JP2847427B2 - 超音波モータの駆動制御装置 - Google Patents
超音波モータの駆動制御装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜本発明の産業上の利用分野＞ 本発明は、超音波モータの駆動制御装置に関する。
＜従来技術＞ 例えば、磁気カードの処理装置では、カードの搬入、
搬出および磁気ヘッドの移動等のために複数のモータが
使用されている。
搬出および磁気ヘッドの移動等のために複数のモータが
使用されている。
この種の装置は、年々改良されて小型化されている
が、この小型化にともない、モータから発生する磁気の
カードに与える影響が無視できなくなり、従来の直流モ
ータに代えて、小型でトルクが大きく、磁気発生のない
超音波モータの利用が考えられている。
が、この小型化にともない、モータから発生する磁気の
カードに与える影響が無視できなくなり、従来の直流モ
ータに代えて、小型でトルクが大きく、磁気発生のない
超音波モータの利用が考えられている。
超音波モータは、第４図に示すように、中心に回転軸
１を有する円板状の回転子２と、環状に配列された複数
の圧電体31〜3n、41〜4n、５および圧電センサ６の上面
に弾性体７が接着された固定子８とによって構成されて
いる。
１を有する円板状の回転子２と、環状に配列された複数
の圧電体31〜3n、41〜4n、５および圧電センサ６の上面
に弾性体７が接着された固定子８とによって構成されて
いる。
圧電体31〜3n、41〜4nは、極性が互い違いとなるよう
に並んでおり、第５図に示すように、左側の圧電体31〜
3nと右側の圧電体41〜4nに対して、圧電体の共振周波数
に近い周波数で90度位相が異なる交流信号を電極9a、9
b、10a、10bより印加すると、圧電体31〜3n、41〜4n
は、円周方向に屈曲振動し、左右の波が中間の圧電体５
を介して干渉し、第６図に示すように、弾性体７の表面
には、円周方向に沿って進行する弾性波が生じる。
に並んでおり、第５図に示すように、左側の圧電体31〜
3nと右側の圧電体41〜4nに対して、圧電体の共振周波数
に近い周波数で90度位相が異なる交流信号を電極9a、9
b、10a、10bより印加すると、圧電体31〜3n、41〜4n
は、円周方向に屈曲振動し、左右の波が中間の圧電体５
を介して干渉し、第６図に示すように、弾性体７の表面
には、円周方向に沿って進行する弾性波が生じる。
このため、弾性体７に上方から接している回転子２
は、弾性波の進行する方向と反対の方向に回転駆動され
る。
は、弾性波の進行する方向と反対の方向に回転駆動され
る。
なお、回転子２の回転速度は、弾性波の振幅が大きい
程、弾性波の進行速度に対する遅れが少なくなり、弾性
波の振幅は、交流信号の周波数が圧電体31〜3n、41〜4n
の共振周波数に近い程大きくなる。
程、弾性波の進行速度に対する遅れが少なくなり、弾性
波の振幅は、交流信号の周波数が圧電体31〜3n、41〜4n
の共振周波数に近い程大きくなる。
したがって、交流信号が印加されていない圧電センサ
６から発生する弾性波振幅に応じた信号のレベル変動に
追従させて、交流信号の周波数を可変する駆動制御装置
を用いれば、回転子２の回転速度をほぼ一定に制御する
ことができる。
６から発生する弾性波振幅に応じた信号のレベル変動に
追従させて、交流信号の周波数を可変する駆動制御装置
を用いれば、回転子２の回転速度をほぼ一定に制御する
ことができる。
ところが、このような圧電センサ６の出力に基づく速
度制御は、回転子２の回転を直接検出しているものでは
ないため、前述した磁気ヘッドの移動等のように精度の
高さが要求される駆動源としては使用できない。
度制御は、回転子２の回転を直接検出しているものでは
ないため、前述した磁気ヘッドの移動等のように精度の
高さが要求される駆動源としては使用できない。
このため、カード搬送のように比較的速度の精度が要
求されない超音波モータM1と、高精度が要求される超音
波モータM2とを駆動制御する場合は、第７図に示すよう
に、超音波モータM1の圧電センサ６からの出力レベルの
変化の抑圧する方向に周波数変化する交流信号を、超音
波モータM1に出力する第１の駆動制御装置15と、超音波
モータM2の回転子２に接続されたロータリエンコーダ16
から、その回転速度に比例した個数のパルスを受け、こ
のパルスの周波数変化を抑圧する方向に周波数変化する
交流信号を超音波モータM2に出力する第２の駆動制御装
置17とを設け、例えばカードの搬入、搬出を行なわせる
場合は、第１の駆動制御装置15を起動させ、磁気ヘッド
を移動させる場合は、第２の駆動制御装置17を起動させ
るように切換信号で制御する。
求されない超音波モータM1と、高精度が要求される超音
波モータM2とを駆動制御する場合は、第７図に示すよう
に、超音波モータM1の圧電センサ６からの出力レベルの
変化の抑圧する方向に周波数変化する交流信号を、超音
波モータM1に出力する第１の駆動制御装置15と、超音波
モータM2の回転子２に接続されたロータリエンコーダ16
から、その回転速度に比例した個数のパルスを受け、こ
のパルスの周波数変化を抑圧する方向に周波数変化する
交流信号を超音波モータM2に出力する第２の駆動制御装
置17とを設け、例えばカードの搬入、搬出を行なわせる
場合は、第１の駆動制御装置15を起動させ、磁気ヘッド
を移動させる場合は、第２の駆動制御装置17を起動させ
るように切換信号で制御する。
＜解決すべき課題＞ しかしながら、前記のように超音波モータ毎に駆動制
御装置を設けることは、小型化が要求される装置におい
て、極めて不利である。
御装置を設けることは、小型化が要求される装置におい
て、極めて不利である。
特に、前述したように、切換信号によってモータの駆
動を選択的に行なう装置では、帰還信号の違いがあって
も、一つの駆動制御装置で切換駆動できることが望まし
い。
動を選択的に行なう装置では、帰還信号の違いがあって
も、一つの駆動制御装置で切換駆動できることが望まし
い。
本発明は、この課題を解決した超音波モータの駆動制
御装置を提供することを目的としている。
御装置を提供することを目的としている。
＜課題を解決するための手段＞ 前記課題を解決するため、本発明の超音波モータの駆
動制御装置は、 圧電体に印加される交流信号で生じる弾性波によって
回転子を回転させ、前記弾性波の振動を圧電センサで検
出する第１の超音波モータと、回転速度に比例した周波
数の信号を出力する速度検出器に回転子が連結された第
２の超音波モータとを、それぞれの基準電圧に応じた回
転速度で選択的に切換駆動する超音波モータの駆動制御
装置であって、 前記第１の超音波モータの圧電センサの出力レベルを
検出するレベル検出回路と、 前記第２の超音波モータの回転子に連結された速度検
出器からの出力信号の周波数に比例した電圧信号を出力
する周波数電圧変換回路と、 駆動指定された超音波モータに、交流信号を印加させ
るモータ切換スイッチと、 駆動指定された超音波モータに対応する基準電圧と、
前記レベル検出回路および周波数電圧変換回路の出力電
圧とを加算する加算回路と、 駆動指定された超音波モータに印加されている交流信
号の周波数を、前記加算回路の出力電圧に応じて変化さ
せる駆動周波数可変回路とを備えている。
動制御装置は、 圧電体に印加される交流信号で生じる弾性波によって
回転子を回転させ、前記弾性波の振動を圧電センサで検
出する第１の超音波モータと、回転速度に比例した周波
数の信号を出力する速度検出器に回転子が連結された第
２の超音波モータとを、それぞれの基準電圧に応じた回
転速度で選択的に切換駆動する超音波モータの駆動制御
装置であって、 前記第１の超音波モータの圧電センサの出力レベルを
検出するレベル検出回路と、 前記第２の超音波モータの回転子に連結された速度検
出器からの出力信号の周波数に比例した電圧信号を出力
する周波数電圧変換回路と、 駆動指定された超音波モータに、交流信号を印加させ
るモータ切換スイッチと、 駆動指定された超音波モータに対応する基準電圧と、
前記レベル検出回路および周波数電圧変換回路の出力電
圧とを加算する加算回路と、 駆動指定された超音波モータに印加されている交流信
号の周波数を、前記加算回路の出力電圧に応じて変化さ
せる駆動周波数可変回路とを備えている。
＜作用＞ したがって、第１の超音波モータが駆動指定されたと
きは、このモータの基準電圧に対応した周波数の交流信
号が印加され、モータの起動がなされ、弾性波振幅に応
じた信号が圧電センサから出力される。
きは、このモータの基準電圧に対応した周波数の交流信
号が印加され、モータの起動がなされ、弾性波振幅に応
じた信号が圧電センサから出力される。
圧電センサの出力レベルは基準電圧に加算され、交流
信号の周波数が可変される。
信号の周波数が可変される。
また、第２の超音波モータが駆動指定されると、基準
電圧に対応した周波数の交流信号でモータ起動され、回
転子の回転速度に比例した電圧が基準電圧に加算され
て、交流信号の周波数が可変される。
電圧に対応した周波数の交流信号でモータ起動され、回
転子の回転速度に比例した電圧が基準電圧に加算され
て、交流信号の周波数が可変される。
このループ制御により、駆動指定された超音波モータ
は、基準電圧に対応した速度で定速駆動される。
は、基準電圧に対応した速度で定速駆動される。
＜本発明の実施例＞ 以下、図面に基づいて、本発明の一実施例を説明す
る。
る。
第１図は、本発明の一実施例の超音波モータの駆動制
御装置（以下、駆動制御装置と記す）20の構成を示すブ
ロック図である。
御装置（以下、駆動制御装置と記す）20の構成を示すブ
ロック図である。
この駆動制御装置20は、前述した超音波モータ（以
下、単にモータと略記する）M1、M2を外部からの切換信
号によって選択的に駆動制御する。
下、単にモータと略記する）M1、M2を外部からの切換信
号によって選択的に駆動制御する。
第１図において、21は、モータM1の圧電センサ６に発
生する信号（弾性波振幅に比例した振幅の信号）を検波
して、そのレベルを検出するレベル検出回路である。
生する信号（弾性波振幅に比例した振幅の信号）を検波
して、そのレベルを検出するレベル検出回路である。
22は、モータM2の回転軸１に連結されたロータリエン
コーダ16から出力されるパルス信号を受け、このパルス
信号の周波数に比例した電圧を出力する周波数電圧変換
回路であり、入力されるパルス信号に同期した所定幅の
パルスを出力するワンショットマルチ回路23と、このワ
ンショットマルチ回路23の出力を平均化して出力する積
分回路24とから構成されている。
コーダ16から出力されるパルス信号を受け、このパルス
信号の周波数に比例した電圧を出力する周波数電圧変換
回路であり、入力されるパルス信号に同期した所定幅の
パルスを出力するワンショットマルチ回路23と、このワ
ンショットマルチ回路23の出力を平均化して出力する積
分回路24とから構成されている。
25は、可変抵抗器26、27で設定されたモータM1、M2毎
の基準電圧V1,V2を切換信号に応じて選択出力する基準
電圧切換スイッチである。
の基準電圧V1,V2を切換信号に応じて選択出力する基準
電圧切換スイッチである。
28は、レベル検出回路21、周波数電圧変換回路22およ
び基準電圧切換スイッチ25からの各電圧出力を加算する
加算回路である。
び基準電圧切換スイッチ25からの各電圧出力を加算する
加算回路である。
29は、加算回路28からの出力電圧の大きさに比例して
発振周波数が変化する電圧制御発振器（以下、VCOと記
す）である。
発振周波数が変化する電圧制御発振器（以下、VCOと記
す）である。
30は、VCO29の出力信号を受け、90度位相の異なる２
相のパルス信号を発生する移相回路であり、デューティ
比50で90度の位相差をもつパルスを生じさせるために、
入力信号の周波数に対して出力パルスの周波数は1/4に
分周されている。
相のパルス信号を発生する移相回路であり、デューティ
比50で90度の位相差をもつパルスを生じさせるために、
入力信号の周波数に対して出力パルスの周波数は1/4に
分周されている。
したがって、両モータM1、M2の駆動周波数に対する弾
性波振幅の変化が第２図に示されるように、共振周波数
Foをピークとする特性を有し、許容される駆動周波数の
範囲がFa〜Fbであるとすると、VCO1の入力電圧に対する
発振周波数の変化は、第３図に示すように、入力電圧に
比例して4Fa〜4Fbまで変化するように予め設定されてい
る。
性波振幅の変化が第２図に示されるように、共振周波数
Foをピークとする特性を有し、許容される駆動周波数の
範囲がFa〜Fbであるとすると、VCO1の入力電圧に対する
発振周波数の変化は、第３図に示すように、入力電圧に
比例して4Fa〜4Fbまで変化するように予め設定されてい
る。
31は、移相回路30の２相信号の切換えを行なう反転ス
イッチである。
イッチである。
32、33は、移相回路30からの２相の信号に応じた交流
電流をトランス34、35の一次コイル34a、35aに供給する
ドライバであり、トランス34、35の２次コイル34b、35b
からは、モータM1、M2の駆動に必要な電圧に昇圧された
駆動信号が出力される。
電流をトランス34、35の一次コイル34a、35aに供給する
ドライバであり、トランス34、35の２次コイル34b、35b
からは、モータM1、M2の駆動に必要な電圧に昇圧された
駆動信号が出力される。
36は、トランス34、35からの２相の駆動信号を、切換
信号によりモータM1またはモータM2のいずれか一方に供
給するモータ切換スイッチである。
信号によりモータM1またはモータM2のいずれか一方に供
給するモータ切換スイッチである。
次に、この駆動制御回路20に動作について説明する。
切換信号により、基準電圧スイッチ25が可変抵抗器26
側に、また、モータ切換スイッチ36がモータM1側に接続
されると、加算回路28の出力電圧VsはV1となり、VCO1か
らは、電圧V1に対応する周波数４・F1の信号が移相回路
30に出力され、モータM1の圧電体31〜3n、41〜4nには、
周波数F1で90度位相の異なる交流信号が印加される。
側に、また、モータ切換スイッチ36がモータM1側に接続
されると、加算回路28の出力電圧VsはV1となり、VCO1か
らは、電圧V1に対応する周波数４・F1の信号が移相回路
30に出力され、モータM1の圧電体31〜3n、41〜4nには、
周波数F1で90度位相の異なる交流信号が印加される。
この交流信号の印加で発生した弾性波によって、モー
タM1の回転子２は回転駆動される。
タM1の回転子２は回転駆動される。
このときの弾性波の振幅K1（第２図参照）は、圧電セ
ンサ６で検出され、レベル検出回路21からαK1の電圧が
加算回路28へ出力される。
ンサ６で検出され、レベル検出回路21からαK1の電圧が
加算回路28へ出力される。
この結果、加算回路28の出力電圧VsはV1＋αK1とな
り、VCO29の出力周波数は、４・Fb方向へ上昇する。
り、VCO29の出力周波数は、４・Fb方向へ上昇する。
駆動周波数が上昇すると、弾性波の振幅は小さくな
り、レベル検出回路21の出力電圧も低下するため、VCO2
9の出力周波数は低下する。
り、レベル検出回路21の出力電圧も低下するため、VCO2
9の出力周波数は低下する。
以上のループ制御によりVCO29の発振周波数は、ある
所定の周波数に収束し、モータM1の回転速度も間接的に
安定化される。
所定の周波数に収束し、モータM1の回転速度も間接的に
安定化される。
次に、切換信号によって、基準電圧切換スイッチ25お
よびモータ切換スイッチ36が、モータM2側に切換えられ
ると、モータM1は停止し、加算回路の出力電圧VsはV2と
なる。
よびモータ切換スイッチ36が、モータM2側に切換えられ
ると、モータM1は停止し、加算回路の出力電圧VsはV2と
なる。
このため、VCO29の発振周波数は電圧V2に対応した４
・F2となり、モータM2は、周波数F2の交流信号で駆動さ
れる。
・F2となり、モータM2は、周波数F2の交流信号で駆動さ
れる。
この駆動によりモータM2が回転起動すると、ロータリ
エンコーダ16からのパルス周波数電圧変換回路22に出力
されるため、パルスの周波数Feに比例した電圧βFeと基
準電圧V2との加算電圧が加算回路28からVCO29に出力さ
れる。
エンコーダ16からのパルス周波数電圧変換回路22に出力
されるため、パルスの周波数Feに比例した電圧βFeと基
準電圧V2との加算電圧が加算回路28からVCO29に出力さ
れる。
このため、VCO29の発振周波数は上昇し、弾性波振幅
が低下する。
が低下する。
この弾性波振幅の低下により、モータM2の回転速度は
遅くなり、ロータリエンコーダ16からの出力パルスの周
波数が低下し、周波数電圧変換回路22の出力も低くな
る。
遅くなり、ロータリエンコーダ16からの出力パルスの周
波数が低下し、周波数電圧変換回路22の出力も低くな
る。
周波数電圧変換回路22の出力電圧の低下は、VCO29の
発振周波数を下げるため、VCO29の発振周波数は、ある
所定の周波数に収束し、モータM2の回転速度は安定化さ
れる。
発振周波数を下げるため、VCO29の発振周波数は、ある
所定の周波数に収束し、モータM2の回転速度は安定化さ
れる。
なお、モータM1の駆動中に負荷等の影響によって、回
転子２の回転速度が変化しても、弾性波振幅の変化とし
て表われないため、この速度変化を抑圧するループ制御
はなされないが、モータM2の駆動中に、このような速度
変化があると、ロータリエンコーダ16の出力パルスの周
波数が変化し、この速度変化を抑圧する方向にループ制
御がなされ、安定した定速駆動が行なえる。
転子２の回転速度が変化しても、弾性波振幅の変化とし
て表われないため、この速度変化を抑圧するループ制御
はなされないが、モータM2の駆動中に、このような速度
変化があると、ロータリエンコーダ16の出力パルスの周
波数が変化し、この速度変化を抑圧する方向にループ制
御がなされ、安定した定速駆動が行なえる。
＜本発明の他の実施例＞ なお、前記実施例では、２個のモータM1、M2を切換え
て駆動する場合について説明したが、３個以上のモータ
を切換駆動する場合でも、切換スイッチの接点数を増加
することにより本発明を同様に適用することができる。
て駆動する場合について説明したが、３個以上のモータ
を切換駆動する場合でも、切換スイッチの接点数を増加
することにより本発明を同様に適用することができる。
また、前記実施例では、モータの圧電体の共振周波数
より高い周波数側の特性を利用していたが、共振周波数
より低い周波数側の特性を利用してもよく、この場合
は、例えば入力電圧が上昇すると発振周波数が下がる構
成のVCOを用いればよい。
より高い周波数側の特性を利用していたが、共振周波数
より低い周波数側の特性を利用してもよく、この場合
は、例えば入力電圧が上昇すると発振周波数が下がる構
成のVCOを用いればよい。
また、前記実施例では、加算回路28の出力電圧に応じ
て発振周波数を変化させるVCO29を駆動周波数変換回路
として用いていたが、例えば、固定発振器の出力を可変
分周器で分周するように構成しておき、加算回路の出力
値に応じて分周比を変化させるようにしてもよい。
て発振周波数を変化させるVCO29を駆動周波数変換回路
として用いていたが、例えば、固定発振器の出力を可変
分周器で分周するように構成しておき、加算回路の出力
値に応じて分周比を変化させるようにしてもよい。
また、２つの超音波モータはほぼ同一速度に制御する
場合には、基準電圧を共通にすることもできる。
場合には、基準電圧を共通にすることもできる。
＜本発明の効果＞ 本発明の超音波モータの駆動制御装置は、前記説明の
ように、圧電センサからの出力レベルと基準電圧との加
算出力で第１の超音波モータに対する交流信号の周波数
を可変する帰還制御と、速度検出器からの信号周波数に
比例した電圧と基準電圧との加算出力で第２の超音波モ
ータに対する交流信号の周波数を可変する帰還制御との
切換えを行なうことができ、従来のようにモータ毎に別
個の駆動制御装置を用いる必要がなく、装置全体を小型
化することができる。
ように、圧電センサからの出力レベルと基準電圧との加
算出力で第１の超音波モータに対する交流信号の周波数
を可変する帰還制御と、速度検出器からの信号周波数に
比例した電圧と基準電圧との加算出力で第２の超音波モ
ータに対する交流信号の周波数を可変する帰還制御との
切換えを行なうことができ、従来のようにモータ毎に別
個の駆動制御装置を用いる必要がなく、装置全体を小型
化することができる。
第１図は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は、超音波モータの駆動周波数に対する弾性波振
幅の変化を示す特性図、第３図は、一実施例の要部の入
力電圧に対する発振周波数の変化特性図である。 第４図は、超音波モータの構成を示す斜視図、第５図
は、超音波モータの要部の正面図、第６図は、超音波モ
ータの動作を説明するための概略図、第７図は、２つの
超音波モータを駆動するための従来装置の構成を示すブ
ロック図である。 16……ロータリエンコーダ、20……超音波モータの駆動
制御装置、21……レベル検出回路、22……周波数電圧変
換回路、28……加算回路、29……VCO、30……移相回
路、36……モータ切換スイッチ、M1、M2……超音波モー
タ。
第２図は、超音波モータの駆動周波数に対する弾性波振
幅の変化を示す特性図、第３図は、一実施例の要部の入
力電圧に対する発振周波数の変化特性図である。 第４図は、超音波モータの構成を示す斜視図、第５図
は、超音波モータの要部の正面図、第６図は、超音波モ
ータの動作を説明するための概略図、第７図は、２つの
超音波モータを駆動するための従来装置の構成を示すブ
ロック図である。 16……ロータリエンコーダ、20……超音波モータの駆動
制御装置、21……レベル検出回路、22……周波数電圧変
換回路、28……加算回路、29……VCO、30……移相回
路、36……モータ切換スイッチ、M1、M2……超音波モー
タ。
Claims (1)
- 【請求項１】圧電体に印加される交流信号で生じる弾性
波によって回転子を回転させ、前記弾性波の振動を圧電
センサで検出する第１の超音波モータと、回転速度に比
例した周波数の信号を出力する速度検出器に回転子が連
結された第２の超音波モータとを、それぞれの基準電圧
に応じた回転速度で選択的に切換駆動する超音波モータ
の駆動制御装置であって、 前記第１の超音波モータの圧電センサの出力レベルを検
出するレベル検出回路と、 前記第２の超音波モータの回転子に連結された速度検出
器からの出力信号の周波数に比例した電圧信号を出力す
る周波数電圧変換回路と、 駆動指定された超音波モータに、交流信号を印加させる
モータ切換スイッチと、 駆動指定された超音波モータに対応する基準電圧と、前
記レベル検出回路および周波数電圧変換回路の出力電圧
とを加算する加算回路と、 駆動指定された超音波モータに印加されている交流信号
の周波数を、前記加算回路の出力電圧に応じて変化させ
る駆動周波数可変回路とを備え、 駆動指定された超音波モータの回転速度が、基準電圧に
対応する速度に近づくように帰還制御する超音波モータ
の駆動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252727A JP2847427B2 (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | 超音波モータの駆動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252727A JP2847427B2 (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | 超音波モータの駆動制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04133677A JPH04133677A (ja) | 1992-05-07 |
| JP2847427B2 true JP2847427B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=17241425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2252727A Expired - Fee Related JP2847427B2 (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | 超音波モータの駆動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2847427B2 (ja) |
-
1990
- 1990-09-21 JP JP2252727A patent/JP2847427B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04133677A (ja) | 1992-05-07 |
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