JPH01209967A - Controller for ultrasonic motor - Google Patents

Controller for ultrasonic motor

Info

Publication number
JPH01209967A
JPH01209967A JP63035706A JP3570688A JPH01209967A JP H01209967 A JPH01209967 A JP H01209967A JP 63035706 A JP63035706 A JP 63035706A JP 3570688 A JP3570688 A JP 3570688A JP H01209967 A JPH01209967 A JP H01209967A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
speed
ultrasonic motor
frequency
voltage
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP63035706A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2506895B2 (en
Inventor
Masaru Nakahama
中濱 勝
Hiroyoshi Nomura
博義 野村
Kunikazu Ozawa
小沢 邦一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP63035706A priority Critical patent/JP2506895B2/en
Publication of JPH01209967A publication Critical patent/JPH01209967A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2506895B2 publication Critical patent/JP2506895B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/14Drive circuits; Control arrangements or methods
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To stably start an ultrasonic motor at a low voltage by operating frequency sweeping means at the time of starting the motor, stopping the sweeping after a predetermined speed detection signal is outputted, and operating speed control means. CONSTITUTION:A controller for an ultrasonic motor 6 is composed of a variable oscillator control circuit 1 for controlling the oscillation frequency of a variable oscillator 2 at the time of starting, etc., and a speed control loop is formed of a speed sensor 11, a F/V conversion circuit 12, a compensation filter 13, power amplifier circuits 4-5, and the motor 6. Further, a phase control loop is formed of a voltage detector 7, a current detection circuit 8, a phase comparator 9, a compensation filter 10, a variable oscillator 2, a 90 deg. phase shifter 3, etc. The control circuit 1 outputs a control signal (a) varying to a low voltage from a high voltage as a time goes during a period until the fact that a moving body 25 arrives at a predetermined speed is detected by a speed detector 14 and sweeps from a high frequency to a low frequency at the time of starting the motor. Then, when it arrives at a predetermined speed, the speed control loop is closed.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モータ
の制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a control device for an ultrasonic motor that generates driving force using a piezoelectric body.

従来の技術 近年圧電セラミック等の圧電体を用いた振動体に例えば
数101(Hzの駆動電圧加えて弾性振動を励振し、こ
の振動体を伸縮振動又は厚み振動させ、この振動を駆動
力としてロータ等の被駆動体く移動体)を押圧駆動する
ことにより、移動体を回転又は直線運動させるように、
した超音波モータが注目されている。
BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, a driving voltage of several 101 Hz is applied to a vibrating body using a piezoelectric material such as piezoelectric ceramic to excite elastic vibration, causing the vibrating body to undergo stretching vibration or thickness vibration, and this vibration is used as a driving force to drive a rotor. By pressing and driving a driven body (such as a moving body), the moving body can be rotated or linearly moved.
Ultrasonic motors are attracting attention.

以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術につ
いて説明を行う。
Hereinafter, the conventional technology of an ultrasonic motor will be explained with reference to the drawings.

第5図は円環型超音波モータの斜視図であり、円環型の
弾性体20に円環型圧電体21を貼り合わせて振動体2
2を構成している。23は耐摩耗性材料のRWI材、2
4は弾性体であり、互いに貼り合わせられて移動体25
を構成している。移動体25は摩擦材23を介して振動
体22と接触している。圧電体21に電圧を印加すると
振動体22の周方向に曲げ振動が励起され、これが進行
波となることにより、移動体25を駆動する。尚、同図
中の振動体22には、機械出力取り出し用の突起体26
が設置されている。
FIG. 5 is a perspective view of a toroidal ultrasonic motor, in which a toroidal piezoelectric body 21 is bonded to a toroidal elastic body 20 to create a vibrating body 2.
2. 23 is a wear-resistant material RWI material, 2
4 is an elastic body, which is pasted together to form a moving body 25.
It consists of The moving body 25 is in contact with the vibrating body 22 via the friction material 23. When a voltage is applied to the piezoelectric body 21, bending vibration is excited in the circumferential direction of the vibrating body 22, and this becomes a traveling wave, thereby driving the movable body 25. Note that the vibrating body 22 in the figure has a protrusion 26 for taking out the mechanical output.
is installed.

第6図は第5図の超音波モータに使用した圧電体21の
電極構造の一例を示している。同図では円周方向に9個
の弾性波がのるように構成されている。同図において、
AおよびBはそれぞれ2分の1波長相当の小領域から成
る電極群で、Cは4分の3波長、Dは4分の1波長相当
の電極である。
FIG. 6 shows an example of the electrode structure of the piezoelectric body 21 used in the ultrasonic motor of FIG. In the figure, the structure is such that nine elastic waves are placed in the circumferential direction. In the same figure,
A and B are electrode groups each consisting of a small region corresponding to a half wavelength, C is an electrode group corresponding to a three-quarter wavelength, and D is an electrode group corresponding to a quarter wavelength.

電極CおよびDは電極群AとBに位置的に4分のl波長
(=90°)の位相差を作っている。電極AとB内の隣
合う小電極部は圧電体21を分極する際に用いる電極で
、圧電体21の弾性体20との接着面は、第6図に示さ
れた面と反対の面であり、その面の電極は全面平面電極
である。使用時には、電極群AおよびBは第6図の斜線
で示されたように、それぞれ短絡して用いられる。
Electrodes C and D create a positional phase difference of 1/4 wavelength (=90°) between electrode groups A and B. Adjacent small electrode parts in electrodes A and B are electrodes used when polarizing the piezoelectric body 21, and the adhesive surface of the piezoelectric body 21 with the elastic body 20 is the opposite side to the surface shown in FIG. The electrodes on that surface are flat electrodes. During use, electrode groups A and B are short-circuited, as indicated by diagonal lines in FIG. 6.

以上のように構成された超音波モータの圧電体21の電
極AおよびBに V+=Vn ・5in(ωt)        −−−
(1)V2”Ve・cos(ωt)        −
−−(2)ただし、Ve :電圧の瞬時値 ω:角周波数 t :時間 で表される電圧v1およびv2をそれぞれ印加すれば、
振動体には ξ=ξe・(cos(ωt)◆cos(kX)+5in
(ωt) 11sin(kX))=ξII ・C08(
(1) t−kX)      −−−(3)ただし、
ξ :曲げ振動の振幅値 ξ内:曲げ振動の瞬時値 に:波数(2πlλ) λ :波長 X:位置 で表せる、円周方向に進行する曲げ振動が励起される。
V+=Vn・5in(ωt) for electrodes A and B of the piezoelectric body 21 of the ultrasonic motor configured as above.
(1) V2”Ve・cos(ωt) −
--(2) However, Ve: Instantaneous value of voltage ω: Angular frequency t: If voltages v1 and v2 expressed in time are applied respectively,
For the vibrating body, ξ=ξe・(cos(ωt)◆cos(kX)+5in
(ωt) 11sin(kX))=ξII ・C08(
(1) t-kX) ---(3) However,
ξ: Amplitude value of bending vibration In ξ: Instantaneous value of bending vibration: Wave number (2πlλ) λ: Wavelength

第7図は振動体22の表面のE点が進行波の励起によっ
て、長軸2v、短軸2Uの楕円運動をし、振動体22上
に加圧して設置された移動体25が、楕円の頂点近傍で
接触することにより、摩擦力により波の進行方向とは逆
方向にV=ωXUの回転速度で運動する様子を示してい
る。また、この速度は振動体22と移動体25の間にス
ベリがあるときは、上記のVより小さくなる。同図の矢
印Fは、移動体25の進行方向を示し、矢印Gは、この
進行波の進行方向を示す。また、上記した移動体25の
速度Vは、この曲げ振動の瞬時値ξθに比例する。
FIG. 7 shows that point E on the surface of the vibrating body 22 moves in an ellipse with a major axis of 2v and a minor axis of 2U due to the excitation of the traveling wave, and the movable body 25 placed under pressure on the vibrating body 22 moves in an ellipse. This figure shows how the waves move at a rotational speed of V=ωXU in a direction opposite to the direction of wave propagation due to frictional force due to contact near the apex. Moreover, this speed becomes smaller than the above-mentioned V when there is slippage between the vibrating body 22 and the moving body 25. Arrow F in the same figure indicates the traveling direction of the moving body 25, and arrow G indicates the traveling direction of this traveling wave. Further, the speed V of the moving body 25 described above is proportional to the instantaneous value ξθ of this bending vibration.

ところで、この超音波モータ6を等価回路で示すと第8
図のようになることが知られている。同図においてCa
は振動体22の電気的な静電容量で、CIは振動体22
のコンプライアンス、LLは質重、R1は制動係数及び
負荷に相当するものである。この01、Ll、R1で構
成された回路は振動等の機械的動作に関係するもので機
械腕と呼び、圧電体21の電極に供給される電流1のう
ちこの機械腕に流れる電流i4を機械腕電流と呼ぶ。こ
の機械腕電流は振動体22の振動状態即ち振動振幅及び
振動位相に対応した量となる。超音波モータ6に印加す
る周波電圧のレベルを一定にし、その周波数を変化させ
た時機械腕電流i、の大きさは第9図に示すような特性
を示す。この図は言い換えれば超音波モータ6の機械腕
のアドミタンスが印加される周波電圧の周波数によって
同じ特性カーブで変化することを示している。この機械
腕電流11の大きさは先述したように振動体22の振動
振幅と比例関係にあり、従って移動体22の移動速度に
比例することになる。
By the way, if this ultrasonic motor 6 is shown as an equivalent circuit, the 8th
It is known that the result will be as shown in the figure. In the same figure, Ca
is the electrical capacitance of the vibrating body 22, and CI is the electric capacitance of the vibrating body 22.
, LL corresponds to the mass weight, and R1 corresponds to the braking coefficient and load. This circuit composed of 01, Ll, and R1 is related to mechanical operations such as vibration, and is called a mechanical arm. Out of the current 1 supplied to the electrodes of the piezoelectric body 21, the current i4 flowing through this mechanical arm is It is called arm current. This mechanical arm current has an amount corresponding to the vibration state of the vibrating body 22, that is, the vibration amplitude and vibration phase. When the level of the frequency voltage applied to the ultrasonic motor 6 is kept constant and the frequency is changed, the magnitude of the mechanical arm current i exhibits a characteristic as shown in FIG. 9. In other words, this figure shows that the admittance of the mechanical arm of the ultrasonic motor 6 changes according to the same characteristic curve depending on the frequency of the applied frequency voltage. As described above, the magnitude of this mechanical arm current 11 is proportional to the vibration amplitude of the vibrating body 22, and therefore proportional to the moving speed of the movable body 22.

さて上記のように構成された超音波モータ6を駆動し、
移動体25の移動速度を制御する場合、この移動速度を
何等かの方法で検出し、例えば移動体25に周知のFC
(周波数発電機)の如き速度情報検出器を取り付け、こ
れによって検出される速度情報によって超音波モータに
印加する電圧を変化させ機械腕電流の値を変えて速度制
御を行っている。
Now, drive the ultrasonic motor 6 configured as above,
When controlling the moving speed of the moving body 25, this moving speed is detected by some method, for example, by using a well-known FC for the moving body 25.
A speed information detector such as a frequency generator (frequency generator) is attached, and speed control is performed by changing the voltage applied to the ultrasonic motor and changing the value of the mechanical arm current based on the speed information detected by this.

発明が解決しようとする課題 ところで上記のように構成された超音波モータを起動す
る場合、最初ある周波数の周波電圧を印加するのである
が、この周波数の決定が非常に難しい。何故なら、回転
に関する機械腕電流ip(機械腕のアドミタンス)の周
波数特性は、温湿度や、振動体22と移動体25の接触
による負荷の状態や、外部からの負荷の状態が変化する
ことによって、第9図に示すように変化するからである
。即ち、ある状態で(キ)のような特性であったのが、
上記したような環境の変化によって(り)のような特性
を示したり、(ケ)のような特性を示したりする。
Problems to be Solved by the Invention When starting an ultrasonic motor configured as described above, a frequency voltage of a certain frequency is first applied, but it is very difficult to determine this frequency. This is because the frequency characteristics of the mechanical arm current ip (admittance of the mechanical arm) related to rotation change due to changes in temperature and humidity, load conditions due to contact between the vibrating body 22 and the moving body 25, and external load conditions. , changes as shown in FIG. In other words, in a certain state, if the property was like (g),
Depending on the changes in the environment mentioned above, it may exhibit characteristics like (ri) or (ke).

起動時の周波数を例えば第9図に示すf8に設定した場
合、機械腕電流i、の特性が(り)のような状態即ち機
械腕のアドミタンスが非常に小さくなっていると、いく
ら高い電圧(圧電体21が破壊しない範囲で)を印加し
ても殆ど電流が流れず、超音波モータ6が全く起動しな
いという現象が生じる。この起動時の対策として、従来
共振点(第9・図の特性曲線におけるピークのところ)
より周波数が低くならないように温湿度の変化範囲や負
荷の変動を想定して実験的に起動時の周波数を設定して
いる。
When the starting frequency is set to f8 shown in Fig. 9, for example, if the characteristic of the mechanical arm current i is as shown in (ri), that is, the admittance of the mechanical arm is very small, no matter how high the voltage ( Even if a voltage (within a range that does not destroy the piezoelectric body 21) is applied, almost no current flows, resulting in a phenomenon in which the ultrasonic motor 6 does not start at all. As a countermeasure for this startup, conventional resonance points (at the peak in the characteristic curve in Figure 9)
In order to prevent the frequency from becoming too low, the startup frequency is experimentally set based on the range of changes in temperature and humidity and fluctuations in load.

しかしながらこのような周波数の設定では、(ケ)のよ
うな特性即ちその周波数で7ドミタンスが小さくなるこ
とも考え、印加する電圧のレベルをある程度大きく設定
しなければならず、そのため電源が大きくなるという点
や、圧電体21の分極状態が劣化してくる問題が生じ、
また設定した周波数が先とは逆に共振点近傍の周波数に
なった場合アドミタンスが増加するので上記したように
アドミタンスの小さい場合をも考慮したレベルの大きな
電圧が印加されていると起動待瞬間的に大きな機械腕電
流が流れ移動体25の速度が異常に速くなり、この超音
波モータ6が組み込まれた機器に損傷を与えるという問
題点も有している。
However, when setting such a frequency, the level of the applied voltage must be set to a certain degree in order to take into account the characteristic (k), that is, the 7 domitance becomes small at that frequency, and as a result, the power supply becomes large. The problem arises that the polarization state of the piezoelectric body 21 deteriorates.
In addition, if the set frequency becomes a frequency near the resonance point, the admittance will increase, so if a large voltage is applied that takes into consideration the case where the admittance is small as described above, the start-up time will be shortened. There is also the problem that a large mechanical arm current flows through the motor, causing the moving body 25 to move at an abnormally high speed, thereby damaging the equipment in which the ultrasonic motor 6 is incorporated.

本発明はかかる点に鑑み、超音波モータの機械腕の特性
が変化しても常に安定に起動でき、かつ従来に比べ圧電
体に印加する電圧を低く抑えることが出来、さらに速度
制御時機械腕のアドミタンスの変動を小さくすることに
よって、制御ループのダイナミックレンジを必要以上に
広くすることのない超音波モータの制御装置を提供する
ことを目的とする。
In view of these points, the present invention can always start stably even if the characteristics of the mechanical arm of the ultrasonic motor change, and can suppress the voltage applied to the piezoelectric body lower than in the past. An object of the present invention is to provide a control device for an ultrasonic motor that does not unnecessarily widen the dynamic range of a control loop by reducing fluctuations in admittance of the ultrasonic motor.

課題を解決するための手段 本発明は圧電体を周波電圧で駆動して、前記圧電体上弾
性体上から構成される振動体に弾性波を励振することに
より前記振動体上に接触して設置された移動体を移動さ
せる超音波モータと、前記移動体の移動速度に関する情
報を検出する速度情報検出手段と、前記速度情報検出手
段の出力情報を基に移動体の移動速度が所定の値に達し
たことを検出し所定速度検出信号を出力する所定速度検
出手段と、前記超音波モータ起動時に前記周波電圧の周
波数を高い方から低い方へ掃引し前記所定速度検出信号
によってその掃引動作を停止する周波数掃引手段と、前
記周波数掃引動作の停止後、前記速度情報検出器の出力
情報を基に前記移動体の移動速度を制御する速度制御手
段と、前記振動体の振動状態を検出する振動状態検出手
段と、前記掃引動作の開始時から前記周波電圧と前記賑
動状態検出手段の出力との位相を検出し、前記周波数掃
引後、前記所定速度検出信号が出力された時点で検出さ
れた位相の値を位相基準値として前記周波電圧と前記振
動状態検出手段の出力との位相関係がこの基準値になる
ように制御する位相制御手段とを備えた超音波モータの
制御装置である。
Means for Solving the Problems The present invention drives a piezoelectric body with a frequency voltage to excite an elastic wave to a vibrating body constructed from the piezoelectric body and an elastic body, so that the piezoelectric body is placed in contact with the vibrating body. an ultrasonic motor for moving a moving object that has been moved; a speed information detection means for detecting information regarding the moving speed of the moving object; a predetermined speed detection means that detects that the ultrasonic motor has reached a predetermined speed and outputs a predetermined speed detection signal; and when the ultrasonic motor is started, the frequency of the frequency voltage is swept from a higher side to a lower side, and the sweeping operation is stopped by the predetermined speed detection signal. a frequency sweep means for detecting a vibration state of the vibrating body; a speed control means for controlling the moving speed of the moving body based on the output information of the speed information detector after the frequency sweep operation is stopped; and a vibration state for detecting a vibration state of the vibrating body. a detection means, detecting the phase of the frequency voltage and the output of the buzzing state detection means from the start of the sweep operation, and the phase detected at the time when the predetermined speed detection signal is output after the frequency sweep; and a phase control means for controlling the phase relationship between the frequency voltage and the output of the vibration state detection means to be the reference value by using the value of the vibration state detection means as a phase reference value.

作用 本発明は前記した構成により、超音波モータ起動時にお
いて、周波数掃引手段を動作させ、速度検出手段より所
定速度検出信号が出力された後は、周波数掃引手段の掃
引を停止し、速度制御手段を動作させると共に、印加電
圧と電流の位相関係を周波数掃引時に検出された位相の
値になるように印加電圧の周波数を制御する位相制御手
段を動作させる。
According to the above-described configuration, the present invention operates the frequency sweep means when starting the ultrasonic motor, and after the speed detection means outputs a predetermined speed detection signal, the frequency sweep means stops sweeping, and the speed control means operates. At the same time, a phase control means is operated to control the frequency of the applied voltage so that the phase relationship between the applied voltage and the current becomes the phase value detected during frequency sweeping.

実施例 第1図は本発明の実施例における超音波モータの制御装
置のブロック図を示すものである。第1図において、l
は起動待可変発振器2の発振周波数を制御する可変発振
器制御回路、2は人力される電圧値によって出力周波数
が決まる可変発振器、3は可変発振器2の出力から90
°位相の異なった二つの信号を発生させる90°移相回
路、4.5はこの90°位相の異なった各々の信号を超
音波モータ6を駆動するのに十分な電圧レベルまで増幅
して圧電体21の各々の電極に印加しその増幅度がコン
トロール人力に印加される直流電圧値によって制御され
る電力増幅回路、7は圧電体21の電極に印加される電
圧を検出しロジックレベルで出力する電圧検出回路、8
は機械腕電流i、を検出しロジックレベルで出力する電
流検出回路、9は電圧検出回路7及び電圧検出回路8の
出力より印加電圧と電流の位相関係を求めその値と位相
基準値との差に比例した位相誤差信号を出力する位相比
較回路、10は位相制御ループを安定にするための補償
フィルタ、11は移動体25の周囲に貼付され着磁され
たプラスチック状のマグネットから移動速度に比例した
磁束の変化を磁気抵抗素子で検出する周知の周波数発電
機のごとき速度情報検出手段である速度センサー、12
は速度センサーの出力周波数に比例した電圧を出力する
周波数−電圧(F−V)変換回路、13は速度制御ルー
プを安定にするための補償フィルタ、14はF−V変換
回路12の出力を監視することによって移動体25の移
動速度が所定値に達したかどうかを検出する速度検出回
路、15は位相比較回路9の位相基準値を設定する位相
基準設定回路、16はその接点の選択を速度検出回路1
4の出力によって制御され可変発振器2の人力に印加す
る信号が可変発振器制御回路1の出力もしくは補償フィ
ルタ10の出力になるよう切り換えられるスイッチ(S
W)、17はその接点の選択を速度検出回路11の出力
によって制御され電力増幅回路4.5のコントロール入
力に印加する信号が補償フィルタ9の出力もしくは一定
電圧V r Iになるよう切り換えられるスイッチ(S
W)、18は超音波モータ6の起動停!ヒのためのコン
トロール端子である。
Embodiment FIG. 1 shows a block diagram of an ultrasonic motor control device in an embodiment of the present invention. In Figure 1, l
2 is a variable oscillator control circuit that controls the oscillation frequency of the variable oscillator 2 that is waiting for startup, 2 is a variable oscillator whose output frequency is determined by the manually input voltage value, and 3 is a 90% output from the output of variable oscillator 2
A 90° phase shift circuit 4.5 generates two signals with different phases, and amplifies each signal with different phases of 90° to a voltage level sufficient to drive the ultrasonic motor 6, and generates a piezoelectric A power amplifier circuit whose amplification degree is controlled by the DC voltage value applied to each electrode of the piezoelectric body 21, and 7 detects the voltage applied to the electrode of the piezoelectric body 21 and outputs it at a logic level. Voltage detection circuit, 8
9 is a current detection circuit that detects the mechanical arm current i and outputs it at a logic level; 9 is a current detection circuit that determines the phase relationship between the applied voltage and current from the outputs of the voltage detection circuits 7 and 8; and the difference between that value and the phase reference value. 10 is a compensation filter for stabilizing the phase control loop; 11 is a magnetized plastic magnet attached around the moving body 25 that is proportional to the moving speed. A speed sensor 12 is a speed information detection means such as a well-known frequency generator that detects changes in magnetic flux using a magnetoresistive element.
13 is a compensation filter for stabilizing the speed control loop; 14 monitors the output of the F-V conversion circuit 12; 15 is a phase reference setting circuit that sets the phase reference value of the phase comparison circuit 9; 16 is a speed detection circuit that detects whether the moving speed of the moving body 25 has reached a predetermined value; 16 is a phase reference setting circuit that sets the phase reference value of the phase comparison circuit 9; Detection circuit 1
A switch (S
W), 17 is a switch whose contact selection is controlled by the output of the speed detection circuit 11 so that the signal applied to the control input of the power amplifier circuit 4.5 becomes the output of the compensation filter 9 or a constant voltage V r I (S
W), 18 is the start/stop of the ultrasonic motor 6! This is a control terminal for

このブロック図において、速度センサーll、F−V変
換回路!2、補償フィルタ13、電力P!幅回路4.5
及び超音波モータ6で速度制御ループが形成され、電圧
検出回路7、電流検出回路8、位相比較回路9、補償フ
ィルタlO1可変発振器2.90”1l)IB@vIi
3、x力漕@rqvIi4.5オヨヒ、tf音波モータ
6で位相制御ループが形成される。
In this block diagram, speed sensor II, F-V conversion circuit! 2. Compensation filter 13, power P! Width circuit 4.5
A speed control loop is formed by the ultrasonic motor 6, voltage detection circuit 7, current detection circuit 8, phase comparison circuit 9, compensation filter lO1 variable oscillator 2.90"1l) IB@vIi
3. A phase control loop is formed by the x power row @rqvIi4.5 Oyohi and tf sonic motor 6.

第2図は機械腕電流i、の検出方法を説明するための図
で、位相の興なった二つの周波電圧のうち少なくともど
ちらか一方はトランス19を介して圧電体21に印加さ
れ(図においては電力増幅回路4の出力)、印加電圧を
検出する電圧検出回路7には同図のようにトランス19
の2次側の電圧が入力される。また電流検出回路8は同
図のようにトランス19の2次側に接続された抵抗R1
IとコンデンサC1およびR[lにかかる電圧を増幅す
る増幅回路とこの出力をロジックレベルに整形する波形
整形回路より構成される。ここでコンデンサC0゛を第
8図の等価回路のC9と等しくシトランス19の巻線比
を1= 1にすると抵抗Ri+に流れる電流iRsは i R11: (1/(24[!’Ce’・S+I))
’ i mとなるが、この式の右辺の第1項の折点周波
数は数MH2であり、それに比べ駆動周波数は数10K
H2であるので上式は iR口=I+@ と近似できる。従って抵抗RIIにかかる電圧は機械腕
電流1mに比例したものとなり、同図のようにこの電圧
を検出すれば機械腕電流1I11を検出することができ
る。
FIG. 2 is a diagram for explaining the method of detecting the mechanical arm current i, in which at least one of two frequency voltages with different phases is applied to the piezoelectric body 21 via the transformer 19 (in the figure). is the output of the power amplifier circuit 4), and the voltage detection circuit 7 that detects the applied voltage includes a transformer 19 as shown in the figure.
The voltage on the secondary side of is input. In addition, the current detection circuit 8 is connected to a resistor R1 connected to the secondary side of the transformer 19 as shown in the figure.
It consists of an amplifier circuit that amplifies the voltage applied to I, capacitors C1 and R[l, and a waveform shaping circuit that shapes the output to a logic level. Here, if the capacitor C0' is equal to C9 in the equivalent circuit of Fig. 8 and the turns ratio of Citrans 19 is set to 1=1, the current iRs flowing through the resistor Ri+ is i R11: (1/(24[!'Ce'・S+I ))
' i m, but the corner frequency of the first term on the right side of this equation is several MH2, and compared to that, the driving frequency is several tens of kilometres.
Since H2, the above equation can be approximated as iR=I+@. Therefore, the voltage applied to the resistor RII is proportional to the mechanical arm current 1m, and by detecting this voltage as shown in the figure, the mechanical arm current 1I11 can be detected.

第3図は第1図に示した超音波モータ6の制御装置の起
動時における動作波形図で、(7)はコントロール端子
18に人力されるモータ起動停止指令信号で9「レベル
で起動、′1.ルベルで停止を指令する、(イ)は可変
発振器制御回路lの出力で可変発振器制御信号、(つ)
はF−V変換回路12の出力で移動体25の移動速度に
比例した速度比例信号、(■)は速度検出回路14の出
力で移動体25が所定速度に達したらpFlpレベルに
なる速度検出信号である。
FIG. 3 is an operating waveform diagram when the control device for the ultrasonic motor 6 shown in FIG. 1. Command to stop with the control signal, (a) is the output of the variable oscillator control circuit l, and (ii) is the variable oscillator control signal.
(■) is the output of the F-V conversion circuit 12, which is a speed proportional signal proportional to the moving speed of the moving object 25, and (■) is the output of the speed detection circuit 14, which is a speed detection signal that becomes pFlp level when the moving object 25 reaches a predetermined speed. It is.

第4図は印加電圧レベル一定時の機械腕電流15の大き
さの周波数特性及びそれに対応する印加電圧との位相差
θ、の周波数特性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the frequency characteristics of the magnitude of the mechanical arm current 15 and the corresponding frequency characteristics of the phase difference θ with respect to the applied voltage when the applied voltage level is constant.

以上のように構成された本実施例の超音波モータの制御
装置について、以下その動作を説明する。
The operation of the ultrasonic motor control device of this embodiment configured as described above will be described below.

超音波モータ6を起動させるべく、コントロール端子1
8に人力されるモータ起動停止信号(7)が′14ルベ
ルから”■”レベルになると、可変発振器制御回路lは
、第3図に示すように後述する速度検出回路14によっ
て移動体25の速度が所定の速度に達したことが検出さ
れるまでの訪問(第3図t)高い電圧から時間と共に低
い電圧に変化する可変発振器制御信号(イ)を出力する
。この時5WI6はn側に接続されているためこの出力
は可変発振器2に人力される。可変発振器2はこの信号
に応じて高い周波数(fn)から低い周波数(ft)に
掃引する周波電圧を出力する。ここで周波数fnおよび
fcは先に説明した環境等の変化による機械腕の特性の
変化を十分カバーする範囲で設定される。
In order to start the ultrasonic motor 6, the control terminal 1
When the motor start/stop signal (7) inputted manually at step 8 goes from the '14 level to the '■' level, the variable oscillator control circuit l detects the speed of the moving object 25 by the speed detection circuit 14, which will be described later, as shown in FIG. A variable oscillator control signal (a) that changes from a high voltage to a low voltage with time is output until it is detected that the motor has reached a predetermined speed (FIG. 3, t). At this time, since 5WI6 is connected to the n side, this output is inputted to the variable oscillator 2. The variable oscillator 2 outputs a frequency voltage that sweeps from a high frequency (fn) to a low frequency (ft) in response to this signal. Here, the frequencies fn and fc are set within a range that sufficiently covers changes in the characteristics of the mechanical arm due to changes in the environment, etc., as described above.

可変発振器2の出力は90°移相回路3および電力増幅
回路4.5を通じて超音波モータ6(圧電体21)に印
加される。この周波電圧が印加されると移動体25は回
転運動を開始する。この時電力増幅回路4.5の増幅度
は可変範囲の略中心になるように各々のコントロール入
力には一定の電圧Vrlが印加される(SW17はl側
に接続される)。従って超音波モータ6には一定レベル
の周波電圧が印加されていることになる。
The output of the variable oscillator 2 is applied to the ultrasonic motor 6 (piezoelectric body 21) through the 90° phase shift circuit 3 and the power amplification circuit 4.5. When this frequency voltage is applied, the moving body 25 starts rotating. At this time, a constant voltage Vrl is applied to each control input so that the amplification degree of the power amplifier circuit 4.5 is approximately at the center of the variable range (SW 17 is connected to the l side). Therefore, a constant level of frequency voltage is applied to the ultrasonic motor 6.

この一定電圧のもとで、可変発振器制御回路1によって
可変発振器2の発振周波数が低い方に変化して行くと、
第9図に示す機械腕の特性が(ケ)のようであれ(り)
のようであれ、機械腕のアドミタンスは増加し、それに
つれて機械腕電流1.も増加するので移動体25の速度
は速くなって行く。この移動体25の速度は速度センサ
ー11およびF−V変換回路12によってその速度に比
例した直流電圧(第3図(つ)の速度比例信号)として
取り出される。
Under this constant voltage, when the oscillation frequency of the variable oscillator 2 is changed to lower by the variable oscillator control circuit 1,
If the characteristics of the mechanical arm shown in Figure 9 are as shown in (ke), (ri)
The admittance of the mechanical arm increases as the mechanical arm current 1. also increases, so the speed of the moving body 25 becomes faster. The speed of the moving body 25 is extracted by the speed sensor 11 and the F-V conversion circuit 12 as a DC voltage proportional to the speed (speed proportional signal in FIG. 3).

周知の電圧コンパレータ等で構成される速度検出回路1
4は、この電圧によって移動体25の速度を監視し、あ
る所定の速度即ち速度比例信号(つ)が所定のレベル(
Vr2)に達すると、第3図に示すように出力を゛1.
ルベルから゛■9レベルにし速度検出信号(1)として
5W16.5W17、位相基準設定回路15および可変
発振器制御回路lに出力する。
Speed detection circuit 1 consisting of a well-known voltage comparator etc.
4 monitors the speed of the moving body 25 using this voltage, and when a certain predetermined speed, that is, a speed proportional signal (two) reaches a predetermined level (
When Vr2) is reached, the output is changed to "1.Vr2)" as shown in FIG.
level to ``2'' and outputs it as a speed detection signal (1) to 5W16.5W17, the phase reference setting circuit 15, and the variable oscillator control circuit l.

本実施例ではこの所定速度として設定速度(定常時の移
動速度)に略一致させている。
In this embodiment, this predetermined speed is made to substantially match the set speed (moving speed during steady state).

可変発振器制御回路1は、”■ルベルの速度検出信号(
I)が人力されると、第3図に示すように可変発振器制
御信号(イ)の高い電圧から低い電圧への変化を停止し
その状態を保持する。また速度検出信号(1)が出力さ
れると、5W17はm側に接続され、速度制御ループが
閉じることになり、以後は速度センサーの情報を基に電
力増幅回路4.5の増幅度を変化させて超音波モータ6
に印加する電圧を変え機械腕電流10を制御して移動体
25の速度を一定にするよう動作する。
The variable oscillator control circuit 1 receives the “■ Lebel speed detection signal (
When I) is input manually, the variable oscillator control signal (A) stops changing from a high voltage to a low voltage and maintains that state, as shown in FIG. Also, when the speed detection signal (1) is output, 5W17 is connected to the m side, the speed control loop is closed, and the amplification degree of the power amplifier circuit 4.5 is changed based on the information from the speed sensor. Let ultrasonic motor 6
It operates to keep the speed of the moving body 25 constant by changing the voltage applied to the mechanical arm and controlling the mechanical arm current 10.

ところで、超音波モータ6の動作後も、温湿度等の環境
変化や負荷の変動等があると当然機械腕のアドミタンス
が変化する、例えば移動体25と振動体22の摩擦等の
損失により超音波モータ6本体の温度が上がると機械腕
TL流l、lの周波数特性は第4図(a)の(()から
<h>の如く倣い周波数にずれていく。この様な場合速
度制御ループが動作した後5.l音波モータ6に印加さ
れる周波電圧の周波数が一定であると次のような間居が
生じる、これについて第4図を用いて説明する。超音波
モータ6を起動するため周波数を高い方から低い方へ掃
引すると機械腕電流11は矢印Hの方向に増加しくこの
時の機械腕電流i、の特性曲線を(オ)とする)、それ
につれて移動体25の速度が速くなり、上記したように
所定速度に達すると速度検出信号(工〉出力され、周波
数の掃引は停止し、速度制御ループが動作する。この時
の周波数がf+(この時の機械腕電流1mの大きさはi
lである)であったとする。
By the way, even after the ultrasonic motor 6 is operated, the admittance of the mechanical arm will naturally change due to environmental changes such as temperature and humidity, fluctuations in load, etc. For example, due to losses such as friction between the moving body 25 and the vibrating body 22, the ultrasonic When the temperature of the motor 6 body increases, the frequency characteristics of the mechanical arm TL flows l, l shift from () to the tracing frequency as shown in <h> in Fig. 4(a).In such a case, the speed control loop After operation 5.l If the frequency of the frequency voltage applied to the ultrasonic motor 6 is constant, the following gap will occur. This will be explained using Fig. 4. In order to start the ultrasonic motor 6. When the frequency is swept from high to low, the mechanical arm current 11 increases in the direction of arrow H, and the characteristic curve of the mechanical arm current i at this time is (o)), and the speed of the moving body 25 increases accordingly. As mentioned above, when the specified speed is reached, the speed detection signal is output, the frequency sweep stops, and the speed control loop operates.The frequency at this time is f+ (the magnitude of the mechanical arm current of 1 m Saha i
1).

速度制御ループ動作後、印加される電圧の周波数が常に
「1であったとすると、上記したように超音波モータ6
の温度が上がって機械腕の特性が(力)のように変化し
たとすると周波数f1での機械腕のアドミタンスは小さ
くなり、そのため所定速度にするための機械腕電流11
を供給するには超音波モータ6に印加する電圧レベルを
大きくする必要が生じる。そのため印加電圧の周波数を
一定にする場合は速度制御ループのダイナミックレンジ
を機械腕のこの変化を考慮にいれてかなり大きくとらな
ければならない問題点が依然残ることになる。
After the speed control loop operates, if the frequency of the applied voltage is always 1, the ultrasonic motor 6
If the temperature of increases and the characteristics of the mechanical arm change like (force), then the admittance of the mechanical arm at frequency f1 becomes smaller, and therefore the mechanical arm current 11 to achieve a predetermined speed increases.
In order to supply this, it is necessary to increase the voltage level applied to the ultrasonic motor 6. Therefore, if the frequency of the applied voltage is kept constant, there still remains the problem that the dynamic range of the speed control loop must be made considerably large to take into account this change in the mechanical arm.

本発明ではこの問題点を解決するために上記した速度制
御ループの立ち上げと同時に次のような動作を行ってい
る。
In order to solve this problem, the present invention performs the following operation simultaneously with the start-up of the speed control loop described above.

超音波モータ6の起動時から、印加電圧を電圧検出回路
7で、機械腕電流i、を上記した電流検出回路8で検出
し、この両者の出力は位相比較回路9及び位相基準設定
回路15に人力される。位相基準設定回路15は位相制
御ループの位相基準値を出力する回路で速度検出信号(
1)が出力されるまでは電圧検出回路7と電流検出回路
8から刻々と得られる各々の信号の位相差に相当した信
号を出力する。移動体25の速度が所定値になり、速度
検出信号く工)が出力されると、位相基準設定回路15
はその出力をその時の電圧検出回路7の出力信号と電流
検出回路8の出力信号の位相差(即ちその時の印加電圧
と機械腕電流の位相差)に相当した値の信号に固定し、
その値を位相制御ループ動作時の基準値として位相比較
回路9に人力する。
From the start of the ultrasonic motor 6, the applied voltage is detected by the voltage detection circuit 7, the mechanical arm current i is detected by the above-mentioned current detection circuit 8, and the outputs of both are sent to the phase comparison circuit 9 and the phase reference setting circuit 15. Man-powered. The phase reference setting circuit 15 is a circuit that outputs the phase reference value of the phase control loop and outputs the speed detection signal (
1), a signal corresponding to the phase difference between the signals obtained momentarily from the voltage detection circuit 7 and the current detection circuit 8 is outputted. When the speed of the moving body 25 reaches a predetermined value and a speed detection signal (1) is output, the phase reference setting circuit 15
fixes the output to a signal with a value corresponding to the phase difference between the output signal of the voltage detection circuit 7 and the output signal of the current detection circuit 8 at that time (that is, the phase difference between the applied voltage and the mechanical arm current at that time),
This value is manually input to the phase comparator circuit 9 as a reference value during phase control loop operation.

ここで位相基準設定回路15は電圧検出回路7と電流検
出回路8の出力信号の立ち上がりもしくは立ち下がりエ
ツジの時間閏隔をクロックパルスで計数しその値を出力
信号とするよう構成している。
Here, the phase reference setting circuit 15 is configured to count the time gap between the rising or falling edges of the output signals of the voltage detection circuit 7 and the current detection circuit 8 using clock pulses, and use that value as an output signal.

ところで速度検出信号(1)によって5W16は0側に
接続されるのでこれ以後は位相制御ループが動作するこ
とになり、これ以後位相比較回路9は□  周知の技術
で上述した位相基準設定回路15から出力される移動体
25の速度が所定値になったときの印加電圧と機械腕電
流i、の位相関係になるべき位相基準値と、電圧検出回
路7と電流検出回路8から得られる印加電圧と機械腕電
流i、の位相差(θ1)を比較しその差に比例した位相
誤差信号を出力し補償フィルタ10を通じて可変発振器
2を操作してその発振周波数を変化させ、常にθ、が上
述した位相基準値に等しくなるように動作する。今起動
時の機械腕の特性が先と同様第4図(a)の曲線0)で
あり、これに対応するθ、の周波数特性が曲線(9)(
第4図(b))であったとする。移動体25の速度が所
定値に達し速度検出信号(I)が出力されたときの周波
数がflであるとその時の機械腕電流i、と印加電圧の
位相差はθ1となりその値に応じた信号が位相基準設定
回路15から出力されこの値が位相制御ループの基準値
となるのである。ここで温度上昇等により機械腕の特性
が第4図(h)それに対応して位相差の特性が(シ)の
ように変化したとしても上記したように位相制御ループ
は位相差θ、が常に01になるように可変発振器2を制
御しその発振周波数がこの場合はf2になるように動作
する。即ち、上記したように位相制御は動作点の機械腕
のアドミタンスをほぼ一定に保つように働いていること
になる。従って所定速度を得るのに必要な機械腕電流が
例えば11である場合、機械腕の特性が変化しても印加
電圧のレベルを大きく変化させる必要がない(第4図)
。このことから速度ル制御ループのダイナミックレンジ
を機械腕の特性の変化をも含めて大きく取る必要は無い
By the way, since 5W16 is connected to the 0 side by the speed detection signal (1), the phase control loop will operate from this point on, and from this point on, the phase comparator circuit 9 will be connected to the phase standard setting circuit 15 described above using a well-known technique. A phase reference value that should result in a phase relationship between the applied voltage and the mechanical arm current i when the output speed of the moving body 25 reaches a predetermined value, and the applied voltage obtained from the voltage detection circuit 7 and the current detection circuit 8. The phase difference (θ1) of the mechanical arm current i is compared, a phase error signal proportional to the difference is output, and the variable oscillator 2 is operated through the compensation filter 10 to change its oscillation frequency, so that θ is always the same as the above-mentioned phase. Operates to be equal to the reference value. The characteristic of the mechanical arm at the time of startup is the curve 0) in Fig. 4(a) as before, and the corresponding frequency characteristic of θ is the curve (9) (
Assume that the situation is as shown in FIG. 4(b)). When the speed of the moving body 25 reaches a predetermined value and the speed detection signal (I) is output, if the frequency is fl, the phase difference between the mechanical arm current i and the applied voltage at that time is θ1, and a signal corresponding to that value is generated. is output from the phase reference setting circuit 15, and this value becomes the reference value of the phase control loop. Even if the characteristics of the mechanical arm change as shown in Figure 4 (h) due to temperature rise, and the corresponding phase difference characteristics change as shown in (b), the phase control loop will always maintain the phase difference θ as described above. The variable oscillator 2 is controlled so that the frequency becomes f2 in this case. That is, as described above, the phase control works to keep the admittance of the mechanical arm at the operating point substantially constant. Therefore, if the mechanical arm current required to obtain a predetermined speed is, for example, 11, there is no need to greatly change the level of the applied voltage even if the characteristics of the mechanical arm change (Figure 4).
. From this, there is no need to increase the dynamic range of the speed control loop, including changes in the characteristics of the mechanical arm.

以上のように本実施例によれば、起動時、従来のように
周波数を固定するのではなく、周波数を高い方から低い
方へ掃引し機械腕のアドミタンスを変化させて(増加さ
せて)、設定速度を得るのに必要な機械腕電流l、を得
るようにしているので特性の変化を考慮した高い電圧を
印加する必要がなく、機械腕の特性が変化しても起動時
の印加すべき周波電圧のレベルは常に従来の起動電圧よ
りも低いほぼ速度制御時の動作中心になるレベルであれ
ばよい。従って圧電体21の分極の劣化も従来に比べて
少なくなる。また周波数の掃引は上記したように必ずア
ドミタンスの小さい方から行うので、起動待従来のよう
に瞬間的に機械腕電流17が流れ移動体25の速度が異
常に速くなりすぎて機器にta僅を与えることもない。
As described above, according to this embodiment, at startup, instead of fixing the frequency as in the conventional case, the frequency is swept from high to low to change (increase) the admittance of the mechanical arm. Since the mechanical arm current l required to obtain the set speed is obtained, there is no need to apply a high voltage that takes into account changes in characteristics, and even if the characteristics of the mechanical arm change, it is necessary to apply a high voltage at startup. It is sufficient that the frequency voltage level is always lower than the conventional starting voltage and is approximately at a level that is the center of operation during speed control. Therefore, the deterioration of the polarization of the piezoelectric body 21 is also reduced compared to the prior art. In addition, since the frequency sweep is always performed from the side with the smallest admittance as described above, the mechanical arm current 17 flows instantaneously during startup, unlike in the conventional case, and the speed of the moving body 25 becomes abnormally high, causing a slight ta on the equipment. I have nothing to give.

また本実施例では、起動時、電力増幅回路4.5の増幅
度は可変範囲の略中心になるよう設定され、更に速度制
御切り換え時(速度検出信号(I)が出力される時点)
の機械腕電流i、と印加電圧の位相差に(即ちこの時の
機械腕のアドミタンスの値付近に)なるよう以後位相制
御されるので、動作中の機械腕の特性の変化にかかわら
ず、速度制御端負荷変動に対して十分なダイナミックレ
ンジがとれるようになっている。
Furthermore, in this embodiment, at startup, the amplification degree of the power amplifier circuit 4.5 is set to be approximately at the center of the variable range, and furthermore, at the time of speed control switching (at the time when the speed detection signal (I) is output).
Since the phase is controlled so that the phase difference between the mechanical arm current i of Sufficient dynamic range can be maintained against control end load fluctuations.

ト記した実施例では、制御信号によって増幅度が変わる
電力槽f@回路を利用して超音波モータ6に印加する電
圧レベルを変化させることによって機械腕電流を制御す
る方法を採ったが、制御信号によってパルス幅を変化さ
せる所謂P WM L/た電圧を印加することによって
機械腕電流の平均値を変化させる方法をとっても何ら問
題なく同様の効果が得られる。この場合、起動時速度検
出信号が出力されるまでPWMのデユーティ、を略5o
:50に設定しておけば、上記した場合と同様、速度制
御時、ダイナミックレンジを十分広くとることが出来る
In the embodiment described above, a method was adopted in which the mechanical arm current was controlled by changing the voltage level applied to the ultrasonic motor 6 using a power tank f@ circuit whose amplification degree changed depending on the control signal. A similar effect can be obtained without any problems by applying a so-called P WM L/voltage whose pulse width is varied depending on a signal to vary the average value of the mechanical arm current. In this case, the PWM duty is approximately 5o until the startup speed detection signal is output.
:50, the dynamic range can be sufficiently wide during speed control, as in the case described above.

また上記の実施例では移動体の25の移動速度をFCの
如き速度センサーによって検出しその出力信号によって
ル制御する方法を採ったが、速度を機械腕電流の大きさ
を検出しそのレベルが一定になるように制御して結果的
に速度を一定にする方式を採っても同等問題はない。
Furthermore, in the above embodiment, a method was adopted in which the moving speed of the moving body was detected by a speed sensor such as an FC and controlled by the output signal, but the speed was detected by the magnitude of the mechanical arm current and its level was kept constant There is no equivalent problem even if a method is adopted in which the speed is controlled so that the speed becomes constant as a result.

更に上記の実施例では、振動体22の振動状態を機械腕
電流で検出したが、特開昭62−85684号公報で述
べられているように振動体22上にモニタ電極を設けこ
れによりて機械腕電流の代わりに振動状態を検出しその
出力を利用しても本発明の目的は達成される。
Further, in the above embodiment, the vibration state of the vibrating body 22 was detected by the mechanical arm current, but as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-85684, a monitor electrode is provided on the vibrating body 22, thereby detecting the vibration state of the vibrating body 22. The object of the present invention can also be achieved by detecting the vibration state and using the output instead of the arm current.

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、温湿度や負荷が変
化して超音波モータの特性が変化しても必要以上の電圧
を印加することなく低電圧で安定に起動し、また速度制
御時も機械腕の特性が変わってもほぼ動作中心で制御す
ることが出来る超音波モータの制御装置を提供すること
ができ、その実用的効果は大きい。
As described in detail, according to the present invention, even if the characteristics of the ultrasonic motor change due to changes in temperature, humidity, or load, the ultrasonic motor can be stably started at a low voltage without applying more voltage than necessary. Moreover, even during speed control, it is possible to provide an ultrasonic motor control device that can be controlled almost centering on the operation even if the characteristics of the mechanical arm change, and its practical effects are great.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明における一実施例の超音波モータの制御
装置のブロック図、第2図は同実施例における電流検出
回路のブロック図、第3図は同実施例の動作波形図、第
4図(a)、(b)は機械腕電流の周波数特性と印加電
圧との位相差の関係を示す特性図、第5図は円環型超音
波モータの切り欠き斜視図、第6図は第5図の超音波モ
ータに用いた圧電体の形状と電極構造を示す平面図、第
7図は超音波モータの動作原理の説明図、第8図は超音
波モータの等価回路、第9図は機械腕電流の周波数特性
図である。 !・・・可変発振器制御回路、2・・・可変発振器、3
・・・90°移相回路、4・5・・・電力増幅回路、6
・・・超音波モータ、7・・・電圧検出回路、8・・・
電流検出回路、9・・・位相比較回路、lO・13・・
・補償フィルタ、11・・・速度センサー、12・・・
F−V変換回路、14・・・速度検出回路、15・・・
位相基準設定回路。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか1名第2図 第3図 マ 箔4図 第5図 第6図 第7図 p 第8図 第9図
[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is a block diagram of an ultrasonic motor control device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a block diagram of a current detection circuit in the same embodiment, and Fig. 3 is a block diagram of the same embodiment. Figure 4 (a) and (b) are characteristic diagrams showing the relationship between the frequency characteristics of the mechanical arm current and the phase difference between the applied voltage, and Figure 5 is a cutaway perspective view of the annular ultrasonic motor. Figure 6 is a plan view showing the shape and electrode structure of the piezoelectric body used in the ultrasonic motor of Figure 5, Figure 7 is an explanatory diagram of the operating principle of the ultrasonic motor, and Figure 8 is a diagram of the ultrasonic motor. The equivalent circuit, FIG. 9, is a frequency characteristic diagram of mechanical arm current. ! ...Variable oscillator control circuit, 2...Variable oscillator, 3
...90° phase shift circuit, 4.5... Power amplifier circuit, 6
...Ultrasonic motor, 7...Voltage detection circuit, 8...
Current detection circuit, 9... Phase comparison circuit, lO.13...
・Compensation filter, 11...Speed sensor, 12...
F-V conversion circuit, 14... Speed detection circuit, 15...
Phase reference setting circuit. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao (1 person) Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 p Figure 8 Figure 9

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) 圧電体を周波電圧で駆動して、前記圧電体と弾
性体とから構成される振動体に弾性波を励振することに
より前記振動体上に接触して設置された移動体を移動さ
せる超音波モータと、前記移動体の移動速度に関する情
報を検出する速度情報検出手段と、前記速度情報検出手
段の出力情報を基に移動体の移動速度が所定の値に達し
たことを検出し所定速度検出信号を出力する所定速度検
出手段と、前記超音波モータ起動時に前記周波電圧の周
波数を高い方から低い方へ掃引し前記所定速度検出信号
によってその掃引動作を停止する周波数掃引手段と、前
記周波数掃引動作の停止後、前記速度情報検出器の出力
情報を基に前記移動体の移動速度を制御する速度制御手
段と、前記振動体の振動状態を検出する振動状態検出手
段と、前記掃引動作の開始時から前記周波電圧と前記振
動状態検出手段の出力との位相を検出し、前記周波数掃
引後、前記所定速度検出信号が出力された時点で検出さ
れた位相の値を位相基準値として前記周波電圧と前記振
動状態検出手段の出力との位相関係がこの基準値になる
ように制御する位相制御手段とを備えたことを特徴とす
る超音波モータの制御装置。
(1) A piezoelectric body is driven with a frequency voltage to excite elastic waves in a vibrating body composed of the piezoelectric body and an elastic body, thereby moving a moving body placed in contact with the vibrating body. an ultrasonic motor, a speed information detecting means for detecting information regarding the moving speed of the moving object, and detecting that the moving speed of the moving object has reached a predetermined value based on output information of the speed information detecting means. a predetermined speed detection means for outputting a speed detection signal; a frequency sweep means for sweeping the frequency of the frequency voltage from a higher side to a lower side when starting the ultrasonic motor and stopping the sweeping operation in response to the predetermined speed detection signal; After the frequency sweep operation is stopped, a speed control means for controlling the moving speed of the moving body based on the output information of the speed information detector, a vibration state detection means for detecting the vibration state of the vibrating body, and the sweep operation. The phase of the frequency voltage and the output of the vibration state detection means is detected from the start of the period, and after the frequency sweep, the phase value detected at the time when the predetermined speed detection signal is output is used as the phase reference value. A control device for an ultrasonic motor, comprising: a phase control means for controlling the phase relationship between the frequency voltage and the output of the vibration state detection means to the reference value.
(2) 速度制御手段の速度制御ループ内に制御信号に
よって増幅度が変化し超音波モータに印加する周波電圧
を増幅する電圧制御増幅手段を有し、前記超音波モータ
起動時に、所定速度検出手段より所定速度検出信号が出
力されるまでは前記制御信号として一定の値を与えるこ
とを特徴とする請求項1に記載の超音波モータの制御装
置。
(2) A voltage control amplification means for amplifying the frequency voltage applied to the ultrasonic motor by changing the degree of amplification according to a control signal in the speed control loop of the speed control means, and a predetermined speed detection means when the ultrasonic motor is started. 2. The ultrasonic motor control device according to claim 1, wherein a constant value is given as the control signal until a predetermined speed detection signal is output.
(3) 速度制御手段の速度制御ループ内に制御信号に
よってパルス幅を変化させた電圧を超音波モータに印加
するパルス幅変調電力増幅手段を有し、前記超音波モー
タ起動時に、所定速度検出手段より所定速度検出信号が
出力されるまでは、前記パルス幅のデューティを一定の
値に設定することを特徴とする請求項1に記載の超音波
モータの制御装置。
(3) A pulse width modulation power amplification means for applying a voltage whose pulse width is changed according to a control signal to the ultrasonic motor is included in the speed control loop of the speed control means, and when the ultrasonic motor is started, a predetermined speed detection means is provided. 2. The ultrasonic motor control device according to claim 1, wherein the duty of the pulse width is set to a constant value until a predetermined speed detection signal is output.
JP63035706A 1988-02-18 1988-02-18 Ultrasonic motor controller Expired - Lifetime JP2506895B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63035706A JP2506895B2 (en) 1988-02-18 1988-02-18 Ultrasonic motor controller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63035706A JP2506895B2 (en) 1988-02-18 1988-02-18 Ultrasonic motor controller

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01209967A true JPH01209967A (en) 1989-08-23
JP2506895B2 JP2506895B2 (en) 1996-06-12

Family

ID=12449309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63035706A Expired - Lifetime JP2506895B2 (en) 1988-02-18 1988-02-18 Ultrasonic motor controller

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2506895B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003092149A2 (en) * 2002-04-26 2003-11-06 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Starting-process controller for starting a piezomotor
US9318980B2 (en) 2011-06-07 2016-04-19 Seiko Epson Corporation Piezoelectric actuator, robot hand, and robot

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4201014B2 (en) 2005-08-23 2008-12-24 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric actuator drive control method, piezoelectric actuator drive control apparatus, and electronic apparatus
TW200720866A (en) 2005-10-06 2007-06-01 Seiko Epson Corp Governor, and a power generating device and an apparatus using the governor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003092149A2 (en) * 2002-04-26 2003-11-06 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Starting-process controller for starting a piezomotor
WO2003092149A3 (en) * 2002-04-26 2004-02-26 Philips Intellectual Property Starting-process controller for starting a piezomotor
US7518285B2 (en) 2002-04-26 2009-04-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Starting-process controller for starting a piezomotor
US9318980B2 (en) 2011-06-07 2016-04-19 Seiko Epson Corporation Piezoelectric actuator, robot hand, and robot

Also Published As

Publication number Publication date
JP2506895B2 (en) 1996-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR900007413B1 (en) Drive method for ultrasonic motor
JPH0322881A (en) Method and circuit for controlling ultrasonic motor
JP5792951B2 (en) Control device for vibration actuator
JP2995789B2 (en) Ultrasonic motor drive
JPH01209967A (en) Controller for ultrasonic motor
JPS622869A (en) Supersonic motor drive device
JPH01148080A (en) Controller for ultrasonic motor
JP2574293B2 (en) Ultrasonic motor driving method
JPS61221584A (en) Drive circuit of vibration wave motor
JP6526262B2 (en) Drive device and drive control method for vibration type actuator
JPH01298967A (en) Driver for ultrasonic actuator
JPH09182467A (en) Drive of oscillatory actuator
JPH0191678A (en) Speed controller for ultrasonic wave motor
JPS61221585A (en) Drive circuit of vibration wave motor
JPS63299788A (en) Ultrasonic motor driving device
JPS6292782A (en) Ultrasonic motor device
JPH02101975A (en) Drive circuit for ultrasonic motor
JP2689435B2 (en) Ultrasonic motor drive
JPH01136575A (en) Supersonic motor driving device
JPH04222477A (en) Power supply circuit of ultrasonic motor
JPH04322179A (en) Method of driving ultrasonic motor
JPS6383942A (en) Recording medium driving device
JP2604815B2 (en) Ultrasonic motor controller
JP2000060153A (en) Ultrasonic motor and drive circuit for piezoelectric element
JPH04217880A (en) Controller for motor

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term