JPH01190269A

JPH01190269A - 超音波モータの保護装置

Info

Publication number: JPH01190269A
Application number: JP63012155A
Authority: JP
Inventors: Tadao Takagi; 忠雄高木; Daisuke Satani; 大助佐谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-01-22
Filing date: 1988-01-22
Publication date: 1989-07-31
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: JP2576450B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は超音波モータの保護装置に関するものである。

（従来の技術）第１２図は、超音波モータの構成の断面図を示す。リン
グ状の弾性体１及び支持部分１ａ、ｌｂ及び圧電体２及
び電極２ａ〜２Ｃから成るステータは、電極２ａ〜２Ｃ
への高周波電圧の印加により駆動面１ｃに進行波を発生
する。リング状のロータ３は、支持部分３ａ、３ｂを介
して不図示の付勢手段によりステータの駆動面ＩＣに加
圧接触され、前記進行波により駆動される。

第１３図は、第１２図の超音波モータの駆動回路図を示
す。発振器４は、前記超音波モータのステータとロータ
とからなる系の共振周波数もしくはその近傍の周波数（
以後この周波数を入力基本周波＠　ｆ　ｒと呼ぶ）を出
力する。移相器５は、発振器４から出力された交流電圧
の位相をπ／２ずらして出力するものであって、そのず
らし方向によってロータ３の回転方向を変えることがで
きる。

増幅器６．７は、発振器４、位相器５の出力を増幅して
、ステータの圧電体２の電極２ｂ、２ｃに各々印加する
。なお、電極２ａはグランドに接続されており、また電
極２ｄには電圧が印加されない。この圧電体２の詳細な
構成は、本件出願人による特開昭６０−２４５４８２等
により公知なためその説明を省略する。

（発明が解決しようとする問題点）上述した従来の超音波モータでは、超音波モータに異常
が発生しても、それを検知及び保護する手段がなかった
為に超音波モータの損傷を回避できないという問題点が
あった。

例えば、超音波モータの異常として、以下のものが挙げ
られる。

■　自動／手動の切り換えの為に、超音波モータのステ
ータとロータとを圧接／離間もしくはステータとロータ
との圧接力の増加／低減を行って、クラッチとして機能
させることが可能である。その際に、手動から自動への
切り換え忘れや付勢手段の故障等により圧接力が規定値
以下の状態において、超音波モータへ電源投入を行って
しまうと、ステータの振幅が増大し、圧電体の破壊（割
れ等）が生じる。

■　ステータとロータとの間（圧接面）にゴミ等が入っ
た場合に、圧接面に傷が付き、電流値の増大や耐久性の
低下、効率の低下等が生じる。

■　ステータやロータの圧接面の歪み、平面度が低下し
た場合に、回転むら、耐久性の低下等が生じる。

（問題点を解決する為の手段）上記問題点の解決の為に、本発明では、超音波モータの
圧電体の入力電圧が印加されていない部分（第１図の電
極２ｄ）から励振によって生じる電圧をモニターして、
このモニター電圧を評価して異常検知を行い、異常が検
知された時には例えば警告やモータの停止を行って超音
波モータの損傷を回避するようにした。

（作用）超音波モータに前述のような異常が発生した場合に、モ
ニター電圧にはその原因に応じた徴候が現れる為、これ
を検知することにより、例えば警告やモータ駆動停止等
の保護動作を行うことができる。

（実施例）第１図は本発明の実施例であり、超音波モータの駆動回
路を示す。第１３図の駆動回路の構成と同様な構成につ
いては同符号を付し、説明を省略する。

圧電体の電極２ｄには、入力基本周波数ｆｒの交流電圧
が発生し、これは圧電体２の圧電効果を利用したもので
一般的にその振幅はステータの振幅が大きい程大きくな
る。この電極２ｄに発生した交流電圧はモニター電圧検
出手段８．９に入力されてモニター電圧に変換される。

このモニター電圧検出手段８．９は、後述するように周
波数帯域の各々異なるモニター電圧を検出するものであ
る。このモニター電圧は、異常検知手段１０．１）に入
力されてモータの異常の有無の検知に使用され、異常が
検知された場合には保護手段１２，１３．１４が作動す
る。この異常検知手段１０．１）は、後述するように各
々異なる超音波モータの異常を検知するものである。

この保護手段１２は、異常発生の警告表示（音警告、表
示警告等）を行うものであり、異常がモータ自体を破壊
することがないような軽微な異常の場合に作動し、異常
時にも使用者の判断によって対処すれば正常に戻すこと
ができるものである。また、保護手段１３．１４’は、
前述と同様な異常発生の警告表示と、モータの駆動を停
止する為に電源の遮断を行うものであり、異常がモータ
自体を破壊するような場合に作動する。

第２図は、モニター電圧検出手段９（８）、異雷検知手
段１）（１０）、保護手段１３（１２）の具体的構成を
表す回路図である。

このモニター電圧検出手段９　（８）は、バンドパスフ
ィルタ１５と整流器１６とから構成されている。また異
常検知手段１）（１０）は、比較器１７から構成されて
いる。また保護手段１３（Ｉ２）は、発光ダイオード１
８、トランジスタ１９とから構成されている。

圧電体２の電極２ｄから発生した交流電圧は、端子２０
からバンドパスフィルタ１５に入力され、ここで所望の
周波数帯域が選択される。そして、バンドパスフィルタ
１５で濾過された交流電圧は整流器１６によって整流さ
れモニター電圧に変換される。

そして、このモニター電圧は、比較器１７によって所定
電圧と比較されて、これを上回る場合には異常信号が出
力される。この異常信号の出力によりトランジスタ１９
がオンして発光ダイオード１８が点灯して異常を警告す
ると共に、端子２１を介して保護手段１４の電源遮断ス
イッチをオフして超音波モータへの電源の入力を遮断す
る。

次に、バンドパスフィルタ１５の周波数帯域の具体例に
ついて説明する。

［１）バンドパスフィルタ１５を入力基本周波数ｆｒの
近傍範囲内に設定した場合。

第５図に示す如くバンドパスフィルタ１５ば、ＩＢ（ｆ
）ｌ＝ｏの場合−〇≦ｆ＜ｆｒ−Δ１Ｂ（ｆ）　ｌ　＝
　１の場合−＋　ｆ　ｒ−Δ≦１≦ｒｒ＋Δ＋Ｂｍｌ＝
Ｏの場合−ｒｒ＋Δ〈ｒの条件を満たす感度を存するものである（但し、ｆは電
極２ｄから発生する交流電圧の周波数、Δは超音波モー
タ駆動中に基本周波数が振れる範囲を示すズレ量）。す
なわち、バンドパスフィルタ１５は、図のハンチング部
分の周波数帯域の交流電圧成分を通過させるものである
。

第３図は、超音波モータが正常に動作した場合に圧電体
の電極２ｄから発生する交流電圧の波形を表している（
縦軸Ｖｐは電圧、横軸ｔは時間）。

これに対して、前述した問題点■のような異常即ちステ
ータとロータとの圧接力が正常な動作に必要な規格値以
下になる異常を生じた場合には、第４図に示されるよう
に、電極２ｄに発生する交流電圧の振幅が増大してしま
う。

このような異常に対しては、第５図のように設定された
バンドパスフィルタ１５を使用すれば、容易に異常の発
生したことを検知できる。このようなバンドパスフィル
タ１５は、第１図のモニター電圧検出手段９に設定され
る。そうすると、電極２ｄより検出される交流電圧は、
このバンドパスフィルタ１５及び整流器１６によりモニ
ター電圧に変換され、このモニター電圧が異常検知手段
１）の比較器１７により第一所定電圧と比較されて、第
一所定電圧を越えれば、異常と判定される。そしてモー
タ自体の破壊の恐れがある異常に対しては保護手段１３
と１４が作動し、警告表示とモータ電源の遮断による強
制停止とを行う。

（２）バンドパスフィルタ１５を入力基本周波数ｆｒの
近傍の所定周波数以上に設定した場合。

第８図に示す如くバンドパスフィルタ１５は、１　［１
（ｆ）　ｌ　＝　Ｏの場合→０≦ｆ＜ｆｒ＋Δ１Ｂ（ｆ
）ｌ＝１の場合−ｆｒ＋Δ≦ｆの条件を満たす感度を存
するものである。

第６図は、超音波モータが正常に動作した場合に圧電体
の電極２ｄから発生する交流電圧の波形を表している。

これに対して、前述した問題点■のような異常即ちステ
ータとロータとの圧接面にゴミ等が入る異常を生じた場
合には、第７図に示されるように、電極２ｄに発生する
交流電圧に高周波成分が加算された波形となる。

このような異常に対しては、第８図のように設定された
バンドパスフィルタ１５を使用すれば、高周波成分を検
知できて容易に異常の発生したことを検知できる。この
ようなバンドパスフィルタ１５は、第１図のモニター電
圧検出手段８に設定される。そうすると、電極２ｄより
検出される交流電圧は、このバンドパスフィル□り１５
及び整流器１６によりモニター電圧に変換され、このモ
ニター電圧すなわち高周波成分が異常検知手段１）の比
較器１７により第二所定電圧と比較されて、第二所定電
圧を越えれば、異常と判定される。そして圧接面のゴミ
等による電流値の増大、耐久性、駆動効率の低下等に繋
がる異常に対しては保護手段１２が作動し、警告表示を
行う。使用者は、この警告表示を受けることにより、モ
ータの異常を知りそれに対処（例えば、圧接面の掃除等
）すればよい。

（３）バンドパスフィルタ１５を入力基本周波数ｆｒの
近傍の所定周波数以下に設定した場合。

第１）図に示す如くバンドパスフィルタ１５は、ＩＢ（
ｆ）ｌ＝１の場合→０≦ｆ＜ｆ　ｒ−Δ１Ｂ（ｆ）ｌ＝
ｏの場合→ｆｒ−Δ≦ｆの条件を満たす感度を有するも
のである。

第９図、第１０図は、第３図、第４図、第６図。

第７図に比べ、時間軸を圧縮しており、包路線も図示し
ている。

第１）図は、超音波モータが正常に動作した場合に圧電
体の電極２ｄから発生する交流電圧の波形の包路線を表
している。これに対して、前述した問題点■のような異
常即ちステータとロータとの圧接面の歪み、平面度の低
下による異常が生じた場合には、第１０図に示されるよ
うに、ロータの回転周期に対応した包絡線にうねりが発
生する。

このような異常に対しては、第１）図のように設定され
たバンドパスフィルタ１５を使用すれば、包路線のうね
りが検知できて容易に異常の発生したことを検知できる
。このようなバンドパスフィルタ１５は、前述した（２
）のバンドパスフィルタ１５と同様に第１図のモニター
電圧検出手段８に設定される。そうすると、電極２ｄよ
り検出される交流電圧は、このバンドパスフィルタ１５
及び整流器１６によりモニター電圧に変換され、このモ
ニター電圧すなわち包路線の低周波成分が異常検知手段
１）の比較器１７により第三所定電圧と比較されて、第
三所定電圧を越えれば、異常と判定される。このような
圧接面の歪み、平面度の低下等による耐久性の低下、回
転むら等に繋がる異常に対しては保護手段１２が作動し
、警告表示を行う。使用者は、この警告表示を受けるこ
とにより、モータの異常を知りそれに対処すればよい。

以上のように、バンドパスフィルタ１５を有するモニタ
ー電圧検出手段８．９及び比較器１７を存する異常検知
手段１０．１）は、それぞれ異なる超音波モータの異常
状態を検知して、最適な対処を行うように成っている。

また、保護手段の別の実施例としては、超音波モータの
異常が検知された際に超音波モータの２入力交流電圧の
位相差を変化させたり、あるいは一方の入力交流電圧を
遮断してステータに発生していた進行波を定在波に切り
換える保護手段としてもよく、このように異常時に定在
波を発生させれば、手動による超音波モータの操作を可
能とできる。また、別の保護手段としては、超音波モー
タの異常が検知された際に超音波モータの入力交流電圧
の電圧値を低下させてモータを停止させる入力交流電圧
制御手段を設けてもよい。また、別の保護手段としては
、超音波モータの異常が検知された際に発振器４からの
入力基本周波数ｆｒの周波数を変化させてモータを停止
させるような周波数変更手段を設けてもよい。

尚、実施例のように、モニター電圧検出手段に限られる
ことなく、モニター電圧検出手段に換えて、例えば、超
音波モータの入力電流を検出することでもモータの異常
を検知できるので、入力電流検出手段を設けてもよい。

また、実施例のように、種々の超音波モータの異常を検
知する手段を並列的に有するものに限られることはなく
、適宜変更可能であり、例えば、超音波モータの利用分
野の違いによりその装置に必要な一つの保護手段のみ設
けるこうよにしてもよい、すなわち、ステータとロータ
との圧接力を常に正規の力で加えて使うような装置の分
野では、圧接力が減少するようなことはないので、警告
表示のみの保護手段を設けるようにすれば良く、一方、
カメラ分野でレンズ鏡筒に適用された超音波モータでは
、モータに異常が発生したからといって警告表示してし
も到底、使用者には修理困難であり、そのような場合に
はモータ駆動の強制停止回路のみを保護手段として設け
れば良い。また、実施例のように、モニター電圧検出手
段のバンドパスフィルタの濾過帯域が限られるものでは
なく、例えば、種々の異常状態に応じて最適な帯域を実
験的に求めて適宜設定すればよい。また、実施例のよう
に、モニター電圧検出手段にバンドパスフィルタを設け
ているが、例えば、モニター電圧のレヘルにより異常を
判定するものではバンドパスフィルタを通すことなく、
判定できるように回路を構成してもよい。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、超音波モータの圧電体の
入力電圧の印加されていない部分から励振によって生じ
る電圧をモニターして、このモニター電圧を評価して異
常検知を行うので、異常が検知された時には例えば警告
やモータの停止を行って超音波モータの損傷を回避する
ことができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１）図は本発明の実施例であり、第１図は超
音波モータの駆動回路を示すブロック図、第２図は第１
図のブロック閏の一部を具体化した回路図、第３図及び
第６図及び第９図は異常のない場合の電極２ｄから発生
する電圧波形図、第４図及び第７図及び第１０図は異常
の発生した場合の電極２ｄから発生する電圧波形図、第
５図及び第８図及び第１）図はバンドパスフィルタの通
過領域を表す説明図である。第１２図は、超音波モータの断面図である。第１３図は、従来の超音波モータの駆動回路を示すブロ
ック図である。 ζ主要部分の符号の説明） ■・・・弾性体、２・・・圧電体、３・・・ロータ、４
・・・発振器、５・・・移相器、６．７・・・増幅器、
８．９・・・モニター電圧検出手段、１０．１）・・・異常検知手段、１２．１３・・・保護手段（警告表示）、１４・・・保
護手段（電源遮断スイッチ）、１５・・・バンドパスフ
ィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　超音波モータの圧電体の入力電圧が印加されて
いない部分から励振によって生じる電圧をモニター電圧
に変換して検出するモニター電圧検出手段と、前記モニター電圧が所定範囲外にあることを検知した時
、異常信号を出力する異常検知手段と、前記異常信号の
出力に応じて前記超音波モータの保護動作を開始する保
護手段とを有することを特徴とする超音波モータの保護
装置。
（２）　前記異常検知手段は、前記モニター電圧が前記
超音波モータへの入力基本周波数及びその近傍の帯域成
分であったことを検知して異常信号を出力し、前記保護手段は、該異常信号の出力に応じて前記超音波
モータの駆動を停止させることを特徴とする特許請求の
範囲第（１）項記載の超音波モータの保護装置。
（３）　前記異常検知手段は、前記モニター電圧が前記
超音波モータへの入力基本周波数の近傍の所定帯域を越
えたことを検知して異常信号を出力し、前記保護手段は
、該異常信号の出力に応じて警告表示を行うことを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項記載の超音波モータの
保護装置。