JPH02184277A - Driving circuit for ultrasonic motor - Google Patents

Driving circuit for ultrasonic motor

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JPH02184277A
JPH02184277A JP1002625A JP262589A JPH02184277A JP H02184277 A JPH02184277 A JP H02184277A JP 1002625 A JP1002625 A JP 1002625A JP 262589 A JP262589 A JP 262589A JP H02184277 A JPH02184277 A JP H02184277A
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frequency
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ultrasonic motor
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phase shifter
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Abstract

PURPOSE:To improve the resolution of frequency by a method wherein a dividing phase shifter, dividing and shifting the phase of the output of an oscillator, is provided to change a pulse width by a width corresponding to one period. CONSTITUTION:The driving circuit of an ultrasonic motor 5 is provided with an oscillator 1, a divider 2, a 1/4 dividing phase shifter 3 and a power amplifier 4. The driving circuit of the same is also provided with a temperature sensor 6, a temperature detector 7, an encoder 8, a frequency regulating means 10, a NAND gate 11 and an AND gate 12. The switching timing of output signals phi1-phi4 from the 1/4 dividing phase shifter 3 is determined respectively by the preset value of the divider 2 and a driving frequency is reduced when a temperature is risen. On the other hand, the frequency may be regulated by the frequency regulating means 10 independently from the correction by a temperature.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、超音波モータの駆動回路、更に詳しくは、外
的要因によって超音波モータの特性が変化しても、常に
効率よく回転する駆動周波数を自動的に追尾する帰還回
路を有する超音波モータの駆動回路に関する。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a drive circuit for an ultrasonic motor, and more specifically, to a drive circuit that always rotates efficiently even if the characteristics of the ultrasonic motor change due to external factors. The present invention relates to an ultrasonic motor drive circuit having a feedback circuit that automatically tracks frequency.

[従来の技術] 近年、超音波モータの開発が著しい勢いで行なわれてい
るが、これはこのモータが従来のDCモータに比べ、低
速高トルクが得られ、音も静かである等の長所があるた
めである。この種超音波モータを例えば、カメラのフィ
ルム巻上げなどに使用した場合には、低速高トルクであ
るためにギヤーによる減速を必要としないダイレクト駆
動が可能になり、これによって機構が単純でしかも制御
しやすくなるから、機械的駆動系の大きさを従来よりも
小さくすることができるというメリットがある。そして
、これに使用する超音波モータについては、例えば特開
昭58−148682号公報に開示されている進行波型
超音波モータ、および特開昭61−49670号公報に
開示されている定在波型超音波モータなど、゛いずれの
場合でも実現できる。
[Prior Art] In recent years, ultrasonic motors have been developed at a remarkable pace, and this is because these motors have advantages over conventional DC motors, such as being able to obtain high torque at low speeds and being quiet. This is because there is. When this type of ultrasonic motor is used, for example, to wind the film of a camera, its low speed and high torque enables direct drive without the need for gear deceleration, which makes the mechanism simple and easy to control. This has the advantage that the size of the mechanical drive system can be made smaller than before. As for the ultrasonic motor used for this purpose, for example, there is a traveling wave type ultrasonic motor disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 58-148682, and a standing wave type ultrasonic motor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-49670. It can be realized in any case, such as a type ultrasonic motor.

ところが、その反面、超音波モータでは、その駆動回路
としてより複雑な回路を必要としている。
However, on the other hand, an ultrasonic motor requires a more complicated circuit as its drive circuit.

即ち、小形DCモータでは、直流電源電圧(通常数ボル
ト以上)をそのまま印加するだけで回転させることがで
きるが、超音波モータの場合は普通、周波数20KHz
以上、電圧振幅数十ボルト(実効値)以上の交流電源を
印加しなければならない。
In other words, a small DC motor can be rotated by simply applying a direct current power supply voltage (usually several volts or more), but an ultrasonic motor usually has a frequency of 20 KHz.
As described above, an AC power source with a voltage amplitude of several tens of volts (effective value) or more must be applied.

そのため、最低でも発振器と電力増幅器が必要になる。Therefore, at least an oscillator and a power amplifier are required.

更に、例えば、進行波型超音波モータのように、位相の
異なる同周波数、同振幅の出力を複数必要とするものも
あり、この場合、移相器も必要となる。また超音波モー
タは、温度、負荷、モータに印加する電圧値などといっ
た要素により、最適駆動周波数、つまり効率が高く、回
転数、トルクが充分に大きくとれる周波数が変化する場
合が多い。このようなときには、超音波モータの振動子
の一部にモニタ電極を設けて、そこから得られる電圧信
号または位相信号により駆動周波数を補正したり、ある
いは温度センサを取り付けてその信号により駆動周波数
を補正する必要がある。
Furthermore, there are some motors, such as traveling wave ultrasonic motors, which require a plurality of outputs of the same frequency and amplitude with different phases, and in this case, a phase shifter is also required. Furthermore, in ultrasonic motors, the optimum driving frequency, that is, the frequency at which efficiency is high and the rotational speed and torque are sufficiently large, often changes depending on factors such as temperature, load, and voltage applied to the motor. In such cases, a monitor electrode is installed on a part of the ultrasonic motor's vibrator, and the drive frequency is corrected using the voltage signal or phase signal obtained from the monitor electrode, or a temperature sensor is attached and the drive frequency is adjusted using the signal. Needs to be corrected.

そのため、上述の機能を持つ駆動周波数補正回路が必要
となる。
Therefore, a drive frequency correction circuit having the above-mentioned functions is required.

このような機能を持つものとして、例えば本出願人が先
に出願した特願昭63−33593号および特願昭63
−35529号に開示した駆動回路がある。この回路は
、進行波型超音波モータの駆動用を例示しているが、勿
論、定在波型超音波モータにも適用が可能である。
For example, Japanese Patent Application No. 63-33593 and Japanese Patent Application No. 1983 filed earlier by the applicant have such a function.
There is a drive circuit disclosed in Japanese Patent No.-35529. Although this circuit is exemplified for driving a traveling wave type ultrasonic motor, it is of course applicable to a standing wave type ultrasonic motor.

上記特願昭63−33593号に記載したものは、アッ
プダ°ウンカウンタ(以下、UP/DNカウンタと略記
する)とD/Aコンバータにより発振周波数が電圧制御
され、主としてアナログ回路で形成されている電圧制御
発振器(以下、VCOと略記する)の発振周波数の最適
駆動周波数に対する高低から追尾方向を検出回路で判断
し、UP/DNカウンタでアップカウントまたは、ダウ
ンカウントし、D/Aコンバータでアナログ電圧に変換
してvCoを電圧制御し、これによって発振周波数の最
適駆動周波数への自動追尾を行なっている。そこで、v
COの発振周波数がUP/DNカウンタの上限周波数ま
たは下限周波数に達すると、次のクロックパルスで下限
周波数または上限周波数に戻り、再度アップカウントま
たはダウンカウントするから、超音波モータに負荷が急
激に加えられたり過大になったりして発振周波数が適正
駆動周波数から逸脱(以下、周波数の飛びと呼称する)
しても、UP/DNカウンタの繰返し動作によって適正
駆動周波数に戻すことができるようになっている。
The device described in the above Japanese Patent Application No. 63-33593 has an oscillation frequency controlled by voltage using an up/down counter (hereinafter abbreviated as UP/DN counter) and a D/A converter, and is mainly formed of analog circuits. The detection circuit determines the tracking direction based on whether the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator (hereinafter abbreviated as VCO) is high or low relative to the optimal drive frequency, the UP/DN counter counts up or down, and the D/A converter converts the analog voltage. The oscillation frequency is automatically tracked to the optimum drive frequency by controlling the voltage of vCo. Therefore, v
When the CO oscillation frequency reaches the upper limit frequency or lower limit frequency of the UP/DN counter, it returns to the lower limit frequency or upper limit frequency with the next clock pulse and counts up or down again, which prevents a sudden load on the ultrasonic motor. The oscillation frequency deviates from the appropriate drive frequency due to excessive or excessive drive frequency (hereinafter referred to as frequency jump)
However, the drive frequency can be returned to the proper drive frequency by repeating the operation of the UP/DN counter.

ところで、超音波モータは幾つかの振動モードを持って
おり、1つのモードで駆動する場合には他のモードに入
らないよう最高周波数f  と最■ax 低周波数F。を設定しておく必要がある。しかも、この
ような周波数範囲の設定が簡単にできなければ産業上利
用する意味が失われる。そこで、上記特願昭63−35
529号にて提案したものでは、上記特願昭63−33
593号と同じようにVCO,検出回路、UP/DNカ
ウンタ、D/Aコンバータから構成される駆動回路にお
いて、VCOに鋸歯状波発振器を使用し、鋸歯状波発振
電圧のローレベル電位を変化させて発振周波数を制御し
ている。
By the way, an ultrasonic motor has several vibration modes, and when driven in one mode, the highest frequency f and the lowest frequency F are set to avoid entering other modes. must be set. Moreover, unless it is possible to easily set such a frequency range, there is no point in using it industrially. Therefore, the above patent application 1986-35
The proposal in No. 529 is based on the above-mentioned patent application No. 63-33.
Similar to No. 593, a sawtooth wave oscillator is used for the VCO in the drive circuit consisting of a VCO, a detection circuit, an UP/DN counter, and a D/A converter, and the low level potential of the sawtooth wave oscillation voltage is changed. The oscillation frequency is controlled by

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このようなVCO,検出回路1UP/D
Nカウンタ、D/Aコンバータで構成された従来の駆動
回路では回路のディジタル化、調整の自動化には限界が
ある。即ち、上述の特願昭63−33593号および特
願昭83−35529号における駆動回路のD/Aコン
バータとvCOの部分で、まだアナログ回路部分が残さ
れており、IC化を図ろうとしても、そのアナログ部分
におけるコンデンサ、抵抗器や、調整のための可変抵抗
器はIC化できないから、外付は部品として残ることに
なる。従って、その分だけスペースが必要となり、コス
トが嵩むことになる。更に、調整についてもレーザトリ
ミングといった方法を想定しており、それを実施するた
めには新たな設備が必要となる。更にまた、本出願人が
先に出願した特願昭63−119987号には基準位相
発生の方法が開示されているが、この方法では基準位相
の設定は可変抵抗器により行なっており、従って自動化
が難しいという欠点があった。
[Problem to be solved by the invention] However, such VCO and detection circuit 1UP/D
Conventional drive circuits composed of an N counter and a D/A converter have limitations in digitizing the circuit and automating adjustment. In other words, analog circuits still remain in the D/A converter and vCO portions of the drive circuits in the above-mentioned Japanese Patent Application Nos. 63-33593 and 1983-35529, and even if attempts are made to convert them into ICs, Since the capacitors, resistors, and variable resistors for adjustment in the analog part cannot be integrated into ICs, the external components remain as components. Therefore, a corresponding amount of space is required, and the cost increases. Furthermore, a method such as laser trimming is assumed for adjustment, and new equipment will be required to implement it. Furthermore, Japanese Patent Application No. 119987/1987, previously filed by the present applicant, discloses a method for generating a reference phase, but in this method, the reference phase is set using a variable resistor, and therefore it cannot be automated. The drawback was that it was difficult.

以上をまとめると、駆動回路のディジタル化・IC化を
行な、う際、上述の方法マは限界があって、回路の占有
するスペースの縮小や調整の自動化をこれ以上進めるの
が困難になるという問題が発生した。
To summarize the above, when converting the drive circuit to digital/IC, the above-mentioned method has its limits, and it becomes difficult to further reduce the space occupied by the circuit and automate adjustment. A problem arose.

そこで、本発明の目的は、上述の問題点を解消し、回路
のIC化や調整の自動化が容易に行なえる構成の超音波
モータの駆動回路を提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic motor drive circuit having a structure that solves the above-mentioned problems and allows the circuit to be integrated into an IC and the adjustment to be easily automated.

[課題を解決するための手段および作用]本発明の超音
波モータの駆動回路は、超音波モータを駆動するために
印加する交流電圧の周波数を変化させる超音波モータの
駆動回路であって、発振器と、この発振器の出力を複数
のパルス信号として分周移相して出力する分周移相器と
、この分周移相器の出力を増幅して上記交流電圧とする
電力増幅器と、を具備し、上記パルス信号の少なくとも
1つのパルス幅もしくはオフ部分の幅を、上記発振器の
出力もしくは分周した出力の1周期毎に変化させること
により、上記交流電圧の周波数を変化させることを特徴
とするものである。
[Means and effects for solving the problems] The ultrasonic motor drive circuit of the present invention is an ultrasonic motor drive circuit that changes the frequency of an alternating current voltage applied to drive the ultrasonic motor, and includes an oscillator. A frequency dividing phase shifter that frequency-divides and phase-shifts the output of this oscillator as a plurality of pulse signals and outputs the frequency-divided phase shifter, and a power amplifier that amplifies the output of this frequency dividing phase shifter to generate the above-mentioned alternating current voltage. The frequency of the AC voltage is changed by changing at least one pulse width or the width of the OFF portion of the pulse signal every cycle of the output or frequency-divided output of the oscillator. It is something.

[実 施 例] 本発明の詳細な説明するのに先立って、第2〜5図を用
いて超音波モータにおける最適駆動周波数の自動追尾に
つき、その動作原理を、また第6図を用いて駆動周波数
の分解能を、それぞれ説明する。
[Example] Prior to a detailed explanation of the present invention, the operating principle of automatic tracking of the optimum drive frequency in an ultrasonic motor will be explained using Figs. 2 to 5, and the driving principle will be explained using Fig. 6. Each frequency resolution will be explained.

第2図は、ディジタル化した超音波モータの駆動回路の
一例を示すブロック系統図で、第3図は上記第2図にお
ける各部の動作を示すタイミングチャートである。図に
おいて、符号1は発振器であり、超音波モータ5(ここ
では定在波型超音波モータ)の最適駆動周波数f。に比
べ、十分高い周波数fiのクロックパルスCLKIを発
生する。
FIG. 2 is a block system diagram showing an example of a digitalized ultrasonic motor drive circuit, and FIG. 3 is a timing chart showing the operation of each part in FIG. 2. In the figure, reference numeral 1 indicates an oscillator, and the optimum driving frequency f of the ultrasonic motor 5 (here, a standing wave type ultrasonic motor). A clock pulse CLKI having a sufficiently high frequency fi is generated compared to the clock pulse CLKI.

このクロックパルスCLKIは分周器2によって第3図
に示されているクロックパルスCLK2に変換される。
This clock pulse CLKI is converted by the frequency divider 2 into the clock pulse CLK2 shown in FIG.

この分周器2はここでは8ビツトのプリセッタブルダウ
ンカウンタが使用され、そのプリセット入力端P5〜P
8は予め所定値に設定され、プリセット入力端P1〜P
4は後述するアンドゲート12の出力信号Q51〜Q5
4によりプリセットされるようになっている。そこで、
この分周器2はプリセット値からダウンカウントを始め
、出力が(00・・・・・・0)になると再びプリセッ
トされる機構となっていて、これにより周期がブリセラ
)値X (CLKIの周期)であるクロックパルスCL
K2を出力するようになっている。上記クロックパルス
CLK2はリングカウンタで構成されている174分周
・移相器3で1/4分周される。その出力は第3図に示
されている移相器出力信号φ1〜φ4であって、このう
ち、信号φ1とφ3が電力増幅器4に送られる。この電
力増幅器4は第4図に示す構成になっていて、信号φ1
とφ3が交互にトランジスタTriおよびTr3をオン
し、それによってトランスL1の2次側から電圧Voで
最適駆動周波数f。の交流電圧V。を出力する。この電
圧V。をモータ5に印加すると、モータ5は回転を始め
る。
This frequency divider 2 is an 8-bit presettable down counter, and its preset input terminals P5 to P5 are used as the frequency divider 2.
8 is set to a predetermined value in advance, and the preset input terminals P1 to P
4 are output signals Q51 to Q5 of the AND gate 12, which will be described later.
4 is preset. Therefore,
This frequency divider 2 starts counting down from a preset value, and when the output reaches (00...0), it is preset again. ) is the clock pulse CL
It is designed to output K2. The clock pulse CLK2 is frequency-divided by 1/4 by a 174 frequency divider/phase shifter 3 composed of a ring counter. Its outputs are phase shifter output signals φ1 to φ4 shown in FIG. 3, of which signals φ1 and φ3 are sent to the power amplifier 4. This power amplifier 4 has a configuration shown in FIG. 4, and has a signal φ1
and φ3 alternately turn on transistors Tri and Tr3, thereby increasing the optimal drive frequency f from the secondary side of transformer L1 at voltage Vo. AC voltage V. Output. This voltage V. When is applied to the motor 5, the motor 5 starts rotating.

次に、モータ駆動周波数を自動追尾すると共に駆動周波
数を調整する機構について述べる。
Next, a mechanism for automatically tracking the motor drive frequency and adjusting the drive frequency will be described.

一般に、定在波型超音波モータの場合、最適駆動周波数
f。は温度に依存する場合が多い。今、超音波モータ5
の最適駆動周波数f。のモータ温度Tに対する特性線図
が第5図に示すものであったとすると、超音波モータ5
に取り付けた温度センサ6の出力を検出して駆動周波数
を、例えば温度T1なら駆動周波数をf に、T2なら
f2に■ ・・・・・・といった調子で変えてゆけば良いことにな
る。
Generally, in the case of a standing wave type ultrasonic motor, the optimum driving frequency f. is often temperature dependent. Now, ultrasonic motor 5
The optimum driving frequency f. If the characteristic diagram for the motor temperature T is as shown in FIG.
It is only necessary to detect the output of the temperature sensor 6 attached to the temperature sensor 6 and change the driving frequency, for example, if the temperature is T1, the driving frequency is f2, if T2, the driving frequency is f2, and so on.

そこで、温度センサ6の出力信号を温度検出器7でディ
ジタル化し、更にその信号をエンコーダ8によってコー
ド化し、加算器9を介して分周器2のプリセット入力端
子の下位4ビツトP1〜P4に入力する。ここで、加算
器9を介しているのは、周波数調整のためである。つま
りスイッチ。
Therefore, the output signal of the temperature sensor 6 is digitized by the temperature detector 7, the signal is further encoded by the encoder 8, and is inputted to the lower 4 bits P1 to P4 of the preset input terminal of the frequency divider 2 via the adder 9. do. Here, the reason why the signal is passed through the adder 9 is for frequency adjustment. In other words, a switch.

メモリなどのディジタル信号設定手段により構成された
周波数調整手段10の出力が加算器9によりエンコーダ
8の出力に加算されるので、周波数調整手段10を操作
すれば、駆動周波数の基準点を移動させることができる
Since the output of the frequency adjustment means 10 constituted by a digital signal setting means such as a memory is added to the output of the encoder 8 by the adder 9, the reference point of the driving frequency can be moved by operating the frequency adjustment means 10. Can be done.

今、温度がT1からT2に上昇したとすると、温度検出
器7によりエンコーダ8へその情報が伝えられ、エンコ
ーダ8の4ビット信号は1だけ増加する。すると、加算
器9の4ビット信号もまたけ増加し、プリセット値が1
だけ増加することになる。そのため、クロックパルスC
LK2の周期はクロックパルスCLKIの1周期分だけ
長くなり、結局それを1/4分周した交流電圧V。の周
波数f はf からT2へと低い力へΔfだけ変化する
。ここで、flとT2の差Δfはこの駆動周波数の分解
能であり、要するに、プリセット値が1だけ変化したと
きに変化する周波数の童である。
Now, if the temperature rises from T1 to T2, the temperature detector 7 transmits that information to the encoder 8, and the 4-bit signal of the encoder 8 increases by 1. Then, the 4-bit signal of adder 9 also increases, and the preset value becomes 1.
will only increase. Therefore, clock pulse C
The period of LK2 becomes longer by one period of the clock pulse CLKI, and the AC voltage V is obtained by dividing the period by 1/4. The frequency f changes by Δf from f to T2 to lower force. Here, the difference Δf between fl and T2 is the resolution of this drive frequency, and is, in short, the difference in frequency that changes when the preset value changes by 1.

こうj、て、モータ温度TがTI、 T2.・・・・・
・・・・T8と変化すると、エンコーダ8および加算器
9の出力、つまり分周器2の下位4ビツトのプリセット
値は順に1だけ増加してゆくので、駆動周波数はf、f
   ・・・・・・T8と変化していくことに1   
 2’ なる。逆に、温度がT8. T7.・・・・・・T1へ
と変化すると、分周器2の下位4ビツトのプリセット値
は順に1だけ減少してゆくので、T8.T7゜・・・・
・・flと変化する。
So, the motor temperature T is TI, T2.・・・・・・
....When T8 changes, the output of encoder 8 and adder 9, that is, the preset value of the lower 4 bits of frequency divider 2, increases by 1 in order, so the driving frequency becomes f, f
・・・・・・1 as it changes with T8
2' becomes. Conversely, if the temperature is T8. T7. . . . When the frequency changes to T1, the preset values of the lower 4 bits of the frequency divider 2 are sequentially decreased by 1, so that T8. T7゜・・・
...fl changes.

このようにして超音波モータ5の最適駆動周波数を自動
追尾することができることになる。
In this way, the optimal drive frequency of the ultrasonic motor 5 can be automatically tracked.

ところで、この駆動回路では、電力増幅器4と温度セン
サ6と温度検出器7の一部を除けば全てディジタル化す
ることができ、従って、殆んどの部分を1個のICの中
に収めることができる。更に、周波数の調整についても
ディジタル信号によって行なえるので、IC内部または
他のICにメモリ機能を持たせると、電気的信号の授受
で自動調整ができ、調整工数が殆んどかからなくなる。
By the way, this drive circuit can be entirely digitalized except for part of the power amplifier 4, temperature sensor 6, and temperature detector 7, and therefore most of the parts can be housed in one IC. can. Further, since frequency adjustment can be performed using digital signals, if a memory function is provided inside the IC or another IC, automatic adjustment can be performed by sending and receiving electrical signals, and almost no adjustment man-hours are required.

また、ディジタル信号で制御するため、温度特性を持た
ず、ノイズによる誤動作もないから、安定した出力が期
待できる。
Furthermore, since it is controlled by digital signals, it has no temperature characteristics and does not malfunction due to noise, so stable output can be expected.

ところが、上述の駆動回路は周波数分解能が低いために
、実用上の問題がある。今、発振器1の発振周波数を例
えば12MH’z、駆動周波数を40KHz付近とする
と、分周器2のプリセット値が1増えるとクロックパル
スCLK2は□12 X 106 秒長くなり、更に1/4分周・移相器3で1/4となる
。ここで、fNをプリセット値Nのときの周波数、fN
ilをプリセット値N+1のときの周波数とし、周波数
の分解能をΔf−fN−fN+。
However, since the above-described drive circuit has low frequency resolution, there are practical problems. Now, if the oscillation frequency of oscillator 1 is, for example, 12 MHz'z and the driving frequency is around 40 KHz, if the preset value of frequency divider 2 increases by 1, clock pulse CLK2 becomes longer by □12 x 106 seconds, and is further divided into 1/4. - Phase shifter 3 reduces to 1/4. Here, fN is the frequency at the preset value N, fN
Let il be the frequency at the preset value N+1, and the frequency resolution is Δf-fN-fN+.

と定義すると となる。また、同様に駆動周波数が70KHz付近だと といった大きな値となる。When defined as becomes. Similarly, if the drive frequency is around 70KHz, This is a large value.

ところが、温度変化に対する最適駆動周波数の一変化の
割合は、せいぜい10℃につき100〜200Hz程度
か、それ以下である。従って、40KHz付近では30
〜50℃毎に、70KHz付近では80〜160℃毎に
分周器2のプリセット入力を変えて最適駆動周波数を切
換える程度の周波数補正しかできないことになる。
However, the rate of change in the optimum driving frequency with respect to temperature change is at most about 100 to 200 Hz per 10° C., or less. Therefore, around 40KHz, 30
This means that frequency correction can only be made by changing the preset input of the frequency divider 2 every 80 to 160 degrees Celsius to change the optimum drive frequency in the vicinity of 70 KHz.

また、駆動周波数の設定も同様に40KHzで530H
z毎、70KHzで1600Hz毎にしか設定できない
から、各々のモータの最適駆動周波数に設定できない可
能性が高い。
Also, the drive frequency setting is 40KHz and 530H.
Since the frequency can only be set in increments of 70 KHz and 1600 Hz, there is a high possibility that the optimum drive frequency cannot be set for each motor.

発振周波数をもっと高くすれば、分解能は向上するが、
一般的に、周波数を高くしてゆくと、回路の消費電流が
大きくなり、IC化した場合コストが上昇する。加えて
この回路から発生する高周波ノイズの他の回路に与えら
れる影響が大となる等の問題が発生してしまうのであま
り高くできないという事情がある。
Resolution can be improved by increasing the oscillation frequency, but
Generally, as the frequency increases, the current consumption of the circuit increases, and the cost increases when integrated into an IC. In addition, there is a problem that the high frequency noise generated from this circuit has a large influence on other circuits, so it cannot be made too high.

また、ICにより発振周波数の上限が必然的に定まると
いう問題もある。第6図にICの動作電源電圧範囲と動
作速度(周波数)の関係を示したが、これによれば、5
VにおいてはスタンダードC−MOSタイプのICで2
MH21ハイスピードC−MOSタイプのICで30M
Hz、TTLICで25MHz程度であるから、分解能
は先に述べた値の1/2程度しか向上させられないこと
になる。
Another problem is that the upper limit of the oscillation frequency is inevitably determined by the IC. Figure 6 shows the relationship between the operating power supply voltage range and operating speed (frequency) of the IC, and according to this, 5
In V, standard C-MOS type IC is used.
30M with MH21 high speed C-MOS type IC
Since it is about 25 MHz for Hz and TTLIC, the resolution can only be improved by about 1/2 of the above-mentioned value.

そこで、1/4分周・移相器3の出力φ1〜φ4のうち
、いずれか1つまたは複数個の信号のオン時間、つまり
出力“H”の時間、またはオフ時間、つまり出力“L”
の時間のみを変化させることにした。即ち、第3図に示
した移相器出力信号φ1〜φ4のオン時間ti、t2.
t3.t4のうち、例えばt2のみを増減させるような
回路を構成して、周波数の分解能を向上させることとし
た。この場合、上述の発振周波数が12MHzでは駆動
周波数が40KHz付近の場合、となり、また駆動周波
数が70KHz付近の場合、となる。
Therefore, the ON time of any one or more of the outputs φ1 to φ4 of the 1/4 frequency divider/phase shifter 3, that is, the output "H" time, or the off time, that is, the output "L"
We decided to change only the time of . That is, the on-times ti, t2 . of the phase shifter output signals φ1 to φ4 shown in FIG.
t3. It was decided to configure a circuit that increases or decreases, for example, only t2 of t4 to improve frequency resolution. In this case, when the above-mentioned oscillation frequency is 12 MHz, the driving frequency is around 40 KHz, and the driving frequency is around 70 KHz.

勿論、 時間t2 オン時間t2のみではなく、例えばオンとt4を同時に
変えていっても分解能は従来に比べ、約2倍向上する。
Of course, even if not only the on-time t2 but also the on-time and t4 are changed at the same time, the resolution can be improved by about twice as compared to the conventional method.

またオン時間J。Also on time J.

t2.t3.t4をこの順に1回につき発振周波数1周
期分だけ増減させてもオン時間t2のみを増減させる場
合と同様の効果がある。
t2. t3. Even if t4 is increased or decreased by one cycle of the oscillation frequency each time in this order, the same effect as when only the on-time t2 is increased or decreased can be obtained.

この場合、オン時間t1〜t4の各々の時間幅が異なる
ことになるから電力増幅器4の出力V。
In this case, since the on-times t1 to t4 have different time widths, the output V of the power amplifier 4.

は多少歪んでくるが、その歪の量はさほど大きいもので
はなく、超音波モータ自体としても波形の歪みにはそれ
程敏感でないために、全く支障はない。
is distorted to some extent, but the amount of distortion is not so large, and the ultrasonic motor itself is not very sensitive to waveform distortion, so there is no problem at all.

なお、ここでは1/4分周・移相器3を例にあげたが、
1/4でなくとも1/2n(n−1,2゜・・・・・・
)を満たすものであればどの場合でも同様に効果が得ら
れる。
In addition, although the 1/4 frequency divider/phase shifter 3 is taken as an example here,
Even if it is not 1/4, it is 1/2n (n-1,2゜...
), the same effect can be obtained in any case.

また、ここにもう1つの分解能向上の方法がある。即ち
、ある一定の周期で、駆動周波数を切換えることにより
、ある単位時間当たりの平均周波数を変化させる手段で
ある。例えば、第2図の場合で言えば、10回中9回は
40KHz付近のある値とし、残る1回はプリセット値
を1つ増やすとする。すると、fN′を平均周波数とし
て、平均周波数の分解能をΔf’−f   −f   
’ とN    N+1 すると、 となり、同様に70KHz付近では となる。このようにM口中m回(m=0.1,2゜・・
・・・、M−1)は別の周波数に設定するようにすると
、分解能は格段に向上することとなる。
There is also another method for improving resolution. That is, it is a means of changing the average frequency per unit time by switching the drive frequency at a certain period. For example, in the case of FIG. 2, assume that 9 out of 10 times a certain value around 40 KHz is used, and the remaining time the preset value is increased by one. Then, with fN' as the average frequency, the resolution of the average frequency is Δf'−f −f
' and N N+1, it becomes , and similarly at around 70KHz. In this way, m times in M mouth (m = 0.1, 2°...
..., M-1) are set to different frequencies, the resolution will be significantly improved.

この方式で駆動した時のモータへの影響であるが、この
周波数の切換え周期が十分に短かければ問題はない。と
いうのは、超音波モータの応答性は確かに高いものであ
るが、それにも限界があって、少なくとも数m5ec以
上の時間は必要である。
Regarding the effect on the motor when driven by this method, there is no problem as long as this frequency switching cycle is sufficiently short. This is because, although the ultrasonic motor certainly has high responsiveness, there is a limit to this, and a time of at least several m5ec is required.

逆に言えば、その範囲内で周波数を切換えても顕著な影
響は現れないことになるからである。
Conversely, this is because even if the frequency is switched within that range, there will be no noticeable effect.

第1図は、本発明の第1実施例を示す超音波モータの駆
動回路のブロック系統図である。この第1実施例におい
ては、上述の自動追尾の原理を説明した第2図中の構成
部材と同じ構成部材については同じ符号を付してその説
明を省略する。
FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic motor drive circuit showing a first embodiment of the present invention. In this first embodiment, the same constituent members as those in FIG. 2 explaining the principle of automatic tracking described above are given the same reference numerals, and the explanation thereof will be omitted.

この第1実施例が上記第2図と大きく異なる点は、加算
回路9に代えてナントゲートlla。
This first embodiment differs greatly from FIG. 2 above by using a Nant gate lla instead of the adder circuit 9.

11Cおよびアンドゲート12を設けたことである。以
下に、そのナントゲートlla、llcおよびアンドゲ
ート12を中心とした動作について詳細に説明する。
11C and the AND gate 12 are provided. Below, the operation centered on the Nant gates lla, llc and the AND gate 12 will be explained in detail.

温度センサ6から出力されたセンサ出力信号は、温度検
出器7でディジタル信号化され、更にエンコーダ8によ
りコード化される。即ち、温度が低い方から高い方へと
変化していくと、エンコーダ8の出力は(Ql、Q2.
Q3.Q4)−(HHHH)、  (LHHH)、  
(HLHH)・・・・・・・・・(HLLL)、  (
LLLL)と順に切換わっていく。
The sensor output signal output from the temperature sensor 6 is converted into a digital signal by the temperature detector 7, and further encoded by the encoder 8. That is, as the temperature changes from low to high, the output of the encoder 8 becomes (Ql, Q2 .
Q3. Q4)-(HHHH), (LHHH),
(HLHH)・・・・・・・・・(HLLL), (
LLLL).

ナントゲート11aは、移相器出力信号φ1が“H#の
ときには、その出力が(Qll、 Ql2゜Ql3. 
Ql4) −(酊、夏)l nlす■)となるが、φ1
−’Lのときには常に(HHHH)を出力する。同様に
ナントゲートllcについてもQ61−Q64を周波数
調整手段10の出力とすれば、φ3−Hのときに、その
出力が(Q31. Q32゜Q33.Q34)−(丁、
 丁σ可E1mとなり、φB−Lのとき、常に(HHH
H)を出力する。ところで移相器出力信号φ1が“H”
ならφ3は“L“なので、φ1が“H”のときアンドゲ
ート12の出力信号は(Q51.  Q52.  Q5
3゜Q54) −(Qll、 Q12. Q13. Q
14) −(′0″T。
When the phase shifter output signal φ1 is “H#”, the Nandt gate 11a outputs (Qll, Ql2°Ql3 .
Ql4) -(drunk, summer)l nlsu■), but φ1
-'L always outputs (HHHH). Similarly, for the Nantes gate LLC, if Q61-Q64 is the output of the frequency adjustment means 10, then when φ3-H, the output is (Q31.Q32゜Q33.Q34)-(Ding,
Ding σ possible E1m, and when φB-L, always (HHH
H) is output. By the way, the phase shifter output signal φ1 is “H”
Then, φ3 is “L”, so when φ1 is “H”, the output signal of the AND gate 12 is (Q51. Q52. Q5
3゜Q54) -(Qll, Q12. Q13. Q
14) −(′0″T.

■74丁、可T)となり、φB−Hならφ1−りとなる
ので、(Q51. Q52.  Q53. Q54) 
−(Q31. Q32. Q33. Q34) −(?
ffr、可肩。
■74 pieces, acceptable T), and if it is φB-H, it will be φ1-ri, so (Q51. Q52. Q53. Q54)
-(Q31. Q32. Q33. Q34) -(?
ffr, possible shoulder.

丁…■)となる。更に、φ2−Hまたはφ4−Hのとき
には、φ1−φ3−Lであるから、(Q51.  Q5
2.  Q53.  Q54) −(HHHH)となる
Ding...■). Furthermore, when φ2-H or φ4-H, φ1-φ3-L, so (Q51. Q5
2. Q53. Q54) -(HHHH).

プリセット入力端P5〜P8が予め所定値に設定された
分周器2のプリセット入力端P1〜P4へのプリセット
のタイミングおよび1/4分周・移相器3から出力され
る移相器出力信号φ1〜φ4の切換のタイミングは、先
に分周器2がプリセットされ、すぐ後に移相器出力信号
φ1〜φ4を切換えているので、φ1−Hの時間11の
長さを決めるプリセット値はφ4−Hのときの051〜
Q54の値ということになる。同様にφ2−Hの時間t
2はφ1−Hのときの、φ3−Hの時間t3はφ2−H
のときの、φ4−Hの時間t4はφ3−Hのときの、各
時点におけるQ51−Q54の値によってそれぞれ決ま
ることになる。従って、tlおよびt は常に一定で、
t2はエンコーダ8の出力、t4は周波数調整手段10
の出力によって、それぞれ変わることになる。
The timing of presetting to the preset input terminals P1 to P4 of the frequency divider 2 whose preset input terminals P5 to P8 are set to predetermined values in advance, and the phase shifter output signal output from the 1/4 frequency divider/phase shifter 3 Regarding the switching timing of φ1 to φ4, the frequency divider 2 is preset first, and the phase shifter output signals φ1 to φ4 are switched immediately after, so the preset value that determines the length of time 11 of φ1-H is φ4. -051~ when H
This is the value of Q54. Similarly, the time t of φ2-H
2 is φ1-H, time t3 of φ3-H is φ2-H
The time t4 of φ4-H in the case of φ3-H is determined by the values of Q51-Q54 at each time point in the case of φ3-H. Therefore, tl and t are always constant,
t2 is the output of the encoder 8, t4 is the frequency adjustment means 10
will vary depending on the output.

そこで、温度が上昇すると、酊〜’nの値が大きくなる
ので、オン時間t2も大きくなり、結果として、駆動周
波数は低くなる。逆に温度が下降すると、駆動周波数が
高くなる。このときの駆動周波数の分解能Δfは、前述
のように40Kllzのときで133Hz、70KHz
のときで406Hzとなる。
Therefore, as the temperature rises, the value of 'n increases, so the on time t2 also increases, and as a result, the driving frequency decreases. Conversely, when the temperature decreases, the driving frequency increases. The resolution Δf of the drive frequency at this time is 133Hz at 40Kllz and 70KHz as described above.
The frequency is 406Hz.

また、駆動周波数の調整についても、全く同様な考え方
で周波数調整手段10の出力081〜Q64によりt4
の時間幅だけを変えられるから、温度による補正とは独
立に行なうことができる。
Further, regarding the adjustment of the driving frequency, using the same concept, outputs 081 to Q64 of the frequency adjusting means 10 are used to adjust the driving frequency at t4.
Since only the time width can be changed, correction can be made independently of temperature.

以上述べたように、この第1実施例によれば、簡単な回
路の構成で、従来の方式に比べ分解能を向上させること
ができる。
As described above, according to the first embodiment, the resolution can be improved compared to the conventional system with a simple circuit configuration.

第7図は、本発明の第2実施例を示す超音波モータの駆
動回路のブロック系統図である。上記第1実施例では移
相信号を得るのに1/4分周・移相器3を用いて1/4
分周しているが、特にl/4分周でなくとも、1/2n
分周(n−1,2,・・・・・・)であればよい。そこ
で、この第2実施例ではl/4分周に代えて1/2分周
、つまり1/2n分周におけるnwa lの例を用いて
いる。そして、上記第1実施例と同じ構成部材について
は同一の符号を付してその説明を省略する。
FIG. 7 is a block system diagram of an ultrasonic motor drive circuit showing a second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the 1/4 frequency divider/phase shifter 3 is used to obtain the phase shifted signal.
Although the frequency is divided by 1/2n, it is not necessary to divide the frequency by 1/4.
Any frequency division (n-1, 2, . . . ) is sufficient. Therefore, in this second embodiment, an example of nwal in 1/2 frequency division, that is, 1/2n frequency division, is used instead of 1/4 frequency division. Components that are the same as those in the first embodiment are given the same reference numerals and their explanations will be omitted.

1/2分周器3Aの出力は、デユーティ比が約50%で
、周波数はf。付近の方形波である。この方形波信号は
バンドパスフィルタ13により周波数成分子。の正弦波
のみが通過し、他はカットされる。この正弦波出力は励
振トランスL12゜バイアス抵抗R11,R12,プッ
シュプル増幅用トランジスタTrll 、 Tr12 
、出カドランスL11から構成されたプッシュプル電力
増幅器4Aで電力増幅される。温度センサ6からエンコ
ーダ8までの動作は上記第1実施例と同じである。
The output of the 1/2 frequency divider 3A has a duty ratio of approximately 50% and a frequency of f. It is a nearby square wave. This square wave signal is filtered into frequency components by a bandpass filter 13. Only the sine wave of is passed through, the others are cut off. This sine wave output is transmitted through an excitation transformer L12°, bias resistors R11, R12, and push-pull amplification transistors Trll and Tr12.
, the power is amplified by a push-pull power amplifier 4A composed of an output transformer L11. The operations from the temperature sensor 6 to the encoder 8 are the same as in the first embodiment.

エンコーダ8の出力と周波数調整手段10の出力とは前
記第2図で説明したように、加算器9により加算される
。そして、ナントゲート11によって、1/2分周器3
Aの出力が“H”になるときのみ分周器2のプリセット
値が変化するので、加算器9の出力によって、1/2分
周器3Aの出力が“L“になる時間が変化することにな
る。これにより、駆動周波数の補正・調整が行なわれる
The output of the encoder 8 and the output of the frequency adjustment means 10 are added by the adder 9 as explained in FIG. 2 above. Then, by the Nant gate 11, the 1/2 frequency divider 3
Since the preset value of the frequency divider 2 changes only when the output of the frequency divider 3A becomes "H", the time for the output of the 1/2 frequency divider 3A to become "L" changes depending on the output of the adder 9. become. As a result, the drive frequency is corrected and adjusted.

ところで、1/2n分周φ移相器(n−1,2゜・・・
・・・)のn−1以外の例は基本的に上記第1実施例と
同様の回路で構成できる。例えばnm3のときには、移
相器出力信号φ1〜φ6の出力が得られるから、電力増
幅器へは信号φ1とφ4といったように180@位相の
ずれた2出力を使用すれば容易に構成できる。
By the way, 1/2n frequency division φ phase shifter (n-1, 2°...
...) other than n-1 can basically be configured with the same circuit as the first embodiment. For example, in the case of nm3, the phase shifter output signals φ1 to φ6 are obtained, so the power amplifier can be easily configured by using two outputs with a phase shift of 180@, such as signals φ1 and φ4.

第8図(A)は、本発明の第3実施例を示す超音波モー
タの駆動回路である。上記第1.第2実施例に示された
超音波モータの駆動回路は、何れも定在波型超音波モー
タに適用されるが、進行波型超音波モータにもこの駆動
回路の適用が可能で、この第3実施例はその一例である
FIG. 8(A) is a drive circuit for an ultrasonic motor showing a third embodiment of the present invention. Above 1. The drive circuit for the ultrasonic motor shown in the second embodiment is applied to a standing wave type ultrasonic motor, but this drive circuit can also be applied to a traveling wave type ultrasonic motor. Embodiment 3 is one example.

また、この第3実施例においても、上記第1゜第2実施
例と同一の構成部材については、同じ符号をつけてその
説明を省略する。
Also, in this third embodiment, the same constituent members as those in the first and second embodiments are given the same reference numerals and their explanations will be omitted.

一般に、定在波型と進行波型の各超音波モータの駆動回
路の違いは、定在波型の場合は単相出力で済むのに対し
、進行波型は位相が90″異なる同振幅・同周波数の2
相出力が必要であるという点である。そこで、この第3
実施例では1/4分周・移相器の出力φ1〜φ4のうち
、信号φ1とφ3を電力増幅器4aへ、信号φ2とφ4
を電力増幅器4bへそれぞれ供給して、位相が90°異
なる2相出力Vaとvbを発生させ、超音波モータ5A
の駆動電極5a、5bに供給する。
Generally, the difference between the driving circuits of standing wave type and traveling wave type ultrasonic motors is that the standing wave type requires a single-phase output, whereas the traveling wave type has the same amplitude and phase output that is 90'' different. 2 of the same frequency
The point is that a phase output is required. Therefore, this third
In the embodiment, among the outputs φ1 to φ4 of the 1/4 frequency divider/phase shifter, signals φ1 and φ3 are sent to the power amplifier 4a, and signals φ2 and φ4 are sent to the power amplifier 4a.
are supplied to the power amplifier 4b to generate two-phase outputs Va and vb having a phase difference of 90°, and the ultrasonic motor 5A
is supplied to the drive electrodes 5a and 5b.

以下に、この第3実施例における周波数補正回路につい
て説明する。なお、この説明中では各部から出力される
信号の位相病名をその信号名とする。
The frequency correction circuit in this third embodiment will be explained below. In this explanation, the phase disease name of the signal output from each part will be referred to as the signal name.

進行波型超音波モータの周波数補正の方法は幾つか提案
されているが、その中でもモータへの人力信号Va、V
bとモニタ電極からのフィードバック信号QFBの位相
差を一定に保つよう、周波数の補正を行なうという方法
が優れている。この方法による駆動・回路の中でも、本
出願人が先に出願した特願昭63−33593号に述べ
であるものは、前記従来例で説明したように周波数の飛
びやスタート周波数の設定といった問題を解決しており
、非常に有用なものである。ここで述べる第3実施例の
駆動回路は、その長所を生かしたまま、更にディジタル
化を進めることによって回路規模の縮小、周波数調整の
合理化を進めたものである。
Several methods have been proposed for frequency correction of traveling wave ultrasonic motors, and among them, human power signals Va, V to the motor
An excellent method is to correct the frequency so that the phase difference between the feedback signal QFB from the monitor electrode and the feedback signal QFB from the monitor electrode is kept constant. Among the drive/circuits using this method, the one described in Japanese Patent Application No. 63-33593 previously filed by the present applicant has problems such as frequency jumps and start frequency setting as explained in the conventional example above. It's solved and very useful. The drive circuit of the third embodiment described here is one in which the circuit scale is reduced and the frequency adjustment is rationalized by further advancing digitalization while making the most of its advantages.

モニタ電極5Cから取り出され、電圧がVPB’位相角
がθFBの正弦波のフィードバック信号θPBは波形整
形器14により電圧V ′位相角θFBB の方形波信号θFB’ に変換される。この方形波信号
θ ′の位相θFB’は、ここでは立ち上がり工B ッジを指して言っている。この方形波信号θPBを遅延
器17から出力される基準位相信号θref’の立ち上
がりエツジと比較し、θPB’のほうが進んでいれば“
L”、遅れていれば“H”を、位相比較器15が出力す
る。上記基準位相1信号θrerは、モータ5Aに入力
されるモータ駆動電圧Vaまたはvbの位相、またはV
a、Vbを遅延させた信号の位相を用いてもよいが、こ
こでは、アナログ的な処理をなるべくしないようにする
ため、移相器出力信号φ1をディジタル的に遅延させた
信号を用いている。即ち、移相器出力信号φ1の立ち上
がりエツジにより、遅延器17がクロックパルスCLK
Iをカウントして、ある一定数を数えると、ワンショッ
トパルスを基準位相信号θretとして出力する。この
一定数は、勿論ディジタル的に設定できるものであり、
これにより乱準位相信号θrel’を進めたり遅れさせ
たりすることが可能で、しかも、その設定の細かさが駆
動周波数に比べ十分高い発振周波数であるクロックパル
スCLKIに依っており、その設定の範囲も360’を
カバーするので、例えば本出願人が先に出願した基準位
相の設定に関する前記特願昭63−119987号記載
のものに比べて何の遜色もない。ここで、設定の細かさ
について言えば、発振周波数が例えば12MHz、駆動
周波数が例えば40KHzとすると、300ステツプ、
即ち、1.2 ”の位相毎に設定できる。
A sinusoidal feedback signal θPB taken out from the monitor electrode 5C and having a voltage VPB' and a phase angle θFB is converted by the waveform shaper 14 into a square wave signal θFB' having a voltage V' and a phase angle θFBB. The phase θFB' of this square wave signal θ' refers to the rise edge. This square wave signal θPB is compared with the rising edge of the reference phase signal θref' output from the delay device 17, and if θPB' is ahead, "
The phase comparator 15 outputs "L", and "H" if there is a delay.The reference phase 1 signal θrer is the phase of the motor drive voltage Va or vb input to the motor 5A, or V
Although the phase of a signal delayed from a and Vb may be used, here, in order to avoid analog processing as much as possible, a signal obtained by digitally delaying the phase shifter output signal φ1 is used. . That is, the rising edge of the phase shifter output signal φ1 causes the delay device 17 to output the clock pulse CLK.
I is counted, and when a certain number is counted, a one-shot pulse is output as the reference phase signal θret. This constant number can of course be set digitally,
This makes it possible to advance or delay the random quasi-phase signal θrel', and the fineness of the setting depends on the clock pulse CLKI, which has an oscillation frequency that is sufficiently high compared to the drive frequency, and the setting range is Since the present invention covers 360', it is no inferior to, for example, the patent application No. 119987/1987, which was previously filed by the present applicant and relates to the setting of the reference phase. Here, regarding the fineness of the settings, if the oscillation frequency is, for example, 12 MHz and the driving frequency is, for example, 40 KHz, then 300 steps,
That is, it can be set for every 1.2'' phase.

さて、位相比較器15の出力信号は、そのままUP/D
Nカウンタ16のUP/DN信号となる。
Now, the output signal of the phase comparator 15 is directly output from UP/D.
This becomes the UP/DN signal of the N counter 16.

つまり、′L#ならばDNカウント、“H“ならばUP
カウントを行なう。このときのUP/DNカウンタ16
のクロックパルスは、移相器出力信号φ2を用いている
が、別の信号でも構わないし、更にφ2を分周したもの
でも構わない。UP/DNカウンタ16から出力される
カウンタ出力信号Q71〜Q74は、前記特願昭63−
33593号記載のものではD/Aコンバータに接続さ
れていたが、この第3実施例では、アナログ値に変換せ
ず、直接ディジタル的に駆動周波数を変えるようになっ
ている。
In other words, 'L#' means DN count, 'H' means UP.
Do a count. UP/DN counter 16 at this time
Although the phase shifter output signal φ2 is used as the clock pulse, it may be another signal or may be a frequency-divided signal of φ2. Counter output signals Q71 to Q74 outputted from the UP/DN counter 16 are based on the above-mentioned patent application No. 1983-
In the one described in No. 33593, it was connected to a D/A converter, but in this third embodiment, the drive frequency is directly changed digitally without converting it to an analog value.

ナントゲートllaおよびアンドゲート12は上記第1
実施例で説明したよう(こ、UP/DNカウンタ16が
アップカウントしていくと、φ2−Hの時間t2が短か
くなり、逆にダウンカウントしていくと、時間t2は長
くなる。そこで、上記方形波信号θ ′の位相θFB’
が進むと時間t2B が長くなるから駆動周波数が低くなり、遅れると時間t
2が短くなるから駆動周波数は高くなる。
The Nant gate lla and the AND gate 12 are
As explained in the embodiment, when the UP/DN counter 16 counts up, the time t2 of φ2-H becomes shorter, and when it counts down, the time t2 becomes longer. Phase θFB' of the above square wave signal θ'
As time progresses, time t2B becomes longer and the drive frequency becomes lower;
2 becomes shorter, the driving frequency becomes higher.

このようにして、超音波モータの適正駆動周波数への周
波数補正、つまり周波数自動追尾が行なわれることにな
る。
In this way, frequency correction to the appropriate driving frequency of the ultrasonic motor, that is, automatic frequency tracking is performed.

ところで、UP/DNカウンタの性質により、例え、周
波数の飛びが発生しても、出力が(LLLL)から(H
HHH)へ、または(HHHH)から(L L L L
)へと切換わって再びダウンカウントまたはアップカウ
ントを始め、駆動周波数の最適点f。に戻ることができ
る。また、超音波モータが起動していない場合、フィー
ドバック信号θ[’Bが出力されないから、位相比較器
15は“H”または“L”のいずれかのUP/DN信号
を出力し続けるので、UP/DNカウンタ16が常にア
ップカウントまたはダウンカウントし続け、これによっ
て丁度駆動周波数をスィーブする形となり、超音波モー
タが回転し始めてフィードバック信号θFBが現われた
ところで最適点をキャッチすることになるから、スター
ト周波数の設定が不要となる。
By the way, due to the nature of the UP/DN counter, even if a frequency jump occurs, the output will vary from (LLLL) to (H
to (HHHH) or from (HHHH) to (L L L L
) and starts counting down or up again, reaching the optimum point f of the driving frequency. can return to. Furthermore, when the ultrasonic motor is not started, the feedback signal θ['B is not output, so the phase comparator 15 continues to output either "H" or "L" UP/DN signal. The /DN counter 16 continues to count up or down, and as a result, the driving frequency is swept exactly, and the optimal point is caught when the ultrasonic motor starts rotating and the feedback signal θFB appears, so the process starts. No need to set frequency.

また、本出願人により先に出願された特願昭63−35
529号の中で最大周波数f  なら18X びに最小周波数fIIioの設定を容易にする方法につ
いて述べているが、この第3実施例においては、周波数
調整手段10.ナントゲートllb、アンドゲート12
により、時間t3を変えて最大周波数f  と最小周波
数’ akinをシフトしている。
In addition, the patent application filed earlier by the applicant in 1983-35
No. 529 describes a method for facilitating the setting of the maximum frequency f, then 18X and the minimum frequency fIIio, but in this third embodiment, the frequency adjusting means 10. Nantes Gate llb, And Gate 12
Accordingly, the maximum frequency f and the minimum frequency 'akin are shifted by changing the time t3.

ax これらはディジタル信号により制御できるので、特願昭
63−35529号記載のものに比べて更に回路の小型
化・調整の簡略化が計れることとなる。
ax Since these can be controlled by digital signals, the circuit can be further miniaturized and the adjustment can be simplified compared to the one described in Japanese Patent Application No. 63-35529.

というわけで、この第3実施例では、電力増幅器4a、
4bおよび波形整形器14以外はすべてディジタル化し
であるので、ワンチップのIC化が可能であり、上記波
形整形器14についても第8図(B)に示すように、フ
ィードバック信号θPBを抵抗R22を介してダイオー
ドD21. D22. D23゜D24に印加して方形
波に変換し、トランジスタTr21.抵抗R21でスイ
ッチング増幅して方形波信号oFB’を得るようにすれ
ば、IC化できる。
Therefore, in this third embodiment, the power amplifier 4a,
4b and the waveform shaper 14, all of them are digitalized, so they can be integrated into a one-chip IC.As shown in FIG. 8(B), the feedback signal θPB of the waveform shaper 14 is via diode D21. D22. D23.D23 is applied to D24 to convert it into a square wave, and the transistors Tr21. By performing switching amplification using the resistor R21 to obtain the square wave signal oFB', it can be integrated into an IC.

従って、調整もすべてディジタル信号により行なえるの
で、可変抵抗器などの外付は部品が一切不要で、しかも
自動調整が可能であり、勿論、電源電圧もIC駆動可能
な範囲で動作可能となる。
Therefore, since all adjustments can be made using digital signals, there is no need for any external parts such as variable resistors, automatic adjustment is possible, and, of course, the power supply voltage can be operated within the range in which the IC can be driven.

第9図は、本発明の第4実施例を示す超音波モータの駆
動回路のブロック系統図で、上記第3実施例と同様に進
行波型超音波モータ5Aを駆動するように構成されてい
る。この第4実施例が上記第3実施例と大きく異なる点
は、マイクロコンピュータを使ったことで、上記第3実
施例と同一の構成部材については同一符号を付してその
説明を省略する。
FIG. 9 is a block diagram of an ultrasonic motor drive circuit showing a fourth embodiment of the present invention, which is configured to drive a traveling wave ultrasonic motor 5A similarly to the third embodiment. . This fourth embodiment differs greatly from the third embodiment in that a microcomputer is used, and the same components as those in the third embodiment are designated by the same reference numerals and their explanations will be omitted.

基準位相信号θrerと方形波信号eFB’ との両信
号を比較し、適正な周波数に調整する機能を有するマイ
クロコンピュータ18は、基準位相信号θref’に対
し、方形波信号θPB’が進んでいるか遅れているかを
判断し、更にそのずれが何パルス分であるかを読み取る
。そのずれ量と位相の進み・遅れによりマイクロコンピ
ュータ18は、その出力信号QIOI−Q10Bの値を
予じめ定めである規則に従って定める。出力信号Q 1
01〜Q 10Bはエンコーダ8aにより、コード変換
され、下記第1表に示すエンコーダ出力信号となる。
The microcomputer 18, which has a function of comparing both the reference phase signal θrer and the square wave signal eFB' and adjusting the frequency to an appropriate frequency, determines whether the square wave signal θPB' is ahead or behind the reference phase signal θref'. Then, read how many pulses the deviation is. Based on the amount of shift and phase lead/lag, the microcomputer 18 determines the value of the output signal QIOI-Q10B according to a predetermined rule. Output signal Q 1
01 to Q10B are code-converted by the encoder 8a and become the encoder output signals shown in Table 1 below.

このエンコーダ出力信号Qlll −Qll4 。This encoder output signal Qllll-Qll4.

Q 121〜Q124 、 Q131〜Q134 、 
Q141〜Q 144は、それぞれナントゲートlla
、llb。
Q121~Q124, Q131~Q134,
Q141 to Q144 are respectively Nantes Gate lla
,llb.

11c、lidに送られ、移相器出力信号φ1〜φ4が
“H”になつたときにのみ通過できるようになっている
。アンドゲート12aは、Q51−Qll・Q21・Q
31−Q41.   Q52−Q12φQ22・Q32
・Q42、 Q53−Q13・Q23・Q13・Q43
、Q 54− Q 14・Q24・Q34・Q44の各
式で表わされる回路配線となっているから、上記第1実
施例で述べたように、エンコーダ出力信号Q 111〜
Q 114の値によりφ2−Hの時間t2が、エンコー
ダ出力信号Q121〜Q124の値によりφ3−Hの時
間t3が、エンコーダ出力信号Q131〜Q 134の
値によりφ4−Hの時間t4が、エンコーダ出力信号Q
141−Q144の値によりφ1−Hの時間t1が、そ
れぞれ変化する。従って、第9図から解るように、マイ
コン出力が1つずつ値が大きくなってゆくと、時間t2
.t3.t4゜ttの順にクロックパルスCLKIの1
周期分スつ時間が短縮し、逆にマイコン出力が1つずつ
小さくなってゆくと、今度はクロックパルスCLK1の
1周期分ずつ時間が増大してゆく。即ち、マイコン出力
が大きくなると、周波数が高くなり、小さくなると周波
数が低くなる。さて、マイクロコンピュータ18は基準
位相信号θrel’と方形波信号θPB’の値を読み込
んでマイコン出力信号Q tot〜Q 10Bを出力し
、一定時間後に再び同様のことを繰返す。そして基準位
相信号θrerと方形波信号θPB’の位相差がある範
囲内、即ちずれのパルス数が一定値以内になると出力値
を固定する。
11c and lid, and can pass only when the phase shifter output signals φ1 to φ4 become “H”. AND gate 12a is Q51-Qll・Q21・Q
31-Q41. Q52-Q12φQ22・Q32
・Q42, Q53-Q13・Q23・Q13・Q43
, Q54-Q14, Q24, Q34, and Q44, so as described in the first embodiment, the encoder output signals Q111~
The value of Q114 determines the time t2 of φ2-H, the value of the encoder output signals Q121 to Q124 determines the time t3 of φ3-H, and the value of the encoder output signals Q131 to Q134 determines the time t4 of φ4-H. Signal Q
The time t1 of φ1-H changes depending on the values of 141-Q144. Therefore, as can be seen from Fig. 9, when the value of the microcomputer output increases one by one, the time t2
.. t3. 1 of the clock pulse CLKI in the order of t4゜tt
When the waiting time is shortened by one cycle and conversely, the microcomputer output is decreased one by one, the time is increased by one cycle of the clock pulse CLK1. That is, as the microcomputer output increases, the frequency increases, and as it decreases, the frequency decreases. Now, the microcomputer 18 reads the values of the reference phase signal θrel' and the square wave signal θPB', outputs the microcomputer output signals Q tot to Q 10B, and repeats the same process again after a certain period of time. Then, when the phase difference between the reference phase signal θrer and the square wave signal θPB' is within a certain range, that is, when the number of pulses of the shift is within a certain value, the output value is fixed.

この方法では、時間t1〜t4の時間差が最大でもクロ
ックパルスCLKIの1周期分であるから、波形の歪み
は極めて小さくなる。そのため、第4図では分周器2の
プリセット値が4ビツトにすぎないが、更にビット画数
を増やして変化させる周波数の幅を広げることも可能と
なる。
In this method, since the maximum time difference between times t1 to t4 is one period of the clock pulse CLKI, waveform distortion is extremely small. Therefore, although the preset value of the frequency divider 2 is only 4 bits in FIG. 4, it is possible to further increase the number of bit strokes to widen the frequency range to be changed.

なお、この第4実施例の駆動回路、では、分周器2のプ
リセット値の上位4ビツトについてもマイコン出力信号
QI07〜Q 110によって制御するようになってい
る。これにより、例えば駆動周波数を大きく変化させて
、複数の超音波モータを切換え駆動することが可能とな
る。
In the drive circuit of the fourth embodiment, the upper four bits of the preset value of the frequency divider 2 are also controlled by the microcomputer output signals QI07 to Q110. This makes it possible to switch and drive a plurality of ultrasonic motors by, for example, greatly changing the driving frequency.

また、図には示していないが、モータの回転数検知手段
を設けて、速度制御を加えることも可能になる。即ち、
モータの回転数は駆動周波数により変化するので、マイ
クロコンピュータ18に速度信号を入力し、所定の速度
になるよう、マイコン出力をコントロールさせればよい
Although not shown in the figure, it is also possible to provide speed control by providing a motor rotation speed detection means. That is,
Since the rotational speed of the motor changes depending on the driving frequency, a speed signal may be input to the microcomputer 18 to control the microcomputer output so as to maintain a predetermined speed.

第10図は、本発明の第5実施例を示す超音波モータの
駆動回路のブロック系統図である。この第5実施例は、
上記第1.第2実施例と同様に定在波型の超音波モータ
5に適用されるが、更に分解能が必要な場合、あるいは
発振周波数を下げて分解能を維持したい場合に有用で温
度変化1℃ずつに対して周波数を変化させることができ
る。そして、この第5実施例が上記第1実施例と大きく
異なる点は、新たに加算器19およびデユーティ可変1
/4分周器20が付加されたことのみで、上記第1実施
例と同じ構成部材には同一符号を付して、その説明を省
略する。
FIG. 10 is a block system diagram of an ultrasonic motor drive circuit showing a fifth embodiment of the present invention. This fifth embodiment is
Above 1. Like the second embodiment, it is applied to the standing wave type ultrasonic motor 5, but it is useful when higher resolution is required or when you want to lower the oscillation frequency to maintain resolution. The frequency can be changed by This fifth embodiment is largely different from the first embodiment described above in that an adder 19 and a duty variable 1
Components that are the same as those in the first embodiment except that the /4 frequency divider 20 is added are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted.

エンコーダ8から加算器19へ供給されるエンコーダ出
力信号Q1.Q2.Q3.Q4は4℃上昇すると値が1
だけ減るようになっている。即ち、第2表に示すように
、0〜3℃ではエンコーダ出力信号Q1、Q2.Q3.
Q4は1111.4〜7℃では0111.8〜11℃で
は1011・・・・・・というように出力される。
Encoder output signal Q1.supplied from encoder 8 to adder 19. Q2. Q3. Q4 has a value of 1 when it rises by 4℃
It is now decreasing. That is, as shown in Table 2, the encoder output signals Q1, Q2 . Q3.
Q4 is output as 1011 when the temperature is 1111.4 to 7°C and 0111.8 to 11°C.

また、このエンコーダ8は、デユーティ可変1/4分周
器20に、2ビツトからなり、温度1℃につき1だけ増
えるようなエンコーダ出力信号Q5.Q6を出力する。
Further, this encoder 8 has a variable duty 1/4 frequency divider 20 with an encoder output signal Q5. Output Q6.

すると、デユーティ可変1/4分周器20は、エンコー
ダ出力信号Q5゜Q6が(00)のときにはデユーティ
比が0、つまり、常に“L″の、(10)のときにはデ
ユーティ比が1/4の、(01)のときにはデユーティ
比が2/4の、(11)のときにはデユーティ比が3/
4のデユーティ比可変出力信号Q7を出力する。ただし
、1/4分周器であるから、周波数は駆動周波数の1/
4である。
Then, the variable duty 1/4 frequency divider 20 has a duty ratio of 0 when the encoder output signal Q5, Q6 is (00), that is, it is always "L", and a duty ratio of 1/4 when it is (10). , when (01), the duty ratio is 2/4, and when (11), the duty ratio is 3/4.
A variable duty ratio output signal Q7 of 4 is output. However, since it is a 1/4 frequency divider, the frequency is 1/4 of the drive frequency.
It is 4.

加算器19はエンコーダ8から出力されたエンコーダ出
力信号Q1〜Q4と、デユーティ可変1/4分周器20
から出力されたデユーティ比可変出力信号Q7とを加算
する。そのため、例えばデユーティ比可変出力信号Q7
のデユーティ比が1/4であると、加算器19から出力
された加算器出力信号Ql’ 、Q2’ 、Q3’ 、
Q4’ は4回中3回は(Ql、Q2.Q’3.Q4)
となるが、4回中1回は(Ql、Q2.Q3.Q4) 
+1となる。即ち、4回に1度は時間t2の値がクロッ
クパルスCLKIの1周期分だけ小さくなる。同様に、
デユーティ比が2/4だと4回に2度、デユーティ比が
3/4だと4回中3度、時間t2の値がそれぞれ小さく
なることになる。従って、平均的な周波数というものを
考えると、l/4 xΔf(Δfは第1図での分解能)
ずつ変化していることとなる。
The adder 19 receives the encoder output signals Q1 to Q4 output from the encoder 8 and the duty variable 1/4 frequency divider 20.
and the variable duty ratio output signal Q7 outputted from the output signal Q7. Therefore, for example, the duty ratio variable output signal Q7
When the duty ratio of is 1/4, the adder output signals Ql', Q2', Q3', output from the adder 19
Q4' is (Ql, Q2.Q'3.Q4) 3 out of 4 times
However, one out of four times (Ql, Q2.Q3.Q4)
It becomes +1. That is, once every four times, the value of time t2 becomes smaller by one period of the clock pulse CLKI. Similarly,
When the duty ratio is 2/4, the value of time t2 becomes small twice out of four times, and when the duty ratio is 3/4, the value of time t2 becomes small three times out of four times. Therefore, considering the average frequency, l/4 x Δf (Δf is the resolution in Figure 1)
This means that it is changing gradually.

今、発振器1の発振周波数が12MHz、モータ駆動周
波数が40KHzとすると、平均周波数の分解能Δf′
は Δ【′−Δf XI/4−133 X 1/4Φ33H
zとなり、駆動周波数が70KHzの場合はΔf′−Δ
f Xi/4 =406 X l/4+102 Hzと
なる。このような平均的な周波数でも、超音波モータに
おいては有効である。というのは超音波モータの応答速
度は速くても数十m5eeであるが、m5ecであり、
応答速度に比べるで十分小さいから、その切換えによる
影響は現れないこととなる。
Now, assuming that the oscillation frequency of oscillator 1 is 12 MHz and the motor drive frequency is 40 KHz, the average frequency resolution Δf'
is Δ['-Δf XI/4-133 X 1/4Φ33H
z, and if the driving frequency is 70KHz, Δf' - Δ
f Xi/4 =406 X l/4+102 Hz. Even such an average frequency is effective in an ultrasonic motor. This is because the response speed of an ultrasonic motor is several tens of m5ee at the fastest, but it is m5ec.
Since it is sufficiently small compared to the response speed, the effect of the switching will not appear.

このようにして、このデユーティ可変174分周器20
および加算器19によって駆動周波数の分解能が向上す
ることになる。
In this way, this duty variable 174 frequency divider 20
And the adder 19 improves the resolution of the driving frequency.

ところで、このデユーティ可変1/4分周器20は特に
1/4である必要はなく、1/m(m−2,3,4,・
・・・・・)において実現可能である。
By the way, this variable duty 1/4 frequency divider 20 does not have to be 1/4, but is 1/m (m-2, 3, 4, . . .
...) is possible.

また、ここでは定在波型超音波モータの駆動回路につい
て述べたが、進行波型超音波モータの駆動回路にも応用
できることは言うまでもない。
Moreover, although the drive circuit for a standing wave type ultrasonic motor has been described here, it goes without saying that the present invention can also be applied to a drive circuit for a traveling wave type ultrasonic motor.

更にまた、°第10図中のナントゲート11a。Furthermore, the Nantes gate 11a in FIG.

11c1アンドゲート12を省略して、加算器19の出
力を直接プリセット値として分周器2に印加しても、そ
れだけで十分な効果が期待できる。
Even if the 11c1 AND gate 12 is omitted and the output of the adder 19 is directly applied to the frequency divider 2 as a preset value, a sufficient effect can be expected.

以上5つの実施例について述べたが、この方法はディジ
タル回路だけでなく、アナログ回路を含んだ駆動回路に
おいても適用でき、十分な効果を得ることができること
勿論である。
Although the five embodiments have been described above, this method can be applied not only to digital circuits but also to drive circuits including analog circuits, and it is of course possible to obtain sufficient effects.

[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、周波数の分解能を著
しく向上させることができる。そこで、以前は実現でき
なかった駆動回路のディジタル化が十分実用的なレベル
で実現できるので、IC化により回路の規模の縮小が可
能となる。また調整もディジタル的な処理が行なえるた
め、調整工数が省けることになる。更にまた、ディジタ
ル信号であるが故に、ノイズに強く、発振器に水晶振動
子を使用できるため温度依存性が小さいので、悪条件に
対しても安定した動作が期待できるという数々の顕著な
効果が発揮される。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, frequency resolution can be significantly improved. Therefore, digitization of the drive circuit, which could not be realized before, can be realized at a sufficiently practical level, and the scale of the circuit can be reduced by converting it into an IC. Furthermore, since adjustments can be processed digitally, the number of adjustment steps can be reduced. Furthermore, because it is a digital signal, it is resistant to noise, and since a crystal resonator can be used as an oscillator, it has little temperature dependence, so stable operation can be expected even under adverse conditions. be done.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の第1実施例を示す超音波モータの駆
動回路のブロック系統図、 第2図は、最適駆動周波数の自動追尾の動作原理を説明
するためのディジタル化した超音波モータの駆動回路の
ブロック系統図、 第3図は、上記第2図における各部の動作を説明するタ
イミングチャート、 第4図は、上記第2図における電力増幅器の一例を示す
回路図、 第5図は、超音波モータにおける最適駆動周波数f。の
モータ温度Tに対する特性線図、第6図は、各種のIC
における動作電源電圧範囲の動作速度に対する特性線図
、 第7図は、本発明の第2実施例を示す超音波モータの駆
動回路のブロック系統図、 第8図(A)は、本発明の第3実施例を示す超音波モー
タの駆動回路のブロック系統図、第8図(B)は、波形
整形器の変形例を示す回路図、第9図は、本発明の第4
実施例を示す超音波モータの駆動回路のブロック系統図
、 第10図は、本発明の第5実施例を示す超音波モータの
駆動回路のブロック系統図である。 1・・・・・・・・・・・・発振器 3・・・・・・・・・1/4分周・移相器(分周移相器
)3A・・・・・・1/2分周器(分周移相器)4.4
a、4b、4A・・・・・・電力増幅器5・・・・・・
・・・定在波型超音波モータ(超音波モータ)5A・・
・・・・進行波型超音波モータ(超音波モータ)第30 第40 手  続 1.事件の表示 2、発明の名称 3、補正をする者 事件との関係 所在地 名称 4、代理人 5、補正の対象 補  正  書 (自発) 平成 1年 5月1511 平成 1年特許願第002625号 超音波モータの駆動回路
Fig. 1 is a block diagram of an ultrasonic motor drive circuit according to a first embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a digitized ultrasonic motor for explaining the operating principle of automatic tracking of the optimum drive frequency. 3 is a timing chart explaining the operation of each part in FIG. 2, FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the power amplifier in FIG. 2, and FIG. , the optimum driving frequency f in the ultrasonic motor. Figure 6 shows the characteristic diagram for motor temperature T of various ICs.
FIG. 7 is a block system diagram of an ultrasonic motor drive circuit showing a second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 8(B) is a block diagram of a drive circuit for an ultrasonic motor showing the third embodiment, FIG. 8(B) is a circuit diagram showing a modified example of the waveform shaper, and FIG.
FIG. 10 is a block system diagram of an ultrasonic motor drive circuit according to a fifth embodiment of the present invention. 1......Oscillator 3...1/4 frequency divider/phase shifter (frequency divider phase shifter) 3A...1/2 Frequency divider (frequency division phase shifter) 4.4
a, 4b, 4A...Power amplifier 5...
...Standing wave type ultrasonic motor (ultrasonic motor) 5A...
...Travelling wave type ultrasonic motor (ultrasonic motor) 30th 40th procedure 1. Indication of the case 2, name of the invention 3, name of the location of the person making the amendment 4, agent 5, amendment subject to the amendment (voluntary) May 1, 1999 1511 Patent Application No. 002625 and above of 1999 Sonic motor drive circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)超音波モータを駆動するために印加する交流電圧
の周波数を変化させる超音波モータの駆動回路において
、 発振器と、 この発振器の出力を複数のパルス信号として分周移相し
て出力する分周移相器と、 この分周移相器の出力を増幅して上記交流電圧とする電
力増幅器と、 を具備し、上記パルス信号の少なくとも1つのパルス幅
もしくはオフ部分の幅を、上記発振器の出力もしくは分
周した出力の1周期毎に変化させることにより、上記交
流電圧の周波数を変化させることを特徴とする超音波モ
ータの駆動回路。
(1) In an ultrasonic motor drive circuit that changes the frequency of the AC voltage applied to drive the ultrasonic motor, there is an oscillator and a component that divides and phase-shifts the output of this oscillator into multiple pulse signals and outputs the pulse signals. a frequency phase shifter; and a power amplifier that amplifies the output of the frequency dividing phase shifter to produce the alternating current voltage, the pulse width of at least one of the pulse signals or the width of the OFF portion of the oscillator. An ultrasonic motor drive circuit characterized in that the frequency of the alternating current voltage is changed by changing the output or frequency-divided output every cycle.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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