JP2670370B2 - 超音波モータの制御装置 - Google Patents

超音波モータの制御装置

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JP2670370B2
JP2670370B2 JP1325257A JP32525789A JP2670370B2 JP 2670370 B2 JP2670370 B2 JP 2670370B2 JP 1325257 A JP1325257 A JP 1325257A JP 32525789 A JP32525789 A JP 32525789A JP 2670370 B2 JP2670370 B2 JP 2670370B2
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ultrasonic
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正行 田中
一正 大西
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、超音波モータの共振周波数の駆動信号に
基づいて、超音波モータを目標位置まで駆動制御する超
音波モータの制御装置に関する。
[従来の技術] 従来より、この種の制御装置としては、超音波モータ
に連続的に駆動信号を与えて、その超音波モータを目標
位置まで連続駆動するものがある。このような制御装置
によれば、超音波モータは、その共振周波数の駆動信号
によって、一定のスピードで目標位置まで駆動されるこ
とになる。
[発明が解決しようとする課題] ところが、上記のような方式の制御装置によって超音
波モータを目標位置まで駆動した場合には、その目標位
置において、超音波モータが急停止することになるた
め、衝撃の発生や位置決め精度の悪化を招くという問題
があった。
この発明は、このような問題を解決課題とするもので
ある。
[課題を解決するための手段] この発明の超音波モータの制御装置は、 超音波モータの共振周波数の駆動信号に基づいて、超
音波モータを目標位置まで駆動制御する超音波モータの
制御装置において、 音波モータの移動位置を検出する検出手段と、 この検出手段の検出データに基づいて、超音波モータ
がスタート位置から目標位置に到達するまでの間に、デ
ューティー比が100%から0%まで変化するコントロー
ルパルスを出力する制御部と、 前記駆動信号とコントロールパルスを入力するAND回
路と、 このAND回路の出力信号に基づいて超音波モータを駆
動する駆動回路とを具備し、 前記超音波モータは、 レールに一端を当接させる少なくとも2本の脚部と、 これら脚部の他端を連結し、かつ、軸線方向の両端部
に該軸線方向に対して傾斜した取付面を有する胴部と、 前記取付面上に取り付けられて、前記胴部の軸線方向
と交差する方向に振動する振動素子と を備えてなることを特徴とする。
[作用] この発明の超音波モータの制御装置は、超音波モータ
の移動位置に応じてデューティー比が100%から0%に
変化するコントロールパルスと、超音波モータの共振周
波数の駆動信号との論理積をとり、その出力信号に基づ
いて超音波モータを駆動制御することにより、超音波モ
ータを最大スピードで起動した後、目標位置に近付くに
したがって徐々にスピードダウンさせてから目標位置に
て正確に停止させる。
これにより超音波モータの位置決め精度を向上させ
る。
また、超音波モータをスピードダウンさせる減速ポイ
ントを増やすことにより、滑らかなスピードダウンを実
現する。
さらに、超音波モータが、レールに一端を当接させる
少なくとも2本の脚部と、これら脚部の他端を連結し、
かつ、軸線方向の両端部に該軸線方向に対して傾斜した
取付面を有する胴部と、前記取付面上に取り付けられ
て、前記胴部の軸線方向と交差する方向に振動する振動
素子とを備えるので、振動素子が胴部の軸線方向と交差
する方向に付加する振動を、胴部の軸線方向に対する平
行成分の振動と直交成分の振動とに分割して脚部に伝達
し、該超音波モータをレールに対して相対的に胴部の軸
線方向に直線運動させる。
その結果、振動素子の振動を効率良く胴部と脚部に分
割して伝達することができ、この分割して伝達された振
動により、脚部の先端に大きな楕円運動が発生できる。
これにより、本制御装置の制御信号(AND回路の出力信
号)が超音波モータ内を高効率で伝達され、より確実な
制御が可能となる。
[実施例] 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本実施例においては、制御対象の超音波モータとし
て、本出願人が先に提案したエネルギー効率の良い超音
波リニアモータ(特願昭63−60714号)を用いている。
そこで、まず、その超音波リニアモータについて簡単
に説明する(第5図参照)。
図において、1,2は互いに平行な脚部、3はこれらの
脚部1,2の一端を結合する胴部であり、これらは断面が
ほぼ正方形の弾性材料であって、全体としてコ字状の振
動体4を構成している。この振動体4の角の部分は、脚
部1,2及び胴部3に対して45度の角度をなすように面取
りされた取付面5が形されており、その取付面5に圧電
素子6,7が取り付けられている。この圧電素子6,7として
は、積層型圧電アクチュエータあるいは単板の圧電セラ
ミックスが使用され、取付面5に直交する方向に伸縮す
るようになっている。そして、振動体4は、レール8の
上面に脚部1,2の下端を接するようにしてセットされ
る。レール8の上面には、その長手方向に延在して脚部
1,2の下端を嵌入させる幅の溝8aが形成されている。
このような構成の超音波リニアモータを駆動する場合
には、圧電素子6,7に対し、超音波リニアモータ固有の
共振周波数で位相差が90度の駆動信号を与える。この駆
動信号により、脚部1,2の下端は位相差が90度の楕円ま
たは円運動をする。その結果、脚部1,2がレール8を蹴
るように動作して、超音波リニアモータがレール8上に
移動する。その移動方向は、圧電素子6,7の一方に対す
る駆動信号をA信号としつかつ他方に対する駆動信号を
B信号としたときに、A信号とB信号の位相差が+90度
であるか−90度であるかによって、逆方向となる。
本実施例の制御装置は、以上のような構成の超音波リ
ニアモータを制御対象とし、第1図のような構成となっ
ている。
同第1図において11は発振器であり、超音波リニアモ
ータ固有の共振周波数で発振し、駆動信号としてのA信
号を出力する。そのA信号は、第1のAND回路12の一方
の入力部に入力されると共に、位相シフタ13を通してB
信号として第2のAND回路14の一方の入力部に入力され
る。位相シフタ13は、CPU(制御部)15からの方向指令
信号(CW/CCW)に基づいて、入力したA信号を位相差+
90度または−90度ずらしたB信号とする。第1,第2のAN
D回路12,14のそれぞれにおける他方の入力部には、CPU1
5からのコントロールパルスCPが入力される。このコン
トロールパルスCPについては作用と共に後述する。
第1,第2のAND回路12,14の出力部は駆動回路16に接続
されており、この駆動回路16は、第1のAND回路12の出
力信号に基づいて一方の圧電素子6を駆動し、かつ第2
のAND回路14の出力信号に基づいて他方の圧電素子7を
駆動する。
図において17はリニアセンサであり、超音波リニアモ
ータの移動量をパルス数として出力し、その出力パルス
はフィードバック信号としてNbitのダウンカウンタ18に
入力される。そのダウンカウンタ18は、CPU15から与え
られる超音波リニアモータの移動制御量に相当するパル
ス数から、超音波リニアモータの現実の移動量に相当す
るリニアセンサ17の出力パルス数を減算して、そのダウ
ンカウント値をCPU15に入力するものである。超音波リ
ニアセンサの移動制御量は、キーボードなどの目標値入
力手段19から目標値として入力される。
次に、作用について説明する(第3図参照)。
まず目標値入力手段19から、超音波リニアモータの移
動制御量に相当する目標値を入力する(ステップSP
1)。
CPU15は、その目標値に相当する目標移動位置までの
距離に対応するパルス数を求め(ステップSP2)、その
パルス数をダウンカウンタ18にセットする(ステップSP
3)。
その後、コントロールパルスCPを出力する(ステップ
SP4)。このときのコントロールパルスCPは、デューテ
ィー比が100%の連続信号とする(第2図(a)参
照)。つまり下式から求まる動作責務比を100%とす
る。
動作時間/(動作時間+休止時間) これによりAND回路12,14はA信号とB信号をそのまま
出力し、駆動回路16は、超音波リニアモータをスタート
ポイントから最大スピードで連続駆動する(第2図
(b)参照)。
超音波リニアモータの移動位置は、ダウンカウンタ18
のカウント値から逐次読み取り(ステップSP5)、その
カウント値から所定のスローダウンポイント(減速ポイ
ント)に達したか否かを判定する(ステップSP6)。そ
のスローダウンポイントに達するまでは、コントロール
パルスCPのデューティー比を100%に維持して、超音波
リニアモータを連続駆動する。
そして、所定のスローダウンポイントにまで達したと
きに間欠駆動ルーチンに入り(ステップSP7)、コント
ロールパルスCPのデューティー比を小さくする。つま
り、コントロールパルスCPを間欠信号とする。これによ
りAND回路12,14はA信号とB信号を間欠的に出力し、駆
動回路16は超音波リニアモータを間欠駆動して、その移
動速度をダウンさせる。このような間欠駆動は、ダウン
カウンタ18のカウント値が“0"になって、超音波リニア
モータが目標のターゲットポイントに達するまで実行す
る(ステップSP7〜SP9)。
第2図(a),(b)の例の場合は、2つのスローダ
ウンポイント1,2を設定して、それぞれのポイント1,2に
達する毎に、コントロールパルスCPのデューティー比を
段階的に小さくして、超音波リニアモータの移動速度を
段階的にダウンさせている。このように移動速度のダウ
ン回数を増やすことにより、超音波リニアモータのスピ
ードダウンが滑らかとなり、位置決め精度も向上するこ
とになる。
そして超音波リニアモータがターゲットポイントに達
したときは、コントロールパルスCPのデューティー比を
“0"とする。これによりAND回路12,14の出力は“0"とな
って、超音波リニアモータが停止する。
第4図は、超音波リニアモータをパルスモータのよう
な間欠動作させる場合の説明図である。
すなわち、同図のように、コントロールパルスCPによ
ってA信号とB信号を間欠的に供給することにより、超
音波リニアモータの駆動、停止を繰り返す。超音波リニ
アモータを完全に停止させてから駆動する動作を繰り返
すため、静摩擦による大きな駆動力(動作時の動摩擦に
比べて大きな駆動力)が得られる。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明の超音波モータの制御
装置は、超音波モータの移動位置に応じてデューティー
比が100%から0%に変化するコントロールパルスと、
超音波モータの共振周波数の駆動信号との論理積をと
り、その出力信号に基づいて超音波モータを駆動制御す
る構成であるから、超音波モータを最大スピードで起動
した後、目標位置に近付くにいしたがって徐々にスピー
ドダウンさせてから目標位置に正確に停止させることが
できる。したがって、超音波モータの位置決め精度を向
上させることができる。
また、超音波モータをスピードダウンさせる減速ポイ
ントを増やすことにより、滑らかなスピードダウンを実
現することができる。
さらに、超音波モータが、レールに一端を当接させる
少なくとも2本の脚部と、これら脚部の他端を連結し、
かつ、軸線方向の両端部に該軸線方向に対して傾斜した
取付面を有する胴部と、前記取付面上に取り付けられ
て、前記胴部の軸線方向と交差する方向に振動する振動
素子とを備えるので、振動素子が胴部の軸線方向と交差
する方向に付加する振動を、胴部の軸線方向に対する平
行成分の振動と直交成分の振動とに分割して脚部に伝達
し、該超音波モータをレールに対して相対的に胴部の軸
線方向に直線運動させる。
その結果、振動素子の振動を効率良く胴部と脚部に分
割して伝達することができ、この分割して伝達された振
動により、脚部の先端に大きな楕円運動が発生できる。
これにより、本制御装置の制御信号(AND回路の出力信
号)が超音波モータ内を高効率で伝達され、より確実な
制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の実施例を説明するための図であって、
第1図はブロック構成図、第2図は動作説明図、第3図
はフローチャート、第4図は間欠動作の説明図、第5図
は制御対象とした超音波リニアモータの概略構成図であ
る。 4……振動体、6,7……圧電素子、 11……発振器、12,14……AND回路、 13……位相シフタ、 15……CPU(制御部)、 16……駆動回路、17……リニアセンサ、 18……ダウンカウンタ、 19……目標値入力手段、 CP……コントロールパルス。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超音波モータの共振周波数の駆動信号に基
    づいて、超音波モータを目標位置まで駆動制御する超音
    波モータの制御装置において、 超音波モータの移動位置を検出する検出手段と、 この検出手段の検出データに基づいて、超音波モータが
    スタート位置から目標位置に到達するまでの間に、デュ
    ーティー比が100%から0%まで変化するコントロール
    パルスを出力する制御部と、 前記駆動信号とコントロールパルスを入力するAND回路
    と、 このAND回路の出力信号に基づいて超音波モータを駆動
    する駆動回路とを具備し、 前記超音波モータは、 レールに一端を当接させる少なくとも2本の脚部と、 これら脚部の他端を連結し、かつ、軸線方向の両端部に
    該軸線方向に対して傾斜した取付面を有する胴部と、 前記取付面上に取り付けられて、前記胴部の軸線方向と
    交差する方向に振動する振動素子とを備えてなる ことを特徴とする超音波モータの制御装置。
  2. 【請求項2】前記制御部は、超音波モータがスタート位
    置から目標位置に達するまでの間における所定数の減速
    ポイントに達する毎に、コントロールパルスのデューテ
    ィー比を段階的に小さくするものであることを特徴とす
    る第1請求項に記載の超音波モータの制御装置。
JP1325257A 1989-12-15 1989-12-15 超音波モータの制御装置 Expired - Lifetime JP2670370B2 (ja)

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