JP2817992B2 - 振動波モータの起動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧電体等を振動させてステータを回転させ
る振動波モータの起動方法に関する。

（従来の技術） 振動波モータは、弾性体と圧電体からなるステータ
と、その表面に圧接させられているロータから構成され
ている。

そして前記圧電体に設けられた電極に振動電圧を印加
して進行波振動を発生させ、ロータを回転駆動するもの
である。

第４図は、振動波モータの動作原理を説明するための
略図であって、同図（Ａ）には円環状のステータ６とロ
ータ７を展開的に示してある。

振動波（進行波）によりステータ６の表面の質点は、
長軸2w,短軸2uの楕円運動をし（第４図Ｂ参照）、進行
波は図中左右向に移動する。

一般に進行波は振幅をξとすれば、 ξ＝ξ_１・cos（ωｔ−kx） ただし ξ₁:波の大きさの瞬時値 k:波数（２π／λ） λ：波長 x:位置 ロータ６とステータ７間に滑りがなければ、振動波の
進行方向とは逆方向にｖ＝ω×ｕの速度で運動する。

速度ｖは、曲げ振動のステータ６の曲げ振動の瞬時値
ξ_１に比例し、曲げ振動の瞬時値ξ_１はステータ６に流
れる電流値に比例する。そのため、小さな電圧で大きな
電流が得られるステータの共振周波数で駆動すれば、大
きな速度が得られる。そこで、特開昭63−117672号に係
る発明は、振動波モータ（または超音波モータ）におい
て、弾性体と圧電体からなる駆動体（ステータ）に交流
電圧印加することにより弾性進行波を励振し、上記駆動
体上に接触して設置された移動体（ロータ）を移動させ
る超音波モータの駆動法において、起動時に周波数の変
化する交流電圧を印加することにより常に最適周波数で
駆動することを特徴とする駆動法を提案している。

（発明が解決しようとする課題） 本件発明者は前述のような超音波モータについて異な
る周波数で回転させる場合について種々検討を行った。

第３図は振動波モータの動作特性を説明するためのグ
ラフであって、周波数可変駆動回路の駆動周波数ｆに対
するステータの振幅を示している。

図に示されているように、共振周波数はf_rであって、
振動波はモータの動作領域〔fw〕を共振周波数より高い
周波数領域に設定しこの範囲内の任意の周波数でステー
タを励振し対応する回転数で動作させるものとする。

周波数fl,f₀,fhはそれぞれ前記動作領域〔fw〕に含ま
れ、それらの間には fl＜f₀＜fhの関係がある。

そして、周波数f₀は最も早い立ち上がり特性を与える
周波数である。前記動作領域〔fw〕に含まれ前記周波数
fl,f₀,fhに、回転数、nl,n₀,nhがそれぞれ対応し、それ
等の間には,nl＞n₀＞nhの関係が成立している。

なおここで、低い周波数に対応する回転数の方が大き
いことに注意されたい。

本発明の目的は、前記動作領域〔fw〕内の任意の回転
数で振動波モータを動作させるときにそれぞれの定常回
転数に最も適合する振動波モータの起動方法を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために本発明による振動波モータ
の起動方法は、 周波数可変駆動回路の出力によりステータの共振周波
数よりも高い動作周波数範囲内で与えられた負荷に対し
て最も早い立ち上がり速度を与える前記出力の周波数を
（f₀）とし、前記周波数（f₀）に対応する定常回転数が
（n₀）である振動波モータの起動方法であって、 求められる定常回転数ｎがｎ＞n₀のときは，起動時は
前記f₀の周波数の電圧で駆動し略回転数n₀に達した後
は，定常回転数ｎに対応する周波数ｆの電圧で駆動し、
または、 求められる定常回転数がｎかｎ＜n₀のときは、起動時
は前記f₀の周波数の電圧で駆動し略回転数ｎに達した後
は，定常回転数ｎに対応する周波数ｆの電圧で駆動する
ように構成されている。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明す
る。

第１図は，本発明による振動波モータの起動方法で使
用する周波数可変駆動回路の実施例を示すブロック図で
ある。

周波数可変駆動回路は、周波数可変発振器1,前記周波
数可変発振器１の周波数を後述するように制御する周波
数制御器2,周波数可変発振器１の主力を90゜遅らせる90
゜位相器3,前記周波数可変発振器１の出力と90゜位相器
３の出力をそれぞれ電力増幅して振動波モータのステー
タ６の電極に印加する電力増幅器４から構成されてい
る。

円環状のステータ６の表裏の面には電極6a,6bおよび6
cが設けられている。電極6a,6bには良く知らされている
ように90゜位相のずれた電圧が印加されて、先に第４図
を参照して説明した進行波が発生させられる。

第２図は本発明による振動波モータの動作を説明する
ための動作特性図である。

振動波モータをある一定の負荷状態で、定常時に回転
数nl,n₀,nh（nl＞n₀＞nh）で回転するそれぞれの場合に
ついて説明する。

本発明方法の実施例を説明する前に当初から最後ま
で、希望する定常回転数に対応する周波数で動作させる
場合について説明する（第２図Ａ）。

n₀の定常回転数を得たいときに前述したn₀の定常回転
数を与えるf₀で起動すると、t₂の時点に回転数n₀に達す
る。

nhの定常回転数を得たいときに前述したnhの定常回転
数を与えるflで起動すると、t₃の時点に回転数nhに達す
る。

nlの定常回転数を得たいときに前述したnlの定常回転
数を与えるfhで起動すると、t₅の時点に回転数nlに達す
る。

これに対して、本発明方法（第２図Ｂ）では、n₀の定
常回転数を得たいときに最も速く定常回転数に達するの
は定常回転数を与えるf₀で起動する場合に当たるので、
前記と同じである。

求められる定常回転数ｎがｎ＞n₀のとき、すなわち前
述したnlに当たる定常回転数で動作させたいときは、起
動時は前記f₀の周波数の電圧で駆動し略回転数n₀に達し
た後は，求める定常回転数nlに対応する周波数flの電圧
で駆動する。この切換は前述した周波数制御器２により
行われ、t₄の時点に定常回転数nlに達し、以後は、定常
回転をする。

このt₄はt₅に比較してはるかに短くなっている。

求められる定常回転数ｎがｎ＜n₀のとき、すなわち前
述したnhに当たる定常回転数で動作させたいときは、 起動時は前記f₀の周波数の電圧で駆動し略回転数nhに
達した時（t₁）からは定常回転数nhに対応する周波数fh
の電圧で駆動する。

この切換は前述した周波数制御器２により行われる。
このt₁は前述したt₃に比較してはるかに短くなってい
る。

次にfh,f₀,flが51KHZ,50KHZ,49KHZで対応する定常回
転数nh,n₀,nlが200,300,400rpmの場合を例にして説明す
る。

400rpmの定常回転をさせたいときは、 400rpmの回転数近辺（t₂）まで50KHZで駆動しその後
に49KHZで駆動する。

200rpmの定常回転させたいときは、 200rpmの回転数近辺（t₁）まで50KHZで駆動しその後
に51KHZで駆動する。

（発明の効果） 以上、詳しく説明したように本発明による振動波モー
タの起動方法は、求められる定常回転数ｎがｎ＞n₀のと
きは，起動時は前記f₀の周波数（最高の立ち上がり速度
を与える周波数）の電圧で駆動し、略回転数n₀に達した
後は，定常回転数ｎに対応する周波数ｆの電圧で駆動す
るかまたは，求められる定常回転数ｎがｎ＜n₀のとき
は，起動時は前記f₀の周波数の電圧で駆動し、略回転数
ｎに達した後は，通常回転数ｎに対応する周波数ｆの電
圧で駆動するように構成されている。したがって、起動
時に一度駆動周波数を変えるだけで最も速い速度で希望
する定常回転に達することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は，本発明による振動波モータの起動方法で使用
する周波数可変駆動回路の実施例を示すブロック図であ
る。 第２図は，本発明による振動波モータの動作を説明する
ための動作特性図である。 第３図は，振動波モータの動作特性を説明するためのグ
ラフである。 第４図は，振動波モータの駆動原理を説明するための略
図である。 １……周波数可変発振器 ２……周波数制御器 ３……90゜位相器 ４……電力増幅器 ６……ステータ 6a,6b,6c……ステータの電極 ７……ロータ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周波数可変駆動回路の出力によりステータ
   の共振周波数よりも高い動作周波数範囲内で与えられた
   負荷に対して最も速い立ち上がり速度を与える前記出力
   の周波数を（f₀）とし、前記周波数（f₀）に対応する定
   常回転数が（n₀）である振動波モータの起動方法であっ
   て、 求められる定常回転数ｎがｎ＞n₀のときは，起動時は前
   記f₀の周波数の電圧で駆動し略回転数n₀に達した後は，
   定常回転数ｎに対応する周波数ｆの電圧で駆動し、また
   は、 求められる定常回転数ｎがｎ＜n₀のときは、起動時は前
   記f₀の周波数の電圧で駆動し略回転数ｎに達した後は，
   定常回転数ｎに対応する周波数ｆの電圧で駆動するよう
   に構成した振動波モータの駆動方法。