintaining the speed. Can be increased by about 1.4 times.
一方、駆動次数を増加させたときに駆動周波数fを増加させると、インバータにおけるスイッチング損失が増加し、インバータに使用されるブリッジ回路が昇温し、停止しかねない。 On the other hand, if the drive frequency f is increased when the drive order is increased, the switching loss in the inverter increases, the bridge circuit used in the inverter rises, and the bridge circuit may stop.
そのため、駆動対象を加速駆動する場合などには、駆動次数が高次の駆動モードで駆動を行い、一定速度など、それほど負荷がかからない場合には、駆動次数が低次の駆動モードで駆動することが好ましい。これにより、インバータ(に使用されるブリッジ回路)の昇温の抑制と駆動対象の確実な駆動制御を両立することができる。 Therefore, when accelerating the drive target, drive in a drive mode with a higher drive order, and drive in a drive mode with a lower drive order when a load is not so much applied, such as at a constant speed. Is preferable. As a result, it is possible to suppress the temperature rise of the inverter (the bridge circuit used in the inverter) and to reliably control the drive target.
よって、駆動次数の切り替えが可能な、本発明の第1実施形態及び第2実施形態は、切り替えが不可能な、比較形態に対して、優位性がある。 Therefore, the first embodiment and the second embodiment of the present invention, in which the drive order can be switched, are superior to the comparative mode in which the drive order cannot be switched.
100 給電部
101a、101b フレキシブル基板
102 駆動用コネクタ
103 外部給電用ハーネス
104 端子基板
105 駆動用圧電素子
111a~111d 電極
112a,113a,114a,115a,116a,117a 電極
118a~118d 電極
130 駆動用配線
140 給電パネル
151~158 駆動用端子
161~166 スイッチング素子
171~178 PWMポート
181~186 イネーブル信号
200 制御部
300 次数指示手段(指示部)
400 インバータ
500 変圧器及び平滑回路
600 振動波モータ(振動型アクチュエータ)
610 接触体
620 振動体
700 変換回路(選択部)
800 制御部
900 指示部及び選択部
100
400
610
800
Claims (7)
前記複数の電極群のそれぞれに印加する、前記複数種類の交流信号、又は、前記複数の電極群のそれぞれに印加する前記複数種類の交流信号、が基づく、複数種類のPWM信号を選択する選択部と、
前記選択部が選択する、前記複数種類の交流信号又は前記複数種類のPWM信号を指示する指示部と、を有し、
前記指示部は、1つ、又は、互いに隣り合う複数の電極毎に、第1の電圧相及び第1の極性、第2の電圧相及び前記第1の極性、前記第1の電圧相及び第2の極性、並びに、前記第2の電圧相及び前記第2の極性の順に、前記複数種類の交流信号又は前記複数種類のPWM信号を選択することを前記選択部に指示することを特徴とする振動波モータの制御装置。 Multiple types of AC signals formed in a vibrating body, each having only one electrode or a plurality of electrodes conducting with each other, each having at least one of different voltage phases and polarities from each other. A vibration wave motor control device that moves a contact body in contact with the vibrating body relative to the vibrating body by applying any of the above to generate a traveling wave in the vibrating body.
A selection unit that selects a plurality of types of PWM signals based on the plurality of types of AC signals applied to each of the plurality of electrode groups or the plurality of types of AC signals applied to each of the plurality of electrode groups. When,
It has an instruction unit for instructing the plurality of types of AC signals or the plurality of types of PWM signals selected by the selection unit.
The indicator has a first voltage phase and a first polarity, a second voltage phase and the first polarity, the first voltage phase and the first for each of one or a plurality of electrodes adjacent to each other. It is characterized in that the selection unit is instructed to select the plurality of types of AC signals or the plurality of types of PWM signals in the order of the two polarities, the second voltage phase, and the second polarity. Vibration wave motor control device.
前記制御部から出力されたPWM信号に基づいて、前記第1の電圧相及び前記第1の極性、前記第2の電圧相及び前記第1の極性、の交流信号を出力するインバータと、
前記インバータから出力された交流信号に基づいて、前記第1の電圧相及び前記第1の極性、前記第2の電圧相及び前記第1の極性、前記第1の電圧相及び前記第2の極性、並びに、前記第2の電圧相及び前記第2の極性、の交流信号、を出力する変圧器と、を有し、
前記選択部は、前記変圧器から出力された交流信号から、前記複数の電極群のそれぞれに印加する、前記複数種類の交流信号を選択し、前記複数の電極群のそれぞれに印加する、ことを特徴とする請求項1に記載の振動波モータの制御装置。 A control unit that outputs a PWM signal based on the AC signal of the first voltage phase and the AC signal of the second voltage phase.
An inverter that outputs an AC signal of the first voltage phase and the first polarity, the second voltage phase and the first polarity based on the PWM signal output from the control unit.
Based on the AC signal output from the inverter, the first voltage phase and the first polarity, the second voltage phase and the first polarity, the first voltage phase and the second polarity. And a transformer that outputs an AC signal of the second voltage phase and the second polarity.
From the AC signal output from the transformer, the selection unit selects the plurality of types of AC signals to be applied to each of the plurality of electrode groups and applies them to each of the plurality of electrode groups. The control device for a vibration wave motor according to claim 1.
前記制御部から出力されたPWM信号に基づいて、前記第1の電圧相及び前記第1の極性、前記第2の電圧相及び前記第1の極性、前記第1の電圧相及び第2の極性、並びに、前記第2の電圧相及び前記第2の極性、の交流信号を出力するインバータと、
前記インバータから出力された交流信号に基づいて、前記第1の電圧相及び前記第1の極性、前記第2の電圧相及び前記第1の極性、前記第1の電圧相及び前記第2の極性、並びに、前記第2の電圧相及び前記第2の極性、の交流信号を出力し、前記複数の電極群のそれぞれに印加する変圧器と、を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の振動波モータの制御装置。 The first voltage phase and the first polarity AC signal, the second voltage phase and the first polarity AC signal, the first voltage phase and the second, selected by the selection unit. A control unit that outputs a PWM signal based on the AC signal of the polarity of the above, and the second voltage phase and the AC signal of the second polarity.
Based on the PWM signal output from the control unit, the first voltage phase and the first polarity, the second voltage phase and the first polarity, the first voltage phase and the second polarity. , And an inverter that outputs AC signals of the second voltage phase and the second polarity.
Based on the AC signal output from the inverter, the first voltage phase and the first polarity, the second voltage phase and the first polarity, the first voltage phase and the second polarity. , And a transformer that outputs an AC signal of the second voltage phase and the second polarity and applies to each of the plurality of electrode groups, according to claim 1. Vibration wave motor control device.
前記制御装置により制御される振動型アクチュエータと、を有することを特徴とする振動型駆動装置。 The control device according to any one of claims 1 to 6.
A vibration type drive device comprising: a vibration type actuator controlled by the control device.
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