JP3187873B2 - 超音波モータ駆動回路 - Google Patents
超音波モータ駆動回路Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、超音波モータ駆動回
路に関する。
路に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波モータ駆動回路としては、
例えば図６に示すようなものがある（特開昭６２−１３
５２８０号公報）。同図において、１０は被駆動超音波
モータであり、弾性体の一面に圧電体１４が固着された
固定子と、その弾性体の他面に加圧接触された回転体と
で構成されている。圧電体１４は、その厚み方向に交互
に分極が行われ、この分極の行われた圧電体１４は、２
つの電極Ａ，Ｂ群にまとめられている。２つの電極Ａ，
Ｂに９０°位相のずれた高周波電圧を印加することによ
り圧電体１４が励振され、弾性体の他面に進行性振動波
が発生して回転体が回転駆動されるようになっている。
例えば図６に示すようなものがある（特開昭６２−１３
５２８０号公報）。同図において、１０は被駆動超音波
モータであり、弾性体の一面に圧電体１４が固着された
固定子と、その弾性体の他面に加圧接触された回転体と
で構成されている。圧電体１４は、その厚み方向に交互
に分極が行われ、この分極の行われた圧電体１４は、２
つの電極Ａ，Ｂ群にまとめられている。２つの電極Ａ，
Ｂに９０°位相のずれた高周波電圧を印加することによ
り圧電体１４が励振され、弾性体の他面に進行性振動波
が発生して回転体が回転駆動されるようになっている。
【０００３】そして、これを駆動する駆動回路が次のよ
うに構成されている。即ち、３１は高周波発振器、３２
は増幅機であり、両者で単相の高周波電圧発生装置３３
が構成されている。高周波電圧発生装置３３の出力Ｖａ
は、一方は直接超音波モータ１０の電極Ａに印加され、
他方は、インダクタ３４を介して電極Ｂに印加されてい
る（Ｖｂ）。また、電極Ｂと接地Ｅとの間にはインダク
タ３５が接続されている。２個のインダクタ３４，３５
は、その値を適切に選ぶことにより、圧電体１４を含む
超音波モータ１０内部の静電容量分と抵抗分を整合さ
せ、電極Ｂに印加する高周波電圧Ｖｂを Ｖｂ（ｔ）＝Ｖａ・（ｔ−Ｔ／４） として、位相を９０°ずらすためのものである。ここに
Ｔは高周波電圧の周期である。つまり、（イ）高周波電
圧ＶａとＶｂの振幅値が同じ（振幅条件）、（ロ）高周
波電圧ＶａとＶｂの位相がＴ／４（９０°）異なる（位
相条件）、という条件が満されるようにして単相の高周
波電圧発生装置３３で超音波モータ１０の駆動を可能に
している。また、インダクタ３４，３５を可変とし、モ
ータ負荷が異なる場合にも上記２条件を満たすような構
成となっている。３６は、力率改善用のインダクタ又は
キャパシタである。上述のように、従来の超音波モータ
駆動回路は、単相の高周波電圧発生装置３３で超音波モ
ータ１０の駆動を可能にして、回路構成の簡易化を図っ
ている。
うに構成されている。即ち、３１は高周波発振器、３２
は増幅機であり、両者で単相の高周波電圧発生装置３３
が構成されている。高周波電圧発生装置３３の出力Ｖａ
は、一方は直接超音波モータ１０の電極Ａに印加され、
他方は、インダクタ３４を介して電極Ｂに印加されてい
る（Ｖｂ）。また、電極Ｂと接地Ｅとの間にはインダク
タ３５が接続されている。２個のインダクタ３４，３５
は、その値を適切に選ぶことにより、圧電体１４を含む
超音波モータ１０内部の静電容量分と抵抗分を整合さ
せ、電極Ｂに印加する高周波電圧Ｖｂを Ｖｂ（ｔ）＝Ｖａ・（ｔ−Ｔ／４） として、位相を９０°ずらすためのものである。ここに
Ｔは高周波電圧の周期である。つまり、（イ）高周波電
圧ＶａとＶｂの振幅値が同じ（振幅条件）、（ロ）高周
波電圧ＶａとＶｂの位相がＴ／４（９０°）異なる（位
相条件）、という条件が満されるようにして単相の高周
波電圧発生装置３３で超音波モータ１０の駆動を可能に
している。また、インダクタ３４，３５を可変とし、モ
ータ負荷が異なる場合にも上記２条件を満たすような構
成となっている。３６は、力率改善用のインダクタ又は
キャパシタである。上述のように、従来の超音波モータ
駆動回路は、単相の高周波電圧発生装置３３で超音波モ
ータ１０の駆動を可能にして、回路構成の簡易化を図っ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記（イ），
（ロ）の２条件を変化させる要素はモータ負荷の変化以
外にも、温度による共振点の変化の基づく駆動周波数の
変化、超音波モータの温度による束縛キャパシタンスの
変化等がある。ここに、束縛キャパシタンスとは圧電体
の形状から定まるキャパシタンスに超音波モータの駆動
に用いている振動形態以外の振動による影響分を加えた
キャパシタンスを意味する。
（ロ）の２条件を変化させる要素はモータ負荷の変化以
外にも、温度による共振点の変化の基づく駆動周波数の
変化、超音波モータの温度による束縛キャパシタンスの
変化等がある。ここに、束縛キャパシタンスとは圧電体
の形状から定まるキャパシタンスに超音波モータの駆動
に用いている振動形態以外の振動による影響分を加えた
キャパシタンスを意味する。
【０００５】このため、従来の超音波モータ駆動回路
は、駆動中の超音波モータの状況変化（モータ負荷、駆
動周波数、束縛キャパシタンス変化）による前記
（イ），（ロ）の２条件を満足するための素子値変化
に、リアルタイムに対応することができず、超音波モー
タを常に最適状態で駆動することができないという問題
があった。
は、駆動中の超音波モータの状況変化（モータ負荷、駆
動周波数、束縛キャパシタンス変化）による前記
（イ），（ロ）の２条件を満足するための素子値変化
に、リアルタイムに対応することができず、超音波モー
タを常に最適状態で駆動することができないという問題
があった。
【０００６】そこで、この発明は、広い範囲の状況下で
も常に最適状態で超音波モータの単相駆動が可能な超音
波モータ駆動回路を提供することを目的とする。
も常に最適状態で超音波モータの単相駆動が可能な超音
波モータ駆動回路を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するために、弾性体の一面に複数の圧電体が固着され
た固定子と、前記弾性体の他面に加圧接触された回転体
とを備えた超音波モータにおける前記複数の圧電体に単
相の高周波電圧発生手段により所定量位相の異なる位相
条件を持つ交流電圧を印加して前記弾性体に前記回転体
駆動用の進行性振動波を発生させる超音波モータ駆動回
路であって、前記超音波モータの共振周波数及び等価抵
抗の変化を検出して当該超音波モータの最適駆動状態か
らの変化を検出する逸脱検出手段と、前記圧電体の束縛
キャパシタンスの温度変化を補償するとともに前記逸脱
検出手段の検出結果に基づいて前記位相条件を保持する
ように前記交流電圧位相用のクリアランス及び前記等価
抵抗の変化を補正する逸脱補正手段とを有することを要
旨とする。
決するために、弾性体の一面に複数の圧電体が固着され
た固定子と、前記弾性体の他面に加圧接触された回転体
とを備えた超音波モータにおける前記複数の圧電体に単
相の高周波電圧発生手段により所定量位相の異なる位相
条件を持つ交流電圧を印加して前記弾性体に前記回転体
駆動用の進行性振動波を発生させる超音波モータ駆動回
路であって、前記超音波モータの共振周波数及び等価抵
抗の変化を検出して当該超音波モータの最適駆動状態か
らの変化を検出する逸脱検出手段と、前記圧電体の束縛
キャパシタンスの温度変化を補償するとともに前記逸脱
検出手段の検出結果に基づいて前記位相条件を保持する
ように前記交流電圧位相用のクリアランス及び前記等価
抵抗の変化を補正する逸脱補正手段とを有することを要
旨とする。
【０００８】
【作用】上記構成において、超音波モータの駆動中にお
ける共振周波数及び等価抵抗の変化が逸脱検出手段で検
出されて最適駆動状態からの変化が検出される。逸脱補
正手段で圧電体の束縛キャパシタンスの温度変化が補償
され、また逸脱検出手段の検出結果に基づいて複数の圧
電体に印加する交流電圧移相用のリアクタンス及び等価
抵抗の変化が位相条件を保持するようにリアルタイムで
補正される。これにより、広い範囲の状況下でも常に最
適状態で超音波モータの単相駆動が可能となる。
ける共振周波数及び等価抵抗の変化が逸脱検出手段で検
出されて最適駆動状態からの変化が検出される。逸脱補
正手段で圧電体の束縛キャパシタンスの温度変化が補償
され、また逸脱検出手段の検出結果に基づいて複数の圧
電体に印加する交流電圧移相用のリアクタンス及び等価
抵抗の変化が位相条件を保持するようにリアルタイムで
補正される。これにより、広い範囲の状況下でも常に最
適状態で超音波モータの単相駆動が可能となる。
【０００９】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。
明する。
【００１０】まず、図４及び図５を用いて、超音波モー
タの駆動原理から説明する。図４は、超音波モータ１０
の構造例を示している。同図において、１１はケースで
あり、ケース１１内に固定子１２及び回転体１８が収容
されている。固定子１２は弾性体１３の一面に分割され
て２群にまとめられた圧電体１４が固着されることによ
り構成され、回転体１８は弾性体１３の他面に加圧接触
されている。２群にまとめられた圧電体１４に９０°位
相のずれた高周波電圧を印加することにより、弾性体１
３に進行性振動波が発生し、回転体１８が回転駆動され
るようになっている。１９はスラストボール、２１，２
２はスラストボール受け、２３は回転体１８を弾性体１
３に加圧接触させる皿ばね、２４はシャフト、２５はラ
ジアルベアリングである。
タの駆動原理から説明する。図４は、超音波モータ１０
の構造例を示している。同図において、１１はケースで
あり、ケース１１内に固定子１２及び回転体１８が収容
されている。固定子１２は弾性体１３の一面に分割され
て２群にまとめられた圧電体１４が固着されることによ
り構成され、回転体１８は弾性体１３の他面に加圧接触
されている。２群にまとめられた圧電体１４に９０°位
相のずれた高周波電圧を印加することにより、弾性体１
３に進行性振動波が発生し、回転体１８が回転駆動され
るようになっている。１９はスラストボール、２１，２
２はスラストボール受け、２３は回転体１８を弾性体１
３に加圧接触させる皿ばね、２４はシャフト、２５はラ
ジアルベアリングである。
【００１１】図５は、圧電体１４の構成を示している。
圧電体１４はリング形状をしており、周方向に駆動次数
の定在波長の１／２の間隔で分割されている。そして隣
合う領域で逆向きになるように厚み方向に分極されてい
る。分極の行われた圧電体はＡ，Ｂの２つの領域にまと
められ、それぞれ電極Ａ，電極Ｂに接続されている。ま
た、Ａ領域とＢ領域の間には１／４波長と、３／４波長
の電極１５，１６が形成されている。これらの圧電体の
電極が形成されている面の反対面はすべて接続されて接
地電極が形成されている。また、図５には図示省略され
ているが固定子１２にはモニタ電極が取付けられてい
る。
圧電体１４はリング形状をしており、周方向に駆動次数
の定在波長の１／２の間隔で分割されている。そして隣
合う領域で逆向きになるように厚み方向に分極されてい
る。分極の行われた圧電体はＡ，Ｂの２つの領域にまと
められ、それぞれ電極Ａ，電極Ｂに接続されている。ま
た、Ａ領域とＢ領域の間には１／４波長と、３／４波長
の電極１５，１６が形成されている。これらの圧電体の
電極が形成されている面の反対面はすべて接続されて接
地電極が形成されている。また、図５には図示省略され
ているが固定子１２にはモニタ電極が取付けられてい
る。
【００１２】このような圧電体１４が固着された固定子
１２における進行性振動波の形成原理を説明する。
１２における進行性振動波の形成原理を説明する。
【００１３】電極ＡにＶａ＝Ａ・ｃｏｓ ωｔなる電圧
を印加すると圧電体１４には定在波が形成される。図５
の点ａからθの位置の振幅Ｕａは Ｕａ＝Ａ’・ｃｏｓ ｎθ・ｃｏｓ ωｔ で表わされる。ここでｎは定在波の次数である。
を印加すると圧電体１４には定在波が形成される。図５
の点ａからθの位置の振幅Ｕａは Ｕａ＝Ａ’・ｃｏｓ ｎθ・ｃｏｓ ωｔ で表わされる。ここでｎは定在波の次数である。
【００１４】一方、電極Ａとθｐだけ異なる位置にある
電極ＢにＶｂ＝Ｂ・ｃｏｓ（ωｔ−θｔ）なる電圧を印
加すると、点ａからθの位置の圧電体の振幅Ｕｂは Ｕｂ＝Ｂ’・ｃｏｓ（ｎθ−θｐ）・ｃｏｓ（ωｔ−θｔ） で表わされる。両電圧Ｖａ，Ｖｂを同時に印加すると圧
電体の振幅Ｕa+bは Ｕa+b ＝Ｕａ＋Ｕｂ ＝（Ａ’／２）ｃｏｓ（ωｔ−ｎθ） ＋（Ｂ’／２）ｃｏｓ（（ωｔ−ｎθ）−（θｐ−θｔ）） ＝（Ａ’／２）ｃｏｓ（ωｔ＋ｎθ） ＋（Ｂ’／２）ｃｏｓ（（ωｔ−ｎθ）−（θｐ−θｔ）） となる。ここで θｐ＝θｔ＝π±π／２ Ａ’＝Ｂ’ のとき、つまり Ａ領域の圧電体とＢ領域の圧電体の位相がπ±π／２だ
け異なり、電極Ａと電極Ｂに印加する電圧の位相（Ａ
相，Ｂ相）がπ±π／２だけ異なり、また、電極Ａと電
極Ｂに印加する電圧の振幅が同じのとき、 Ｕa+b ＝Ａ’・ｃｏｓ（ωｔ−ｎθ） もしくは、 Ｕa+１＝Ａ’・ｃｏｓ（ωｔ−ｎθ） となる。従って、超音波モータ駆動回路においては、２
相の出力電圧の （イ）振幅値が同じ（振幅条件） （ロ）位相差が±π／２（位相条件） となるような構成としなければならない。
電極ＢにＶｂ＝Ｂ・ｃｏｓ（ωｔ−θｔ）なる電圧を印
加すると、点ａからθの位置の圧電体の振幅Ｕｂは Ｕｂ＝Ｂ’・ｃｏｓ（ｎθ−θｐ）・ｃｏｓ（ωｔ−θｔ） で表わされる。両電圧Ｖａ，Ｖｂを同時に印加すると圧
電体の振幅Ｕa+bは Ｕa+b ＝Ｕａ＋Ｕｂ ＝（Ａ’／２）ｃｏｓ（ωｔ−ｎθ） ＋（Ｂ’／２）ｃｏｓ（（ωｔ−ｎθ）−（θｐ−θｔ）） ＝（Ａ’／２）ｃｏｓ（ωｔ＋ｎθ） ＋（Ｂ’／２）ｃｏｓ（（ωｔ−ｎθ）−（θｐ−θｔ）） となる。ここで θｐ＝θｔ＝π±π／２ Ａ’＝Ｂ’ のとき、つまり Ａ領域の圧電体とＢ領域の圧電体の位相がπ±π／２だ
け異なり、電極Ａと電極Ｂに印加する電圧の位相（Ａ
相，Ｂ相）がπ±π／２だけ異なり、また、電極Ａと電
極Ｂに印加する電圧の振幅が同じのとき、 Ｕa+b ＝Ａ’・ｃｏｓ（ωｔ−ｎθ） もしくは、 Ｕa+１＝Ａ’・ｃｏｓ（ωｔ−ｎθ） となる。従って、超音波モータ駆動回路においては、２
相の出力電圧の （イ）振幅値が同じ（振幅条件） （ロ）位相差が±π／２（位相条件） となるような構成としなければならない。
【００１５】以上を踏まえて、この発明の実施例を説明
する。
する。
【００１６】図１は、超音波モータ駆動回路の全体構成
を示すブロック図である。同図において、１はマイコ
ン、２はＤ／Ａ変換器、３は電圧制御発振器（ＶＣＯ）
であり、これら３者からなる周波数制御回路部２０で駆
動周波数信号を昇圧回路４に出力するようになってい
る。駆動周波数は、モニタ電極１７で検出された超音波
モータ１０の駆動状態を示すモニタ電圧が整流回路８で
整流され、Ａ／Ｄ変換器９でディジタル信号に変換され
たデータからマイコン１により決定される。昇圧回路５
は、ＶＯＣ３の出力をモータ駆動に必要な高電圧に昇圧
し、負荷検出回路７を介して超音波モータ１０のＡ相電
極と受動移相回路５に出力するようになっている。即
ち、周波数制御回路部２０と昇圧回路４で単相の高周波
電圧発生手段が構成されている。
を示すブロック図である。同図において、１はマイコ
ン、２はＤ／Ａ変換器、３は電圧制御発振器（ＶＣＯ）
であり、これら３者からなる周波数制御回路部２０で駆
動周波数信号を昇圧回路４に出力するようになってい
る。駆動周波数は、モニタ電極１７で検出された超音波
モータ１０の駆動状態を示すモニタ電圧が整流回路８で
整流され、Ａ／Ｄ変換器９でディジタル信号に変換され
たデータからマイコン１により決定される。昇圧回路５
は、ＶＯＣ３の出力をモータ駆動に必要な高電圧に昇圧
し、負荷検出回路７を介して超音波モータ１０のＡ相電
極と受動移相回路５に出力するようになっている。即
ち、周波数制御回路部２０と昇圧回路４で単相の高周波
電圧発生手段が構成されている。
【００１７】負荷検出回路７は超音波モータ１０の等価
抵抗を電流値により検出するための検出回路であり、例
えば抵抗値の十分小さいシャント抵抗により検出するよ
うになっている。超音波モータ１０の負荷が大きくなれ
ば、その等価抵抗値も大きくなるので、一定電圧入力で
あるＡ相の電極に入力する電流値を検出すれば超音波モ
ータ１０の等価抵抗値が分ることになる。負荷検出回路
７で検出された負荷情報はマイコン１に入力されてい
る。マイコン１は現在出力している駆動周波数のデータ
と負荷検出回路７からの等価抵抗値のデータから超音波
モータ１０の最適駆動状態からの逸脱を検出する。即
ち、負荷検出回路７とマイコン１で逸脱検出手段として
の逸脱検出部３０が構成されている。
抵抗を電流値により検出するための検出回路であり、例
えば抵抗値の十分小さいシャント抵抗により検出するよ
うになっている。超音波モータ１０の負荷が大きくなれ
ば、その等価抵抗値も大きくなるので、一定電圧入力で
あるＡ相の電極に入力する電流値を検出すれば超音波モ
ータ１０の等価抵抗値が分ることになる。負荷検出回路
７で検出された負荷情報はマイコン１に入力されてい
る。マイコン１は現在出力している駆動周波数のデータ
と負荷検出回路７からの等価抵抗値のデータから超音波
モータ１０の最適駆動状態からの逸脱を検出する。即
ち、負荷検出回路７とマイコン１で逸脱検出手段として
の逸脱検出部３０が構成されている。
【００１８】受動移相回路５は、昇圧回路４の出力電圧
をマイコン１からの指令に従い常に最適に移相シフトさ
せて超音波モータ１０のＢ相電極に加えるものであり、
図３に示すように可変インダクタンス部Ｌ1 と可変抵抗
回路部Ｒ１〜Ｒｎで構成されている。６は圧電体の束縛
キャパシタンスの温度変化を補償する温度補償用キャパ
シタであり、Ａ相電極、Ｂ相電極と接地間に接続されて
いる。上述のマイコン１、受動移相回路５及び温度補償
用キャパシタ６で逸脱補正手段としての逸脱補正部４０
が構成されている。
をマイコン１からの指令に従い常に最適に移相シフトさ
せて超音波モータ１０のＢ相電極に加えるものであり、
図３に示すように可変インダクタンス部Ｌ1 と可変抵抗
回路部Ｒ１〜Ｒｎで構成されている。６は圧電体の束縛
キャパシタンスの温度変化を補償する温度補償用キャパ
シタであり、Ａ相電極、Ｂ相電極と接地間に接続されて
いる。上述のマイコン１、受動移相回路５及び温度補償
用キャパシタ６で逸脱補正手段としての逸脱補正部４０
が構成されている。
【００１９】次に、上述のように構成された超音波モー
タ駆動回路の動作を説明する。
タ駆動回路の動作を説明する。
【００２０】図１の例では、振動振幅制御による超音波
モータ駆動法がとられている。
モータ駆動法がとられている。
【００２１】まず、基本動作を説明する。モニタ電極１
７で超音波モータ１０の振動量を示すモニタ電圧が検出
され、整流回路８で整流されたのち、Ａ／Ｄ変換器９で
ディジタル信号に変換される。この信号は、マイコン１
に入力される。マイコン１はこの信号データから、超音
波モータ１０の振動量が目標振動量であるか否かを判断
して、次の瞬間の駆動周波数を現駆動周波数に対し、ど
う変化させるかを決定し、そのデータをＤ／Ａ変換器２
に出力する。そのデータはＤ／Ａ変換器２→ＶＣＯ３と
流れ、ディジタル信号→アナログ信号→周波数と変換さ
れ、モータ駆動周波数を発生させる。昇圧回路４は、Ｖ
ＯＣ３の出力電圧を昇圧し、モータ駆動に必要な高電圧
を発生させる。
７で超音波モータ１０の振動量を示すモニタ電圧が検出
され、整流回路８で整流されたのち、Ａ／Ｄ変換器９で
ディジタル信号に変換される。この信号は、マイコン１
に入力される。マイコン１はこの信号データから、超音
波モータ１０の振動量が目標振動量であるか否かを判断
して、次の瞬間の駆動周波数を現駆動周波数に対し、ど
う変化させるかを決定し、そのデータをＤ／Ａ変換器２
に出力する。そのデータはＤ／Ａ変換器２→ＶＣＯ３と
流れ、ディジタル信号→アナログ信号→周波数と変換さ
れ、モータ駆動周波数を発生させる。昇圧回路４は、Ｖ
ＯＣ３の出力電圧を昇圧し、モータ駆動に必要な高電圧
を発生させる。
【００２２】昇圧回路４の出力電圧は、一方は負荷検出
回路７を経て超音波モータ１０のＡ相電極に印加され、
もう一方は受動移相回路５で振幅を同じにしたまま９０
°移相されて超音波モータ１０のＢ相電極に印加され
る。負荷検出回路７では、超音波モータ１０の等価抵抗
が電流値により検出され、この検出出力はマイコン１に
入力され、マイコン１に超音波モータ１０の負荷（等価
抵抗値）情報が与えられる。マイコン１は現在出力して
いる周波数データと負荷検出回路７からの等価抵抗値の
データから受動移相回路５の最適素子条件を計算し、受
動移相回路５の受動素子値を最適値に切換える。
回路７を経て超音波モータ１０のＡ相電極に印加され、
もう一方は受動移相回路５で振幅を同じにしたまま９０
°移相されて超音波モータ１０のＢ相電極に印加され
る。負荷検出回路７では、超音波モータ１０の等価抵抗
が電流値により検出され、この検出出力はマイコン１に
入力され、マイコン１に超音波モータ１０の負荷（等価
抵抗値）情報が与えられる。マイコン１は現在出力して
いる周波数データと負荷検出回路７からの等価抵抗値の
データから受動移相回路５の最適素子条件を計算し、受
動移相回路５の受動素子値を最適値に切換える。
【００２３】次に、超音波モータ１０の複数相の駆動電
圧の最適状態からの逸脱検出とその補正を述べる。図２
は、共振周波数駆動時の超音波モータ１０の等価回路と
受動移相回路５である。ここで、受動移相回路５の移相
条件（Ａ相電圧とＢ相電圧の移相が９０°異なり（位相
条件）、振幅が等しい（振幅条件）を満たすような受動
素子値は、共振周波数ωｒ、等価抵抗Ｒ及び束縛キャパ
シタンスＣの関数になる。
圧の最適状態からの逸脱検出とその補正を述べる。図２
は、共振周波数駆動時の超音波モータ１０の等価回路と
受動移相回路５である。ここで、受動移相回路５の移相
条件（Ａ相電圧とＢ相電圧の移相が９０°異なり（位相
条件）、振幅が等しい（振幅条件）を満たすような受動
素子値は、共振周波数ωｒ、等価抵抗Ｒ及び束縛キャパ
シタンスＣの関数になる。
【００２４】これを、この実施例では、受動移相回路を
共振周波数ωｒ、等価抵抗Ｒに対して能動的に敏感な構
成とし、また束縛キャパシタンスＣと並列に温度補正用
キャパシタＣｃを接続してその合成キャパシタンスＣｓ
が温度変化しない構成とすることで、移相条件を満た
し、常に単相駆動を可能としている。
共振周波数ωｒ、等価抵抗Ｒに対して能動的に敏感な構
成とし、また束縛キャパシタンスＣと並列に温度補正用
キャパシタＣｃを接続してその合成キャパシタンスＣｓ
が温度変化しない構成とすることで、移相条件を満た
し、常に単相駆動を可能としている。
【００２５】超音波モータ１０の束縛キャパシタンスＣ
は温度により変化するので、温度依存性を補償する。温
度補償用キャパシタＣｃ６は束縛キャパシタンスＣの温
度特性と逆の温度特性を持つものであり、その合成キャ
パシタンスＣｓは温度変化が十分小さくなるようにして
おく。そうすることで、移相条件においてキャパシタン
ス変化を考慮しなくてもよいことになる。
は温度により変化するので、温度依存性を補償する。温
度補償用キャパシタＣｃ６は束縛キャパシタンスＣの温
度特性と逆の温度特性を持つものであり、その合成キャ
パシタンスＣｓは温度変化が十分小さくなるようにして
おく。そうすることで、移相条件においてキャパシタン
ス変化を考慮しなくてもよいことになる。
【００２６】逸脱検出部３０では、マイコン１が現在出
力している駆動周波数をそれ自身で決定しているので、
周波数を検出する必要はない。超音波モータ１０の等価
抵抗Ｒは負荷検出回路７で検出される。超音波モータ１
０の負荷が大きくなれば、その等価抵抗値を大きくなる
ので、一定電圧入力であるＡ相電極に入力する電流値を
検出すれば、超音波モータ１０の等価抵抗値が分る。負
荷検出回路７を構成しているシャント抵抗の値は十分小
さいので、これによる位相変化はない。負荷検出回路７
の検出結果はマイコン１に入力される。マイコン１は以
上のように検出された、超音波モータ１０の等価抵抗と
駆動周波数のデータを用いて、移相条件（位相条件・振
幅条件）を満たすように逸脱補正部４０をコントロール
する。
力している駆動周波数をそれ自身で決定しているので、
周波数を検出する必要はない。超音波モータ１０の等価
抵抗Ｒは負荷検出回路７で検出される。超音波モータ１
０の負荷が大きくなれば、その等価抵抗値を大きくなる
ので、一定電圧入力であるＡ相電極に入力する電流値を
検出すれば、超音波モータ１０の等価抵抗値が分る。負
荷検出回路７を構成しているシャント抵抗の値は十分小
さいので、これによる位相変化はない。負荷検出回路７
の検出結果はマイコン１に入力される。マイコン１は以
上のように検出された、超音波モータ１０の等価抵抗と
駆動周波数のデータを用いて、移相条件（位相条件・振
幅条件）を満たすように逸脱補正部４０をコントロール
する。
【００２７】図３は、超音波モータ１０の共振周波数駆
動時の等価回路と逸脱補正部４０を示している。マイコ
ン１は、前述のように逸脱検出部３０のデータを基に移
相条件を持たすインダクタンスを計算し、可変インダク
タンスＬ1 におけるｄ1 〜ｄｎのどの接点を接地電位に
するかを決定し、その接点と接続されているスイッチン
グ素子（パワートランジスタ）２６ａ〜２６ｎをオンさ
せることで最適なインダクタンス値を実現する。その他
のスイッチング素子はオフにしておく。同時に、超音波
モータ１０と並列に接続された可変抵抗回路部の抵抗値
も移相条件を満たすように変化させる。可変抵抗回路部
抵抗Ｒ1 〜Ｒｎは異なる抵抗値を持っている。オンにす
るスイッチング素子２７ａ〜２７ｎをマイコン１で選択
することにより、駆動周波数ωが変化しても、インダク
タンスＬ0 を変化させる必要がないように超音波モータ
１０の等価抵抗Ｒと可変抵抗回路部抵抗値Ｒｖの合成抵
抗ＲＳを最適に切換える。
動時の等価回路と逸脱補正部４０を示している。マイコ
ン１は、前述のように逸脱検出部３０のデータを基に移
相条件を持たすインダクタンスを計算し、可変インダク
タンスＬ1 におけるｄ1 〜ｄｎのどの接点を接地電位に
するかを決定し、その接点と接続されているスイッチン
グ素子（パワートランジスタ）２６ａ〜２６ｎをオンさ
せることで最適なインダクタンス値を実現する。その他
のスイッチング素子はオフにしておく。同時に、超音波
モータ１０と並列に接続された可変抵抗回路部の抵抗値
も移相条件を満たすように変化させる。可変抵抗回路部
抵抗Ｒ1 〜Ｒｎは異なる抵抗値を持っている。オンにす
るスイッチング素子２７ａ〜２７ｎをマイコン１で選択
することにより、駆動周波数ωが変化しても、インダク
タンスＬ0 を変化させる必要がないように超音波モータ
１０の等価抵抗Ｒと可変抵抗回路部抵抗値Ｒｖの合成抵
抗ＲＳを最適に切換える。
【００２８】本構成においては、単相駆動のための受動
素子の条件は Ｌ0 ＝Ｒ／ω（振幅条件） Ｌ1 ＝Ｌ0 ／ω2 Ｌ0 Ｃ−１（位相条件） である。
素子の条件は Ｌ0 ＝Ｒ／ω（振幅条件） Ｌ1 ＝Ｌ0 ／ω2 Ｌ0 Ｃ−１（位相条件） である。
【００２９】以上まとめると、逸脱検出は、共振周波数
ωｒの変化の検出と、負荷（超音波モータの等価抵抗
Ｒ）の検出によって行う。そして共振周波数ωｒの変化
の検出はマイコン１がもっている駆動周波数の情報を用
いる。また負荷の検出は移相しない相（Ａ相）の電極の
上流に電流の検出手段（負荷検出回路７）を設けて、そ
れから超音波モータの等価抵抗Ｒを算出する。
ωｒの変化の検出と、負荷（超音波モータの等価抵抗
Ｒ）の検出によって行う。そして共振周波数ωｒの変化
の検出はマイコン１がもっている駆動周波数の情報を用
いる。また負荷の検出は移相しない相（Ａ相）の電極の
上流に電流の検出手段（負荷検出回路７）を設けて、そ
れから超音波モータの等価抵抗Ｒを算出する。
【００３０】逸脱補正は、移相条件を満たすように、受
動移相回路５のリアクタンスを変化させる。移相条件を
満たすように、超音波モータ１０と並列に接続した可変
抵抗回路部の抵抗値を変化させる。圧電体の束縛キャパ
シタンスの温度特性と逆の特性を持つ補償キャパシタン
スを圧電体と並列接続し、その合成容量が変化しない構
成とするという方法によって行う。
動移相回路５のリアクタンスを変化させる。移相条件を
満たすように、超音波モータ１０と並列に接続した可変
抵抗回路部の抵抗値を変化させる。圧電体の束縛キャパ
シタンスの温度特性と逆の特性を持つ補償キャパシタン
スを圧電体と並列接続し、その合成容量が変化しない構
成とするという方法によって行う。
【００３１】なお、この方法は、能動移相回路を用いた
場合にも利用できる。共振周波数で駆動している時は超
音波モータの等価インピーダンスは非常に小さくなるた
め、能動移相回路の出力インピーダンスが無視できなく
なる。これを補正するのにも本実施例の考え方は使用可
能である。
場合にも利用できる。共振周波数で駆動している時は超
音波モータの等価インピーダンスは非常に小さくなるた
め、能動移相回路の出力インピーダンスが無視できなく
なる。これを補正するのにも本実施例の考え方は使用可
能である。
【００３２】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、超音波モータの共振周波数及び等価抵抗の変化を
検出して当該超音波モータの最適駆動状態からの変化を
検出する逸脱検出手段と、超音波モータにおける圧電体
の束縛キャパシタンスの温度変化を補償するとともに前
記逸脱検出手段の検出結果に基づいて位相条件を保持す
るように圧電体に印加する交流電圧移相用のリアクタン
ス及び前記等価抵抗の変化を補正する逸脱補正手段とを
具備させたため、駆動中の超音波モータの負荷、共振周
波数及び束縛キャパシタンス等の変化をリアルタイムで
補正することができて広い範囲の状況下でも常に最適状
態で超音波モータの単相駆動が可能になる。
れば、超音波モータの共振周波数及び等価抵抗の変化を
検出して当該超音波モータの最適駆動状態からの変化を
検出する逸脱検出手段と、超音波モータにおける圧電体
の束縛キャパシタンスの温度変化を補償するとともに前
記逸脱検出手段の検出結果に基づいて位相条件を保持す
るように圧電体に印加する交流電圧移相用のリアクタン
ス及び前記等価抵抗の変化を補正する逸脱補正手段とを
具備させたため、駆動中の超音波モータの負荷、共振周
波数及び束縛キャパシタンス等の変化をリアルタイムで
補正することができて広い範囲の状況下でも常に最適状
態で超音波モータの単相駆動が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る超音波モータ駆動回路の実施例
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】本実施例における超音波モータの等価回路と受
動移相回路の接続関係を示す図である。
動移相回路の接続関係を示す図である。
【図３】本実施例における超音波モータの等価回路と逸
脱補正部の接続関係を示す図である。
脱補正部の接続関係を示す図である。
【図４】本実施例における超音波モータの構造を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図５】上記超音波モータにおける圧電体の配置例を示
す図である。
す図である。
【図６】従来の超音波モータ駆動回路を示す回路図であ
る。
る。
【符号の説明】 １ 昇圧回路 ５ 受動移相回路 ６ 温度補償用キャパシタ ７ 負荷検出回路 １０ 超音波モータ １２ 固定子 １３ 弾性体 １４ 圧電体 １８ 回転体 ２０ 昇圧回路とともに単相の高周波電圧発生手段を構
成する周波数制御回路部 ３０ 逸脱検出部（逸脱検出手段） ４０ 逸脱補正部（逸脱補正手段）
成する周波数制御回路部 ３０ 逸脱検出部（逸脱検出手段） ４０ 逸脱補正部（逸脱補正手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 聡 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 任田 正之 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 関口 悟 神奈川県横浜市戸塚区東俣野町1760番地 自動車電機工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−148082（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−111275（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−171175（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 2/00
Claims (1)
- 【請求項１】 弾性体の一面に複数の圧電体が固着され
た固定子と、前記弾性体の他面に加圧接触された回転体
とを備えた超音波モータにおける前記複数の圧電体に単
相の高周波電圧発生手段により所定量位相の異なる位相
条件を持つ交流電圧を印加して前記弾性体に前記回転体
駆動用の進行性振動波を発生させる超音波モータ駆動回
路であって、 前記超音波モータの共振周波数及び等価抵抗の変化を検
出して当該超音波モータの最適駆動状態からの変化を検
出する逸脱検出手段と、 前記圧電体の束縛キャパシタンスの温度変化を補償する
とともに前記逸脱検出手段の検出結果に基づいて前記位
相条件を保持するように前記交流電圧移相用のクリアラ
ンス及び前記等価抵抗の変化を補正する逸脱補正手段と
を有することを特微とする超音波モータ駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24961691A JP3187873B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 超音波モータ駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24961691A JP3187873B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 超音波モータ駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0591770A JPH0591770A (ja) | 1993-04-09 |
| JP3187873B2 true JP3187873B2 (ja) | 2001-07-16 |
Family
ID=17195680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24961691A Expired - Fee Related JP3187873B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 超音波モータ駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3187873B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0164827B1 (ko) * | 1995-03-31 | 1999-03-20 | 김광호 | 프로그램 가이드신호 수신기 |
-
1991
- 1991-09-27 JP JP24961691A patent/JP3187873B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0591770A (ja) | 1993-04-09 |
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|---|---|---|---|
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