JP5153170B2 - 超音波モータの駆動装置およびその方法 - Google Patents
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Description
更に、この電圧波形の歪みが超音波モータの動きに悪影響を及ぼす可能性もあった。
本発明は、位相の異なる2相の駆動交番信号に基づく駆動交番電圧を超音波振動子に印加して該超音波振動子に異なる2つの振動モードを同時に励起させ、該超音波振動子の出力端に生じた略楕円振動により被駆動体を相対的に移動させる超音波モータの駆動装置であって、前記超音波振動子の共振周波数またはその近傍の周波数をもつパルス信号である基準駆動信号を生成する基準駆動信号生成手段と、前記基準駆動信号よりも周波数が高いパルス信号であり、前記超音波モータの速度に応じたパルス幅をもつ分割信号を生成する分割信号生成手段と、前記基準駆動信号のハイレベル期間が前記分割信号で構成された2相の駆動交番信号を、各位相ごとにプラス側とマイナス側とに分けて生成し、該駆動交番信号を所定の位相差で出力する駆動信号生成手段とを具備し、前記駆動信号生成手段が生成する、各位相ごとのプラス側の駆動交番信号とマイナス側の駆動交番信号とは、それらの信号レベルの正負が互いに逆であり、かつ、互いに180°の位相差を有する超音波モータの駆動装置を提供する。
上記超音波モータの駆動装置においては、例えば、前記基準駆動信号生成手段は、所定の位相差を有する2相の前記基準駆動信号を生成し、前記駆動信号生成手段は、各相の基準駆動信号のハイレベル期間において分割信号を出力することで、2相の駆動交番信号を生成することとしてもよい。
このように、基準信号を生成することで、容易に信号の同期を取ることが可能となる。
このような構成によれば、速度指示手段からの指示に応じて超音波モータの速度を自由に変えることができる。
図1は、本実施形態に係る超音波モータシステムの概略構成を示したブロック図である。
図1に示されるように超音波モータシステム1は、超音波モータ2と超音波モータ2を駆動する駆動装置3とを備えている。超音波モータ2は、超音波振動子4と、超音波振動子4により駆動される被駆動体5とを備えて構成されている。
圧電積層体9の長さ方向の一端に形成された6つの外部電極11を、圧電積層体9の他側面の側(図において上側)からA相(A+,A−)、C相(C+,C−)、およびB相(B+,B−)、他端に形成された4つの外部電極11を、圧電積層体9の他側面の側(図において上側)からB相(B+,B−)、およびA相(A+,A−)とする。A相およびB相は駆動用の外部電極であり、C相は振動検出用の外部電極である。
また、超音波振動子に発生している縦振動に応じた電荷が検出用の内部電極8に励起されることにより、C相(C+,C−)の外部電極11を介して縦振動に比例した信号(以下、この信号を「振動検出信号」という。)が検出される。この振動検出信号は、駆動装置3(図1参照)に供給され、超音波振動子4の制御に用いられる。
図7には、駆動装置3の内部概略構成が示されている。
図7に示されるように、駆動装置3は、発信回路(基準信号生成手段)21、制御値設定部22、基準駆動信号生成部(基準駆動信号生成手段)23、分割信号生成部(分割信号生成手段)24、駆動信号生成部(駆動信号生成手段)25、位相差検出部26、位置検出部27、および速度指示部(速度指示手段)28と、ドライブ回路30とを主な構成要素として備えている。
制御値設定部22は、超音波振動子4の駆動周波数、A相とB相との位相差(本実施形態では、90°)、後述する分割信号のパルス幅、超音波モータ2の初期位置および停止位置等、超音波モータ2を制御するために必要となる各種パラメータが設定されているパラメータテーブル(図示略)を備えている。制御設定部22は、このパラメータテーブルおよび後述する位相差検出部26および位置検出部27からのフィードバック値等に基づいて、基準駆動信号の周波数指令値、分割信号のパルス幅指令値、A相B相の位相差指令値等を作成し、基準駆動信号の周波数指令値を基準駆動信号生成部23に、分割信号のパルス幅指令値を分割信号生成部24に、A相B相の位相差指令値を駆動信号生成部25にそれぞれ出力する。
分割信号のパルス幅指令値は、超音波モータの速度に応じて決定される値であり、予め設定された所定の速度で定速制御を行う場合には、該所定の速度に対応して設定されているパルス幅をパラメータテーブルから読み出し、このパルス幅をパルス幅指令値とする。パルス幅は、速度が早いほど大きい値に設定されている。
A相B相の位相差指令値は、A相とB相の位相差を予め設定されている最適な位相差(本実施形態では90°)に一致させるための指令値である。
このように、本実施形態においては、A相とB相との位相差は90°であり、また、プラス側の駆動交番信号とマイナス側の駆動交番信号とは、正負が逆であり、かつ、位相が180°ずれている。
図11には、駆動信号生成部25からドライブ回路30に供給されるA相(A+,A−)の駆動交番信号、および、ドライブ回路30から超音波振動子4のA相(A+,A−)に印加される駆動交番電圧OUT(A+,A−)の一例が示されている。
また、位相差検出部26には、駆動信号生成部25からいずれか一つの駆動交番信号、例えば、A相プラス側の駆動交番信号が入力されるようになっている。位相差検出部26は、超音波振動子4の外部電極11を介して入力された振動検出信号と駆動信号生成部25から入力される駆動交番信号との位相差を検出し、この位相差に比例する電気信号を制御値設定部22に出力する。これにより、超音波振動子4の位相に関するフィードバックループが形成され、超音波振動子4の位相差を一定(例えば、90°)とするためのフィードバック制御が制御値設定部22において行われることとなる。
また、速度指示部28が操作されることにより、所望の速度を指示することができるようになっている。速度指示部28から速度指令値が制御値設定部22に入力されると、制御値設定部22は、速度指示値に対応する分割信号のパルス幅をパラメータテーブルから読み出し、このパルス幅に基づくパルス幅指令を分割信号生成部24に与えるようになっている。
まず、超音波モータ2の起動時において、発信回路21から基準駆動信号生成部23および分割信号生成部24に基準信号が入力される。一方、制御値設定部22は、パラメータテーブルに設定されている超音波モータ2の駆動周波数を読み出し、この共振周波数を周波数指令値として基準駆動信号生成部23に与える。また、制御値設定部22は、初期値として設定されている分割信号の周波数およびパルス幅をパラメータテーブルから読み出し、これらを分割信号生成部24に与える。更に、制御値設定部22は、パラメータテーブルから初期値として設定されているA相とB相との位相差を読み出し、これを駆動信号生成部25に与える。
この結果、図8のeからgに示されるように、A相,B相に対応する基準駆動信号のハイレベル期間が分割信号で構成された各駆動交番信号が生成されることとなる。
A相、B相の駆動交番信号は、ドライブ回路30により正弦波の駆動交番電圧に変換されて、超音波振動子4の各外部端子11に印加される。
これにより、超音波振動子には図5および図6に示したような縦振動と屈曲振動とが同時に励起され、その出力端10に楕円振動が形成されることにより被駆動体が相対的に移動させられる。
また、被駆動体5の移動位置に関する情報は、エンコーダ40、位置検出部27により検出され、移動位置に応じたカウント数が制御値設定部22に出力される。
また、制御値設定部22は、位置検出部27から入力されるカウント値から被駆動体5の移動量を求め、この移動量をサンプリング周期で割ることで超音波モータ2の駆動速度を計算する。そして、この駆動速度が目標速度よりも大きい場合には、分割信号のパルス幅を減少させるパルス幅指令値を作成し、また、駆動速度が目標速度よりも小さい場合には、分割信号のパルス幅を増加させるパルス幅指令値を作成し、これを分割信号生成部24に与える。これにより、図12に示されるように、超音波モータ2の速度に応じてパルス幅が調整された分割信号が生成され、出力される。
第1に、上記実施形態においては、超音波振動子4に対して被駆動体3を移動させたが、これに限られず、被駆動体3に対して超音波振動子4を移動させるようにしても良い。
第2に、上記実施形態では、超音波振動子を1つ備える超音波モータについて説明したが、超音波振動子4の設置数については、特に限定されない。超音波振動子4の設置数が増減したとしても、各超音波振動子4に対して上述のような駆動交番信号に基づく駆動交番電圧を印加させることにより、安定した駆動を実現させることが可能となる。この場合、複数の超音波振動子4に対して複数の駆動装置3をそれぞれ設け、個別に駆動信号を供給するような構成としても良いし、1つの駆動装置3から複数の超音波振動子4に対して同一の信号を供給するような構成としても良い。
2 超音波モータ
3 駆動装置
4 超音波振動子
5 被駆動体
9 圧電積層体
10 摩擦接触子
21 発信回路
22 制御値設定部
23 基準駆動信号生成部
24 分割信号生成部
25 駆動信号生成部
26 位相差検出部
27 位置検出部
28 速度指示部
30 ドライブ回路
40 エンコーダ
Claims (7)
- 位相の異なる2相の駆動交番信号に基づく駆動交番電圧を超音波振動子に印加して該超音波振動子に異なる2つの振動モードを同時に励起させ、該超音波振動子の出力端に生じた略楕円振動により被駆動体を相対的に移動させる超音波モータの駆動装置であって、
前記超音波振動子の共振周波数またはその近傍の周波数をもつパルス信号である基準駆動信号を生成する基準駆動信号生成手段と、
前記基準駆動信号よりも周波数が高いパルス信号であり、前記超音波モータの速度に応じたパルス幅をもつ分割信号を生成する分割信号生成手段と、
前記基準駆動信号のハイレベル期間が前記分割信号で構成された2相の駆動交番信号を、各位相ごとにプラス側とマイナス側とに分けて生成し、該駆動交番信号を所定の位相差で出力する駆動信号生成手段とを具備し、
前記駆動信号生成手段が生成する、各位相ごとのプラス側の駆動交番信号とマイナス側の駆動交番信号とは、それらの信号レベルの正負が互いに逆であり、かつ、互いに180°の位相差を有する超音波モータの駆動装置。 - 前記分割信号よりも周波数の高い基準信号を生成する基準信号生成手段を備え、
前記基準駆動信号の周期、前記分割信号の周期、および前記分割信号のパルス幅は、前記基準信号の周期の整数倍に設定される請求項1に記載の超音波モータの駆動装置。 - 前記超音波モータの移動速度を指示するための速度指示手段を備え、
前記分割信号生成手段は、前記速度指示手段からの指示に従って、前記分割信号のパルス幅を変更する請求項1または請求項2に記載の超音波モータの駆動装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の超音波モータの駆動装置を備える超音波モータシステム。
- 請求項4に記載の超音波モータシステムを搭載したカメラ。
- 位相の異なる2相の駆動交番信号に基づく駆動交番電圧を超音波振動子に印加して該超音波振動子に異なる2つの振動モードを同時に励起させ、該超音波振動子の出力端に生じた略楕円振動により被駆動体を相対的に移動させる超音波モータの駆動方法であって、
前記超音波振動子の共振周波数またはその近傍の周波数をもつパルス信号である基準駆動信号を生成するとともに、
前記基準駆動信号よりも周波数が高いパルス信号であり、かつ、前記超音波モータの速度に応じたパルス幅をもつ分割信号を生成し、
前記基準駆動信号のハイレベル期間が前記分割信号で構成された2相の駆動交番信号を、各位相ごとにプラス側とマイナス側とに分けて生成するとともに、信号レベルの正負が互いに逆であり、かつ、互いに180°の位相差を有する前記プラス側と前記マイナス側の駆動交番信号を生成する超音波モータの駆動方法。 - 前記分割信号の前記パルスの幅を前記超音波モータの速度に応じて調整する請求項6に記載の超音波モータの駆動方法。
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