JP2644640B2 - 超音波モータの駆動制御装置 - Google Patents

超音波モータの駆動制御装置

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JP2644640B2
JP2644640B2 JP3154489A JP15448991A JP2644640B2 JP 2644640 B2 JP2644640 B2 JP 2644640B2 JP 3154489 A JP3154489 A JP 3154489A JP 15448991 A JP15448991 A JP 15448991A JP 2644640 B2 JP2644640 B2 JP 2644640B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、モータに駆動用の高周
電力を供給する電源供給手段と、前記モータの駆動速
度を電圧値として検出する駆動速度検出手段と、その駆
動速度検出手段による検出駆動速度信号に基づいて駆動
速度が設定駆動速度となるように前記電源供給手段を制
御する電源制御手段とからなる超音波モータの駆動制御
装置に関し、例えば、複写機等の精密OA機器に用いら
れる超音波モータの駆動制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の超音波モータの駆動制御装置
は、前記駆動速度検出手段を、前記モータの駆動速度を
検出するロータリエンコーダや圧電素子等のセンサと、
そのセンサ出力を電圧信号に変換する変換回路と、変換
された電圧信号から高周波ノイズ成分を除去するフィル
タ回路とで構成したものがあった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記超音波モータは、
振動体と摩擦体とを加圧接触させて、振動体に生じる進
行波により振動体と摩擦体との相対移動を駆動力として
出力するもので、前記振動体を構成する弾性体と圧電体
の接着ばらつきや、加工精度等種々の製造誤差に起因し
て前記振動体に発生する進行波の分布が不均一となり、
駆動むらが発生する。例えば、振動体と摩擦体との相対
移動を回転力として取り出す超音波モータでは、電磁式
のモータに較べて回転ムラの程度が1桁高いという現状
であり、特に低速域でのワウ・フラッタやジッターの発
生の程度が大で、従来技術によれば、低速域での精度の
よい定速駆動制御が困難であるという欠点があった。本
発明の目的は上述した従来欠点を解消する点にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による超音波モータの駆動制御装置の第一の
特徴構成は、モータに駆動用の高周波電力を供給する電
源供給手段と、前記モータの駆動速度を電圧値として検
出する駆動速度検出手段と、その駆動速度検出手段によ
る検出駆動速度信号に基づいて駆動速度が設定駆動速度
となるように前記電源供給手段を制御する電源制御手段
とからなる超音波モータの駆動制御装置であって、前記
検出駆動速度信号から回転むらに対応した低周波数成分
を抽出する フィルタ手段を設けるとともに、前記検出駆
動速度信号から直流成分を抽出するフィルタ手段を設け
て、前記電源制御手段を、前記低周波数成分に基づいて
前記モータに印加する電圧値を制御する電圧制御手段
と、前記直流成分に基づいて前記モータに印加する電圧
の周波数を制御する周波数制御手段とで構成してある点
にあるさらに、本発明による超音波モータの駆動制御
装置の第二の特徴構成は、モータに駆動用の高周波電力
を供給する電源供給手段と、前記モータの駆動速度が設
定駆動速度となるように前記電源供給手段による前記モ
ータへの印加電圧の周波数を制御する周波数制御手段を
備えた電源制御手段とからなる超音波モータの駆動制御
装置であって、前記モータの駆動むらに対応した信号成
分を抽出するフィルタ手段を設けるとともに、前記電源
制御手段に、前記信号成分に基づいて前記モータに印加
する電圧値を制御する電圧制御手段を設けて構成してあ
る点にある。
【0005】
【作用】第一の特徴構成によれば、前記駆動速度検出手
は、先ず、モータの駆動速度を電圧値として検出し、
検出された検出駆動速度信号に対して、モータの回転に
同期して発生するワウ・フラッタに対応する低周波成
分、即ち、駆動むらに対応した低周波数成分を抽出する
フィルタ手段により高周波ノイズ成分及び平均駆動速度
に対応した直流成分を除去する一方、直流成分を抽出す
るフィルタ手段により高周波ノイズ成分及び駆動むらに
対応した低周波数成分を除去することにより、駆動むら
に対応した低周波数信号と、平均駆動速度に対応した直
流信号の二成分の検出駆動速度信号を出力する。電源制
御手段のうち周波数制御手段は、低周波成分が除去され
てモータの駆動速度の短周期的変動を含まない検出駆動
速度信号、つまり、直流信号に基づいて、前記電源供給
手段によりモータに供給される電圧の周波数を制御する
ことで必要以上の過剰な応答を回避しながら駆動速度を
設定駆動速度に調節する。 さらに、電源制御手段のうち
電圧制御手段は、回転むらに対応した低周波数信号に基
づいて、前記電源供給手段によりモータに供給される電
圧値を制御するこ とで、駆動速度が設定駆動速度となる
ように調節する。 第二の特徴構成によれば、前記モータ
の駆動速度が設定駆動速度となるように前記電源供給手
段による前記モータへの印加電圧の周波数を制御する周
波数制御手段、例えば、弾性体の機械的共振周波数の変
動と圧電体に印加される電圧と電流の位相差とが相関関
係を持つことを利用して、前記電源供給手段5の出力周
波数を機械的共振周波数に追尾制御するような周波数制
御手段を備えた電源制御手段に、さらに、前記モータの
駆動むらに対応した信号成分を抽出するフィルタ手段を
設けて、前記電源制御手段に、前記信号成分に基づいて
前記モータに印加する電圧値を制御する電圧制御手段を
設けて構成すれば、上述と同様に、駆動むらに対処でき
る。 以上の説明は、リニア型のモータであっても同様で
ある。
【0006】
【発明の効果】従って本発明の超音波モータの駆動制御
装置によれば、本質的性質から成る駆動むらや超音波
モータに種々の製造誤差があっても、それらに起因する
駆動むらを低減させて、特に低速域で、極めて安定した
好ましい速度制御特性を得るとともに、負荷変動に対す
る定速制御性の改善も達成することができるようになっ
た。
【0007】
【実施例】以下に本発明の一実施例を説明する。図2に
示すように、超音波モータMは、振動体3と摩擦体4と
を加圧接触させ、振動体3に発生する進行波により相対
移動する摩擦体4の動きを出力として取り出すモータで
ある。前記振動体3は、弾性体2と、その弾性体2の前
記摩擦体4との接触面とは反対の面に圧電体1を固着し
て構成してあり、その圧電体1を周方向に二領域A,B
に分割して、各領域A,Bを超音波の波長λの二分の一
の間隔で隣合う区分を交互に厚み方向に分極処理すると
ともに、それら二領域A,B間を四分の三波長ずらせて
配置してある。即ち、前記振動体3が固定子、前記摩擦
体4が回転子として作用する。前記二領域A,Bに90
°位相の異なる高周波電圧を印加することにより、弾性
体2のうち各領域A,Bに対応する部分に発生する定在
波が相互に干渉を起こし合成されて進行波となり、その
弾性体2に加圧接触した摩擦体4が進行波の進行方向と
は逆の方向に摩擦移動する。図3に示すように、前記高
周波電圧の周波数を前記弾性体2の機械的共振周波数よ
りやや高い周波数とすることで安定駆動できるが、振動
体3と摩擦体4との摩擦による発熱や負荷がかかったと
きのトルク変動により変動する機械的共振周波数に高周
波電圧の周波数を追尾させることになる。
【0008】前記超音波モータMの駆動制御装置は、図
1に示すように、モータMに駆動用電力を供給する電源
供給手段5と、前記モータMの駆動速度を直流電圧とし
て検出する駆動速度検出手段6と、その駆動速度検出手
段6による検出駆動速度信号に基づいて駆動速度が設定
駆動速度となるように前記電源供給手段5を制御する電
源制御手段7とから構成してある。前記電源供給手段5
は、後段の回路へ直流電圧を供給するチョッパ回路5A
と、前記二領域A,Bに90°位相の異なる高周波電圧
を供給する2相ハーフブリッジインバータ回路5Bとで
構成してある。前記駆動速度検出手段6は、モータMの
回転速度を検出するエンコーダ6Aと、エンコーダ6A
からの出力パルス信号の周波数を電圧値に変換するF/
V変換回路6Bと、F/V変換回路6Bから出力された
電圧値から高周波ノイズを除去するための遮断周波数約
10Hzのローパスフィルタ6C(図6に示す)と、
ーパスフィルタ6Cの出力からモータに発生するワウ・
フラッタに対応する約1Hz付近の低周波成分を抽出
るための遮断周波数約0.5Hzのハイパスフィルタ6
D(図6に示す)をカスケードに接続して、さらに、ロ
ーパスフィルタ6Cとハイパスフィルタ6Dのそれぞれ
の出力を減算する減算回路6Eを設けて構成してある。
即ち、減算回路6Eの出力は、F/V変換回路6Bの出
力信号に含まれる高周波成分、低周波成分、及び、直流
成分から高周波成分を除去したローパスフィルタ6Cの
出力信号から、高周波成分及び直流成分を除去したハイ
パスフィルタ6Dの出力信号を減算することで直流成分
のみ取り出す。即ち、ローパスフィルタ6Cとハイパス
フィルタ6Dとで、検出駆動速度信号から回転むらに対
応した低周波数成分を抽出するフィルタ手段が構成さ
れ、ローパスフィルタ6Cとハイパスフィルタ6Dと減
算回路6Eとで検出駆動速度信号から直流成分を抽出す
るフィルタ手段が構成される。前記電源制御手段7は、
チョッパ回路5Aの出力電圧を、前記ハイパスフィルタ
6Dの出力信号に基づき、モータMの目標速度を示す第
一の設定電圧に維持するようにPID制御方式により通
流率を可変制御する電圧制御手段7Aと、前記駆動速度
検出手段6の出力信号とモータMの目標速度を示す第二
の設定電圧とを比較して、設定電圧の方が高ければ2相
ハーフブリッジインバータ回路5Bの出力周波数を前記
弾性体2の機械的共振周波数より高い側で更に高くし、
設定電圧の方が低ければ2相ハーフブリッジインバータ
回路5Bの出力周波数を前記弾性体2の機械的共振周波
数より高い側で低く制御する周波数制御手段7Bとで構
成してある。前記駆動制御装置により制御されるモータ
Mの制御特性は、図4に示すように、前記ハイパスフィ
ルタ6D及び減算回路6Eを設けていない従来の駆動制
御装置による制御特性と比べて明らかに改善されている
ことがわかる。さらに、図5に示すように、負荷変動に
対する定速制御性の改善も顕著であることがわかる。
【0009】以下に別実施例を説明する。先の実施例で
は、駆動速度検出手段6をモータMの回転速度を検出す
るためのエンコーダとF/V変換回路を用いて構成して
いるが、駆動速度検出手段6の構成はモータMの回転速
度を検出するためのエンコーダに限定するものではなく
任意である。例えば、図7に示すように、弾性体の振動
状態を検出する圧電素子を弾性体に貼り付けたものとそ
の圧電素子の出力信号を整流する全波整流回路を備えた
もので構成してもよい。さらに、図8に示すように、駆
動制御装置は、弾性体の機械的共振周波数の変動と圧電
体に印加される電圧と電流の位相差とが相関関係を持つ
ことを利用して、前記周波数制御手段7Bに、前記電源
供給手段5の出力周波数を機械的共振周波数に追尾制御
する自動周波数追尾制御回路7Cを備えて、前記駆動速
度検出手段6に、前記圧電体に印加される電圧と電流の
位相差に相当する信号Vpを検出する位相差検出回路7
Fを設けて構成してもよい。前記周波数制御手段7B
は、前記モータMの駆動を検出する前記ロータリエンコ
ーダや前記圧電素子、さらには前記位相差検出回路7F
の出力に対してファジィルールを適用して周波数制御を
行うファジィ制御回路で構成してもよい。先の実施例で
は、振動体3を固定子、摩擦体4を回転子として作用す
るように構成しているが、振動体3を回転子、摩擦体4
を固定子として作用するように構成してもよい。先の実
施例では、振動体3に発生する進行波により相対移動す
る摩擦体4の動きを回転力として取り出すものを説明し
たが、直線方向の駆動力として取り出すリニア型のモー
タに構成してもよい。
【0010】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】超音波モータの駆動制御装置のブロック構成図
【図2】超音波モータの構成図
【図3】超音波モータの周波数特性図
【図4】駆動制御装置による制御特性図
【図5】駆動制御装置による制御特性図
【図6】フィルタの特性図
【図7】別実施例を示す駆動制御装置のブロック構成図
【図8】別実施例を示す駆動制御装置のブロック構成図
【符号の説明】
5 電源供給手段 6 駆動速度検出手段6C,6D,6E フィルタ手段 7 電源制御手段 7A 電圧制御手段 7B 周波数制御手段

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータに駆動用の高周波電力を供給する
    電源供給手段(5)と、前記モータの駆動速度を電圧値
    として検出する駆動速度検出手段(6)と、その駆動速
    度検出手段(6)による検出駆動速度信号に基づいて駆
    動速度が設定駆動速度となるように前記電源供給手段
    (5)を制御する電源制御手段(7)とからなる超音波
    モータの駆動制御装置であって、 前記検出駆動速度信号から駆動むらに対応した低周波数
    成分を抽出するフィルタ手段(6C),(6D)を設け
    るとともに、前記検出駆動速度信号から直流成分を抽出
    するフィルタ手段(6C),(6D),(6E)を設け
    て、前記電源制御手段(7)を、前記低周波数成分に基
    づいて前記モータに印加する電圧値を制御する電圧制御
    手段(7A)と、前記直流成分に基づいて前記モータに
    印加する電圧の周波数を制御する周波数制御手段(7
    B)とで構成してある超音波モータの駆動制御装置。
  2. 【請求項2】 モータに駆動用の高周波電力を供給する
    電源供給手段(5)と、前記モータの駆動速度が設定駆
    動速度となるように前記電源供給手段(5)による前記
    モータへの印加電圧の周波数を制御する周波数制御手段
    (7B)を備えた電源制御手段(7)とからなる超音波
    モータの駆動制御装置であって、 前記モータの駆動むらに対応した信号成分を抽出するフ
    ィルタ手段(6C),(6D)を設けるとともに、前記
    電源制御手段(7)に、前記信号成分に基づいて前記モ
    ータに印加する電圧値を制御する電圧制御手段(7A)
    を設けて構成してある超音波モータの駆動制御装置。
JP3154489A 1991-06-26 1991-06-26 超音波モータの駆動制御装置 Expired - Lifetime JP2644640B2 (ja)

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