JPH02311179A - 超音波モータの入力制御装置 - 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、圧電素子によりステータに進行波を生じさせ
、ステータに圧接したロータを回転させるようにした超
音波モータに関し、特に圧電素子に供給する高周波電圧
及び周波数をモータへの負荷に応じて制御するようにし
た入力制御装置である。

［従来の技術］ 従来の超音波モータは、第７図に示すようにステータ３
０に複数の圧電素子３１を２組に分けて設け、２組の圧
電素子に発振制御装置３２から一方にアンプを介して、
他方にアンプと移相器３３を介して互いに９０°位相差
のある高周波電圧を印加することによりステータに進行
波を生じさせている。

そしてその進行波により、ステータ３１に圧接したロー
タを回転させている。

各組の圧電素子３１に印加する高周波電圧は、その周波
数をステータの固有振動数に等しくなるようにして共振
させているが、超音波モータ自体の温度、ロータのステ
ータへの圧接状態、ロータのステータ側に設けるライナ
材の摩擦係数等によりステータの共振周波数がずれやす
い。このため従来の超音波モータでは、２組の圧電素子
の境界部にフィードバック用電極３４を設け、それに隣
接する圧電体素子からの振動により、フィードバック用
電極部分の圧電体に電圧変化を生じさせている、そして
フィードバック用電極３４の電圧変化を整流回路３５、
平滑回路３６、比較回路３７を介して発振制御装置３２
に入力させ、駆動用高周波電圧及び周波数を調整して超
音波モータの駆動効率を向上させている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の超音波モータでは、ステータに生じる進行波が周
囲状況により変化した場合に、駆動用高周波電圧を調整
している。しかし、超音波モータの出力軸に作用する負
荷が大きい場合に、モータ回転速度が大きく変化するが
、それは負荷のためやむえないと考えられ、それに対す
る改良については考慮されていなかった。

そこで本発明は、超音波モータに作用する負荷を測定し
て、それに基づき駆動用高周波電圧及び／又は周波数を
制御してモータ回転速度を安定に保つことを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、ステータに２組の圧電素子を取付け、各組の
圧電素子を駆動回路を介して発振制御装置に接続して各
組の圧電素子に９０°位相差のある高周波電圧な印加で
きるようにし、ステータの圧電素子とは反対側にロータ
を圧接して超音波モータを構成し、超音波モータの出力
軸、圧電素子あるいはハウジングとステータとの間に少
なくとも１つ歪センサを取付け、歪センサの出力信号に
応じて発振制御装置および／又は駆動回路を制御して駆
動用高周波電圧および／又は周波数を調整するようにし
た超音波モータの入力制御装置である。

［作用］ 上記手段の入力制御装置において、超音波モータの出力
軸に大きな負荷が作用するとステータに歪が生じて振動
状態が変化し所定の進行波が得られに（くなる、このよ
うにステータに歪が生じたときステータに取付けた歪セ
ンサは歪を検出して、アンプと差動アンプとを介して発
振制御装置および／又は駆動回路に入力する。そして発
振制御装置は入力信号に応じて、駆動用高周波の周波数
を太き（し、また駆動回路では駆動用高周波の電圧を高
くする。このためステータはその共振周波数で振動して
ロータを回転させることができ、超音波モータに大きな
負荷が作用しても回転数が落ちることはない。

また歪センサを超音波モータの出力軸やケーシングに取
付けた場合も、大きな負荷が作用したときに歪が生じて
、歪センサから歪状態をアンプと差動アンプを介して発
振制御装置と駆動回路に人力する。そしてこの場合も、
駆動用高周波電圧及び周波数を調整し、進行波がロータ
に有効に作用するようになる。

［実施例］ 本発明の実施例を第１〜３図により説明する。

円盤状のステータ　ｌをケーシングの基板２に固定し、
ステータ　ｌの基板とは反対側の面にライナ材３を介し
て円盤状のロータ４が重ねられる。ロータ４はバネ材５
によりステータｌに圧接され、バネ材５は出力軸６に固
定される。出力軸６は、ロータ４とステータｌと基板２
の各中央孔を貫通し、出力軸６はバネ材５を介してロー
タ４と一体に回転するようになっている。

ステータｌの外周部は基板２との間に間隔があけられ、
ステータｌの外周部の基板側の面に複数の圧電素子７が
２組に分けて接着される。なお、複数の圧電素子７は、
その駆動用高周波電圧の波長んのｌ／２ピツチで配置さ
れ、２組の圧電素子の間にはｌ／’４　んの間隔が設け
られる。そして２組の圧電体部分にそれぞれ９０°位相
差のある高周波電圧を印加することにより、ステータｌ
に波長先の進行波を生じるようになっている。この場合
、駆動用高周波電圧の周波数は、ステータ　ｌの共振周
波数に対応させられている。

駆動用高周波電圧は発振制御装置８がら出力され、　２
組の圧電素子７ａ、７ｂに９０°位相差の高周波電圧を
印加するため、一方の組の圧電素子７ａには発振制御装
置８から位相器９とアンプｌＯａを介して印加し、他の
組の圧電素子にはアンプｔａｂを介して印加するように
なっている。なお、２つのアンプｌＯａ　、　ｊｏｂに
より駆動回路ｌＯが構成される。

２組の圧電素子７ａ、７ｂ間にフィードバック電極１１
が設けられ、それは順次整流回路１２、平滑回路１３、
第１差動アンプ１４と第２差動アンプ１５とを介して発
振制御装置８に接続され、フィードバック電極に１１生
じる電圧変化に応じて発振制御装置８が駆動用高層電圧
及び周波数を調整するようになっている。

またステータ　ｌに歪センサ１６を取付け、第２図に示
すようにその出力信号をアンプ１７、第３差動アンプ１
８を介して第２差動アンプ１５に入力させ、さらに発振
制御装置８に入力される。歪センサ１６は超音波モータ
の負荷が大きいほど出力電圧が大きくなり、その出力が
発振制御装置８に入力されると駆動用高周波の周波数を
負荷の増加に応じて大きくさせるようになっている。駆
動用高周波の周波数が大きくされると、以下のような効
果がある。すなわち従来の超音波モータでは負荷の増加
によりステータの共振周波数が高（なると、駆動用高周
波の周波数がステータｌの共振周波数よりも低くなり、
ロータ４が逆転してしまうことがあったが、本実施例装
置によれば駆動用高周波の周波数がステータ　ｌの共振
周波数よりも高く維持されるので、負荷が大きくなって
もロータ４が逆転しない。

超音波モータの駆動回路への駆動用高周波電圧を調整す
るためには、第３図に示すように第３差動アンプ１８の
出力を駆動回路ｌＯの２つのアンプｌＯａ　、　ｌＯｂ
に入力させ、負荷が太き（なるにつれて駆動回路ｌＯか
ら出力する駆動用高周波の電圧を高くするようになって
いる。駆動用高周波の電圧が大きくされると、以下のよ
うな効果がある。すなわちステータｌに発生する進行波
の振幅が負荷の増大によって小さくなることが防止され
、ステータｌに発生する進行波の振幅が一定に保持され
るので、ロータ４の回転速度の減少が小さく抑えられる
。

このように歪センサ１６からの出力に応じて駆動高周波
電圧及び周波数を調整して、ステータに常に所定の進行
波を生じさせ、所定の出力でロータを回転させるように
なっている。なお、第２図の回路に相当するように歪セ
ンサ１６で発振制御装置８のみを制御したり、あるいは
第３図に示すように歪センサ１６で駆動回路ｌＯのみを
制御させるだけでなく、歪センサ１６で発振制御装置８
と駆動回路ｌＯの両者を同時に制御するようにしてもよ
い。

第４図は歪センサ１６を出力軸６に取付けた場合であり
、第５図は歪センサ１６を圧電素子７の縦、横に取付け
た場合、第５図はモータハウジング１９とステータｌど
の間に歪センサ１６を取付けた場合であり、いずれも、
それらの検出信号をアンプ１７と差動アンプ１８を介し
てを発振制御装置８及び／または駆動回路ｌＯに入力す
るようになっている。

そしてこれらの場合も、各歪センサ１６からの信号に応
じて、ステータｌに望ましい進行波を発生させる。

なお、以上の実施例は、超音波モータのステータ、ロー
タ等が円盤状のものであったが、カメラのフォーカスや
ズーム等に使用するリング状のものにも本発明を適用で
きる。

［発明の効果］ 本発明によれば出力軸に大きな負荷が作用した場合に、
ステータを振動させる圧電素子へ入力する高周波電圧及
び周波数を負荷に基づ（歪に応じて調整し、ロータ回転
に望ましい進行波を生じさせるので、大負荷の場合にも
モータの回転数を低減させることな（回転させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波モータの概略断面図、第２図は人力制御
装置の回路図、第３図は同じ（入力制御装置の回路図、
第４〜６図はそれぞれ歪センサの取付状態を示す説明図
、第７図は従来例の制御装置の回路図である。 ｌ；ステータ　　　　　４；ロータ ７；圧電素子　　　　　８；発振制御装置ｌＯ；駆動回
路　　　　１６；歪センサ出願人　　株式会社　］　コ
　ク アイシン精機株式会社 代理人　　弁理士　　牧　克　次 第４図　　第５図　　第６図 第７１ｆｆ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステータに２組の圧電素子を取付け、各組の圧電
   素子を駆動回路を介して発振制御装置に接続して各組の
   圧電素子に９０°位相差のある高周波電圧を印加できる
   ようにし、ステータの圧電素子とは反対側にロータを圧
   接して超音波モータを構成し、超音波モータの出力軸、
   圧電素子あるいはハウジングとステータとの間に少なく
   とも１つ歪センサを取付け、歪センサの出力信号に応じ
   て発振制御装置を制御して駆動用高周波電圧の周波数を
   調整するようにした超音波モータの入力制御装置。
2. （２）ステータに２組の圧電素子を取付け、各組の圧電
   素子を駆動回路を介して発振制御装置に接続して各組の
   圧電素子に９０°位相差のある高周波電圧を印加できる
   ようにし、ステータの圧電素子とは反対側にロータを圧
   接して超音波モータを構成し、超音波モータの出力軸、
   圧電素子あるいはハウジングとステータとの間に少なく
   とも１つ歪センサを取付け、歪センサの出力信号に応じ
   て駆動回路を制御して駆動用高周波電圧を調整するよう
   にした超音波モータの入力制御装置。
3. （３）ステータに２組の圧電素子を取付け、各組の圧電
   素子を駆動回路を介して発振制御装置に接続して各組の
   圧電素子に９０°位相差のある高周波電圧を印加できる
   ようにし、ステータの圧電素子とは反対側にロータを圧
   接して超音波モータを構成し、超音波モータの出力軸、
   圧電素子あるいはハウジングとステータとの間に少なく
   とも１つ歪センサを取付け、歪センサの出力信号に応じ
   て発振制御装置と駆動回路とを制御して駆動用高周波電
   圧及び周波数を調整するようにした超音波モータの入力
   制御装置。