JP2989887B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

Info

Publication number
JP2989887B2
JP2989887B2 JP2340743A JP34074390A JP2989887B2 JP 2989887 B2 JP2989887 B2 JP 2989887B2 JP 2340743 A JP2340743 A JP 2340743A JP 34074390 A JP34074390 A JP 34074390A JP 2989887 B2 JP2989887 B2 JP 2989887B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frequency
phase
torsional vibration
drive voltage
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2340743A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04210784A (en
Inventor
保良 本多
晶彦 菰田
敬介 本多
年昭 宮本
正典 佐藤
幸伸 富田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ASUMO KK
PPONDA DENSHI KK
Original Assignee
ASUMO KK
PPONDA DENSHI KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ASUMO KK, PPONDA DENSHI KK filed Critical ASUMO KK
Priority to JP2340743A priority Critical patent/JP2989887B2/en
Priority to US07/800,488 priority patent/US5233274A/en
Publication of JPH04210784A publication Critical patent/JPH04210784A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2989887B2 publication Critical patent/JP2989887B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

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、特にステータ部の圧電素子に
モータ駆動電圧を印加しロータ部を回転駆動する超音波
モータの改良に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic motor, and more particularly, to an improvement in an ultrasonic motor that applies a motor drive voltage to a piezoelectric element of a stator unit to rotate a rotor unit.

[従来の技術] 従来から、超音波モータは、 作動音が静か 慣性が少なく、瞬時停止・起動が可能 モータ構造がシンプル 電磁モータに比べ、軸トルクが大きい 進行波型超音波モータより高速作動が可能 単相駆動が可能(進行波型超音波モータは2相駆
動)などの長所があることから、既存のモータ使用製品
への適用による製品の性能アップなどが期待でき、その
実用化が望まれている。
[Conventional technology] Conventionally, ultrasonic motors have low operating noise, low inertia, and can be instantaneously stopped and started. Simple motor structure Higher operating speed than traveling wave ultrasonic motors with larger shaft torque than electromagnetic motors Possible Single-phase drive is possible (traveling-wave type ultrasonic motor is two-phase drive), so it can be expected to improve the performance of products by applying it to existing motor-based products. ing.

第6図は、このような超音波モータの一例が示されて
いる。
FIG. 6 shows an example of such an ultrasonic motor.

この超音波モータ10は、円筒状に形成されており、そ
の中心部にはボルト12が設けられている。このボルト12
には、その上下位置でブロック体14および16が螺合され
ている。各ブロック体14および16は、円筒状に形成さ
れ、その中心部にボルト12に螺合するように捩じ切りが
行われている。
The ultrasonic motor 10 is formed in a cylindrical shape, and a bolt 12 is provided at the center thereof. This bolt 12
The block bodies 14 and 16 are screwed at the upper and lower positions. Each of the blocks 14 and 16 is formed in a cylindrical shape, and is threaded at its center so as to be screwed to the bolt 12.

そして、ブロック体14と16の間には、2つの圧電素子
18aおよび18bが配置されている。すなわち、2つの圧電
素子18aおよび18bはブロック体14と16によって挟持され
た状態となっている。
And, between the blocks 14 and 16, two piezoelectric elements
18a and 18b are arranged. That is, the two piezoelectric elements 18a and 18b are sandwiched between the blocks 14 and 16.

一方の圧電素子18bの上面および下面には、電極20が
取り付けられており、この電極20に交流電源(図示せ
ず)が接続され、所定周波数のモータ駆動電圧が印加さ
れるようになっている。
Electrodes 20 are attached to the upper and lower surfaces of one of the piezoelectric elements 18b, and an AC power supply (not shown) is connected to the electrodes 20, so that a motor driving voltage of a predetermined frequency is applied. .

このようにして、上記電極20に所定周波数の交流電圧
を印加すると、圧電素子18には、上下の厚み方向(矢印
100方向)の縦振動が生じる。このとき、ブロック体14
および16にこの縦振動が伝えられるが、各ブロック体14
および16は、ボルト12に螺合されているため、そのネジ
により捩り振動が発生する。このようにして、各ブロッ
ク体14および16の端面には縦振動と捩り振動の合成振動
が発生することとなる。従って、ブロック体14の上端に
図示しないロータを取り付けることにより、ブロック体
14の端面に生じた上記合成振動によって、このロータが
回転駆動され、これにより回転駆動力を得ることができ
るものである。
When an AC voltage having a predetermined frequency is applied to the electrode 20 in this manner, the piezoelectric element 18 is applied to the upper and lower thickness directions (arrows).
(100 directions). At this time, block body 14
This longitudinal vibration is transmitted to
And 16 are screwed to the bolt 12, so that the screw generates torsional vibration. In this way, a combined vibration of the longitudinal vibration and the torsional vibration is generated on the end surfaces of the block bodies 14 and 16. Therefore, by attaching a rotor (not shown) to the upper end of the block 14,
The rotor is rotationally driven by the combined vibration generated on the end face of the rotor 14, whereby a rotational driving force can be obtained.

このような超音波モータは、特開昭63−217984号公報
や実開平1−76193号公報などにおいて種々の改良技術
が開示されている。
Various improvement techniques of such an ultrasonic motor are disclosed in JP-A-63-217984 and JP-A-1-76193.

[発明が解決しようとする課題] このように、超音波モータは、圧電素子18に単相交流
電圧をモータ駆動電圧として与えることにより回転力を
発生するものであるが、このとき発生する回転力は、モ
ータ駆動電圧の周波数によって大きく変化し、ある特定
の周波数(以後、最適駆動周波数と記す)においてその
回転力発生効率が最大となる。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, the ultrasonic motor generates a rotational force by applying a single-phase AC voltage to the piezoelectric element 18 as a motor drive voltage. Varies greatly depending on the frequency of the motor drive voltage, and the rotational force generation efficiency becomes maximum at a specific frequency (hereinafter, referred to as an optimum drive frequency).

この最適駆動周波数は、各モータ毎にそれぞれ固有の
周波数となり、しかもこの周波数のバンド幅は非常に狭
い。
This optimum drive frequency is a frequency unique to each motor, and the bandwidth of this frequency is very narrow.

さらに、前記最適駆動周波数は、作動中において常に
その値が一定ではなく、素子の温度変化や負荷の大きさ
等の作動条件によって随時変化する。このため、超音波
モータを高い効率で駆動するためには、常に変化する最
適駆動周波数を検出し、前記モータ駆動電圧の周波数を
フィードバック制御する必要がある。
Further, the value of the optimum driving frequency is not always constant during operation, but changes at any time depending on operating conditions such as a temperature change of an element and a size of a load. Therefore, in order to drive the ultrasonic motor with high efficiency, it is necessary to detect the constantly changing optimal driving frequency and perform feedback control of the frequency of the motor driving voltage.

しかし、従来の技術では、変化する最適駆動周波数を
フィードバック制御用に電気的に検出できなかったた
め、モータ駆動電圧の周波数を常に一定の値に設定した
り、あるいは最適駆動周波数と思われる周波数近傍に設
定してモータ駆動せざるを得ず、変化する最適駆動周波
数に追従してモータ駆動電圧の周波数をフィードバック
制御することができなかった。
However, in the conventional technology, the changing optimal driving frequency cannot be electrically detected for the feedback control. Therefore, the frequency of the motor driving voltage is always set to a constant value, or is set to a value near the frequency considered to be the optimal driving frequency. The motor drive voltage must be set, and the frequency of the motor drive voltage cannot be feedback-controlled following the changing optimal drive frequency.

従って、従来の超音波モータでは回転駆動力の発生効
率が悪く、十分な性能を発揮することができないという
問題があった。
Therefore, the conventional ultrasonic motor has a problem in that the efficiency of generating the rotational driving force is poor, and it is not possible to exhibit sufficient performance.

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、モータ駆動電圧の周波数を、作
動条件によって変化する最適駆動周波数に常に追従する
ようフィードバック制御し、常に最適な状態で駆動する
ことが可能な超音波モータを提供することにある。
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and has as its object to perform feedback control so that the frequency of a motor drive voltage always follows an optimum drive frequency that changes according to operating conditions, so that the optimum An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor that can be driven in a state.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するため、本発明は、ステータ部の圧
電素子にモータ駆動電圧を印加し、得られた縦振動と捩
り振動とによってロータ部を回転させる超音波モータに
おいて、 前記ステータ部に発生する捩り振動の腹の位置又はそ
の近傍に配設され、前記捩り振動を電気信号として取り
出す捩り振動センサと、 前記ステータ部の圧電素子に印加されるモータ駆動電
圧と前記捩り振動センサの取り出した電気信号との位相
差を位相角φとして出力する位相比較手段と、 前記位相比較手段から出力された位相角φが予め設定
された最大効率の得られる一定角α゜となるように前記
圧電素子に印加するモータ駆動電圧の周波数を調整する
周波数調整手段と、 を備えたことを特徴とする。
Means for Solving the Problems To achieve the above object, the present invention provides an ultrasonic wave in which a motor drive voltage is applied to a piezoelectric element of a stator unit, and a rotor unit is rotated by the obtained longitudinal vibration and torsional vibration. In the motor, a torsional vibration sensor disposed at or near the antinode of the torsional vibration generated in the stator portion and extracting the torsional vibration as an electric signal; and a motor drive voltage applied to a piezoelectric element of the stator portion Phase comparing means for outputting a phase difference from the electric signal taken out of the torsional vibration sensor as a phase angle φ; and a phase angle φ output from the phase comparing means, wherein a predetermined angle α ゜ at which a preset maximum efficiency is obtained. Frequency adjusting means for adjusting the frequency of the motor drive voltage applied to the piezoelectric element so that

また、本発明は、ステータ部の圧電素子にモータ駆動
電圧を印加して得られた縦振動と、前記縦振動に基づき
ボルトにより発生する捩り振動とによってロータ部を回
転させる超音波モータにおいて、 前記ステータ部の捩り振動を電気信号として取り出す
捩り振動センサと、 前記ステータ部の圧電素子に印加されるモータ駆動電
圧と前記捩り振動センサの取り出した電気信号との位相
差を位相角φとして出力する位相比較手段と、 前記位相比較手段から出力された位相角φが予め設定
された最大効率の得られる一定角α゜となるように前記
圧電素子に印加するモータ駆動電圧の周波数を調整する
周波数調整手段と、 を備えたことを特徴とする。
Also, the present invention provides an ultrasonic motor that rotates a rotor unit by longitudinal vibration obtained by applying a motor drive voltage to a piezoelectric element of a stator unit and torsional vibration generated by a bolt based on the longitudinal vibration, A torsional vibration sensor that extracts a torsional vibration of the stator portion as an electric signal; and a phase that outputs a phase difference between a motor drive voltage applied to the piezoelectric element of the stator portion and the electric signal extracted by the torsional vibration sensor as a phase angle φ. Comparing means, frequency adjusting means for adjusting the frequency of the motor drive voltage applied to the piezoelectric element so that the phase angle φ output from the phase comparing means is a constant angle α ゜ at which a preset maximum efficiency is obtained. And characterized in that:

[作 用] 本発明者は、モータ駆動電圧の周波数が最適駆動周波
数からずれた場合、これを間接的に検出できるのではな
いか、との観点にたって各種の実験を行った。
[Operation] The present inventor conducted various experiments from the viewpoint that if the frequency of the motor drive voltage deviates from the optimal drive frequency, this can be detected indirectly.

この実験の結果、最適駆動周波数がどのように変化し
た場合でも、モータ駆動電圧の周波数が最適駆動周波数
に制御されている限り、モータ駆動電圧とステータ部に
発生する捩り振動との位相差、すなち位相角φは常に一
定の値α゜になることを見出した。
As a result of this experiment, no matter how the optimal driving frequency changes, as long as the frequency of the motor driving voltage is controlled to the optimal driving frequency, the phase difference between the motor driving voltage and the torsional vibration generated in the stator section, and so on. That is, it has been found that the phase angle φ always has a constant value α ゜.

第5図(A)および(B)は、そのための説明図であ
る。
FIGS. 5A and 5B are explanatory diagrams for that purpose.

第5図(A)は、圧電素子に印加されるモータ駆動電
圧信号V1および発生した捩り振動信号V2の各位相を示す
説明図である。これら2つの信号の位相差が図上破線で
示された部分の位相角φである。
Figure 5 (A) is an explanatory diagram showing a motor drive voltage signals V 1 and generated the phase of the torsional vibration signal V 2 is applied to the piezoelectric element. The phase difference between these two signals is the phase angle φ in the portion shown by the broken line in the figure.

また、第5図(B)は、一定条件下において電圧素子
に印加されるモータ駆動電圧V1の周波数fと上記位相角
φとの関係を示すグラフであり、最適駆動周波数fMのと
きの位相角φはα゜である。
Further, FIG. 5 (B) is a graph showing the relationship between frequency f and the phase angle φ of the motor drive voltage V 1 applied to the voltage element in certain conditions, when the optimum drive frequency f M The phase angle φ is α ゜.

本発明者の実験によれば、この作動条件が種々に変化
した場合には、周波数fと位相角φとの関係を示す図上
の曲線も種々に変化するが、最適駆動周波数fMに対する
位相角φがα゜であることは、いかなる条件下において
も変わらないということが確認された。
According to the inventor's experiments, this when the operating conditions are variously changed, but changes to various also curves on the diagram showing the relationship between the frequency f and the phase angle phi, the phase with respect to the optimum drive frequency f M It has been confirmed that the fact that the angle φ is α ゜ does not change under any conditions.

本発明は、このような事実に基づきなされたものであ
る。
The present invention has been made based on such a fact.

そして、本発明では、まず捩り振動センサによって得
られた捩り振動に基づく電気信号V2と所定周波数のモー
タ駆動電圧V1との位相差である位相角φを位相比較手段
にて検出している。そして、周波数調整手段により、上
記位相比較手段から得た位相角φが最大効率の得られる
位相角であるα゜となるようにモータ駆動電圧の周波数
をフィードバック制御する。
In the present invention, and the phase angle φ is first phase difference between the motor drive voltage V 1 of the electric signal V 2 and the predetermined frequency based on torsional vibration obtained by the torsional vibration sensor detected by the phase comparing means . Then, the frequency of the motor drive voltage is feedback-controlled by the frequency adjusting means so that the phase angle φ obtained from the phase comparing means becomes α ゜, which is the phase angle at which the maximum efficiency is obtained.

これにより、本発明によれば、前記モータ駆動電圧の
周波数が、常に最適駆動周波数に制御されることとな
る。
Thus, according to the present invention, the frequency of the motor drive voltage is always controlled to the optimum drive frequency.

このように、本発明によれば、位相角φを常にα゜と
なるようにモータ駆動電圧の周波数を調整することによ
り、常に最高の効率で超音波モータを駆動させることが
できる。
As described above, according to the present invention, the ultrasonic motor can always be driven with the highest efficiency by adjusting the frequency of the motor driving voltage so that the phase angle φ always becomes α ゜.

[実施例] 次に、本発明の好適な実施例を、図面に基づいて詳細
に説明する。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図には、本発明が適用された超音波モータの一例
が示されている。この例は、ボルト締めランジュバン型
超音波モータである。なお、第6図に示す超音波モータ
と同一の部材には同一の符号を付しその説明は省略す
る。
FIG. 1 shows an example of an ultrasonic motor to which the present invention is applied. This example is a bolted Langevin type ultrasonic motor. The same members as those of the ultrasonic motor shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

実施例の超音波モータ10は、ステータ部11と、このス
テータ部11の端面に取り付けられた図示しないロータと
を有し、前記ステータ部11は、圧電素子18a,18bと、ブ
ロック体14,16と、図示しないボルト等で構成されてい
る。
The ultrasonic motor 10 according to the embodiment includes a stator portion 11 and a rotor (not shown) attached to an end surface of the stator portion 11, and the stator portion 11 includes piezoelectric elements 18a and 18b, and block members 14 and 16. And bolts (not shown).

前記圧電素子18a,18は、ブロック体14,16の間に挟持
され、端子T3およびT4から電極20を介し所定のモータ駆
動電圧V1が印加されるよう構成されている。
The piezoelectric element 18a, 18 are sandwiched between the block body 14, a predetermined motor drive voltages V 1 through the electrode 20 from the terminal T 3 and T 4 are configured to be applied.

したがって、前記端子T3およびT4に所定周波数のモー
タ駆動電圧V1を印加すると、圧電素子18a,18bにより縦
振動が発生し、この縦振動はブロック体14,16へ伝達さ
れることになる。そうすると、ブロック体14,16の内部
において螺合されたボルトでは、このボルトにより捩り
振動を発生することになり、この捩り振動と前記縦振動
との合成振動がステータ端面へ伝えられ、これによって
ステータ11の端面と接触する図示しないロータが回転駆
動される。
Therefore, the application of a motor driving voltage V 1 of the predetermined frequency to the terminals T 3 and T 4, the longitudinal vibration is generated piezoelectric element 18a, by 18b, the longitudinal vibration will be transmitted to the block body 14, 16 . Then, the bolts screwed into the blocks 14 and 16 generate torsional vibration by the bolts, and the combined vibration of the torsional vibration and the longitudinal vibration is transmitted to the end face of the stator. A rotor (not shown) in contact with the end face of the motor 11 is driven to rotate.

本発明の超音波モータ10の特徴の一つは、ステータ部
11に発生する捩り振動を電気信号として検出する捩り振
動センサ30を設けたことにあり、本実施例では、この捩
り振動センサとして圧電素子および電極にて構成された
圧電捩り振動センサ30が用いられている。
One of the features of the ultrasonic motor 10 of the present invention is that
11 is provided with a torsional vibration sensor 30 for detecting the torsional vibration generated in 11 as an electric signal. In this embodiment, the torsional vibration sensor 30 composed of a piezoelectric element and an electrode is used as the torsional vibration sensor. ing.

また、周知のように、ステータ部11に発生する捩り振
動には、振動のピークを示す腹部と、振動値がゼロであ
る節部とが存在し、この腹部と節部の位置は、ステータ
部11の形状が決まれば常に一定となる。
Further, as is well known, the torsional vibration generated in the stator portion 11 includes an abdomen showing a vibration peak and a node having a vibration value of zero, and the positions of the abdomen and the node are determined by the stator portion. Once the shape of 11 is determined, it will always be constant.

このため、前記捩り振動センサ30は、発生する捩り振
動における腹部に位置するよう、ステータ部11に取り付
けることが好ましく、本実施例では、このような条件を
満足するよう、ブロック体16の側面所定位置に取り付け
固定されている。
For this reason, it is preferable that the torsional vibration sensor 30 is attached to the stator portion 11 so as to be located on the antinode of the generated torsional vibration. In the present embodiment, the predetermined side surface of the block body 16 is designed to satisfy such conditions. Fixed in position.

これにより、ステータ部11に発生する捩り振動は、こ
の圧電捩り振動センサ30により良好に検出され、これが
捩り振動信号V2として、センサ電極から引き出された端
子T1およびT2から出力されることになる。
Thus, the torsional vibration generated in the stator 11, the piezoelectric torsional vibration sensor 30 well detected by this is as torsional vibration signal V 2, the output from the terminal T 1 and T 2 is pulled out from the sensor electrode become.

第2図には、実施例の超音波モータの駆動回路が示さ
れている。
FIG. 2 shows a drive circuit of the ultrasonic motor according to the embodiment.

本実施例の超音波モータ10では、電圧制御発振器と言
われるVCO32を有し、このVCO32から出力される所定周波
数の交流電圧は、電力増幅器34によりモータ駆動電圧に
増幅され、端子T3およびT4を介し圧電素子18に印加さ
れ、超音波モータ10を駆動することになる。
The ultrasonic motor 10 of the present embodiment has a VCO 32 called a voltage-controlled oscillator, and an AC voltage of a predetermined frequency output from the VCO 32 is amplified by a power amplifier 34 to a motor drive voltage, and the terminals T 3 and T 3 It is applied to the piezoelectric element 18 via 4 and drives the ultrasonic motor 10.

また、実施例の駆動回路は、電力増幅器34から出力さ
れるモータ駆動電圧V1が入力される駆動電圧信号入力回
路36と、ブロック体16に取り付け固定された圧電捩り振
動センサ30の出力V2が入力される捩り振動センサ信号入
力回路38とを有し、これら各入力回路36,38は、入力信
号V1,V2をそれぞれ適切な電圧レベルに変換し対応する
位相回路40a,40bへ向け出力する。
The driving circuit of the embodiment, the drive voltage signal input circuit 36 to the motor drive voltage V 1 output from the power amplifier 34 is input, the output V 2 of the piezoelectric torsional vibration sensor 30 which is fixedly attached to block 16 And a torsional vibration sensor signal input circuit 38 to which the input signals V 1 and V 2 are respectively converted into appropriate voltage levels and directed to corresponding phase circuits 40a and 40b. Output.

これら各移相回路40a,40bは、入力信号の位相のみを
変換して出力するものであり、本実施例では、入力信号
V1とV2とが同相の場合に、移相回路40bの出力が移相回
路40aの出力に対しα゜遅れるように位相調整を行って
いる。
Each of these phase shift circuits 40a and 40b converts only the phase of the input signal and outputs the converted signal.
If the V 1 and V 2 are in phase, the output of the phase shifting circuit 40b is performing the phase adjustment so delayed α ° with respect to the output of the phase shift circuit 40a.

そして、これら各移相回路40a,40bの出力は、波形整
形回路42a,42bに入力され、ここで、入力された正弦波
信号がそれと同相の方形波信号に変換され位相比較器44
に入力される。
The outputs of the phase shift circuits 40a and 40b are input to waveform shaping circuits 42a and 42b, where the input sine wave signal is converted into a square wave signal having the same phase as that of the sine wave signal, and a phase comparator 44
Is input to

位相比較器44は、このようにして入力される2つの入
力信号の位相差を検出し、それに比例した正負のパルス
信号をループフィルタ46へ向け出力するよう形成されて
いる。
The phase comparator 44 is formed so as to detect the phase difference between the two input signals thus input, and to output a positive / negative pulse signal proportional to the phase difference to the loop filter 46.

このようにして、本実施例においては、前記駆動電圧
信号入力回路36、捩り振動センサ信号入力回路38、移相
回路40a,40b、波形整形回路42a、42bおよび位相比較器4
4が、全体として位相比較手段を構成することとなる。
Thus, in the present embodiment, the drive voltage signal input circuit 36, the torsional vibration sensor signal input circuit 38, the phase shift circuits 40a and 40b, the waveform shaping circuits 42a and 42b, and the phase comparator 4
4 constitutes the phase comparison means as a whole.

ループフィルタ46は、このようにして入力される信号
から高周波成分や雑音を取り除き、入力されたパルス信
号を積分した直流電圧を出力するよう形成されており、
その出力電圧は前記VCO32に入力されている。即ち、前
記VCO32は、このループフィルタ46から出力された出力
電圧に応じた周波数の交流電圧を電力増幅器34へ向け出
力することになる。このようにして、本実施例において
は、ループフィルター46,VCO32が、周波数調整手段を構
成することになる。
The loop filter 46 is formed so as to remove high-frequency components and noise from the input signal in this way and output a DC voltage obtained by integrating the input pulse signal,
The output voltage is input to the VCO 32. That is, the VCO 32 outputs an AC voltage having a frequency corresponding to the output voltage output from the loop filter 46 to the power amplifier 34. As described above, in the present embodiment, the loop filter 46 and the VCO 32 constitute frequency adjusting means.

実施例は以上の構成から成り、次にその作用を説明す
る。
The embodiment has the above configuration, and its operation will be described below.

まず、回路の電源(図示せず)をONすると、VCO32
は、初期周波数fiの交流電圧を出力する。そして、この
交流電圧は、電力増幅器34によって超音波モータ10を駆
動させるに必要なモータ駆動電圧V1として増幅出力さ
れ、超音波モータ10の駆動用の端子T3およびT4に印加さ
れる。この電圧の印加により、ブロック体14および16に
捩り振動が発生し、この捩り振動により圧電捩り振動セ
ンサ30は、その捩り振動に応じた捩り振動信号V2を発生
する。
First, when the power supply (not shown) of the circuit is turned on, the VCO32
Outputs the AC voltage of the initial frequency f i. Then, the AC voltage is amplified output as the motor drive voltages V 1 required to drive the ultrasonic motor 10 by the power amplifier 34, is applied to the terminal T 3 and T 4 for driving the ultrasonic motor 10. The application of this voltage, the torsional vibration is generated in block 14 and 16, piezoelectric torsional vibration sensor 30 by the torsional vibration is generated torsional vibration signal V 2 corresponding to the torsional vibration.

このとき、電力増幅器34から出力されたモータ駆動電
圧信号V1は、駆動電圧信号入力回路36に供給され、制御
に適した電圧レベルに落され出力される。一方、捩り振
動信号V2は、捩り振動センサ信号入力回路38に供給さ
れ、同じく制御に適した電圧レベルに落され出力され
る。
At this time, the motor drive voltage signal V 1 output from the power amplifier 34 is supplied to the drive voltage signal input circuit 36, it is dropped to a voltage level suitable for control output. On the other hand, the torsional vibration signal V 2 is supplied to the torsional vibration sensor signal input circuit 38 is also dropped to a voltage level suitable for control output.

次に、移相回路40aおよび40bにてそれぞれの信号は、
位相の変更調整が行われる。すなわち、移相回路を40a
および40bで、入力信号V1、V2が同相の場合に、移相回
路40bの出力が移相回路40aの出力に対し、周波数が変化
しても常にα゜遅れるように位相調整を行っている。こ
れにより、移相回路40aと移相回路40bとの出力信号が同
相になるようフィードバック制御すれば、V1と、V2の位
相差をα゜とすることができ、現在の駆動電圧の周波数
を常に最適駆動周波数に制御することができる。
Next, the respective signals in the phase shift circuits 40a and 40b are:
A phase change adjustment is performed. That is, the phase shift circuit is set to 40a.
And when the input signals V 1 and V 2 are in phase, the phase of the output of the phase shift circuit 40b is adjusted with respect to the output of the phase shift circuit 40a so that the output always delays α ゜ even if the frequency changes. I have. Thus, if the feedback control so that the output signal of the phase shifting circuit 40a and the phase shift circuit 40b is in phase, and V 1, the phase difference between V 2 can be α °, the frequency of the current drive voltage Can always be controlled to the optimum driving frequency.

次に、移相回路40aおよび40bの出力は、それぞれ波形
整形回路42aおよび42bに供給され、方形波信号に波形整
形される。
Next, the outputs of the phase shift circuits 40a and 40b are supplied to waveform shaping circuits 42a and 42b, respectively, and shaped into square wave signals.

第3図には、駆動電圧の周波数を最適駆動周波数にフ
ィードバック制御するときの波形図が示されている。
FIG. 3 shows a waveform diagram when the frequency of the drive voltage is feedback-controlled to the optimum drive frequency.

同図(A)および(B)は、波形整形回路42aおよび4
2bの出力信号を示している。同図において、Z1の部分
は、波形整形回路42bの出力に対する波形整形回路42bの
出力信号の位相遅れを示している。この状態において
は、現在のモータ駆動電圧の周波数は最適駆動周波数で
はなく、位相角φはα゜よりも大きな値となっている。
このとき、位相比較器44では、同図(C)に示すように
高インピーダンスを基準として、負のパルス信号をその
位相差であるZ1に対応した幅のパルスとして出力する。
また、同図(B)におけるZ2についても同様に波形整形
回路42bの出力信号に位相遅れがあるので、この遅れに
対応した幅の負のパルス信号を出力している。
FIGS. 7A and 7B show the waveform shaping circuits 42a and 42a.
2b shows an output signal. In the figure, portions of the Z 1 represents a phase delay of the output signal of the waveform shaping circuit 42b to the output of the waveform shaping circuit 42b. In this state, the current frequency of the motor drive voltage is not the optimal drive frequency, and the phase angle φ has a value larger than α ゜.
In this case, the phase comparator 44, and outputs relative to the high impedance as shown in FIG. (C), as a pulse width corresponding negative pulse signal Z 1 is the phase difference.
Also since the output signal of similarly waveform shaping circuit 42b also Z 2 in FIG. (B) there is a phase lag, and outputs a negative pulse signal having a width corresponding to the delay.

次に、同図(B)のZ3の部分おいては、波形整形回路
42aおよび42bの出力信号の位相が一致した状態となって
いる。波形整形回路42aおよび42bの出力信号の位相が一
致した場合は、すでに説明したように、移相回路40aお
よび40bの入力信号V1、V2の位相差はα゜となってい
る。従って、Z3の状態でのモータ駆動電圧の周波数は、
最適駆動周波数であることとなる。このとき、位相比較
器44の出力は高インピーダンス状態が保たれ、パルス信
号は出力されない。
Next, the keep part of Z 3 in FIG (B), the waveform shaping circuit
The phases of the output signals of 42a and 42b match. When the phases of the output signals of the waveform shaping circuits 42a and 42b match, as described above, the phase difference between the input signals V 1 and V 2 of the phase shift circuits 40a and 40b is α ゜. Therefore, the frequency of the motor drive voltage in the state of Z 3 is
The optimum driving frequency is obtained. At this time, the output of the phase comparator 44 maintains the high impedance state, and no pulse signal is output.

次に、同図(B)のZ4およびZ5の部分おいては、波形
整形回路42a側の出力信号に位相遅れが生じている。こ
の場合には、位相比較器44は、その遅れ幅に対応した幅
の正側のパルス信号を出力する。
Next, the keep part of Z 4 and Z 5 in FIG (B), a phase delay occurs in the output signal of the waveform shaping circuit 42a side. In this case, the phase comparator 44 outputs a positive-side pulse signal having a width corresponding to the delay width.

ループフィルタ46では、上記のような位相比較器44か
らの正または負のパルス信号あるいは高インピーダンス
維持の信号を受け、所定のアナログ電圧信号を出力す
る。同図(D)はこのループフィルタ46の出力信号を示
している。ループフィルタ46の入力信号が、上記Z1,Z2
の状態時のような負のパルスであれば出力の直流電圧は
下降する。そして、位相比較器44の出力が、高インピー
ダンスの時は出力の直流電圧はその状態が保持された状
態となっている。そして、入力信号が上記Z4やZ5の場合
のような正のパルスである場合には、出力の直流電圧は
上昇する。
The loop filter 46 receives a positive or negative pulse signal or a high impedance maintaining signal from the phase comparator 44 as described above, and outputs a predetermined analog voltage signal. FIG. 4D shows the output signal of the loop filter 46. When the input signal of the loop filter 46 is Z 1 , Z 2
In the case of a negative pulse as in the state of (1), the output DC voltage decreases. When the output of the phase comparator 44 has a high impedance, the output DC voltage is in a state where the state is maintained. When the input signal is a positive pulse, such as in the case of the Z 4 and Z 5, the DC voltage at the output rises.

すなわち、位相角φがα゜より大きな位相角である場
合、駆動電圧の周波数を上げる必要があり、逆に上記Z4
やZ5の場合のように位相角α゜よりも小さい位相角とな
っている場合、駆動電圧の周波数を下げる必要がある
(第5図(B)のグラフ参照)。従って、VCO32は、入
力される電圧によってその出力周波数を変更調整する
が、本実施例においては、ループフィルター46の電圧が
下降した時に周波数を上げ、逆にループフィルター46の
出力電圧が上昇したときに出力周波数を下げるように調
整する。
That is, when the phase angle φ is larger than α ゜, it is necessary to increase the frequency of the driving voltage, and conversely, the Z 4
If and has a small phase angle than the phase angle α ° as in the case of Z 5, it is necessary to lower the frequency of the driving voltage (see the graph of FIG. 5 (B)). Therefore, the VCO 32 changes and adjusts its output frequency according to the input voltage.In the present embodiment, the frequency increases when the voltage of the loop filter 46 decreases, and conversely, when the output voltage of the loop filter 46 increases. Adjust to lower the output frequency.

第4図(A)、(B)および(C)には、このような
駆動電圧の周波数の調整が行われ、モータ駆動電圧信号
V1と捩り振動センサ信号V2との位相角がα゜に保たれ、
最適駆動周波数の電圧にてモータが作動している状態で
の回路各部の出力波形が示されている。
FIGS. 4 (A), (B) and (C) show the case where the frequency of the drive voltage is adjusted and the motor drive voltage signal is adjusted.
The phase angle between V 1 and the torsional vibration sensor signal V 2 is maintained at α ゜,
The output waveform of each part of the circuit when the motor is operating at the voltage of the optimum driving frequency is shown.

同図(A)には、実際に印加されているモータ駆動電
圧信号V1と、このモータ駆動電圧に基づいて生じた捩り
振動信号V2とが示されている。現在の駆動電圧は、最適
駆動周波数となっているので、両者の位相角φは、α゜
に調整されている。
In FIG. (A) has a motor drive voltage signal V 1 which is actually applied, the torsional vibration signal V 2 generated on the basis of the motor drive voltage is shown. Since the current drive voltage has the optimum drive frequency, the phase angle φ of both is adjusted to α ゜.

同図(B)には、このとき駆動電圧信号入力回路36お
よび捩り振動センサ信号入力回路38から出力される信号
波形が示されており、各信号波形は、制御に適した電圧
レベルに調整された波形で あることを示している。なお、その位相角φはα゜とな
っている。
FIG. 7B shows signal waveforms output from the drive voltage signal input circuit 36 and the torsional vibration sensor signal input circuit 38 at this time, and each signal waveform is adjusted to a voltage level suitable for control. This indicates that the waveform has changed. The phase angle φ is α ゜.

また、同図(C)には、このとき波形整形回路42aお
よび42bから出力される信号波形が示されている。ここ
では、両出力の波形は、完全に同相となっている。すな
わち、波形整形回路42aおよび42bの出力信号の位相を完
全に同相とすることによって、移相回路40aおよび40bの
入力信号V1、V2の位相差はα゜となるように制御するも
のである。
FIG. 3C shows signal waveforms output from the waveform shaping circuits 42a and 42b at this time. Here, the waveforms of both outputs are completely in phase. That is, by making the phases of the output signals of the waveform shaping circuits 42a and 42b completely in phase, the phase difference between the input signals V 1 and V 2 of the phase shift circuits 40a and 40b is controlled to be α ゜. is there.

このように、本実施例では、モータ駆動電圧信号V1
対し捩り振動信号V2を、結果としてα゜位相を遅らせる
ような調整をしている。すなわち、モータ駆動電圧の周
波数をフィードバック制御し、両信号V1およびV2の位相
が同相となるように調整することによって、結果として
位相角α゜を保つようにモータ駆動電圧の周波数を制御
することができる。このように制御することによって、
負荷の大きさやモータの温度によって種々変化する最適
駆動周波数に常に追従するようモータ駆動電圧の周波数
の調整を行うことができ、効率の良い超音波モータの駆
動を行うことが可能となる。
Thus, in this embodiment, a torsional vibration signal V 2 to the motor drive voltage signal V 1, is an adjustment that delays the α ° phase resulting. That is, feedback control of the frequency of the motor drive voltage, by the phases of the two signals V 1 and V 2 is adjusted to be in phase, and controls the frequency of the motor drive voltage to keep the phase angle α ° as a result be able to. By controlling in this way,
The frequency of the motor drive voltage can be adjusted so as to always follow the optimum drive frequency that varies depending on the size of the load and the temperature of the motor, so that it is possible to drive the ultrasonic motor efficiently.

なお、本発明は前記実施例に限定されるものでなく、
本発明の要旨の範囲内で各種の変形実施が可能である。
Note that the present invention is not limited to the above embodiment,
Various modifications can be made within the scope of the present invention.

例えば、前記実施例では、超音波モータ10の駆動回路
をアナログ回路で構成した場合を例に取り説明したが、
本発明はこれに限らず、必要に応じてデジタル回路で構
成してもよく、またCPU等のコンピュータ制御にて行う
よう構成してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the case where the drive circuit of the ultrasonic motor 10 is configured by an analog circuit has been described as an example.
The present invention is not limited to this, and may be configured by a digital circuit as needed, or may be configured to be performed by computer control such as a CPU.

また、上記実施例では、移相回路40a,40bを用いて、
2つの信号V1およびV2に位相差α゜を与えるように構成
したが、本発明は、これに限らず、必要に応じて前記移
相回路40a,40bを用いることなく、位相比較器44が直接
両信号V1およびV2の位相比較を行い、その位相角がα゜
となるように制御する構成とすることも可能である。
Further, in the above embodiment, using the phase shift circuits 40a and 40b,
Was configured to provide a phase difference α ° into two signals V 1 and V 2, the present invention is not limited thereto, the phase shift circuit 40a as necessary, without using a 40b, phase comparator 44 There compares the phase of the direct both signals V 1 and V 2, it is also possible that the phase angle is configured to control such that α °.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明に係る超音波モータによ
れば、作動条件に基づき種々変化する最適駆動周波数に
常に追従するようモータ駆動電圧の周波数をフィードバ
ック制御することができる。これにより、超音波モータ
の駆動を常に良好な状態で行うことができ、超音波モー
タの性能を向上を図ることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the ultrasonic motor according to the present invention, the frequency of the motor drive voltage can be feedback-controlled so as to always follow the optimal drive frequency that varies based on the operating conditions. Thus, the driving of the ultrasonic motor can always be performed in a good state, and the performance of the ultrasonic motor can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係る超音波モータの斜視図、 第2図は実施例の駆動装置全体の回路構成図、 第3図(A)〜(D)は、実施例の動作を示す各部の出
力または入力波形図、 第4図(A)、(B)および(C)は、実施例により調
整された最適駆動周波数での作動時における各部の出力
波形図、 第5図(A)および(B)は本発明の基本原理を説明す
るための説明図、 第6図は従来の超音波モータの一例を示す説明図であ
る。 10……超音波モータ、 12……ボルト、14および16……ブロック体、 18……圧電素子、20……電極、 22……ロータ、30……圧電捩り振動センサ、 32……VCO、34……電力増幅器、 36……駆動電圧信号入力回路、 38……捩り振動センサ信号入力回路、 40a,40b……移相回路、 42a,42b……波形整形回路、 44……位相比較器、46……ループフィルタ。
FIG. 1 is a perspective view of an ultrasonic motor according to the present invention, FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the entire driving device of the embodiment, and FIGS. FIGS. 4 (A), (B) and (C) are output or input waveform diagrams. FIGS. 4 (A), (B) and (C) are output waveform diagrams of each part when operating at the optimum driving frequency adjusted according to the embodiment. B) is an explanatory diagram for explaining the basic principle of the present invention, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a conventional ultrasonic motor. 10 ... ultrasonic motor, 12 ... bolt, 14 and 16 ... block body, 18 ... piezoelectric element, 20 ... electrode, 22 ... rotor, 30 ... piezoelectric torsional vibration sensor, 32 ... VCO, 34 …… Power amplifier, 36 …… Drive voltage signal input circuit, 38 …… Torsion vibration sensor signal input circuit, 40a, 40b …… Phase shift circuit, 42a, 42b …… Waveform shaping circuit, 44 …… Phase comparator, 46 …… Loop filter.

フロントページの続き (72)発明者 本多 敬介 愛知県豊橋市大岩町字小山塚20番地 本 多電子株式会社内 (72)発明者 宮本 年昭 愛知県豊橋市大岩町字小山塚20番地 本 多電子株式会社内 (72)発明者 佐藤 正典 愛知県豊橋市大岩町字小山塚20番地 本 多電子株式会社内 (72)発明者 富田 幸伸 愛知県豊橋市大岩町字小山塚20番地 本 多電子株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−228275(JP,A) 特開 昭63−234881(JP,A) 特開 平3−40773(JP,A) 特開 平4−210784(JP,A) 特開 昭49−59627(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02N 2/00 Continued on the front page (72) Inventor Keisuke Honda 20th Oyamazuka, Oiwa-cho, Toyohashi-shi, Aichi Prefecture Inside Honda Electronics Co., Ltd. Inside the Electronics Co., Ltd. (72) Inventor Masanori Sato 20th Oyamazuka Oiwa-cho, Toyohashi-shi, Aichi Prefecture Inside Honda Electronics Co., Ltd. In-house (56) References JP-A-2-228275 (JP, A) JP-A-63-234881 (JP, A) JP-A-3-40773 (JP, A) JP-A-4-210784 (JP, A) JP-A-49-59627 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H02N 2/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ステータ部の圧電素子にモータ駆動電圧を
印加し、得られた縦振動と捩り振動とによってロータ部
を回転させる超音波モータにおいて、 前記ステータ部に発生する捩り振動の腹の位置又はその
近傍に配設され、前記捩り振動を電気信号として取り出
す捩り振動センサと、 前記ステータ部の圧電素子に印加されるモータ駆動電圧
と前記捩り振動センサの取り出した電気信号との位相差
を位相角φとして出力する位相比較手段と、 前記位相比較手段から出力された位相角φが予め設定さ
れた最大効率の得られる一定角α゜となるように前記圧
電素子に印加するモータ駆動電圧の周波数を調整する周
波数調整手段と、 を備えたことを特徴とする超音波モータ。
1. An ultrasonic motor in which a motor drive voltage is applied to a piezoelectric element of a stator part and a rotor part is rotated by the obtained longitudinal vibration and torsional vibration, wherein an antinode of torsional vibration generated in the stator part is provided. Or a torsional vibration sensor disposed near the torsion vibration sensor to extract the torsional vibration as an electric signal; and a phase difference between a motor drive voltage applied to the piezoelectric element of the stator unit and the electric signal extracted from the torsional vibration sensor. A phase comparison unit that outputs the angle φ, and a frequency of a motor drive voltage applied to the piezoelectric element such that the phase angle φ output from the phase comparison unit becomes a constant angle α ゜ that obtains a preset maximum efficiency. An ultrasonic motor, comprising: frequency adjusting means for adjusting the frequency.
【請求項2】ステータ部の圧電素子にモータ駆動電圧を
印加して得られた縦振動と、前記縦振動に基づきボルト
により発生する捩り振動とによってロータ部を回転させ
る超音波モータにおいて、 前記ステータ部の捩り振動を電気信号として取り出す捩
り振動センサと、 前記ステータ部の圧電素子に印加されるモータ駆動電圧
と前記捩り振動センサの取り出した電気信号との位相差
を位相角φとして出力する位相比較手段と、 前記位相比較手段から出力された位相角φが予め設定さ
れた最大効率の得られる一定角α゜となるように前記圧
電素子に印加するモータ駆動電圧の周波数を調整する周
波数調整手段と、 を備えたことを特徴とする超音波モータ。
2. An ultrasonic motor for rotating a rotor part by longitudinal vibration obtained by applying a motor drive voltage to a piezoelectric element of a stator part and torsional vibration generated by a bolt based on the longitudinal vibration, Vibration sensor that extracts the torsional vibration of the portion as an electric signal, and a phase comparison that outputs the phase difference between the motor drive voltage applied to the piezoelectric element of the stator portion and the electric signal extracted by the torsional vibration sensor as a phase angle φ. Means, and frequency adjustment means for adjusting the frequency of the motor drive voltage applied to the piezoelectric element so that the phase angle φ output from the phase comparison means becomes a constant angle α ゜ at which a preset maximum efficiency is obtained. An ultrasonic motor, comprising:
JP2340743A 1990-11-30 1990-11-30 Ultrasonic motor Expired - Fee Related JP2989887B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2340743A JP2989887B2 (en) 1990-11-30 1990-11-30 Ultrasonic motor
US07/800,488 US5233274A (en) 1990-11-30 1991-11-29 Drive circuit for langevin type ultrasonic bolt-tightening motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2340743A JP2989887B2 (en) 1990-11-30 1990-11-30 Ultrasonic motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04210784A JPH04210784A (en) 1992-07-31
JP2989887B2 true JP2989887B2 (en) 1999-12-13

Family

ID=18339878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2340743A Expired - Fee Related JP2989887B2 (en) 1990-11-30 1990-11-30 Ultrasonic motor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2989887B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5470954B2 (en) * 2009-03-24 2014-04-16 コニカミノルタ株式会社 Ultrasonic actuator

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04210784A (en) 1992-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5130619A (en) Drive control apparatus for an ultrasonic motor
EP0602635B1 (en) A method and an apparatus for controlling a moving velocity of an ultrasonic motor
JP2586082B2 (en) Power frequency optimization device for ultrasonic motor
US5021700A (en) Driving apparatus for ultrasonic motor
JPH01234073A (en) Drive circuit for vibration wave motor
JPH03145976A (en) Drive unit for ultrasonic motor
US5233274A (en) Drive circuit for langevin type ultrasonic bolt-tightening motor
Lin et al. Driving circuit for ultrasonic motor servo drive with variable-structure adaptive model-following control
JP2737420B2 (en) Ultrasonic motor drive system
JP2989887B2 (en) Ultrasonic motor
Senjyu et al. A study on high-efficiency drive of ultrasonic motors
JP2915139B2 (en) Bolted Langevin type ultrasonic motor
JP4385602B2 (en) Resonance control device
JP2521104B2 (en) Ultrasonic motor actuator lock detector
JP5833658B2 (en) Method and apparatus for electrically exciting an actuator for an ultrasonic motor
JP2683237B2 (en) Ultrasonic motor drive circuit
JP3135306B2 (en) Ultrasonic motor control circuit
CN109039153B (en) Superimposed pulse speed regulation driving system and driving method
JP3260041B2 (en) Ultrasonic motor driving method and driving circuit
JP2879220B2 (en) Ultrasonic motor drive circuit
JP2794692B2 (en) Ultrasonic motor drive circuit
JP2667811B2 (en) Vibration type motor
JP3198041B2 (en) Ultrasonic motor speed controller
JPH09182469A (en) Ultrasonic motor, and method of driving ultrasonic motor
JP3495810B2 (en) Vibration wave motor device

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081008

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091008

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091008

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101008

Year of fee payment: 11

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees