JP3402816B2 - 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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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/142—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. speed, torque, starting, stopping, reversing
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/106—Langevin motors
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、カメラのレンズ駆動装
置等に用いられる振動体の共振を利用して駆動する超音
波モータに関するものである。
置等に用いられる振動体の共振を利用して駆動する超音
波モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、超音波モータもしくは圧電モータ
と称する振動波モータが開発され、実用化されている。
この振動波モータは圧電素子もしくは電歪素子等の電気
−機械エネルギー変換素子に、交番電圧を印加すること
により当該素子に高周波振動を発生させ、その振動エネ
ルギーを連続的な機械運動として取出すように構成され
た非電磁駆動式の新型モータであり、低速、高トルク等
の特性によりカメラのレンズ駆動装置等に用いられてい
るものである。このモータにおける振動子の楕円駆動等
の動作原理については本出願人による特開平３−２８９
３７５号の提案を始め、多くの説明がなされてよく知ら
れているものなので詳細は省略する。
と称する振動波モータが開発され、実用化されている。
この振動波モータは圧電素子もしくは電歪素子等の電気
−機械エネルギー変換素子に、交番電圧を印加すること
により当該素子に高周波振動を発生させ、その振動エネ
ルギーを連続的な機械運動として取出すように構成され
た非電磁駆動式の新型モータであり、低速、高トルク等
の特性によりカメラのレンズ駆動装置等に用いられてい
るものである。このモータにおける振動子の楕円駆動等
の動作原理については本出願人による特開平３−２８９
３７５号の提案を始め、多くの説明がなされてよく知ら
れているものなので詳細は省略する。
【０００３】図１２は従来の棒状超音波モータの側面図
である。図の棒状超音波モータを構成する振動体１は、
圧電素子もしくは電歪素子と弾性体との結合体から成
る。
である。図の棒状超音波モータを構成する振動体１は、
圧電素子もしくは電歪素子と弾性体との結合体から成
る。
【０００４】振動体１の圧電素子部は、駆動用のＡ相圧
電素子ａ１、ａ２およびＢ相圧電素子ｂ１、ｂ２と、振
動検出圧電素子ｓ１から構成され、Ａ相圧電素子ａ１、
ａ２に挟まれた金属板Ａ−ｄにＡ相印加電圧を、Ｂ相圧
電素子ｂ１、ｂ２にＢ−ｄよりＢ相印加電圧を加えて圧
電素子部を駆動する。また、Ａ相圧電素子ａ１、ａ２お
よびｂ相圧電素子ｂ１、ｂ２の両外側はＧＮＤ電位とな
り、振動検出圧電素子ｓ１は同様に一方（図１２のＢ相
側）がＧＮＤ電位になっていて、その反対側の取出電極
Ｓ−ｄから信号を取出すように構成されている。なお、
この場合、振動検出圧電素子ｓ１の信号取出し面側は金
属ブロックと接しているが、金属ブロックは絶縁シート
によりＧＮＤ電位から絶縁されているので、振動検出圧
電素子ｓ１からはその振動に応じた出力電圧がそのまま
得られる。従って、出力電圧の大きさや駆動電圧の位相
差等により共振周波数を求め制御を行うことができる。
電素子ａ１、ａ２およびＢ相圧電素子ｂ１、ｂ２と、振
動検出圧電素子ｓ１から構成され、Ａ相圧電素子ａ１、
ａ２に挟まれた金属板Ａ−ｄにＡ相印加電圧を、Ｂ相圧
電素子ｂ１、ｂ２にＢ−ｄよりＢ相印加電圧を加えて圧
電素子部を駆動する。また、Ａ相圧電素子ａ１、ａ２お
よびｂ相圧電素子ｂ１、ｂ２の両外側はＧＮＤ電位とな
り、振動検出圧電素子ｓ１は同様に一方（図１２のＢ相
側）がＧＮＤ電位になっていて、その反対側の取出電極
Ｓ−ｄから信号を取出すように構成されている。なお、
この場合、振動検出圧電素子ｓ１の信号取出し面側は金
属ブロックと接しているが、金属ブロックは絶縁シート
によりＧＮＤ電位から絶縁されているので、振動検出圧
電素子ｓ１からはその振動に応じた出力電圧がそのまま
得られる。従って、出力電圧の大きさや駆動電圧の位相
差等により共振周波数を求め制御を行うことができる。
【０００５】図１３は図１２に示す棒状超音波モータの
駆動回路のブロック図である。図１３の駆動回路はマイ
コン１１の制御によって動作し、発信器２で発生させた
交番電圧を移相器３で９０度移相し、発信器２からの交
番電圧はスイッチング回路４に、移相器３からの交番電
圧はスイッチング回路５に加えて電源電圧を交番電圧で
スイッチングする。その出力をモータとのインピーダン
スを整合させるマッチングコイル６、７を介して、モー
タの駆動電極Ａ−ｄ、Ｂ−ｄに印加する。モータの回転
速度を速度検出器（エンコーダ等）８で検出し、駆動電
極Ａ−ｄと振動検出電極Ｓ−ｄの信号位相差θＡ−Ｓを
位相差検出器１０で検出して、共振周波数を基に周波数
制御を行う。
駆動回路のブロック図である。図１３の駆動回路はマイ
コン１１の制御によって動作し、発信器２で発生させた
交番電圧を移相器３で９０度移相し、発信器２からの交
番電圧はスイッチング回路４に、移相器３からの交番電
圧はスイッチング回路５に加えて電源電圧を交番電圧で
スイッチングする。その出力をモータとのインピーダン
スを整合させるマッチングコイル６、７を介して、モー
タの駆動電極Ａ−ｄ、Ｂ−ｄに印加する。モータの回転
速度を速度検出器（エンコーダ等）８で検出し、駆動電
極Ａ−ｄと振動検出電極Ｓ−ｄの信号位相差θＡ−Ｓを
位相差検出器１０で検出して、共振周波数を基に周波数
制御を行う。
【０００６】図１４は図１３に示す超音波モータの駆動
回路の信号位相差対周波数およびモータ回転数の関係を
示す図である。
回路の信号位相差対周波数およびモータ回転数の関係を
示す図である。
【０００７】この場合に、Ａ相駆動用圧電素子ａ１、ａ
２と振動検出用圧電素子ｓ１とは位置的に１８０度ずれ
ていて、共振周波数ｆｒでは位相差θＡ−ＳがＣＷ（時
計回り）、ＣＣＷ（反時計回り）共に−９０度（θ１と
θ２の間）になり、共振周波数ｆｒから高い周波数にな
るにつれ−９０度からずれて行って、モータ１が停止す
るような周波数ｆより高い周波数では、振動検出用圧電
素子ｓ１の出力信号が小さくなるためノイズ等の影響で
安定した値に定まらない。
２と振動検出用圧電素子ｓ１とは位置的に１８０度ずれ
ていて、共振周波数ｆｒでは位相差θＡ−ＳがＣＷ（時
計回り）、ＣＣＷ（反時計回り）共に−９０度（θ１と
θ２の間）になり、共振周波数ｆｒから高い周波数にな
るにつれ−９０度からずれて行って、モータ１が停止す
るような周波数ｆより高い周波数では、振動検出用圧電
素子ｓ１の出力信号が小さくなるためノイズ等の影響で
安定した値に定まらない。
【０００８】そこで、制御用マイコン１１は起動時の周
波数を高い方から低い方へスイープする時、速度検出器
８の信号よりモータ１が動いているかを判断し、動いて
いないときは位相差θＡ−Ｓを検出せずにそのまま周波
数を下げ、動き出したら位相差θＡ−Ｓが共振周波数ｆ
ｒ付近（位相差θ１とθ２の間）になるよう駆動周波数
を制御して超音波モータ１を駆動する。
波数を高い方から低い方へスイープする時、速度検出器
８の信号よりモータ１が動いているかを判断し、動いて
いないときは位相差θＡ−Ｓを検出せずにそのまま周波
数を下げ、動き出したら位相差θＡ−Ｓが共振周波数ｆ
ｒ付近（位相差θ１とθ２の間）になるよう駆動周波数
を制御して超音波モータ１を駆動する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、モータ１が停止するようなある周波数ｆ以上
になると位相差θＡ−Ｓが安定した値に定まらず、共振
周波数ｆｒではないのに共振周波数ｆｒと誤認してしま
う不安定領域となる。この現象を避けるためにはエンコ
ーダ等の速度検出器８を用意して、モータが回転してい
るか否かを先ず確認しなければならないという問題があ
る。
来例では、モータ１が停止するようなある周波数ｆ以上
になると位相差θＡ−Ｓが安定した値に定まらず、共振
周波数ｆｒではないのに共振周波数ｆｒと誤認してしま
う不安定領域となる。この現象を避けるためにはエンコ
ーダ等の速度検出器８を用意して、モータが回転してい
るか否かを先ず確認しなければならないという問題があ
る。
【００１０】また、これらの対策として本出願人による
特開平４−３３１４８５号に、振動検出圧電素子の電極
リード線にＡ相圧電素子の電極リード線を巻き付ける等
の方法で、わざと駆動信号による誘導ノイズを検出信号
に重畳するように構成し、周波数ｆより高い不安定領域
においては振動検出圧電素子の検出信号が小さくなる
と、駆動信号からの誘導ノイズが現れて位相差θＡ−Ｓ
を−１８０度に収束するようにしたものが提案されてい
るが、この場合もリード線の引き回しの状態などによっ
て信号の大きさがバラツキ、実施上管理するのが困難で
あるという問題がある。
特開平４−３３１４８５号に、振動検出圧電素子の電極
リード線にＡ相圧電素子の電極リード線を巻き付ける等
の方法で、わざと駆動信号による誘導ノイズを検出信号
に重畳するように構成し、周波数ｆより高い不安定領域
においては振動検出圧電素子の検出信号が小さくなる
と、駆動信号からの誘導ノイズが現れて位相差θＡ−Ｓ
を−１８０度に収束するようにしたものが提案されてい
るが、この場合もリード線の引き回しの状態などによっ
て信号の大きさがバラツキ、実施上管理するのが困難で
あるという問題がある。
【００１１】そこで、本発明の目的は、速度検出器を省
いて振動検出圧電素子のみで正確に超音波モータの共振
周波数近傍での駆動を可能にして、小型化、高効率化と
低コスト化を実現できる超音波モータの駆動回路を提供
することにある。
いて振動検出圧電素子のみで正確に超音波モータの共振
周波数近傍での駆動を可能にして、小型化、高効率化と
低コスト化を実現できる超音波モータの駆動回路を提供
することにある。
【００１２】
【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、弾性体に配置された電気−機械エネルギ
ー変換素子に交番電圧を印加することによって弾性体に
振動モードを励振させ、且つこの振動モードと直交する
振動モードに適当な時間位相差を持たせることにより弾
性体の表面粒子に楕円運動を行わしめる振動体と、振動
体に押圧されて摩擦駆動される移動体を有する超音波モ
ータの駆動回路において、振動体の一部に振動検出部を
設け、振動検出部に対して直列に接続されたインピーダ
ンス素子を介して、交番電圧による信号を該振動検出部
に重畳させることを特徴とするものである。
め、本発明は、弾性体に配置された電気−機械エネルギ
ー変換素子に交番電圧を印加することによって弾性体に
振動モードを励振させ、且つこの振動モードと直交する
振動モードに適当な時間位相差を持たせることにより弾
性体の表面粒子に楕円運動を行わしめる振動体と、振動
体に押圧されて摩擦駆動される移動体を有する超音波モ
ータの駆動回路において、振動体の一部に振動検出部を
設け、振動検出部に対して直列に接続されたインピーダ
ンス素子を介して、交番電圧による信号を該振動検出部
に重畳させることを特徴とするものである。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】また、上記目的を達成するため、本発明
は、弾性体に配置された積層圧電素子に交番電圧を印加
することによって弾性体に振動モードを励振させ、且つ
この振動モードと直交する振動モードに適当な時間位相
差を持たせることにより弾性体の表面粒子に楕円運動を
行わしめる振動体と、振動体に押圧されて摩擦駆動され
る移動体を有する超音波モータの駆動回路において、積
層圧電素子は交番電圧を印加する駆動部および振動検出
部を備えた圧電素子を積層化したものであり、交番電圧
による信号を振動検出部に重畳させるものであって、交
番電圧の信号の大きさを調整するために、駆動部と振動
検出部との間に生じる容量成分と振動検出部の持つ容量
成分の比が調整されていることを特徴とするものであ
る。
は、弾性体に配置された積層圧電素子に交番電圧を印加
することによって弾性体に振動モードを励振させ、且つ
この振動モードと直交する振動モードに適当な時間位相
差を持たせることにより弾性体の表面粒子に楕円運動を
行わしめる振動体と、振動体に押圧されて摩擦駆動され
る移動体を有する超音波モータの駆動回路において、積
層圧電素子は交番電圧を印加する駆動部および振動検出
部を備えた圧電素子を積層化したものであり、交番電圧
による信号を振動検出部に重畳させるものであって、交
番電圧の信号の大きさを調整するために、駆動部と振動
検出部との間に生じる容量成分と振動検出部の持つ容量
成分の比が調整されていることを特徴とするものであ
る。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【作用】本発明によれば、超音波モータの振動検出部に
インピーダンス素子を直列に配置して、インピーダンス
素子を介して、振動体の圧電素子に印加する交番電圧に
よる信号を振動検出部に重畳させるため、位相差が不安
定になる高い周波数でも位相差を安定した値にし、正確
に検知することができる。
インピーダンス素子を直列に配置して、インピーダンス
素子を介して、振動体の圧電素子に印加する交番電圧に
よる信号を振動検出部に重畳させるため、位相差が不安
定になる高い周波数でも位相差を安定した値にし、正確
に検知することができる。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】また、本発明によれば、交番電圧を印加す
る駆動部および振動検出部を備えた圧電素子を積層化し
た積層圧電素子を用いて、交番電圧による信号を該振動
検出部に重畳させるものであって、交番電圧の信号の大
きさを調整するために、駆動部と振動検出部との間に生
じる容量成分と該振動検出部の持つ容量成分の比が調整
されているので、積層構造の圧電素子部の場合にも駆動
電圧の給電側パターンと振動検出部側パターンの重なり
度合い等を変えることにより容量成分の比を変えて重畳
させる信号の大きさを調整することができる。
る駆動部および振動検出部を備えた圧電素子を積層化し
た積層圧電素子を用いて、交番電圧による信号を該振動
検出部に重畳させるものであって、交番電圧の信号の大
きさを調整するために、駆動部と振動検出部との間に生
じる容量成分と該振動検出部の持つ容量成分の比が調整
されているので、積層構造の圧電素子部の場合にも駆動
電圧の給電側パターンと振動検出部側パターンの重なり
度合い等を変えることにより容量成分の比を変えて重畳
させる信号の大きさを調整することができる。
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１〜図４は本発明の超音波モータの駆動回路につ
いての第１実施例を示す。図１は本発明の第１実施例に
係る超音波モータの駆動回路のブロック図である。
る。図１〜図４は本発明の超音波モータの駆動回路につ
いての第１実施例を示す。図１は本発明の第１実施例に
係る超音波モータの駆動回路のブロック図である。
【００３３】図１に示す実施例は、図１３の従来例で使
用した速度検出器８を省き、インピーダンス素子である
コンデンサ１２をＳ相（振動検出側）に対しＡ相（Ａ相
駆動側）が直列につながるように配置されている。この
場合、Ａ相駆動用圧電素子と振動検出用圧電素子とは位
置的に同位相であり、共振周波数では位相差θＡ−Ｓが
＋９０度になるようになっている。なお、その他の図１
３に示す従来例と同一構成には同一符号を付し重複する
説明は省略する。
用した速度検出器８を省き、インピーダンス素子である
コンデンサ１２をＳ相（振動検出側）に対しＡ相（Ａ相
駆動側）が直列につながるように配置されている。この
場合、Ａ相駆動用圧電素子と振動検出用圧電素子とは位
置的に同位相であり、共振周波数では位相差θＡ−Ｓが
＋９０度になるようになっている。なお、その他の図１
３に示す従来例と同一構成には同一符号を付し重複する
説明は省略する。
【００３４】図２は図１に示す超音波モータの駆動回路
の要部の簡略図である。図２は図１の超音波モータの駆
動回路の要部を等価的に簡略化して示したものであり、
振動検出用圧電素子側の容量成分Ｃｓと、Ｓ相にたいし
て直列に接続されるコンデンサ１２による容量成分Ｃｉ
ｎとの構成として表すことができる。
の要部の簡略図である。図２は図１の超音波モータの駆
動回路の要部を等価的に簡略化して示したものであり、
振動検出用圧電素子側の容量成分Ｃｓと、Ｓ相にたいし
て直列に接続されるコンデンサ１２による容量成分Ｃｉ
ｎとの構成として表すことができる。
【００３５】図３は図２に示すＣｉｎ／Ｃｓと重畳させ
る信号が振動検出部に重畳される比率を示したグラフで
ある。
る信号が振動検出部に重畳される比率を示したグラフで
ある。
【００３６】つぎに動作について説明する。図３のグラ
フから明らかなように、重畳させる信号（本実施例では
Ａ相電圧）が一定であれば、両容量成分の比「Ｃｉｎ／
Ｃｓ」が大きい程Ｓ相に大きなＡ相電圧成分が重畳され
る。すなわち、「Ｃｉｎ／Ｃｓ」を変えることによって
Ｓ相に重畳させる信号の大きさを調整できることにな
る。
フから明らかなように、重畳させる信号（本実施例では
Ａ相電圧）が一定であれば、両容量成分の比「Ｃｉｎ／
Ｃｓ」が大きい程Ｓ相に大きなＡ相電圧成分が重畳され
る。すなわち、「Ｃｉｎ／Ｃｓ」を変えることによって
Ｓ相に重畳させる信号の大きさを調整できることにな
る。
【００３７】このＳ相に重畳させる信号の大きさは、小
さすぎるとＳ相信号が小振幅のとき誤差を生じ、大きす
ぎると共振周波数の検出に誤差が生じてしまう。従っ
て、重畳される信号の大きさは、共振周波数における振
動検出部の出力電圧（最大時）の「１／２０〜１／３」
の範囲に入るよう調整するのが、実験的にも最適な大き
さの範囲である。
さすぎるとＳ相信号が小振幅のとき誤差を生じ、大きす
ぎると共振周波数の検出に誤差が生じてしまう。従っ
て、重畳される信号の大きさは、共振周波数における振
動検出部の出力電圧（最大時）の「１／２０〜１／３」
の範囲に入るよう調整するのが、実験的にも最適な大き
さの範囲である。
【００３８】また、共振周波数における振動検出部の出
力電圧と重畳させる大本のＡ相信号の大きさを等しくな
るように設定した場合、振動検出部の持つ容量成分Ｃｓ
と直列に配置する容量成分Ｃｉｎの比を、「０．０５＜
Ｃｉｎ／Ｃｓ＜０．５」の範囲に入るよう、容量成分の
比「Ｃｉｎ／Ｃｓ」を調整することによって、重畳させ
る信号の大きさは振動検出部の出力電圧の「１／２０〜
１／３」の最適範囲内の値となる。
力電圧と重畳させる大本のＡ相信号の大きさを等しくな
るように設定した場合、振動検出部の持つ容量成分Ｃｓ
と直列に配置する容量成分Ｃｉｎの比を、「０．０５＜
Ｃｉｎ／Ｃｓ＜０．５」の範囲に入るよう、容量成分の
比「Ｃｉｎ／Ｃｓ」を調整することによって、重畳させ
る信号の大きさは振動検出部の出力電圧の「１／２０〜
１／３」の最適範囲内の値となる。
【００３９】このような、容量比と重畳する信号の大き
さの関係は、調整工程上の基準あるいは設計上の指標と
して利用することができる。
さの関係は、調整工程上の基準あるいは設計上の指標と
して利用することができる。
【００４０】図４は図１に示す超音波モータの駆動回路
の駆動周波数と位相差およびモータ回転数の関係を示す
図である。
の駆動周波数と位相差およびモータ回転数の関係を示す
図である。
【００４１】図１４に示した従来例では、モータが動き
出す周波数ｆより高い周波数では、位相差θＡ−Ｓが安
定した値を示していなかったが、本実施例の場合にはモ
ータが動き出す周波数ｆより高い周波数でも、位相差θ
Ａ−Ｓが０度（Ａ相と同相）に安定している。従って、
起動時に周波数を高い方から低い方へスイープしていく
時、モータが動き出していなくても位相差は０度である
から周波数を下げ続けて、共振周波数ｆｒ付近の回転数
Ｎの安定領域でモータが駆動されるように制御すること
ができる。
出す周波数ｆより高い周波数では、位相差θＡ−Ｓが安
定した値を示していなかったが、本実施例の場合にはモ
ータが動き出す周波数ｆより高い周波数でも、位相差θ
Ａ−Ｓが０度（Ａ相と同相）に安定している。従って、
起動時に周波数を高い方から低い方へスイープしていく
時、モータが動き出していなくても位相差は０度である
から周波数を下げ続けて、共振周波数ｆｒ付近の回転数
Ｎの安定領域でモータが駆動されるように制御すること
ができる。
【００４２】このように、本実施例では、従来例の場合
には必要であったエンコーダ等の速度検出器８を省い
て、位相差θＡ−Ｓの情報のみによりモータ１共振周波
数ｆｒで効率良く駆動することが可能になり、小形化、
低コストも実現される。
には必要であったエンコーダ等の速度検出器８を省い
て、位相差θＡ−Ｓの情報のみによりモータ１共振周波
数ｆｒで効率良く駆動することが可能になり、小形化、
低コストも実現される。
【００４３】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図５は本発明の第２実施例に係る超音波モータの駆
動回路のブロック図である。図５に示す本実施例で、第
１実施例と異なる点は、インピーダンス素子であるコン
デンサ１２の代わりに抵抗１２′を設けたことである。
その他第１実施例と同一構成には同一符号を付して重複
する説明は省略する。
る。図５は本発明の第２実施例に係る超音波モータの駆
動回路のブロック図である。図５に示す本実施例で、第
１実施例と異なる点は、インピーダンス素子であるコン
デンサ１２の代わりに抵抗１２′を設けたことである。
その他第１実施例と同一構成には同一符号を付して重複
する説明は省略する。
【００４４】図６は図５に示す実施例の簡略図である。
図６は図５の超音波モータの駆動回路の要部を等価的に
簡略化して示したものであり、振動検出用圧電素子側の
容量成分ＣｓとＳ相に直列に接続した抵抗Ｒｉｎ１２′
による構成として表すことができる。
図６は図５の超音波モータの駆動回路の要部を等価的に
簡略化して示したものであり、振動検出用圧電素子側の
容量成分ＣｓとＳ相に直列に接続した抵抗Ｒｉｎ１２′
による構成として表すことができる。
【００４５】このような構成によっても、第１実施例と
同様に振動検出部のＣｓとＲｉｎとの比「Ｒｉｎ／Ｃ
ｓ」、を変えることによってＳ相に重畳させる信号の大
きさを調整することができる。それに、「Ｒｉｎ／Ｃ
ｓ」は抵抗値の可変によつて変えられるので調整も簡単
である。
同様に振動検出部のＣｓとＲｉｎとの比「Ｒｉｎ／Ｃ
ｓ」、を変えることによってＳ相に重畳させる信号の大
きさを調整することができる。それに、「Ｒｉｎ／Ｃ
ｓ」は抵抗値の可変によつて変えられるので調整も簡単
である。
【００４６】このように、第２実施例では、重畳する信
号の大きさを位相ずれ等の心配なしに簡単な構成で調整
できると共に、高い周波数になるに従いＳ相に重畳させ
る信号の大きさの減衰度がコンデンサ素子１２よりは大
きくなるので、重畳させる大本の信号にある不要な高周
波成分を除去してＳ相に重畳しないようにする効果も得
られる。
号の大きさを位相ずれ等の心配なしに簡単な構成で調整
できると共に、高い周波数になるに従いＳ相に重畳させ
る信号の大きさの減衰度がコンデンサ素子１２よりは大
きくなるので、重畳させる大本の信号にある不要な高周
波成分を除去してＳ相に重畳しないようにする効果も得
られる。
【００４７】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。図７は本発明の第３実施例に係る棒状超音波モータ
の側面図である。
る。図７は本発明の第３実施例に係る棒状超音波モータ
の側面図である。
【００４８】図７に示す第３実施例では、第１実施例が
容量素子１２をモータの外部に設けたのに対し、内蔵型
としてモータ内部Ｓ相の部分に圧電素子ｓ１の他にもう
１枚ｓ２を増やし、Ｓ相（Ｓ−ｄ）と反対側をＡ相（Ａ
−ｄ）と接続する構成としている。
容量素子１２をモータの外部に設けたのに対し、内蔵型
としてモータ内部Ｓ相の部分に圧電素子ｓ１の他にもう
１枚ｓ２を増やし、Ｓ相（Ｓ−ｄ）と反対側をＡ相（Ａ
−ｄ）と接続する構成としている。
【００４９】本来、圧電素子は電荷を与えなければ容量
素子として動作する特性を有しているので、モータの振
動体１用の圧電素子を容量素子としてそのまま流用でき
る。このような構成によって、Ｓ相信号に第１実施例と
同様にＡ相電圧成分を重畳させることができる。
素子として動作する特性を有しているので、モータの振
動体１用の圧電素子を容量素子としてそのまま流用でき
る。このような構成によって、Ｓ相信号に第１実施例と
同様にＡ相電圧成分を重畳させることができる。
【００５０】このように、第３実施例では、振動体１の
圧電素子をそのまま容量素子に利用し、モータ内に内蔵
型として組込む構造にしたので外付け部品を無くして、
よりコンパクトな構成とし、さらに、第１実施例と同様
効率の良い制御効果が得られる。
圧電素子をそのまま容量素子に利用し、モータ内に内蔵
型として組込む構造にしたので外付け部品を無くして、
よりコンパクトな構成とし、さらに、第１実施例と同様
効率の良い制御効果が得られる。
【００５１】次に、本発明の第４実施例について説明す
る。図８は本発明の第４実施例に係る超音波モータの圧
電素子部の構造図である。図８に示す第４実施例は、小
型化、高信頼度化等を図るために圧電素子部を積層構造
とした超音波モータへの適用例である。なお、積層構造
の詳細については、特願平５−３３１８４８号に詳述さ
れている。
る。図８は本発明の第４実施例に係る超音波モータの圧
電素子部の構造図である。図８に示す第４実施例は、小
型化、高信頼度化等を図るために圧電素子部を積層構造
とした超音波モータへの適用例である。なお、積層構造
の詳細については、特願平５−３３１８４８号に詳述さ
れている。
【００５２】図８において、各圧電素子１３−１〜ｎは
駆動および振動検出素子部でスルーホール等を用いて積
層化したものである。１３−１は駆動用電極Ａ、Ｂおよ
び振動検出用電極Ｓの３つの領域に分かれている。１３
−１の裏面すなわち１３−２の表面は貫通穴（スルーホ
ール）の部分以外は全体に電極が描かれている。
駆動および振動検出素子部でスルーホール等を用いて積
層化したものである。１３−１は駆動用電極Ａ、Ｂおよ
び振動検出用電極Ｓの３つの領域に分かれている。１３
−１の裏面すなわち１３−２の表面は貫通穴（スルーホ
ール）の部分以外は全体に電極が描かれている。
【００５３】１３−２〜１３−ｎまでの一方の面は十字
のパターンが描かれ４つの領域に分かれている。その中
の丁度向き合っている領域がＡ駆動用、Ｂ駆動用にそれ
ぞれ用いられる。もう一方の面は１３−１と同様に貫通
穴（スルーホール）以外は全体に電極が描かれている。
のパターンが描かれ４つの領域に分かれている。その中
の丁度向き合っている領域がＡ駆動用、Ｂ駆動用にそれ
ぞれ用いられる。もう一方の面は１３−１と同様に貫通
穴（スルーホール）以外は全体に電極が描かれている。
【００５４】１３−３は１３−２と同じ電極パターンで
スルーホールが対称な位置に設けられている。（但し、
１３−２もしくは１３−３の片方が上述の電極パターン
で、もう一方は電極パターンが無くても同様な効果が得
られる） １３−４以降は１３−２、１３−３の組合わせを繰返す
ように重ねていけばｎ層の積層素子を形成することがで
きる。但し、１３−ｎのみはスルーホールの数が１個で
ある。
スルーホールが対称な位置に設けられている。（但し、
１３−２もしくは１３−３の片方が上述の電極パターン
で、もう一方は電極パターンが無くても同様な効果が得
られる） １３−４以降は１３−２、１３−３の組合わせを繰返す
ように重ねていけばｎ層の積層素子を形成することがで
きる。但し、１３−ｎのみはスルーホールの数が１個で
ある。
【００５５】この場合、各圧電素子が４個の領域に分け
られているのは、モータの駆動力を有効に使うためのも
のであるがここでは詳細は略す。また、向かい合う電極
は互いに逆方向に分極されている。これらの圧電素子は
圧電素子１３−１のＡ及びＢに位相の異なる交流電圧を
印加することで、同様に超音波モータの駆動を行うこと
ができる。
られているのは、モータの駆動力を有効に使うためのも
のであるがここでは詳細は略す。また、向かい合う電極
は互いに逆方向に分極されている。これらの圧電素子は
圧電素子１３−１のＡ及びＢに位相の異なる交流電圧を
印加することで、同様に超音波モータの駆動を行うこと
ができる。
【００５６】１４は最上層の圧電素子であり、この圧電
素子で給電する位置をモータの円周上の一部に集めてい
る（Ａ、Ｂ、Ｓのパターン）。
素子で給電する位置をモータの円周上の一部に集めてい
る（Ａ、Ｂ、Ｓのパターン）。
【００５７】図９は図８に示す積層圧電素子部の要部の
簡略図である。図９は図８の圧電素子１４と１３−１の
部分の振動検出部付近の構造を等価的に簡略化して示し
たものであり、図から明らかなように圧電素子１４のＡ
相を給電する部分が１３−１等のＳ相の部分に重なって
構成されている。従って、１４のＡ相パターンと１３−
１のＳ相パターンとで圧電素子１４の容量成分を挟み、
結合容量Ｃｉｎを形成してつながっているいることにな
り、Ｃｉｎを介してＳ相にＡ相電圧成分が重畳される。
簡略図である。図９は図８の圧電素子１４と１３−１の
部分の振動検出部付近の構造を等価的に簡略化して示し
たものであり、図から明らかなように圧電素子１４のＡ
相を給電する部分が１３−１等のＳ相の部分に重なって
構成されている。従って、１４のＡ相パターンと１３−
１のＳ相パターンとで圧電素子１４の容量成分を挟み、
結合容量Ｃｉｎを形成してつながっているいることにな
り、Ｃｉｎを介してＳ相にＡ相電圧成分が重畳される。
【００５８】このように、第４実施例では、積層構造と
することによって圧電素子１４、１３−１〜ｎまでが一
体で焼成されて一つの部品として形成されるので、圧電
素子を電極板（Ａ−ｄ、Ｓ−ｄ等）を介しながら重ねる
必要がなくなる。また、Ａ相Ｓ相のパターン間隔、形状
等の重なり度合いから結合容量による、「Ｃｉｎ／Ｃ
ｓ」が変わり、重畳させる信号の大きさを調整できるの
で本発明による効果も得られ、小形、高能率の超音波モ
ータを構成することができる。
することによって圧電素子１４、１３−１〜ｎまでが一
体で焼成されて一つの部品として形成されるので、圧電
素子を電極板（Ａ−ｄ、Ｓ−ｄ等）を介しながら重ねる
必要がなくなる。また、Ａ相Ｓ相のパターン間隔、形状
等の重なり度合いから結合容量による、「Ｃｉｎ／Ｃ
ｓ」が変わり、重畳させる信号の大きさを調整できるの
で本発明による効果も得られ、小形、高能率の超音波モ
ータを構成することができる。
【００５９】なお、以上の実施例では棒状超音波モータ
について述べてきたが、棒状以外のタイプのモータでも
振動検出圧電素子を用いているものであれば、本発明の
適用実施は可能である。
について述べてきたが、棒状以外のタイプのモータでも
振動検出圧電素子を用いているものであれば、本発明の
適用実施は可能である。
【００６０】次に、本発明の第５実施例について説明す
る。図１０は本発明の第５実施例に係る超音波モータの
圧電素子部の構造図である。図１０に示す第５実施例
は、第４実施例と同様に圧電素子１５−２〜ｎを積層構
造としたものであるが、パターンが異なり駆動用電極
Ａ、Ｂの他にＡ′、Ｂ′を設けている。
る。図１０は本発明の第５実施例に係る超音波モータの
圧電素子部の構造図である。図１０に示す第５実施例
は、第４実施例と同様に圧電素子１５−２〜ｎを積層構
造としたものであるが、パターンが異なり駆動用電極
Ａ、Ｂの他にＡ′、Ｂ′を設けている。
【００６１】このＡ、Ａ′とＢ、Ｂ′にそれぞれ位相の
反転した電圧を供給することで、ＡＢのみの場合に比較
して半分の駆動電圧で駆動できるという消エネ効果が得
られるものである。また、それぞれの圧電素子１５−２
〜ｎは片面のみ電極が設けられていて、電極の設けられ
ていない側はその面に向かい合う側の電極パターンがそ
のまま転写される。
反転した電圧を供給することで、ＡＢのみの場合に比較
して半分の駆動電圧で駆動できるという消エネ効果が得
られるものである。また、それぞれの圧電素子１５−２
〜ｎは片面のみ電極が設けられていて、電極の設けられ
ていない側はその面に向かい合う側の電極パターンがそ
のまま転写される。
【００６２】最上層の圧電素子１５−１には電極が無く
スルーホールのみが出ている。フレキシブル基板１６に
はスルーホール部１５−１に給電できるようにパターン
が描かれているので、フレキシブル基板１６のパターン
が最上層の圧電素子１５−１の電極パターンと等価とな
る。
スルーホールのみが出ている。フレキシブル基板１６に
はスルーホール部１５−１に給電できるようにパターン
が描かれているので、フレキシブル基板１６のパターン
が最上層の圧電素子１５−１の電極パターンと等価とな
る。
【００６３】従って、フレキシブル基板１６のＡ相電圧
供給部を、圧電素子１５−２のＳ相部分に対してどの程
度重ねるかによって、同様に結合容量Ｃｉｎが変わり比
「Ｃｉｎ／Ｃｓ」を変えて、Ｓ相に重畳させるＡ相成分
の大きさを調整することができる。
供給部を、圧電素子１５−２のＳ相部分に対してどの程
度重ねるかによって、同様に結合容量Ｃｉｎが変わり比
「Ｃｉｎ／Ｃｓ」を変えて、Ｓ相に重畳させるＡ相成分
の大きさを調整することができる。
【００６４】このように、第５実施例では、積層圧電素
子部の上部よりフレキシブル基板１６を用いて給電する
形式なので、重畳される信号の大きさの調整には圧電素
子部１５−１〜ｎを変更する（パターン等）必要は無
く、フレキシブル基板１６側でＡ相供給部分を圧力電気
素子１５−２のＳ相部分に重ねる度合いを変えて、重畳
させるＡ相成分の大きさを調整することができる。
子部の上部よりフレキシブル基板１６を用いて給電する
形式なので、重畳される信号の大きさの調整には圧電素
子部１５−１〜ｎを変更する（パターン等）必要は無
く、フレキシブル基板１６側でＡ相供給部分を圧力電気
素子１５−２のＳ相部分に重ねる度合いを変えて、重畳
させるＡ相成分の大きさを調整することができる。
【００６５】次に、本発明の第６実施例について説明す
る。図１１は本発明の駆動回路により駆動する超音波モ
ータを用いたレンズ駆動装置の構成図である。
る。図１１は本発明の駆動回路により駆動する超音波モ
ータを用いたレンズ駆動装置の構成図である。
【００６６】図１１に示す第６実施例の駆動装置は、こ
こで使用している振動体１を有する棒状超音波モータは
本発明の駆動回路によるもので、従来用いていた速度検
出器８等の圧電素子部に外付けする部品を無くしたもの
である。
こで使用している振動体１を有する棒状超音波モータは
本発明の駆動回路によるもので、従来用いていた速度検
出器８等の圧電素子部に外付けする部品を無くしたもの
である。
【００６７】超音波モータと一体的に組み付けられてい
るギアＦは、ギア伝達機構Ｇの入力ギアＧＩに噛合し、
その出力ギアＧＯはレンズＬ１を保持するレンズ保持部
材Ｈに形成されたギアＨＩに噛合している。このレンズ
保持部材Ｈは固定筒Ｋにヘリコイド結合し、超音波モー
タの駆動力によりギア伝達機構Ｇを介して回転駆動され
て合焦動作が行われる。
るギアＦは、ギア伝達機構Ｇの入力ギアＧＩに噛合し、
その出力ギアＧＯはレンズＬ１を保持するレンズ保持部
材Ｈに形成されたギアＨＩに噛合している。このレンズ
保持部材Ｈは固定筒Ｋにヘリコイド結合し、超音波モー
タの駆動力によりギア伝達機構Ｇを介して回転駆動され
て合焦動作が行われる。
【００６８】このように、第６実施例では、本発明の駆
動回路により駆動される超音波モータを用いてカメラの
レンズ駆動装置を構成したので、さらなる小形化とＡＦ
高速駆動等にも対応できる高性能のレンズ駆動装置を構
成できる。
動回路により駆動される超音波モータを用いてカメラの
レンズ駆動装置を構成したので、さらなる小形化とＡＦ
高速駆動等にも対応できる高性能のレンズ駆動装置を構
成できる。
【００６９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波モ
ータの駆動回路によれば、速度検出器を省いて振動検出
圧電素子のみで正確にモータの共振周波数近傍で駆動す
ることが可能になり、小型化、高効率化、低コストを実
現できるものである。
ータの駆動回路によれば、速度検出器を省いて振動検出
圧電素子のみで正確にモータの共振周波数近傍で駆動す
ることが可能になり、小型化、高効率化、低コストを実
現できるものである。
【００７０】
【００７１】
【００７２】
【００７３】
【００７４】
【００７５】
【００７６】また、本発明の超音波モータの駆動回路に
よれば、積層構造の圧電素子部を用いる場合にも容量成
分の比による重畳させる信号の大きさ調整が可能にな
り、小型化、高効率化を達成できるものである。
よれば、積層構造の圧電素子部を用いる場合にも容量成
分の比による重畳させる信号の大きさ調整が可能にな
り、小型化、高効率化を達成できるものである。
【００７７】
【００７８】
【図１】本発明の第１実施例に係る超音波モータの駆動
回路のブロック図である。
回路のブロック図である。
【図２】図１に示す超音波モータの駆動回路の要部の簡
略図である。
略図である。
【図３】図１に示す超音波モータの駆動回路におけるＣ
ｉｎ／Ｃｓと重畳信号の比率を示すグラフである。
ｉｎ／Ｃｓと重畳信号の比率を示すグラフである。
【図４】図１に示す超音波モータの駆動回路における周
波数と位相差θＡ−Ｓ、モータ回転数Ｎの関係を示す図
である。
波数と位相差θＡ−Ｓ、モータ回転数Ｎの関係を示す図
である。
【図５】本発明の第２実施例に係る超音波モータの駆動
回路のブロック図である。
回路のブロック図である。
【図６】図５に示す第２実施例の要部の簡略図である。
【図７】本発明の第３実施例に係る超音波モータの側面
図である。
図である。
【図８】本発明の第４実施例に係る棒状超音波モータの
圧電素子部の構成図である。
圧電素子部の構成図である。
【図９】図８に示す第４実施例の要部の簡略図である。
【図１０】本発明の第５実施例に係る棒状超音波モータ
の圧電素子部の構成図である。
の圧電素子部の構成図である。
【図１１】本発明の第６実施例に係るレンズ駆動装置の
構成図である。
構成図である。
【図１２】従来の棒状超音波モータの側面図である。
【図１３】図１２に示す棒状超音波モータの駆動回路の
ブロック図である。
ブロック図である。
【図１４】図１３に示す駆動回路における周波数と位相
差θＡ−Ｓ、モータ回転数Ｎの関係を示す図である。
差θＡ−Ｓ、モータ回転数Ｎの関係を示す図である。
１ 振動体
２ 発振器
３ 移相器
４，５ スイッチング回路
６，７ マッチングコイル
８ 速度検出器
１０ 位相検出器
１１ 制御用マイコン
１２，１２′ インピーダンス素子
１３，１４ 圧電素子
１５ 圧電素子部
１６ フレキシブル基板
Ａ−ｄ，Ｂ−ｄ 駆動用電極
Ｓ−ｄ 振動検出用電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−331485（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−97285（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−54561（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−289375（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02N 2/00
Claims (9)
- 【請求項１】 弾性体に配置された電気−機械エネルギ
ー変換素子に交番電圧を印加することによって弾性体に
振動モードを励振させ、且つ該振動モードと直交する振
動モードに適当な時間位相差を持たせることにより弾性
体の表面粒子に楕円運動を行わしめる振動体と、該振動
体に押圧されて摩擦駆動される移動体を有する超音波モ
ータの駆動回路において、 振動体の一部に振動検出部を設け、該振動検出部に対し
て直列に接続されたインピーダンス素子を介して、該交
番電圧による信号を該振動検出部に重畳させることを特
徴とする超音波モータの駆動回路。 - 【請求項２】 重畳させる信号の大きさを調整するため
に、該振動検出部の持つ容量成分と該インピーダンス素
子の持つ容量成分の比が調整されていることを特徴とす
る請求項１に記載の超音波モータの駆動回路。 - 【請求項３】 重畳させる信号の大きさが共振周波数に
おける該振動検出部の出力電圧の１／２０乃至１／３の
範囲に入るように、該振動検出部の持つ容量成分と該イ
ンピーダンス素子の持つ容量成分の比が調整されている
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
回路。 - 【請求項４】 共振周波数における該振動検出部の出力
電圧と該交番電圧の大きさが等しくなるように設定した
場合に、該振動検出部の持つ容量成分と該インピーダン
ス素子の持つ容量成分の比が０．０５乃至０．５の範囲
に入るように調整されていることを特徴とする請求項３
記載の超音波モータの駆動回路。 - 【請求項５】 該インピーダンス素子を圧電素子で構成
したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載
の超音波モータの駆動回路。 - 【請求項６】 該インピーダンス素子が抵抗で構成され
ており、重畳させる信号の大きさを調整するために、該
振動検出部の持つ容量成分と該インピーダンス素子の持
つ抵抗の比が調整されていることを特徴とする請求項１
に記載の超音波モータの駆動回路。 - 【請求項７】 弾性体に配置された積層圧電素子に交番
電圧を印加することによって弾性体に振動モードを励振
させ、且つ該振動モードと直交する振動モードに適当な
時間位相差を持たせることにより弾性体の表面粒子に楕
円運動を行わしめる振動体と、該振動体に押圧されて摩
擦駆動される移動体を有する超音波モータの駆動回路に
おいて、該積層圧電素子は該交番電圧を印加する駆動部および振
動検出部を備えた圧電素子を積層化したものであり、該
交番電圧による信号を該振動検出部に重畳させるもので
あって、該交番電圧の信号の大きさを調整するために、
該駆動部と該振動検出部との間に生じる容量成分と該振
動検出部の持つ容量成分の比が調整されている ことを特
徴とする超音波モータの駆動回路。 - 【請求項８】 該積層圧電素子の各圧電素子の該駆動部
と該振動検出部はスルーホールが形成され、該積層圧電
素子の最上層にはスルーホールが露出しており、基板を
用いて該最上層のスルーホールに交番電圧を印加するこ
とを特徴とする請求項７に記載の超音波モータの駆動回
路。 - 【請求項９】 請求項１乃至８記載の超音波モータの駆
動回路により駆動される超音波モータを用いてレンズ鏡
筒を駆動するレンズ駆動装置を構成したことを特徴とす
る超音波モータの駆動回路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33530994A JP3402816B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 超音波モータの駆動回路 |
| US08/574,080 US5739621A (en) | 1994-12-22 | 1995-12-18 | Vibration type motor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33530994A JP3402816B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 超音波モータの駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08182357A JPH08182357A (ja) | 1996-07-12 |
| JP3402816B2 true JP3402816B2 (ja) | 2003-05-06 |
Family
ID=18287086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33530994A Expired - Lifetime JP3402816B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 超音波モータの駆動回路 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5739621A (ja) |
| JP (1) | JP3402816B2 (ja) |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3839898B2 (ja) * | 1997-04-21 | 2006-11-01 | キヤノン株式会社 | 振動型アクチュエータの駆動装置および振動型アクチュエータを駆動源とする装置 |
| AU6357298A (en) * | 1997-04-28 | 1998-10-29 | Ethicon Endo-Surgery, Inc. | Methods and devices for controlling the vibration of ultrasonic transmission components |
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