JPH0236778A - 超音波モータ駆動装置 - 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〕 本発明は弾性体と電気−機械変換振動子からなるステー
タに生じさせた進行波により動体を摩擦動させる超音波
モータの駆動回路において弾性体の振動周波数を常に最
適に制御し、安定かつ高効率、高能率な回転を得るに適
切なものに関するものである。

〔従来の技術〕

超音波モータにおいては入力する励振周波電圧の周波数
を１弾性体と電気−機械変換振動子とで構成されるステ
ータの共振周波数またはその極近、傍周波数にしなけれ
ばステータは効率的に振動しない。

この共振周波数および振動振幅は、一般に温度の変化や
負荷の大小など環境条件により、それぞれが同時あるい
は独立に変動するため、この共振点および振動振幅の変
動を検出して駆動回路に帰還し、その最適値に励振周波
数を制御する必要がある。

そこで、従来の超音波モータにおいては、まず振動を検
出する方法としては電気−機械変換振動子の励振周波電
圧が印加されていない部分から、励振によって生ずる励
起電圧を検出し。

駆動回路源に帰還して利用している（以下、フィードバ
ック電圧と言う）。

そして、励振周波数の制御方法としては、前記フィード
バック電圧の振幅を検出し、その値が常に目標値と一致
するよう励振周波数をＭｇＩすると言ういわゆる振幅制
御方式がある。

一方、フィードバック電圧と励振周波電圧との位相差を
検出し、その値が常に目標値と一致するように励振周波
数を制御すると言う位相制御方式とがあり、両者がおの
おの単独に実施されているのが実情である０両者の方式
は、それぞれ以下のような特徴を有している。

ａ　振幅制御方式について モータ速度はステータの振動振幅に比例しその比例定数
は精度が高く、繰返し安定性や温度変化に対しての安定
性も良好である。

かつ、制御回路もシンプルに構成されコスト的にも有利
である。

しかし、共振曲線の一部安定領域を利用しているため、
共振点が変動したり、振動振幅が減衰した場合など、共
振点を対称軸とした反対側の非安定領域に移りゃすく、
動作が不安定となる。

また、フィードバック電圧に侵入する外部ノイズの影響
を受は易く、Ｒ動作の原因となるなどの欠点を有してい
る。

ｂ　位相制御方式について 共振点またはその極近傍での駆動が可能なので、モータ
効率および電気的能率が高い、また共振曲線に見られる
尖頭的ピークが存在せず動作が安定である。

さらに外部ノイズに対しては影響を受けにくいなどの利
点がある反面モータ速度は位相差には比例せず、温度、
励振電圧、負荷の大小により速度変動が大きいと言う欠
点および制御回路が複雑となりコストアップになるとい
う不利な面もある。

〔本発明の目的〕

本発明はこれら振幅制御方式と位相制御方式を組合せる
ことにより、両者の欠点を互いに補完し、解決し、各種
の環境条件変化に伴って、最適に励振周波数を制御し、
安定かつ高効率、高能率に超音波モータを駆動するよう
成した超音波モータ駆動回路を提供することにある。

〔実施例の説明〕

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は超音波
モータの駆動回路のブロック線図、第２図は第１図にお
ける主要信号のタイムチャート、第３図は第１図におけ
る出カドランス部の波形図および第４図は第１図におけ
る位相比較部の波形図である。

第１図において、発振器ｌはステータを励振する周波数
の４倍の周波数ｆの鋸歯状波を発振し、ディストリビュ
ータ３へ出力する。

ディストリビュータ３は入力した周波数ｆの鋸歯状波を
第２図に示すようにφ１、φ２φコ、φ４に４分割し、
゛さらにタイムシフトした矩形波として出力する。

このφ１、φ２、φ３、φ４の出力は、次段の増幅器４
を経て、第３図に示すようにφ１φ３、φ２−φ４にな
るよう出カドランス５に入力される。

そして、出カドランスの２次側のインダクタンス成分と
、電気−機械変換振動子の固有の静電容量成分とが共振
条件を満たすことによって出力として第３図の破線で示
すような疑似サイン波（ＳＩＮ）、疑似コサイン波（Ｃ
ＯＳ）が超音波モータの弾性体と電気−機械変換振動子
からなるステーク７の振動子表面に形成された電極７．
。

７５にそれぞれ印加される。電極７６は接地である。

また電極７ｃは励振周波電圧の印加されてない部分であ
り、ステータ７の振動に相応したフィードバック電圧を
得るためのものである。ここで励起されたフィードバッ
ク電圧は一方を整流回路８を経て、直流アナグロ電圧と
して出方される。この電圧はステータの振動振１に比例
した電圧である。他は、クランプ回路９にて正弦波状の
フィードバック電圧を疑似台形波として出力される。

ここで、第４図で示す波形のように、この疑似台形波は
ディストリビュータ３の出力の任意の相（この場合はφ
１）よりの矩形波と位相比較器１０で、位相比較され、
その位相差θ宜に相応した直流アナログ電圧出力として
誤差増幅器１１の非反転側（以後■側と表示する）に入
力される。この誤差増幅器１１の他方の入力である反転
側（以後ｅ側と表示する）には設定位相差θ２に相当す
る直流電圧を与えておく。

すれば、誤差増幅器１１は設定位相差θ２と励振周波電
圧とフィードバック電圧との位相差θ１との偏差θ３に
相応するアナログ電圧を出力し、それはさらに、次段の
誤差増幅器１２のｅ側に入力される。

一方、整流回路８を経たフィードバック電圧の直流化電
圧も同様に誤差増幅器１２のθ側に入力される。

ここで１図中に示すＲ１およびＲ２は振幅制御と位相制
御とのそれぞれの電圧を分圧することにより各々の効果
比率を決定する抵抗器である。

そして、誤差増幅器１２の入力Φ側にはモータ速度設定
ボリューム６が接続され設定速度に相応する直流電圧が
与えられている。

従って、誤差増幅器１２は。

ａ　モータ設定速度に相応する電圧 と、 ｂ　！Ｍ幅および位相差の偏差分に相 応する電圧 との偏差に応じた直流電圧を出力し１発振器１に帰還す
る。そして１発振器ｌは、その電圧に応じて最適な励振
周波数を出力する。

このような制御ループを構成することにより。

超音波モータは安定な回転を維持し、さらに駆動効率を
高効率に維持している。

なお、第１図中のＰＷＭ　２は発振器ｌの出力鋸歯状波
をその人力■側に受け、入力ｅ側にて設定された電圧と
比較することによりディストリビュータ３の矩形波出力
波形の巾を制御するものであり、一般には、パルス幅制
御と呼ばれており、この回路を付加することによりモー
タスピードコントロールも可能であることを示している
。

〔本発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、フィードバック電圧の
振幅を検出し、また一方で、フィードバック電圧と励振
周波電圧との位相差を検出することにより、励振周波数
の最適値を常に維持するという振幅制御と位相制御を組
合せることで、超音波モータは安定な回転と高効率、高
能率な駆動が可能となった。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は超音波
モータの駆動回路のブロック線図、第２図は第１図にお
ける主要信号のタイムチャート、第３図は第１図におけ
る出カドランス部の波形図および第４図は第１図におけ
る位相比較部の波形図である。 １−一一一発振器 ３−・−−−ディストリビュータ ４−一−−増幅器 ５−・・・・−出力トランス ６−−−−・・−モータ速度設定ボリューム７−−−−
・−−−−ステータ ８−−−−・・・整流回路 ９−−−・−クランプ回路 ｉ　ｏ　−−−−−位相比較器 、１１−−−・・・−・誤差増幅器 １２−−・・−誤差増幅器 Ｒ１、Ｒ２・−−一−−−・−抵抗器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　弾性体と電気−機械変換振動子からなるステータに生
   じさせた進行波により動体を摩擦動させる超音波モータ
   において、 　励振周波電圧により励振された弾性体の振動を、振動
   に相応する周波電圧として検出し、駆動回路源に帰還し
   、その帰還された周波 電圧の振幅の大きさにより、励振周波数を制御する回路
   およびその帰還された周波電圧の位相と励振周波電圧の
   位相との位相差を検出することにより、 　励振周波数を制御する回路の２種類の制御方式を組合
   せたことを特徴とする超音波モータ駆動装置。