JP2699298C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】 本発明は超音波モータの駆動回路に関する。 【０００２】 【従来の技術】 圧電体と弾性体とからなるステータと、ロータとから構成される超音波モータ
が新しい駆動源として注目されている。 この超音波モータを高効率で駆動させるためには、圧電体への入力周波数を最
適値もしくはその近傍の値に設定しなければならない。 【０００３】 ところが、その最適値は温度等の環境条件の変動や経時変化、もしくは超音波
モータのステータとロータとの間の加圧力の変動等に影響を受けて変化するため
に常時最適な入力周波数を検知して、入力周波数を制御する必要がある。 例えば、本願出願人の出願である特開昭５９−２０４４７７号に開示されてい
るように、圧電素子の入力電圧が印加されていない部分から励振によって生ずる
電圧をモニター電圧として検出し、この検出結果に基づいて最適周波数の値を求
める方法がある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】 ところが、特開昭５９−２０４４７７号の第４図に示されているように、１つ
のモニター電圧に対応する周波数が２値あるため、どちらの周波数に合わせるか
の判断が必要になり、超音波モータの駆動回路の構成が複雑になるという問題点
があった。 そこで本発明は、超音波モータの駆動回路の構成が複雑になること
なく、超音波モータを所望の状態で駆動できる超音波モータの駆動回路を提供す
ることを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するために、本発明では、電気機械変換素子と弾性体とを備え
、前記電気機械変換素子に駆動信号が印加されることで振動を発生する振動子と
、該振動子との間で相対運動を行なう相対運動部材とを有する超音波モーターの
駆動回路において、前記駆動信号を生成する発振器と、前記発振器からの出力を
増幅して前記電気機械変換素子に印加する増幅器と、前記増幅器の出力側に接続
されたインダクタンス手段と、前記振動子における、前記駆動信号の印加されて
いない部分から、該振動子の振動状態に応じて電圧を発生する電圧発生手段と、 前記電気機械変換素子の前記駆動信号の入力端子と前記インダクタンス手段の端
子とが結線される位置から前記駆動信号に関する量を取り出し、該取り出した量
と前記電圧発生手段から得られる電圧に関する量とを比較して 第１位相差を算出
する位相差算出手段と、第２位相差を予め設定する位相差設定手段と、前記位相
差算出手段で得られた前記第１位相差に関する量と前記位相差設定手段で設定し
た前記第２位相差に関する量とを比較する比較手段と、前記比較手段で比較され
た前記第１位相差と前記第２位相差とのずれ方向に基づいて、前記駆動信号の周
波数のズラシ方向を決定する制御手段とを設けた。 【０００６】 【作用】 本発明では、位相差算出手段が電圧発生手段から得られる電圧と駆動信号の電
圧から第１位相差を算出し、比較手段が第１位相差と位相差設定手段で設定され
た第２位相差とを比較する。図２に示すように、前記第１位相差に対応する周波
数の値は１つしかない。そのため、制御手段は、第１位相差に関する量と前記第
２位相差とのずれ方向に基づいて、前記電気機械変換素子に印加する駆動信号の
周波数のズラシ方向を決定することができる。 【０００７】 【実施例】 図１及び図２は本発明の実施例であり、図１は超音波モーターの駆動回路図を
示し、図２は前記駆動回路の特性図を示す。 図１において、発振器１は周波数ｆのパルスを波形整形器２に出力し、この波
形整形器２は入力されたパルスを波形整形して正弦波にし、増幅器４及び移相器
３に出力する。移相器３は入力された正弦波の位相をπ／２移相して出力し、増
幅器５に入力する。増幅器４，５はそれぞれ入力された正弦波を増幅して出力す
る。そして、増幅された正弦波は、超音波モーターのステータ６（圧電体及び弾
性体から成る）の圧電体表面に形成された電極６ａ，６ｂに入力される。ステー
タ６の電極は、６ａ〜６ｄの４領域に分割されていて、電極６ａ，６ｂには前述
のように位相の異なる正弦波が入力され、電極６ｃにはグランドが接続されいる
。また、電極６ｄは入力電圧が印加されていない部分である。電極６ａ・６ｃ間 及び電極６ｂ・６ｃ間には整合用インダクタンス７及び８がそれぞれ並列に接続
されている。 【０００８】 位相差算出回路９は、電極６ａへの入力電圧と、入力電圧の印加されていない
電極６ｄが励振によって生じる電圧（以後、モニター電圧と呼ぶ）とを検出して
、その位相差θを算出する。位相差検出回路９は、この検出した位相差θを比較
器１０に入力する。比較器１０は、位相差検出回路９からの出力θと、リファレ
ンサー１１から出力される予め設定された最適位相差θopTとを比較してそのズ
レ量Δθを出力する。この最適位相差θopTは、電極６ｃ下の圧電体部分の分極
方向やステータの減衰やステータに駆動されるロータの圧接力等により固有に決
定される値（即ち個々の超音波モーターに固有の値）である。このθopTは、実
験的に求められ、初期段階でリファレンサー１１に設定しておき安定的に使用で
きる。なお、実験的に求められる最適位相差θopTは、超音波モーターの最大回
転数となる位相差であってもよく、また、超音波モータが所望の速度となる位相
差であってもよい。θｆ換算器１２は、位相差のズレΔθを入力して、入力周波
数ｆを最適値にするためにこの入力周波数ｆの変位方向と変位量をこのズレ量Δ
θから換算して求め、発振器１を制御する。本実施例では、比較器１０、リファ
レンサー１１およびθｆ換算器１２によって制御手段１３を構成している。また
、圧電体が電気機械変換素子として、ロータが相対運動部材として機能する。 【０００９】 次に、図２を用いて超音波モータの最大回転数となる最適位相差θoptを選択
した場合の実施例の動作を説明する。図２は横軸に周波数ｆを、縦軸に超音波モ
ーターの回転数Ｎ及び位相差算出回路９から出力される位相差θをそれぞれ取っ
てある。今、超音波モーターの特性は超音波モーターの回転数Ｎの周波数特性と
して曲線ＮAで示され且つ位相差算出回路９から出力される位相差θの周波数特
性として曲線θAで示されるものとする。この時すなわち時刻Ａにおいて、位相
差算出回路９から出力された位相差θと最適位相差θoptとを比較器１０により
比較し、その出力を受けてθｆ換算器１２は発振器１を最適周波数を出力するよ
うに制御する。その時、曲線θAにおいて、最適位相差θoptに対応する周波数 が最適入力周波数となる。この入力周波数の最適値は周波数ｆAで示される。 【００１０】 そして、その後、時刻Ｂにおいて、各種条件の変化（超音波モーターの駆動に
よる変化及び表面波モーターに加わる外的条件の変化）等により、回転数Ｎの周
波数特性が曲線ＮBのように移り変わるとする。しかし、入力周波数はｆAである
ために、回転数はＮ１（Ｎ１＜Ｎmax）に落ちてしまう。このとき、位相差θの
周波数特性は、回転数の周波数特性のシフトに従ってシフトするので、位相差θ
の周波数特性は曲線θBのようになる。その結果、時刻Ｂでは前述した如く入力
周波数はｆAであるので、位相差算出回路９は時刻Ｂでの位相差θ1を比較器１０
に出力する。比較器１０では、入力された位相差θ1と最適位相差θoptとを比較
して、そのズレ量Δθをθｆ換算器１２に出力する。θｆ換算器１２では、ズレ
量Δθを周波数のズレ量Δｆに換算して発振器１にフィードバックする。そうす
ると、発振器１はズレ量Δｆに基づき入力周波数ｆBを出力する。すなわち、位
相差算出回路９から出力される位相差θが最適周波数θoptにいつでも一致する
ように制御することにより、超音波モーターの駆動効率を高効率に維持している
。次の時刻でも同様に位相差θと最適位相差θoptとを比較してズレ量Δθを求
めて発振器１にフィードバックして最適入力周波数を出力させると言う動作を繰
り返す。 【００１１】 尚、曲線θA，θBは増加あるいは減少を示す曲線であるので、このズレ量Δθ
を求めると、ズレ量Δｆに基づく入力周波数ｆの変位方向及び大きさが決定され
ることになる。従って、ズレ量Δθに基づき入力周波数ｆをどちら方向にどの程
度変化させればよいか知ることができる。 従って、ズレ量Δθを求めることにより、周波数のズレ量Δｆを求め発振器１
にフィードバックして最大回転数を与える入力周波数を決定できるようになって
いるので、超音波モーターは常に最大回転数で回転でき高効率な駆動ができる。 【００１２】 【発明の効果】 本発明によれば、電圧発生手段から得られる電圧と駆動信号の電圧から算出さ れる第１位相差に対応する周波数の値は１つしかない。そのため、前記第１位相
差に関する量と前記第２位相差とのずれ方向に基づいて、前記電気機械変換素子
に印加する駆動信号の周波数のズラシ方向を決定することができる。 【００１３】 これにより、簡単な構成で超音波モータを所望の状態で駆動することができる
。また、第２位相差の値の取り方によっては、希望の速度で駆動することができ
、更に、超音波モータを駆動する周波電圧を希望の周波数帯域に限定したりする
ことができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 図１は本発明による超音波モーターの駆動回路の実施例の回路図である。 【図２】 図２は前記駆動回路の回転数の周波数特性及び位相差の周波数特性を示す図で
ある。 【符号の説明】 １・・・発振器 ６・・・超音波モーターのステータ ９・・・位相差算出回路 １１・・リファレンサー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 電気機械変換素子と弾性体とを備え、前記電気機械変換素子に
   駆動信号が印加されることで振動を発生する振動子と、該振動子との間で相対運
   動を行なう相対運動部材とを有する超音波モーターの駆動回路において、 前記駆動信号を生成する発振器と、 前記発振器からの出力を増幅して前記電気機械変換素子に印加する増幅器と、 前記増幅器の出力側に接続されたインダクタンス手段と、 前記振動子における、前記駆動信号の印加されていない部分から、該振動子の
   振動状態に応じて電圧を発生する電圧発生手段と、 前記電気機械変換素子の前記駆動信号の入力端子と前記インダクタンス手段の
   端子とが結線される位置から前記駆動信号に関する量を取り出し、該取り出した
   量と前記電圧発生手段から得られる電圧に関する量とを比較して第１位相差を算
   出する位相差算出手段と、 第２位相差を予め設定する位相差設定手段と、 前記位相差算出手段で得られた前記第１位相差に関する量と前記位相差設定手
   段で設定した前記第２位相差に関する量とを比較する比較手段と、 前記比較手段で比較された前記第１位相差と前記第２位相差とのずれ方向に基
   づいて、前記駆動信号の周波数のズラシ方向を決定する制御手段と を有することを特徴とする超音波モーターの駆動回路。