JP2692801B2 - Vibration type actuator device - Google Patents

Vibration type actuator device

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JP2692801B2
JP2692801B2 JP61309444A JP30944486A JP2692801B2 JP 2692801 B2 JP2692801 B2 JP 2692801B2 JP 61309444 A JP61309444 A JP 61309444A JP 30944486 A JP30944486 A JP 30944486A JP 2692801 B2 JP2692801 B2 JP 2692801B2
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vibration
voltage
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    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
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    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の利用分野] 本発明は振動型アクチュエーター装置としての振動波
モータの駆動回路、特に進行性振動波により移動体を摩
擦駆動する振動波モータの駆動回路に関するものであ
る。 [発明の背景] 駆動用の電気機械変換素子に周波電圧を印加すること
によって生じる進行性振動波によって駆動する振動波モ
ータの駆動回路として振動検出用の電気機械変換素子を
振動波モータに設け、該検出用の電気機械変換素子のイ
ンピーダンスの変化に応じて駆動用の電気機械変換素子
に印加する周波電圧の周波数を自動的に共振波数とし
て、振動波モータを最も効率良く駆動する駆動回路が本
件出願人により特願昭59−276962号として提案されてい
る。 しかしながら、かかる従来技術の場合では検出用電気
機械変換素子より発生する電圧は駆動用電気機械変換素
子に印加する電圧とほぼ等しい高電圧である為振動検出
回路としては該高電圧に耐える回路を用意しなければな
らない。また該高耐電圧検出回路は位相変化を生じさせ
る可能性あるので、その位相変化を小さくする為に検出
回路としては高入力抵抗の回路を用いなければならない
欠点があった。更に検出回路には検出用電気機械変換素
子からの周波数の電圧、即ち駆動用電気機械変換素子に
印加される周波数に相当する周波数の(一般的に50〜10
0KHZ)の電圧が印加されるが該検出回路はかかる周波数
の入力信号に応答できなければならない。そこで該検出
回路には数mA程度の電流が流されている。検出回路に流
れる電流はこの様に小電流であるが、検出回路に入力す
る電圧レベルは前述の様に高いレベルのために該高耐電
圧検出回路で消費される電力は大きな値となり、小容量
の電池が使用されるカメラ等の小型携帯機器に応用し難
い欠点があった。 [発明の目的] 本発明の目的は上記従来装置の欠点を解決した、高耐
圧回路が不要で、低消費電力の振動波モータ用駆動回路
を提供せんとするもので、本発明の特徴とする処は振動
検出素子に並列に容量性素子を接続した点に存する。 [実施例] 第2図乃至第6図は本発明に適用した振動波モータの
構造を説明する図であり、第2図は振動波モータの断面
図、第3図は第2図に示した振動波モータを構成する振
動体1と、該振動体1に接着された電気機械変換素子と
しての電歪素子2からなるステータを斜め上方から見た
斜視図、第4図はステータの側面図、第5図は電極のパ
ターンを示す図の3つの図を縦に並べてわかりやすく示
した図である。第6図は電歪素子2の分極パターン及び
かかる電歪素子2の配線を示した平面図である。 第2図〜第5図において振動体1は例えば真ちゅうか
ら成る弾性体から構成されている。又電歪素子2は例え
ばPZT(チタン酸ジルコン鉛)であって、振動体1に接
着されている。かかる電歪素子2は第6図に平面を示す
様なパターンで分極処理された円環状の電歪素子、ある
いは複数の電歪素子を円環状に配列して構成されるが、
該実施例では分極処理された円環状の電歪素子が使用さ
れる。また電歪素子2の分極パターンは第6図に示す様
に所定周波数の周波電圧が印加される電極2−1と電極
2−2及び振動検出素子を形成する振動検出用の電極2
−3に分けられるが、電極2−2は電極2−1に対して
励起されるべき振動波の波長λの1/4だけずれたピツチ
で配置される。第6図に示した+,−は分極処理の方向
を示す符号である。第2図における60は振動体1に摩擦
接触する移動体、70はモータの固定体、80は移動体を支
持する中心軸、90は中心軸80と移動体60との接触部に設
けられたベアリングである。100は中心軸80に第2図に
おいて下方向に力を働かせることにより、移動体60と振
動体1が所定の力で加圧接触する様に設けられているバ
ネである。 第1図は第2図示振動波モータの駆動回路を示す回路
図である。 第1図において、2は前述した電歪素子で、2−1,2
−2,2−3は第5図示の電極、10,11はコイル、7,8はア
ンプである。 17は電極2−1に接続され、該電極2−1の正弦波を
整形してロジツクレベルのパルスに変換するコンパレー
タである、又2Aは検出電極2−3の出力波形(正弦波)
をロジツクレベルのパルスに変換するコンパレータであ
る。12はその一方の入力端を前記コンパレータ2Aの出力
と接続すると共に、他方の入力端をインバータ18に接続
されたフエイズコンパレータ(位相比較回路)で、例え
ばUSP4,291,274号等にて周知であり、その詳細な説明は
省略するが入力信号の位相差を検知して位相差が存在す
る場合のみ出力を発生するものである。 該コンパレータ12のブロツク構成及び入力出力特性は
第7図及び第8図に示す通りであり、入力端Rへの入力
パルス(立上り信号)が入力端Sへの立上り信号より先
に入力された場合には立上り信号差の期間のみ出力はVc
c(ハイレベル信号以下Hと称す)となり、上記入力端
Sへの立上り信号の入力にて出力はオープン状態(高イ
ンピーダンス状態)となる。 又入力端Sへの入力パルス(立上り信号)が入力端R
への立上り信号より先に入力された場合には立上り信号
期間出力はグランドレベル(ロウレベル以下Lと称す)
となる。 又、出力はH又Lを示す場合以外はオープン状態とな
るものである。よって、位相差がゼロの時には出力はオ
ープン状態のまま保持される。 4はローパスフイルタでコンパレータ12の出力を平滑
化している。5はデユテイ比50%の信号を入力電圧に応
じた周波数で出力する電圧制御発振器(VCO)で、その
入力はローパスフイルタ4の出力に接続されている。該
VCO5の入力電圧と出力周波数は1次関数の関係にあり電
圧が高くなる程高周波出力となる。 19はVCO5の出力を32分周する分周回路で、該分周回路
の出力はアンプ7、コイル10を介して電極2−1に印加
される。又分周回路19の出力は8段のシフトレジスタ20
のD入力端に接続されている。該レジスタ20のクロツク
端子には上記VCO5の出力がクロツクパルスとして入力さ
れている。分周回路19の出力パルスに対するVCO5の周波
数は32倍となっているため、レジスタ20に対するD入力
とクロツクパルスとの関係も32倍となっている。そのた
め、シフトレジスタ20の出力Q1〜Q8はD入力信号に対し
て0゜から90゜までの11.25゜ずつずれた(遅れた)パ
ルスが出力されることとなる。尚VCO5の発振周波数は振
動波モータの共振周波数の32倍に設定している。該シフ
トレジスタ20の出力Q1〜Q8はそれぞれ速度選択スイツチ
30の端子30−1〜30−8に接続され、該スイツチ30を介
して選択されたレジスタ20の出力がアンプ8、コイル11
を介して電極2−2に印加される。 25は8段のシフトレジスタで、該レジスタのD入力端
には上記コンパレータ17の出力が入力され、又クロツク
入力には上記VCO5の出力が入力されているため、出力端
Q8からはD入力端への入力信号に対して90゜遅れたパル
スが出力される。即ち、分周回路19の出力パルスとコン
パレータ17の出力パルスは同一の位相関係のパルスとな
るため、該パルスをD入力として入力し、VCO5の出力を
クロツクとして入力するシフトレジスタ25の8段目の出
力Q8はD入力信号、即ち電極2−1の信号に対して90゜
遅れたパルスとなる。上記シフトレジスタ25の出力Q8
インバータ18を介してフエーズコンパレータ12のS入力
に入力されている。尚、電極1−1と電極1−3の配置
関係としては90゜ずれた位置関係にあるものとする。32
は検出電極2−3に並列接続された容量性素子としての
外付けのコンデンサで、該コンデンサ32は検出電極2−
3から発生する電圧を降下される機能を有する。 次いで、第1図乃至第8図示実施例を動作について説
明する。 不図示の電源スイツチを投入すると回路への給電がな
されVCO5はある周波数で発振を開始する。該VCO5の出力
(第9図(a))はシフトレジスタ20,25のシフトクロ
ツクとなると同時に分周回路19に伝わるため32分周した
パルス(第9図(b)が分周回路19の出力としてアンプ
7に入力する。該パルスはコイル10、電極2−1等から
成る共振回路にて正弦波となり駆動電極2−1に印加さ
れることとなり、その結果電極2−1には第9図
(b))に示したパルスと同位相で、かつ同周波数の正
弦波が印加される。 一方、分周回路19の出力はシフトレジスタ20のD入力
端に伝わり、かつ該レジスタ20のシフトクロツクとして
はVCO5の出力パルスが印加されているので、シフトレジ
スタ20のQ1〜Q8出力は第9図(c)〜(j)の如く分周
回路19の出力をそれぞれVCO出力1パルス分遅らせたパ
ルスとなる。上記の如く分周回路19はVCO出力に対して3
2分周しているので、レジスタ20の各出力は前段の出力
に対して360゜/32=11.25゜遅れることとなり、出力Q8
からは上記分周回路出力も第9図(b)に対して11.25
×8=90゜遅れたパルスとなる。 今、スイツチ30を接点30−8と選択的に接続している
とすると、レジスタ20の出力Q8のパルスがアンプ8、コ
イル11を介して電極2−2に正弦波として印加される。
よって、この状態では電極2−1と電極2−2間には90
゜位相の異なる周波電圧が印加されることとなる。 一方振動波モータにおいては、第1群(電極2−1)
の電歪素子への印加電圧と第2群(電極2−2)の電歪
素子への印加電圧間の位相角が90゜の時にその電気−回
転変換効率が最も高く、位相角が狭くなればなるほど効
率が低下し、0゜の時には効率が0、即ち振動波モータ
(以下SSMと称す)は停止する。 従って、上記の如くスイツチ30を接点30−8と接続し
た時には最大効率でSSMは回転し、スイツチ30を接点30
−7、30−6、30−5、30−4、30−3、30−2、30−
1に切換え接続することにより回転効率が低くなりSSM
の回転スピードが低下する。本発明ではスイツチ30と接
点30−1〜30−8の任意の接点とを接続することにてSS
Mの回転スピードを可変している。 以上の動作にてSSMの回転スピード調定がなされると
共に本実施例にあっては常にSSMが共振周波数にて駆動
される様周波数制御がなされる。 以下に該周波数制御動作について説明する。 一般にSSMにおいては、その共振状態では駆動電極2
−1又は2−2と検出電極2−3の位置関係に応じて電
極2−1又は2−2への駆動信号の位相と検出電極2−
3からの信号の位相が特定の関係、即ち電極間の位置的
位相関係と電極における信号の位相関係が同一位相差関
係を示すものであり、SSMを共振駆動するためには上記
位相関係を保持させなければ常に共振駆動することが出
来る。該実施例にあっては電極2−1と電極2−3とは
90゜ずれて配置されているため該実施例にあっては電極
2−1の波形と電極2−3の出力の波形も90゜ずれる様
制御すれば共振駆動とすることが出来る。 該実施例にあっては、コンパレータ12にて電極2−3
と、電極2−1における波形の位相を検知して常にこの
位相が90゜ずれる様制御している。 以下、その動作につき詳細に説明する。電極2−3の
出力はコンパレータ2Aにてパルスに変換した上コンパレ
ータ12のR入力に伝えられる。この時、外付けのコンデ
ンサ32が設けられていないものとすると、電歪素子2上
の電極部分の構成は第11図となり、検出電極2−3から
電圧V1が発生する。尚この第11図における検出電極2−
3の等価回路は第12図で示すことができる。ここで2−
3Aは振動体1の振動に応じた電流i(t)を発生する電
流源で、cdは制動容量である。そこで該等価回路を用い
て出力電圧V1を表わすと、 ただしi(t)=iejωt,ω:振動体1の振動の角
周波数. となる。 一方該実施例では前述の様に検出電極2−3に外付け
のコンデンサ32が並列接続されている。従って該実施例
における検出電極2−3の部分の等価回路は第13図のよ
うになる。ここでCは外付けコンデンサの容量である。
そこで該実施例における出力電圧、即ち検出回路を形成
するコンパレータ2Aの入力に印加される電圧V2は、 となる。 この為(1)、(2)式よりV2/V1は、 となり、V2はV1と同位相で、かつ の比で分圧された低出力電圧となる。 従って、 の比を適当に選ぶことにより論理回路の電圧レベル(例
えば5V)に検出素子2−3の出力電圧を見かけ上下げる
ことが出来るものである。 更に第1図の説明を続ける。 一方電極2−1の波形はコンパレータ17にてパルスに
変換し、レジスタ25のD入力に伝えられる。該レジスタ
25のシフトクロツクパルスは上記VCO5の出力であるた
め、シフトレジスタ25の出力Q8からは電極2−1の波形
に対して90゜位相の遅れたパルスとなる。 該レジスタ25の出力Q8からのパルスはインバータ18に
て反転されフエーズコンパレータ12のS入力に伝わる。
上記の如くレジスタ25の出力Q8のパルス2はアンプ7へ
の印加パルスを第10図(a)とすると第10図(b)の如
く90゜遅れたパルスとなり、該パルスがインバータ18に
て反転の上コンパレータ12のS入力に伝わるので該コン
パレータ12のS入力へのパルスは第10図(c)の如く第
10図(a)のパルスに対して90゜進んだパルスとなる。 よって、該コンパレータ12のS入力へのパルスとコン
パレータ12のR入力へのパルスとの位相が一致すれば電
極2−3と電極2−1間に90゜位相差が生じていること
となり、共振状態であることが検知されることとなる。
又、コンパレータ12はその入力端RとSへの入力信号位
相が一致していればその出力をオープン状態に保持して
いるのでVCO5はその発振状態を保持し続けることとな
り、共振周波数で駆動され続ける。 又、SSMが共振状態にない場合には電極2−3からの
信号が電極2−1の信号に対して90゜位相づれした状態
から前後にづれることとなる。よって、この場合にはコ
ンパレータ12のR及びS入力端へのパルス位相は一致し
なくなり、例えば第8図に示す如くコンパレータ12のR
入力端へのパルスの立ち上り信号がS入力端へのパルス
の立ち上り信号よりも先に発生している場合は上記立ち
上り信号差分コンパレータ12の出力はHとなり、又逆に
S入力端への立ち上り信号がR入力端への立ち上り信号
よりも先に発生している場合は立ち上り信号差分コンパ
レータ12の出力はLとなる。よって、コンパレータ2の
パルス、即ち電極2−3からの波形の位相がインバータ
18からのパルスの位相に対して進んだ状態となると、即
ち、電極2−1と2−3の波形の位相差が90゜以上とな
るとその位相差期間分コンパレータ12の出力はHとなり
該Hはローパスフイルタ4を介してVCO5に入力され、VC
O5への入力電圧増加し、その分VCO5の発振周波数が高く
なる。VCO5の発振周波数、即ち、電極2−1,2−2への
駆動周波数が高くなる程電極2−1に入力される信号は
電極2−3に発生する信号よりも位相が進む方向に変化
する特性を有しているため、上記電極2−1と2−3と
の位相差が90゜方向へ制御される。 又、逆に電極2−1と2−3の位相差が90゜以内とな
るとコンパレータ12のS入力端への立ち上り信号の方が
R入力端への立ち上り信号に比して先に発生するため、
その位相差分コンパレータ12の出力はLとなりVCO5の発
振周波数が低下するため電極2−1,2−2への駆動周波
数も低くなり、電極2−1と2−3の波形の位相が増大
し電極2−1と2−3との位相差が90゜方向へ移行す
る。 この様に電極2−1と2−3の波形の位相差検知がな
され、この位相差が常に90゜となる様SSMの駆動周波数
が制御され、SSMは常に共振状態にて駆動制御されるこ
ととなる。 第15図乃至第17図は第1図示第1実施例における外付
けコンデンサ32の容量を小さくすることのできる他の実
施例で第14図は第1図示検出電極2−3、駆動用電極2
−1の部分拡大図である。通常、SSMでは振動波の波
長、位相検出感度、信号対雑音比、又他の振動モードに
移らない為の条件から周方向長さl、半径方向長さωは
決定される。このlとωの関係から第14図の様な検出電
極を構成した時には低い出力電圧V2を得ようとする時に
外付けコンデンサ32の容量Cは大きくなる可能性があ
る。 第15図乃至第17図はかかる問題を解決し、小容量の外
付けコンデンサ32で尚かつ低出力レベルの検出電圧が得
られる様にした実施例である。 第15図,第16図は第14図示実施例と同等の機能(l,ω
による)を持ったまま検出電極2−33,2−34の面積を減
らした例であり、第17図は検出電極2−35を複数の部分
に分けた例である。尚、第15図乃至第17図における実施
例の検出電極以外の部分は第1実施例と同様であるの
で、その説明を省略する。 [効果] 以上の様に本発明によれば検出素子に並列に容量性素
子を接続したので、出力電圧の位相を変えることなく検
出素子出力電圧を見かけ上減じることができるものであ
り、その結果、高耐電圧部品による高入力抵抗の検出回
路が不要となり駆動回路を安価に提供できると共に、検
出素子出力電圧が低下したので消費電力も小さくなる利
点が生じるものである。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a drive circuit of a vibration wave motor as a vibration type actuator device, and more particularly to a drive circuit of a vibration wave motor for frictionally driving a moving body by a progressive vibration wave. is there. BACKGROUND OF THE INVENTION An electromechanical conversion element for detecting vibration is provided in a vibration wave motor as a drive circuit of a vibration wave motor driven by a progressive vibration wave generated by applying a frequency voltage to a drive electromechanical conversion element, The drive circuit that drives the vibration wave motor most efficiently by automatically setting the frequency of the frequency voltage applied to the drive electromechanical conversion element according to the change in the impedance of the detection electromechanical conversion element as the resonance wave number It has been proposed by the applicant as Japanese Patent Application No. Sho 59-276962. However, in the case of such a conventional technique, the voltage generated from the electromechanical conversion element for detection is a high voltage almost equal to the voltage applied to the electromechanical conversion element for driving, and therefore a circuit that withstands the high voltage is prepared as the vibration detection circuit. Must. Further, since the high withstand voltage detecting circuit may cause a phase change, there is a drawback that a circuit having a high input resistance must be used as the detecting circuit in order to reduce the phase change. Further, the detection circuit has a voltage of a frequency from the electromechanical conversion element for detection, that is, a frequency corresponding to the frequency applied to the electromechanical conversion element for driving (generally, 50 to 10).
A voltage of 0 KHZ) is applied, but the detection circuit must be able to respond to an input signal of such frequency. Therefore, a current of about several mA is applied to the detection circuit. The current flowing through the detection circuit is such a small current, but the voltage level input to the detection circuit is a high level as described above, so the power consumed by the high withstand voltage detection circuit becomes a large value, and the small capacity However, it has a drawback that it is difficult to apply it to small portable devices such as cameras in which the batteries described above are used. [Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a drive circuit for a vibration wave motor that solves the above-mentioned drawbacks of the conventional device and does not require a high breakdown voltage circuit and has low power consumption. The point is that a capacitive element is connected in parallel with the vibration detecting element. [Embodiment] FIGS. 2 to 6 are views for explaining the structure of a vibration wave motor applied to the present invention. FIG. 2 is a sectional view of the vibration wave motor, and FIG. 3 is shown in FIG. FIG. 4 is a perspective view of a stator composed of a vibrating body 1 that constitutes a vibration wave motor and an electrostrictive element 2 as an electromechanical conversion element that is bonded to the vibrating body 1 as seen obliquely from above, and FIG. 4 is a side view of the stator. FIG. 5 is a diagram in which three diagrams of the electrode pattern are vertically arranged for easy understanding. FIG. 6 is a plan view showing the polarization pattern of the electrostrictive element 2 and the wiring of the electrostrictive element 2. In FIGS. 2 to 5, the vibrating body 1 is composed of an elastic body made of brass, for example. The electrostrictive element 2 is, for example, PZT (lead zirconate titanate) and is bonded to the vibrating body 1. The electrostrictive element 2 is composed of an annular electrostrictive element that is polarized in a pattern shown in FIG. 6 in a plane, or a plurality of electrostrictive elements arranged in an annular shape.
In the embodiment, a polarized annular electrostrictive element is used. The polarization pattern of the electrostrictive element 2 is, as shown in FIG. 6, an electrode 2-1 and an electrode 2-2 to which a frequency voltage having a predetermined frequency is applied, and an electrode 2 for vibration detection forming a vibration detection element.
-3, the electrode 2-2 is arranged with a pitch shifted by 1/4 of the wavelength λ of the vibration wave to be excited with respect to the electrode 2-1. "+" And "-" shown in FIG. 6 are reference numerals indicating the directions of polarization processing. In FIG. 2, 60 is a moving body that makes frictional contact with the vibrating body 1, 70 is a fixed body of the motor, 80 is a central shaft that supports the moving body, and 90 is provided at a contact portion between the central shaft 80 and the moving body 60. It is a bearing. Reference numeral 100 denotes a spring provided so that the moving body 60 and the vibrating body 1 are brought into pressure contact with each other by a predetermined force by exerting a force on the central shaft 80 in the downward direction in FIG. FIG. 1 is a circuit diagram showing a drive circuit of the second illustrated vibration wave motor. In FIG. 1, 2 is the electrostrictive element described above,
Reference numerals -2 and 2-3 are electrodes shown in FIG. 5, 10 and 11 are coils, and 7 and 8 are amplifiers. Reference numeral 17 is a comparator that is connected to the electrode 2-1 and shapes the sine wave of the electrode 2-1 and converts it into a logic level pulse. 2A is an output waveform of the detection electrode 2-3 (sine wave).
Is a comparator for converting to a logic level pulse. Reference numeral 12 denotes a phase comparator (phase comparator circuit) having one input end thereof connected to the output of the comparator 2A and the other input end thereof connected to the inverter 18, which is well known in, for example, USP 4,291,274. Although the detailed description thereof is omitted, the phase difference between the input signals is detected and the output is generated only when the phase difference exists. The block configuration and the input output characteristics of the comparator 12 are as shown in FIGS. 7 and 8, and when the input pulse (rising signal) to the input terminal R is input before the rising signal to the input terminal S. Output is Vc only during the rising signal difference
When the rising signal is input to the input terminal S, the output becomes an open state (high impedance state). Also, the input pulse (rising signal) to the input end S is the input end R
If the signal is input before the rising signal to, the rising signal period output is at the ground level (hereinafter referred to as low level and referred to as L).
Becomes The output is in an open state except when it shows H or L. Therefore, when the phase difference is zero, the output is kept open. A low-pass filter 4 smoothes the output of the comparator 12. Reference numeral 5 is a voltage controlled oscillator (VCO) that outputs a signal with a duty ratio of 50% at a frequency according to the input voltage, and its input is connected to the output of the low-pass filter 4. The
The input voltage and output frequency of VCO5 have a linear relationship, and the higher the voltage, the higher the output frequency. Reference numeral 19 is a frequency dividing circuit for dividing the output of the VCO 5 by 32, and the output of the frequency dividing circuit is applied to the electrode 2-1 via the amplifier 7 and the coil 10. Further, the output of the frequency dividing circuit 19 is an 8-stage shift register 20.
Are connected to the D input terminal of The output of the VCO5 is input as a clock pulse to the clock terminal of the register 20. Since the frequency of VCO5 with respect to the output pulse of the frequency dividing circuit 19 is 32 times, the relationship between the D input to the register 20 and the clock pulse is also 32 times. Therefore, the outputs Q 1 to Q 8 of the shift register 20 are pulses which are shifted (delayed) by 11.25 ° from 0 ° to 90 ° with respect to the D input signal. The oscillation frequency of VCO5 is set to 32 times the resonance frequency of the vibration wave motor. The outputs Q 1 to Q 8 of the shift register 20 are speed selection switches.
The output of the register 20 connected to the terminals 30-1 to 30-8 of the amplifier 30 and selected via the switch 30 is the amplifier 8 and the coil 11
Is applied to the electrode 2-2 via. Reference numeral 25 is an 8-stage shift register. The output of the comparator 17 is input to the D input terminal of the register, and the output of the VCO5 is input to the clock input.
A pulse delayed by 90 ° with respect to the signal input to the D input terminal is output from Q 8 . That is, since the output pulse of the frequency dividing circuit 19 and the output pulse of the comparator 17 have the same phase relationship, the pulse is input as the D input and the output of the VCO 5 is input as the clock. Output Q 8 is a pulse delayed by 90 ° with respect to the D input signal, that is, the signal of the electrode 2-1. The output Q 8 of the shift register 25 is input to the S input of the phase comparator 12 via the inverter 18. It is assumed that the electrodes 1-1 and 1-3 are in a positional relationship of being displaced by 90 °. 32
Is a capacitor externally connected as a capacitive element connected in parallel to the detection electrode 2-3.
3 has a function of lowering the voltage generated. Next, the operation of the embodiment shown in FIGS. 1 to 8 will be described. When a power switch (not shown) is turned on, power is supplied to the circuit and VCO5 starts oscillating at a certain frequency. The output of the VCO 5 (Fig. 9 (a)) becomes the shift clock of the shift registers 20 and 25, and at the same time, it is transmitted to the frequency dividing circuit 19, so that a pulse divided by 32 (Fig. 9 (b) is output as the frequency dividing circuit 19). The pulse is input to the amplifier 7. The pulse becomes a sine wave in the resonance circuit including the coil 10 and the electrode 2-1 and is applied to the drive electrode 2-1. A sine wave having the same phase and the same frequency as the pulse shown in b)) is applied. On the other hand, the output of the frequency dividing circuit 19 is transmitted to the D input terminal of the shift register 20, and so as the Shifutokurotsuku of the register 20 output pulse of VCO5 being applied, Q 1 to Q 8 output of the shift register 20 is first As shown in FIGS. 9 (c) to 9 (j), the output of the frequency divider 19 is delayed by one VCO output pulse. As described above, the frequency divider circuit 19 is 3 for the VCO output.
Since the frequency is divided by two, each output of register 20 is delayed 360 ° / 32 = 11.25 ° with respect to the output of the previous stage, and output Q 8
From the above, the frequency divider circuit output is also 11.25 with respect to Fig. 9 (b).
× 8 = pulse delayed by 90 °. Assuming that the switch 30 is selectively connected to the contacts 30-8, a pulse of the output Q 8 of the register 20 is the amplifier 8 is applied as a sine wave to the electrodes 2-2 via the coil 11.
Therefore, in this state, 90 between electrode 2-1 and electrode 2-2.
The frequency voltages having different phases are applied. On the other hand, in the vibration wave motor, the first group (electrode 2-1)
When the phase angle between the applied voltage to the electrostrictive element of and the applied voltage to the electrostrictive element of the second group (electrode 2-2) is 90 °, the electro-rotation conversion efficiency is highest and the phase angle becomes narrow. The higher the value, the lower the efficiency becomes, and at 0 °, the efficiency becomes 0, that is, the vibration wave motor (hereinafter referred to as SSM) stops. Therefore, when the switch 30 is connected to the contact 30-8 as described above, the SSM rotates with maximum efficiency, and the switch 30 contacts the contact 30-8.
-7, 30-6, 30-5, 30-4, 30-3, 30-2, 30-
By switching and connecting to 1, rotation efficiency becomes low and SSM
Rotation speed will decrease. In the present invention, the switch 30 and any of the contacts 30-1 to 30-8 are connected to form an SS.
The rotation speed of M is variable. The rotation speed of the SSM is adjusted by the above operation, and in the present embodiment, the frequency control is performed so that the SSM is always driven at the resonance frequency. The frequency control operation will be described below. Generally, in SSM, the drive electrode 2 is in the resonance state.
-1 or 2-2 and the detection electrode 2-3 depending on the positional relationship between the detection electrode 2-3 and the electrode 2-1 or 2-2.
The phase of the signal from 3 has a specific relationship, that is, the positional phase relationship between the electrodes and the phase relationship of the signal at the electrodes show the same phase difference relationship, and the above phase relationship is maintained in order to drive the SSM in resonance. If it is not made, resonance drive can always be performed. In the embodiment, the electrodes 2-1 and 2-3 are
Since they are arranged 90 ° apart from each other, in this embodiment, resonance drive can be performed by controlling the waveform of the electrode 2-1 and the waveform of the output of the electrode 2-3 by 90 °. In this embodiment, the comparator 12 has electrodes 2-3.
Then, the phase of the waveform at the electrode 2-1 is detected, and the phase is controlled so as to be always shifted by 90 °. The operation will be described in detail below. The output of the electrode 2-3 is converted into a pulse by the comparator 2A and transmitted to the R input of the comparator 12. At this time, assuming that the external capacitor 32 is not provided, the configuration of the electrode portion on the electrostrictive element 2 is as shown in FIG. 11, and the voltage V 1 is generated from the detection electrode 2-3. Incidentally, the detection electrode 2- in FIG.
The equivalent circuit of 3 can be shown in FIG. Where 2-
3A is a current source that generates a current i (t) according to the vibration of the vibrating body 1, and cd is a braking capacity. Therefore, when the output voltage V 1 is expressed using the equivalent circuit, Where i (t) = ie jωt , ω: angular frequency of vibration of the vibrating body 1. Becomes On the other hand, in this embodiment, the external capacitor 32 is connected in parallel to the detection electrode 2-3 as described above. Therefore, the equivalent circuit of the detection electrode 2-3 portion in this embodiment is as shown in FIG. Here, C is the capacity of the external capacitor.
Therefore, the output voltage in the embodiment, that is, the voltage V 2 applied to the input of the comparator 2A forming the detection circuit is Becomes Therefore, from equations (1) and (2), V 2 / V 1 is And V 2 is in phase with V 1 and It becomes a low output voltage divided by the ratio of. Therefore, The output voltage of the detection element 2-3 can be apparently lowered to the voltage level (for example, 5V) of the logic circuit by appropriately selecting the ratio of the above. Further, the explanation of FIG. 1 will be continued. On the other hand, the waveform of the electrode 2-1 is converted into a pulse by the comparator 17 and transmitted to the D input of the register 25. The register
Since the shift clock pulse of 25 is the output of the VCO 5, the output Q 8 of the shift register 25 is a pulse whose phase is delayed by 90 ° with respect to the waveform of the electrode 2-1. The pulse from the output Q 8 of the register 25 is inverted by the inverter 18 and transmitted to the S input of the phase comparator 12.
As described above, the pulse 2 of the output Q 8 of the register 25 is a pulse delayed by 90 ° as shown in FIG. 10 (b) when the pulse applied to the amplifier 7 is shown in FIG. 10 (a), and the pulse is output by the inverter 18. Since the signal is inverted and transmitted to the S input of the comparator 12, the pulse to the S input of the comparator 12 is shown in Fig. 10 (c).
The pulse advances 90 ° with respect to the pulse in Fig. 10 (a). Therefore, if the phase of the pulse to the S input of the comparator 12 and the phase of the pulse to the R input of the comparator 12 match, it means that there is a 90 ° phase difference between the electrode 2-3 and the electrode 2-1. The state is detected.
Also, the comparator 12 holds its output open if the input signal phases to its input terminals R and S match, so the VCO 5 will continue to hold its oscillating state and will be driven at the resonance frequency. to continue. Further, when the SSM is not in the resonance state, the signal from the electrode 2-3 is shifted from the state in which the signal is 90 ° in phase with respect to the signal of the electrode 2-1 to the front and back. Therefore, in this case, the pulse phases to the R and S input terminals of the comparator 12 do not match, and for example, as shown in FIG.
When the rising signal of the pulse to the input terminal is generated before the rising signal of the pulse to the S input terminal, the output of the rising signal difference comparator 12 becomes H, and conversely, the rising signal to the S input terminal. Is generated before the rising signal to the R input terminal, the output of the rising signal difference comparator 12 becomes L. Therefore, the pulse of the comparator 2, that is, the phase of the waveform from the electrode 2-3 is the inverter.
When the phase of the pulse from 18 is advanced, that is, when the phase difference between the waveforms of the electrodes 2-1 and 2-3 becomes 90 ° or more, the output of the comparator 12 becomes H for the phase difference period. Is input to VCO5 through the low pass filter 4 and VC
The input voltage to O5 increases, and the oscillation frequency of VCO5 increases accordingly. The higher the oscillation frequency of VCO5, that is, the driving frequency to the electrodes 2-1 and 2-2, the higher the phase of the signal input to the electrode 2-1 becomes than that of the signal generated at the electrode 2-3. Because of the characteristics, the phase difference between the electrodes 2-1 and 2-3 is controlled in the 90 ° direction. On the contrary, if the phase difference between the electrodes 2-1 and 2-3 is within 90 °, the rising signal to the S input terminal of the comparator 12 occurs earlier than the rising signal to the R input terminal. ,
The output of the phase difference comparator 12 becomes L, and the oscillation frequency of VCO5 decreases, so the drive frequency to the electrodes 2-1 and 2-2 also decreases, and the phase of the waveform of the electrodes 2-1 and 2-3 increases and the electrode The phase difference between 2-1 and 2-3 shifts toward 90 °. In this way, the phase difference between the waveforms of the electrodes 2-1 and 2-3 is detected, the drive frequency of the SSM is controlled so that this phase difference is always 90 °, and the drive control of the SSM is always in the resonance state. Becomes FIGS. 15 to 17 show another embodiment in which the capacitance of the external capacitor 32 in the first embodiment shown in FIG. 1 can be reduced, and FIG. 14 shows the detection electrode 2-3 and the driving electrode 2 shown in FIG.
It is a partially enlarged view of -1. Normally, in the SSM, the circumferential length 1 and the radial length ω are determined from the wavelength of the vibration wave, the phase detection sensitivity, the signal-to-noise ratio, and the condition for not shifting to another vibration mode. From the relationship between l and ω, the capacitance C of the external capacitor 32 may increase when a low output voltage V 2 is obtained when the detection electrode as shown in FIG. 14 is configured. FIGS. 15 to 17 show an embodiment in which such a problem is solved and a detection voltage of a low output level can be obtained with the external capacitor 32 having a small capacity. 15 and 16 show the same function (l, ω) as the embodiment shown in FIG.
This is an example in which the area of the detection electrodes 2-33, 2-34 is reduced while holding the above), and FIG. 17 is an example in which the detection electrode 2-35 is divided into a plurality of parts. Since the portions other than the detection electrodes of the embodiment shown in FIGS. 15 to 17 are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted. [Effect] As described above, according to the present invention, since the capacitive element is connected in parallel to the detecting element, it is possible to apparently reduce the output voltage of the detecting element without changing the phase of the output voltage. The advantage is that the detection circuit for high input resistance due to the high withstand voltage component is not required, the drive circuit can be provided at low cost, and the output voltage of the detection element is reduced, so that the power consumption is reduced.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明を適用した振動波モータの駆動回路図、 第2図は第1図示振動波モータの構造の要部の断面図、 第3図は第2図示振動波モータのステータの斜視図、 第4図は第3図示ステータの側面図、 第5図は第2図示モータにおけるスタータ下部に設けら
れた電極のパターンを示す図、 第6図は第2図示モータの電歪素子の配線を示す平面
図、 第7図は第1図示コンパレータ12のブロツク図、 第8図は第7図示コンパレータの入出力特性図、 第9図,第10図は第1図示駆動回路の各部の出力波形
図、 第11図は第2図示駆動回路の要部回路図、 第12図,第13図は第11図示回路の等価回路図、 第14図は第1図示電極の部分拡大図、 第15図乃至第17図は本発明の他の実施例における電極部
分の拡大図である。 図において 2……電気機械変換素子としての電歪素子、 2−1,2−2……駆動用電極、 2−3……検出電極 2A……コンパレータ 32……容量性素子としてのコンデンサである
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a drive circuit diagram of a vibration wave motor to which the present invention is applied, FIG. 2 is a sectional view of a main part of the structure of the vibration wave motor shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a perspective view of a stator of the vibration wave motor, FIG. 4 is a side view of the stator shown in FIG. 3, FIG. 5 is a view showing a pattern of electrodes provided under the starter of the motor shown in FIG. 2, and FIG. Fig. 7 is a plan view showing the wiring of the electrostrictive element of the motor, Fig. 7 is a block diagram of the comparator 12 shown in Fig. 1, Fig. 8 is an input / output characteristic diagram of the comparator shown in Fig. 7, and Figs. Output waveform diagram of each part of the drive circuit, FIG. 11 is a circuit diagram of main parts of the drive circuit shown in FIG. 2, FIGS. 12 and 13 are equivalent circuit diagrams of the circuit shown in FIG. 11, and FIG. Partially enlarged views, FIGS. 15 to 17 are enlarged views of electrode portions in another embodiment of the present invention. In the figure, 2 ... Electrostrictive element as electromechanical conversion element, 2-1 and 2-2 ... Driving electrode, 2-3 ... Detection electrode 2A ... Comparator 32 ... Capacitor as capacitive element

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.振動体に配された駆動用電気−機械エネルギー変換
素子部に対して位相の異なる周波信号を印加し、振動体
を励振させ駆動力を得るとともに、前記振動体の振動に
より該振動に応じた電圧を出力する振動検出用電気−機
械エネルギー変換素子部を前記振動体に設け、該振動検
出用電気−機械エネルギー変換素子部からの電圧をモニ
ターして駆動状態を検出する振動型アクチュエーター装
置において、前記振動検出用電気−機械エネルギー変換
素子部に対して並列に容量性素子を接続し、該容量性素
子にて前記振動検出用電気−機械エネルギー変換素子部
に発生する電圧をその位相が変化することなしに降下さ
せるとともに、該容量性素子にて降下された前記電圧を
モニター回路に入力して振動状態の検出を行うことを特
徴とする振動型アクチュエーター装置。
(57) [Claims] A frequency signal having different phases is applied to the driving electro-mechanical energy conversion element portion arranged on the vibrating body to excite the vibrating body to obtain a driving force, and a voltage corresponding to the vibration due to the vibration of the vibrating body. A vibration-type actuator device for detecting a drive state by providing a vibration detection electric-mechanical energy conversion element section on the vibrating body and monitoring a voltage from the vibration detection electric-mechanical energy conversion element section. A capacitive element is connected in parallel to the vibration detecting electric-mechanical energy conversion element section, and the phase of the voltage generated in the vibration detecting electric-mechanical energy conversion element section is changed by the capacitive element. Without vibrating, the voltage dropped by the capacitive element is input to a monitor circuit to detect a vibration state. Eta apparatus.
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