JP3226414B2 - 超音波モータの駆動回路 - Google Patents
超音波モータの駆動回路Info
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- JP3226414B2 JP3226414B2 JP06519794A JP6519794A JP3226414B2 JP 3226414 B2 JP3226414 B2 JP 3226414B2 JP 06519794 A JP06519794 A JP 06519794A JP 6519794 A JP6519794 A JP 6519794A JP 3226414 B2 JP3226414 B2 JP 3226414B2
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Description
路、詳しくは、超音波モータに交流信号を印加して駆動
制御する超音波モータの駆動回路に関する。
ものが提案されているが、特開昭63−234881号
公報には、超音波モータの電気−機械エネルギー変換素
子に印加する交流信号の周波数制御を、VCO(電圧制
御発振器)で基本信号発生入力電圧を変化させて行う技
術手段が提案されている。この技術手段によると、アナ
ログ的な時定数により該交流信号の周波数が決まり、ま
た、連続的に変化可能であり、その分解能も高いという
特徴を有している。
は、高周波クロックをディジタル的に分周して基本信号
を発生し、分周数を変化させることにより、超音波モー
タに印加する交流信号の周波数制御を行う技術手段が開
示されている。この技術手段においては、高精度で、温
度変化による影響も小さいクロック発振子が採用されて
いるので、常時正確な駆動周波数を得ることができる。
開昭63−234881号公報に開示された技術手段で
は、上述した利点を有しながらも一方では電気的素子の
作成ばらつきを除くため可変抵抗による調整が必要な
上、温度による特性変化が大きく正確な周波数制御が困
難である。
に開示された技術手段では、採用されている発振子は高
精度で温度依存性も小さく常時正確な周波数が得られる
が、周波数設定分解能を上げようとすると高周波クロッ
クが必要なため、消費電流が大きくなり、また、ノイズ
も増大するという問題点を有している。
のであり、正確な周波数制御が可能であり、消費電流が
少ない超音波モータの駆動回路を提供することを目的と
する。
めに本発明による第1の超音波モータの駆動回路は、電
気ー機械エネルギー変換素子に交流信号を印加すること
により振動波を発生させ、該振動波により被駆動体を駆
動する超音波モータの、駆動回路において、上記交流信
号の基本周波数信号を、アナログ的な時定数に基づいて
発生して出力する発振手段と、上記交流信号の基本周波
数信号よりも高い周波数を有するクロック信号を発生す
るクロック信号発生手段と、上記超音波モータの下限駆
動周波数もしくは上限駆動周波数に対するタイミング信
号を、上記クロック信号を分周することによりディジタ
ル的に発生し、かつ、その分周数の設定値によって上記
下限駆動周波数もしくは上限駆動周波数を変更可能な分
周手段と、上記基本周波数信号と上記タイミング信号と
の各々の周波数を比較する周波数比較手段と、この周波
数比較手段からの出力に応じて、上記基本周波数信号が
下限駆動周波数よりも高いかもしくは上限駆動周波数よ
りも低い範囲に保たれるように、上記発振手段を制御す
る制御手段とを具備することを特徴とする。また、本発
明による第2の超音波モータの駆動回路は、電気ー機械
エネルギー変換素子に交流信号を印加することにより振
動波を発生させ、該振動波により被駆動体を駆動する超
音波モータの、駆動回路において、入力する電圧値に応
じて、上記交流信号の周波数信号をアナログ的な時定数
に基づいて発生して出力する発振手段と、上記交流信号
の周波数信号よりも高い周波数を有するクロック信号を
発生するクロック信号発生手段と、上記クロック信号を
分周し、所定の基準周波数を有する基準周波数信号をデ
ィジタル的に発生させるディジタル分周手段と、上記発
振手段から出力された周波数信号と上記ディジタル分周
手段から出力された基準周波数信号とを比較する比較手
段と、上記超音波モータの駆動に先立ち、上記比較手段
の出力に応じて上記発振手段の入力電圧を変更してゆ
き、上記2つの周波数信号の周波数が略等しくなった際
の上記発振手段からの出力周波数信号を初期周波数とす
る初期化手段とを具備することを特徴とする。
駆動回路は、電気ー機械エネルギー変換素子に交流信号
を印加することにより振動波を発生させ、該振動波によ
り被駆動体を駆動する超音波モータの、駆動回路におい
て、上記交流信号の基本周波数信号を、アナログ的な時
定数に基づいて発生して出力する発振手段と、上記交流
信号の基本周波数信号よりも高い周波数を有するクロッ
ク信号を発生するクロック信号発生手段と、上記超音波
モータの下限駆動周波数もしくは上限駆動周波数に対応
するタイミング信号を、上記クロック信号を分周するこ
とによりディジタル的に発生する分周手段と、上記基本
周波数信号と上記タイミング信号との各々の周波数を比
較する周波数比較手段と、この周波数比較手段からの出
力に応じて、上記基本周波数信号が下限駆動周波数より
も高いかもしくは上限駆動周波数よりも低い範囲に保た
れるように、上記発振手段を制御する制御手段と、周囲
温度を検出する温度センサとを具備しており、上記分周
手段は、上記温度センサの出力に基づいて上記下限駆動
周波数もしくは上限駆動周波数を変更するようにしたこ
とを特徴とする。さらにまた、本発明による第4の超音
波モータの駆動回路は、電気ー機械エネルギー変換素子
に交流信号を印加することにより振動波を発生させ、該
振動波により被駆動体を駆動する超音波モータの、駆動
回路において、上記交流信号の周波数を決定する基本周
波数信号を発生させると共に、入力される電圧値に基づ
いて該基本周波数信号の周波数を変更する電圧制御発振
回路と、上記交流信号の周波数信号よりも高い周波数を
有するクロック信号を発生させるクロック信号発生手段
と、上記クロック信号を分周し、所定の基準周波数を有
する基準周波数信号をディジタル的に発生させる基準周
波数信号発生手段と、上記基本周波数信号と基準周波数
信号の周波数を比較する周波数比較手段と、上記超音波
モータの駆動に先立ち、まず上記周波数比較手段の出力
に基づいて上記電圧制御発振回路に入力する電圧値を変
更してゆき、上記2つの周波数信号の周波数が略等しく
なった際に上記電圧値を基準電圧値として記憶し、この
記憶値との相対値によって上記電圧制御発振回路を制御
する制御手段とを具備することを特徴とする。 そして、
本発明による第5の超音波モータの駆動回路は、電気ー
機械エネルギ ー変換素子に交流信号を印加することによ
り振動波を発生させ、該振動波により被駆動体を駆動す
る超音波モータの、駆動回路において、上記交流信号の
周波数を決定する基本周波数信号を発生させると共に、
入力されるパラメータ値に基づいて該基本周波数信号の
周波数を変更する発振手段と、上記交流信号の周波数よ
りも高い周波数を有するクロック信号を発生させるクロ
ック信号発生手段と、上記クロック信号を分周し、所定
の基準周波数を有する基準周波数信号をディジタル的に
発生させる基準周波数信号発生手段と、上記基本周波数
信号と基準周波数信号の周波数を比較する周波数比較手
段と、上記超音波モータの駆動に先立ち、まず上記周波
数比較手段の出力に基づいて上記発振手段に入力するパ
ラメータ値を変更してゆき、上記2つの周波数信号の周
波数が略等しくなった際に上記パラメータ値を基準パラ
メータ値として記憶し、この記憶値との相対値によって
上記発振手段を制御する制御手段とを具備することを特
徴とする。
手段で上記電気ー機械エネルギー変換素子に印加する交
流信号の基本周波数信号を、アナログ的な時定数に基づ
いて発生させ、また、クロック信号発生手段で該交流信
号の基本周波数信号よりも高い周波数を有するクロック
信号を発生させる。さらに、分周数の設定値によって下
限駆動周波数もしくは上限駆動周波数が変更可能である
分周手段で、上記超音波モータの下限駆動周波数もしく
は上限駆動周波数に対応するタイミング信号を、上記ク
ロック信号を分周することによりディジタル的に発生さ
せ、周波数比較手段で上記基本周波数信号と上記タイミ
ング信号との各々の周波数を比較し、そして、この周波
数比較手段の出力に応じて、上記基本周波数信号が下限
駆動周波数よりも高いかもしくは上限駆動周波数よりも
低い範囲に保たれるように、制御手段で上記発振手段を
制御する。上記第2の超音波モータの駆動回路は、発振
手段で上記電気ー機械エネルギー変換素子に印加する交
流信号の周波数信号を、入力電圧値に応じてアナログ的
な時定数に基づいて発生させ、また、クロック信号発生
手段で上記交流信号の周波数信号よりも高い周波数を有
するクロック信号を発生させる。さらに、ディジタル分
周手段で上記クロック信号を分周し、所定の基準周波数
を有する基準周波数信号をディジタル的に発生させる。
そして、比較手段で上記発振手段から出力された周波数
信号と上記ディジタル分周手段から出力された基準周波
数信号とを比較し、上記超音波モータの駆動に先立ち、
初期化手段で上記比較手段の出力に応じて上記発振手段
の入力電圧を変更してゆき、上記2つの周波数信号の周
波数が略等しくなった際の上記発振手段の出力周波数信
号を初期周波数とする。
振手段で上記電気ー機械エネルギー変換素子に印加する
交流信号の基本周波数信号を、アナログ的な時定数に基
づいて発生させ、また、クロック信号発生手段で該交流
信号の基本周波数信号よりも高い周波数を有するクロッ
ク信号を発生させる。そして、周囲温度を検出する温度
センサの出力に基づいて下限駆動周波数もしくは上限駆
動周波数を変更し得る分周手段で、上記超音波モータの
下限駆動周波数もしくは上限駆動周波数に対応するタイ
ミング信号を、上記クロック信号を分周することにより
ディジタル的に発生させ、周波数比較手段で上記基本周
波数信号と上記タイミング信号との各々の周波数を比較
し、この周波数比較手段の出力に応じて、上記基本周波
数信号が下限駆動周波数よりも高いかもしくは上限駆動
周波数よりも低い範囲に保たれるように、制御手段で上
記発振手段を制御する。上記第4の超音波モータの駆動
回路は、電圧制御発振回路で上記電気ー機械エネルギー
変換素子に印加する交流信号の周波数を決定する基本周
波数信号を発生させると共に、入力される電圧値に基づ
いて該基本周波数信号の周波数を変更する。また、クロ
ック信号発生手段で上記交流信号の周波数信号よりも高
い周波数を有するクロック信号を発生させ、基準周波数
信号発生手段で上記クロック信号を分周し、所定の基準
周波数を有する基準周波数信号をディジタル的に発生さ
せ、周波数比較手段で上記基本周波数信号と基準周波数
信号の周波数を比較する。そして、上記超音波モータの
駆動に先立ち、制御手段で上記周波数比較手段の出力に
基づいて上記電圧制御発振回路に入力する電圧値を変更
してゆき、上記2つの周波数信号の周波数が略等しくな
った際に上記電圧値を基準電圧値として記憶し、この記
憶値との相対値によって上記電圧制御発振回路を制御す
る。 上記第5の超音波モータの駆動回路は、発振手段で
上記電気ー機械エネルギー変換素子に印加する交流信号
の周波数を決定する基本周波数信号を発生させると共
に、入力されるパラメータ値に基づいて該基本周波数信
号の周波数を変更する。また、クロック信号発生手段で
上記交流信号の周波数よりも高い周波数を有するクロッ
ク信号を発生させ、基準周波数信号発生手段で上記クロ
ック信号を分周し、所定の基準周波数を有する基準周波
数信号をディジタル的に発生させ、周波 数比較手段で上
記基本周波数信号と基準周波数信号の周波数を比較す
る。そして、上記超音波モータの駆動に先立ち、制御手
段で上記周波数比較手段の出力に基づいて上記発振手段
に入力するパラメータ値を変更してゆき、上記2つの周
波数信号の周波数が略等しくなった際に上記パラメータ
値を基準パラメータ値として記憶し、この記憶値との相
対値によって上記発振手段を制御する。
する。
モータの駆動回路の構成を示したブロック回路図であ
る。
回路は、発振回路1で生成された高周波のディジタルク
ロックφOSCを受けて回路系全体の駆動制御を行うC
PU2を具備している。このCPU2には各種データの
記憶されたメモリ3が接続されており、該CPU2は所
定のタイミングで該メモリ3からのデータを読み出すよ
うになっている。また、該CPU2には、超音波モータ
14の周囲温度を検出する温度センサ4が接続されてい
て、該温度センサ4において検出した超音波モータの周
囲温度の情報を入力するようになっている。なお、上記
発振回路1は、固有の出力周波数を有する発振子、たと
えば、水晶発振子,セラミック発振子を備えている。
ルクロックφOSCに基づいてDAコンバータ(ディジ
タル−アナログコンバータ)5、上限周波数設定用カウ
ンタ7、下限周波数設定用8に対して後述する所定信号
が出力されるようになっている。上記DAコンバータ5
は、CPU2からのディジタル信号をアナログ信号であ
る出力電圧VDACに変換し、VCO6に対して出力する
ようになっている。このVCO(電圧制御発振器)6
は、上記出力電圧VDACを受けて超音波モータ14の駆
動周波数の約4倍の周波数をもつ、基本周波信号である
パルス信号φUSRを出力するようになっている。
周波数に対応するタイミング信号を上記ディジタルクロ
ックφOSCを分周して決定し、CO端子からクロック
信号を出力する、上限周波数設定用カウンタ7と、下限
周波数に対応するタイミング信号を同じく上記ディジタ
ルクロックφOSCを分周して決定し、CO端子からク
ロック信号を出力する下限周波数設定用カウンタ8とを
具備している。なお、上記カウンタ7,8におけるそれ
ぞれの分周数は、上記CPU2から出力されるディジタ
ルコードで決定されるようになっている。
USRは、パルス変換回路12に入力するとともに、分
周カウンタ9に入力するようになっている。該分周カウ
ンタ9は、上記信号φUSRを分周して信号φUSR
1,φUSR2として出力するようになっている。該パ
ルス信号φUSR2は上記カウンタ7,8のSPE(バ
ー)端子に入力され、上記ディジタルクロック信号φO
SCに同期してカウンタ7およびカウンタ8をリセット
し、CPU2からのデータをプリセットするために用い
られる。
プフロップ(図中、DFFと示す)10,11に入力
し、該D−フリップフロップ10,11では、信号φU
SR1の立ち上がりエッヂのときのD入力をラッチする
ようになっている。
信号φUSRを4相のディジタルパルス信号φ1〜φ4
に変換し、電力増幅回路13に出力するようになってい
る。該電力増幅回路13では、上記4相のディジタルパ
ルス信号φ1〜φ4に基づいて交流信号φA,φBを発
生し、超音波モータ(USM)14の電極に印加するよ
うになっている。なお、上記パルス変換回路12からの
出力パルス信号φ1〜φ4と電力増幅回路13からの出
力交流信号φA,φBとの関係は、図5に示すタイミン
グチャートのようになっている。
ルスエンコーダ15が配設されており、該超音波モータ
14の回転に応じたパルス信号を生成し、上記CPU2
に対して送出するようになっている。
構成を詳しく示した電気回路図である。
源であり、定電流i0をそれぞれ図に示す方向に流すよ
うに構成されている。該定電流源Iref1,Iref1′に
は、それぞれ直列にアナログスイッチAN1,AN2が接
続されている。該アナログスイッチAN1,AN2は、後
述するRSフリップフロップRS1からのコントロール
入力信号が“H”レベルのとき、AN1がオフ、AN2は
オンするようになっており、また、該コントロール入力
信号が“L”レベルのときは、AN1がオン,AN2はオ
フするようになっている。
端は、コンデンサC1を介してともに接地されていると
ともに、コンパレータCOMP1,COMP2の−端子
に接続されている。上記コンパレータCOMP1,CO
MP2は、オープンコレクタ出力のコンパレータで、上
記−端子は上述したようにコンデンサC1の一端に接続
されていて、上記定電流源Iref1,Iref1′とコンデン
サC1とで生成される電圧VCの信号が入力している。
子には、図示しない外部電源からの電源電圧Vccを抵抗
R1,R2により分圧して生成された基準電圧Vrefが
入力している。また、上記コンパレータCOMP1の+
端子には、外部電源からの電圧VDACが入力されてい
る。さらに、上記コンパレータCOMP1,COPM2
のそれぞれの出力は抵抗素子Rup1,Rup2により、電圧
Vccにプルアップされている。
は、インバータIV1で反転され、RSフリップフロップ
RS1のS端子に入力される。一方、コンパレータCO
MP2の出力信号は、直接上記RSフリップフロップR
S1のR端子に入力される。また、該RSフリップフロ
ップRS1の出力端子Qは上記アナログスイッチAN
1,AN2の制御入力端子に接続されるとともに、該出力
端子Qからは上述したパルス信号φUSRが出力される
ようになっている。
作を示すタイミングチャートであり、(a)は、上記コ
ンパレータCOMP1に入力する電圧VDACの電圧値が
VDAC1である場合、また、(b)は、該電圧VDACが、
上記電圧VDAC1より大きい電圧VDAC2である場合をそれ
ぞれ示している。
タCOMP1の+端子に入力する電圧VDACの電圧値が
VDAC1であり、該電圧VDAC1と電圧Vrefとの差がΔ
Vである場合、上記コンパレータCOMP2の出力信号
(R信号)が“H”レベルとなると、上記RSフリップ
フロップRS1の出力端子(Q端子)からの出力信号、
すなわちパルス信号φUSRは“L”レベルとなる。こ
れにより、アナログスイッチAN1がオン,AN2がオフ
し、定電流源Iref1からの定電流i0がコンデンサC1
にチャージされるため、上記電圧Vcは図示の如くリニ
アに上昇する。
越えると、コンパレータCOMP1の出力が反転し、R
SフリップフロップRS1のS端子には、“H”レベル
のS信号が入力される。これにより、該RSフリップフ
ロップRS1の出力端子(Q端子)からの出力信号、す
なわちφUSRは“L”から“H”レベルに反転し、ア
ナログスイッチAN1はオフし、AN2はオンする。する
と、定電流源Iref1′の定電流i0によってコンデンサ
C1から電荷がディスチャージされ、上記電圧Vcは図
示の如くリニアに低下する。
ると、コンパレータCOMP2からのR信号出力が反転
し、RSフリップフロップRS1のR端子には、“H”
レベルの信号が入力される。これにより、該RSフリッ
プフロップRS1の出力端子からの出力信号は“H”か
ら“L”レベルに反転し、再びコンデンサC1へ電荷の
チャージが開始される。
パレータCOMP1に入力する電圧VDACが、上記電圧
VDAC1より大きい電圧VDAC2である場合を示している。
OMP1に入力する電圧VDACが大きくなると、すなわ
ち、図中、ΔVの大きさが大きくなるとRSフリップフ
ロップRS1に入力するS信号とR信号との間隔が長く
なり、これにともないパルス信号φUSRの周波数が低
下する。したがって該パルス信号φUSRの周波数は、
上記ΔVの大きさにより決まることになる。
SRの周波数との関係を示した線図である。
何れも温度により変動し、本実施例においては高温の方
が電流値i0が大きくなる。したがって高温の方が同一
のVDAC出力でもチャージが早くなるため周波数は上が
る。
フリップフロップ10,11等で構成された周波数コン
パレータの原理を図6,図7,図8に示すタイミングチ
ャートを参照して説明する。
パルス信号φUSRは、分周カウンタ9において、図6
ないし図8に示すように、該パルス信号φUSRの4周
期分が“L”、次の4周期分が“H”となるようなパル
ス信号φUSR1と、同様に該パルス信号φUSRの7
周期分が“H”、次の1周期分が“L”となるようなパ
ルス信号φUSR2との2系統の信号に変換される。
2は、上述したようにそれぞれD−フリップフロップ1
0,11のD端子,カウンタ7,8のSPE(バー)端
子に入力するようになっている。
子には、それぞれCPU2がメモリ3から読み出した所
定のデータ値が入力されるようになっている。これによ
り、該カウンタ7,8は、上記パルス信号φUSR2が
“L”レベルである期間にデータがロードされ、かつリ
セットされ、“H”レベルになるとカウントを開始する
ようになっている。
ロックφOSCをカウントすると、上記カウンタ7,8
はそのCO端子からタイミングパルス信号を出力する。
該タイミングパルス信号は、上限周波数をfHLMT、下限
周波数をfLLMTとすると、カウントをスタートしてか
ら、それぞれ1/fHLMT,1/fLLMT経過の後、パルスが
出力される。このとき上記パルス信号φUSR1が
“L”であるとD−フリップフロップF10,11のQ
端子からの出力信号Sig1,Sig2は“L”、ま
た、該パルス信号φUSR1が“H”であると該出力信
号Sig1,Sig2は“H”となる。
の間に駆動周波数が設定されている場合を示したタイミ
ングチャートである。このときD−フリップフロップ1
0の出力信号Sig1は“L”,D−フリップフロップ
11の出力信号Sig2は“H”であるので、CPU2
はこの状態を使用可能周波数と認識する。
った場合を示したタイミングチャートである。このとき
D−フリップフロップ10,D−フリップフロップ11
共に出力信号は“L”となるため、CPU2は下限周波
数以下であることを認知し、DAコンバータ5(図1参
照)の出力電圧を下げさせてVCO6の出力の周波数を
上げさせるよう働く。
った場合を示したタイミングチャートである。このとき
D−フリップフロップ10,D−フリップフロップ11
共に出力信号は“H”となるため、CPU2は上限周波
数以上であることを認知し、DAコンバータ5の出力電
圧を上げさせてVCO6の出力の周波数を下げさせるよ
う働く。
データについて説明する。
性(F−N特性)の一例を示した線図である。
は、それぞれの周囲温度において最も回転数が高い共振
点よりも低周波側は動作が急激に回転数が低下して動作
が不安定となりやすい。また、該共振点より高周波側に
おいても所定周波数以上となると効率が極端に悪化す
る。なお、図中、符号fH1,fH2,fH3,fH1,fL1,
fL2,fL3は、本実施例においてそれぞれ低温時,中温
時,高温時における、超音波モータの駆動最大周波数と
最小周波数と示している。すなわち、本実施例において
は、低,中,高温の各温度において、それぞれ周波数f
H1〜fL1,fH2〜fL2,fH3〜fL3の範囲で駆動するよ
うにしている。その際、DAコンバータが出力する電圧
VDACはそれぞれVH1〜VL1,VH2〜VL2,VH3〜VL3
になる。
fH3〜fL3に対応するクロックφOSCの設定カウント
数をそれぞれnH1とnL1,nH2とnL2,nH3とnL3とす
ると、温度と設定カウント数との関係は図10に示すよ
うになる。なお、この図10においては、高温=+40
℃〜+80℃,中温=0℃〜+40℃,低温=−40℃
〜0℃としている。
における上記CPU2の動作を図11のフローチャート
および図1を参照して説明する。
2はモータ駆動モードにはいったと認識し、駆動ルーチ
ンに入る(ステップS101)。このとき、不図示の駆
動パルス数セット手段により、駆動すべきパルス数が、
CPU2内のレジスタにセットされている。次に、上記
DAコンバータ5に、条件によって変化しない固定のデ
ィジタル値を出力して固定された電圧VSTARTの電圧VD
ACを設定・出力させる。このとき、VCO6が発生する
周波数fSTARTのパルス信号φUSRは、全温度範囲に
おいて上限・下限の周波数をこえない値が選択されてい
る。
し(ステップS103)、その温度に対応した値をメモ
リ3から読み出し、カウンタ7にカウンタ数nLxを出力
し(ステップS104)、カウンタ8にカウンタ数nHx
を出力する(ステップS105)。なお、温度と設定カ
ウンタ数nLx,nHxとの対応は、上述したように図10
に示すとおりである。次に、駆動回路全体を起動させ、
超音波モータ14を回転させる(ステップS106)。
ルスエンコーダ15からの出力パルスをモニタし(ステ
ップS107)、パルスが発生すればそれをカウント用
のレジスタでカウントアップする(ステップS10
8)。そして、該パルスが駆動すべきパルス数に達して
いるかを判断する(ステップS109)。駆動すべきパ
ルス数に達していれば、モータをオフし(ステップS1
19)、ルーチンを終了する(ステップS120)。
れば、前パルスと今回のパルスとのパルス間隔から速度
を検出し(ステップS110)、それが所定の目標速度
に略等しければステップS107へもどり、等しくなけ
ればステップS112へ進む(ステップS111)。
かを判断し、大であれば駆動周波数をアップさせるべく
VDACの値を低下させ(ステップS114)、小であれ
ば駆動周波数をダウンさせるべく(ステップS113)
VDACを上昇させるように、DAコンバータ5を制御す
る。
ンタ8からの出力とVCO6からの出力パルス信号φU
SRの周波数をD−フリップフロップ10,D−フリッ
プフロップ11からの出力信号Sig1,Sig2によ
り比較し、上限周波数より大きい場合は(ステップS1
15)、上記電圧VDACを上昇させて駆動周波数を低下
させ(ステップS116)、下限周波数より小さい場合
は(ステップS117)、上記電圧VDACを低下させて
駆動周波数を上昇させる(ステップS118)。
各温度に適した上限周波数,下限周波数を、発振回路1
からのディジタルクロックをディジタル的に分周するこ
とにより設定しているため、作成上のばらつきや温度に
よる周波数ずれを小さくでき、かつ、その範囲内で、基
本周波信号φUSRはVCOで発生しているため、駆動
周波数付近での周波数設定分解能を、さほど消費電流を
増加させることなく細かくでき、安定な動作範囲を確実
に保ちつつ周波数変化による異音のない滑らかな駆動が
可能である。
件によらず上限・下限の範囲内であるため、確実に起動
できる。
る。
は、その回路構成は上記第1実施例と同一であり、上記
CPU2におけるソフトウェアのみが異なっている。し
たがって、ここでは回路構成の説明は省略し、該ソフト
ウェアのみを説明する。
駆動回路におけるCPU2の動作を示すフローチャート
である。
20の各ステップは、上記第1実施例におけるCPU2
の動作と同様であり、それぞれ図11におけるステップ
S101〜ステップS120に対応するため、ここでの
説明は省略する。
後、CPU2はVCO6のイニシャライズと、スタート
周波数の設定を行うようになっている。すなわち、ま
ず、ステップS251では、DAコンバータ5からの出
力をスイープしながらD−フリップフロップ11のQ端
子からの出力信号Sig2をモニタし、該信号が変化す
るときのDAコンバータ5へ出力したディジタル値n0
を記憶する。この値が、周波数fLx(x=1,2,3)
に対応する値である。また、図4に示すように、DAコ
ンバータ5の出力電圧とVCO6の発生する周波数とは
ほぼリニアであるので、初期周波数をfSx(図10参
照)、電圧VDACへのディジタル値変化に対する周波数
変化をΔfとすると、該初期周波数fSxに対応するディ
ジタル値nSxは、 nSx =((fSx−fLx)/Δf)+n0 となり、DAコンバータ5にディジタル値nSxをセット
するとこにより、初期周波数fSxがVCO6の温度特性
に関係なく正確にセットできる。このようにしてVCO
6からの出力を4×fSxに設定する(ステップS25
2)。
り、温度によらずほぼ同一の回転数が得られるように決
定され、メモリ3内に記憶される。
ずVCO6をディジタル出力でイニシャライズし、そこ
からの相対値で制御しているため、発生する周波数がV
COであるにもかかわらず正確に発生できる。またクロ
ックφOSCのカウント数が多くなる下限周波数でVC
O6をイニシャライズするため、同一の発振回路でもイ
ニシャライズ精度を高くできる。
ライズの周波数をfLxとしたが、他の周波数で行っても
よい。また、初期周波数に限らず、駆動中の周波数設定
や範囲の制限に、上記イニシャライズしたVCO出力を
用いてもよい。
電流源Iref1,Iref1′を、図13に示すようにR10,
R11の抵抗におきかえた変形例も可能である。この変形
例の駆動回路の各部波形は図14に示すようになる。こ
の変形例によれば、駆動回路をより簡単に構成すること
ができ、コストの低減を図ることができる。
係はリニア(図4参照)でなくともよく、この場合は関
数式やテーブル表におきかえることもできる。
3つでなくともよく、多いほど正確な制御ができること
はいうまでもない。
個の部材に構成し、上限・下限両方の周波数出力を出力
できるようにしてもよい。
力増幅回路等は他の構成でもよく、制御も速度以外のパ
ラメータを用いることが可能である。
によれば、以下の如き構成を得ることができる。即ち、 (1)電気−機械エネルギー変換素子に交流信号を印加
することにより振動波を発生させ、該振動波により被駆
動体を駆動する超音波モータの、駆動回路において、上
記交流信号の周波数を決定する基本周波数信号を発生さ
せる電圧制御発振回路と、上記交流信号の周波数信号よ
りも充分に高い周波数を有するクロック信号を発生させ
るクロック信号発生手段と、上記超音波モータの下限駆
動周波数もしくは上限駆動周波数に対応するタイミング
信号を、上記クロック信号を分周することによりディジ
タル的に発生させる分周手段と、上記基本周波数信号と
上記タイミング信号のそれぞれの周波数を比較する周波
数比較手段と、この周波数比較手段の出力に応じて、上
記基本周波数信号が下限駆動周波数よりも高いかもしく
は上限駆動周波数よりも低い範囲に保たれるように、上
記発振手段を制御する制御手段と、を具備する超音波モ
ータの駆動回路。
段は、上記交流電圧の2周期毎に1回、周波数を比較す
る。
段は、上記電圧制御発振回路の出力と上記タイミング信
号とをエッヂで比較する。
流信号を印加することにより振動波を発生させ、該振動
波により被駆動体を駆動する超音波モータの、駆動回路
において、上記交流信号の基本周波数信号を、アナログ
的な時定数に基づいて発生させる発振手段と、上記交流
信号の周波数信号よりも充分に高い周波数のクロック信
号を発生させるクロック信号発生手段と、上記超音波モ
ータの下限駆動周波数もしくは上限駆動周波数に対応す
るタイミング信号を、上記クロック信号を分周すること
によりディジタル的に発生させる分周手段と、上記基本
周波数信号と上記タイミング信号のそれぞれの周波数を
比較する周波数比較手段と、この周波数比較手段の出力
に応じて、上記基本周波数信号が下限駆動周波数よりも
高いかもしくは上限駆動周波数よりも低い範囲に保たれ
るように、上記発振手段を制御する制御手段と、を具備
する超音波モータの駆動回路。
ナログ発振回路からなる。
なくとも一つにおいて、分周手段はディジタル分周器で
ある。
周器はカウンタである。
流信号を印加することにより振動波を発生させ、該振動
波により被駆動体を駆動する超音波モータの、駆動回路
において、上記交流信号の周波数を決定する基本周波数
信号を、該周波数が連続的に変化可能に発振する周波信
号発生手段と、上記超音波モータの下限駆動周波数もし
くは上限駆動周波数に対応するタイミング信号を、離散
的な値として出力するタイミング信号発生手段と、この
タイミング信号発生手段の出力に基づき、上記周波信号
発生手段の出力周波数が、上記下限駆動周波数以上もし
くは上限駆動周波数以下となるように制御する制御手段
と、を具備する超音波モータの駆動回路。
号発生手段はディジタル分周器である。
分周器はカウンタである。
交流信号を印加することにより振動波を発生させ、該振
動波により被駆動体を駆動する超音波モータの、駆動回
路において、上記交流信号の周波数を決定する基本周波
数信号を発生させると共に、入力される電圧値に基づい
て該基本周波数信号の周波数を変更する電圧制御発振回
路と、上記交流信号の周波数信号よりも充分に高い周波
数を有するクロック信号を発生させるクロック信号発生
手段と、上記クロック信号を分周し、所定の基準周波数
を有する基準周波数信号をディジタル的に発生させる基
準周波数信号発生手段と、上記基本周波数信号と基準周
波数信号との周波数を比較する周波数比較手段と、上記
超音波モータの駆動に先立ち、まず上記周波数比較手段
の出力に基づいて上記電圧制御発振回路に入力する電圧
値を変更してゆき、上記2つの周波信号の周波数が略等
しくなった際に上記電圧値を基準電圧値として記憶し、
この記憶値との相対値によって上記電圧制御発振回路を
制御する制御手段と、を具備する超音波モータの駆動回
路。
交流信号を印加することにより振動波を発生させ、該駆
動波により被駆動体を駆動する超音波モータの、駆動回
路において、上記交流信号の周波数を決定する基本周波
数信号を発生させると共に、入力されるパラメータ値に
基づいて該基本周波数信号の周波数を変更する発振手段
と、上記交流信号の周波数よりも充分に高い周波数を有
するクロック信号を発生させるクロック信号発生手段
と、上記クロック信号を分周し、所定の基準周波数を有
する基準周波数信号をディジタル的に発生させる基準周
波数信号発生手段と、上記基本周波数信号と基準周波数
信号との周波数を比較する周波数比較手段と、上記超音
波モータの駆動に先立ち、まず上記周波数比較手段の出
力に基づいて上記電圧制御発振回路に入力するパラメー
タ値を変更してゆき、上記2つの周波数信号の周波数が
略等しくなった際に上記パラメータ値を基準パラメータ
値として記憶し、この記憶値との相対値によって上記電
圧制御発振回路を制御する制御手段と、を具備する超音
波モータの駆動回路。
内の少なくとも一つにおいて、基準周波数信号発生手段
はディジタル分周器である。
ル分周器はカウンタである。
交流信号を印加することにより振動波を発生させ、該振
動波により被駆動体を駆動する超音波モータの、駆動回
路において、上記交流信号の基本周波数信号を、アナロ
グ的な特定数に基づいて発生させる発振手段と、上記交
流信号の基本周波数信号よりも充分に高い周波数を有す
るクロック信号を発生させるクロック信号発生手段と、
上記クロック信号を分周し、所定の基準周波数を有する
基準周波数信号をディジタル的に発生させるディジタル
分周手段と、上記超音波モータの駆動に先立ち、上記デ
ィジタル分周手段の出力により上記発振手段の出力周波
数を初期化する初期化手段と、を具備する超音波モータ
の駆動回路。
はアナログ発振回路からなる。
用いる周波数は、設定可能な周波数範囲の内、下限周波
数の近傍である。
ル分周手段はカウンタである。
(12)そして(15)の内の少なくとも一つにおい
て、クロック信号発生手段はディジタルクロック信号を
出力するものである。
信号発生手段は、固有の出力周波数を有する発振子から
なる。
水晶発振子からなる。
セラミック発振子からなる。
確な周波数制御が可能であり、消費電流が少ない超音波
モータの駆動回路を提供できる。
回路の構成を示したブロック回路図である。
示した電気回路図である。
した、(a)は、該第1実施例におけるコンパレータC
OMP1に入力する電圧VDACの電圧値がVDAC1である
場合、また、(b)は、該電圧VDACが、上記電圧VDAC
1より大きい電圧VDAC2である場合をそれぞれ示したタ
イミングチャートである。
ルス信号φUSRの周波数との関係を示した線図であ
る。
の出力パルス信号φ1〜φ4と電力増幅回路からの出力
交流信号φA,φBとの関係を示したタイミングチャー
トである。
フリップフロップ等で構成された周波数コンパレータに
おいて、通常の上限周波数と下限周波数との間に駆動周
波数が設定されている場合を示したタイミングチャート
である。
フリップフロップ等で構成された周波数コンパレータに
おいて、上記駆動周波数が下限周波数を下回った場合を
示したタイミングチャートである。
フリップフロップ等で構成された周波数コンパレータに
おいて、上記駆動周波数が上限周波数を上回った場合を
示したタイミングチャートである。
性)の一例を示した線図である。
囲温度と設定カウント数との関係を示した線図である。
おけるCPUの動作を示すフローチャートである。
路におけるCPUの動作を示すフローチャートである。
例を示した電気回路図である。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 電気ー機械エネルギー変換素子に交流信
号を印加することにより振動波を発生させ、該振動波に
より被駆動体を駆動する超音波モータの、駆動回路にお
いて、 上記交流信号の基本周波数信号を、アナログ的な時定数
に基づいて発生して出力する発振手段と、 上記交流信号の基本周波数信号よりも高い周波数を有す
るクロック信号を発生するクロック信号発生手段と、 上記超音波モータの下限駆動周波数もしくは上限駆動周
波数に対するタイミング信号を、上記クロック信号を分
周することによりディジタル的に発生し、かつ、その分
周数の設定値によって上記下限駆動周波数もしくは上限
駆動周波数を変更可能な分周手段と、 上記基本周波数信号と上記タイミング信号との各々の周
波数を比較する周波数比較手段と、 この周波数比較手段からの出力に応じて、上記基本周波
数信号が下限駆動周波数よりも高いかもしくは上限駆動
周波数よりも低い範囲に保たれるように、上記発振手段
を制御する制御手段と、 を具備することを特徴とする超音波モータの駆動回路。 - 【請求項2】 電気ー機械エネルギー変換素子に交流信
号を印加することにより振動波を発生させ、該振動波に
より被駆動体を駆動する超音波モータの、駆動回路にお
いて、入力する電圧値に応じて 、上記交流信号の周波数信号を
アナログ的な時定数に基づいて発生して出力する発振手
段と、 上記交流信号の周波数信号よりも高い周波数を有するク
ロック信号を発生するクロック信号発生手段と、 上記クロック信号を分周し、所定の基準周波数を有する
基準周波数信号をディジタル的に発生させるディジタル
分周手段と、上記発振手段から出力された周波数信号と上記ディジタ
ル分周手段から出力された基準周波数信号とを比較する
比較手段と 、 上記超音波モータの駆動に先立ち、上記比較手段の出力
に応じて上記発振手段の入力電圧を変更してゆき、上記
2つの周波数信号の周波数が略等しくなった際の上記発
振手段からの出力周波数信号を初期周波数とする初期化
手段と、 を具備することを特徴とする超音波モータの駆動回路。 - 【請求項3】 電気ー機械エネルギー変換素子に交流信
号を印加することにより振動波を発生させ、該振動波に
より被駆動体を駆動する超音波モータの、駆動回路にお
いて、 上記交流信号の基本周波数信号を、アナログ的な時定数
に基づいて発生して出力する発振手段と、 上記交流信号の基本周波数信号よりも高い周波数を有す
るクロック信号を発生するクロック信号発生手段と、上記超音波モータの下限駆動周波数もしくは上限駆動周
波数に対応するタイミング信号を、上記クロック信号を
分周することによりディジタル的に発生する分周手段
と 、上記基本周波数信号と上記タイミング信号との各々の周
波数を比較する周波数比較手段と 、この周波数比較手段からの出力に応じて、上記基本周波
数信号が下限駆動周波数よりも高いかもしくは上限駆動
周波数よりも低い範囲に保たれるように、 上記発振手段
を制御する制御手段と、周囲温度を検出する温度センサと 、 を具備しており、上記分周手段は、上記温度センサの出
力に基づいて上記下限駆動周波数もしくは上限駆動周波
数を変更するようにしたことを特徴とする超音波モータ
の駆動回路。 - 【請求項4】 電気ー機械エネルギー変換素子に交流信
号を印加することにより振動波を発生させ、該振動波に
より被駆動体を駆動する超音波モータの、駆動回路にお
いて、上記交流信号の周波数を決定する基本周波数信号を発生
させると共に、入力される電圧値に基づいて該基本周波
数信号の周波数を変更する電圧制御発振回路と 、上記交流信号の周波数信号よりも高い周波数を有するク
ロック信号を発生させるクロック信号発生手段と 、上記クロック信号を分周し、所定の基準周波数を有する
基準周波数信号をディジタル的に発生させる基準周波数
信号発生手段と 、上記基本周波数信号と基準周波数信号の周波数を比較す
る周波数比較手段と 、上記超音波モータの駆動に先立ち、まず上記周波数比較
手段の出力に基づいて上記電圧制御発振回路に入力する
電圧値を変更してゆき、上記2つの周波数信号の周波数
が略等しくなった際に上記電圧値を基準電圧値として記
憶し、この記憶値との相対値によって上記電圧制御発振
回路を制御する制御手段と 、を具備することを特徴とする超音波モータの駆動回路 。 - 【請求項5】 電気ー機械エネルギー変換素子に交流信
号を印加することにより振動波を発生させ、該振動波に
より被駆動体を駆動する超音波モータの、駆動回路にお
いて、上記交流信号の周波数を決定する基本周波数信号を発生
させると共に、入力されるパラメータ値に基づいて該基
本周波数信号の周波数を変更する発振手段と 、上記交流信号の周波数よりも高い周波数を有するクロッ
ク信号を発生させるクロック信号発生手段と 、上記クロック信号を分周し、所定の基準周波数を有する
基準周波数信号をディジタル的に発生させる基準周波数
信号発生手段と 、上記基本周波数信号と基準周波数信号の周波数を比較す
る周波数比較手段と 、上記超音波モータの駆動に先立ち、まず上記周波数比較
手段の出力に基づいて上記発振手段に入力するパラメー
タ値を変更してゆき、上記2つの周波数信号の周波数が
略等しくなった際に上記パラメータ値を基準パラメータ
値として記憶し、この記憶値との相対値によって上記発
振手段を制御する制御手段と 、を具備することを特徴とする超音波モータの駆動回路 。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06519794A JP3226414B2 (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | 超音波モータの駆動回路 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06519794A JP3226414B2 (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | 超音波モータの駆動回路 |
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JPH07274551A JPH07274551A (ja) | 1995-10-20 |
JP3226414B2 true JP3226414B2 (ja) | 2001-11-05 |
Family
ID=13279960
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP6226559B2 (ja) * | 2012-05-30 | 2017-11-08 | キヤノン株式会社 | 超音波モータおよび、超音波モータの駆動方法 |
-
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- 1994-04-01 JP JP06519794A patent/JP3226414B2/ja not_active Expired - Fee Related
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