JP5291997B2 - 超音波モータ制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、超音波モータの制御装置に関する。
圧電体を備えた固定子と、回転運動を行う移動子とを備える超音波モータが知られている。超音波モータは、超音波帯（２０ｋＨｚ以上）の周波数を有する制御信号を圧電体へ印加して固定子上に進行波を発生させ、固定子を励振させる。超音波モータは、励振する固定子上の各点に発生する楕円運動による機械的エネルギーを移動子へ伝達し、移動子を回転させることで動力を得る。
超音波モータは、圧電体に印加される制御信号の周波数によって移動子の回転速度を制御する。しかし、超音波モータは、個体による特性のばらつきが大きい。そのため、特定の周波数に対して得られる回転速度が、個体毎によって異なり、個別に制御を行うことが必要となる。超音波モータの制御技術として、以下の技術が開示されている。
特許文献１は、圧電体に歪の少ない交流正弦波を印加するようにして、ステータに偏磨耗が発生しにくく振動波モータの長寿命化を可能にした振動波モータ駆動制御装置を開示している。特許文献１の振動波モータ駆動制御装置は、電気−機械エネルギー変換素子に周波信号を印加することで電気−機械エネルギー変換素子を励振させて駆動力を得る振動波モータの駆動制御装置において、振動波モータの動作速度を検出するエンコーダと、エンコーダにより検出された動作速度と、振動波モータの目標速度との速度差を求め、速度差信号を出力する速度差検出部と、速度差信号を基に周波数増減量を設定する周波数設定部と、目標速度に対応した基準電圧を発生する基準電圧部と、振動波モータに印加された周波信号の電圧を検出する電圧検出部と、基準電圧部で発生された基準電圧と電圧検出部で検出された電圧とを比較し、電圧差分信号を出力する比較部と、目標速度に対応した周波数を求めるとともに、周波数を、周波数設定部で設定された周波数増減量に基づき微調整し、得られた周波数と、比較部から出力された電圧差分信号に基づき決定された振幅とをもつ正弦波信号を発信する正弦波発信部と、正弦波発信部から出力された正弦波信号に基づいて、位相の異なる複数の正弦波駆動信号を発生させる駆動信号発生器と、駆動信号発生器から出力された複数の正弦波駆動信号に基づき、前記振動波モータへ周期信号を印加するモータ駆動回路とを有することを特徴とする。
特開２００３−１５３５５８号公報
特許文献１の振動波モータ駆動制御装置は、超音波モータ（振動子モータ）へ入力する周波信号の周波数と振幅とを制御することによって特性を最適化するとしている。しかし、特許文献１の振動波モータ駆動制御装置は、多数の固定した回路で構成されており、回路個々の特性のばらつきに起因して、制御の精度が低い。
本発明の目的は、より広い範囲で特性の調整を行うことが可能な超音波モータ制御装置を提供することである。
以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
本発明の超音波モータ制御装置は、制御信号を出力するマイクロコンピュータ（１）と、制御信号の電圧を昇圧して超音波モータへ出力するトランス（２）とを備え、マイクロコンピュータ（１）は、超音波モータ（３）の目標とする目標回転速度に対応した制御信号の周波数を決定するためのコンペアレジスタ値と、振幅値を決定するためのＤ／Ａ変換設定値とを目標回転速度に対応させて記憶する記憶部（１２）と、Ｄ／Ａ変換設定値に対応する振幅値を有した振幅制御信号を生成するＤ／Ａ変換部（１４１、１４２）と、コンペアレジスタ値に対応する周波数を有したＰＷＭ信号を生成するタイマ回路（１６１、１６２）と、記憶部（１２）から目標回転速度に対応するＤ／Ａ変換設定値とコンペアレジスタ値とを選択して、Ｄ／Ａ変換設定値をＤ／Ａ変換部（１４１、１４２）へ設定し、コンペアレジスタ値をタイマ回路（１５１、１５２）へ設定を行う設定手段（１２２）と、振幅制御信号とＰＷＭ信号を入力して、振幅制御信号の振幅値とＰＷＭ信号の周波数とを有する制御信号を生成する出力回路（１６１、１６２）とを具備する。
本発明のマイクロコンピュータ（１）は、超音波モータ（３）の目標とする目標回転速度に対応した超音波モータ（３）の制御信号の周波数を決定するためのコンペアレジスタ値と、振幅値を決定するためのＤ／Ａ変換設定値とを目標回転速度に対応させて記憶する記憶部（１２）と、Ｄ／Ａ変換設定値に対応する振幅値を有した振幅制御信号を生成するＤ／Ａ変換部（１４１、１４２）と、コンペアレジスタ値に対応する周波数を有したＰＷＭ信号を生成するタイマ回路（１５１、１５２）と、記憶部（１２）から目標回転速度に対応するＤ／Ａ変換設定値とコンペアレジスタ値とを選択して、Ｄ／Ａ変換設定値をＤ／Ａ変換部（１４１，１４２）へ設定し、コンペアレジスタ値をタイマ回路（１５１、１５２）へ設定を行う設定手段（１２２）と、振幅制御信号とＰＷＭ信号を入力して、振幅制御信号の振幅値とＰＷＭ信号の周波数とを有する制御信号を生成する出力回路（１６１，１６２）とを備える。
本発明の超音波モータ制御方法は、超音波モータ（３）の目標とする目標回転速度に対応した超音波モータ（３）の制御信号の周波数を決定するためのコンペアレジスタ値と、振幅値を決定するためのＤ／Ａ変換設定値とを目標回転速度に対応させて記憶するステップと、Ｄ／Ａ変換設定値を設定するステップと、Ｄ／Ａ変換設定値に対応する振幅値を有した振幅制御信号を生成するステップと、コンペアレジスタ値を設定するステップと、コンペアレジスタ値に対応する周波数を有したＰＷＭ信号を生成するステップと、目標回転速度に対応するＤ／Ａ変換設定値とコンペアレジスタ値とを選択するステップと、振幅制御信号とＰＷＭ信号を入力して、振幅制御信号の振幅値とＰＷＭ信号の周波数とを有する制御信号を生成するステップとを具備する。
本発明の目的は、より広い範囲で特性の調整を行うことが可能な超音波モータ制御装置を提供することである。
添付図面を参照して、本発明の実施形態による超音波モータの制御装置を以下に説明する。
（第１実施形態）
はじめに、第１実施形態の説明を行う。
［構成の説明］
まず、図１から図６を用いて、第１実施形態の構成の説明を行う。図１は、第１実施形態の超音波モータ制御装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の超音波モータ制御装置は、マイクロコンピュータ１と、トランス２と、超音波モータ３と、エンコーダ４とを備える。
まず、超音波モータ３の説明を行う。超音波モータ３は、制御信号を入力する圧電体を備えた固定子と、回転運動を行う移動子を備える。超音波モータ３は、圧電体へ入力された制御信号によって固定子を励振させ、固定子の機械エネルギーを回転体へ伝達することにより回転体を回転運動させる。超音波モータ３は、従来技術によって構成されるため詳細な説明は省略する。本実施形態において、超音波モータ３は、９０°の位相差を有する２相の制御信号を用いて制御される。そのため、本実施形態の超音波モータ３は、それぞれ圧電体を備えた２つの固定子を備える。超音波モータ３は、トランス２から制御信号を入力する。なお、制御信号は２相であることに限定しない。
次に、エンコーダ４の説明を行う。エンコーダ４は、超音波モータ３の現在の回転方向（以下、現在回転方向）と、現在の回転速度（以下、現在回転速度）［ｒｐｍ］とを検出する。エンコーダ４は、超音波モータ３の現在回転方向と現在回転速度を符号化する。エンコーダ４は、符号化した現在回転方向と現在回転速度を後述するマイクロコンピュータ１のアップダウンカウンタ１７へ出力する。エンコーダ４は、従来の技術によって構成されるため詳細な説明は省略する。
次に、トランス２の説明を行う。トランス２は、マイクロコンピュータ１から制御信号を入力して、制御信号の電圧を昇圧する。トランス２は、電圧昇圧後の制御信号を超音波モータ３へ出力する。トランス２は、従来の技術で構成されるため詳細な説明は省略する。
次に、マイクロコンピュータ１の説明を行う。図２は、本実施形態の超音波モータ制御装置の構成においてマイクロコンピュータ１をより詳細に示したブロック図である。マイクロコンピュータ１は、超音波モータ３の制御信号を出力する。マイクロコンピュータ３は、図示されない外部からの駆動命令を入力する。マイクロコンピュータ１は、駆動命令で命令された超音波モータ３の目標とする回転方向（以下、目標回転方向）と目標とする回転速度（以下、目標回転速度）に基づいて超音波モータ３の制御信号を生成する。また、マイクロコンピュータ１は、エンコーダ４から、符号化された現在回転方向と現在回転速度を入力する。マイクロコンピュータ１は、現在回転方向と目標回転方向、および現在回転速度と目標回転速度の差分に基づいて、制御信号の特性を補正する。マイクロコンピュータ１は、制御信号をトランス２へ出力する。
マイクロコンピュータ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１と、フラッシュメモリ１２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３と、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ）変換部１４１、１４２と、タイマ１５１、１５２と、出力回路１６１、１６２と、アップダウンカウンタ１７と、内部バス１８とを備える。ＣＰＵ１１と、フラッシュメモリ１２と、ＲＡＭ１３と、Ｄ／Ａ変換部１４１、１４２と、タイマ１５１、１５２と、出力回路１６１、１６２と、アップダウンカウンタ１７は、それぞれ内部バス１８と接続されており、内部バス１８を使用してデータの送受信が可能である。また、各構成部位は、外部から電源（ＶＤＤ）を入力して駆動する。なお、本実施形態において、マイクロコンピュータ１は、Ｄ／Ａ変換部１４１と、タイマ１５２と、出力回路１６２を、２構成分備えている。これは、本実施形態において超音波モータ３が、圧電体を２構成備えており、制御信号を２入力必要とするためである。仮に、超音波モータ３が圧電体を４構成備える場合には、制御信号も４入力必要となる。その場合には、マイクロコンピュータ１は、Ｄ／Ａ変換部１４１と、タイマ１５１と、出力回路１６１を４構成備え、制御信号は４出力となる。つまり、マイクロコンピュータ１は、Ｄ／Ａ変換部１４１と、タイマ１５１と、出力回路１６１を、超音波モータ３の圧電体の構成数（すなわち、制御信号の入力数）と同じ数を備えることに留意されたい。
まず、ＣＰＵ１１は、マイクロコンピュータ１の制御を行う。ＣＰＵ１１は、フラッシュメモリ１２に記憶された制御用のプログラムを実行することによってマイクロコンピュータ１の機能を実現する。
次に、フラッシュメモリ１２は、マイクロコンピュータ１の機能を実現するための制御プログラムとデータを記憶している。なお、フラッシュメモリはＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等、その他の不揮発性メモリで構成される場合がある。フラッシュメモリ１２は、データ記憶部１２１と、設定手段１２２と、算出手段１２３とを備える。
データ記憶部１２１は、Ｄ／Ａ変換設定値と、コンペアレジスタ値を記憶する。Ｄ／Ａ変換設定値は、後述するＤ／Ａ変換部１４１、１４２のＤ／Ａ変換設定レジスタ１４１１、１４２１へ設定するためのデータである。Ｄ／Ａ変換設定値は、Ｄ／Ａ変換１４１２、１４２２の出力する振幅制御信号の振幅値（電圧値）を決定するために用いる。また、コンペアレジスタ値は、後述するタイマ１５１、１５２のコンペアレジスタ１５１２、１５１３、１５２２、１５２３へ設定するためのデータである。コンペアレジスタ値は、コンペアレジスタ１５１２、１５２２が出力するロウ・レベル信号と、コンペアレジスタ１５１３、１５２３が出力するパルス幅制御信号の出力タイミングを決定するために用いる。
Ｄ／Ａ変換設定値とコンペアレジスタ値には、基準値（以下、基準Ｄ／Ａ変換設定値、及び基準コンペアレジスタ値）と補正値（以下、補正Ｄ／Ａ変換設定値、及び補正コンペアレジスタ値）とが存在する。以下、特に明示しない場合は、Ｄ／Ａ変換設定値と表記した場合は、基準Ｄ／Ａ変換設定値と補正Ｄ／Ａ変換設定値とを含み、コンペアレジスタ値と表記した場合は、基準コンペアレジスタ値と補正コンペアレジスタ値とをを含む。基準Ｄ／Ａ変換設定値、及び基準コンペアレジスタ値は、基準となる超音波モータ３の特性に基づいて決定した値である。基準Ｄ／Ａ変換設定値、及び基準コンペアレジスタ値は、基準となる超音波モータ３においての目標回転速度、および目標回転方向に対応する制御信号の周波数と振幅値を示している。基準Ｄ／Ａ変換設定値、及び基準コンペアレジスタ値は、多数の統計的なデータから求められた基準となる超音波モータ３の特性に基づいて決定される。基準Ｄ／Ａ変換設定値、及び基準コンペアレジスタ値は、目標回転速度と目標回転方向と、目標回転速度と目標回転方向に対応する周波数と振幅値とに、それぞれ対応させて予めデータ記憶部１２１へ記憶されている。
一方、補正Ｄ／Ａ変換設定値、及び補正コンペアレジスタ値は、基準Ｄ／Ａ変換設定値、及び基準コンペアレジスタ値からの補正値である。補正Ｄ／Ａ変換設定値、及び補正コンペアレジスタ値は、基準Ｄ／Ａ変換設定値、及び基準コンペアレジスタ値によって超音波モータ３を駆動した後、超音波モータ３の特性である現在回転速度、及び現在回転方向が、目標回転速度、及び目標回転方向と一致しない場合に、算出手段１２３によって算出される。つまり、補正Ｄ／Ａ変換設定値、及び補正コンペアレジスタ値は、実際に制御を行う超音波モータ３の目標回転速度、及び目標回転方向に対応する制御信号の特性である。補正Ｄ／Ａ変換設定値、及び補正コンペアレジスタ値は、算出手段１２３によって算出されると、データ記憶部１２１へ記憶される。
設定手段１２２は、Ｄ／Ａ変換設定値を、Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４１１、１４２１へ設定する。設定手段１２２は、制御用のプログラムであり、ＣＰＵ１１によって実行される。また、設定手段１２２は、コンペアレジスタ値を、コンペアレジスタ１５１２、１５１３、１５２２、１５２３へ設定する。設定手段１２２は、目標回転方向、及び目標回転速度に対応する制御信号の特性である、設定すべき周波数（以下、設定周波数）、及び振幅値（以下、設定振幅値）を、フラッシュメモリ１２のデータ記憶部１２１から特定する。設定手段１２２は、制御信号の設定振幅値に対応するＤ／Ａ変換設定値をデータ記憶領域１２２から取得して、Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４１１、１４２１へ設定する。また、設定手段１２２は、制御信号の設定周波数に対応するコンペアレジスタ値をデータ記憶領域１２２から取得して、コンペアレジスタ１５１２、１５１３、１５２２、１５２３へ設定する。設定手段１２２は、Ｄ／Ａ変換設定値及びコンペアレジスタ値をデータ記憶部１２１から取得する時、データ記憶部１２１に、目標回転方向、及び目標回転速度に対応する補正Ｄ／Ａ変換設定値、及び補正コンペアレジスタ値が記憶されている場合、補正Ｄ／Ａ変換設定値、及び補正コンペアレジスタ値を取得する。補正Ｄ／Ａ変換設定値、及び補正コンペアレジスタ値は、実際に制御を行う超音波モータ３の特性に応じて補正されたデータであるため、より正確な制御が行えるためである。また、データ記憶部１２１は、フラッシュメモリ１２に記憶されているため、マイクロコンピュータ１の電源をＯＦＦにした後にも補正Ｄ／Ａ変換設定値、及び補正コンペアレジスタ値は保持されている。このため、設定手段１２２は、補正Ｄ／Ａ変換設定値、及び補正コンペアレジスタ値を用いることで、より適切な設定データを設定することができる。なお、設定手段１２２は、Ｄ／Ａ変換設定値及びコンペアレジスタ値をデータ記憶部１２１から取得する時、データ記憶部１２１に、目標回転方向、及び目標回転速度に対応する補正Ｄ／Ａ変換設定値、及び補正コンペアレジスタ値が記憶されていない場合には、基準Ｄ／Ａ変換設定値、及び基準コンペアレジスタ値を取得する。
また、設定手段１２２は、Ｄ／Ａ変換設定値とコンペアレジスタ値を設定すると、目標回転速度、及び目標回転方向の値を算出手段１２３へ出力する。この場合に、設定手段１２２は、設定周波数と設定振幅値を共に算出手段１２３へ出力する。なお、設定手段１２２は、設定周波数と設定振幅値に変えて、Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４１１、１４２１へ設定したＤ／Ａ変換設定値と、コンペアレジスタ１５１２、１５１３、１５２２、１５２３へ設定したコンペアレジスタ値とを出力しても良い。
算出手段１２３は、補正Ｄ／Ａ変換設定値と補正コンペアレジスタ値を算出する。算出手段１２３は、制御用のプログラムであり、ＣＰＵ１１によって実行される。算出手段１２３は、エンコーダ４が出力して、アップダウンカウンタ１７に記憶された現在回転速度、及び現在回転方向を取得する。また、算出手段１２３は、設定手段１２２から目標回転速度、及び目標回転方向を取得する。算出手段１２３は、現在回転速度と目標回転速度に基づいて差分回転速度を算出する。また、算出手段１２３は、現在回転方向と目標回転方向に基づいて差分回転方向を算出する。算出手段１２３は、差分回転速度と差分回転方向に基づいて、目標回転速度、及び目標回転方向を得るために必要な、補正後の周波数（以下、補正周波数）、及び補正後の振幅値（以下、補正振幅値）を算出する。さらに、算出手段１２３は、目標回転速度、及び目標回転方向を得るために必要な、補正Ｄ／Ａ変換設定値と補正コンペアレジスタ値を算出する。算出手段１２３は、算出した補正Ｄ／Ａ変換設定値と補正コンペアレジスタ値を、目標回転速度、及び目標回転方向にそれぞれ対応させて、フラッシュメモリ１２のデータ記憶部１２１へ記憶する。なお、算出手段１２３による、補正Ｄ／Ａ変換設定値と補正コンペアレジスタ値の算出方法は、これに限定しない。
算出手段１２３は、設定周波数と補正周波数、及び設定振幅値と補正振幅値をそれぞれ比較する。算出手段１２３は、設定振幅値と補正振幅値に差が無く、設定周波数と補正周波数に差が有る場合には、周波数の補正のみで調整が可能であると判定する。一方、算出手段１２３は、設定振幅値と補正振幅値、及び設定周波数と補正周波数の双方に差が有る場合には、周波数と振幅値の双方の調整が必要と判定する。算出手段１２３は、判定結果を設定手段１２２へ通知する。
次に、ＲＡＭ１３は、ＣＰＵ１１がフラッシュメモリ１２に記憶された制御用プログラムを実行する時に、ＣＰＵ１１によって制御用プログラムを一時的に記憶される。
次に、Ｄ／Ａ変換部１４１は、Ｄ／Ａ変換設定値に基づいて振幅制御信号を出力する。Ｄ／Ａ変換部１４１は、Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４１１と、Ｄ／Ａ変換１４１２とを備える。Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４１１は、設定手段１２２によってＤ／Ａ変換設定値を書き込まれる。Ｄ／Ａ変換１４１２は、Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４１１からＤ／Ａ変換設定値を取得して、Ｄ／Ａ変換設定値に対応する振幅値（電圧値）を有する振幅制御信号を算出する。Ｄ／Ａ変換１４１２は、例えば、マイクロコンピュータ１が８ビットマイコンであるとすると、振幅制御信号の振幅値（電圧値）を、「出力電圧＝アナログ基準電圧×ｍ／２５６」で算出する。つまり、仮にアナログ基準電圧が３．０Ｖで、Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４１１に設定されたＤ／Ａ変換設定値が「００００１１１１ｂ（１０進数で１５）」である場合、Ｄ／Ａ変換１４１２は、「３．０×１５／２５６≒０．１８」と算出する。この場合、Ｄ／Ａ変換１４１２は、電圧値「０．１８Ｖ」を振幅とする振幅制御信号を出力回路１１６１へ出力する。このように、Ｄ／Ａ変換１４１２は、Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４１１へ設定されたＤ／Ａ変換設定値に基づいて、振幅制御信号の振幅値（電圧値）を変化できる。Ｄ／Ａ変換１４１２が出力する振幅制御信号の振幅値（電圧値）が、出力回路１６１の出力する超音波モータ３の制御信号の振幅となる。なお、Ｄ／Ａ変換１４１２が電圧値を算出する算出方法はこれに限定しない。
また、Ｄ／Ａ変換部１４２は、Ｄ／Ａ変換部１４１と同様である。すなわち、Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４２１は、設定手段１２２によってＤ／Ａ変換設定値を書き込まれる。Ｄ／Ａ変換１４２２は、Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４２１からＤ／Ａ変換設定値を取得して振幅値（電圧値）を算出し、当該電圧値を振幅とする振幅制御信号を出力回路１６２へ出力する。Ｄ／Ａ変換１４２２が出力する振幅制御信号の振幅値（電圧値）が、出力回路１６２の出力する超音波モータ３の制御信号の振幅となる。
次に、タイマ１５１は、コンペアレジスタ値に基づいて、ＰＷＭ信号を出力する。タイマ１５１は、カウンタ１５１１と、コンペアレジスタ１５１２、１５１３と、制御回路１５１４とを備える。カウンタ１５１１は、一定周期でカウントを継続し、カウント値を出力する。コンペアレジスタ１５１２、１５１３は、設定手段１２２によって、それぞれコンペアレジスタ値を書き込まれる。コンペアレジスタ１５１２、１５１３は、それぞれに設定されたコンペアレジスタ値と、カウンタの出力するカウント値とを比較する。コンペアレジスタ１５１２、１５１３は、それぞれ設定されたコンペアレジスタ値と、カウンタのカウント値が一致する時に、カウンタ１５１１と、制御回路１５１４へ信号を出力する。制御回路１５１４は、コンペアレジスタ１５１２、１５１３からの信号に基づいて、ＰＷＭ信号を出力する。コンペアレジスタ１５１２の出力する信号は、制御回路１５１４へのパルス幅制御信号（図２の出力ａ）となる。また、コンペアレジスタ１５１３の出力した信号は、制御回路１５１４へのロウ・レベル信号（図２の出力ｂ）となる。カウンタ１５１１は、コンペアレジスタ１５１２の設定値とカウント値が一致するとカウント値をリセットする。カウンタ１５１１は、カウントリセットしてカウント値を「０」に戻した後、再びカウントを開始する。つまり、カウンタ１５１１は、カウント「０」から、コンペアレジスタ１５１２のコンペアレジスタ値の設定値と同じ値まで、カウントを繰り返す。制御回路１５１４は、パルス幅制御信号を入力すると、予め定めた高電圧レベル（以下、Ｈ出力）を出力する。一方、制御回路１５１４は、ロウ・レベル信号を入力すると、予め定められた低電圧レベル（以下、Ｌ出力）を出力する。つまり、制御回路１５１４は、パルス幅制御信号を入力した後、ロウ・レベル信号を入力するまで「Ｈ出力」を継続する。このように、制御回路１５１４は、コンペアレジスタ１５１２からのパルス幅制御信号と、コンペアレジスタ１５１３からのロウ・レベル信号によって、ＰＷＭ信号の周期とパルス幅を決定する。コンペアレジスタ１５１２、１５１３は、設定されるコンペアレジスタ値によってパルス幅制御信号およびロウ・レベル信号の出力タイミングを変化させることができる。このことから理解できるとおり、コンペアレジスタ１５１２へ設定されるコンペアレジスタ値と、コンペアレジスタ１５１３へ設定されるコンペアレジスタ値は、それぞれ異なる値であり、この値の調整はそれぞれに対して行う必要がある。なお、ＰＷＭ信号における「Ｈ出力」と「Ｌ出力」の実際の電圧レベルは、ＰＷＭ信号を入力する出力回路の動作電圧によって定まる。そのため、本実施形態では、ＰＷＭ信号の電圧レベルは特に限定しない。制御回路１５１４が出力するＰＷＭ信号の周期とパルス幅が、出力回路１６１の出力する超音波モータ３の制御信号の周波数となる。
また、タイマ１５２は、タイマ１５１と同様である。すなわち、コンペアレジスタ１５２２は、設定手段１２２によってコンペアレジスタ値を書き込まれる。コンペアレジスタ１５２２は、コンペアレジスタ値とカウンタ１５２１のカウント値が一致するとパルス幅制御信号（図２の出力ｃ）を制御回路１５２４へ出力する。また、コンペアレジスタ１５２３は、設定手段１２２によってコンペアレジスタ値を書き込まれる。コンペアレジスタ１５２３は、コンペアレジスタ値とカウンタ１５２１のカウント値が一致するとロウ・レベル信号（図２の出力ｄ）を制御回路１５２４へ出力する。制御回路１５２４は、ロウ・レベル信号とパルス幅制御信号とに基づいてＰＷＭ信号を出力回路１６２へ出力する。制御回路１５２４が出力するＰＷＭ信号の周期とパルス幅が、出力回路１６２の出力する超音波モータ３の制御信号の周波数となる。
次に、出力回路１６１は、制御回路１５１４が出力するＰＷＭ信号と、Ｄ／Ａ変換１４１２が出力する振幅制御信号に基づいて、超音波モータ３の制御信号を出力する。図３は、出力回路１６１の一構成例を示している。図３は、出力回路１６１が、Ｎｃｈオープンドレインによって構成される場合の一例を示している。図３の出力回路において、制御回路１５１４の出力はＮｃｈオープンドレインのゲート電極へ接続されている。Ｄ／Ａ変換１４１２の出力は、プルアップ抵抗Ｒ１００を介してＮｃｈオープンドレインのドレイン電極と接続されており、トランス２への出力となっている。ソース電極は、グランド（以下、ＧＮＤ）が取られている。つまり、制御回路１５１４の出力するＰＷＭ信号が、Ｄ／Ａ変換１４１２からの振幅制御信号をトランス２へ出力するためのスイッチの役割を果たす構成となっている。出力回路１６１は、制御回路１５１４からのＰＷＭ信号が「Ｈ出力」である場合、スイッチはＯＮ状態となってＧＮＤと接続され、トランス２への出力は低電圧レベル出力（以下、Ｌｏ出力）となる。一方、出力回路１６１は、制御回路１５１４からのＰＷＭ出力が「Ｌ出力」である場合、スイッチはＯＦＦ状態となり、Ｄ／Ａ変換１４１２の振幅制御信号の振幅値（電圧値）がトランス２への出力となる。このように構成することで、出力回路１６１は、ＰＷＭ信号の周波数と、振幅制御信号の電圧値を振幅として有する制御信号を出力することができる。なお、図３は、出力回路１６１の一構成例であり、出力回路１６１は、ＰＷＭ信号が「Ｈ出力」の場合に振幅制御信号の電圧値を制御信号の振幅とし、ＰＷＭ信号が「Ｌ出力」の場合に「Ｌｏ出力」を制御信号の振幅となるように構成してもよい。この場合にも、コンペアレジスタ１５１２、１５１３へ設定するコンペアレジスタ値との調整によって、対応することが可能である。
また、出力回路１６２は、出力回路１６１と同様である。すなわち、出力回路１６２は、制御回路１５２４が出力するＰＷＭ信号と、Ｄ／Ａ変換１４２２が出力する振幅制御信号に基づいて、超音波モータ３の制御信号を出力する。
出力回路１６１と出力回路１６２の出力する制御信号は、９０°の位相差を有する。出力回路１６１と出力回路１６２との制御信号の位相差の調整は、コンペアレジスタ１５１２、１５１３、１５２２、１５２３にそれぞれ設定されるコンペアレジスタ値を調整することによって行う。
図４は、Ｄ／Ａ変換部１４１と、タイマ１５１と、出力回路１６１における、それぞれの信号出力関係の一例を示している。縦軸は各信号の出力状態を示しており、横軸は時刻の経過を示している。カウンタ１５１１は、「０００」から「ＦＦＦ」の間でカウントを行う。コンペアレジスタ１５１２、１５１３は、コンペアレジスタ値として「０００」から「ＦＦＦ」の間の値が設定されている。コンペアレジスタ１５１２、１５１３は、それぞれ設定されたコンペアレジスタ値とカウンタ１５１のカウントが一致するかを比較している。
まず、時刻ａにおいて、カウンタ１５１１は、コンペアレジスタ１５１２の設定値とカウント値が一致するとカウント値を「０」へリセットする。コンペアレジスタ１５１２は、設定されたコンペアレジスタ値とカウンタ１５１１のカウント値が一致すると、制御回路１５１４へのパルス制御信号を出力する。制御回路１５１４は、コンペアレジスタ１５１２からパルス幅制御信号を入力すると、ＰＷＭ信号を「Ｈ出力」で出力する。出力回路１６１は、ＰＷＭ信号の「Ｈ出力」を入力すると「Ｌｏ出力」を制御信号としてトランス２へ出力する。
次に、時刻ａから時刻ｂにおいて、この間、制御回路１５１４は、ＰＷＭ信号の「Ｈ出力」を継続する。そのため、出力回路１６１は、制御信号として「Ｌｏ出力」をトランス２へ出力し続ける。
次に、時刻ｂにおいて、コンペアレジスタ１５１３は、設定されたコンペアレジスタ値とカウンタ１５１１のカウントが一致すると、ロウ・レベル信号を出力する。制御回路１５１４は、ロウ・レベル信号を入力すると、ＰＷＭ信号を「Ｌ出力」とする。出力回路１５１は、ＰＷＭ信号を「Ｌ出力」を入力すると、Ｄ／Ａ変換１４１２からの振幅制御信号の振幅値（図４では電圧α）を制御信号としてトランス２へ出力する。
次に、時刻ｂから時刻ｃにおいて、制御回路１５１４は、ＰＷＭ信号の「Ｌ出力」を継続する。そのため、出力回路１６１は、制御信号としてＤ／Ａ変換１４１２からの振幅制御信号の振幅値（図４では電圧α）をトランス２へ出力し続ける。
次に、時刻ｃにおいて、カウンタ１５１１は、コンペアレジスタ１５１２の設定値とカウント値が一致するとカウント値を「０」へリセットする。コンペアレジスタ１５１２は、設定されたコンペアレジスタ値とカウンタ１５１１のカウント値が一致すると、制御回路１５１４へのパルス制御信号を出力する。制御回路１５１４は、コンペアレジスタ１５１２からパルス幅制御信号を入力すると、ＰＷＭ信号を「Ｈ出力」で出力する。出力回路１６１は、ＰＷＭ信号の「Ｈ出力」を入力すると「Ｌｏ出力」をトランス２へ出力する。
このようにして、出力回路１６１は、時刻ａから時刻ｃまでを一周期として、Ｄ／Ａ変換１４１２の振幅制御信号の振幅を有する制御信号を出力することができる。同様に、時刻ｃから時刻ｅまでが、一周期となる。
また、Ｄ／Ａ変換部１４２と、タイマ１５２と、出力回路１６２におけるそれぞれの信号出力関係は、上記説明と同様となる。なお、出力回路１６１と出力回路１６２の制御信号は、９０°の位相差を有して出力される。そのため、タイマ１５１のコンペアレジスタ１５１２、１５１３と、タイマ１５２のコンペアレジスタ１５２２、１５２３は、設定されるコンペアレジスタ値によって、位相差を実現する。
次に、アップダウンカウンタ１７は、エンコーダ４から符号化された超音波モータ３の現在回転方向と現在回転速度を入力して記憶する。
ここで、図５、図６を使用して、超音波モータ３の制御信号特性と制御信号特性の補正について説明を行う。図５、図６は、いずれも超音波モータ３の制御信号特性の補正を説明するための図である。図５、図６のグラフは、いずれも横軸は周波数、縦軸は振幅である。
超音波モータ３は、制御信号の周波数を変更すると回転速度が変化する。具体的には、超音波モータ３は、周波数を下げると回転速度が上がり、周波数を上げると回転速度が下がる。また、超音波モータ３は、制御信号の振幅を変更すると、回転トルクが変化する。具体的には、超音波モータ３は、制御信号の振幅が上がると回転トルクが上がり回転速度が上がる。一方、超音波モータ３は、制御信号の振幅が下がると回転トルクが下がり回転速度が下がる。
しかし、前述したように、超音波モータ３は、個体によって特性のばらつきがある。そのため、同じ振幅で、同じ周波数の制御信号を用いて超音波モータ３を駆動しても回転速度が同じになるとは限らない。そのため、実際に超音波モータ３を駆動した時に、現在回転速度と現在回転方向が、目標回転速度と目標回転方向とそれぞれ一致しない場合には、制御信号の特性を補正する必要がある。
図５に示す特性を有する超音波モータ３において、目標回転速度βに対する設定周波数ａと設定振幅値Ｖ０が定められているとする。つまり、超音波モータ３は、周波数ａと振幅Ｖ０を有する制御信号によって駆動すれば、目標回転速度βを得られることを意味する。図５を参照すると、目標回転速度βは、点ｃの特性を有する制御信号によって得られるはずである。しかし、実際には、超音波モータ３の個体毎における特性の違いによって、目標回転速度βを得られない。
例えば、この時、算出手段１３３は、差分回転速度と差分回転方向から補正周波数ｂと補正振幅値Ｖ０算出したする。つまり、目標回転速度βは、ｄ点の特性を有する制御信号によって得られることを意味する。この場合、制御信号の特性は、制御信号の周波数を、周波数ａから補正周波数ｂへ変更すればよい。
一方、周波数の補正のみでは対応できない場合がある。図６に示す特性を有する超音波モータ３において、算出手段１３３は、差分回転速度と差分回転方向から、補正周波数ｂ’と補正振幅値Ｖ１を算出したとする。つまり、目標回転速度βは、ｄ’点の特性を有する制御信号によって得られることを意味する。この場合、制御信号の特性は、制御信号の周波数を周波数ａ’から周波数ｂ’へ変更するに加えて、振幅値Ｖ０’から振幅値Ｖ１への変更も必要となる。
本実施形態では、出力回路１６１、１６２が出力する制御信号において、コンペアレジスタ１５１２、１５１３、１５２２、１５２３に設定するコンペアレジスタ値を調整することで周波数を変更し、Ｄ／Ａ変換レジスタ１４１１、１４２１に設定するＤ／Ａ変換設定値を調整することで振幅を変更することができる。そのため、制御信号の周波数のみで超音波モータ３の特性を調整する場合に比べて、より広い範囲で超音波モータ３の特性を調整することが可能となる。
以上が、本実施形態における超音波モータ制御装置の構成の説明である。このように構成を行うことによって、本実施形態の超音波モータ制御装置は、設定手段１２２により設定されたＤ／Ａ変換設定値に基づいてＤ／Ａ変換部１４１、１４２から出力される振幅制御信号と、設定手段１２２によって設定されたコンペアレジスタ値に基づいてタイマー１５１、１５２から出力されるＰＷＭ信号に基づいて、出力回路１６１、１６２が制御信号の振幅値と周波数を調整することが可能となる。また、算出手段１２３は、アップダウンカウンタ１７が記憶する超音波モータ３の現在回転速度と現在回転方向を取得して、目標回転速度と目標回転方向との差分を算出して、制御信号の特性を補正するために、補正周波数と補正振幅値を算出する。さらに、算出手段１２３は、補正周波数を生成するための補正コンペアレジスタ値と、補正振幅値を生成するための補正Ｄ／Ａ変換設定値を算出してデータ記憶部１２１へ保存する。設定手段１２２は、補正コンペアレジスタ値をコンペアレジスタ１５１２、１５１３、１５２２、１５２３へ設定し、補正Ｄ／Ａ変換設定値をＤ／Ａ変換設定レジスタ１４１１と１４２１へ設定する。出力回路１６１と１６２は、補正周波数と補正振幅値を有する制御信号を出力することができるため、超音波モータ３は、目標回転速度と目標回転方向を得ることができる。よって、制御対象である超音波モータ３が交換等によって、特性が異なる超音波モータ３となったとしても、マイクロコンピュータ１が制御信号の特性を調整することで、目標回転速度と目標回転方向を得ることができる。
また、Ｄ／Ａ変換設定値、及びコンペアレジスタ値は、フラッシュメモリ１２へ保存されているため、マイクロコンピュータ１が電源ＯＦＦ状態となっても、補正コンペアレジスタ値及び補正Ｄ／Ａ変換設定値は消失することが無い。そのため、再度、マイクロコンピュータ１の電源が投入された場合には、マイクロコンピュータ１は、補正コンペアレジスタ値及び補正Ｄ／Ａ変換設定値を使用して超音波モータ３を使用できる。
さらに、マイクロコンピュータ１が備える各構成部位は、マイクロコンピュータ１の周辺回路として構成されるため、固定された制御回路を用いて構成する場合に比べ、消費電力を抑えることが可能となる。
［動作方法の説明］
次に図７を使用して本実施形態の超音波モータ制御装置における動作方法の説明を行う。図７は、本実施形態の超音波モータ制御装置の動作フローを示している。
（ステップＳ１０）
設定手段１２２は、外部からの超音波モータ３の駆動命令を受ける。設定手段１２２は、駆動命令に含まれた目標回転速度と目標回転方向に対応する設定周波数と設定振幅値を、フラッシュメモリ１２のデータ記憶部１２１において特定する。設定手段１２２は、設定周波数と設定振幅値に対応する基準コンペアレジスタ値と基準Ｄ／Ａ変換設定値を、フラッシュメモリ１２のデータ記憶部１２１から取得する。設定手段１２２は、基準コンペアレジスタ値を、コンペアレジスタ１５１２、１５１３、１５２２、１５２３へ書き込む。また、設定手段１２２は、基準Ｄ／Ａ変換設定値を、Ｄ／Ａ変換設定レジスタへ書き込む。タイマ１５１、１５２は、基準コンペアレジスタ値に基づいてＰＷＭ信号を出力する。また、Ｄ／Ａ変換部１４１、１４２は、基準Ｄ／Ａ変換設定値に基づいて振幅制御信号を出力する。出力回路１６１、１６２は、ＰＷＭ信号および振幅制御信号に基づいて制御信号を出力する。
（ステップＳ２０）
トランス２は、制御信号の電圧を昇圧して超音波モータ３へ出力する。超音波モータ３は、制御信号を入力して駆動する。
（ステップＳ３０）
エンコーダ４は、超音波モータ３の現在回転速度と現在回転方向を取得する。エンコーダ４は、現在回転速度と現在回転方向を符号化して、アップダウンカウンタ１７へ出力する。アップダウンカウンタ１７は、符号化された現在回転速度と現在回転方向を記憶する。
（ステップＳ４０）
算出手段１２３は、アップダウンカウンタ１７に記憶された現在回転速度と現在回転方向を取得する。また、算出手段１２３は、設定手段１２２から目標回転速度と目標回転方向を取得する。算出手段１２３は、目標回転速度と現在回転速度、及び目標回転方向と現在回転方向が一致しているかを判定する。判定結果が一致している場合は、ステップＳ８０へ進む。一方、判定結果が一致していない場合は、ステップＳ５０へ進む。
（ステップＳ５０）
判定結果が一致していない場合、算出手段１２３は、差分回転速度と差分回転方向を算出する。算出手段１２３は、差分回転速度と差分回転方向に基づいて、目標回転速度と目標回転方向を得るための制御信号の補正周波数と補正振幅値を算出する。さらに、算出手段１２３は、補正周波数に対応する補正コンペアレジスタ値と、補正振幅値に対応する補正Ｄ／Ａ変換設定値を算出する。算出手段１２３は、目標回転速度と目標回転方向に、補正周波数と補正振幅値を対応させて、さらに、補正周波数に補正コンペアレジスタ値を、また、補正振幅値補正に補正Ｄ／Ａ変換設定値をそれぞれ対応させてフラッシュメモリ１２のデータ記憶部１２１へ保存する。なお、算出手段１２３による補正コンペアレジスタ値と補正Ｄ／Ａ変換設定値との算出方法は、これに限定しない。
算出手段１２３は、目標回転速度及び目標回転方向を得るための補正が、周波数の補正のみで対応可能であるかを判定する。制御信号の周波数の補正のみで対応可能である場合、ステップＳ６０進む。一方、制御信号の周波数及び振幅値の補正が必要な場合は、ステップＳ７０へ進む。
（ステップＳ６０）
制御信号の周波数のみの補正で対応可能である場合、算出手段１２３は、設定手段１２２へ周波数の補正のみで対応可能である旨の判定結果を通知する。設定手段１２２は、データ記憶部１２１から、目標回転速度と目標回転方向に対応する補正コンペアレジスタ値を取得する。設定手段１２２は、補正コンペアレジスタ値をコンペアレジスタ１５１２、１５１３、１５２２、１５２３へ書き込む。タイマ１５１、１５２は、補正コンペアレジスタ値に基づいてＰＷＭ信号を出力する。また、Ｄ／Ａ変換部１４１、１４２は、現在設定されているＤ／Ａ変換設定値に基づいて振幅制御信号を出力する。出力回路１６１、１６２は、ＰＷＭ信号および振幅制御信号に基づいて制御信号を出力する。この後、ステップＳ２０へ戻る。
（ステップＳ７０）
制御信号の周波数及び振幅値の補正が必要な場合、算出手段１２３は、設定手段１２２へ周波数及び振幅値の補正が必要である旨の判定結果を通知する。設定手段１２２は、データ記憶部１２１から、目標回転速度と目標回転方向に対応する補正コンペアレジスタ値と、補正Ｄ／Ａ変換設定値とを取得する。設定手段１２２は、補正コンペアレジスタ値をコンペアレジスタ１５１２、１５１３、１５２２、１５２３へ書き込む。また、設定手段１２２は、補正Ｄ／Ａ変換設定値をＤ／Ａ変換設定レジスタ１４１１、１４２１へ書き込む。タイマ１５１、１５２は、補正コンペアレジスタ値に基づいてＰＷＭ信号を出力する。また、Ｄ／Ａ変換部１４１、１４２は、補正Ｄ／Ａ変換設定値に基づいて振幅制御信号を出力する。出力回路１６１、１６２は、ＰＷＭ信号および振幅制御信号に基づいて制御信号を出力する。この後、ステップＳ２０へ戻る。
（ステップＳ８０）
目標回転速度と現在回転速度、及び目標回転方向と現在回転方向が、それぞれ一致すると判定した場合、算出手段１２３は、基準コンペアレジスタ値と基準Ｄ／Ａ変換設定値を、補正コンペアレジスタ値と、補正Ｄ／Ａ変換設定値として、フラッシュメモリ１２のデータ記憶部１２１へ保存する。なお、算出手段１２３は、すでにステップＳ６０、あるいはステップＳ７０で、補正コンペアレジスタ値と、補正Ｄ／Ａ変換設定値をデータ記憶部１２１へ保存している場合、保存処理を行わない。この後、設定手段１２２は、補正コンペアレジスタ値と補正Ｄ／Ａ変換設定値を用いて設定を行う。
以上が、本実施形態における超音波モータ制御装置の動作方法の説明である。
このように、算出手段１２３は、アップダウンカウンタ１７が記憶する超音波モータ３の現在回転速度と現在回転方向を取得して、目標回転速度と目標回転方向との差分を算出して、制御信号の特性を補正するために、補正周波数と補正振幅値を算出する。さらに、算出手段１２３は、補正周波数を生成するための補正コンペアレジスタ値と、補正振幅値を生成するための補正Ｄ／Ａ変換設定値を算出してデータ記憶部１２１へ保存する。設定手段１２２は、補正コンペアレジスタ値をコンペアレジスタ１５１２、１５１３、１５２２、１５２３へ設定し、補正Ｄ／Ａ変換設定値をＤ／Ａ変換設定レジスタ１４１１と１４２１へ設定する。出力回路１６１と１６２は、補正周波数と補正振幅値を有する制御信号を出力することができるため、超音波モータ３は、目標回転速度と目標回転方向を得ることができる。よって、制御対象である超音波モータ３が交換等によって、特性が異なる超音波モータ３となったとしても、マイクロコンピュータ１が制御信号の特性を調整することで、目標回転速度と目標回転方向を得ることができる。
また、Ｄ／Ａ変換設定値、及びコンペアレジスタ値は、フラッシュメモリ１２へ保存されているため、マイクロコンピュータ１が電源ＯＦＦ状態となっても、補正コンペアレジスタ値及び補正Ｄ／Ａ変換設定値は消失することが無い。そのため、再度、マイクロコンピュータ１の電源が投入された場合には、マイクロコンピュータ１は、補正コンペアレジスタ値及び補正Ｄ／Ａ変換設定値を使用して超音波モータ３を使用できる。
以上が、第１実施形態の説明である。
（第２実施形態）
次に、図８を使用して本発明の第２実施形態の説明を行う。図８は、第２実施形態の超音波モータ制御装置の構成を示すブロック図である。第２実施形態の超音波モータ制御装置は、第１実施形態における超音波モータ制御装置とほぼ同様の構成である。そのため、第１実施形態と同様の部分については説明を省略し、違いを有する部分を中心に説明を行う。
本実施形態の超音波モータ制御装置は、マイクロコンピュータ１のＤ／Ａ変換部１４３が、第１実施形態と異なる。第１実施形態において、マイクロコンピュータ１は、出力回路１６１へ振幅制御信号を出力するＤ／Ａ変換部１４１と、出力回路１６２へ振幅制御信号を出力するＤ／Ａ変換部１４２とを備えていた。本実施形態において、マイクロコンピュータ１は、出力回路１６１及び出力回路１６２の両方へ振幅制御信号を出力するＤ／Ａ変換部１４２のみを備える。Ｄ／Ａ変換部１４３は、Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４３１と、Ｄ／Ａ変換１４３２とを備える。Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４３１は、Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４１１、１４２２と同様である。また、Ｄ／Ａ変換１４３２は、Ｄ／Ａ変換１４１２、１４２２と同様である。そのため、Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４３１と、Ｄ／Ａ変換１４３２の機能の説明は省略する。
出力回路１６１、１６２が出力する制御信号の振幅値は、通常、同じ電圧レベルを有している。この点に着目して、本実施形態において、Ｄ／Ａ変換１４３２は、振幅制御信号を、出力回路１６１と出力回路１６２の双方へ出力する。そのため、出力回路１６１、１６２が出力する制御信号の振幅値は、双方とも同じ値となる。
これによって、マイクロコンピュータ１の消費電力とを抑えることができ、また、発熱を抑える効果を得ることができる。
以上が、第２実施形態における超音波モータ制御装置の説明である。
ここまで、本発明の説明を行ってきた。本発明によれば、マイクロコンピュータ１は、Ｄ／Ａ変換設定レジスタ１４１１、１４２１，１４３１へ設定するＤ／Ａ変換設定値と、コンペアレジスタ１５１２、１５１３、１５２２、１５２３へ設定するコンペアレジスタ値とを調整することによって、超音波モータ３の制御信号の周波数と振幅とを調整することができる。そのため、超音波モータ３特性の調整幅を広くとることが可能であり、超音波モータ３の交換や、経年劣化等による特性の変化を吸収して制御を行うことができる。
また、制御信号の調整に必要となるＤ／Ａ変換設定値、及びコンペアレジスタ値は、フラッシュメモリ１２へ保存されているため、マイクロコンピュータ１が電源ＯＦＦ状態となっても、補正コンペアレジスタ値及び補正Ｄ／Ａ変換設定値は消失することが無い。そのため、再度、マイクロコンピュータ１の電源が投入された場合には、マイクロコンピュータ１は、補正コンペアレジスタ値及び補正Ｄ／Ａ変換設定値を使用して超音波モータ３を使用できる。
さらに、マイクロコンピュータ１が備える各構成部位は、マイクロコンピュータ１の周辺回路として構成されるため、固定された制御回路を用いて構成する場合に比べ、消費電力を抑えることが可能となる。
実施の形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更を行うことができる。
第１実施形態の超音波モータ制御装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の超音波モータ制御装置の構成においてマイクロコンピュータ１をより詳細に示したブロック図である。 出力回路１６１の一構成例を示す図である。 Ｄ／Ａ変換部１４１と、タイマ１５１と、出力回路１６１における、それぞれの信号出力関係の一例を示す図である。 超音波モータ３の制御信号特性の補正を説明するための図である。 超音波モータ３の制御信号特性の補正を説明するための図である。 本実施形態の超音波モータ制御装置の動作フローである。 第２実施形態の超音波モータ制御装置の構成を示すブロック図である。
符号の説明
１ マイクロコンピュータ
２ トランス
３ 超音波モータ
４ エンコーダ
１１ ＣＰＵ
１２ フラッシュメモリ
１３ ＲＡＭ
１７ アップダウンカウンタ
１８ 内部バス
１００ プルアップ抵抗Ｒ
１２１ データ記憶領域
１２２ 設定手段
１２３ 算出手段
１４１ Ｄ／Ａ変換部
１４２ Ｄ／Ａ変換部
１４３ Ｄ／Ａ変換部
１５１ タイマ
１５２ タイマ
１６１ 出力回路
１６２ 出力回路
１４１１ Ｄ／Ａ変換設定レジスタ
１４１２ Ｄ／Ａ変換
１４２１ Ｄ／Ａ変換設定レジスタ
１４２２ Ｄ／Ａ変換
１４３１ Ｄ／Ａ変換設定レジスタ
１４３２ Ｄ／Ａ変換
１５１２ コンペアレジスタ
１５１３ コンペアレジスタ
１５１４ 制御回路
１５２１ カウンタ
１５２２ コンペアレジスタ
１５２３ コンペアレジスタ
１５２４ 制御回路

Claims (10)

  1. 制御信号を出力するマイクロコンピュータと、
    前記制御信号の電圧を昇圧して超音波モータへ出力するトランスと
    を備え、
    前記マイクロコンピュータは、
    前記超音波モータの目標とする目標回転速度に対応した前記制御信号の周波数を決定するためのコンペアレジスタ値と、振幅値を決定するためのＤ／Ａ変換設定値とを前記目標回転速度に対応させて記憶する記憶部と、
    前記Ｄ／Ａ変換設定値に対応する前記振幅値を有した振幅制御信号を生成するＤ／Ａ変換部と、
    前記コンペアレジスタ値に対応する前記周波数を有したＰＷＭ信号を生成するタイマ回路と、
    前記記憶部から前記目標回転速度に対応する前記Ｄ／Ａ変換設定値と前記コンペアレジスタ値とを選択して、前記Ｄ／Ａ変換設定値を前記Ｄ／Ａ変換部へ設定し、前記コンペアレジスタ値を前記タイマ回路へ設定を行う設定手段と、
    前記振幅制御信号と前記ＰＷＭ信号を入力して、前記振幅制御信号の振幅値と前記ＰＷＭ信号の周波数とを有する前記制御信号を生成する出力回路と
    を具備し、
    前記タイマ回路は、カウントを行ってカウント値を出力するカウンタと、第一コンペアレジスタと、第二コンペアレジスタと、制御回路を備え、
    前記第一コンペアレジスタと、前記第二コンペアレジスタは、それぞれ異なる値の前記コンペアレジスタ値が設定され、
    前記第一コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにロウ・レベル信号を出力し、
    前記第二コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにパルス幅制御信号を出力し、
    前記制御回路は、前記ロウ・レベル信号と前記パルス幅制御信号を入力するタイミングに基づいて、前記ＰＷＭ信号の周波数を決定する
    超音波モータ制御装置。
  2. 制御信号を出力するマイクロコンピュータと、
    前記制御信号の電圧を昇圧して超音波モータへ出力するトランスと、
    前記超音波モータの現在回転速度を検出するエンコーダと
    を備え、
    前記マイクロコンピュータは、
    前記超音波モータの目標とする目標回転速度に対応した前記制御信号の周波数を決定するためのコンペアレジスタ値と、振幅値を決定するためのＤ／Ａ変換設定値とを前記目標回転速度に対応させて記憶する記憶部と、
    前記Ｄ／Ａ変換設定値に対応する前記振幅値を有した振幅制御信号を生成するＤ／Ａ変換部と、
    前記コンペアレジスタ値に対応する前記周波数を有したＰＷＭ信号を生成するタイマ回路と、
    前記記憶部から前記目標回転速度に対応する前記Ｄ／Ａ変換設定値と前記コンペアレジスタ値とを選択して、前記Ｄ／Ａ変換設定値を前記Ｄ／Ａ変換部へ設定し、前記コンペアレジスタ値を前記タイマ回路へ設定を行う設定手段と、
    前記振幅制御信号と前記ＰＷＭ信号を入力して、前記振幅制御信号の振幅値と前記ＰＷＭ信号の周波数とを有する前記制御信号を生成する出力回路と、
    前記マイクロコンピュータは、前記現在回転速度と前記目標回転速度の差分に基づいて、前記目標回転速度を得るために必要となる補正Ｄ／Ａ変換設定値と補正コンペアレジスタ値を算出し、補正Ｄ／Ａ変換設定値と補正コンペアレジスタ値を前記目標回転速度に対応させて前記記憶部へ保存する算出手段と
    を具備し、
    前記タイマ回路は、カウントを行ってカウント値を出力するカウンタと、第一コンペアレジスタと、第二コンペアレジスタと、制御回路を備え、
    前記第一コンペアレジスタと、前記第二コンペアレジスタは、それぞれ異なる値の前記コンペアレジスタ値が設定され、
    前記第一コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにロウ・レベル信号を出力し、
    前記第二コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにパルス幅制御信号を出力し、
    前記制御回路は、前記ロウ・レベル信号と前記パルス幅制御信号を入力するタイミングに基づいて、前記ＰＷＭ信号の周波数を決定し、
    前記設定手段は、前記目標回転速度に対応する前記補正Ｄ／Ａ変換設定値と前記補正コンペアレジスタ値が前記記憶部に保存されている場合には、前記補正Ｄ／Ａ変換設定値と前記補正コンペアレジスタ値を選択して、前記補正Ｄ／Ａ変換設定値を前記Ｄ／Ａ変換部へ設定し、前記補正コンペアレジスタ値を前記タイマ回路へ設定を行う
    超音波モータ制御装置。
  3. 制御信号を出力するマイクロコンピュータと、
    前記制御信号の電圧を昇圧して超音波モータへ出力するトランスと
    を備え、
    前記マイクロコンピュータは、
    前記超音波モータの目標とする目標回転速度に対応した前記制御信号の周波数を決定するためのコンペアレジスタ値と、振幅値を決定するためのＤ／Ａ変換設定値とを前記目標回転速度に対応させて記憶する記憶部と、
    前記Ｄ／Ａ変換設定値に対応する前記振幅値を有した振幅制御信号を生成するＤ／Ａ変換部と、
    前記コンペアレジスタ値に対応する前記周波数を有したＰＷＭ信号を生成するタイマ回路と、
    前記記憶部から前記目標回転速度に対応する前記Ｄ／Ａ変換設定値と前記コンペアレジスタ値とを選択して、前記Ｄ／Ａ変換設定値を前記Ｄ／Ａ変換部へ設定し、前記コンペアレジスタ値を前記タイマ回路へ設定を行う設定手段と、
    前記振幅制御信号と前記ＰＷＭ信号を入力して、前記振幅制御信号の振幅値と前記ＰＷＭ信号の周波数とを有する前記制御信号を生成する出力回路と
    を具備し、
    前記タイマ回路は、カウントを行ってカウント値を出力するカウンタと、第一コンペアレジスタと、第二コンペアレジスタと、制御回路を備え、
    前記第一コンペアレジスタと、前記第二コンペアレジスタは、それぞれ異なる値の前記コンペアレジスタ値が設定され、
    前記第一コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにロウ・レベル信号を出力し、
    前記第二コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにパルス幅制御信号を出力し、
    前記制御回路は、前記ロウ・レベル信号と前記パルス幅制御信号を入力するタイミングに基づいて、前記ＰＷＭ信号の周波数を決定し、
    前記マイクロコンピュータは、前記超音波モータが備える圧電体の数と同数の前記Ｄ／Ａ変換部と、前記タイマ回路と、前記出力回路を具備する
    超音波モータ制御装置。
  4. 制御信号を出力するマイクロコンピュータと、
    前記制御信号の電圧を昇圧して超音波モータへ出力するトランスと、
    前記超音波モータの現在回転速度を検出するエンコーダと
    を備え、
    前記マイクロコンピュータは、
    前記超音波モータの目標とする目標回転速度に対応した前記制御信号の周波数を決定するためのコンペアレジスタ値と、振幅値を決定するためのＤ／Ａ変換設定値とを前記目標回転速度に対応させて記憶する記憶部と、
    前記Ｄ／Ａ変換設定値に対応する前記振幅値を有した振幅制御信号を生成するＤ／Ａ変換部と、
    前記コンペアレジスタ値に対応する前記周波数を有したＰＷＭ信号を生成するタイマ回路と、
    前記記憶部から前記目標回転速度に対応する前記Ｄ／Ａ変換設定値と前記コンペアレジスタ値とを選択して、前記Ｄ／Ａ変換設定値を前記Ｄ／Ａ変換部へ設定し、前記コンペアレジスタ値を前記タイマ回路へ設定を行う設定手段と、
    前記振幅制御信号と前記ＰＷＭ信号を入力して、前記振幅制御信号の振幅値と前記ＰＷＭ信号の周波数とを有する前記制御信号を生成する出力回路と、
    前記マイクロコンピュータは、前記現在回転速度と前記目標回転速度の差分に基づいて、前記目標回転速度を得るために必要となる補正Ｄ／Ａ変換設定値と補正コンペアレジスタ値を算出し、補正Ｄ／Ａ変換設定値と補正コンペアレジスタ値を前記目標回転速度に対応させて前記記憶部へ保存する算出手段と
    を具備し、
    前記設定手段は、前記目標回転速度に対応する前記補正Ｄ／Ａ変換設定値と前記補正コンペアレジスタ値が前記記憶部に保存されている場合には、前記補正Ｄ／Ａ変換設定値と前記補正コンペアレジスタ値を選択して、前記補正Ｄ／Ａ変換設定値を前記Ｄ／Ａ変換部へ設定し、前記補正コンペアレジスタ値を前記タイマ回路へ設定を行い
    前記マイクロコンピュータは、前記超音波モータが備える圧電体の数と同数の前記Ｄ／Ａ変換部と、前記タイマ回路と、前記出力回路を具備し、
    前記タイマ回路は、
    カウントを行ってカウント値を出力するカウンタと、第一コンペアレジスタと、第二コンペアレジスタと、制御回路を備え、
    前記第一コンペアレジスタと、前記第二コンペアレジスタは、それぞれ異なる値の前記コンペアレジスタ値を設定され、
    前記第一コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにロウ・レベル信号を出力し、
    前記第二コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにパルス幅制御信号を出力し、
    前記制御回路は、前記ロウ・レベル信号と前記パルス幅制御信号を入力するタイミングに基づいて、前記ＰＷＭ信号の周波数を決定する
    超音波モータ制御装置。
  5. 前記超音波モータの目標とする目標回転速度に対応した超音波モータの前記制御信号の周波数を決定するためのコンペアレジスタ値と、振幅値を決定するためのＤ／Ａ変換設定値とを前記目標回転速度に対応させて記憶する記憶部と、
    前記Ｄ／Ａ変換設定値に対応する前記振幅値を有した振幅制御信号を生成するＤ／Ａ変換部と、
    前記コンペアレジスタ値に対応する前記周波数を有したＰＷＭ信号を生成するタイマ回路と、
    前記記憶部から前記目標回転速度に対応する前記Ｄ／Ａ変換設定値と前記コンペアレジスタ値とを選択して、前記Ｄ／Ａ変換設定値を前記Ｄ／Ａ変換部へ設定し、前記コンペアレジスタ値を前記タイマ回路へ設定を行う設定手段と、
    前記振幅制御信号と前記ＰＷＭ信号を入力して、前記振幅制御信号の振幅値と前記ＰＷＭ信号の周波数とを有する前記制御信号を生成する出力回路と
    を備え、
    前記タイマ回路は、カウントを行ってカウント値を出力するカウンタと、第一コンペアレジスタと、第二コンペアレジスタと、制御回路を備え、
    前記第一コンペアレジスタと、前記第二コンペアレジスタは、それぞれ異なる値の前記コンペアレジスタ値を設定され、
    前記第一コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにロウ・レベル信号を出力し、
    前記第二コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにパルス幅制御信号を出力し、
    前記制御回路は、前記ロウ・レベル信号と前記パルス幅制御信号を入力するタイミングに基づいて、前記ＰＷＭ信号の周波数を決定する
    マイクロコンピュータ。
  6. 前記超音波モータの目標とする目標回転速度に対応した超音波モータの前記制御信号の周波数を決定するためのコンペアレジスタ値と、振幅値を決定するためのＤ／Ａ変換設定値とを前記目標回転速度に対応させて記憶する記憶部と、
    前記Ｄ／Ａ変換設定値に対応する前記振幅値を有した振幅制御信号を生成するＤ／Ａ変換部と、
    前記コンペアレジスタ値に対応する前記周波数を有したＰＷＭ信号を生成するタイマ回路と、
    前記記憶部から前記目標回転速度に対応する前記Ｄ／Ａ変換設定値と前記コンペアレジスタ値とを選択して、前記Ｄ／Ａ変換設定値を前記Ｄ／Ａ変換部へ設定し、前記コンペアレジスタ値を前記タイマ回路へ設定を行う設定手段と、
    前記振幅制御信号と前記ＰＷＭ信号を入力して、前記振幅制御信号の振幅値と前記ＰＷＭ信号の周波数とを有する前記制御信号を生成する出力回路と、
    前記現在回転速度と前記目標回転速度の差分に基づいて、前記目標回転速度を得るために必要となる補正Ｄ／Ａ変換設定値と補正コンペアレジスタ値を算出し、補正Ｄ／Ａ変換設定値と補正コンペアレジスタ値を前記目標回転速度に対応させて前記記憶部へ保存する算出手段と
    を具備し、
    前記タイマ回路は、カウントを行ってカウント値を出力するカウンタと、第一コンペアレジスタと、第二コンペアレジスタと、制御回路を備え、
    前記第一コンペアレジスタと、前記第二コンペアレジスタは、それぞれ異なる値の前記コンペアレジスタ値を設定され、
    前記第一コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにロウ・レベル信号を出力し、
    前記第二コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにパルス幅制御信号を出力し、
    前記制御回路は、前記ロウ・レベル信号と前記パルス幅制御信号を入力するタイミングに基づいて、前記ＰＷＭ信号の周波数を決定し、
    前記設定手段は、前記目標回転速度に対応する前記補正Ｄ／Ａ変換設定値と前記補正コンペアレジスタ値が前記記憶部に保存されている場合には、前記補正Ｄ／Ａ変換設定値と前記補正コンペアレジスタ値を選択して、前記補正Ｄ／Ａ変換設定値を前記Ｄ／Ａ変換部へ設定し、前記補正コンペアレジスタ値を前記タイマ回路へ設定を行う
    マイクロコンピュータ。
  7. 前記超音波モータの目標とする目標回転速度に対応した超音波モータの前記制御信号の周波数を決定するためのコンペアレジスタ値と、振幅値を決定するためのＤ／Ａ変換設定値とを前記目標回転速度に対応させて記憶する記憶部と、
    前記Ｄ／Ａ変換設定値に対応する前記振幅値を有した振幅制御信号を生成するＤ／Ａ変換部と、
    前記コンペアレジスタ値に対応する前記周波数を有したＰＷＭ信号を生成するタイマ回路と、
    前記記憶部から前記目標回転速度に対応する前記Ｄ／Ａ変換設定値と前記コンペアレジスタ値とを選択して、前記Ｄ／Ａ変換設定値を前記Ｄ／Ａ変換部へ設定し、前記コンペアレジスタ値を前記タイマ回路へ設定を行う設定手段と、
    前記振幅制御信号と前記ＰＷＭ信号を入力して、前記振幅制御信号の振幅値と前記ＰＷＭ信号の周波数とを有する前記制御信号を生成する出力回路と
    を備え、
    前記タイマ回路は、カウントを行ってカウント値を出力するカウンタと、第一コンペアレジスタと、第二コンペアレジスタと、制御回路を備え、
    前記第一コンペアレジスタと、前記第二コンペアレジスタは、それぞれ異なる値の前記コンペアレジスタ値を設定され、
    前記第一コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにロウ・レベル信号を出力し、
    前記第二コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにパルス幅制御信号を出力し、
    前記制御回路は、前記ロウ・レベル信号と前記パルス幅制御信号を入力するタイミングに基づいて、前記ＰＷＭ信号の周波数を決定し、
    前記マイクロコンピュータは、前記超音波モータが備える圧電体の数と同数の前記Ｄ／Ａ変換部と、前記タイマ回路と、前記出力回路を具備する
    マイクロコンピュータ。
  8. 前記超音波モータの目標とする目標回転速度に対応した超音波モータの前記制御信号の周波数を決定するためのコンペアレジスタ値と、振幅値を決定するためのＤ／Ａ変換設定値とを前記目標回転速度に対応させて記憶する記憶部と、
    前記Ｄ／Ａ変換設定値に対応する前記振幅値を有した振幅制御信号を生成するＤ／Ａ変換部と、
    前記コンペアレジスタ値に対応する前記周波数を有したＰＷＭ信号を生成するタイマ回路と、
    前記記憶部から前記目標回転速度に対応する前記Ｄ／Ａ変換設定値と前記コンペアレジスタ値とを選択して、前記Ｄ／Ａ変換設定値を前記Ｄ／Ａ変換部へ設定し、前記コンペアレジスタ値を前記タイマ回路へ設定を行う設定手段と、
    前記振幅制御信号と前記ＰＷＭ信号を入力して、前記振幅制御信号の振幅値と前記ＰＷＭ信号の周波数とを有する前記制御信号を生成する出力回路と、
    前記現在回転速度と前記目標回転速度の差分に基づいて、前記目標回転速度を得るために必要となる補正Ｄ／Ａ変換設定値と補正コンペアレジスタ値を算出し、補正Ｄ／Ａ変換設定値と補正コンペアレジスタ値を前記目標回転速度に対応させて前記記憶部へ保存する算出手段と
    を備え、
    前記設定手段は、前記目標回転速度に対応する前記補正Ｄ／Ａ変換設定値と前記補正コンペアレジスタ値が前記記憶部に保存されている場合には、前記補正Ｄ／Ａ変換設定値と前記補正コンペアレジスタ値を選択して、前記補正Ｄ／Ａ変換設定値を前記Ｄ／Ａ変換部へ設定し、前記補正コンペアレジスタ値を前記タイマ回路へ設定を行い、
    前記タイマ回路は、カウントを行ってカウント値を出力するカウンタと、第一コンペアレジスタと、第二コンペアレジスタと、制御回路を備え、
    前記第一コンペアレジスタと、前記第二コンペアレジスタは、それぞれ異なる値の前記コンペアレジスタ値を設定され、
    前記第一コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにロウ・レベル信号を出力し、
    前記第二コンペアレジスタは、設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにパルス幅制御信号を出力し、
    前記制御回路は、前記ロウ・レベル信号と前記パルス幅制御信号を入力するタイミングに基づいて、前記ＰＷＭ信号の周波数を決定し、
    前記マイクロコンピュータは、前記超音波モータが備える圧電体の数と同数の前記Ｄ／Ａ変換部と、前記タイマ回路と、前記出力回路を具備する
    マイクロコンピュータ。
  9. 超音波モータの目標とする目標回転速度に対応した前記超音波モータの制御信号の周波数を決定するためのコンペアレジスタ値と、振幅値を決定するためのＤ／Ａ変換設定値とを前記目標回転速度に対応させて記憶するステップと、
    前記Ｄ／Ａ変換設定値を設定するステップと、
    前記Ｄ／Ａ変換設定値に対応する前記振幅値を有した振幅制御信号を生成するステップと、
    前記コンペアレジスタ値を設定するステップと、
    前記コンペアレジスタ値に対応する前記周波数を有したＰＷＭ信号を生成するステップと、
    前記目標回転速度に対応する前記Ｄ／Ａ変換設定値と前記コンペアレジスタ値とを選択するステップと、
    前記振幅制御信号と前記ＰＷＭ信号を入力して、前記振幅制御信号の振幅値と前記ＰＷＭ信号の周波数とを有する前記制御信号を生成するステップと
    を具備し、
    前記コンペアレジスタ値に対応する前記周波数を有したＰＷＭ信号を生成するステップは、
    カウントを行ってカウント値を出力するステップと、
    設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにロウ・レベル信号を出力するステップと、
    設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにパルス幅制御信号を出力するステップと、
    前記ロウ・レベル信号と前記パルス幅制御信号を入力するタイミングに基づいて、前記ＰＷＭ信号の周波数を決定するステップと
    を含む
    超音波モータ制御方法。
  10. 超音波モータの目標とする目標回転速度に対応した前記超音波モータの制御信号の周波数を決定するためのコンペアレジスタ値と、振幅値を決定するためのＤ／Ａ変換設定値とを前記目標回転速度に対応させて記憶するステップと、
    前記Ｄ／Ａ変換設定値を設定するステップと、
    前記Ｄ／Ａ変換設定値に対応する前記振幅値を有した振幅制御信号を生成するステップと、
    前記コンペアレジスタ値を設定するステップと、
    前記コンペアレジスタ値に対応する前記周波数を有したＰＷＭ信号を生成するステップと、
    前記目標回転速度に対応する前記Ｄ／Ａ変換設定値と前記コンペアレジスタ値とを選択するステップと、
    前記振幅制御信号と前記ＰＷＭ信号を入力して、前記振幅制御信号の振幅値と前記ＰＷＭ信号の周波数とを有する前記制御信号を生成するステップと、
    前記現在回転速度と前記目標回転速度の差分に基づいて、前記目標回転速度を得るために必要となる補正Ｄ／Ａ変換設定値と補正コンペアレジスタ値を算出するステップと、
    補正Ｄ／Ａ変換設定値と補正コンペアレジスタ値を前記目標回転速度に対応させて保存するステップと
    を備え、
    前記コンペアレジスタ値に対応する前記周波数を有したＰＷＭ信号を生成するステップは、
    カウントを行ってカウント値を出力するステップと、
    設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにロウ・レベル信号を出力するステップと、
    設定された前記コンペアレジスタ値と前記カウント値が一致するときにパルス幅制御信号を出力するステップと、
    前記ロウ・レベル信号と前記パルス幅制御信号を入力するタイミングに基づいて、前記ＰＷＭ信号の周波数を決定するステップと
    を含み、
    前記Ｄ／Ａ変換設定値と前記コンペアレジスタ値とを選択するステップは、
    前記目標回転速度に対応する前記補正Ｄ／Ａ変換設定値と前記補正コンペアレジスタ値が保存されている場合には、前記補正Ｄ／Ａ変換設定値と前記補正コンペアレジスタ値を選択するステップ
    を含む
    超音波モータ制御方法。
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