JP4331631B2 - Ultrasonic motor condition monitoring device - Google Patents
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Description
本発明は、超音波モータ状態モニタリング装置に関し、詳しくは、超音波モータの安定駆動を阻害する不安定事象の発生を警告するための超音波モータ状態モニタリング装置に係わる。 The present invention relates to an ultrasonic motor condition monitoring apparatus, and more particularly to an ultrasonic motor condition monitoring apparatus for warning the occurrence of an unstable event that inhibits stable driving of an ultrasonic motor.
近年、低速域での高トルク性能や駆動時の静粛性に優れたモータとして、超音波モータが注目されている。 In recent years, ultrasonic motors have attracted attention as motors with high torque performance at low speeds and excellent quietness during driving.
一般に、超音波モータは、互いに振動方向が異なる複数の圧電振動子を積層してなる固定子(ステータ)と、この固定子上に与圧を付与された状態で載置された回転子(ロータ)とを有して構成される。この種の超音波モータにおける固定子の圧電振動子に、周波数が等しく位相が異なる駆動用交流電圧を印加すると、各圧電振動子に固有振動が励起されて超音波が発生し、この超音波に伴う固定子の共鳴振動により、当該固定子上に密着して載置された回転子が右又は左方向に回転するようになる。 In general, an ultrasonic motor includes a stator (stator) formed by laminating a plurality of piezoelectric vibrators having different vibration directions, and a rotor (rotor) placed in a state where pressure is applied to the stator. ). When a driving AC voltage having the same frequency and different phase is applied to the piezoelectric vibrator of the stator in this type of ultrasonic motor, a natural vibration is excited in each piezoelectric vibrator and an ultrasonic wave is generated. The accompanying resonance vibration of the stator causes the rotor placed in close contact with the stator to rotate in the right or left direction.
なお、上記超音波モータの更なる詳細については、例えば下記の非特許文献1に開示されている。
しかしながら、上述した超音波モータは、その原理構成上、駆動中に発熱しやすく、その特性も短時間のうちに著しく変化するという欠点がある。しかも、このような発熱や特性変化の状態を超音波モータの外観から視覚的に判断することは、実際上不可能であるため、当該超音波モータが危険な状態に陥ったことに気付かないまま、それを破壊に至らしめてしまうことが頻繁に生じる。 However, the above-described ultrasonic motor has a drawback that due to its principle configuration, it easily generates heat during driving, and its characteristics change remarkably in a short time. Moreover, since it is practically impossible to visually determine the state of such heat generation or characteristic change from the appearance of the ultrasonic motor, it remains unaware that the ultrasonic motor has fallen into a dangerous state. It often happens that it leads to destruction.
また、実際に超音波モータを機械製品に組み込む場合、その多くは、当該機械製品の構造部材により殆ど隠蔽された状態で使用されるため、当該超音波モータの状態を外部から視覚的に確認すること自体、極めて困難である。 In addition, when an ultrasonic motor is actually incorporated into a mechanical product, most of the ultrasonic motor is used in a state of being almost concealed by a structural member of the mechanical product, so the state of the ultrasonic motor is visually confirmed from the outside. As such, it is extremely difficult.
ここにおいて、本発明の解決すべき主要な目的は、次のとおりである。 Here, the main objects to be solved by the present invention are as follows.
即ち、本発明の第1の目的は、超音波モータの安定駆動を阻害する発熱その他の不安定事象の発生を聴覚的に警告することの可能な超音波モータ状態モニタリング装置を提供せんとするものである。 That is, the first object of the present invention is to provide an ultrasonic motor condition monitoring device capable of audibly warning the occurrence of heat generation and other unstable events that hinder the stable drive of the ultrasonic motor. It is.
本発明の第2の目的は、超音波モータの性能を低下させることなく上記不安定事象の発生警告を確実に行うことの可能な超音波モータ超音波モータ状態モニタリング装置を提供せんとするものである。 The second object of the present invention is to provide an ultrasonic motor ultrasonic motor state monitoring device capable of reliably performing the occurrence of the unstable event without degrading the performance of the ultrasonic motor. is there.
本発明の他の目的は、明細書、図面、特に特許請求の範囲の各請求項の記載から、自ずと明らかとなろう。 Other objects of the present invention will become apparent from the specification, drawings, and particularly the description of each claim.
本発明装置においては、不安定事象の発生の判断指標となる物理量を計測する物理量センサと、不安定事象の発生時に放音すべき警告音を示す音響信号を記憶する音響信号記憶手段と、前記物理量センサで計測された物理量の値が閾値を上回ったときに前記音響信号記憶手段から警告音に関する音響信号を読み出す音響信号読出制御手段と、その音響信号により駆動用交流電圧を変調して被変調波信号を得る変調手段とを具備させ、その被変調波信号が超音波モータの圧電振動子に印加されて超音波が放出されたときに、当該超音波モータ自身に、超音波の自己復調現象により被変調波信号から直接復調される警告音を放音させる、という特徴的構成手段を講じる。 In the device of the present invention, a physical quantity sensor that measures a physical quantity that is a determination index of occurrence of an unstable event, an acoustic signal storage unit that stores an acoustic signal indicating a warning sound to be emitted when an unstable event occurs, An acoustic signal read control means for reading out an acoustic signal related to a warning sound from the acoustic signal storage means when the value of the physical quantity measured by the physical quantity sensor exceeds a threshold, and modulated by modulating the driving AC voltage using the acoustic signal A modulation means for obtaining a wave signal, and when the modulated wave signal is applied to a piezoelectric vibrator of the ultrasonic motor and an ultrasonic wave is emitted, the ultrasonic motor itself has an ultrasonic self-demodulation phenomenon. The characteristic constitution means for emitting the warning sound directly demodulated from the modulated wave signal is taken.
さらに、具体的詳細に述べると、当該課題の解決では、本発明が次に列挙する上位概念から下位概念に亙る新規な特徴的構成手段を採用することにより、前記目的を達成するよう為される。 More specifically, in order to solve the problem, the present invention achieves the above-mentioned object by adopting a new characteristic configuration means ranging from the superordinate concept listed below to the subordinate concept. .
即ち、本発明装置の第1の特徴は、超音波モータを構成する圧電振動子に駆動用交流電圧が印加されているときに、当該超音波モータの安定駆動を阻害する不安定事象の発生を聴覚的に警告するための超音波モータ状態モニタリング装置であって、前記超音波モータに対して設置され、前記不安定事象の発生の判断指標となる物理量を定常的に計測する物理量センサと、前記不安定事象の発生時に放音すべき警告音を示す音響信号を事前に記憶する音響信号記憶手段と、前記物理量センサで計測された前記物理量の値が当該物理量に関して事前に設定された閾値を上回ったときに、前記音響信号記憶手段から該当する前記音響信号を読み出す音響信号読出制御手段と、この音響信号読出制御手段により読み出された前記音響信号により前記駆動用交流電圧を所定の方式で変調して被変調波信号を得る変調手段とを有してなり、前記超音波モータは、当該変調手段で得られた前記被変調波信号が前記圧電振動子に印加されたときに、当該超音波モータから放出される超音波の自己復調現象により、前記音響信号の電気的復調の過程を経ることなく当該被変調波信号から直接復調される前記警告音を外部に放音するよう機能し、前記物理量センサは、前記駆動用交流電圧により生じる電流を計測する電流センサ、前記超音波モータの温度を計測する温度センサ、当該超音波モータの回転速度を計測する回転速度センサ、及び当該超音波モータの回転角度を計測する回転角度センサのうち2以上を含んでなり、前記警告音を示す前記音響信号は、当該2以上の物理量センサにより計測される前記物理量の種類を聴覚的に識別可能な相異なる2以上の音響内容からなる、超音波モータ状態モニタリング装置の構成採用にある。 That is, the first feature of the device of the present invention is that when an AC voltage for driving is applied to the piezoelectric vibrator constituting the ultrasonic motor, an unstable event that inhibits stable driving of the ultrasonic motor is generated. An ultrasonic motor state monitoring device for audibly warning, a physical quantity sensor that is installed on the ultrasonic motor and steadily measures a physical quantity that serves as a determination index for occurrence of the unstable event; and Acoustic signal storage means for storing in advance an acoustic signal indicating a warning sound to be emitted when an unstable event occurs, and the value of the physical quantity measured by the physical quantity sensor exceeds a threshold set in advance for the physical quantity. The acoustic signal reading control means for reading out the corresponding acoustic signal from the acoustic signal storage means, and the driving by the acoustic signal read by the acoustic signal reading control means. Modulation means for modulating the AC voltage for use in a predetermined method to obtain a modulated wave signal, and the ultrasonic motor is configured to transmit the modulated wave signal obtained by the modulation means to the piezoelectric vibrator. When applied, the warning sound directly demodulated from the modulated wave signal without going through the process of electrical demodulation of the acoustic signal due to the self-demodulation phenomenon of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic motor The physical quantity sensor is a current sensor that measures the current generated by the driving AC voltage, a temperature sensor that measures the temperature of the ultrasonic motor, and a rotation that measures the rotational speed of the ultrasonic motor. The acoustic signal indicating the warning sound is measured by the two or more physical quantity sensors, including two or more of a speed sensor and a rotation angle sensor for measuring a rotation angle of the ultrasonic motor. It consists audibly distinguishable different 2 or more acoustic content type of the physical quantity, in the configuration adopted for the ultrasonic motor condition monitoring system.
本発明装置の第2の特徴は、前記変調手段が、前記超音波モータが多自由度の回転駆動を実現するための複数系統の圧電振動子を具備する場合において、当該複数系統の圧電振動子における一の系統の圧電振動子が当該超音波モータの駆動制御に関与しない期間を生じたときに、当該期間において、当該一の系統の圧電振動子に印加すべき一定の振幅をもつ前記駆動用交流電圧を選択的に変調するよう構成されてなる、超音波モータ状態モニタリング装置の構成採用にある。 A second feature of the device of the present invention is that the modulation means includes a plurality of piezoelectric vibrators for the ultrasonic motor to realize multi-degree-of-freedom rotational driving. When a period during which the piezoelectric vibrator of one system in the system does not participate in the drive control of the ultrasonic motor occurs, the driving vibrator having a certain amplitude to be applied to the piezoelectric vibrator of the one system during the period The ultrasonic motor condition monitoring apparatus is configured to selectively modulate an AC voltage.
本発明装置の第3の特徴は、前記変調手段が、前記駆動用交流電圧の振幅を前記音響信号の波形に応じて変調する振幅変調手段であり、前記超音波モータの性能制御に供される制御信号が前記駆動用交流電圧に重畳されている場合、当該制御信号による前記超音波モータの安定制御を確保しうる水準の変調率を得るための強度設定を施された前記音響信号により、前記駆動用交流電圧を振幅変調するよう構成されてなる、超音波モータ状態モニタリング装置の構成採用にある。 A third aspect of the present invention apparatus, the modulating means, Ri amplitude modulating means der which modulates the amplitude waveform of the acoustic signal of the driving AC voltage is subjected to the performance control of the ultrasonic motor When the control signal is superimposed on the driving AC voltage, the acoustic signal subjected to the intensity setting for obtaining a modulation rate at a level that can ensure stable control of the ultrasonic motor by the control signal, The ultrasonic motor condition monitoring apparatus is configured to amplitude-modulate the driving AC voltage .
本発明によれば、音響信号により駆動用交流電圧を変調してなる被変調波信号から超音波の自己復調現象により直接復調される警告音を、超音波モータ自身に放音させるようにしたことから、例えば画像表示装置やスピーカなどを別途付加することなく、極めて簡易な構成により、超音波モータの安定駆動を阻害する過電流、発熱、過回転などの不安定事象の発生を聴覚的に警告することが可能となる。この結果、超音波モータが、例えば、機械製品の構造部材により隠蔽された状態で使用される場合でも、当該超音波モータが危険な状態に陥ったことを、その使用者に聴覚的に知得させることが可能となる。 According to the present invention, a warning sound directly demodulated by a self-demodulation phenomenon of an ultrasonic wave from a modulated wave signal obtained by modulating a driving AC voltage using an acoustic signal is emitted to the ultrasonic motor itself. Therefore, for example, without adding an image display device or a speaker separately, with an extremely simple configuration, an audible warning is given of the occurrence of unstable events such as overcurrent, heat generation, and overspeed that hinders the stable drive of the ultrasonic motor. It becomes possible to do. As a result, even when the ultrasonic motor is used in a state of being concealed by a structural member of a mechanical product, for example, the user can be audibly informed that the ultrasonic motor has fallen into a dangerous state. It becomes possible to make it.
また、本発明によれば、駆動用交流電圧の変調方式として振幅変調を採用し、かつ、超音波モータの性能制御に供される制御信号の波形に歪みが生じることのないよう、そのときの変調率を当該制御信号による安定制御を確保しうる水準に設定したことから、超音波モータの性能を低下させることなく上記不安定事象の発生警告を確実に行うことが可能となる。 Further, according to the present invention, amplitude modulation is adopted as the modulation method of the driving AC voltage, and the waveform of the control signal used for performance control of the ultrasonic motor is not distorted at that time. Since the modulation rate is set to a level that can ensure stable control by the control signal, the occurrence of the unstable event can be reliably warned without degrading the performance of the ultrasonic motor.
以下、本発明の実施の形態につき、添付図面を参照しつつ、一装置例を挙げて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings with an example of an apparatus.
図1は、本発明の一装置例に係る超音波モータ状態モニタリング装置の構成をその適用形態と共に示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic motor state monitoring apparatus according to an example of the present invention together with its application form.
同図に示すように、本装置例に係る超音波モータ状態モニタリング装置1は、その本体に、駆動用交流電圧電源11と、制御信号生成部12と、音響データ記憶装置13(音響信号記憶手段)と、音響データ読出制御部14(音響信号読出制御手段)と、D/A変換器(デジタル/アナログ変換器)15と、振幅変調回路16((振幅)変調手段)とを具備して構成され、さらに、当該超音波モータ2の安定駆動を阻害する過電流、発熱、過回転などの不安定事象の発生の判断指標となる物理量を定常的に計測する物理量センサとして、それぞれ超音波モータ2の固定子2a又は回転子2bに対して設置される電流センサ3と、温度センサ4と、回転速度センサ5と、回転角度センサ6とを具備して構成される(各物理量センサの詳細は後述)。
As shown in the figure, an ultrasonic motor
なお、本例に示す超音波モータ2には、回転子2bの多自由度の回転駆動を実現するための複数系統の圧電振動子として、それぞれ方向の異なる超音波振動を固定子2aに与えるための第1、第2及び第3系統の圧電振動子21,22及び23が具備され、さらに、回転子2bから延伸されたシャフト7の先端部には、回転駆動の対象物となる負荷重量物8が固定されているものとする。また、超音波モータ2から放出される超音波の音圧は、100dBSPL(SPL:Sound Pressure Level)程度にまで達するものとする。
The
ここで、駆動用交流電圧電源11は、超音波モータ2の固定子2aを構成する第1〜第3系統の圧電振動子21〜23にそれぞれ定常的に印加すべき超音波領域(約20kHz前後の周波数)の駆動用交流電圧を発生するものであり、制御信号生成部12は、超音波モータ2の回転子2bに対する回転開始、停止、速度調整、方向転換などの性能制御に供される各種制御信号を生成し、これら制御信号を、駆動用交流電圧電源11から与えられた駆動用交流電圧を系統分離してなる3つの駆動用交流電圧にそれぞれ付与して、これら3つの駆動用交流電圧の振幅や周波数、或いは、2つの駆動用交流電圧間の位相差を変化させるよう機能するものである。この結果、3方向の超音波振動を固定子2aにそれぞれ与えるための3つの駆動用交流電圧が得られる。
Here, the driving AC
即ち、上記駆動用交流電圧電源11及び制御信号生成部12は、超音波モータ2の駆動制御及びこれに伴う性能制御を行うための「超音波モータ駆動装置」の基本機能を提供するものである。
That is, the drive AC
一方、音響データ記憶装置13は、前述した不安定事象の発生時に放音すべき各事象毎の警告音を示す音響信号をデジタルの音響データとして事前に記憶するものであり、音響データ読出制御部14は、電流センサ3、温度センサ4、回転速度センサ5、及び回転角度センサ6で計測された各物理量の値が当該物理量に関して事前に設定された閾値を上回ったときに、音響データ記憶装置13から、該当する音響信号に関してデータ化された音響データを読み出すよう機能するものである。
On the other hand, the acoustic
なお、上記警告音を示す音響信号は、対応する物理量センサ(3〜6)により計測される物理量の種類を聴覚的に識別可能な音響内容からなることが条件であり、好ましくは、上記不安定事象の発生を有意表現してなる可聴の「音声信号」とするのがよい。この音声信号の具体例としては、それが温度センサ4に適用されるものの場合、例えば「モータの温度が急激に上昇しています.直ちにモータを停止して下さい」などのメッセージ文を、サンプリングや音声合成などの手法により表現すればよい。また、この音声信号以外にも、人にとって快適とされる自然音、楽音、合成音などからなる各種音響信号を適用してもよい。
Note that the acoustic signal indicating the warning sound is provided with acoustic contents that can audibly identify the type of the physical quantity measured by the corresponding physical quantity sensor (3 to 6), and preferably the unstable signal. An audible “speech signal” that is a significant expression of the occurrence of an event is preferred. As a specific example of this audio signal, if it is applied to the
他方、D/A変換器15は、音響データ読出制御部14により読み出されたデジタルの音響データ(音声データ)をアナログに変換して、対応する音響信号(音声信号)を得るものであり、振幅変調回路16は、D/A変換器15で得られた音響信号により、制御信号生成部12から与えられた3つの駆動用交流電圧のうちの1つの駆動用交流電圧の振幅を変調して被変調波信号を得ると共に、当該被変調波信号を、図示の制御線9を通じて、超音波モータ2の固定子2aを構成する第1〜第3系統の圧電振動子21〜23のうちの該当する一の系統の圧電振動子に印加するものである(他の系統の2つの圧電振動子に対しては、振幅変調を施していない駆動用交流電圧をそのまま印加する)。
On the other hand, the D /
ここで、上記振幅変調回路16は、第1〜第3系統の圧電振動子21〜23における一の系統の圧電振動子が超音波モータ2の駆動制御に関与しない期間を生じたときに、当該期間において、当該一の系統の圧電振動子に印加すべき一定の振幅をもつ駆動用交流電圧を選択的に変調するよう構成される。
Here, when the
また、同振幅変調回路16は、制御信号生成部12から与えられた全ての駆動用交流電圧に超音波モータ2の性能制御に供される制御信号(駆動用交流電圧の振幅を数Hz程度の周波数により変化させる制御信号)が重畳されている場合、当該制御信号による超音波モータ2の安定制御を確保しうる水準の変調率(詳細は後述)を得るための強度設定を施された音響信号(音声信号)により、任意の何れか1つの駆動用交流電圧を選択的に振幅変調するよう構成される。
Further, the
なお、以上に示した振幅変調回路16は、アナログ方式により駆動用交流電圧を振幅変調するものであるが、これに代えて、例えばDSP(Digital Signal Processor)などを用いたデジタル信号処理により所要の変調機能を得るよう構成してもよい。この場合、DSPは、音響データ読出制御部14により読み出されたデジタルの音響データを直接入力して処理することができるため、D/A変換器15は構成上不要となる。
The
これに対し、物理量センサを構成する電流センサ3は、駆動用交流電圧により生じる電流を制御線9上で定常的に計測し、さらに、そのときの計測値を、図示のデータ線10を通じて音響データ読出制御部14に取得させることにより、当該音響データ読出制御部14に、前述した不安定事象の1つである「過電流」の発生有無を検知させるためのものである。なお、この電流センサ3としては、例えばホール素子などを適用することができる。
On the other hand, the
また、温度センサ4は、超音波モータ2の温度を固定子2a上で定常的に計測し、さらに、そのときの計測値を、データ線10を通じて音響データ読出制御部14に取得させることにより、当該音響データ読出制御部14に、不安定事象の1つである「発熱」の発生有無を検知させるためのものである。この温度センサ4としては、例えばサーミスタや熱電対などを適用することができる。
Further, the
さらに、回転速度センサ5は、超音波モータ2の回転子2bの回転速度を負荷重量物8(或いは回転子2b自身やシャフト7)を媒介としながら定常的に計測し、さらに、そのときの計測値を、データ線10を通じて音響データ読出制御部14に取得させることにより、当該音響データ読出制御部14に、不安定事象の1つである「過回転」の発生有無を検知させるためのものである。この回転速度センサ5としては、例えば光学式又は磁気式のロータリーエンコーダなどを適用することができる。
Further, the
さらにまた、回転角度センサ6は、超音波モータ2の回転子2bの回転角度を負荷重量物8を媒介としながら定常的に計測し、さらに、そのときの計測値を、データ線10を通じて音響データ読出制御部14に取得させることにより、当該音響データ読出制御部14に、上記「過回転」の発生有無を検知させるためのものである。この回転角度センサ6としては、例えばレーザ測距装置などを適用することができる。但し、このレーザ測距装置から出力される一次計測値は「距離」を表すデータであるため、所要の回転角度を音響データ読出制御部14に知得させるには、当該音響データ読出制御部14自身に、計測された距離を回転角度に換算するための数値演算を行わせるなどすればよい。
Furthermore, the
そして、以上により、超音波モータ2を構成する第1〜第3系統の圧電振動子21〜22に駆動用交流電圧が印加されているときに、当該超音波モータ2の安定駆動を阻害する不安定事象の発生を聴覚的に警告することを可能とする超音波モータ状態モニタリング装置1が得られる。
As described above, when the driving AC voltage is applied to the
続いて、以上のように構成された超音波モータ状態モニタリング装置1の動作を一例を挙げて説明する。
Subsequently, the operation of the ultrasonic motor
まず、超音波モータ2の安定駆動を阻害する不安定事象が発生する前の定常状態において、超音波モータ状態モニタリング装置1の制御信号生成部12は、超音波モータ2の性能制御に供するための各種制御信号を生成すると共に、これら制御信号を、駆動用交流電圧電源11から与えられる駆動用交流電圧を系統分離してなる3つの駆動用交流電圧にそれぞれ付与し、この結果得られる3方向の超音波振動を固定子2aにそれぞれ与えるための3つの駆動用交流電圧を、振幅変調回路16に定常的に与えている。これに対し、振幅変調回路16は、制御信号生成部12から与えられている3つの駆動用交流電圧を、無変調の状態のまま、それぞれ対応する制御線9を通じながら、超音波モータ2の固定子2aを構成する第1〜第3系統の圧電振動子21〜23に対して定常的に印加している。
First, in a steady state before an unstable event that inhibits stable driving of the
ここで、以上の定常状態において、例えば、超音波モータ2の温度を固定子2a上で定常的に計測している温度センサ4の当該温度計測値が上昇し、その温度計測値の変化が、データ線10を通じて音響データ読出制御部14により取得されたとする。すると、音響データ読出制御部14は、不安定事象の1つである発熱の発生有無を検知するために、取得した現在の温度計測値が、許容される最大温度に関して自身に予め設定されている閾値を上回ったか否かを判別する。そして、現在の温度計測値が当該閾値を上回ったと判別された場合、音響データ読出制御部14は、音響データ記憶装置13に対しデータ読出制御を行って、同音響データ記憶装置13から、発熱の発生を警告するための警告音を示す音響信号に関してデータ化された音響データ(例えば、例示に係るメッセージ文を表現した音声信号に関する音声データ)を読み出し、当該音響データをD/A変換器15に与える。
Here, in the above steady state, for example, the temperature measurement value of the
これに応じ、D/A変換器15は、与えられた音響データを対応するアナログの音響信号に変換し、当該音響信号を振幅変調回路16に与える。そして、振幅変調回路16は、与えられた音響信号により、制御信号生成部12から与えられている3つの駆動用交流電圧のうちの1つの駆動用交流電圧の振幅を所定の変調率で変調して被変調波信号を得ると共に、当該被変調波信号を、制御線9を通じて、超音波モータ2の固定子2aを構成する第1〜第3系統の圧電振動子21〜23のうちの該当する一の系統の圧電振動子に印加する。また、同振幅変調回路16は、他の系統の2つの圧電振動子に印加すべき2つの駆動用交流電圧に対しては振幅変調を施さず、それらを元来の状態のまま通過させる。
In response to this, the D /
ここで、上記振幅変調回路16は、被変調波信号を得るために選定した1つの駆動用交流電圧が、当該駆動用交流電圧の振幅を数Hz程度の周波数により変化させる制御信号を重畳してなるものである場合、振幅変調時における所要の変調率の水準を、当該制御信号による超音波モータ2の安定制御を確保しうる水準に選定する。以下、その原理を図面により説明する。
Here, the
図2は、図1に示した振幅変調回路16で得られる被変調波信号の波形の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the waveform of the modulated wave signal obtained by the
同図に示すように、振幅変調回路16で得られる被変調波信号の時間変化を示す被変調波信号波形Mの態様は、数Hz程度の周波数成分からなる制御信号の時間変化を示す制御信号波形Cを第1の包絡として重畳し、かつ、数100Hz〜数kHzの周波数成分をもつ音響信号の時間変化を示す音響信号波形Sを第2の包絡として重畳したものとなる。
As shown in the figure, the mode of the modulated wave signal waveform M indicating the time change of the modulated wave signal obtained by the
ここで、仮に振幅変調時の変調率を高くして、音響信号による駆動用交流電圧の振幅変調の度合いを深くすると、上記第2の包絡を形成する音響信号波形Sの振幅が優位になりすぎるため、第1の包絡を形成する制御信号波形Cが、その原形をとどめない程に大きな歪みを受ける結果となって、制御信号として効果が殆ど失われてしまう。このため、上記変調率は、その制御信号による超音波モータ2の安定制御を確保しうる水準にまで低くする必要があり、具体的には、音響信号の振幅の時間変化量が被変調波信号の振幅の時間変化量に比べ十分小さな値に設定されるよう、当該音響信号の強度設定を行えばよい。
Here, if the modulation rate at the time of amplitude modulation is increased and the degree of amplitude modulation of the driving AC voltage by the acoustic signal is increased, the amplitude of the acoustic signal waveform S forming the second envelope becomes too dominant. Therefore, the control signal waveform C forming the first envelope is subjected to a large distortion that does not keep its original shape, and the effect as a control signal is almost lost. For this reason, the modulation rate needs to be lowered to a level that can ensure stable control of the
そして、以上の変調率に関する必要条件が満足されれば、音響信号の周波数成分は数100Hz〜数kHzと比較的高く、これに対し、制御信号の周波数成分は数Hz程度と十分に低いため、その音響信号が制御信号に与える影響は、巨視的なタイムスケールで見れば殆ど無視することができる。 And if the above requirements regarding the modulation rate are satisfied, the frequency component of the acoustic signal is relatively high, such as several hundred Hz to several kHz, whereas the frequency component of the control signal is sufficiently low, about several Hz, The influence of the acoustic signal on the control signal can be almost ignored when viewed on a macroscopic time scale.
なお、第1〜第3系統の圧電振動子21〜23における一の系統の圧電振動子が超音波モータ2の駆動制御に関与しない期間を生じた場合、上記振幅変調回路16は、当該期間において、当該一の系統の圧電振動子に印加すべき一定の振幅をもつ駆動用交流電圧(例えば、当該一の系統の圧電振動子による超音波振動の発生を無効化するために、その周波数を上方又は下方に偏移させ、又は他との位相差を無振動オフセット値に設定した一定振幅の駆動用交流電圧)を選択的に変調する。この場合、振幅変調回路16で得られる被変調波信号波形Mには、第1の包絡を形成する制御信号波形Cは重畳されず、第2の包絡を形成する音響信号波形Sのみが重畳されることになるため、上述した変調率に対する特段の考慮は一切不要となる。
When a period in which one of the
次に、振幅変調回路16で得られた被変調波信号が、制御線9を通じて、超音波モータ2の固定子2aを構成する第1〜第3系統の圧電振動子21〜23のうちの該当する一の系統の圧電振動子に印加されると、当該超音波モータ2から放出される超音波の自己復調現象により、その被変調波信号に含まれる音響信号の電気的復調の過程を何ら経ることなく、当該被変調波信号から警告音が直接復調されて、当該警告音が、例えば「モータの温度が急激に上昇しています.直ちにモータを停止して下さい」の如く外部に放音される。
Next, the modulated wave signal obtained by the
なお、上記自己復調現象の理論等に関する詳細については、例えば次の参考文献に開示されている。
[参考文献]青木茂明,鎌倉友男,池谷和夫,「平面波の自己復調 −広帯域信号伝送のための1次波変調方式の検討−」,日本音響学会誌,1984年,40巻5号,pp.349−356.
Details regarding the theory and the like of the self-demodulation phenomenon are disclosed in, for example, the following references.
[References] Shigeaki Aoki, Tomoo Kamakura, Kazuo Ikeya, “Self-demodulation of plane wave -Examination of primary wave modulation method for broadband signal transmission-”, Journal of Acoustical Society of Japan, 1984, Vol. 40, No. 5, pp. . 349-356.
ここで、超音波モータ2から放出される超音波の音圧は、100dBSPLに達する程の非常に大きな値をとり、その高い音圧エネルギーをもつ超音波により自己復調現象が顕著に現れるようになるため、前述のように、振幅変調回路16における変調率が、制御信号による超音波モータ2の安定制御を確保しうる水準にまで十分低く設定されていても、所要の警告音は、超音波モータ2から十分な音量で放音されるようになる。また、振幅変調回路16において、一定振幅の駆動用交流電圧に音響信号のみによる振幅変調を施した場合、これにより得られる被変調波信号には、当該音響信号を僅かながらも歪ませる要因となる制御信号が存在しないため、超音波モータ2において、全く歪みのない警告音が復調されて放音されるようになる。
Here, the sound pressure of the ultrasonic wave emitted from the
以上、本発明の実施の形態につき一装置例を挙げて説明したが、本発明は、必ずしも上述した手段にのみ限定されるものではなく、前述した効果を有する範囲内において、適宜、変更実施することが可能なものである。 As mentioned above, although an example of the apparatus has been described with respect to the embodiment of the present invention, the present invention is not necessarily limited to the above-described means, and may be appropriately modified within the scope having the above-described effects. Is possible.
例えば、本装置例では、回転子の多自由度の回転駆動を実現するための複数系統の圧電振動子を具備する超音波モータに適用した場合を例に挙げたが、本発明は、一定振幅の駆動用交流電圧に対する選択的変調手段により特徴付けられる一部発明要素に関するものを除き、回転子の1自由度の回転駆動のみが可能な超音波モータに対しても、同様に適用可能である。 For example, in the present apparatus example, the case where the present invention is applied to an ultrasonic motor including a plurality of systems of piezoelectric vibrators for realizing a multi-degree-of-freedom rotational drive of the rotor is described as an example. The invention can be similarly applied to an ultrasonic motor capable of only rotating the rotor with one degree of freedom except for some invention elements characterized by selective modulation means for the drive AC voltage. .
1…超音波モータ状態モニタリング装置(本体)
11…駆動用交流電圧電源
12…制御信号生成部
13…音響データ記憶装置
14…音響データ読出制御部
15…D/A変換器
16…振幅変調回路
2…超音波モータ
2a…固定子
2b…回転子
21〜23…第1〜第3系統の圧電振動子
3…電流センサ
4…温度センサ
5…回転速度センサ
6…回転角度センサ
7…シャフト
8…負荷重量物
9…制御線
10…データ線
C…制御信号波形
S…音響信号波形
M…被変調波信号波形
1 ... Ultrasonic motor condition monitoring device (main unit)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記超音波モータに対して設置され、前記不安定事象の発生の判断指標となる物理量を定常的に計測する物理量センサと、
前記不安定事象の発生時に放音すべき警告音を示す音響信号を事前に記憶する音響信号記憶手段と、
前記物理量センサで計測された前記物理量の値が当該物理量に関して事前に設定された閾値を上回ったときに、前記音響信号記憶手段から該当する前記音響信号を読み出す音響信号読出制御手段と、
この音響信号読出制御手段により読み出された前記音響信号により前記駆動用交流電圧を所定の方式で変調して被変調波信号を得る変調手段と、を有してなり、
前記超音波モータは、
当該変調手段で得られた前記被変調波信号が前記圧電振動子に印加されたときに、当該超音波モータから放出される超音波の自己復調現象により、前記音響信号の電気的復調の過程を経ることなく当該被変調波信号から直接復調される前記警告音を外部に放音するよう機能し、
前記物理量センサは、
前記駆動用交流電圧により生じる電流を計測する電流センサ、
前記超音波モータの温度を計測する温度センサ、
当該超音波モータの回転速度を計測する回転速度センサ、及び
当該超音波モータの回転角度を計測する回転角度センサのうち2以上を含んでなり、
前記警告音を示す前記音響信号は、
当該2以上の物理量センサにより計測される前記物理量の種類を聴覚的に識別可能な相異なる2以上の音響内容からなる、
ことを特徴とする超音波モータ状態モニタリング装置。 Ultrasonic motor status monitoring to audibly warn of the occurrence of unstable events that impede stable drive of the ultrasonic motor when an AC drive voltage is applied to the piezoelectric vibrators constituting the ultrasonic motor A device,
A physical quantity sensor that is installed with respect to the ultrasonic motor and steadily measures a physical quantity that is a determination index of occurrence of the unstable event;
Acoustic signal storage means for storing in advance an acoustic signal indicating a warning sound to be emitted when the unstable event occurs;
Acoustic signal readout control means for reading out the corresponding acoustic signal from the acoustic signal storage means when the value of the physical quantity measured by the physical quantity sensor exceeds a preset threshold value for the physical quantity;
Modulation means for obtaining a modulated wave signal by modulating the driving AC voltage by a predetermined method by the acoustic signal read by the acoustic signal readout control means,
The ultrasonic motor is
When the modulated wave signal obtained by the modulation means is applied to the piezoelectric vibrator, the process of electrical demodulation of the acoustic signal is caused by the self-demodulation phenomenon of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic motor. Function to emit the warning sound directly demodulated from the modulated wave signal without passing through ,
The physical quantity sensor is
A current sensor for measuring a current generated by the driving AC voltage;
A temperature sensor for measuring the temperature of the ultrasonic motor;
A rotational speed sensor for measuring the rotational speed of the ultrasonic motor; and
Comprising two or more rotation angle sensors for measuring the rotation angle of the ultrasonic motor,
The acoustic signal indicating the warning sound is:
It consists of two or more different acoustic contents that can audibly identify the type of the physical quantity measured by the two or more physical quantity sensors.
An ultrasonic motor condition monitoring device characterized by that.
前記超音波モータが多自由度の回転駆動を実現するための複数系統の圧電振動子を具備する場合において、当該複数系統の圧電振動子における一の系統の圧電振動子が当該超音波モータの駆動制御に関与しない期間を生じたときに、
当該期間において、当該一の系統の圧電振動子に印加すべき一定の振幅をもつ前記駆動用交流電圧を選択的に変調するよう構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ状態モニタリング装置。 The modulating means includes
When the ultrasonic motor includes a plurality of systems of piezoelectric vibrators for realizing multi-degree-of-freedom rotational driving, one system of the plurality of systems of piezoelectric vibrators drives the ultrasonic motor. When a period of time that is not involved in control occurs
In the period, the drive AC voltage having a certain amplitude to be applied to the piezoelectric vibrator of the one system is selectively modulated.
The ultrasonic motor state monitoring apparatus according to claim 1 .
前記駆動用交流電圧の振幅を前記音響信号の波形に応じて変調する振幅変調手段であり、
前記超音波モータの性能制御に供される制御信号が前記駆動用交流電圧に重畳されている場合、
当該制御信号による前記超音波モータの安定制御を確保しうる水準の変調率を得るための強度設定を施された前記音響信号により、前記駆動用交流電圧を振幅変調するよう構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ状態モニタリング装置。 The amplitude modulation means includes
Ri amplitude modulating means der which modulates the amplitude of the driving AC voltage waveform of the acoustic signal,
When a control signal used for performance control of the ultrasonic motor is superimposed on the driving AC voltage,
The drive AC voltage is amplitude-modulated by the acoustic signal subjected to intensity setting for obtaining a modulation rate of a level that can ensure stable control of the ultrasonic motor by the control signal.
The ultrasonic motor state monitoring apparatus according to claim 1 .
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