JPH02174572A - 超音波モータ - 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、電歪素子、磁歪素子等の電気−機械変換素子
を用い進行振動波を発生させ、ロータを駆動する超音波
モータおよびその駆動装置に関するものである。

従来の技術 超音波モータ駆動装置は、温度等の環境の変化により駆
動条件が変化しても、駆動電圧の周波数が常にステータ
の機械系共振周波数によって定まる周波数追尾し、駆動
効率の低下を防止し、安定な回転状態を維持する機能が
必要である。

従来、第４図に示す如く、超音波モータ駆動装置として
特願昭６３−１．４０６７８号が提案されている。

すなわち、圧電体に流れる機械系振動に比例する電流と
、圧電体に印加される電圧との位相差を検出し、この位
相差を一定に保つように発振周波数を可変できる可変発
振器と、この可変発振器の発振周波数（以下ＶＣＯと記
す）とて前記圧電体を駆動させる駆動回路とで構成され
ているものてある。

発明が解決しようとする課題 ところが、上述のように圧電体に流れる機械系振動に比
例する電流を検出する手段として、駆動装置の圧電体に
直列に接続された第１の抵抗と、圧電体に並列に接続さ
れた第２の抵抗とコンデンサとの直列回路と、第１の抵
抗と第２の抵抗との電位差を検出する差動増幅器よりな
る回路で構成されているため、第１、第２の抵抗に流れ
る電流による電力ロスが発生ずること、また差動増幅器
を含め抵抗、コンデンサなど多くの電子部品が必要であ
ることなどの問題があった。

また、圧電体のアドミッタンス特性にあって、スプリア
スが発生し、振動を発生させるとともに、ダイナミック
レンジが小さく進行波の発生が十分でなかった。

課題を解決するための手段 本発明は、超音波モータ及びその駆動装置に関し、上述
の従来技術に対して簡単な電圧比較器と、圧電体の電極
パターンのうち、３／４λの電極を形成しない構成によ
って不要な振動成分をなくし、ステータの機械系共振周
波数を検出する手段として１／４λの電極にセンサー電
極を設け、圧電体に印加する電圧と、センサー電極との
位相差を検出し、両者の位相差を一定に保つＶＣ○回路
と回転方向の切替時々同時に位相差の比較をなす、それ
ぞれ９０度位相の異なるＡ相、Ｂ相電圧を切り替える回
路を備えたものである。

作用 本発明は、上記超音波モータを構成する圧電体に設けら
れたセンサー電極に発生ずる電圧と、回転方向により切
り替えられたＡ相、Ｂ相電圧の両者の位相差を一定に保
つＶＣ○回路より構成される。

これにより超音波モータが駆動される温度等周囲環境が
変化したり、自己発熱による温度変化や経年変化によっ
て機械系共振周波数が変化しても駆動効率の低下を防止
して、安定した回転状態を実現する機能を有するもので
ある。

実施例 以下、本発明の一実施例の超音波モータおよびその駆動
装置について説明する。

第１図は本発明の一実施例の超音波モータを構成する圧
電体の電極パターンを示し、（ａ）はその表面パターン
で、（ｂ）は裏面パターンである。

３及び４はそれぞれ１／２λだけ相対位置がずらして配
置され、Ａ相、Ｂ相と称し９０度位相の異なる電圧が印
加される。

また、１／４．λの電極パターン部１及び５をセンサー
電極として構成している。なお、２，６は非電極部であ
る。

上記構成により圧電体のアドミッタンス特性は第３図（
ｇ）に示すようにスプリアスの発生が悪（、ｌ］のひろ
いダイナミックレンジがとれる。

もし、この時従来のように３／４λに電極を設けである
上第３図（１１）に示したようにダイナミックレンジが
減少し、進行波の発生を低下させる要因となり、スプリ
アスが発生し不要振動の原因となる。

一方、このとき、センサー電極に発生ずる電圧は第１図
の（ｅ）に示したように、回転方向によって９０度の位
相差を生しるために、このままではセンサー信号として
利用することができないので、本発明の実施例に基づく
、駆動装置で回転方向によって比較ずべき電圧のＡ相、
Ｂ相を切り替えている。

この方法について第３図によって説明ずれば、（Ｃ）は
Ａ相の印加電圧で、（ｄ）はＢ相の印加電圧でそれぞれ
正転時、逆転時の波形を示しており、（ｆ）はそれぞれ
、正転時Ａ相の印加電圧の立上りとセンサー電極１，５
に発生する電圧の立上りを、逆転時Ｂ相の印加電圧の立
上りとセンサー電極１，５に発生する電圧の立上りをＲ
−Ｓフリップフロップで位相比較した位相比較器Ｐ、Ｃ
の出力波形を示している。これから明らかなように逆転
時にＡ相。

Ｂ相を切り替えればよいことがわかる。

次に、第２図において本発明の一実施例に基づく駆動装
置の回路構成について説明する。

超音波モータを構成する圧電体７は、Ａ相、Ｂ相電極お
よびセンサー電極１，５より構成されている。センサー
電極１，５より電圧比較器８を介して上記位相比較器９
（以下Ｐ、Ｃと記ず）のＲ端子に接続され、Ｐ、Ｃ９の
出力端子Ｑより抵抗１０コンデンサ１１よりなるローパ
スフィルターを介してＶＣＯ１２に接続されている。

ＶＣＯ１２の出力端子より９０度移相器１３に接続され
、それぞれ位相が９０度異なる電圧が出力される。９０
”出力端子よりｅｘ−ＯＲ１，４介して、ドライバ一部
１５に接続しＯ°出力端子より直接ドライバ一部１６に
接続され、またドライバ一部１５，１．６より圧電体の
Ｂ相、Ａ相電極に接続される。

一方、正転逆転指令信号２０より、ｅｘ−ＯＲ１４の他
の入力端子と、アナログスイッチ１８のイネーブル入力
端子と、インバータ１７を介してアナログスイッチ１９
のイネーブル入力端子に接続する。

また、ｅｘ−ＯＲ１４の出力端子とドライバー部１５の
相互接続点よりアナログスイッチ１８のアナログ入出力
端子にＰ、Ｃ９のＯ°出力端子とｌ・ライバ一部１６の
相互接続点よりアナログスイッチ１９のアナログ入出力
端子に接続し、他のアナログ入出力端子をそれぞれ相互
接続点を成し、Ｐ、Ｃ９のＳ端子に接続する。

以下、本発明の一実施例の動作について説明する。

超音波モータの駆動周波数は、圧電体７に構成されたセ
ンサー電極１，５と圧電体７に印加される電圧の位相差
によって決定される。センサー電極１．５に発生した電
圧は電圧化較器８によって波形整形し、Ｐ、Ｃ９のＲ端
子に加えられる。

同様に回転方向指令と連動してそれぞれアナログスイッ
チ１８．１９によって切り替えられ、正転時Ｂ相に印加
される電圧に対応する電圧信号が逆転時Ａ相に印加され
る電圧に対応する電圧信号がＳ端子に加えられＰ、Ｃ９
て検出された位相差に応じてＶＣＯ１２の発振周波数が
可変され、機械系共振周波数を追尾することになる。

発明の効果 以上のように本発明は、超音波モータを構成する圧電体
の電極パターンのうち、３／４λの電極を形成しないこ
とで、不要振動の発生を低減し、振動強度に係わるダイ
ナミックレンジの増加を図り、モータ効率の向上を実現
した。また、３／４λの電極を有しない構成で、１／４
λの電極をセンサー電極として構成し、本発明による正
逆の回転方向に応じた切り替え回路により機械系共振周
波数を常に追尾し、環境の変化に対応して進行振動波の
発生効率が減少することのない、安定した回転を維持す
る超音波モータが現出できた。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例における超音波モータの圧電体
の電極パターン、および正逆転におけるＡ、Ｂ相の印加
電圧とセンサー電極の発生電圧及び、Ｐ、Ｃの出力電圧
波形図、第２図は本発明の駆動装置のブロック図、第３
図（ｇ）　、　（ｈ）は圧電体のアドミッタンス特性図
、第４図は従来の超音波モータの駆動装置のブロック図
である。 １．５・・・・・・センサー電極、３・・・・・・Ａ相
電極、４・・・・・・Ｂ相電極、７・・・・・・圧電体
、９・・・・・・位相比較器、１２・・・・・・ＶＣＯ
１１８，１９・・・・・・切替スイッチ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気−機械エネルギー変換素子に位相の異なる２
   相の駆動電圧を印加することによってステータに進行振
   動波を発生させ、該進行振動波によってロータを駆動す
   る超音波モータにおいて、圧電体の電極パターンにあっ
   て１／４λの電極をセンサー電極とし、３／４λの電極
   を形成しない電極パターンを構成する超音波モータ。
2. （２）センサー電極に発生する電圧を波形整形する電圧
   比較器と、前記圧電体を駆動する２相の駆動電圧を検出
   し、回転方向によって、該検出電圧の相を切り替える切
   替回路と、それぞれの位相差に応じた出力を発生する位
   相比較器と、該出力電圧に基づいて前記駆動電圧の周波
   数を決定する可変発振器とを設けた特許請求の範囲第１
   項記載の超音波モータの駆動装置。