JPH01283073A - 振動型アクチュエーター装置 - Google Patents

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〕 本発明は振動波モーターの駆動回路に関するもので、特
に位相差検出装置を用いてモーターの共振周波数と駆動
周波数のずれ量を検知し、振動波モーターを安定して駆
動させる回路に関するものである。

〔従来の技術〕

振動波モーターを効率良く駆動するためにはモーターを
機械的共振周波数で駆動する事が望まれており、モータ
ーの振動状態を検出するモニター電極を設け、この電極
からの信号と駆動信号との位相差が一定となるように周
波数を制御する方法が特願昭６０−２２６５６６号など
に提案されている。

又、モーターから様々な回転数を得る為には共振周波数
以外の周波数で駆動されるのが一般的であり、共振周波
数より高い周波数で駆動されるのが一般的である。

即ち、モーターの回転数を変化させるに際して、共振周
波数よりも高い周波数を任意に設定してモーターの回転
数を制御する方法が取られる。

〔発明が解決しようとしている問題点〕上記方法にてモ
ーター回転数を制御するに際して、駆動周波数を変化さ
せる場合、その周波数の変化率を大とすると応答性良く
回転数を変化させることが出来る一方、その周波数が上
記共振周波数に近接している状態では上記大なる変化率
にて周波数を変更すると変更周波数が上記共振周波数を
越えてしまい、モーターは停止する為安定した回転を行
うことが出来なくなるおそれがある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記事項に鑑みなされたもので、振動波モータ
ーの振動状態を検出するモニター手段を設け、モニター
手段からの出力信号と駆動用交流信号の位相差に基づき
共振周波数と駆動用交流信号の周波数差を検出し、モー
ターの回転速度変更時に周波数差が大きいときは、駆動
用交流信号の周波数変化率を大きくして応答性を向上さ
せる一方、周波数差が小さいときは駆動用交流信号の周
波数変化率を小さくすることで、駆動用交流信号の周波
数が共振周波数より小さくなり、急なモーター停止など
による不安定な動作を防止したモーターの駆動回路を提
供せんとするものである。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る振動波モータの周方向から見た断
面図で、該第１図中１はロータ、３は振動体、４は振動
体３上に附された分極処理がなされた圧電体、５は電極
である。振動体３と圧電体４とよりステーター２が構成
されローター１は振動体３上に摩擦接触している。

上記電極５中、振動体３における屈曲進行波の波長をλ
とすると５ａは駆動用電極でλ／２間隔で圧電体４上に
配されており、又５ｂは駆動用電極で、該電極もλ／２
間隔で圧電体４上に配される。５Ｓは振動検出用電極で
、駆動用電極５ａと振動検出用電極５Ｓとはλ／２だけ
位置的位相がずれている（すなわち同相）。又電極５ｂ
と５ａとは３λ／４だけ位置的位相がずれており、電極
５ａにて駆動電圧が印加される圧電体にてＡ相の圧電体
を構成し、電極５ｂにて駆動電圧が印加される圧電体に
てＢ相の圧電体が構成される。これらの圧電体の分極処
理や電極配置構成自体は周知であるので、その詳細な説
明は省略する。

上記の構成にあっては電極５ａと電極５ｂへ位相９０°
異なる周波電圧が印加されることにて、振動体３上に進
行性の振動波が発生し、ローター１が該振動波により駆
動される。電極５Ｓと電極５ａ間の信号波形の位相差は
電極５ａへの駆動信号が共振周波数ｆｒの時には電極５
Ｓからの信号波形は電極５ａの駆動信号に対して一９０
°位相がずれた状態となり、駆動信号が共振周波数から
ずれると電極５ａと５Ｓ間の位相差が９０°からずれる
ことになる。

よって、この位相差を検知すれば駆動周波数の共振周波
数ｆｒからずれを検知することが出来る。

なお、共振周波数と電極５ａと５８の信号間の位相差は
電極５Ｓと電極５ａとの位置に応じて上記−９０’　か
らずれるものであるが、その場合でも共振駆動状態にあ
れば電極５ａと５８の信号の位相差が特定関係となるの
で、この場合も同様に電極５ａと５Ｓ間の信号の上記特
定位相差からのずれを検知すれば駆動周波数の共振周波
数ｆｒからのずれを検知し得ることとなる。

第２図は第１図構成の振動波モータの電気的等価回路図
を示し、第３図は振動波モータの駆動用交流信号に対す
る定格回転数の特性を示す波形図である。

第４図は本発明に係る振動波モータの駆動回路の一実施
例を示す回路図である。

図において、２は第１図示の振動波モータのステーター
である。１２は入力電圧に応じた周波数で発振する電圧
制御発振器、１４はアンプ、１６はマツチングコイルで
発振器１２からの周波信号がこれらのアンプ、コイルを
介して電極５ａへ印加される。７はアンプ１４の出力の
コイル１６を通した波形（すなわち、振動波モータのス
テーターに印加される電圧波形）をパルス信号に整形す
るコンパレーター、８はコンパレーター７からのパルス
を９０″　　シフトするシフトレジスターで、該レジス
ター８からのパルスは回転方向切換スイッチ１３を介し
てアンプ１５、コイル１７を介して電極５ｂに印加され
る。上記の構成にて電極５ａと５ｂ間には９０°位相の
異なる周波電圧が印加される。１８はエツジトリガー型
位相比較器で、該比較器１８の一方の入力として上記発
振器１２の出力が入力し、他方の入力としてＮ分周回路
（３２分周回路）２１の出力が入力される。２０はラグ
リードフィルター１９を介して上記比較器１８の出力に
応じた周波数を発生する電圧制御発振器である。上記比
較器１８は入力信号間の位相差がゼロの時オーブン状態
となり、発振器２０の出力をその状態に維持し、上記入
力信号間に位相差が発生すると、その位相差のずれ方向
及び量に応じてデユーティの異なる信号を出力し、電圧
制御発振器２０の出力周波数の増減を行わせる。この様
に構成されているので、比較器１８の２人力は同一位相
となる機制御され、その結果分周回路２１の出力は発振
器１２の出力と同位相で、かつ同一周波数となる。従っ
て、発振器２０の出力は発振器１２の出力周波数のＮ倍
（３２倍）の信号となり、該信号を上記シフトレジスタ
ー８のクロック信号としているので、該レジスター８の
Ｎ　（３２）　／４段目の出力はコンパレーター７の出
力、即ち発振器１２の出力に対して９０°位相の異なる
信号となり、上記の如くして電極５ｂと５ａ間に９０°
位相差の周波信号が供給される。

６は電極５Ｓからの信号をパルスに波形整形するコンパ
レーター、９はエツジトリガー型位相比較器で、該比較
器は第５図（ａ）の如く構成される。該比較器は入力Ｒ
１＋　”　Ｉのパルスの位相を検知し、第５図（ｂ）の
示す如く入力Ｒ８への位相が入力ｖ１よりも進んでいる
時に出力Ｕ１をその位相差分ロウレベルとなし、逆に入
力Ｒ８への位相が入力ｖ１よりも遅れた時には出力り、
をその位相差分ロウレベルとなし、又更に位相が一致し
ている時には出力Ｖ、、Ｄ、共にハイレベルを送出する
。

１０は前記比較器９の出力ＵＩ　ｒ　Ｄ　Ｉに接続する
アンドゲート、２２はリセット端子を上記アンドゲート
１０に接続しアンドゲートｌＯの出力がハイレベルの時
リセット状態が解除され前記発振器２０のクロックパル
スをカウントするカウンター、２３はカウンター２２の
カウント値をラッチする一時的な記憶装置としてのラッ
チ回路である。

２５は電圧制御発振器１２の自走周波数設定器、２６は
定電圧源、２７はマイクロコンピュータである。

次いで第４図の実施例の動作について第６図のプログラ
ムに従って説明する。尚、該プログラムはコンピュータ
２７に内蔵されているものとする。

不図示の電源スィッチのオンすることにてプログラムは
ステップｌとなり、初期状態として自走周波数としてｆ
ｏを自走周波数設定器２５へ設定する。

この自走周波数ｆｏは振動波モータの機械的共振周波数
ｆｒより充分高＜　ｆｒｘ　（ｎ＋１）”／ｎ”　（た
だしｎはモータに作る波の数）より低く設定される。電
圧制御発振器１２は該設定周波数ｆｏにて発振する。

又コンピュータ２７は駆動電圧としてＶＯＮを設定し、
定電圧源２６は該ＶＯＮを駆動電圧として出力する。

この状態では発振器１２の出力周波数ｆｏのＮ倍のクロ
ック信号がシフトレジスター８ヘシフトパルスとして供
給されるので電圧制御発振器１２の出力に対して±９０
ａ（±Ｎ／４段）ずれた信号がアンプ１５、コイル１７
を介して電極５ｂに伝わるため、電極５ａ、　５ｂ間に
は上記の如＜９００　位相差の周波信号が印加される。

ステップ２では不図示の部材にて設定される正逆回転情
報に応じて選択スイッチ１３を切換え上記±９０’　の
選択切換えを行う。

この状態ではモータは電極５ａ、５ｂ間にスイッチ１３
にて決定された回転方向に応じて＋９０°又は−９０°
ずれた周波信号が印加されるので、正又は逆回転を行う
。このモータの回転に応じた信号が電極５Ｓから出力さ
れコンパレーター６にてパルスに整形され、比較器９の
Ｒ，入力端に伝えられる。

上記の如く、モータ駆動初期には発振器１２０周波数が
共振周波数よりも高いｆｏであり、モータは最低回転数
で回転している。電極５Ｓからのモータの回転状態に応
じた信号の位相と電極５ａの駆動信号の位相はモータが
共振周波数で駆動されている時には９０″　ずれ、共振
周波数からずれればずれる程９０°の位相差からはずれ
る。よって、電極５ａの周波信号を９０’　　シフトレ
ジスター８にてシフトした信号ｖ１と電極５Ｓからの信
号Ｒ１とは共振状態でその位相差が一致し、共振状態か
らずれる程、その位相差が大となる。よって比較器９の
出力Ｕ。

又はり、は上記位相差分ロウレベルを示し、アントゲ−
）１０の出力も上記位相差分ロウレベルを出力する。従
って初期状態では駆動信号の周波数ｆＯは共振周波数よ
りもかなりずれているため、アンドゲート１０がロウレ
ベルを出力する期間が長（、カウンター２２０カウント
値は小さな値となっている。

又、ラッチ回路２３はカウンター２２がリセットされる
直前のカウント値をカウントごとにラッチしており、コ
ンピュータ２７はラッチ回路２３にてラッチされたカウ
ンター２２の出力をステップ４にて検知しており、カウ
ンター２２の出力値が所定値、Ｎ＝３２　（−９０°）
より小さい場合はステップ５へ移行し、自走周波数設定
器２５への設定周波数ｆＯを徐々に低下させる。即ち、
カウンター２２の出力に応じて第７図に示される関数に
より、ｆΔ＝Ｆ（θ）によって、ｆｏ＝ｆｏ−ｆΔとし
て新たな周波数ｆｏを設定する。以後、上記ステップ４
，５が繰り返し行われ電極５ａへの駆動信号周波数が徐
々に共振周波数ｆｒへ近づく。一方、アンドゲート１０
の出力は共振周波数ｆｒに近づくことにてロウレベルを
出力する時間が徐々に短かくなり、カウンター２２のカ
ウント値が徐々に高（なる。

上記の如くしてステップ４．５が繰り返される過程で電
極５ａへの駆動周波数が徐々に低下し、共振周波数ｆｒ
に達すると、カウンタ２２のカウント値が上記所定値よ
りも大となるため、コンピュータ２７は駆動周波数が共
振周波数に達したと判定して周波数の変更は行わない。

以上の動作はステップ３にてモーターの加速指令を検知
した場合であるが、次に上記ステップ３にて減速指令を
検知した場合について説明する。

この場合はステップ３に次いでステップ６が実行され、
駆動周波数ｆｏがｆＩＴｌａｘより小さいかの検知がな
される。今、モーターは駆動周波数ｆｏがｆ　ｍｉ工よ
り小さい周波数で駆動されている状態で減速指令が出さ
れるとステップ７へ移行し、カウンター２２の出力に応
じてｆΔを算出し、ｆｏ＝ｆｏ＋ｆΔとして新たな周波
数ｆｏを設定する。以後、上記ステップ１６．７を繰り
返し行い電極５ａへの駆動信号周波数が徐々に高くなり
、最低速駆動周波数ｆ　１１１１１に近づく。一方、ア
ンドゲート１０の出力は共振周波数ｆｒからはなれるこ
とにより、ロウレベルを出力する時間が徐々に長（なり
、カウンター２２のカウント値は徐々に低（なる。

以上説明したステップ５及びステップ７で△ｆを算出す
るときｆΔは図７に示される関数としてコンピュータ２
７に設定されているため、カウンター２２の値が大きい
ときはｆΔの値は小さくなり、自走周波数ｆｏの変化率
が小さくなり、共振周波数付近では安定して駆動するこ
とが出来る。又、カウンター２２の値が小さいときはｆ
Δの値は太き（なり、自走周波数ｆＯの変化率が太き（
なり、急なモータ回転数の変更に対応することが出来る
。

尚、上記実施例では圧電体を用いるが電歪素子を用いて
も良い。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明では駆動用交流信号の周波数とモータ
ーの機械的共振周波数の差を検知し、周波数差が大きい
ときは周波数変化率を大きくし、周波数差が小さいとき
は周波数変化率を小さくしたものであるので、共振周波
数付近では、周波数の変化が小となり安定なモーター駆
動が出来、一方、共振周波数より高い周波数では周波数
の変化を大きくして、回転数の急な変更にも対応出来る
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる振動波モータの断面図、第２図
は第１図示のモータの等価回路図、第３図は本発明に係
る振動波モータの駆動回路による速度制御特性を示す説
明図、第４図は本発明に係る振動波モータの駆動回路の
一実施例を示す回路図、第５図（ａ）は第４図示の比較
回路９の構成を示す回路図、第５図（ｂ）は第５図（ａ
）に示した回路の出力波形を示す波形図、第６図は第４
図示のコンピュータ２７に内蔵されるプログラムを示す
説明図、第７図は第６図でのｆΔの関数を示す図である
。 ２２・曲曲曲・曲曲曲・間開カウンター２３・・・・・
・曲・曲曲曲曲聞曲−時記憶装置２６・・・曲曲曲曲曲
曲曲間定電圧源 ２７°°−曲曲曲曲間開・・・・・コンヒユーター特許
出願人　　キャノン株式会社 第３犯

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　電気機械エネルギー変換素子が配される振動体の異な
   る位置の上記変換素子に対して位相の異なる駆動用周波
   電圧を印加して振動体に進行性振動波を形成し該振動波
   にて移動体を駆動する振動波モーターの駆動回路におい
   て、前記モーターの振動状態をモニターし、共振駆動状
   態からのずれに応じた信号を出力するモニター手段と、
   前記駆動用周波電圧の周波数を変更させるための周波数
   変更回路と、該変更回路による周波数の変更動作に際し
   て前記モニター手段からの信号に応じて上記ずれが大の
   時には上記周波数の変更率を大となし、又、ずれが小の
   時には上記周波数の変更率を小に設定する設定回路を設
   けたことを特徴とする振動波モーターの駆動回路。