JP3790830B2 - Drive device for vibration wave motor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動モータの駆動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来の振動波モータの一般的な構成を示す図である。
図4(A)は、振動波モータ100の断面図であり、互いに接着されているロータ100−1及び摺動材100−2からなる移動子と、同様に互いに接着されている弾性体100−3及び振動体100−4からなる固定子とにより構成されている。これらの移動子と固定子は、不図示の加圧手段により加圧接触されて駆動される。
【0003】
図4(B)は、振動体100−4の電極の配置を示す平面図である。電極100−4a及び100−4bは、入力電極であり、これらの電極に振動波モータ毎に決まった周波数であって、相互に90゜あるいは270゜の位相差を持つ周波電圧が印加されることにより固定子が振動する。また、電極100−4cは、接地される共通電極である。一方、電極100−4dは、モニター電圧を取り出すことに使用される電極であるが、振動体100−4の振動には直接寄与しない電極である。
【0004】
図4(C)は、振動体100−4の入力電極100−4a、又は100−4bと接地電極間の等価回路を示したものである。図に示すように、等価回路は、自己容量C0 と、C0 と並列接続されたL、C、Rの直列共振回路で表される。
振動波モータの駆動量(回転速度)は、振動体等価回路のL、C、Rの直列共振回路に流れる電流(モーショナル電流)の値によって変化するものと考えられている。すなわち、振動体に印加する周波電圧を大きくするか、周波電圧の周波数をこの直列共振回路の共振周波数に近づけることにより電流値を大きくすることにより、大きな駆動量を得ることが可能となる。
【0005】
次に、従来の振動波モータ100の駆動装置について説明する。図5は、図4の振動波モータの駆動装置を示したブロック図である。
従来の振動波モータの駆動装置は、駆動周波数設定回路101と、移相回路102と、圧電体駆動回路103(103A、103B)等から構成されている。駆動周波数設定回路101は周波信号を出力する回路であり、その周波数は振動波モータごとに決められた駆動周波数に対応して設定され、その出力は、移相回路102に接続されている。移相回路102は、駆動周波数設定回路101の出力を90゜あるいは270゜だけ位相の異なった2つの周波信号を出力する回路であり、その出力は、圧電体駆動回路103(103A、103B)に接続されている。圧電体駆動回路103(103A、103B)は、移相回路102からの周波信号を増幅した正弦波電圧をそれぞれ振動体100−4の電極100−4a、100−4bに入力する回路である。振動体100−4は、正弦波電圧が入力されることにより励振され、移動子を駆動する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の振動波モータの駆動装置では、正弦波電圧を発生させて振動体の電極に印加する必要があるために、駆動装置の回路が複雑になり、また、駆動装置におけるエネルギーの損失が大きくなるという問題があった。
さらに、駆動装置の回路が複雑であることは、回路自体の体積の増大につながり、そのために振動波モータの携帯用機器への適用が困難となるという問題もあった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する電気/機械エネルギー変換素子の振動運動を利用して駆動する振動波モータの駆動装置において、電気/機械エネルギー変換素子に所定電圧を印加することにより電気エネルギーを供給する充電回路(10、11、14、15、16)と、電気エネルギーが供給された電気/機械エネルギー変換素子を誘導性素子を介して放電させることにより、電気/機械エネルギー変換素子において機械エネルギーを発生させる放電回路(12、13)と、
前記電気/機械エネルギー変換素子に、前記充電回路を接続した後に前記放電回路に接続し、前記電気/機械エネルギー変換素子と前記誘導性素子とで構成する回路により、前記電気/機械エネルギー変換素子に加わる電位が降下した後に上昇し放電開始時の電位に近づいたときに、再び前記充電回路を接続することを繰り返す制御回路(1、2、17)とを備えることを特徴とする。
【0008】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の振動波モータ駆動装置において、制御回路は、充電回路が電気/機械エネルギー変換素子に電圧を印加する電圧印加期間を少なくとも電気/機械エネルギー変換素子が充電されるのに必要とする充電時間より長い期間となるように充電制御信号を出力し、放電回路が、電気/機械エネルギー変換素子に作用する放電期間を前記エネルギー変換素子と誘導性素子とで構成する回路の共振振動の周期とほぼ等しい期間となるように放電制御信号を出力することを特徴とする。
【0009】
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の振動波モータの駆動装置において、制御回路が充電制御信号の出力期間を変化させることにより、電気/機械エネルギー変換素子の駆動量を変化させることを特徴とする。
【0010】
請求項4に係る発明は、請求項3に記載の振動波モータの駆動装置において、さらに、充電回路から電気/機械エネルギー変換素子に供給される電流を検出する電流検出回路(5)を有し、制御回路は、電流検出回路が検出する電流値が所定値以下となるように、充電制御信号の出力期間を制御することを特徴とする。
【0011】
請求項5に係る発明は、請求項3に記載の振動波モータの駆動装置において、さらに、充電回路が接続される直前の電気/機械エネルギー変換素子の電圧を検出する電圧検出部を有し、制御回路は、電圧検出部が検出する電圧値が所定値になる駆動周波数よりも高い駆動周波数で駆動されるように、充電制御信号の出力期間を制御することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明に係る実施形態について説明する。
図1は、本発明に係る振動波モータの駆動装置の実施形態を示す回路図、図2は、その動作を説明するための線図である。
【0013】
図1に示すように、本実施形態は、駆動信号発生器1、移相回路2、駆動回路3A及び3B、高圧電源10を有する。
駆動信号発生器1は、駆動回路3Aと移相回路2に接続されており、それぞれに周波信号Sa を出力する回路である。ここで、周波信号Sa は、図2(A)上段に示すような期間Ta を駆動サイクルとする論理信号である。なお、本実施形態では、Ta と振動体100−4の駆動周波数をfa とは、Ta =1/fa で与えられる関係を有する。
移相回路2は、駆動信号発生器1から出力された周波信号Sa を入力すると、それと位相が90°あるいは、270°異なる周波信号Sb を駆動回路3Bに出力する回路である。
【0014】
駆動回路3A及び3Bは、それぞれ振動体100−4の入力電極100−4a、4bに接続されており、駆動信号発生器1又は移相回路2より周波信号Sa 又はSb を受けると、振動体100−4へ駆動信号を出力する回路である。なお、本実施形態では、駆動回路3A及び3Bとして、回路構成が同一のものを用いている。よって、以下の説明では、駆動回路3Aについてのみその回路構成と動作を記述する。
【0015】
駆動回路3Aは、スイッチング素子11a及び12a、誘導性素子13a、抵抗14a及び15a、トランジスタ16a、位相反転器17a、並びに必要に応じて挿入されるダイオード等の整流素子18a及び19aから構成される。
スイッチング素子11aは、その一端が電流検出回路5を介して高圧電源10に接続されているとともに、他端が誘導性素子13aを介してスイッチング素子12aと接続されている。また、スイッチング素子12aは、誘導性素子13aを介してスイッチング素子11aと接続されているのと異なる一端が接地されている。なお、本実施形態では、スイッチング素子として例えばMOS型FETを用いたが、これは、特にMOS型FETに限定されるものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。
【0016】
振動体100−4の入力電極100−4aは、スイッチング素子11aと誘導性素子13aの接点Aに接続されている。一方、振動体100−4の入力電極100−4bは、駆動回路3B中のスイッチング素子11bと誘導性素子13bの接点Bに接続されている。
駆動信号発生器1より出力され、駆動回路3Aに入力した駆動信号Sa は、駆動回路3A内において2つに分岐される。分岐した一方の信号は、位相反転器17aを介してスイッチング素子12aに入力され、他方は、トランジスタ16aに入力される。
【0017】
スイッチング素子11aは、抵抗14a,15a,トランジスタ16aからなる回路の働きにより、駆動信号Sa が論理レベル”H”(充電制御信号)であるときのみ閉鎖、すなわち、スイッチONの状態となる。一方、スイッチング素子12aは、位相反転器17aからの信号により、駆動信号Sa が論理レベル”L”(放電制御信号)であるときにのみ閉鎖される。
【0018】
駆動信号Sa が論理レベル”H”であるときは、振動体の入力電極100−4aにスイッチング素子11aを介して高圧電源10の電圧Vd が印加される。これにより、振動体100−4内の等価静電容量には、電圧Vd が充電される。なお、充電に要する時間は、スイッチング素子のON抵抗値が小さいことから、Ta と比較して極めて短い。
一方、駆動信号Sa の論理レベル”L”である場合は、誘導性素子13aの一端は、スイッチング素子12aによって接地される。この結果、振動体100−4の等価静電容量と誘導性素子13aのインダクタンスによる電気的な共振振動が発生する。
【0019】
いま、図2(B)上段に示すように時刻t0 より、駆動信号Sa が論理レベル”L”の状態を保持するものと仮定すると、接点Aの電圧VA の変化は、同図下段に示す実線波形のように振動周期及び初期電位がそれぞれTr 、Vd であり、振幅中心が接地電位である減衰共振振動となる。ここで、振動周期Tr は、誘導性素子13aのインダクタンスの大きさ及び振動体の等価回路定数(L、C、R、C0 )によって決まると考えられる。
【0020】
本実施形態では、図2(A)上段に示すように、所定時間Tc だけ”H”であり、その後に上記振動周期Tr の1周期に相当する時間”L”となる周期Ta (Ta =Tc +Tr )の周波信号Sa を駆動回路3Aに入力した。このような周波信号Sa を用いることにより、駆動信号Sa が”H”となる瞬間の電源電圧Vdと接点Aの電圧VA の電圧差δVは最小となり、振動体の等価静電容量に充電される電荷量が最小となる。したがって、高圧電源10から駆動回路3Aを通して振動体に供給される平均電流は最小となる。
【0021】
以上のように、本実施形態では、駆動回路3Aより図2(A)下段に示すような周波電圧が振動体100−4の入力電極100−4aに印加される。一方、入力電極100−4aに印加される周波電圧とその位相のみが90゜あるいは270゜異る周波電圧が駆動回路3Bによって入力電極100−4bに印加される。これによって、弾性体100−3に進行波が形成され、移動子が駆動される。
【0022】
次に、本実施形態において、振動波モータの駆動量(回転速度)を調定する方法について説明する。
従来の技術において既に記述したように、振動波モータの駆動量を変化させる方法としては、振動体の入力電極に印加される周波電圧の電圧を増減させる方法(以下「第一の方法」という)と、周波電圧の周波数を増減させる方法(以下「第2の方法」という)とがある。本実施形態は、高圧電源10の電圧値Vdを変えることにより第1の方法を実現することが可能である。しかし、一般に出力電圧が可変である高圧電源は、回路構成が複雑となる等の欠点を有する。
【0023】
そこで、本実施形態では、第2の方法を用いて、振動波モータの駆動量を調定することとした。すなわち、駆動信号発生器1の発生周波数fを可変として、駆動信号Sa ,Sb の繰り返し周期Ta (=1/f)を変えることにより、振動体に印加される周波電圧の周波数を変化させるのである。
ここで、周期Ta のうち期間Tr は、電気的な振動周期によって決まり、任意に増減させることのできない期間である。よって、周期Ta の変化は、駆動周波数発生器1が出力する充電制御信号の出力期間、すなわち、駆動信号Sa が論理レベル”H”である期間Tc をTc =Ta −Tr の関係を満たすように変化させることにより実現する。ただし、期間Tc は、振動体の等価静電容量を充電するのに要する時間よりも長くなければならない。
【0024】
ここで、発明者は、例えば駆動周波数を30kHzから32kHzの範囲で変化させることにより、振動波モータの駆動量を停止から最大量まで調定できるという知見を実験的に得ている。これによれば、期間Tc の可変量はTa の約6%である。よって、上記充電時間をTa の4%程度と仮定した場合は、期間Tr がTa の90%以下となるよう適切なインダクタンスの値を有する誘導性素子13を選択すれば良いこととなる。
【0025】
次に、本実施形態を用いて駆動した振動波モータの駆動周波数特性について説明する。
図3は、駆動周波数fを高周波数fH から低周波数fL 方向に走査した場合における移動子の駆動量N(振動波モータの回転速度)、及び高圧電源から供給された電流値Id の変化を示す図である。振動波モータは、駆動周波数f0 より低い周波数で駆動を開始し、その駆動量Nは、周波数が低くなるほど大きくなる。また、駆動量Nは、さらに駆動周波数を低くすると、f2 において急激に低下する。これは、振動波モータに特有な現象であり、振動体の振動が過大となったために、その安定性が低下して生じる現象であると考えられている。
【0026】
一方、電流値Id は、駆動周波数fH 〜f1 (f2 <f1 )の範囲において大きな変化を示さず、小さな値にとどまるが、f1 より低周波数域において、駆動周波数の低下に伴い徐々に増加する。また、電流値Id は、さらに駆動周波数を低くすると、f2 以下で駆動量Nの低下に同期して初期の電流値に戻る。
このような電流値Id の周波数特性は、以下のように説明される。振動体のL、C、R直列共振回路に流れる電流(モーショナル電流)は、駆動周波数が低くなるに従い増大する。このために、接点Aにおける電圧VA が示す減衰共振振動は、図2(B)下段に点線で示す電圧波形のように、その減衰の度合を増大させる。この結果、駆動信号Saが論理レベル”H”となったときの電圧差δV(図2(A)参照)が増大し、充電するために電源より供給される電流値Id が大きくなるのである。
【0027】
上述のように、本実施形態では、大きな駆動量Nを得ようとして駆動周波数fを低下させ過ぎた場合に(f<f2 )、駆動量Nが急激に低下してしまうという不都合がある。この問題を回避するためには、駆動周波数fがf2 以下とならないように、その最低周波数を定める必要がある。しかしながら、周波数f2 は、温度等の条件によって変動するものであるために、その最低周波数は一概には決められない。そこで、本実施形態では、電流値Id が所定値Is を越えた場合に駆動周波数fをそれ以下の値に低下させないこととした。
具体的には、駆動周波数fをfH より徐々に低下させながら駆動量Nを増加させ、高圧電源10と振動波モータ100の間に接続された電流検出回路5により、高圧電源10から振動波モータ100へ供給される電流の値Id をモニタする。電流検出回路5がId が所定値Is を越えた(Id ≧Is )ことを検出したときは、駆動周波数発生器1は、そのときの駆動周波数fs 以上の周波数で振動波モータを駆動すべく、充電制御信号の出力期間(Tc )を制御する。これにより、駆動量Nの急激な低下を防止することが可能となる。
【0028】
以上説明したように、本実施形態の駆動装置は、駆動周波数発生器が出力する矩形波の論理信号に基づいて、振動体に所定電圧を印加することにより電気エネルギーを供給し、その後に振動体を誘導性素子を介して放電させることを周期的に繰り返し行う。ここで、振動体は誘導性素子を介して放電されるので、駆動周波数発生器が出力する信号が矩形であるにも関わらず、振動体には、誘導性素子のインダクタンスと振動体の等価回路定数から定まる共振周波数に従って正弦波状の振動電圧が印される。これにより、振動体において電気エネルギーの機械エネルギーへの変換が生じ、振動波モータが駆動する。従って、本実施形態では、振動体を振動運動させるために、駆動装置自身が正弦波状の信号を出力する必要がなく、これにより、駆動周波数発生器の回路構成を簡単でコンパクトなものとすることが可能となっている。
【0029】
また、本実施形態では、振動体を放電させている期間、すなわち、駆動信号Saが論理レベル”L”である期間を誘導性素子のインダクタンスと振動体の等価回路定数から定まる共振周波数に一致させている。これより、振動体を再度充電する際に、振動体に供給する電流量を最小限に抑制することができ、この点からも振動波モータの駆動効率を向上させている。
【0030】
一方、駆動装置が振動体を充電する期間は、上記放電期間と異なり、誘導性素子と振動体の共振周波数と無関係に設定することが可能である。そこで、本実施形態は、この特性に着目し、充電期間を増減させることにより振動体の振動周波数を変化させ、もって、振動波モータの駆動量を容易に調定することを可能としている。
また、本実施形態の駆動装置は、さらに高圧電源から振動体へ供給される電流量を電流検出回路によってモニターし、その電流値が所定値以上とならないように振動波モーターを駆動する周波数を調整することとしたので、この種の振動波モータに特有の現象である急激な駆動量の低下を未然に防止することが可能となっている。
【0031】
(その他の実施形態)
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0032】
例えば、上記実施形態では、円環型の振動波モータについて説明をしたが、本発明に係る技術的思想は、リニア型の振動波モータに対して適用することも可能である。
また、上記実施形態では、振動波モータの安定な駆動を保証するために、電流検出回路を用い、高圧電源から振動体へ供給される電流値をモニターしている。これは、電流値Id の代わりに期間Tc の直前の振動電圧と電源電圧Vd の電圧差δV,あるいは期間Tc の直前の振動電圧値を直接モニタすることであってもよい。この場合は、電圧検出回路を振動波モータ100の電極100−4aに接続し、検出された電圧値が所定値に達したときの周波数をfs とし、振動波モータの駆動周波数がfs 以下とならないように充電制御信号の出力期間(Tc )を適切に調整する。
【0033】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、請求項1又は請求項2に係る発明によれば、回路構成が簡単であり、エネルギー効率のよい振動波モータの駆動装置を提供することが可能となった。
また、請求項3に係る発明によれば、振動波モータの駆動量を容易に制御できる振動波モータの駆動装置を提供することが可能となった。
さらに、請求項4又は請求項5に係る発明によれば、振動波モータを常時安定な状態において駆動できる振動波モータの駆動装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る振動波モータの駆動装置の実施形態を示す回路図である。
【図2】図1に示す実施形態の動作を説明する線図である。
【図3】図1に示す実施形態により駆動される振動波モータの駆動量と供給電流の駆動周波数特性を示す図である。
【図4】従来の振動波モータの一般的な構成を示す図である。
【図5】従来の振動波モータの駆動装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 駆動周波数発生器 2 移相器
5 電流検出回路
10 高圧電源 11,12 スイッチング素子
13 誘導性素子 14,15 抵抗
16 トランジスタ 17 位相反転器
18,19 整流素子 100 振動体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive device for a vibration wave motor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a diagram showing a general configuration of a conventional vibration wave motor.
FIG. 4A is a cross-sectional view of the vibration wave motor 100, and a moving element composed of a rotor 100-1 and a sliding material 100-2 bonded to each other, and an elastic body 100 − similarly bonded to each other. 3 and a stator composed of the vibrating body 100-4. These movers and stators are driven by being brought into pressure contact with pressure means (not shown).
[0003]
FIG. 4B is a plan view showing the arrangement of electrodes of the vibrating body 100-4. The electrodes 100-4a and 100-4b are input electrodes, and a frequency voltage having a frequency determined for each vibration wave motor and having a phase difference of 90 ° or 270 ° is applied to these electrodes. Causes the stator to vibrate. The electrode 100-4c is a common electrode that is grounded. On the other hand, the electrode 100-4d is an electrode used for taking out the monitor voltage, but does not directly contribute to the vibration of the vibrating body 100-4.
[0004]
FIG. 4C shows an equivalent circuit between the input electrode 100-4a or 100-4b of the vibrating body 100-4 and the ground electrode. As shown in the drawing, the equivalent circuit is represented by a self-capacitance C 0 and a series resonance circuit of L, C, and R connected in parallel with C 0 .
The driving amount (rotational speed) of the vibration wave motor is considered to change depending on the value of the current (motional current) flowing through the series resonance circuit of L, C, and R of the vibration body equivalent circuit. That is, a large driving amount can be obtained by increasing the current value by increasing the frequency voltage applied to the vibrating body or by bringing the frequency of the frequency voltage close to the resonance frequency of the series resonance circuit.
[0005]
Next, a driving device for the conventional vibration wave motor 100 will be described. FIG. 5 is a block diagram showing a driving device of the vibration wave motor of FIG.
A conventional vibration wave motor driving apparatus includes a driving frequency setting circuit 101, a phase shift circuit 102, a piezoelectric body driving circuit 103 (103A, 103B), and the like. The drive frequency setting circuit 101 is a circuit that outputs a frequency signal, and the frequency is set corresponding to the drive frequency determined for each vibration wave motor, and the output is connected to the phase shift circuit 102. The phase shift circuit 102 is a circuit that outputs two frequency signals whose phases are different from each other by 90 ° or 270 ° from the output of the drive frequency setting circuit 101, and outputs the same to the piezoelectric body drive circuit 103 (103A, 103B). It is connected. The piezoelectric body drive circuit 103 (103A, 103B) is a circuit that inputs a sine wave voltage obtained by amplifying the frequency signal from the phase shift circuit 102 to the electrodes 100-4a and 100-4b of the vibrating body 100-4. The vibrating body 100-4 is excited by the input of a sine wave voltage, and drives the moving element.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional vibration wave motor driving device described above, a sinusoidal voltage must be generated and applied to the electrode of the vibrating body, which complicates the circuit of the driving device and reduces the energy of the driving device. There was a problem that the loss increased.
Furthermore, the complexity of the circuit of the driving device leads to an increase in the volume of the circuit itself, which makes it difficult to apply the vibration wave motor to portable devices.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, an invention according to claim 1 is directed to a vibration wave motor driving apparatus that drives using an oscillating motion of an electric / mechanical energy conversion element that converts electric energy into mechanical energy. / Charging circuit (10, 11, 14, 15, 16) for supplying electrical energy by applying a predetermined voltage to the mechanical energy conversion element, and an inductive element for the electrical / mechanical energy conversion element supplied with the electrical energy A discharge circuit (12, 13) for generating mechanical energy in the electrical / mechanical energy conversion element by discharging through
The electrical / mechanical energy conversion element is connected to the discharge circuit after the charging circuit is connected to the electrical / mechanical energy conversion element, and the electrical / mechanical energy conversion element is connected to the discharge circuit. when applied potential approaches the elevated potential at the start of discharging after the drop, characterized in that it comprises a number of recurrence control circuit (1,2,17) to re-connect the charging circuit.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the vibration wave motor drive device according to the first aspect, the control circuit has at least a voltage application period during which the charging circuit applies a voltage to the electric / mechanical energy conversion element. The charging control signal is output so that the charging time is longer than the charging time required for charging, and the discharging period of the discharging circuit acting on the electrical / mechanical energy converting element is determined by the energy converting element and the inductive element. The discharge control signal is output so as to have a period substantially equal to the period of the resonance vibration of the circuit constituted by:
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the vibration wave motor drive device according to the second aspect, the control circuit changes the drive period of the electrical / mechanical energy conversion element by changing the output period of the charge control signal. It is characterized by.
[0010]
The invention according to claim 4 is the vibration wave motor drive device according to claim 3, further comprising a current detection circuit (5) for detecting a current supplied from the charging circuit to the electrical / mechanical energy conversion element. The control circuit controls the output period of the charge control signal so that the current value detected by the current detection circuit is less than or equal to a predetermined value.
[0011]
The invention according to claim 5 is the vibration wave motor drive device according to claim 3, further comprising a voltage detector that detects the voltage of the electrical / mechanical energy conversion element immediately before the charging circuit is connected, The control circuit controls the output period of the charging control signal so that the voltage value detected by the voltage detection unit is driven at a driving frequency higher than a driving frequency at which the voltage value is a predetermined value.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a vibration motor driving apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining the operation thereof.
[0013]
As shown in FIG. 1, the present embodiment includes a drive signal generator 1, a phase shift circuit 2, drive circuits 3 </ b> A and 3 </ b> B, and a high-voltage power supply 10.
The drive signal generator 1 is connected to the drive circuit 3A and the phase shift circuit 2 and outputs a frequency signal Sa to each of them. Here, frequency signal S a is a logic signal to the driving cycle period T a, as shown in FIG. 2 (A) the upper. In the present embodiment, the f a driving frequency of the vibration body 100-4 and T a, having a relationship given by T a = 1 / f a.
Phase shift circuit 2 inputs the frequency signal S a which is output from the drive signal generator 1, the same phase 90 ° or a circuit for outputting the 270 ° different frequency signals S b to the drive circuit 3B.
[0014]
The drive circuits 3A and 3B are respectively connected to the input electrodes 100-4a and 4b of the vibrating body 100-4. When receiving the frequency signal S a or S b from the drive signal generator 1 or the phase shift circuit 2, the drive circuits 3A and 3B vibrate. This circuit outputs a drive signal to the body 100-4. In the present embodiment, the drive circuits 3A and 3B having the same circuit configuration are used. Therefore, in the following description, the circuit configuration and operation of only the drive circuit 3A will be described.
[0015]
The drive circuit 3A includes switching elements 11a and 12a, an inductive element 13a, resistors 14a and 15a, a transistor 16a, a phase inverter 17a, and rectifier elements 18a and 19a such as diodes inserted as necessary.
One end of the switching element 11a is connected to the high-voltage power supply 10 via the current detection circuit 5, and the other end is connected to the switching element 12a via the inductive element 13a. The switching element 12a is grounded at one end different from that connected to the switching element 11a via the inductive element 13a. In the present embodiment, for example, a MOS type FET is used as a switching element. However, this is not particularly limited to a MOS type FET, and other switching elements may be used.
[0016]
The input electrode 100-4a of the vibrating body 100-4 is connected to the contact A between the switching element 11a and the inductive element 13a. On the other hand, the input electrode 100-4b of the vibrating body 100-4 is connected to the contact B of the switching element 11b and the inductive element 13b in the drive circuit 3B.
Drive signal output from the generator 1, the drive signal S a inputted to the drive circuit 3A is split into two in the driving circuit 3A. One of the branched signals is input to the switching element 12a via the phase inverter 17a, and the other is input to the transistor 16a.
[0017]
The switching element 11a is closed, that is, is switched on only when the drive signal Sa is at the logic level “H” (charge control signal) due to the action of the circuit including the resistors 14a and 15a and the transistor 16a. On the other hand, the switching element 12a is closed only when the drive signal Sa is at the logic level “L” (discharge control signal) by the signal from the phase inverter 17a.
[0018]
When the drive signal S a is at logic level "H", the voltage V d of the high-voltage power source 10 is applied through the switching element 11a to the input electrode 100-4a of the vibration body. Accordingly, the equivalent capacitance of the vibration body 100-4, the voltage V d is charged. The time required for charging, since the ON resistance of the switching element is small, a very short compared to T a.
On the other hand, if a logic level "L" of the drive signals S a, one end of the inductive element 13a is grounded by the switching element 12a. As a result, an electrical resonance vibration is generated due to the equivalent capacitance of the vibrating body 100-4 and the inductance of the inductive element 13a.
[0019]
Now, from time t 0, as shown in FIG. 2 (B) the upper, when the driving signal S a is assumed to hold the state of the logical level "L", the change of the voltage V A of the contact A is drawing the lower As shown by the solid line waveform in FIG. 2, the oscillation period and the initial potential are T r and V d , respectively, and the damped resonance vibration has the amplitude center at the ground potential. Here, it is considered that the vibration period T r is determined by the magnitude of the inductance of the inductive element 13a and the equivalent circuit constant (L, C, R, C 0 ) of the vibrating body.
[0020]
In the present embodiment, as shown in the upper part of FIG. 2 (A), the period T a (which is “H” for a predetermined time T c and thereafter becomes “L” corresponding to one period of the vibration period T r. A frequency signal S a of T a = T c + T r ) was input to the drive circuit 3A. By using such a frequency signal S a , the voltage difference δV between the power supply voltage Vd at the moment when the drive signal S a becomes “H” and the voltage V A at the contact A is minimized, and the equivalent capacitance of the vibrating body is reduced. The amount of charge to be charged is minimized. Therefore, the average current supplied from the high-voltage power supply 10 to the vibrating body through the drive circuit 3A is minimized.
[0021]
As described above, in the present embodiment, the frequency voltage as shown in the lower part of FIG. 2A is applied from the drive circuit 3A to the input electrode 100-4a of the vibrating body 100-4. On the other hand, the frequency voltage applied to the input electrode 100-4a and the frequency voltage whose phase is different by 90 ° or 270 ° are applied to the input electrode 100-4b by the drive circuit 3B. As a result, a traveling wave is formed in the elastic body 100-3, and the moving element is driven.
[0022]
Next, a method for adjusting the drive amount (rotational speed) of the vibration wave motor in this embodiment will be described.
As already described in the prior art, as a method of changing the drive amount of the vibration wave motor, a method of increasing or decreasing the voltage of the frequency voltage applied to the input electrode of the vibrating body (hereinafter referred to as “first method”). And a method of increasing or decreasing the frequency of the frequency voltage (hereinafter referred to as “second method”). In the present embodiment, the first method can be realized by changing the voltage value Vd of the high-voltage power supply 10. However, a high-voltage power supply whose output voltage is generally variable has drawbacks such as a complicated circuit configuration.
[0023]
Therefore, in the present embodiment, the driving amount of the vibration wave motor is adjusted using the second method. That is, by changing the frequency f of the drive signal generator 1 and changing the repetition period T a (= 1 / f) of the drive signals S a and S b , the frequency voltage frequency applied to the vibrator is changed. To make it happen.
Here, the period T r of the period T a is determined by the electrical oscillation period is a period that can not be arbitrarily increased or decreased. Therefore, the change of the cycle T a is the output period of the charge control signal output from the drive frequency generator 1, that is, the period T c where the drive signal Sa is at the logic level “H”, T c = T a −T r This is realized by changing so as to satisfy the relationship. However, the period T c must be longer than the time required to charge the equivalent capacitance of the vibrator.
[0024]
Here, the inventor has experimentally obtained the knowledge that the drive amount of the vibration wave motor can be adjusted from the stop to the maximum amount by changing the drive frequency in the range of 30 kHz to 32 kHz, for example. According to this, the variable amount of the period T c is about 6% of T a . Therefore, if it is assumed the charge time 4% of T a, so that the period T r may be selected inductive element 13 having an appropriate inductance value of so as to be 90% or less of the T a .
[0025]
Next, the drive frequency characteristic of the vibration wave motor driven using this embodiment will be described.
FIG. 3 shows the drive amount N of the moving element (rotational speed of the vibration wave motor) when the drive frequency f is scanned from the high frequency f H to the low frequency f L , and the current value I d supplied from the high-voltage power supply. It is a figure which shows a change. The vibration wave motor starts driving at a frequency lower than the driving frequency f 0 , and the driving amount N increases as the frequency decreases. Further, the drive amount N rapidly decreases at f 2 when the drive frequency is further lowered. This is a phenomenon peculiar to a vibration wave motor, and is considered to be a phenomenon that occurs due to a decrease in stability due to excessive vibration of a vibrating body.
[0026]
On the other hand, the current value I d does not show a large change in the range of the drive frequency f H to f 1 (f 2 <f 1 ) and remains small, but the drive frequency decreases in a frequency range lower than f 1. Increasing gradually. Further, when the drive frequency is further lowered, the current value I d returns to the initial current value in synchronization with the decrease in the drive amount N at f 2 or less.
Such a frequency characteristic of the current value I d is described as follows. The current (motional current) flowing through the L, C, R series resonance circuit of the vibrating body increases as the drive frequency decreases. For this reason, the damped resonance vibration indicated by the voltage V A at the contact A increases the degree of attenuation as shown by a voltage waveform indicated by a dotted line in the lower part of FIG. As a result, the voltage difference δV (see FIG. 2A) when the drive signal Sa becomes the logic level “H” increases, and the current value I d supplied from the power source for charging increases. .
[0027]
As described above, in the present embodiment, when the drive frequency f is decreased too much in order to obtain a large drive amount N (f <f 2 ), the drive amount N is rapidly decreased. In order to avoid this problem, it is necessary to determine the minimum frequency so that the drive frequency f does not become f 2 or less. However, since the frequency f 2 varies depending on conditions such as temperature, the minimum frequency cannot be determined unconditionally. Therefore, in this embodiment, it was decided that the current value I d is not to lower the driving frequency f to the lower value when exceeding the predetermined value I s.
Specifically, the drive amount N is increased while gradually decreasing the drive frequency f from f H, and the vibration wave is generated from the high voltage power supply 10 by the current detection circuit 5 connected between the high voltage power supply 10 and the vibration wave motor 100. The current value I d supplied to the motor 100 is monitored. When the current detection circuit 5 detects that I d exceeds the predetermined value I s (I d ≧ I s ), the drive frequency generator 1 generates a vibration wave motor at a frequency equal to or higher than the drive frequency f s at that time. Is controlled, the output period (T c ) of the charge control signal is controlled. Thereby, it is possible to prevent the drive amount N from rapidly decreasing.
[0028]
As described above, the driving device of the present embodiment supplies electric energy by applying a predetermined voltage to the vibrating body based on the rectangular wave logic signal output from the driving frequency generator, and then the vibrating body. Is periodically and repeatedly discharged through the inductive element. Here, since the vibrating body is discharged via the inductive element, the inductance of the inductive element and the equivalent circuit of the vibrating body are included in the vibrating body even though the signal output from the drive frequency generator is rectangular. oscillating voltage of sinusoidal are marked pressurized accordance resonance frequency determined from the constants. Thereby, conversion of electric energy into mechanical energy occurs in the vibrating body, and the vibration wave motor is driven. Therefore, in this embodiment, it is not necessary for the driving device itself to output a sinusoidal signal in order to cause the vibrating body to vibrate, thereby making the circuit configuration of the driving frequency generator simple and compact. Is possible.
[0029]
In this embodiment, the period during which the vibrating body is discharged, that is, the period during which the drive signal Sa is at the logic level “L” is made to coincide with the resonance frequency determined from the inductance of the inductive element and the equivalent circuit constant of the vibrating body. ing. As a result, when the vibrating body is charged again, the amount of current supplied to the vibrating body can be minimized, and the driving efficiency of the vibration wave motor is also improved from this point.
[0030]
On the other hand, the period during which the driving device charges the vibrating body can be set independently of the resonance frequency of the inductive element and the vibrating body, unlike the discharge period. In view of this, the present embodiment pays attention to this characteristic and makes it possible to easily adjust the driving amount of the vibration wave motor by changing the vibration frequency of the vibrating body by increasing or decreasing the charging period.
In addition, the driving device of the present embodiment further monitors the amount of current supplied from the high-voltage power source to the vibrating body by a current detection circuit, and adjusts the frequency for driving the vibration wave motor so that the current value does not exceed a predetermined value. Therefore, it is possible to prevent a sudden decrease in the driving amount, which is a phenomenon peculiar to this type of vibration wave motor.
[0031]
(Other embodiments)
In addition, this invention is not limited to the said embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0032]
For example, in the above-described embodiment, an annular vibration wave motor has been described. However, the technical idea according to the present invention can also be applied to a linear vibration wave motor.
In the above embodiment, in order to ensure stable driving of the vibration wave motor, a current detection circuit is used to monitor the current value supplied from the high voltage power source to the vibrating body. This may be to directly monitor the voltage difference δV between the oscillating voltage and the power supply voltage V d just before the period T c or the oscillating voltage value just before the period T c instead of the current value I d . In this case, the voltage detection circuit is connected to the electrode 100-4a of the vibration wave motor 100, the frequency when the detected voltage value reaches a predetermined value is f s, and the drive frequency of the vibration wave motor is less than f s. The output period (T c ) of the charge control signal is appropriately adjusted so as not to occur.
[0033]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the invention according to claim 1 or claim 2, it is possible to provide a drive device for a vibration wave motor having a simple circuit configuration and high energy efficiency.
According to the third aspect of the present invention, it is possible to provide a vibration wave motor drive device that can easily control the drive amount of the vibration wave motor.
Furthermore, according to the invention which concerns on Claim 4 or Claim 5, it became possible to provide the drive device of the vibration wave motor which can drive a vibration wave motor in the always stable state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a vibration wave motor driving apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a drive amount characteristic of a vibration wave motor driven by the embodiment shown in FIG. 1 and a drive frequency characteristic of a supply current.
FIG. 4 is a diagram showing a general configuration of a conventional vibration wave motor.
FIG. 5 is a block diagram showing a conventional vibration wave motor driving apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive frequency generator 2 Phase shifter 5 Current detection circuit 10 High voltage power supply 11, 12 Switching element 13 Inductive element 14, 15 Resistance 16 Transistor 17 Phase inverter 18, 19 Rectifier 100 Vibration body

Claims (5)

電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する電気/機械エネルギー変換素子の振動運動を利用して駆動する振動モータの駆動装置において、
前記電気/機械エネルギー変換素子に所定電圧を印加することにより電気エネルギーを供給する充電回路と、
電気エネルギーが供給された前記電気/機械エネルギー変換素子を誘導性素子を介して放電させることにより、前記電気/機械エネルギー変換素子において機械エネルギーを発生させる放電回路と、
前記電気/機械エネルギー変換素子に、前記充電回路を接続した後に前記放電回路に接続し、前記電気/機械エネルギー変換素子と前記誘導性素子とで構成する回路により、前記電気/機械エネルギー変換素子に加わる電位が降下した後に上昇し放電開始時の電位に近づいたときに、再び前記充電回路を接続することを繰り返す制御回路と、
を備えることを特徴とする振動モータの駆動装置。
In a drive device for a vibration wave motor that drives using the vibration motion of an electrical / mechanical energy conversion element that converts electrical energy into mechanical energy,
A charging circuit for supplying electrical energy by applying a predetermined voltage to the electrical / mechanical energy conversion element;
A discharge circuit for generating mechanical energy in the electric / mechanical energy conversion element by discharging the electric / mechanical energy conversion element supplied with electric energy through an inductive element;
The electrical / mechanical energy conversion element is connected to the discharge circuit after the charging circuit is connected to the electrical / mechanical energy conversion element, and the electrical / mechanical energy conversion element is connected to the discharge circuit. when applied potential approaches the elevated potential at the start of discharging after the drop, and a control circuit to repeat that again connecting the charging circuit,
A drive device for a vibration wave motor, comprising:
請求項1に記載の振動モータ駆動装置において、
前記制御回路は、前記充電回路が前記電気/機械エネルギー変換素子に電圧を印加する電圧印加期間を少なくとも前記電気/機械エネルギー変換素子が充電されるのに必要とする充電時間より長い期間となるように充電制御信号を出力し、
前記放電回路が、前記電気/機械エネルギー変換素子に作用する放電期間を前記エネルギー変換素子と前記誘導性素子とで構成する回路の共振振動の周期とほぼ等しい期間となるように放電制御信号を出力する、
ことを特徴とする振動モータの駆動装置。
In the vibration wave motor drive device according to claim 1,
The control circuit is configured so that a voltage application period in which the charging circuit applies a voltage to the electric / mechanical energy conversion element is longer than at least a charging time required for charging the electric / mechanical energy conversion element. Output a charge control signal to
The discharge circuit outputs a discharge control signal so that a discharge period acting on the electrical / mechanical energy conversion element is substantially equal to a period of resonance vibration of a circuit constituted by the energy conversion element and the inductive element. To
A drive device for a vibration wave motor.
請求項2に記載の振動モータの駆動装置において、
前記制御回路が充電制御信号の出力期間を変化させることにより、前記電気/機械エネルギー変換素子の駆動量を変化させる、
ことを特徴とする振動モータの駆動装置。
In the drive device of the vibration wave motor according to claim 2,
The control circuit changes the drive amount of the electrical / mechanical energy conversion element by changing the output period of the charge control signal,
A drive device for a vibration wave motor.
請求項3に記載の振動モータの駆動装置において、
さらに、前記充電回路から前記電気/機械エネルギー変換素子に供給される電流を検出する電流検出回路を有し、
前記制御回路は、前記電流検出回路が検出する電流値が所定値以下となるように、前記充電制御信号の出力期間を制御する、
ことを特徴とする振動モータの駆動装置。
In the drive device of the vibration wave motor according to claim 3,
And a current detection circuit for detecting a current supplied from the charging circuit to the electrical / mechanical energy conversion element,
The control circuit controls an output period of the charge control signal so that a current value detected by the current detection circuit is a predetermined value or less;
A drive device for a vibration wave motor.
請求項3に記載の振動モータの駆動装置において、
さらに、前記充電回路が接続される直前の前記電気/機械エネルギー変換素子の電圧を検出する電圧検出部を有し、
前記制御回路は、前記電圧検出部が検出する電圧値が所定値になる駆動周波数よりも高い駆動周波数で駆動されるように、前記充電制御信号の出力期間を制御する、
ことを特徴とする振動モータの駆動装置。
In the drive device of the vibration wave motor according to claim 3,
Furthermore, it has a voltage detector for detecting the voltage of the electrical / mechanical energy conversion element immediately before the charging circuit is connected,
The control circuit controls an output period of the charge control signal so that the voltage value detected by the voltage detection unit is driven at a drive frequency higher than a drive frequency at which the voltage value is a predetermined value.
A drive device for a vibration wave motor.
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