JP2595950B2 - 超音波モータ駆動装置 - Google Patents

超音波モータ駆動装置

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モ
ータに係わり、特に超音波モータの弾性体を励振させる
圧電体を駆動させる駆動装置に関する。
従来の技術 近年、圧電体等の電気−機械変換子を用いて超音波振
動を励振することにより、回転あるいは走行運動を得る
超音波モータが従来のモータに比べ単位体積当りの出力
が大きいということで注目されている。
この超音波モータの構造の断面図を第4図に示す。
第4図において、円形の圧電体1および圧電体2と円
形の弾性体3とを厚み方向に重ねて構成したステータ4
と、このステータ4に面接触するライニング材5を備え
た円形のロータ6と、軸受け7と、前記ステータ4とロ
ータ6とを加圧接触するための締結部材8と、電気信号
を前記2枚の圧電体に印加するための端子9,10,11とか
ら超音波モータ12は構成されている。
この超音波モータの駆動装置として、第5図に示す構
成があり、この構成について以下説明する。
超音波モータ12を構成するステータ4により定まる駆
動周波数fdで90度の位相差をもつ2つの信号AおよびB
を出力する発振装置13と、この発振装置13の各々の出力
信号を反転するインバータ回路14および15と一次側巻線
の中間に端子20bを用け、この端子から終端までの巻線2
0a〜20bおよび20b〜20cと二次側巻線20d〜20eが任意の
巻数比で構成されているトランス20およびこれと同じ構
成のトランス21と、このトランス20,21の一次側中間端
子20b,20bに直流電源23を、一次側の他の端子20a,20c,2
1a,21cには前記発振装置13および前記インバータ回路1
4,15の出力に従いスイッチング動作するスイッチング素
子16,17,18,19を接続した増幅回路22とから構成されて
おり、前記トランス20,21の二次側巻線の出力は、超音
波モータ12の端子9,10,11に接続されている。
第6図は第5図における各回路の信号波形であり、波
形IおよびJは、発振装置13の出力AおよびBであり、
それぞれデューティが1:1で、波形IとJとは90度の位
相差t7がある。波形Kは、発振装置13の出力Aの信号で
あり、スイッチング素子18へ入力される信号である。波
形Lは、前記出力Aの信号をインバータ回路15で信号反
転してスイッチング素子19へ入力される信号である。波
形Mはトランス21の二次側巻線21d〜d1e間の波形であ
る。
発振装置13の出力Bの信号についても上記と同様な動
作が行われる。(図示せず) 次に第6図を用いて第5図の動作について説明する。
発振装置13の出力Aより信号が出力されると、スイッ
チング素子18,19には第6図の波形K,Lの様に時間的に反
転した信号がそれぞれ入力されるため、スイッチング素
子18,19は交互にスイッチング動作を行う。スイッチン
グ素子18がONの時は、トランス21の一次側巻線には端子
21bから端子21aの方に電流が流れる。逆にスイッチング
素子18がOFFでスイッチング素子19がONの時は、一次側
巻線には端子21bから端子21cの方に電流が流れる。この
スイッチング素子18,19を交互にスイッチング動作さ
せ、一次側巻線に流れる電流の方向を変えることによ
り、二次側巻線21d〜21e間には第6図の波形Mの様な交
流電圧が発生する。トランス20についても同様の動作が
おこる。このため、トランス20,21の二次側巻線間に
は、互いに90度の位相差をもつ交流電圧が生じる。この
90度の位相差をもつ交流電圧を超音波モータ12の圧電素
子1,2の印加して超音波振動を励振させステータ4に進
行波を発生させることにより回転力が発生する。
発明が解決しようとする問題点 ところが、超音波モータのステータに進行波を発生さ
せ、回転力を得るためには、ステータを構成する2枚の
圧電体に90度の位相差をもつ交流信号を印加しなければ
ならない。このためには90度の位相差をもつ信号源が不
可欠であり、従来例に示すような発振装置にこの機能を
組み込むことが必要となるため、駆動装置が大きくなっ
てしまう。
また、交流信号を発生するために、従来例の構成でス
イッチング素子16,17および18,19のそれぞれを交互にス
イッチング動作させていては、スイッチング素子の特性
により、スイッチング素子16,17および18,19が同時にON
する期間が発生し、スイッチング素子が破損してしまう
恐れがある。
本発明は、上記の欠点を解決し、90度の位相差をもつ
2つの信号を1つの基準信号から論理演算によって発生
させ、また、スイッチング素子を同時にONしないように
信号に遅れ時間をもたせることにより、安定動作ができ
る小形な低価格な超音波モータ駆動装置を提供しようと
いうものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の超音波モータ駆
動装置は、発振器と、この発振器の出力から90度の位相
差をもつ2つの信号をつくる移相回路と、この移相回路
の出力信号と移相回路の出力をそれぞれ反転した信号と
の4つの信号の立上りを任意の時間だけ遅らす遅延回路
と、この遅延回路の出力に応じて超音波モータを構成す
る圧電体を駆動させる駆動回路とを備えたものである。
作用 この構成によって、90度の位相差をもつ信号が回路構
成を簡単なもので実現でき、信号の遅れ時間を用けるこ
とにより、スイッチング素子の破損も皆無となるため、
動作が安定で、安価な駆動装置が提供できる。
実施例 以下、本実施例の一実施例を図面にもとづいて説明す
る。
第1図は本発明の一実施例における超音波モータの駆
動装置を示すものである。従来例と同一部分については
同一符号を付している。
12は超音波モータを構成する圧電体1と圧電体2とを
電気回路図で示したものである。
24は発振器で、市販されているタイマーICと、外付部
品抵抗、コンデンサ(図示せず)等からなり、コンデン
サの充放電を利用した無安定発振回路の構成となってい
る。
27は位相回路で、市販されているカウンターIC25と、
論理素子ExclusiveOR26(以下EORゲートと称する)とか
らなり、25aはクロック入力端子、25bはクロック入力端
子25aに入力されるクロックを2分周した出力端子、25c
は前記クロックを4分周した出力端子である。
14,15はインバータ(NOT)回路である。32は遅延回路
で、抵抗28とコンデンサ29からなる積分回路にダイオー
ド30と波形整形用のインバータ(NOT)回路を付加した
ものである。33,34,35は遅延回路32と同じ構成の遅延回
路である。
第2図、第3図に第1図の各回路の信号波形を示し
た。
まず、無安定発振回路である発振器24から第2図のA
のようなデューティがt1:t2(ただしt1≠t2,t1は信号が
High,t2は信号がLowの時間)の信号がカウンターIC25の
クロック入力端子25aに入力されると、信号Aを2分
周、および4分周した信号線第2図のBおよびCが端子
25bおよび25cに得られる。次に第2図のBとCの信号を
論理素子EORゲートで演算すると前記信号Cに対し、電
気的に90度の位相差t3をもつ同図のDの信号が得られ
る。端子25cの出力である信号Cは、一方はそのまま
で、他方はNOT回路14を介してそれぞれ遅延回路32およ
び33に入力される。EORゲートの出力である信号Dにつ
いても同様に、一方はそのままで、他方はNOT回路15を
介してそれぞれ遅延回路34および35に入力される。
次に、遅延回路の動作について、第3図を用いて説明
する。
信号Eは点32aの信号を示し、信号Fは点32bの信号
を、信号GはNOT回路31の出力信号を示す。
まず、点32aに“H"(“H"は5Vを示す)の信号がくる
と、ダイオード30には順方向電流が流れるため、点32b
には前記“H"信号の電圧からダイオードのVBEの電圧を
差し引いた電圧が瞬時に発生し、以後は、抵抗28とコン
デンサ29との充電作用により、“H"の電圧に達する。次
に点32aが0Vになると、点32bの“H"の電圧は、抵抗28と
コンデンサ29との放電作用により、ゆるやかな下降する
カーブを描きながら0Vに達する(第3図のFに示す)。
この信号Fが波形整形用のNOT回路31に入力される
と、前記NOT回路31のスレッシュホールド電圧Vthによ
り、出力として、点32aに入力された信号Eの“H"の時
間t4より立上りがt5だけ遅れ、“H"の時間がt6(t6=t4
−t5)の信号Gが得られる。信号Hは、点32aに入力さ
れる信号EをNOT回路14を介して遅延回路33で上記と同
様に信号処理した出力である。
信号GとHを見るとわかるように、2つの信号の立上
りと立下りにはt5の時間間隔があるため、この2つの信
号を用いて駆動回路22のスイッチング素子をスイッチン
グ動作させても、2つ同時にスイッチングONにならない
ため、スイッチング素子の破損を皆無とすることができ
る。
以上は発振器24の出力信号A(第2図を示す)のデュ
ーティがt1≠t2の時について説明したが、t1=t2につい
ても上記と同じことが言える。しかし、デューティがt1
=t2の時は、カウンターIC25で4分周する必要はなく、
信号Aと2分周された信号BとでEORゲートで演算する
ことにより上記と同様な90度位相差をもつ2つの信号を
発生させることもできる。
発明の効果 以上のように本発明は、発振器と、前記発振器の出力
から90度の位相差をもつ2つの信号をつくる移相回路
と、この移相回路の出力信号と前記移相回路の出力を信
号反転した信号の4つの信号の立上りを任意の時間だけ
遅らせる遅延回路と、この遅延回路の出力に応じて超音
波モータを構成する圧電体を駆動させる駆動回路とを備
えることにより、簡単な回路で90度の位相差をもつ2つ
の信号の発生が実現できるため、小型化でき、また、信
号の立上りを遅らせることにより、スイッチング素子の
破損が皆無となるため、常に安定した駆動ができる。
また、簡単な回路構成で実施できるので、安価な駆動
回路が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における超音波モータの駆動
装置の回路図、第2図は第1図の位相回路の信号波形
図、第3図は第1図の遅延回路の信号の波形図、第4図
は超音波モータの構造断面図、第5図は従来の超音波モ
ータ駆動装置の回路図、第6図は第5図の信号の波形図
である。 1,2……圧電体、9,10,11……端子、12……超音波モー
タ、14,15……インバータ(NOT)回路、22……駆動回
路、24……発振器、27……移相回路、32,33,34,35……
遅延回路。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発振器と、前記発振器の出力から90度の位
    相差をもつ2つの信号をつくる移相回路と、この移相回
    路の2つの出力信号と前記移相回路の出力を反転した2
    つの信号の4つの信号の立上りを任意の時間だけ遅らせ
    る遅延回路と、この遅延回路の出力に応じて超音波モー
    タを構成する圧電体を駆動させる駆動回路とを備えた超
    音波モータ駆動装置。
  2. 【請求項2】コンデンサの充電,放電により発振周波数
    を決定する無安定発振回路で構成された発振器を備え、
    この発振器の出力をトリガ信号として前記発振器の発振
    周波数を2,4分周する分周素子と、この2,4分周された2
    つの信号から前記4分周された信号に対して電気的に90
    度の位相差を発生させるExclusive OR素子とで構成した
    移相回路を備えた特許請求の範囲第1項記載の超音波モ
    ータ駆動装置。
  3. 【請求項3】抵抗とコンデンサとからなる積分回路と、
    前記抵抗にダイオードを並列に接続し、さらに積分回路
    の出力に波形整形用のインバータを付加した遅延回路を
    備えた特許請求の範囲第1項記載の超音波モータ駆動装
    置。
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