JP2941900B2 - 超音波モータの駆動方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、超音波モータの駆動方法及び駆動装置に関
する。

「従来の技術及びの問題点」 従来、超音波モータを駆動する方法としては、該モー
タにそれ自身の共振周波数の信号を印加する方法が一般
的であった（特開昭62−85684号公報、及び特開昭62−9
2781号公報）。すなわち、前者は、超音波モータの駆動
状態を検知するためのモニター用電極を圧電体に設け、
該電極からのモニター信号と超音波モータを駆動するた
めに圧電体に印加される駆動用の周波電圧との位相差を
検知して前記位相差が常に共振状態時の位相差となるよ
うに前記周波電圧の周波数を決定する方法であった。ま
た、後者は、可変範囲内で駆動体の共振周波数が存在す
るようにした可変発振器の出力を２分割し、一方は90゜
移相した後、他方はそのまま増幅して圧電体に印加し、
前記いずれか一方の信号の電圧波形と電流波形の位相比
較をして、その位相差を設定レベル以下にすることによ
り、常に駆動体の共振周波数近傍で超音波モータを駆動
する方法であった。

しかしながら、前記両従来方法のごとく超音波モータ
を共振周波数で駆動すると該モータが可聴音を発生する
欠点があった。

このため、特開昭62−203575号公報においては、弾性
体及び圧電体からなるステータの共振周波数よりも高い
周波数領域において、モニター電圧が前記共振周波数で
得られる最大のモニター電圧より低い所定の電圧値にな
るように入力電源周波数を制御するモータが開示されて
いる。しかし、この所定のモニター電圧値を用いた駆動
周波数の追尾方法では、負荷の変化に対する追従性が悪
いため、超音波モータが可聴音を発生する。また、この
従来の超音波モータはモニター電圧を固定された所定の
電圧値になるように保つため、温度変化及び負荷変化等
によるモータ特性の変化に対応できず、超音波モータの
出力を充分に取り出すことができない。更に、従来のモ
ータではモータの拘束時には、駆動周波数が許容範囲を
逸脱して共振周波数以下の駆動となり、回路の電力増幅
部分を焼損する恐れがある等の欠点があった。そのた
め、超音波モータの自動車への応用展開を図るうえにお
いて、低騒音で小形軽量という超音波モータのメリット
が活かされないという問題を生じていた。

「発明が解決しようとする課題」 本発明の目的は、温度変化及び負荷変化に対応して可
聴音を発生することなく超音波モータの最適な駆動周波
数を追尾することができる駆動方法を提供することであ
る。

本発明の他の目的は、超音波モータの拘束時において
も駆動周波数が許容範囲を逸脱することがなく、拘束ト
ルクに近い大きな出力で超音波モータを駆動することが
できる駆動方法を提供することである。

本発明の他の目的は、超音波モータの駆動周波数を、
簡単な回路構成により正確にかつ常に安定を追尾するこ
とができ、しかも電力増幅回路を焼損することがないた
め安全なる駆動装置を提供することである。

（課題を解決するための手段） 上記課題の解決にあたり、本発明によれば、 弾性体、この弾性体を励振させる駆動用圧電体、及び
前記弾性体の振動を検知する振動検知用圧電体を設けた
ステータと、前記弾性体との摩擦接触により回転される
ロータとを備える超音波モータを、前記駆動用圧電体に
共振点よりも十分に高い駆動周波数の駆動電圧を与える
ことにより前記駆動周波数を下げながら駆動開始する駆
動方法であって、 前記駆動開始後、前記弾性体に設けた振動検知用圧電体
の出力信号に波形乱れが発生するか否かを判定し、 前記出力信号に波形乱れが発生しないとの判定時に
は、前記駆動周波数を第１の周波数変化幅で下げ、 前記出力信号に波形乱れが発生するとの判定時には、
前記駆動周波数を前記第１の周波数変化幅よりも大きな
第２の周波数変化幅で上げることを特徴とする超音波モ
ータの駆動方法が提供される。

（作用効果） ここで、上記波形乱れは可聴音の発生の前兆であるか
ら、当該波形乱れが発生しても、すぐに可聴音が発生す
ることはない。

この点につき詳細に述べると、超音波モータのインピ
ーダンスは、第４図に示すような特性を有しており、共
振点ではインピーダンスが低く、その近傍の周波数では
インピースダンスが高く、全体としては周波数が高くな
るに従ってインピーダンスが低くなる。ステータの弾性
体にはロータが加圧さて摩擦接触しており、共振点及び
その近傍の周波数ではステータの振幅が過大となり、20
KHz程度の耳障りな可聴音を発生したり、駆動用圧電体
の破損を起こすため、これより少し高い円滑回転域の周
波数で超音波モータを駆動する必要がある。一方、電気
的な効率面からはなるべく共振点に近い周波数が望まし
い。可聴音を発生しない範囲で最も共振点に近い最適な
駆動周波数で、実用できる回転及びトルクが最大とな
る。

しかして、の最適な駆動周波数は駆動環境に応じて変
化する（第５図参照）。つまり、温度が高くなるにつれ
て最適な駆動周波数は低くなり（第５図（ａ））、負荷
か増加するに従って最適な駆動周波数は高くなる（第５
図（ｂ））。このように最適な駆動周波数が変化する原
因は不明であるが、ステータの弾性体と駆動用圧電体と
の間の接着層が温度上昇により軟化するのが原因の一つ
であると本発明者は推定する。また、本発明者は、可聴
音を発生する直前や超音波モータの拘束時に振動検知用
圧電体の出力信号に波形乱れが発生することを見出し
た。

本発明の駆動方法によれば、前記振動検知用圧電体の
出力信号に波形乱れが発生するか否かを判定するから、
当該振動検知用圧電体に発生する出力信号の波形乱れに
より可聴音が発生する直前の状態を判定することとな
る。

そして、前記出力信号に波形乱れが発生しないとの判
定時には、前記駆動周波数を第１の周波数変化幅で下
げ、前記出力信号に波形乱れが発生するとの判定時に
は、前記駆動周波数を前記第１の周波数変化幅よりも大
きな第２の周波数変化幅で上げる。

換言すれば、前記出力信号に波形乱れが発生するとの
判定に伴い第２の周波数変化幅で上げられた駆動周波数
は、その後の波形乱れの発生なしとの判定毎に、第２の
周波数変化幅よりも小さな第１の周波数変化幅でもって
下がっていく。

このことは、一旦駆動周波数が第２の周波数変化幅で
上げられた後の波形乱れの発生頻度が減少することで、
波形乱れの連続発生度合を減少させることを意味する。

その結果、可聴音の発生の未然防止をより一層確保で
きる。

また、本発明の駆動方法によれば、振動検知用圧電体
に発生する出力信号の波形乱れにより可聴音が発生する
直前の状態を検知した上で、駆動周波数を上述のごとき
周波数変化幅にて変化させて、可聴音が発生する直前の
駆動周波数、引いては、波形乱れが発生する近傍の最適
な駆動周波数で駆動用圧電体を作動させるから、温度の
上昇により最適な駆動周波数が低くくなることの最適な
駆動周波数を自動的に追尾することが可能となり、ま
た、負荷の上昇による最適な駆動周波数の上昇に対して
も自動的に追尾することが可能となる。

このことは、可聴音が発生する直前の駆動周波数によ
り、耳障りな可聴音を発生ささせることなく、温度変化
や負荷変化に対応して変化する最適な駆動周波数を追尾
できることを意味する。

更に、超音波モータの拘束時には、波形乱れの発生を
検知することにより、駆動周波数をさらに上昇させる。
このため、超音波モータの発生トルクを増大させ、かつ
共振周波数以下の駆動になることを防止して回路損失の
増加を抑える。

（課題を解決するための手段） また、上記課題の解決にあたり、本発明によれば、 弾性体、この弾性体を発振手段の出力に基づいてその
発振周波数にて励振させる駆動用圧電体、及び前記弾性
体の振動を検知する振動検知用圧電体を設けたステータ
と、前記弾性体との摩擦接触により回転されるロータと
を備える超音波モータを、前記駆動用圧電体に共振点よ
りも十分に高い駆動周波数の駆動電圧を与えることによ
り前記駆動周波数を下げながら駆動開始する駆動装置で
あって、 前記駆動開始後、前記振動検知用圧電体に発生する出
力信号の波形乱れが発生するか否かを判定する波形乱れ
判定手段と、 この波形乱れ判定手段による波形乱れの発生なしとの
判定時には前記発振手段においてその発振周波数を第１
の周波数変化幅で下げ、一方、前記波形乱れ判定手段に
よる波形乱れの発生との判定時には前記発振手段におい
てその発振周波数を前記第１の周波数変化幅よりも大き
な第２の周波数変化幅で上げるように制御する周波数追
尾手段とを備えることを特徴とする超音波モータ駆動装
置が提供される。

（作用効果） これによれば、超音波モータの最適な駆動周波数を自
動的にかつ常に安定に追尾する上記超音波モータの駆動
方法の実現に適した超音波モータの駆動装置の提供が可
能となる。

また、超音波モータの拘束時においても波長の変化が
起こるため、超音波モータの拘束時をも良好に検出し
て、駆動周波数を上げることにより駆動周波数が許容範
囲を逸脱しないようにすることができる。

［実施例］ 次に、本発明方法により最適な駆動周波数を自動的に
追尾する駆動装置の実施例を第１図から第３図（ａ）お
よび第３図（ｂ）について具体的に説明する。

第１図は、最適な駆動周波数を自動的に追尾するため
の制御フローを示す。ステップ101では、共振点よりも
十分高い周波数で超音波モータを駆動する。ステップ10
2では、駆動周波数を徐々に下げる。ステップ103では、
波形乱れが発生したか否かをしきい値をもって判定す
る。ステップ103で波形乱れが発生しなければ、ステッ
プ104で更に駆動周波数を第１の周波数変化幅で下げ
る。ステップ103で波形乱れが発生していれば、ステッ
プ105で駆動周波数を第１の周波数変化幅より大きい第
２の周波数変化幅で上げる。以後の波形乱れは、ステッ
プ103にフィードバックされる。

第16図に示されるごとく、超音波モータは弾性体41に
該弾性体41を励振する圧電体42を固設してステータ40が
構成され、弾性体41にはロータ50が図示しない強力な皿
ばねにより摩擦接触された構成を有する。圧電体42には
電極が設けられ、後述の駆動用圧電体の振動検知用圧電
体に区分されている。

波形乱れを検知するためには、第２図に示すごとく、
駆動用圧電体1a,1bの間の入力電圧が印加されていない
部分に振動検知用圧電体２を設ける。この振動検知用圧
電体２の出力信号Ｓの波形は、円滑な回転時には第３図
（ａ）に示すごとく、正電圧部分の第１波の周期T₁と第
２波の周期T₂が等しい（T₁＝T₂）。しかし、可聴音発生
時及びそ直前には、振動検知用圧電体２の出力信号の波
形は、駆動周波数fdに可聴音の源となる成分が合成さ
れ、第３図（ｂ）に示されるように波形乱れが発生す
る。そして、正電圧部分の第１波の周期T₁と第２波の周
期T₂が等しくなくなる（T₁≠T₁）。従って、第１波の周
期T₁と第２波と周期T₂を比較することにより波形乱れを
検知する。

（第２実施例） 本発明方法を実施するための駆動装置を第２実施例と
して第６図に示す。第６図に示す駆動装置は、超音波モ
ータＭの振動検知用圧電体２に発生する出力信号をフィ
ードバック態様で波形整形回路３に加え、周期差検出回
路４で第１波と第２波の正電圧部分の周期差をしきい値
をもって検出し、その周期差に応じた電圧信号を発生し
周波数制御回路５に加える。周波数制御回路５は積分回
路により構成されている。そして、周波数制御回路５が
発生する電圧信号により電圧制御発振回路６の発振周波
数を変化させている。電圧制御発振回路６の信号は周期
差検出回路４にクロック信号として加えられ、また分周
回路７で分周され、電力増幅回路８で電力増幅してＡ相
の駆動用圧電体1aに印加されている。また、分周回路７
の信号は移相回路９により略90゜移相され、電力増幅回
路10で電力増幅されて、Ｂ相の駆動用圧電体1bに印加さ
れている。

第６図図示の駆動装置によれば、振動検知用圧電体２
の出力信号に波形乱れが発生しない時は、波形整形回路
３の出力信号には周期差が含まれていないため、周期差
検出回路４の出力信号が無く、周波数制御回路５の出力
信号が低下することにより電圧制御発振回路６の発振周
波数が下げられる。従って、振動検知用圧電体２の出力
信号に波形乱れが発生しない状態が続く間は、電圧制御
発振回路６の発振周波数が徐々に低下する。振動検知用
圧電体２の出力信号に波形乱れが発生する時は、波形整
形回路３の出力に周期差が含まれるため、周期差検出回
路４から出力信号が発生し、周波数制御回路５の出力信
号が増加することにより電圧制御発振回路６の発振周波
数が上げられる。

そして、温度及び負荷などの環境変化に応じて、波形
乱れが発生しない時は発振周波数が下がり、波形乱れが
発生する時は発振周波数が上がることにより、超音波モ
ータＭへの駆動周波数が最適に制御される。第２実施例
の駆動装置によれば、デジタル的に周期差検出が行われ
るので、簡単な回路構成により正確な駆動周波数の自動
追尾ができるという利点がある。

（第３実施例） 振動検知用圧電体２の出力信号を第７図（ａ）および
第７図（ｂ）に示す。超音波モータが円滑な回転をして
いる時は、第７図（ａ）示すように出力信号がほぼ正弦
波をなしており、正の電圧値を示す周期（T₊）と負の電
圧値を示す周期（T_-）がほぼ等しいのに対して、波形乱
れ発生時（可聴音発生時及びその直前）には可聴音の振
動成分が正弦波に加わるため、正の電圧値を示す周期
（T₊）と負の電圧値を示す周期（T_-）とは等しくなくな
る（T₊≠T_-）。第３実施例では、この周期T₊とT_-による
波形乱れをモニターし、第１図図示の制御フローに従
い、電子演算制御装置（ECU）を用いて第１実施例と同
様に駆動周波数の自動的追尾を行う。

また、第８図に示す駆動装置によっても、周期T₊とT_-
による駆動周波数の自動的追尾を行うことができる。

第８図に示す駆動装置は、超音波モータＭの振動検知
用圧電体２に発生する出力信号をフィードバック態様で
波形整形回路３に加え、周期測定回路11で正の電圧値を
示す周期T₊と負の電圧値を示す周期T_-を測定し、その周
期に応じたパルス幅信号を発生し、周期比較回路12に加
える。周期比較回路12は周期差が生じた時に信号を発生
する。そして、積分回路よりなる周波数制御回路５が発
生する信号により電圧制御発振回路６の発振周波数を変
化させている。電圧制御発振回路６の信号は移相回路９
により90゜移相され、電力増幅回路8,10で電力増幅され
て、Ａ相及びＢ相の駆動用圧電体1a及び1bにそれぞれ印
加されている。

第８図図示の駆動装置によれば、振動検知用圧電体２
の出力信号に波形乱れが発生しない時は、波形整形回路
３のパルス信号には周期差が含まれていないため、周期
測定回路11とパルス幅信号には周期差がないことによ
り、周期比較回路12の周期判定信号により周波数制御回
路５の出力信号が低下され、電圧制御発振回路６の発振
周波数が下げられる。従って、振動検知用圧電体２の出
力信号に波形乱れが発生しない状態が続く間は、発振回
路６の発振周波数が徐々に低下する。振動検知用圧電体
２の出力信号に波形乱れが発生する時は、波形整形回路
３のパルス信号に周期差が含まれるため、周期測定回路
11のパルス幅信号に応じて周期比較回路12から周期判定
信号が発生し、周波数制御回路５の出力信号により電圧
制御発振回路６の発振周波数が上げられる。

そして、温度及び負荷などの環境変化に応じて、波形
乱れが発生しない時は発振周波数が下がり、波形乱れが
発生する時は発振周波数が上がることにより、超音波モ
ータＭへの駆動周波数が最適に制御される。第３実施例
の駆動回路によれば、デジタル的に周期測定及び周期比
較が行われるので、簡単な回路構成により正確な駆動周
波数の自動追尾ができるという利点がある。

（第４実施例） 振動検知用圧電体２の出力信号を第９図（ａ）および
第９図（ｂ）に示す。超音波モータが円滑な回転をして
いる時は、第９図（ａ）に示すように出力信号がほぼ正
弦波をなしており、第１波と第２波の正と電圧値V₁,V₂
がほぼ等しいのに対して、波形乱れ発生時（可聴音発生
時及びその直前）には可聴音の振動成分が正弦波に加わ
るため、第９図（ｂ）に示すように第１波の正の電圧値
V₁と第２波の正の電圧値V₂は等しくなくなる（V₁≠
V₂）。第４実施例では、この電圧値V₁とV₂をモニター
し、第１図図示の制御フローに従い、電子演算制御装置
（ECU）を用いて、第１実施例と同様に駆動周波数の自
動的追尾を行う。

第４実施例の駆動装置は、第８図図示の駆動装置にお
ける周期測定回路11及び周期比較回路12を、第10図に示
すごとく電圧測定回路31及び電圧回路32に替えることよ
り実施可能である。

（第５実施例） 振動検知用圧電体２の出力信号を第11図（ａ）および
第11図（ｂ）に示す。超音波モータが円滑な回転をして
いる時は、第11図（ａ）に示すように出力信号がほぼ正
弦波をなしており、正の電圧値を示す周期（T₁）と負の
電圧値を示す周期（T₂）がほぼ等しく、電圧値もほぼ同
じである。しかしながら、可聴音発生時及びその直前等
の波形乱れ発生時には可聴音の振動成分が正弦波に加わ
るため、正の電圧値を示す周期（T₁）と負の電圧値を示
す周期（T₂）とは等しくなり（T₁≠T₂）、かつ出力信号
の周波数も相違する。第５実施例では、この波形乱れに
よる周波数成分を検出し、第１図図示の制御フローに従
い、電子演算制御装置（ECU）を用いて第１実施例と同
様に駆動周波数の自動的追尾を行う。

また、第５実施例においては、第12図及び第13図に示
す駆動装置によっても、乱れ周波数成分を検出して駆動
周波数の自動的追尾を行う。第12図は第５実施例の駆動
装置の全体を示すブロック図であり、第13図はその周波
数追尾回路20の部分の回路図である。波形乱れ検出回路
を含むバンドパスフィルタ15は、演算増幅器OP1とコン
デンサC1、C2と抵抗r1〜r5よりなる。増幅回路16は演算
増幅器OP2と抵抗r6〜r9よりなる。周波数制御回路はダ
イオードD1と抵抗r10、r11コンデンサC3よりなる積分回
路である。

第12図及び第13図に示す駆動装置は、超音波モータＭ
の振動検知用圧電体２に発生する波形乱れ信号をフィー
ドバック態様で波形乱れ検出回路を含むバンドパスフィ
ルタ15で波形乱れによる周波数成分を検出する。バンド
パスフィルタ15を通過した波形乱れの周波数成分に応じ
た電圧信号は増幅回路16に加えられる。そして、増幅回
路16で増幅され整形された電圧信号は積分回路よりなる
周波数制御回路５で積分され、該回路が発生するコント
ロール信号により電圧制御発振回路６の発振周波数を変
化させている。電圧制御発振回路６の信号は電力増幅回
路８電力増幅してＡ相の駆動用圧電体1aに印加されてい
る。また、電圧制御発振回路６の信号は移相回路９によ
り略90゜移相され、電力増幅回路10で電力増されて、Ｂ
相の駆動用圧電体1bに印加されている。

第12図及び第13図に示す駆動装置によれば、振動検知
用圧電体２の出力信号に波形乱れが発生しない時は、波
形乱れ検出回路を含むバンドパスフィルタ15の出力信号
に可聴音の周波数成分が含まれていないため、波形乱れ
検出回路を含むバンドパスフィルタ15及び増幅回路16の
出力信号が無く、周波数制御回路５の出力信号の減少に
より電圧制御発振回路６の発振周波数が下げられる。従
って、振動検知用圧電体２の出力信号に波形乱れが発生
しない状態が続く間は、電圧制御発振回路６の発振周波
数が徐々に低下する。振動検知用圧電体２の出力信号に
波形乱れが発生する時は、該出力信号に可聴音の周波数
成分が含まれているため、バンドパスフィルタ15により
乱れ周波数成分が検出され、増幅器16から出力信号が発
生し、波形数制御回路５の出力信号の増加により電圧制
御発振回路６の発振周波数が急速に上げられる。

そして、温度及び負荷などの環境変化に応じて、波形
乱れが発生しない時は発振が徐々に下がり、波形乱れが
発生する時は発振周波数が急速に上がることにより超音
波モータＭへの駆動周波数が最適に制限される。第５実
施例の駆動回路によれば、アナログ的に乱れ周波数成分
の検出が行われるので、最も簡単な回路構成により駆動
周波数の自動追尾ができるという利点がある。

（第６実施例） 第６実施例には全ての状態において、最適な駆動周波
数を検出するため、振動検知用圧電体の出力信号を利用
しサンプリングクロックによって波長を求め、前回の波
長と今回の波長を比較する。超音波モータの出力が最大
となり、可聴音が発生する直前には、振動検知用圧電体
の出力信号の波長が波形乱れ発生より変化する現象があ
るため、発生乱れ発生時の周波数で超音波モータを駆動
すれば、可聴音を発生することなく、該モータの出力を
有効に取り出すことが可能になる。

また、超音波モータの拘束時においても、振動検知用
圧電体の出力信号に波長の変化つまり波形乱れが起こる
ため、この波長変化が起こった時に駆動周波数を上げれ
ば、駆動周波数の範囲を逸脱することはない。第14図は
第６実施例の駆動装置を示し、第15図はその駆動装置の
タイミングチャートである。第14図において、波形整形
回路３は、振動検知用圧電体２からの出力信号のノイズ
を除去し、デジタル信号に変換する。発振回路22はサン
プリングクロックを発生する。アップカウント回路23
は、波形整形回路３からのデジタル信号と、発振回路22
からのサンプリングクロックと、タイミング回路26から
のタイミングパルスとを入力され、前記デジタル信号の
波長を積算計数する。ラッチ回路24は、アップカウント
回路23からのアップカウント信号とタイミング回路26の
タイミングパルスを入力され、アップカウント23で求め
た波長の長さを記憶する。不一致検出回路25は、ラッチ
回路24に記憶された前回の波長と、アップカウント回路
23で検出した今回の波長の長さを比較して不一致検出信
号を発生する。タイミング回路26は、ANDゲート回路2
7、と前記アップカウント回路23及びラッチ回路24にタ
イミングパルスを送りこれらの回路27,23,24の動作を制
御する。ANDゲート回路27は、前記不一致検出回路25か
らの不一致検出信号と、タイミング回路26からタイミン
グパルスとを入力され、波長の乱れ（波長変化）を検出
する回路である。周波数制御回路５は積分回路よりな
り、ANDゲート27の検出信号を積分する。電圧制御発振
回路（V.C.O）６は、周波数制御回路５で積分されたAND
デート27からの検出信号の積分値に基づいて発振周波数
を変化する。前記波形整形回路３、発振回路22、アップ
カウント回路23、ラッチ回路24、不一致検出回路25、タ
イミング回路26及びANDゲート回路27により周波数追尾
回路20が構成されている。移相回路９は、電圧制御発振
回路６の出力を入力され超音波モータＭの弾性体に進行
波を発生させるのに必要な位相差を生じさせる。電力増
幅回路８及び10は電力制御発振回路６の出力及び移相回
路９の出力を超音波モータＭを駆動するのに必要な電力
に増幅する回路である。超音波モータＭは、その駆動用
電圧1aに電力増幅８からの電力を入力され、駆動圧電体
1bに電力増幅回路10からの電力を入力されている。

次に第６実施例の作動を第14図及び第15図について説
明する。

第６実施例は、超音波モータＭの最適駆動を行うた
め、周波数追尾回路20によるフィードバックループを設
けている。先ず、波形整形回路３により振動検知用圧電
体２の出力信号（第15図図示のフィードバック信号ｂ）
からノイズを除去し、該出力信号の波長を検出するため
デジタル信号（ｃ）に変換する。

次に、波形整形回路３のデジタル信号（ｃ）と、発振
回路22のサンプリングクロック（ａ）とがアップカウン
ト回路23に入力され、デジタル信号（ｃ）の前回の立下
がりから今回の立下がりまでのカウント値によりデジタ
ル信号の波長の長さが求められる。波形整形回路３から
のデジタル信号（ｃ）と、発振回路22のサンプリングク
ロック（ａ）とはタイミング回路26にも入力され、デジ
タル信号（ｃ）の立下がり時及びカウント終了時にタイ
ミング回路26からタイミングパルス（f,h）が発生し、
このタイミングパルスがラッチ回路24及びANDゲート回
路27とアップカウント回路23とにそれぞれ入力される。

アップカウント回路23により求められた今回の波長の
長さは、ラッチ回路24に記憶されると共に、予めラッチ
回路24に記憶された前回の波長の長さと今回の波長の長
さとは不一致検出回路25で比較される。そして、不一致
検出回路25が前回と今回の波長の長さの不一致を検出し
た時は、ANDゲート回路27に不一致検出信号（ｅ）を出
力する。ANDゲート回路27は、不一致検出回路25から不
一致検出信号（ｅ）と、タイミング回路26からのタイミ
ングパルス（ｆ）との論理積をとり、波長変化検出信号
（ｇ）を出力する。そして、周波数制御回路５は波長変
化検出信号（ｇ）が入力されると出力信号レベルが増加
するため、電圧制御発振回路６は発振周波数を上昇さ
せ、この波長変化検出信号が周波数制御回路５に入力さ
れない時は電圧制御発振回路６が発振周波数を下降させ
ることにより、駆動周波数を追尾し最適値に変化させ
る。

第６実施例によれば、周波数追尾回路20を設けること
によって、可聴音を発生することなく超音波モータＭを
駆動することができる。また、モータ拘束時においても
波長の変化が起こるため、この波長変化に基いて駆動周
波数を上昇させることにより増加させ、拘束トルクに近
い大きな出力で超音波モータを安全に運転することがで
きる。さらにモータ拘束時の駆動周波数の上昇により共
振周波数以下の駆動になることがないので回路損失の増
加が抑え、電力増幅回路の焼損を防止することができ
る。従って、本発明の第６実施例によれば、超音波モー
タが低回転高トルクであるため減速歯車を必要とせず低
騒音で小形軽量であるというメリットを充分に生かすこ
とができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の制御フローを示すフローチャー
ト、第２図は駆動用圧電体と振動検知用圧電体の配置を
示す正面図、第３図（ａ），（ｂ）は波形乱れの発生の
有無により振動検知用圧電体の出力信号の正電圧につき
第１波と第２波に周期差が生じる様子をそれぞれ示す波
形図、第４図は超音波モータの周波数とインピーダンス
の関係を示す特性図、第５図（ａ），（ｂ）は温度及び
負荷に関する最適な駆動周波数の軌跡をそれぞれ示す特
性図、第６図は第２実施例の駆動装置を示すブロック
図、第７図（ａ），（ｂ）は波形乱れ発生の有無により
振動検知用圧電体の出力信号が正の電圧値を示す周期と
負の電圧値を示す周期に差を生じる様子を示す波形図、
第８図は第３実施例の駆動装置を示すブロック図、第９
図（ａ），（ｂ）は波形乱れ発生の有無により振動検知
用圧電体の出力信号の第１波と第２波の正の電圧値が等
しくなくなる様子を示す波形図、第10図は第４実施例の
駆動装置を示すブロック図、第11図（ａ），（ｂ）は前
記出力信号の波形乱れ発生の有無により周波数が変化す
る様子を示す波形図、第12図は第５実施例の駆動装置を
示すブロック図、第13図は第５実施例の周波数追尾回路
部分の回路図、第14図は第６実施例の駆動装置を示すブ
ロック図、第15図は第６実施例の駆動装置のタイミング
チャート、第16図は超音波モータの構造を示す斜視図で
ある。 1a,1b……駆動用圧電体、２……振動検知用圧電体、３
……波形整形回路、４……周期差検出回路、５……周波
数制御回路、６……電圧制御発振、11……周期測定回
路、12……周期比較回路、15……波形乱れ検出回路を含
むハンドパスフィルタ、23……アップカウント回路、24
……ラッチ回路、25……不一致検出回路、31……電圧測
定回路、32……電圧比較回路、40……ステータ、41……
弾性体、42……圧電体、50……ロータ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−303074（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−148079（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−298967（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−56178（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−185178（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−148583（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性体、この弾性体を励振させる駆動用圧
   電体、及び前記弾性体の振動を検知する振動検知用圧電
   体を設けたステータと、前記弾性体との摩擦接触により
   回転されるロータとを備える超音波モータを、前記駆動
   用圧電体に共振点よりも十分に高い駆動周波数の駆動電
   圧を与えることにより前記駆動周波数を下げながら駆動
   開始する駆動方法であって、 前記駆動開始後、前記弾性体に設けた振動検知用圧電体
   の出力信号に波形乱れが発生するか否かを判定し、 前記出力信号に波形乱れが発生しないとの判定時には、
   前記駆動周波数を第１の周波数変化幅で下げ、 前記出力信号に波形乱れが発生するとの判定時には、前
   記駆動周波数を前記第１の周波数変化幅よりも大きな第
   ２の周波数変化幅で上げることを特徴とする超音波モー
   タの駆動方法。
2. 【請求項２】弾性体、この弾性体を発振手段の出力に基
   づいてその発振周波数にて励振させる駆動用圧電体、及
   び前記弾性体の振動を検知する振動検知用圧電体を設け
   たステータと、前記弾性体との摩擦接触により回転され
   るロータとを備える超音波モータを、前記駆動用圧電体
   に共振点よりも十分に高い駆動周波数の駆動電圧を与え
   ることにより前記駆動周波数を下げながら駆動開始する
   駆動装置であって、 前記駆動開始後、前記振動検知用圧電体に発生する出力
   信号の波形乱れが発生するか否かを判定する波形乱れ判
   定手段と、 この波形乱れ判定手段による波形乱れの発生なしとの判
   定時には前記発振手段においてその発振周波数を第１の
   周波数変化幅で下げ、一方、前記波形乱れ判定手段によ
   る波形乱れの発生との判定時には前記発振手段において
   その発振周波数を前記第１の周波数変化幅よりも大きな
   第２の周波数変化幅で上げるように制御する周波数追尾
   手段とを備えることを特徴とする超音波モータの駆動装
   置。
3. 【請求項３】前記波形乱れ判定手段は、 前記振動検知用圧電体の出力信号における正電圧の第１
   波と第２波の周期差をしきい値をもって検出する周期差
   検出回路を備えて、 この周期差検出回路の検出周期差に応じて前記波形乱れ
   を判定することを特徴とする請求項２に記載の超音波モ
   ータの駆動装置。
4. 【請求項４】前記波形乱れ判定手段は、 前記振動検知用圧電体の出力信号における正電圧値を示
   す周期幅と負電圧値を示す周期幅とを測定する周期測定
   回路と、 この周期測定回路からの前記正電圧周期幅と前記負電圧
   周期幅とを比較する周期比較回路とを備えて、 この周期比較回路から前記正電圧周期幅と前記負電圧周
   期幅との周期幅の差を表す出力が生じたとき前記波形乱
   れと判定することを特徴とする請求項２に記載の超音波
   モータの駆動装置。
5. 【請求項５】前記波乱れ判定手段は、前記振動検知用圧
   電体の出力信号の正の電圧値をモニタし、第１波の正の
   電圧値の第２波の正の電圧値とが等しくなったとき前記
   波形乱れと判定することを特徴とする請求項２に記載の
   超音波モータの駆動装置。
6. 【請求項６】前記波形乱れ判定手段は、 前記振動検知用圧電体の出力信号から波形乱れを生じさ
   せる周波数成分を通すバンドパスフィルタを包含して、 このバンドパスフィルタが前記周波数成分を信号として
   通過させたとき前記波形乱れの判定することを特徴とす
   る請求項２に記載の超音波モータの駆動装置。
7. 【請求項７】前記波形乱れ判定手段は、 前記振動検知用圧電体の出力信号からノイズを除去して
   デジタル信号に変換する波形整形回路と、 この波形整形回路からデジタル信号を入力されて当該デ
   ジタル信号の波長を検出するアップカウント回路と、 このアップカウント回路にて検出された波長を記憶する
   ラッチ回路と、 このラッチ回路に記憶された前回検出の波長の長さと前
   記アップカウント回路で検出された今回検出の波長の長
   さとを比較して不一致ならば信号を発生する不一致検出
   回路と、 前記波形整形回路からのデジタル信号の立ち上がり時及
   びカウント終了時に発生するタイミングパルスを発生す
   るタイミング回路とを備えて、 前記不一致検出回路の信号と前記タイミングパルスとの
   論理積信号が発生したとき前記波形乱れと判定すること
   を特徴とする請求項２に記載の超音波モータの駆動装
   置。