JP2697597B2 - 超音波モータの電源周波数制御装置 - Google Patents
超音波モータの電源周波数制御装置Info
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- JP2697597B2 JP2697597B2 JP6013425A JP1342594A JP2697597B2 JP 2697597 B2 JP2697597 B2 JP 2697597B2 JP 6013425 A JP6013425 A JP 6013425A JP 1342594 A JP1342594 A JP 1342594A JP 2697597 B2 JP2697597 B2 JP 2697597B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動を利用した
超音波モータの電源周波数制御装置に関する。
超音波モータの電源周波数制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の電源周波数最適化装置と
しては、例えば特開昭５９−２０４４７７号のものが知
られている。この装置にあっては、超音波モータの共振
曲線が励振周波数（電源周波数）に１対１に対応すると
いう前提のもとに、超音波モータの弾性体を励振させる
圧電体のうち、弾性体の励振に直接寄与しない圧電体の
部分を利用して弾性体の励振周波数に応じたモニタ電圧
を検出し、このモニタ電圧を最適周波数に対応した設定
電圧と比較し、両者の偏差を無くすように電源周波数を
制御して超音波モータに対する電源周波数を最適化を計
っている。
しては、例えば特開昭５９−２０４４７７号のものが知
られている。この装置にあっては、超音波モータの共振
曲線が励振周波数（電源周波数）に１対１に対応すると
いう前提のもとに、超音波モータの弾性体を励振させる
圧電体のうち、弾性体の励振に直接寄与しない圧電体の
部分を利用して弾性体の励振周波数に応じたモニタ電圧
を検出し、このモニタ電圧を最適周波数に対応した設定
電圧と比較し、両者の偏差を無くすように電源周波数を
制御して超音波モータに対する電源周波数を最適化を計
っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、その
後、本願発明者等が行なった実験によれば、超音波モー
タのステータ・ロータ間の加圧力等の設定条件により、
超音波モータの共振曲線は強いヒステリシス現象を示す
ことが発見された。従って、前述した如き電源周波数の
最適化技術にあっては、動作点が超音波モータの駆動中
等にヒステリシス曲線の所望以外の側に移動してしまっ
た場合には、電源周波数の最適化が不可能になると共
に、モータからの機械的出力も無皆になってしまうとい
う問題があった。
後、本願発明者等が行なった実験によれば、超音波モー
タのステータ・ロータ間の加圧力等の設定条件により、
超音波モータの共振曲線は強いヒステリシス現象を示す
ことが発見された。従って、前述した如き電源周波数の
最適化技術にあっては、動作点が超音波モータの駆動中
等にヒステリシス曲線の所望以外の側に移動してしまっ
た場合には、電源周波数の最適化が不可能になると共
に、モータからの機械的出力も無皆になってしまうとい
う問題があった。
【０００４】本発明は、このような従来の問題点らに鑑
みてなされたもので、動作点がヒステリシス現象により
目標値（例えば最適周波数）から外れてしまった場合に
も、速やかに所望の目標値に復帰させ、本来の性能を出
力させうるようにした超音波モータの電源周波数最適化
装置を提供することを目的とする。
みてなされたもので、動作点がヒステリシス現象により
目標値（例えば最適周波数）から外れてしまった場合に
も、速やかに所望の目標値に復帰させ、本来の性能を出
力させうるようにした超音波モータの電源周波数最適化
装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、超音波モータの電源周波数制御装置におい
て、前記超音波モータに独立して発振可能な発振手段
と、前記発振手段から発振される第１の駆動周波数に基
づいて生成される電源電圧を前記超音波モータに印加す
る駆動手段と、前記超音波モータの駆動状態を検出する
モニタ手段と、前記超音波モータの共振周波数よりも高
い周波数帯域にある動作目標値と、前記モニタ手段の出
力とを比較する比較手段と、該比較手段の出力に定数を
乗じた値を、前記第１の駆動周波数に加減し、第２の駆
動周波数として前記発振手段に出力させる演算手段とを
有することを特徴とする。
に本発明は、超音波モータの電源周波数制御装置におい
て、前記超音波モータに独立して発振可能な発振手段
と、前記発振手段から発振される第１の駆動周波数に基
づいて生成される電源電圧を前記超音波モータに印加す
る駆動手段と、前記超音波モータの駆動状態を検出する
モニタ手段と、前記超音波モータの共振周波数よりも高
い周波数帯域にある動作目標値と、前記モニタ手段の出
力とを比較する比較手段と、該比較手段の出力に定数を
乗じた値を、前記第１の駆動周波数に加減し、第２の駆
動周波数として前記発振手段に出力させる演算手段とを
有することを特徴とする。
【０００６】
【０００７】
【０００８】
【作用】このような本発明による超音波モータの電源周
波数制御装置によれば、超音波モータの共振周波数より
も高い周波数帯域にある動作目標値を設定し、目標値と
現状値との差に定数を乗じた値で現状値を増減させるの
で、超音波モータがヒステリシス現象により目標値（例
えば最適周波数）から外れた場合でも、超音波モータの
応答性を向上でき、素早く最適周波数に制御できる。
波数制御装置によれば、超音波モータの共振周波数より
も高い周波数帯域にある動作目標値を設定し、目標値と
現状値との差に定数を乗じた値で現状値を増減させるの
で、超音波モータがヒステリシス現象により目標値（例
えば最適周波数）から外れた場合でも、超音波モータの
応答性を向上でき、素早く最適周波数に制御できる。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示した回路ブロッ
ク図である。まず構成を説明すると、１は超音波モータ
を駆動するための電源手段であり、電源手段１は高周波
信号発生器２を備え、高周波信号発生器１の出力は２つ
に分岐され、一方は増幅器４に、他方は移相器３に各々
入力される。移相器３は超音波モータ６の回転の所望方
向により位相を＋π／２もしくは−π／２のいずれかへ
ずらせた後に増幅器５に入力する。
ク図である。まず構成を説明すると、１は超音波モータ
を駆動するための電源手段であり、電源手段１は高周波
信号発生器２を備え、高周波信号発生器１の出力は２つ
に分岐され、一方は増幅器４に、他方は移相器３に各々
入力される。移相器３は超音波モータ６の回転の所望方
向により位相を＋π／２もしくは−π／２のいずれかへ
ずらせた後に増幅器５に入力する。
【００１０】超音波モータ６のステータの圧電体表面
は、図示のように、６Ｌ，６Ｒ，６Ｇ，６Ｍの４つの電
極が設けられている。電極６Ｌ，６Ｒには各々増幅器
４，５の出力が入力されるように結線され、また電極６
Ｇは設置されるように結線されている。これらの電極の
超音波モータにおける位置関係や電極下の分電状態等に
関しては、日経メカニカル１９８３．２．２８号第４４
〜４９頁をはじめとする多くの文献や、本願出願人によ
る特開昭５９−２０４４７６号等により公知であるた
め、ここではその説明を省略する。
は、図示のように、６Ｌ，６Ｒ，６Ｇ，６Ｍの４つの電
極が設けられている。電極６Ｌ，６Ｒには各々増幅器
４，５の出力が入力されるように結線され、また電極６
Ｇは設置されるように結線されている。これらの電極の
超音波モータにおける位置関係や電極下の分電状態等に
関しては、日経メカニカル１９８３．２．２８号第４４
〜４９頁をはじめとする多くの文献や、本願出願人によ
る特開昭５９−２０４４７６号等により公知であるた
め、ここではその説明を省略する。
【００１１】尚、ここで電極６Ｌ，６Ｒに電源手段１か
ら入力される電圧の周波数を電源周波数と呼ぶものとす
る。更に電極６Ｍは入力電圧が印加されていない部分で
あって、この部分の圧電素子からはステータの振動振幅
に対応した電圧（以下「モニタ電圧」と呼ぶ）を検出す
ることができる。これは圧電素子の圧電現象によるもの
で、詳細は本願出願人による特開昭５９−２０４４７７
号に開示している。
ら入力される電圧の周波数を電源周波数と呼ぶものとす
る。更に電極６Ｍは入力電圧が印加されていない部分で
あって、この部分の圧電素子からはステータの振動振幅
に対応した電圧（以下「モニタ電圧」と呼ぶ）を検出す
ることができる。これは圧電素子の圧電現象によるもの
で、詳細は本願出願人による特開昭５９−２０４４７７
号に開示している。
【００１２】モニタ電圧検出手段７は電極６Ｍよりモニ
タ電圧Ｖm を検出し、その出力を周波数比較手段８に入
力する。周波数比較手段８は、モニタ電圧検出手段の出
力と、電源周波数設定手段９の出力とから電源周波数fx
と超音波モータ６の共振周波数ｆG との大小関係を演算
し、その比較出力を電源周波数設定手段９に入力する。
タ電圧Ｖm を検出し、その出力を周波数比較手段８に入
力する。周波数比較手段８は、モニタ電圧検出手段の出
力と、電源周波数設定手段９の出力とから電源周波数fx
と超音波モータ６の共振周波数ｆG との大小関係を演算
し、その比較出力を電源周波数設定手段９に入力する。
【００１３】電源周波数設定手段９は、周波数比較手段
８とモニタ電圧検出手段７との出力により後の説明で明
らかにする所定のアルゴリズムに従って最適な電源周波
数を演算し、高周波信号発生器１に入力する。次に上記
の実施例の作用を説明する。図２は超音波モータ６の共
振特性を示した図であり、横軸に周波数f 、縦軸にモニ
タ電圧Ｖm をとっている。
８とモニタ電圧検出手段７との出力により後の説明で明
らかにする所定のアルゴリズムに従って最適な電源周波
数を演算し、高周波信号発生器１に入力する。次に上記
の実施例の作用を説明する。図２は超音波モータ６の共
振特性を示した図であり、横軸に周波数f 、縦軸にモニ
タ電圧Ｖm をとっている。
【００１４】図２において、共振曲線は、周波数ｆA,ｆ
C 間において、本来超音波モータの駆動に用いる所望の
曲線点Ａ−点Ｇ−点Ｃと、所望以外の曲線点Ａ−点Ｂ−
点Ｃとの２値をとるヒステリシス現象を示している。な
お、点Ｇは共振点である。そして、電源周波数fxを変化
させた時、点Ｇ−点Ａ間に限り点Ｇから点Ａに向かう位
置方向に対してのみしか動作点の移動を行なうことがで
きない。その為に実際には、電源周波数fxが点Ｇを越え
て周波数の低い側に位置した場合には、共振曲線全体が
一時的に高周波側に逃げ、この結果、共振曲線の移動と
共にＡ点が移動した位置まで動作点が落ちてしまい、そ
の後に共振曲線が元の位置に復帰することにより、動作
点は点Ａと点Ｂの間の点Ａの近傍で安定状態になってし
まう。
C 間において、本来超音波モータの駆動に用いる所望の
曲線点Ａ−点Ｇ−点Ｃと、所望以外の曲線点Ａ−点Ｂ−
点Ｃとの２値をとるヒステリシス現象を示している。な
お、点Ｇは共振点である。そして、電源周波数fxを変化
させた時、点Ｇ−点Ａ間に限り点Ｇから点Ａに向かう位
置方向に対してのみしか動作点の移動を行なうことがで
きない。その為に実際には、電源周波数fxが点Ｇを越え
て周波数の低い側に位置した場合には、共振曲線全体が
一時的に高周波側に逃げ、この結果、共振曲線の移動と
共にＡ点が移動した位置まで動作点が落ちてしまい、そ
の後に共振曲線が元の位置に復帰することにより、動作
点は点Ａと点Ｂの間の点Ａの近傍で安定状態になってし
まう。
【００１５】従って、いま点Ｆにおいて駆動していると
きに、急激なトルク変動等により共振周波数が動いて電
源周波数よりも高くなってしまった場合、もしくは電気
的な外乱等により電源周波数が動いて共振周波数よりも
低くなってしまった場合等には、超音波モータの駆動が
急激に停止し、復帰しなくなってしまう欠点があった。
きに、急激なトルク変動等により共振周波数が動いて電
源周波数よりも高くなってしまった場合、もしくは電気
的な外乱等により電源周波数が動いて共振周波数よりも
低くなってしまった場合等には、超音波モータの駆動が
急激に停止し、復帰しなくなってしまう欠点があった。
【００１６】この欠点を解決するために、本発明による
電源周波数の最適化装置にあっては、共振曲線の所望の
側での電源周波数の最適化は言うに及ばず、所望以外の
側に移動してしまった場合にも、前記のような状態から
速やかに離脱し、電源周波数の最適化を計ることができ
るように構成されている。そこで、図３のフローチャー
トを参照して電源最適化のためのアルゴリズムを説明す
ると次のようになる。
電源周波数の最適化装置にあっては、共振曲線の所望の
側での電源周波数の最適化は言うに及ばず、所望以外の
側に移動してしまった場合にも、前記のような状態から
速やかに離脱し、電源周波数の最適化を計ることができ
るように構成されている。そこで、図３のフローチャー
トを参照して電源最適化のためのアルゴリズムを説明す
ると次のようになる。
【００１７】いま、理想動作点が共振点Ｇよりも僅かに
周波数の高い点Ｆであるとする。この理想動作点Ｆは例
えば共振周波数の１％程度高い周波数となる。 初期動作点が点Ｄ、点Ｇ間にある場合；電源周波数fx
におけるモニタ電圧ＶX をブロック１０で入力し、この
モニタ電圧ＶX は閾値ＶD よりも大きいので、判別ブロ
ック１２からブロック１４に進む。ブロック１４では理
想動作点における周波数ｆF と現行電源周波数fxとのズ
レ量を、理想動作点におけるモニタ電圧ＶF と現行電源
周波数におけるモニタ電圧Ｖx との差に定数k を乗じて
換算し、現行周波数fxに加算して、理想動作点もしくは
それに近い点の周波数を算出する。
周波数の高い点Ｆであるとする。この理想動作点Ｆは例
えば共振周波数の１％程度高い周波数となる。 初期動作点が点Ｄ、点Ｇ間にある場合；電源周波数fx
におけるモニタ電圧ＶX をブロック１０で入力し、この
モニタ電圧ＶX は閾値ＶD よりも大きいので、判別ブロ
ック１２からブロック１４に進む。ブロック１４では理
想動作点における周波数ｆF と現行電源周波数fxとのズ
レ量を、理想動作点におけるモニタ電圧ＶF と現行電源
周波数におけるモニタ電圧Ｖx との差に定数k を乗じて
換算し、現行周波数fxに加算して、理想動作点もしくは
それに近い点の周波数を算出する。
【００１８】尚、定数k は上記説明によって明らかなよ
うに、共振曲線の点Ｄ、点Ｇ間の平均的傾きに相当す
る。そして、以上の動作は動作点が理想動作点Ｆの所定
近傍以内に収まるまで繰り返し続けられる。 初期動作点が点Ｄより高周波側にある場合；この場
合、Ｖx ＜ＶF なので、判別ブロック１２から判別ブロ
ック２０に進む。共振曲線はトルク変動等により周波数
軸方向に動くが、最大量動いた場合にもｆF,ＦD 間にあ
って且つ、ｆF ，ｆD と緩衝しない周波数ｆE を設定し
た場合に、電源周波数fxはｆE よりも小さくないので、
判別ブロック２０からブロック２２に進む。ブロック２
２においては、電源周波数fxは周波数ｆE に設定され
る。そして、その後は前記のケースとなり、理想動作
点Ｆに漸近してゆく。
うに、共振曲線の点Ｄ、点Ｇ間の平均的傾きに相当す
る。そして、以上の動作は動作点が理想動作点Ｆの所定
近傍以内に収まるまで繰り返し続けられる。 初期動作点が点Ｄより高周波側にある場合；この場
合、Ｖx ＜ＶF なので、判別ブロック１２から判別ブロ
ック２０に進む。共振曲線はトルク変動等により周波数
軸方向に動くが、最大量動いた場合にもｆF,ＦD 間にあ
って且つ、ｆF ，ｆD と緩衝しない周波数ｆE を設定し
た場合に、電源周波数fxはｆE よりも小さくないので、
判別ブロック２０からブロック２２に進む。ブロック２
２においては、電源周波数fxは周波数ｆE に設定され
る。そして、その後は前記のケースとなり、理想動作
点Ｆに漸近してゆく。
【００１９】初期動作点が前記，の領域にない場
合；前述した如く、この場合の動作点は点Ａもしくはそ
の近傍に位置する。そして、点Ａから点Ｈ，点Ｇを経由
して点Ｆに至る経路は、ヒステリシス現象により実現さ
れない。したがつて、所定周波数点Ｃを経由して点Ｆに
至るアルゴリズムが組まれている。
合；前述した如く、この場合の動作点は点Ａもしくはそ
の近傍に位置する。そして、点Ａから点Ｈ，点Ｇを経由
して点Ｆに至る経路は、ヒステリシス現象により実現さ
れない。したがつて、所定周波数点Ｃを経由して点Ｆに
至るアルゴリズムが組まれている。
【００２０】いまＶX ＜ＶD なので、判別ブロック１２
から２０に進む。更に、ｆX ＜ｆEなので判別ブロック
２０からブロック２４に進む。従って、周波数比較手段
８は判別ブロック１２に示すように、モニタ電圧を用い
て間接的に共振周波数と電源周波数との大小関係を比較
していることになる。ブロック２４では電源周波数fxは
fcに設定されて出力される。そして再び判別ブロック１
２で比較され、このときＶx ＜ＶD なので判別ブロック
２０に進む。ここで、fx＞ｆE なのでブロック２４に進
み、電源周波数fxはｆE に設定される。そして、その後
は前記のケースとなり、理想動作点Ｆに漸近してゆ
く。
から２０に進む。更に、ｆX ＜ｆEなので判別ブロック
２０からブロック２４に進む。従って、周波数比較手段
８は判別ブロック１２に示すように、モニタ電圧を用い
て間接的に共振周波数と電源周波数との大小関係を比較
していることになる。ブロック２４では電源周波数fxは
fcに設定されて出力される。そして再び判別ブロック１
２で比較され、このときＶx ＜ＶD なので判別ブロック
２０に進む。ここで、fx＞ｆE なのでブロック２４に進
み、電源周波数fxはｆE に設定される。そして、その後
は前記のケースとなり、理想動作点Ｆに漸近してゆ
く。
【００２１】尚、上記の実施例においては、共振周波数
と電源周波数との比較や理想動作点への収束にモニタ電
圧を用いたが、本発明はモニタ電圧に限定されるもので
はなく、例えば超音波モータに入力される電圧と電流の
位相差を用いるようにしても全くさしつかえない。図４
は超音波モータに入力される電圧と電流の位相差Δθを
縦軸に、周波数を横軸にとって示した超音波モータの共
振曲線であり、位相差Δθをモニタした場合にも、図２
のモニタ電圧の場合と同様、ヒステリシス現象をもった
共振曲線を得ることができ、前述の実施例におけるモニ
タ電圧検出器を位相差検出器に置き換えることで、全く
同様な電源周波数の最適化を計ることができる。
と電源周波数との比較や理想動作点への収束にモニタ電
圧を用いたが、本発明はモニタ電圧に限定されるもので
はなく、例えば超音波モータに入力される電圧と電流の
位相差を用いるようにしても全くさしつかえない。図４
は超音波モータに入力される電圧と電流の位相差Δθを
縦軸に、周波数を横軸にとって示した超音波モータの共
振曲線であり、位相差Δθをモニタした場合にも、図２
のモニタ電圧の場合と同様、ヒステリシス現象をもった
共振曲線を得ることができ、前述の実施例におけるモニ
タ電圧検出器を位相差検出器に置き換えることで、全く
同様な電源周波数の最適化を計ることができる。
【００２２】次に、図５及び図６を用いて、更に詳細に
説明する。図５は、図１のブロック図を更に詳細にした
ブロック図であり、図６は、図３のフローチャートを更
に詳細にしたフローチャートである。まず構成を説明す
ると、１００は超音波モータを駆動するための電源手段
であり、電源手段１００は入力電圧に応答して制御され
る周波数の高周波信号を出力する電圧制御発振器２００
を備え、発振器２００の出力は２つに分岐され、一方は
増幅器４００に、他方は移相器３００を経て増幅器５０
０に各々入力される。移相器３００は超音波モータ６０
０の回転の所望方向により位相を＋π／２もしくは−π
／２のいずれかへずらせた後に増幅器５００に入力す
る。
説明する。図５は、図１のブロック図を更に詳細にした
ブロック図であり、図６は、図３のフローチャートを更
に詳細にしたフローチャートである。まず構成を説明す
ると、１００は超音波モータを駆動するための電源手段
であり、電源手段１００は入力電圧に応答して制御され
る周波数の高周波信号を出力する電圧制御発振器２００
を備え、発振器２００の出力は２つに分岐され、一方は
増幅器４００に、他方は移相器３００を経て増幅器５０
０に各々入力される。移相器３００は超音波モータ６０
０の回転の所望方向により位相を＋π／２もしくは−π
／２のいずれかへずらせた後に増幅器５００に入力す
る。
【００２３】超音波モータ６のステータの圧電体表面
は、図示のように、６Ｌ，６Ｒ，６Ｇ，６Ｍの４つの電
極が設けられている。電極６Ｌ，６Ｒには各々増幅器４
００，５００の出力が入力されるように結線され、また
電極６Ｇは接地されるように結線されている。これらの
電極の位置関係や電極下の分電状態等に関しては、日経
メカニカル１９８３．２．２８号第４４〜４９頁をはじ
めとする多くの文献や、本願出願人による特開昭５９−
２０４４７７号等により公知であるため、ここではその
説明を省略する。
は、図示のように、６Ｌ，６Ｒ，６Ｇ，６Ｍの４つの電
極が設けられている。電極６Ｌ，６Ｒには各々増幅器４
００，５００の出力が入力されるように結線され、また
電極６Ｇは接地されるように結線されている。これらの
電極の位置関係や電極下の分電状態等に関しては、日経
メカニカル１９８３．２．２８号第４４〜４９頁をはじ
めとする多くの文献や、本願出願人による特開昭５９−
２０４４７７号等により公知であるため、ここではその
説明を省略する。
【００２４】尚、ここで電極６Ｌ，６Ｒに電源手段１か
ら入力される電圧の周波数を電源周波数と呼ぶものとす
る。更に電極６Ｍは入力電圧が印加されていない部分で
あって、この部分の圧電素子からはステータの振動振幅
に対応した電圧（以下「モニタ電圧」と呼ぶ）を検出す
ることができる。これは圧電素子の圧電現象によるもの
で、詳細は本願出願人による特開昭５９−２０４４７７
号に開示している。
ら入力される電圧の周波数を電源周波数と呼ぶものとす
る。更に電極６Ｍは入力電圧が印加されていない部分で
あって、この部分の圧電素子からはステータの振動振幅
に対応した電圧（以下「モニタ電圧」と呼ぶ）を検出す
ることができる。これは圧電素子の圧電現象によるもの
で、詳細は本願出願人による特開昭５９−２０４４７７
号に開示している。
【００２５】比較手段８００は、比較器８００ｄと比較
器８００ｅとを有し、この比較器８００ｄでは、周波数
検出器８００ａによってモニターされる発振器２００の
高周波出力の周波数（又は、電極６Ｍに発生するモニタ
電圧の周波数）と、基準周波数発生器８００ｂによって
作られる基準周波数とを比較し、また比較器８００ｅで
は、モニタ電圧検出手段７００によってモニターされる
モニタ電圧と、基準電圧発生器８００ｃによって作られ
る基準電圧とを比較する。
器８００ｅとを有し、この比較器８００ｄでは、周波数
検出器８００ａによってモニターされる発振器２００の
高周波出力の周波数（又は、電極６Ｍに発生するモニタ
電圧の周波数）と、基準周波数発生器８００ｂによって
作られる基準周波数とを比較し、また比較器８００ｅで
は、モニタ電圧検出手段７００によってモニターされる
モニタ電圧と、基準電圧発生器８００ｃによって作られ
る基準電圧とを比較する。
【００２６】周波数設定手段９００は、比較器８００
ｄ，８００ｅの各出力を入力して後述する所定のアルゴ
リズムに従って超音波モータに入力すべき最適の周波数
を決定し、該最適周波数に対応する電圧出力を電圧制御
発振器２００に送る。上記手段７００〜９００は、ディ
スクリートな回路によって構成されてもよいが、マイク
ロコンピュータを用いることによってより簡単に達成す
ることができる。
ｄ，８００ｅの各出力を入力して後述する所定のアルゴ
リズムに従って超音波モータに入力すべき最適の周波数
を決定し、該最適周波数に対応する電圧出力を電圧制御
発振器２００に送る。上記手段７００〜９００は、ディ
スクリートな回路によって構成されてもよいが、マイク
ロコンピュータを用いることによってより簡単に達成す
ることができる。
【００２７】次に上記の実施例の作用を説明する。図２
は超音波モータ６の共振特性を示した図であり、横軸に
周波数f 、縦軸にモニタ電圧Ｖm をとっている。図２に
おいて、共振曲線は、周波数ｆA,ｆC 間において、本来
超音波モータの駆動に用いる所望の曲線点Ａ−点Ｇ−点
Ｃと、所望以外の曲線点Ａ−点Ｂ−点Ｃとの２値をとる
ヒステリシス現象を示している。なお、点Ｇは共振点で
ある。
は超音波モータ６の共振特性を示した図であり、横軸に
周波数f 、縦軸にモニタ電圧Ｖm をとっている。図２に
おいて、共振曲線は、周波数ｆA,ｆC 間において、本来
超音波モータの駆動に用いる所望の曲線点Ａ−点Ｇ−点
Ｃと、所望以外の曲線点Ａ−点Ｂ−点Ｃとの２値をとる
ヒステリシス現象を示している。なお、点Ｇは共振点で
ある。
【００２８】そして、電源周波数fxを変化させた時、点
Ｇ−点Ａ間に限り点Ｇから点Ａに向かう方向に対しての
みしか動作点の移動を行なうことができない。その為に
実際には、電源周波数fxが点Ｇを越えて周波数の低い側
に変化した場合には、共振曲線全体が一時的に高周波側
にシフトし、この結果、共振曲線の移動と共にＡ点が移
動した位置まで動作点が落ちてしまい、その後に共振曲
線が元の位置に復帰することにより、動作点は点Ａと点
Ｂの間の点Ａの近傍で安定状態になってしまう。
Ｇ−点Ａ間に限り点Ｇから点Ａに向かう方向に対しての
みしか動作点の移動を行なうことができない。その為に
実際には、電源周波数fxが点Ｇを越えて周波数の低い側
に変化した場合には、共振曲線全体が一時的に高周波側
にシフトし、この結果、共振曲線の移動と共にＡ点が移
動した位置まで動作点が落ちてしまい、その後に共振曲
線が元の位置に復帰することにより、動作点は点Ａと点
Ｂの間の点Ａの近傍で安定状態になってしまう。
【００２９】従って、いま点Ｆにおいて駆動していると
きに、急激なトルク変動等により共振周波数が変化して
電源周波数よりも高くなってしまった場合、もしくは電
気的な外乱等により電源周波数が動いて共振周波数より
も低くなってしまった場合等には、モータの駆動が急激
に停止し、復帰しなくなる。そこで本実施例では、図６
のフローチャートに示されるアルゴリズムに従って図５
の回路を操作する。
きに、急激なトルク変動等により共振周波数が変化して
電源周波数よりも高くなってしまった場合、もしくは電
気的な外乱等により電源周波数が動いて共振周波数より
も低くなってしまった場合等には、モータの駆動が急激
に停止し、復帰しなくなる。そこで本実施例では、図６
のフローチャートに示されるアルゴリズムに従って図５
の回路を操作する。
【００３０】動作の開始に応答して周波数検出器８００
ａ及びモニタ電圧検出器７００は電源周波数ｆX 及びモ
ニタ電圧ＶX をそれぞれ入力する（ステップＳ１）。比
較器８００ｅは、ステップＳ２においてモニタ電圧ＶX
を基準電圧発生回路８００ｃの基準電圧ＶD と比較す
る。いま、理想動作点が共振点Ｇよりも僅かに周波数の
高い点Ｆであるとする。この理想動作点Ｆは例えば共振
周波数の１％程度高い周波数ｆF となる。
ａ及びモニタ電圧検出器７００は電源周波数ｆX 及びモ
ニタ電圧ＶX をそれぞれ入力する（ステップＳ１）。比
較器８００ｅは、ステップＳ２においてモニタ電圧ＶX
を基準電圧発生回路８００ｃの基準電圧ＶD と比較す
る。いま、理想動作点が共振点Ｇよりも僅かに周波数の
高い点Ｆであるとする。この理想動作点Ｆは例えば共振
周波数の１％程度高い周波数ｆF となる。
【００３１】上記基準電圧ＶD は、理想動作点Ｆにおけ
るモニタ電圧ＶF より低い値で、ＶF の1/3 〜1/2 程度
の値に設定される。 ｉ）初期動作点が区間Ｄ−Ｇ内にある場合；モニタ電圧
ＶX は基準電圧ＶD より大きいので、ステップＳ３に進
む。このステップＳ３では周波数設定手段９００による
決定動作が実行される。即ち、設定手段９００は周波数
ｆF と現行の電源周波数fxとのズレ量を、電圧ＶF と現
行の電源周波数におけるモニタ電圧Ｖx との差に定数k
を乗じて換算し、現行の周波数fxに加算して、理想動作
点もしくはそれに近い点の周波数を決定する。
るモニタ電圧ＶF より低い値で、ＶF の1/3 〜1/2 程度
の値に設定される。 ｉ）初期動作点が区間Ｄ−Ｇ内にある場合；モニタ電圧
ＶX は基準電圧ＶD より大きいので、ステップＳ３に進
む。このステップＳ３では周波数設定手段９００による
決定動作が実行される。即ち、設定手段９００は周波数
ｆF と現行の電源周波数fxとのズレ量を、電圧ＶF と現
行の電源周波数におけるモニタ電圧Ｖx との差に定数k
を乗じて換算し、現行の周波数fxに加算して、理想動作
点もしくはそれに近い点の周波数を決定する。
【００３２】尚、定数k は上記説明によって明らかなよ
うに、共振曲線の点Ｄ、点Ｇ間の平均的傾きに相当す
る。この間に周波数設定手段９００は決定された周波数
に対応する電圧を発振器２００に出力する。従って、発
振器２００は決定された周波数を発生する（ステップＳ
４）。以上の動作は動作点が理想動作点Ｆの所定近傍以
内に収まるまで繰り返し続けられる。
うに、共振曲線の点Ｄ、点Ｇ間の平均的傾きに相当す
る。この間に周波数設定手段９００は決定された周波数
に対応する電圧を発振器２００に出力する。従って、発
振器２００は決定された周波数を発生する（ステップＳ
４）。以上の動作は動作点が理想動作点Ｆの所定近傍以
内に収まるまで繰り返し続けられる。
【００３３】ii）初期動作点が点Ｄより高周波側にある
場合；モニタ電圧ＶX は基準電圧ＶD より小さいので、
判別ステップＳ２からステップＳ５に進む。このステッ
プＳ５では電源周波数ｆX が基準周波数ｆE に対して比
較される。共振曲線はトルク変動等により周波数軸の方
向にシフトする。基準周波数ｆE は、この共振曲線のシ
フトにかかわらず常に周波数ｆF とｆD との間にあって
且つ、ｆF 及びｆD と緩衝しない値に定められている。
場合；モニタ電圧ＶX は基準電圧ＶD より小さいので、
判別ステップＳ２からステップＳ５に進む。このステッ
プＳ５では電源周波数ｆX が基準周波数ｆE に対して比
較される。共振曲線はトルク変動等により周波数軸の方
向にシフトする。基準周波数ｆE は、この共振曲線のシ
フトにかかわらず常に周波数ｆF とｆD との間にあって
且つ、ｆF 及びｆD と緩衝しない値に定められている。
【００３４】従って、電源周波数fxはｆE よりも低くな
いので、ステップＳ５からステップＳ６に進み、周波数
設定手段９００による決定動作が実行される。この場
合、設定手段９００は電源周波数ｆX として周波数ｆE
を決定する。そして、ステップＳ４において発振器２０
０は周波数ｆE を出力し、再びステップＳ１に戻る。そ
の後はステップＳ２からステップＳ３を通るループを繰
り返して理想動作点Ｆに漸近してゆく。
いので、ステップＳ５からステップＳ６に進み、周波数
設定手段９００による決定動作が実行される。この場
合、設定手段９００は電源周波数ｆX として周波数ｆE
を決定する。そして、ステップＳ４において発振器２０
０は周波数ｆE を出力し、再びステップＳ１に戻る。そ
の後はステップＳ２からステップＳ３を通るループを繰
り返して理想動作点Ｆに漸近してゆく。
【００３５】iii)初期動作点が前記ｉ），ii）の領域に
ない場合；前述した如く、この場合の動作点は点Ａもし
くはその近傍に位置する。そして、点Ａから点Ｈ，点Ｇ
を経由して点Ｆに至る経路は、ヒステリシスにより実現
されない。したがつて、所定周波数点Ｃを経由して点Ｆ
に至るアルゴリズムが組まれている。いまＶX ＜ＶD な
ので、ステップＳ２からステップＳ５に進む。更に、ｆ
X ＜ｆE なのでステップＳ５からステップＳ７に進む。
ない場合；前述した如く、この場合の動作点は点Ａもし
くはその近傍に位置する。そして、点Ａから点Ｈ，点Ｇ
を経由して点Ｆに至る経路は、ヒステリシスにより実現
されない。したがつて、所定周波数点Ｃを経由して点Ｆ
に至るアルゴリズムが組まれている。いまＶX ＜ＶD な
ので、ステップＳ２からステップＳ５に進む。更に、ｆ
X ＜ｆE なのでステップＳ５からステップＳ７に進む。
【００３６】ステップＳ７において、周波数設定手段９
００をｆC に決定する。周波数ｆCで駆動されるモータ
からのモニタ電圧は、基準電圧ＶD より小さいので、ス
テップＳ２での再度の比較の結果、ステップＳ５に進
む。ここで、fx＞ｆE なのでステップＳ６に進み、電源
周波数fxはｆE に設定される。そして、その後は前記
ｉ）のケースとなり、理想動作点Ｆに漸近してゆく。
００をｆC に決定する。周波数ｆCで駆動されるモータ
からのモニタ電圧は、基準電圧ＶD より小さいので、ス
テップＳ２での再度の比較の結果、ステップＳ５に進
む。ここで、fx＞ｆE なのでステップＳ６に進み、電源
周波数fxはｆE に設定される。そして、その後は前記
ｉ）のケースとなり、理想動作点Ｆに漸近してゆく。
【００３７】本発明は、電源周波数が共振周波数より低
い値である時に、電源周波数を一度共振周波数より高い
値に制御し、その後に最適周波数に調節することを要旨
としている。従って、共振周波数を知っていれば該共振
周波数に対して電源の周波数を比較すればよいので上記
実施例はより簡単に構成できる。前述したように共振周
波数は外的条件によって変化する。前述の特開昭５９−
２０４４７７号のように電源周波数を共振周波数に制御
する場合及び本実施例のように電源周波数を共振周波数
と異なる値に制御する場合にかかわらず、共振周波数そ
のものを直接検出するためには、別に複雑な構成を必要
とし、実用的ではない。
い値である時に、電源周波数を一度共振周波数より高い
値に制御し、その後に最適周波数に調節することを要旨
としている。従って、共振周波数を知っていれば該共振
周波数に対して電源の周波数を比較すればよいので上記
実施例はより簡単に構成できる。前述したように共振周
波数は外的条件によって変化する。前述の特開昭５９−
２０４４７７号のように電源周波数を共振周波数に制御
する場合及び本実施例のように電源周波数を共振周波数
と異なる値に制御する場合にかかわらず、共振周波数そ
のものを直接検出するためには、別に複雑な構成を必要
とし、実用的ではない。
【００３８】上記実施例において、準備された第５図の
ブロック７００及び８００を含む構成は、モニタ電圧と
電源周波数とを用いて共振周波数と電源周波数との関係
を間接的に比較することにより、直接比較と同等の効果
を実現している。
ブロック７００及び８００を含む構成は、モニタ電圧と
電源周波数とを用いて共振周波数と電源周波数との関係
を間接的に比較することにより、直接比較と同等の効果
を実現している。
【００３９】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、超音波モータの共振周波数よりも高い周波数帯域に
ある動作目標値を設定し、目標値と現状値との差に定数
を乗じた値で現状値を増減させるので、超音波モータが
ヒステリシス現象により目標値（例えば最適周波数）か
ら外れた場合でも、超音波モータの応答性を向上でき、
素早く最適周波数に制御できる。また、超音波モータの
共振周波数には複数のモードが存在するが、本発明にお
いては、動作目標値を設定することで常に所定の共振モ
ードを利用した制御を行うことができる。そのため、異
なる共振モードの周波数領域に入ることがない。例え
ば、最も効率良く駆動できる共振モードに基づいて動作
目標値を設定すれば、常に効率の良い状態で超音波モー
タを駆動させることができる。
ば、超音波モータの共振周波数よりも高い周波数帯域に
ある動作目標値を設定し、目標値と現状値との差に定数
を乗じた値で現状値を増減させるので、超音波モータが
ヒステリシス現象により目標値（例えば最適周波数）か
ら外れた場合でも、超音波モータの応答性を向上でき、
素早く最適周波数に制御できる。また、超音波モータの
共振周波数には複数のモードが存在するが、本発明にお
いては、動作目標値を設定することで常に所定の共振モ
ードを利用した制御を行うことができる。そのため、異
なる共振モードの周波数領域に入ることがない。例え
ば、最も効率良く駆動できる共振モードに基づいて動作
目標値を設定すれば、常に効率の良い状態で超音波モー
タを駆動させることができる。
【図１】本発明の一実施例を示した回路ブロック図
【図２】モニタ電圧による超音波モータの共振曲線を示
した図
した図
【図３】電源周波数最適化のアルゴリズムを示したフロ
ーチャート図
ーチャート図
【図４】位相差による超音波モータの共振曲線を示した
図
図
【図５】図１のブロック図を詳細にしたブロック図
【図６】図３のフローチャートを詳細にしたフローチャ
ート図
ート図
１：電源手段 ２：発振器 ３：移相器 ４，５：増幅器 ６：超音波モータ ７：モニタ電圧検出手段 ８：比較手段 ９：電源周波数設定手段
Claims (1)
- 【請求項１】超音波モータの電源周波数制御装置におい
て、 前記超音波モータに独立して発振可能な発振手段と、 前記発振手段から発振される第１の駆動周波数に基づい
て生成される電源電圧を前記超音波モータに印加する駆
動手段と、 前記超音波モータの駆動状態を検出するモニタ手段と、 前記超音波モータの共振周波数よりも高い周波数帯域に
ある動作目標値と、前記モニタ手段の出力とを比較する
比較手段と、 該比較手段の出力に定数を乗じた値を、前記第１の駆動
周波数に加減し、第２の駆動周波数として前記発振手段
に出力させる演算手段とを有することを特徴とする超音
波モータの電源周波数制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6013425A JP2697597B2 (ja) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | 超音波モータの電源周波数制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6013425A JP2697597B2 (ja) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | 超音波モータの電源周波数制御装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63028208A Division JP2586082B2 (ja) | 1987-02-09 | 1988-02-09 | 超音波モータの電源周波数最適化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07203693A JPH07203693A (ja) | 1995-08-04 |
| JP2697597B2 true JP2697597B2 (ja) | 1998-01-14 |
Family
ID=11832790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6013425A Expired - Lifetime JP2697597B2 (ja) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | 超音波モータの電源周波数制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2697597B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102109889B1 (ko) * | 2013-01-02 | 2020-05-12 | 엘지이노텍 주식회사 | 카메라모듈 전원주파수 설정장치 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6022480A (ja) * | 1983-07-18 | 1985-02-04 | Shinsei Kogyo:Kk | 表面波モ−タの圧電素子 |
| JPS61221584A (ja) * | 1985-03-26 | 1986-10-01 | Canon Inc | 振動波モ−タの駆動回路 |
-
1994
- 1994-02-07 JP JP6013425A patent/JP2697597B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07203693A (ja) | 1995-08-04 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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