JPH0226284A - 振動波モータの駆動回路 - 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、超音波振動を用いて移動体を移動させる振動
波モータの駆動回路に係り、特に振動波モータからの可
聴音の発生を防止した振動波モータの駆動回路に関する
。

［従来の技術］ 進行性振動波を利用して移動体を摩擦駆動する振動波モ
ータは最近実用化されつつあり、その原理的概要は下記
のようなものである。

全周長が成る長さλの整数倍であるような弾性材料製の
リング状の振動板の片面に、周方向に配列された二群の
複数個の圧電素子を固着したものをステータとする。こ
れら圧電素子は各群内ではとのピッチにて且つ交互に逆
の伸縮棒性となるように配列されており、また両群間に
λ は−の奇数倍のずれがあるように配置されている。圧電
素子の両群には夫々電極膜が施されている。いずれかの
−群（以下Ａ圧電素子群と称す）のみに交流電圧を印加
すれば、上記振動板には、語群の各圧電素子の中央点お
よびそこかえ ら−おきの点が腹の位置、また詰腹の位置間の中央点が
節の位置であるような曲げ振動の定在波（波長λ）が該
振動板の全周に亘って発生する。他の一群（以下Ｂ圧電
素子群と称す）のみに交流電圧を印加すれば、同様に定
在波が生ずるが、その腹および節の位置は前記定在波に
λ 対して−ずれたものとなる。両Ａ、Ｂ圧電素子に、周波
数が同じで且つ時間的位相差が−の交流電圧を同時に印
加すると、両者の定在波の合成の結果、振動板には周方
向に進行する曲げ振動の進行波（波長λ）が発生し、こ
のとき、厚みを有する上記振動板の他面上の各点は一種
の楕円運動をする。よって、振動板の該他面にロータと
してリング状移動体を加圧接触させておけば、該移動体
は振動板から周方向の摩擦力を受け、回転駆動される。

その回転方向は、両Ａ、Ｂ圧電素子群に印加する交流電
圧の位相差を正負に切換えることにより、反転できる。

以上がこの種の振動波モータの原理的概要である。

この種の振動波モータにおいて、上記二群のＡ、Ｂ圧電
素子群の他に、振動検出用圧電素子を振動板に固着し、
該検出用圧電素子の検出出力に応じてＡ、Ｂ圧電素子群
に印加する交流電圧の周波数を自動的に共振周波数とな
して、振動波モータを最も効率良く駆動させることがで
きる駆動回路が本出願人により提案されている。

［発明が解決しようとしている課題］ しかし、従来の振動波モータの駆動回路では、振動波モ
ータのＡ、Ｂ圧電素子群に駆動用の周波数の信号のみを
印加するため、可聴音が発生することがあった。

すなわち、振動波モータの共振周波数をｆ　ｒ［ｎｌ、
波数＝ｎ（振動体に生ずる波の数で、正の整数）の振動
モードでの共振周波数とした場合、振動波モータに共振
周波数ｆ　ｒａｎ＋を印加している時、振動波モータの
状況（モータのトルク負荷変動、移動体と振動体の加圧
の変化等）によっては他の振動モード、例えばｆｒ（ｎ
−１）の周波数の振動が励起されることがあり、このと
き、ｆ　ｒ　Ｔｎｌ−ｆ　ｒ　（ｎ−１１の低い周波数
の振動も励起され、これが可聴音として聴こえる。

本発明の目的は、振動波モータの駆動時における可聴音
の発生防止を図ることができる振動波モータの駆動回路
を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の目的を達成するための要旨とするところは、振
動体に配列固定された二群の駆動用電気一機械エネルギ
ー変換素子に対し位相差を有する交流信号を印加すると
共に、該振動体に設けた振動検出用電気−機械エネルギ
ー変換素子からの検出信号に応じて該二群の駆動用電気
一機械エネルギー変換素子に印加する交流信号の周波数
を共振周波数に設定し、該二群の駆動用電気一機械エネ
ルギー変換素子の伸縮振動に励起されて該振動体に生ず
る進行性振動波により、該振動体に接している移動体を
摩擦駆動させる振動波モータの駆動回路において、前記
振動検出用電気−機械エネルギー変換素子で検出した信
号を駆動用周波数の信号と駆動用周波数に対して励起さ
れる可聴周波数の信号とに分離するバンドパスフィルタ
と、該バンドパスフィルタで分離した可聴周波数の信号
をその振幅に応じて増幅し且つ遅延させて、前記二群の
駆動用電気一機械エネルギー変換素子の双方又はいずれ
か一方に印加される駆動用交流信号に重畳する可聴周波
数打消し回路とを有することを特徴とする振動波モータ
の駆動回路にある。

［作用］ 上記の如く構成した振動波モータの駆動回路は、振動波
モータの駆動時に可聴周波数が発生すると、可聴周波数
打消し回路が作動し、振動波モータから可聴音の発生を
自動的に防ぐことができる。

［実施例］ 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明による振動波モータの駆動回路の一実施
例を示すブロック図である。

図中、１は振動波モータで、振動検出用圧電素子の電極
（以下Ｓ相電極と称す）２、Ａ圧電素子群の電力入力用
電極（以下Ａ相電極と称す）３、Ｂ圧電素子群の電力入
力用電極（以下Ｂ相電極と称す）４が設けられている。

５はＳ相電極２からの信号を受ける振動検出用（ＳＩＮ
Ａｍｐ）　　６はＡ相電極３からの信号を受けるアンプ
（ＡＩＮＡｍｐ）　７　、８は第１．第２バンド２バス
、フィルタ（Ｂ、Ｐ、Ｆ、１．Ｂ。

Ｐ、Ｆ、２）、９は位相比較器、１０は遅延回路、１１
は乗算回路、１２はコンパレータ、１３はダイオード１
４ａ　、　１４ｂは抵抗、１５はコンデンサ、１６はマ
イコン２９により発振周波数の変る発振回路、１９は第
１Ｄフリツプフロツプ１７と第２Ｄフリツプフロツプ１
８とから構成される１／４分周回路、２０はイクスクル
ジブ（ＥＸ−ＯＲ）ＯＲ回路、２１は第１ＡＮＤ回路、
２２は第２　ＡＮＤ回路、２３は加算回路、２４はＡ圧
電素子駆動用の第１増幅回路、２５はＢ圧電素子群駆動
用の第２増幅回路、２６．２７はマツチングコイル、２
８は高電圧電源、２９は回路全体の動作を制御するマイ
クロコンピュータ、３０は振動波モータの駆動。

停止を支持するスタート／ストップスイッチ（５Ｗｔ）
、３１は振動波モータの回転方向を切換える駆動方向切
換スイッチ（ＳＷ２）である。

マイクロコンピュータ２９は、スタート／ストップスイ
ッチ（ＳＷＩ）　３０がオンされると、発振回路１６の
発振周波数を、振動波モータ１の共振周波数より高い周
波数の初期設定値に設定し、また第１．第２　ＡＮＤ回
路２１．２２の一方の入力端子にハイレベルの信号“Ｈ
”を出力する。

発掘回路１６から出た信号は、１／４分周回路１９によ
り、９０°位相のずれた１／４の周波数の信号に分周さ
れ、１つの分周された信号はＥＸ−ＯＲ回路２２の一方
の入力端子に入力され第２　ＡＮＤ回路２２に出力され
る。またＥＸ−ＯＲ回路２２の他方の入力端子はマイク
ロコンピュータ２９に接続されていて、駆動方向切換ス
イッチ（ＳＷ２）　　３１をオン又はオフすることによ
り、マイクロコンピュータ２９からＥＸ−ＯＲ回路２２
にローレベルの信号“Ｌ”又はハイレベルの信号”Ｈ”
を出力し、振動波モータの回転方向を切換える。

第１　ＡＮＤ回路２１の出力は第１増幅器２４に入力さ
れ第２　ＡＮＤ回路２２の出力は加算回路２３を通って
第２増幅器２５に人力される。振動波モータ１が音を出
してないとき（このことについては後述する）、加算回
路２３は何も加算せず、そのまま第２　ＡＮＤ回路２２
の出力信号が第２増幅回路２５に人力される。高電圧電
源２８は第１．第２増幅器２４．２５に電源を供給する
。第１．第２増幅器２４．２５の出力は、各々マツチン
グコイル２６．２７を通して振動波モータ１のＡ相電極
３、Ｓ相電極４に印加される。

マイクロコンピュータ２９が、発振回路１６の発振周波
数ｆを初期設定値から下げていき、振動波モータ１の共
振周波数ｆｒＬｎ、に近づくと、Ｓ相電極２の出力信号
とＡ相電極３の出力信号の位相関係が予め決められた値
に近づくので、位相比較器９から、Ｓ相電極２の出力信
号とＡ相電極３の出力信号の位相関係が設定値に近すい
た事を知らせる信号がマイクロコンピュータ２９に出力
される。よってマイクロコンピュータ２９は発振回路１
６の発振周波数ｆをｆ　ｒ＋ｎ＋に近ずけることができ
る。これにより振動波モータ１は安定に回転することが
できる。

振動波モータが音を出したときの動作：第２図（ａ）〜
（Ｃ）は、振動波モータ１の動作時にＳ相電極２から出
力される電圧と周波数を示すグラフである。

第２図（ａ）は、振動波モータ１が音を出してないとき
の周波数スペクトルで、ｎ波の共振周波数ｆｒ［。）の
み現れている。

第２図（ｂ）は振動波モータ１が音を出しているときの
周波数スペクトルで、ｎ波の共振周波数ｆ　ｒ（ｎｌと
、ｎ−１波の共振周波数ｆ　ｒ（ｎ−１１とそれらの混
変調により生じたｆｒｆｎ）−ｆｒい−１゜の周波数成
分が現れている。

第２図（Ｃ）はｎ波の共振周波数ｆｒｉ。）と混変調成
分子ｒ＋。１−ｆｒ＋。−４）を取出すバンドパスフィ
ルターの特性を第２図（ｂ）の特性に重ねて示す図であ
る。

第１バンドパスフイルタ（Ｂ、Ｐ、Ｆ、１）７は中心周
波数をｆ　ｒ（ｎｌに、第２バンドパスフイルタ（Ｂ、
Ｐ、Ｆ、、２）、８は中心周波数をｆ　ｒ　（ｎｌ　−
ｆ　ｒ　１ｎ−１１に合せである。

第１図にもどって、振動波モータ１が音を出したとき、
第２バンドパスフイルタ（Ｂ、Ｐ。

Ｆ、２）８によりｆ　ｒ　（ｎｌ　＋　ｆ　ｒ　（ｎ−
１１の周波数成分が、遅延回路１０に入力される。

遅延回路１０は、Ｓ相電極２より出力された音の周波数
成分子　ｒ　ｆｎｌ　＋　ｆ　ｒ　（ｎ−１１をＳ相電
極４に加えたときにちょうど打消すことができる様に時
間遅れを有する。この遅延時間は、可聴音はモータのト
ルク負荷変動、移動体と振動体との加圧力変化により発
生すること、バンドパスフィルタによる位相の回転があ
ること、およびＡ相はＳ相と位置的に位相差があること
から決まる。コンパレータ１２は遅延回路１０の出力電
圧と乗算回路１１の出力電圧とを比較し、その出力はダ
イオード１３で半波整流され、抵抗１４ａとコンデンサ
１５により積分されて乗算回路１１に入力される６よっ
て遅延回路１０の出力が大きいときは、乗算回路１１の
出力も大きくなる。

乗算回路１１の出力は加算回路２３に加わる。

第３図に加算回路２３および第２増幅回路２５の回路図
を示す。

第３図に於て、３２．３３，３５，３６゜４２はひ抵抗
、３４，４０，４１．４３はｎＰｎトランジスタ、３７
．３８，３９．４４はＰｎＰトランジスタである。トラ
ンジスタ３７のエミッタ電流は電源電圧Ｖ、。と抵抗３
６により決まる。トランジスタ３７とトランジスタ３９
とはカレントミラー回路を構成しているので、トランジ
スタ３９のエミッタ電流もトランジスタ３７のエミッタ
電流に等しい。

乗算回路１１の出力が無いときはトランジスタ３４はオ
フなので、トランジスタ４１に印加されるベース電流は
ほぼトランジスタ３９のエミッタ電流に等しい。

乗算回路１１の出力があるときは、その出力に従ってト
ランジスタ３４は導通する。よってトランジスタ３９の
コレクタ電流は抵抗３５を通ってトランジスタ３４に流
れる分とトランジスタ４１のベースに流れる分又はトラ
ンジスタ４０に流れる分とに分けられる。

よって乗算回路１１の出力があるときは、トランジスタ
４１が飽和しきれなくなり、乗算回路１１の出力により
変調されることになる。

この様にして、ｆ　ｒｆｎ）とｆ　ｒ　（ｎｌ　−ｆ　
ｒ　（ｎ−１１の周波数成分の信号をＳ相電極４に印加
することができる。

よって音の周波数成分子　ｒ　ｆｎ）　−ｆ　ｒ　＋ｎ
−１１をＳ相電極４に印加することにより振動波モータ
１で発生する音を打消すことができる。

第４図は他の実施例を示す図である０本実施例は第１図
に示す回路に加算回路４６、バンドパスフィルタ（Ｂ、
Ｐ、Ｆ３）４５を加えたもので、基本的な動作は前述の
実施例と同じであるが、可聴周波電圧を打消す回路をＢ
相側だけでなくＡ相側にも設けたものである。

なお、上記した各実施例は、電気−機械エネルギー変換
素子として、圧電素子を用いたが、他の電歪素子を用い
てもよい。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、振動波モータから
の可聴音の周波数成分を打消す回路を設けたことにより
、振動波モータから発する可聴音を消すことができ、静
かなモータを提供できると共にエネルギーのロスを少な
くしてモータの効率を向上させることができるといった
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による振動波モータの駆動回路の一実施
例を示すブロック図、第２図（ａ）。 （ｂ）は周波数特性図、第２図（ｃ）は第１図の実施例
に使用されるバンドパスフィルタの特性図、第３図は第
１図の実施例に示す加算回路および第２増幅回路の回路
図、第４図は他の実施例を示すブロック図である。 １・・・振動波モータ、 ２・・・振動検出用電極（Ｓ相電極）、７．８．４５・
・・バンドパスフィルタ、１０・・・遅延回路、　　１
１・・・乗算回路、２３．４６・・・加算回路、 ２９・・・マイクロコンピュータ。 ｆｒｔｎ＞−ｆｒ（ｎ−ｔ＞ ｋｎ−１）　　ｆｒ（ｎ＞ 周波数 １＝＝＝＝−＝＝−一一一＝＝Ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　振動体に配列固定された二群の駆動用電気−機械エ
   ネルギー変換素子に対し位相差を有する交流信号を印加
   すると共に、該振動体に設けた振動検出用電気−機械エ
   ネルギー変換素子からの検出信号に応じて該二群の駆動
   用電気一機械エネルギー変換素子に印加する交流信号の
   周波数を共振周波数に設定し、該二群の駆動用電気−機
   械エネルギー変換素子の伸縮振動に励起されて該振動体
   に生ずる進行性振動波により、該振動体に接している移
   動体を摩擦駆動させる振動波モータの駆動回路において
   、前記振動検出用電気−機械エネルギー変換素子で検出
   した信号を駆動用周波数の信号と駆動用周波数に対して
   励起される可聴周波数の信号とに分離するバンドパスフ
   ィルタと、該バンドパスフィルタで分離した可聴周波数
   の信号をその振幅に応じて増幅し且つ遅延させて、前記
   二群の駆動用電気−機械エネルギー変換素子の双方又は
   いずれか一方に印加される駆動用交流信号に重畳する可
   聴周波数打消し回路とを有することを特徴とする振動波
   モータの駆動回路。