JP2582853B2 - 振動子用電源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、セラミック振動子を振動させる振動子用電
源に関する。

（従来の技術） 従来のこの種の振動子用電源としては、たとえば第７
図に示す構成が知られている。

第７図において、１は駆動用電源としての直流電源
で、この直流電源１はインバータ回路２に接続されてい
る。

このインバータ回路２は、直流電源１の正極に変圧器
３の一次巻線４の中点が接続され、この一次巻線４の一
方側には第１のトランジスタ５のコレクタ・エミッタを
介して直流電源１の負極が、また、一次巻線４の他方側
には第２のトランジスタ６のコレクタ・エミッタを介し
て直流電源１の負極が接続されている。さらに、この直
流電源１にはあらかじめ発振周波数fiが定められた発振
回路７が接続され、この発振回路７の出力端子がそれぞ
れ第１のトランジスタ５のベースおよび第２のトランジ
スタ６のベースに接続されている。

また、変圧器３の二次巻線８にはセラミック振動子９
が接続されるとともに、コイル10が接続されている。

そして、直流電源１から発振回路７に電圧を印加し、
この発振回路７は第１のトランジスタ５のベースと、第
２のトランジスタ６のベースとに対して交互にベース電
流を与え、第１のトランジスタ５および第２のトランジ
スタ６を交互にオン、オフさせる。これら第１のトラン
ジスタ５および第２のトランジスタ６の動作により、一
次巻線４の一方側と他方側とに交互に電流が流れ、変圧
器３の二次巻線８に交流電圧が誘起される。このとき、
インバータ回路２およびコイル10のインダクタンスＬ
と、セラミック振動子９のキャパシタンスＣで定まる電
気的共振周波数fE＝｛２π（LC）¹/²｝^-1がセラミック
振動子９の発振周波数f0と等しくなるように、コイル10
を調整する。そして、二次巻線８に誘導された電流でセ
ラミック振動子９を振動させる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、ある一定の温度でコイル10を調整し電
気的共振周波数fEを発振動周波数f0に合わせても、第６
図に示すようにセラミック振動子９のキャパシタンスＣ
は温度により大幅に変化するので、回路の電気的共振周
波数fEとセラミック振動子９の発振動周波数f0が温度に
より異なってしまい使用環境条件が広い場合には第１お
よび第２のトランジスタ5,6にかかる負荷が容量性また
は誘導性となり第１のトランジスタ５および第２のトラ
ンジスタ６の発熱が増加し、破壊されるおそれがある問
題を有している。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、発振動周
波数を常に回路の電気的共振周波数に合わせ、スイッチ
ング素子を加熱したり破壊したりすることがない振動子
用電源を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の振動子用電源は、スイッチング素子の発振に
より直流を交流に変換して出力するインバータ回路と、
このインバータ回路の出力が供給されるセラミック振動
子と、このセラミック振動子と電気的に共振する可飽和
リアクトルと、前記セラミック振動子に流れる電流を検
出する第１の電流検出回路と、前記可飽和リアクトルに
流れる電流を検出する第２の電流検出回路と、前記第１
の電流検出回路で検出された前記セラミック振動子に流
れる電流および前記第２の電流検出回路で検出された前
記可飽和リアクトルに流れる電流を比較する比較回路
と、この比較回路での比較結果に従って前記可飽和リア
クトルのインダクタンスを可変させるインダクタンス制
御回路とを具備したものである。

（作用） 本発明は、直流電源からインバータ回路に電力を供給
し、インバータ回路は直流を交流に変換して可飽和リア
クトルおよびセラミック振動子に電力を供給し、セラミ
ック振動子を発振させ、セラミック振動子に流れる電流
を第１の電流検出回路で検出し、可飽和リアクトルに流
れる電流を第２の電流検出回路で検出し、第１の電流検
出回路と第２の電流検出回路の出力を比較回路で比較
し、インダクタンス制御回路で比較回路の出力に従って
可飽和リアクトルのインダクタンスを補正し、セラミッ
ク振動子のキャパシタンスに対応させ、セラミック振動
子の発振動周波数と、補正された可飽和リアクトルのイ
ンダクタンスおよびセラミック振動子のキャパシタンス
の電気的共振周波数と、インバータ回路の発振周波数と
を合わせる。

（実施例） 以下、本発明の振動子用電源の一実施例を図面を参照
して説明する。

第１図において、11は駆動用の直流電源で、この直流
電源11にはインバータ回路12が接続されている。このイ
ンバータ回路12は、直流電源11の正極に変圧器13の一次
巻線14の中点が接続され、この一次巻線14の一方側の一
次巻線15にスイッチング素子としての第１のトランジス
タ16のコレクタ・エミッタを介して直流電源11の負極が
接続されるとともに、変圧器13の一次巻線14の他方側の
一次巻線17がスイッチング素子としての第２のトランジ
スタ18のコレクタ・エミッタを介して直流電源11の負極
に接続されている。また、直流電源11には発振回路19が
接続され、この発振回路19には第１のトランジスタ16お
よび第２のトランジスタ18のベースが接続されている。

そして、インバータ回路12の変圧器13の二次巻線21に
は、セラミック振動子22および第１の電流検出回路23の
直列回路と、可飽和リアクトル24のインダクタとしての
インダクタコイル25および第２の電流検出回路27の直列
回路とが並列に接続されている。また、第１の電流検出
回路23は、二次巻線21およびセラミック振動子22に直列
に接続された電圧検出用抵抗31に、ダイオード32を介し
てコンデンサ34および放電抵抗33が並列に接続されてい
る。さらに、第２の電流検出回路27は、二次巻線21およ
び可飽和リアクトル24のインダクタコイル25に対して直
列に接続された電圧検出用抵抗36に、ダイオード37を介
してコンデンサ39および放電抵抗38が並列に接続されて
いる。

そして、第１の電流検出回路23のダイオード32、放電
抵抗33およびコンデンサ34の接続点と、第２の電流検出
回路27のダイオード37、放電抵抗38およびコンデンサ39
の接続点は、それぞれインダクタンス制御回路41のコン
パレータとして機能する比較回路としてのオペアンプ42
の入力端にそれぞれ接続されている。

このオペアンプ42の出力端は抵抗43を介してトランジ
スタ44のベースに接続され、このトランジスタ44のエミ
ッタ・コレクタは制御用電源部45と、直列にかつ互いに
誘起される電圧を打ち消し合うように設けられた可飽和
リアクトル24の制御用コイル46,47に接続されている。
また、制御電源部45は、変圧器13に設けられた電源用巻
線48に半波整流用のダイオード49が接続され、さらに平
滑コンデンサ50を有するものである。

次に、上記実施例の動作について説明する。

まず、直流電源11から発振回路19に電力が供給される
と、発振回路19から第１のトランジスタ16および第２の
トランジスタ18のベースにベース電流を流し、交互にト
ランジスタ16,18をオンする。たとえば、まず、第１の
トランジスタ16がオンすると、直流電源11から第１の一
次巻線15および第１のトランジスタ16の経路で電流が流
れる。次に、第２のトランジスタ18のベースにベース電
流を与えて、第２のトランジスタ18をオンするとともに
第１のトランジスタ16のベース電流を消滅させて第１の
トランジスタ16をオフする。これにより、直流電源11、
第１の一次巻線15および第１のトランジスタ16の経路で
流れていた電流は、直流電源11、第２の一次巻線17およ
び第２のトランジスタ18の経路で流れる。したがって、
二次巻線21に誘起される電圧の向きは反対となり、これ
らの動作を繰り返すことによりセラミック振動子22に交
流を供給する。そして、インバータ回路12により交流が
供給されることにより、セラミック振動子22が振動す
る。

そうして、セラミック振動子22が振動しているとき、
第１の電流検出回路23の電圧検出用抵抗31でセラミック
振動子22の電流値を電圧に変換して検出するとともに、
第２の電流検出回路27の電圧検出用抵抗36で可飽和リア
クトル24のインダクタコイル25の電流値を検出する。こ
れら電圧検出用抵抗31,36により検出した電圧をオペア
ンプ42で比較し、インダクタコイル25のインダクタンス
に対してセラミック振動子22のキャパシタンスが高くな
ることにより電流が上昇し電圧検出用抵抗31の電圧が上
昇すると、オペアンプ42の出力が増加する。このよう
に、オペアンプ42の出力が増加することにより、ベース
電流が増加し、制御用コイル46,47の電流が増加してイ
ンダクタコイル25のインダクタンスが低下する。これに
より、セラミック振動子22のキャパシタンスはインダク
タコイル25のインダクタンスに対応した値となる。

反対に、セラミック振動子22のキャパシタンスがイン
ダクタコイル25に対して低くなると、電流が減少するの
で電圧検出用抵抗31の電圧が低下し、オペアンプ42の出
力が低下する。オペアンプ42の出力が低下することによ
りトランジスタ44のベース電流が減少し、制御用コイル
46,47の電流が低下し、可飽和リアクトル24のインダク
タコイル25のインダクタンスが増加する。これにより、
セラミック振動子22のキャパシタンスをインダクタコイ
ル25のインダクタンスに対応させる。

すなわち、第２図に示すように、第１の電流検出回路
23でセラミック振動子22のキャパシタンス分を含む電流
を検出し、第２の電流検出回路27で可飽和リアクトル24
のインダクタンス分を含む電流を検出して、それぞれの
電流値を比較し、これらの電流値に従って可飽和リアク
トル24のインダクタ25を可変して、可飽和リアクトル24
のインダクタンスを変化させ、たとえば温度で変化した
セラミック振動子22のキャパシタンスに対応させる。こ
のようにして、第３図に示すように、キャパシタンス成
分を含む電流Icと、インダクタンス成分を含む電流値IL
を等しくして並列共振によりセラミック振動子22を振動
させる。

そうして、セラミック振動子22のキャパシタンス成分
が温度により変化しても、常にこの変化したキャパシタ
ンスに対応したインダクタンスになるようにし、共振状
態を保つ。

また、制御用電源部45は変圧器13に電源用巻線48を設
けて設定する場合に限らず、直流電源11に直接接続した
り、別個の電源とすることもできる。

さらに、可飽和リアクトル24は制御用コイル46,47側
を変圧器13に、インダクタコイル25を制御用電源部45に
接続することもできる。

次に、たとえば２相用のセラミックモータの駆動回路
である振動子用電源の他の実施例を第４図を参照して説
明する。

直流電源11には、sin波交流とCOS波交流の２相の交流
を発生させるインバータ回路51が接続され、このインバ
ータ回路51のsin波交流とcos波交流の出力端には、セラ
ミック振動子22,22および可飽和リアクトル24,24が接続
されている。また、セラミック振動子22,22には第１の
電流検出回路23が接続され、可飽和リアクトル24,24に
は第２の電流検出用回路27が接続されている。そして、
第１の電流検出回路23および第２の電流検出回路27に
は、これら第１および第２の電流検出回路23,27の出力
を比較するコンパレータとしてのオペアンプ42が接続さ
れている。さらに、このオペアンプ42の出力端は、イン
ダクタンス制御回路41を介して、可飽和リアクトル24,2
4に接続されている。

そして、インバータ回路51は、第１図に示すインバー
タ回路12に、さらに90゜位相を変化させる位相回路52を
介してcos波交流出力用の回路が形成され、sin波交流出
力端子とcos波交流出力端子および共通端子が設けられ
ている。また、２つの可飽和リアクトル24,24には、制
御用コイル46,47,46,47が４つ制御用電源部45に直列に
接続されている。また、第１および第２の電流検出回路
23,27の放電抵抗33,38は、第１図に示す実施例の場合と
同様に、コンデンサ34,39に対して並列に設けられてい
る。

次に、上記第４図に示す実施例の動作について説明す
る。

まず、直流電源11の直流をインバータ回路51の発振回
路19でsin波交流出力用の一方のトランジスタ16,18を交
互にオンさせるとともに、90゜位相を変化させる位相回
路を介してcos波交流出力用の他方のトランジスタ16,18
を交互にオンさせてsin波交流とcos波交流を発生させ
る。そして、sin波交流とcos波交流のそれぞれで、これ
ぞれのセラミック振動子22,22を振動させる。

このとき、２つのセラミック振動子22,22に流れる電
流を加えた電流と、２つの可飽和リアクトル24,24のイ
ンダクタコイル25,25に流れる電流を加えた電流とをそ
れぞれ第１の電流検出回路23と第２の電流検出回路27で
電圧に変換して検出する。そうして、第１の電流検出回
路23の出力と第２の電流検出回路27の出力すなわちセラ
ミック振動子22,22に流れる電流と可飽和リアクトル24,
24のインダクタコイル25,25に流れる電流とをオペアン
プ42で比較し、トランジスタ44のベース電流を変化させ
ることにより、可飽和リアクトル24,24の制御用コイル4
6,47,46,47に流れる電流を変化させ可飽和リアクトル2
4,24のインダクタコイル25,25のインダクタンスを変化
させる。これにより、セラミック振動子22,22の変化し
たキャパシタンスにインダクタンスを対応させる。

また、上記第１図および第４図に示す回路は、超音波
モータに限らず、洗浄器等にも用いることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、セラミック振動子に流れる電流と可
飽和リアクトルに流れる電流とを比較し、可飽和リアク
トルのインダクタンスを変化させているので、セラミッ
ク振動子のキャパシタンスが温度などにより変化して
も、常にセラミック振動子の発振動周波数、セラミック
振動子および可飽和リアクトルの電気的共振周波数、お
よび、インバータ回路の発振周波数が等しくなるので、
負荷が誘導性または容量性となることがないのでスイッ
チング素子などの過熱、破壊を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の振動子用電源の一実施例を示す回路
図、第２図は同上一部を示す説明図、第３図はインダク
タンスとキャパシタンスの関係図、第４図は他の実施例
を示す回路図、第５図はセラミック振動子の振動量と周
波数との関係を示すグラフ、第６図はセラミック振動子
のキャパシタンスと温度との関係を示すグラフ、第７図
は従来例を示す回路図である。 11……直流電源、12……インバータ回路、16……スイッ
チング素子としての第１のトランジスタ、18……スイッ
チング素子としての第２のトランジスタ、22……セラミ
ック振動子、23……第１の電流検出回路、24……可飽和
リアクトル、27……第２の電流検出回路、41……インダ
クタンス制御回路、42……比較回路としてのオペアン
プ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スイッチング素子の発振により直流を交流
   に変換して出力するインバータ回路と、 このインバータ回路の出力が供給されるセラミック振動
   子と、 このセラミック振動子と電気的に共振する可飽和リアク
   トルと、 前記セラミック振動子に流れる電流を検出する第１の電
   流検出回路と、 前記可飽和リアクトルに流れる電流を検出する第２の電
   流検出回路と、 前記第１の電流検出回路で検出された前記セラミック振
   動子に流れる電流および前記第２の電流検出回路で検出
   された前記可飽和リアクトルに流れる電流を比較する比
   較回路と、 この比較回路での比較結果に従って前記可飽和リアクト
   ルのインダクタンスを可変さおるインダクタンス制御回
   路と を具備したことを特徴とする振動子用電源。