JPH04200282A - 超音波モータの駆動装置 - Google Patents
超音波モータの駆動装置Info
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- JPH04200282A JPH04200282A JP2332136A JP33213690A JPH04200282A JP H04200282 A JPH04200282 A JP H04200282A JP 2332136 A JP2332136 A JP 2332136A JP 33213690 A JP33213690 A JP 33213690A JP H04200282 A JPH04200282 A JP H04200282A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/142—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. speed, torque, starting, stopping, reversing
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
A、産業上の利用分野
本発明は、駆動電圧とモニタ電圧との位相差に基づいて
駆動周波数を制御する超音波モータの駆動装置に関する
。
駆動周波数を制御する超音波モータの駆動装置に関する
。
B、従来の技術
従来から、超音波モータの駆動電極に印加する駆動電圧
波形と、超音波モータの弾性体の振動に応じた周波電圧
を発生するモニタ電極の電圧波形との位相差が、安定し
た駆動状態が得られる所定の値になるように、駆動周波
数を制御する超音波モータの駆動装置が知られている(
例えば、特開昭61−251490号公報参照)。
波形と、超音波モータの弾性体の振動に応じた周波電圧
を発生するモニタ電極の電圧波形との位相差が、安定し
た駆動状態が得られる所定の値になるように、駆動周波
数を制御する超音波モータの駆動装置が知られている(
例えば、特開昭61−251490号公報参照)。
この種の駆動装置の構成を示す第4図により、その概要
を説明する。
を説明する。
超音波モータ100の一方の駆動電極100aに印加さ
れる駆動電圧波形は、波形整形器1ヘフイードバツクさ
れ、所定レベルの方形波電圧波形に変換される。一方、
モニタ電極100cから発生するモニタ電圧は、波形整
形器2ヘフイートバツクされ、同様に所定レベルの方形
波電圧波形に変換される。これらの方形波電圧は、第5
図に詳細を示す位相差検出器3に入力される。
れる駆動電圧波形は、波形整形器1ヘフイードバツクさ
れ、所定レベルの方形波電圧波形に変換される。一方、
モニタ電極100cから発生するモニタ電圧は、波形整
形器2ヘフイートバツクされ、同様に所定レベルの方形
波電圧波形に変換される。これらの方形波電圧は、第5
図に詳細を示す位相差検出器3に入力される。
位相差検出器3は、第5図に示すように、アンドゲート
31,32、SRフリップフロップ33、バッファ34
、抵抗器35およびコンデンサ36から構成される。ア
ンドゲート31の一方の入力端子には上述した方形波の
駆動電圧が入力され、アンドゲート32の一方の入力端
子には上述した方形波のモニタ電圧が入力される。そし
て、フリップフロップ33の出力Qは、アンドゲート3
1゜32への入力方形波電圧の位相差、つまり、駆動電
圧とモニタ電圧との位相差Φに応じたパルス幅のパルス
電圧を出力する。このパルス電圧は、バッファ34.抵
抗器35およびコンデンサ36から成る積分回路によっ
て、第6図に示すように位相差Φに応じた電圧値に変換
される。
31,32、SRフリップフロップ33、バッファ34
、抵抗器35およびコンデンサ36から構成される。ア
ンドゲート31の一方の入力端子には上述した方形波の
駆動電圧が入力され、アンドゲート32の一方の入力端
子には上述した方形波のモニタ電圧が入力される。そし
て、フリップフロップ33の出力Qは、アンドゲート3
1゜32への入力方形波電圧の位相差、つまり、駆動電
圧とモニタ電圧との位相差Φに応じたパルス幅のパルス
電圧を出力する。このパルス電圧は、バッファ34.抵
抗器35およびコンデンサ36から成る積分回路によっ
て、第6図に示すように位相差Φに応じた電圧値に変換
される。
この位相差検出器3の出力は、駆動周波数設定器4を構
成する誤差増幅器42の(−)端子へ入力される。また
、誤差増幅器42の(+)端子へは、基準位相差設定器
41により設定された基準位相差ΦKに応じた電圧が入
力され、この基準位相差Φにと位相差検出器3からの駆
動中の位相差Φとが比較される。そして、両者の差(Φ
に一Φ)に応じた電圧が誤差増幅器42によって増幅さ
れ、抵抗器43とコンデンサ44とから成るループフィ
ルタ回路を介して電圧制御発振器(以下、■C○と呼ぶ
)45へ出力される。vC○45は、この入力電圧値に
応じた周波数の周波信号を発生して移相器5へ出力する
。
成する誤差増幅器42の(−)端子へ入力される。また
、誤差増幅器42の(+)端子へは、基準位相差設定器
41により設定された基準位相差ΦKに応じた電圧が入
力され、この基準位相差Φにと位相差検出器3からの駆
動中の位相差Φとが比較される。そして、両者の差(Φ
に一Φ)に応じた電圧が誤差増幅器42によって増幅さ
れ、抵抗器43とコンデンサ44とから成るループフィ
ルタ回路を介して電圧制御発振器(以下、■C○と呼ぶ
)45へ出力される。vC○45は、この入力電圧値に
応じた周波数の周波信号を発生して移相器5へ出力する
。
さらに、vC○45からの周波信号は、移相器5によっ
て互にπ/2の位相差を有する一対の周波信号に変換さ
れ、それぞれ電力増幅器6に出力される。電力増幅器6
は、起動入力信号がHiレベルのときにこれらの周波信
号を電力増幅して超音波モータ100の駆動電極100
a、100bに印加する。
て互にπ/2の位相差を有する一対の周波信号に変換さ
れ、それぞれ電力増幅器6に出力される。電力増幅器6
は、起動入力信号がHiレベルのときにこれらの周波信
号を電力増幅して超音波モータ100の駆動電極100
a、100bに印加する。
このように従来の駆動装置は、実際の駆動状態の駆動電
圧とモニタ電圧との位相差Φが基準位相差ΦKに一致す
るようにフィードバック制御を行ない、超音波モータ1
00の駆動周波数が基準位相差ΦKに対応した周波数F
Kになるように制御する。
圧とモニタ電圧との位相差Φが基準位相差ΦKに一致す
るようにフィードバック制御を行ない、超音波モータ1
00の駆動周波数が基準位相差ΦKに対応した周波数F
Kになるように制御する。
第7図は、超音波モータの駆動周波数Fに対する駆動電
圧とモニタ電圧との位相差Φ、および駆動周波数Fに対
する駆動速度Nの関係を示す。図中の周波数範囲FDは
、通常用いられる超音波モータの駆動周波数範囲である
。周波数FRは超音波モータの弾性体が最も大きく振動
する共振周波数であり、この共振周波数FRにごく近い
周波数で駆動すると超音波モータの駆動状態が不安定に
なることが知られている。また、第7図に示すように共
振周波数FRよりも高い周波数域および低い周波数域に
も、超音波モータの弾性体が共振する周波数が存在する
。これらの共振周波数よりもわずかに高い周波数範囲で
超音波モータを駆動することも可能であるが、周波数範
囲FDで駆動したときと回転方向が逆になり、動作が不
安定になるため、通常、これらの周波数は超音波モータ
の駆動周波数として用いられない。
圧とモニタ電圧との位相差Φ、および駆動周波数Fに対
する駆動速度Nの関係を示す。図中の周波数範囲FDは
、通常用いられる超音波モータの駆動周波数範囲である
。周波数FRは超音波モータの弾性体が最も大きく振動
する共振周波数であり、この共振周波数FRにごく近い
周波数で駆動すると超音波モータの駆動状態が不安定に
なることが知られている。また、第7図に示すように共
振周波数FRよりも高い周波数域および低い周波数域に
も、超音波モータの弾性体が共振する周波数が存在する
。これらの共振周波数よりもわずかに高い周波数範囲で
超音波モータを駆動することも可能であるが、周波数範
囲FDで駆動したときと回転方向が逆になり、動作が不
安定になるため、通常、これらの周波数は超音波モータ
の駆動周波数として用いられない。
上述した従来装置により、位相差Φが基準位相差ΦKに
一致するように駆動周波数を制御するとき、第7図に示
す駆動周波数FKよりも現在の駆動周波数がわずかに低
ければ1位相差(Φに一Φ)〉0となり、誤差増幅器4
2の出力電圧が上昇してコンデンサ44が充電される。
一致するように駆動周波数を制御するとき、第7図に示
す駆動周波数FKよりも現在の駆動周波数がわずかに低
ければ1位相差(Φに一Φ)〉0となり、誤差増幅器4
2の出力電圧が上昇してコンデンサ44が充電される。
さらに、コンデンサ44の端子電圧の上昇にともなって
vC○45の周波信号の周波数が高くなる。そして、超
音波モータ100に印加される駆動電圧の周波数がFK
になると、駆動中の位相差Φ=Φにとなって誤差増幅器
42はコンデンサ44への充電を停止する。すなわち、
コンデンサ44の端子電圧は■C045の出力周波数が
FKとなる電圧を保持し、超音波モータ100は駆動周
波数FKで駆動される。
vC○45の周波信号の周波数が高くなる。そして、超
音波モータ100に印加される駆動電圧の周波数がFK
になると、駆動中の位相差Φ=Φにとなって誤差増幅器
42はコンデンサ44への充電を停止する。すなわち、
コンデンサ44の端子電圧は■C045の出力周波数が
FKとなる電圧を保持し、超音波モータ100は駆動周
波数FKで駆動される。
逆に、現在の駆動周波数が周波数FKよりもわずかに高
ければ1位相差は(Φに一Φ)〈0となるため誤差増幅
器42の出力は低下し、コンデンサ44の放電によって
その端子電圧が低下する。
ければ1位相差は(Φに一Φ)〈0となるため誤差増幅
器42の出力は低下し、コンデンサ44の放電によって
その端子電圧が低下する。
これによって、位相差Φ=Φにとなる周波数PKになる
までVCO45の出力周波数が低下し、超音波モータ1
00は駆動周波数FKで駆動される。
までVCO45の出力周波数が低下し、超音波モータ1
00は駆動周波数FKで駆動される。
C1発明が解決しようとする課題
ところで、超音波モータの駆動時には、急激な負荷変動
や、制御回路、特にモニタ電圧波形整形器へのノイズの
混入などにより、検出される位相差Φが変化することが
ある。また、超音波モータの起動時には、瞬間的に超音
波モータの動作状態が不安定になり、その結果、検出さ
れる位相差Φが変化する。
や、制御回路、特にモニタ電圧波形整形器へのノイズの
混入などにより、検出される位相差Φが変化することが
ある。また、超音波モータの起動時には、瞬間的に超音
波モータの動作状態が不安定になり、その結果、検出さ
れる位相差Φが変化する。
しかしながら、上述した従来の超音波モータの駆動装置
では、駆動中または起動時に、位相差Φが変化すると誤
差増幅器の出力も大きく変化し、それによってvC○の
出力周波数も大きく変動する。その結果、フィードバッ
ク制御系が基準位相差Φにと同じ値を有する通常の駆動
周波数範囲FD外の周波数に収束し、超音波モータの動
作が不安定になるという問題がある。すなわち、第7図
に示すように位相差Φは駆動周波数Fに対して振動特性
を示すので、駆動周波数FK以外の周波数FL2.FL
I、FHI、FH2で駆動しても、基準位相差Φにと等
しい位相差が得られる。
では、駆動中または起動時に、位相差Φが変化すると誤
差増幅器の出力も大きく変化し、それによってvC○の
出力周波数も大きく変動する。その結果、フィードバッ
ク制御系が基準位相差Φにと同じ値を有する通常の駆動
周波数範囲FD外の周波数に収束し、超音波モータの動
作が不安定になるという問題がある。すなわち、第7図
に示すように位相差Φは駆動周波数Fに対して振動特性
を示すので、駆動周波数FK以外の周波数FL2.FL
I、FHI、FH2で駆動しても、基準位相差Φにと等
しい位相差が得られる。
今、位相差Φの変化にともなって■C○45の出力周波
数が低周波数側に大きく変動し、周波数FLLよりも低
くなると、基準位相差Φにと駆動中の位相差Φとの差は
(Φに一Φ)〈0となり、周波数を高くしなければなら
ないのに、誤差増幅器42は上述したようにVc○45
の出力周波数を低くするように制御する。この結果、さ
らに周波数Fが低下し、位相差Φ=Φにとなる周波数F
L2に達すると、制御系の周波数制御が収束する。
数が低周波数側に大きく変動し、周波数FLLよりも低
くなると、基準位相差Φにと駆動中の位相差Φとの差は
(Φに一Φ)〈0となり、周波数を高くしなければなら
ないのに、誤差増幅器42は上述したようにVc○45
の出力周波数を低くするように制御する。この結果、さ
らに周波数Fが低下し、位相差Φ=Φにとなる周波数F
L2に達すると、制御系の周波数制御が収束する。
すなわち、超音波モータ100は、駆動周波数FL2で
駆動され、上述したように動作が不安定になる。
駆動され、上述したように動作が不安定になる。
逆に、位相差Φの変化にともなってVCO45の出力周
波数が高周波数側に大きく変動し、周波数FHIよりも
高くなると、基準位相差Φにと駆動中の位相差Φとの差
は(Φに一Φ)>Oとなり。
波数が高周波数側に大きく変動し、周波数FHIよりも
高くなると、基準位相差Φにと駆動中の位相差Φとの差
は(Φに一Φ)>Oとなり。
周波数を低くしなければならないのに、誤差増幅器42
は■C○4Sの出力周波数を高くするように制御する。
は■C○4Sの出力周波数を高くするように制御する。
この結果、さらに周波数Fが上昇し、位相差Φ=Φにと
なる周波数FH2に達すると、制御系の周波数制御が収
束する。すなわち、超音波モータ100は、駆動周波数
FH2で駆動され、上記と同様にその動作が不安定にな
る。
なる周波数FH2に達すると、制御系の周波数制御が収
束する。すなわち、超音波モータ100は、駆動周波数
FH2で駆動され、上記と同様にその動作が不安定にな
る。
このような従来装置の不具合を解決するために、誤差増
幅器42の増幅率を小さくして、VCO45の出力周波
数が大きく変動しないようにしたり、あるいは、抵抗器
43とコンデンサ44により構成されるループフィルタ
の時定数を大きくして、フィードバック制御系の応答性
を低くする方法が考えられるが、いずれの場合も制御精
度および応答性が低下するので、採用できない。
幅器42の増幅率を小さくして、VCO45の出力周波
数が大きく変動しないようにしたり、あるいは、抵抗器
43とコンデンサ44により構成されるループフィルタ
の時定数を大きくして、フィードバック制御系の応答性
を低くする方法が考えられるが、いずれの場合も制御精
度および応答性が低下するので、採用できない。
本発明の目的は、超音波モータの通常の駆動周波数範囲
よりも低い周波数領域では、通常の駆動周波数範囲内の
周波数に対応した位相差と同じ位相差が得られる周波数
よりも高く、通常の駆動周波数範囲よりも高い周波数領
域では1通常の駆動周波数範囲内の周波数に対応した位
相差と同じ位相差が得られる周波数よりも低くなるよう
に、■COの出力周波数範囲を制限して、超音波モータ
を安定に駆動制御する駆動装置を提供することにある。
よりも低い周波数領域では、通常の駆動周波数範囲内の
周波数に対応した位相差と同じ位相差が得られる周波数
よりも高く、通常の駆動周波数範囲よりも高い周波数領
域では1通常の駆動周波数範囲内の周波数に対応した位
相差と同じ位相差が得られる周波数よりも低くなるよう
に、■COの出力周波数範囲を制限して、超音波モータ
を安定に駆動制御する駆動装置を提供することにある。
01課題を解決するための手段
クレーム対応図である第1図に対応づけて本発明を説明
すると、本発明は、超音波モータの駆動電極に印加する
高周波駆動電圧波形と、弾性体の振動に応じた周波電圧
を発生するモニタ電極の出力電圧波形との位相差であっ
て、超音波モータの駆動周波数を変化させたときに振動
特性を有する位相差を検出する位相差検出手段3と、超
音波モータの駆動力が最も大きくなる駆動周波数を含む
通常の駆動周波数範囲内の駆動周波数に対応した基準位
相差を設定する基準位相差設定手段41と、位相差検出
手1段3により検出された位相差が、基準位相差設定手
段41により設定された基準位相差に一致するように制
御する制御手段42と、制御手段42の出力に応じた周
波数の信号を発生して超音波モータに印加する周波信号
発生手段45とを備えた超音波モータの駆動装置に適用
される。
すると、本発明は、超音波モータの駆動電極に印加する
高周波駆動電圧波形と、弾性体の振動に応じた周波電圧
を発生するモニタ電極の出力電圧波形との位相差であっ
て、超音波モータの駆動周波数を変化させたときに振動
特性を有する位相差を検出する位相差検出手段3と、超
音波モータの駆動力が最も大きくなる駆動周波数を含む
通常の駆動周波数範囲内の駆動周波数に対応した基準位
相差を設定する基準位相差設定手段41と、位相差検出
手1段3により検出された位相差が、基準位相差設定手
段41により設定された基準位相差に一致するように制
御する制御手段42と、制御手段42の出力に応じた周
波数の信号を発生して超音波モータに印加する周波信号
発生手段45とを備えた超音波モータの駆動装置に適用
される。
そして請求項1の超音波モータの駆動装置では、通常の
駆動周波数範囲よりも低い側に駆動周波数を変化させた
とき、基準位相差設定手段41により設定された位相差
と同じ位相差が得られる周波数よりも超音波モータの駆
動周波数が高くなるように、周波信号発生手段45を制
御する下限周波数制御手段46.47を備えることによ
り、上記目的が達成される。
駆動周波数範囲よりも低い側に駆動周波数を変化させた
とき、基準位相差設定手段41により設定された位相差
と同じ位相差が得られる周波数よりも超音波モータの駆
動周波数が高くなるように、周波信号発生手段45を制
御する下限周波数制御手段46.47を備えることによ
り、上記目的が達成される。
また、請求項2の超音波モータの駆動装置では、通常の
駆動周波数範囲よりも高い側に駆動周波数を変化させた
とき、基準位相差設定手段41により設定された位相差
と同じ位相差が得られる周波数よりも超音波モータの駆
動周波数が低くなるように、周波信号発生手段45を制
御する上限周波数制御手段46.47を備える。
駆動周波数範囲よりも高い側に駆動周波数を変化させた
とき、基準位相差設定手段41により設定された位相差
と同じ位相差が得られる周波数よりも超音波モータの駆
動周波数が低くなるように、周波信号発生手段45を制
御する上限周波数制御手段46.47を備える。
さらに、請求項3の超音波モータの駆動装置では、下限
周波数制御手段46.47と上限周波数制御手段46.
47とを備える。
周波数制御手段46.47と上限周波数制御手段46.
47とを備える。
E6作用
請求項1の超音波モータの駆動装置では、下限周波数制
御手段46.47が、通常の駆動周波数範囲よりも低い
側に駆動周波数を変化させたとき、基準位相差設定手段
4工により設定された位相差と同し位相差が得られる周
波数よりも超音波モータの駆動周波数が高くなるように
、周波信号発生手段45を制御する。これによって超音
波モータは、上記の下限周波数よりも高い周波数で駆動
される。
御手段46.47が、通常の駆動周波数範囲よりも低い
側に駆動周波数を変化させたとき、基準位相差設定手段
4工により設定された位相差と同し位相差が得られる周
波数よりも超音波モータの駆動周波数が高くなるように
、周波信号発生手段45を制御する。これによって超音
波モータは、上記の下限周波数よりも高い周波数で駆動
される。
また、請求項2の超音波モータの駆動装置では、上限周
波数制御手段46.47が、通常の駆動周波数範囲より
も高い側に駆動周波数を変化させたとき、基準位相差設
定手段41により設定された位相差と同じ位相差が得ら
れる周波数よりも超音波モータの駆動周波数が低くなる
ように、周波信号発生手段45を制御する。これによっ
て超音波モータは、上記の上限周波数よりも低い周波数
で駆動される。
波数制御手段46.47が、通常の駆動周波数範囲より
も高い側に駆動周波数を変化させたとき、基準位相差設
定手段41により設定された位相差と同じ位相差が得ら
れる周波数よりも超音波モータの駆動周波数が低くなる
ように、周波信号発生手段45を制御する。これによっ
て超音波モータは、上記の上限周波数よりも低い周波数
で駆動される。
さらに、請求項3の超音波モータの駆動装置では、下限
周波数制御手段46.47および上限周波数制御手段4
6.47か、超音波モータの駆動周波数が上記の下限周
波数よりも高く、且つ上記の上限周波数よりも低くなる
ように周波信号発生手段45を制御する。これによって
超音波モータは、上記の下限周波数および上限周波数で
設定される範囲の周波数で駆動される。
周波数制御手段46.47および上限周波数制御手段4
6.47か、超音波モータの駆動周波数が上記の下限周
波数よりも高く、且つ上記の上限周波数よりも低くなる
ように周波信号発生手段45を制御する。これによって
超音波モータは、上記の下限周波数および上限周波数で
設定される範囲の周波数で駆動される。
なお、本発明の詳細な説明する上記り項およびE項では
、本発明を分りやすくするために各手段の符号に対応す
る実施例の要素と同一の符号を用いたが、これにより本
発明が実施例に限定されるものではない。
、本発明を分りやすくするために各手段の符号に対応す
る実施例の要素と同一の符号を用いたが、これにより本
発明が実施例に限定されるものではない。
F、実施例
第2図は、本発明の一実施例の全体構成を示すブロック
図である。なお、第4図に示す従来装置と同様な機器に
対しては同符合を付して相違点を中心に説明する。
図である。なお、第4図に示す従来装置と同様な機器に
対しては同符合を付して相違点を中心に説明する。
駆動周波数設定器40は、第4図に示す基準位相差設定
器41.誤差増幅器42.抵抗器43゜コンデンサ44
および■C○45に加え、周波数弁別器46およびマル
チプレクサ47によって構成される。
器41.誤差増幅器42.抵抗器43゜コンデンサ44
および■C○45に加え、周波数弁別器46およびマル
チプレクサ47によって構成される。
周波数弁別器46は、VCO45の出力周波数の弁別を
行なう。すなわち、VCO45の出力周波数が第7図に
示す周波数FLLよりも高いとき、端子aがHiレベル
となり、低いときLoレベルとなる。また、vC○の出
力周波数がFHIよりも低いとき、端子すがHiレベル
となり、高いときにLoレベルとなる。
行なう。すなわち、VCO45の出力周波数が第7図に
示す周波数FLLよりも高いとき、端子aがHiレベル
となり、低いときLoレベルとなる。また、vC○の出
力周波数がFHIよりも低いとき、端子すがHiレベル
となり、高いときにLoレベルとなる。
マルチプレクサ47は、前述した増幅器42と抵抗器4
3との間に設けられ、周波数弁別器46の出力a、bに
応じて入力A、B、Cの中からいずれかを選択して出力
する。入力Aは増幅器42の出力に接続され、入力Bは
電源に接続され、入力Cは接地される。周波数弁別器4
6の出力a。
3との間に設けられ、周波数弁別器46の出力a、bに
応じて入力A、B、Cの中からいずれかを選択して出力
する。入力Aは増幅器42の出力に接続され、入力Bは
電源に接続され、入力Cは接地される。周波数弁別器4
6の出力a。
bがともにHiレベルのとき、すなわち超音波モータ1
00の駆動周波数FがFLI<F<PH1であればA入
力を選択し、出力aがLOレベルで出力すがHiレベル
のとき、すなわち駆動周波数FがFLIよりも低いとき
B入力を選択し、さらに出力aがHiレベルで出力b
fJ< L oレベルのとき、すなわち駆動周波数Fが
FHIよりも高いときC入力を選択する。
00の駆動周波数FがFLI<F<PH1であればA入
力を選択し、出力aがLOレベルで出力すがHiレベル
のとき、すなわち駆動周波数FがFLIよりも低いとき
B入力を選択し、さらに出力aがHiレベルで出力b
fJ< L oレベルのとき、すなわち駆動周波数Fが
FHIよりも高いときC入力を選択する。
次に5動作を説明する。
VCO45の出力周波数FがFLI<F<FHlであれ
ば、周波数弁別器46の出力a、bはともにHルベルと
なり、マルチプレクサ47は六入力を選択する。すなわ
ち、vC○45の出力周波数Fは、第6図に示す誤差増
幅器42の出力電圧に応じた周波数となり、上述したよ
うに移相器5および電力増幅器6により駆動電圧に増幅
されて超音波モータ100に印加される。
ば、周波数弁別器46の出力a、bはともにHルベルと
なり、マルチプレクサ47は六入力を選択する。すなわ
ち、vC○45の出力周波数Fは、第6図に示す誤差増
幅器42の出力電圧に応じた周波数となり、上述したよ
うに移相器5および電力増幅器6により駆動電圧に増幅
されて超音波モータ100に印加される。
今、上述したように超音波モータ100の起動時または
駆動中に、急激な負荷変動、制御回路へのノイズの混入
などが発生して、位相差検出器3により検出される駆動
時の位相差Φが基準位相差Φによりも小さくなると、上
述したように誤差増幅器42の出力電圧が上昇する。こ
のとき、マルチプレクサ47は入力Aを選択しているの
で、誤差増幅器42の出力は、マルチプレクサ47およ
び抵抗器43を介してコンデンサ44を充電する。
駆動中に、急激な負荷変動、制御回路へのノイズの混入
などが発生して、位相差検出器3により検出される駆動
時の位相差Φが基準位相差Φによりも小さくなると、上
述したように誤差増幅器42の出力電圧が上昇する。こ
のとき、マルチプレクサ47は入力Aを選択しているの
で、誤差増幅器42の出力は、マルチプレクサ47およ
び抵抗器43を介してコンデンサ44を充電する。
この結果、V6O13の入力電圧が上昇し、出力周波数
が高くなる。そして、VCO45の出力周波数Fが周波
数FHIを越えると、周波数弁別器46の出力すがLo
レベルに反転し、マルチプレクサ47は入力Cを選択す
る。これによって、コンデンサ44の一方の端子は、抵
抗器43およびマルチプレクサ47の入力端子Cを介し
て接地され、その端子電圧が放電される。コンデンサ4
4の端子電圧の低下にともなってVCO45の出力周波
数も低くなり、出力周波数FがFHIよりも低くなると
、周波数弁別器46の出力すがHiレベルに反転する。
が高くなる。そして、VCO45の出力周波数Fが周波
数FHIを越えると、周波数弁別器46の出力すがLo
レベルに反転し、マルチプレクサ47は入力Cを選択す
る。これによって、コンデンサ44の一方の端子は、抵
抗器43およびマルチプレクサ47の入力端子Cを介し
て接地され、その端子電圧が放電される。コンデンサ4
4の端子電圧の低下にともなってVCO45の出力周波
数も低くなり、出力周波数FがFHIよりも低くなると
、周波数弁別器46の出力すがHiレベルに反転する。
つまり、マルチプレクサ47はふたたび入力Aを選択す
る。
る。
一方、上述した何らかの原因により駆動時の位相差Φが
基準位相差Φによりも大きくなると、誤差増幅器42の
出力電圧が低下する。この結果、コンデンサ44の充電
電圧は、抵抗器43.マルチプレクサ47の入力A、誤
差増幅器42の経路で放電する。さらに、コンデンサ4
4の端子電圧の低下にともなって、vC○45の出力周
波数Fが低下する。そして、出力周波数FがFLIより
も低くなると、周波数弁別器46の出力aがり。
基準位相差Φによりも大きくなると、誤差増幅器42の
出力電圧が低下する。この結果、コンデンサ44の充電
電圧は、抵抗器43.マルチプレクサ47の入力A、誤
差増幅器42の経路で放電する。さらに、コンデンサ4
4の端子電圧の低下にともなって、vC○45の出力周
波数Fが低下する。そして、出力周波数FがFLIより
も低くなると、周波数弁別器46の出力aがり。
レベルに反転し、マルチプレクサ47は入力Bを選択す
る。これによって、コンデンサ44は、電源、マルチプ
レクサ47のB入力、抵抗器43の経路で充電され、そ
の端子電圧が上昇する。コンデンサ44の端子電圧の上
昇にともなってVCO45の出力周波数が上昇し、出力
周波数FがFLlより高くなると周波数弁別器46の出
力aがHiレベルに反転する。つまり、マルチプレクサ
47はふたたび入力Aを選択する。
る。これによって、コンデンサ44は、電源、マルチプ
レクサ47のB入力、抵抗器43の経路で充電され、そ
の端子電圧が上昇する。コンデンサ44の端子電圧の上
昇にともなってVCO45の出力周波数が上昇し、出力
周波数FがFLlより高くなると周波数弁別器46の出
力aがHiレベルに反転する。つまり、マルチプレクサ
47はふたたび入力Aを選択する。
このように、周波数弁別器46によってvCO45の出
力周波数FがFHIより高くなったことが検出されると
、マルチプレクサ47が接地人力Cを選択してコンデン
サ44の端子電圧を放電し、VCO45の出力周波数F
の上限値がFHIになるように制御する。逆に、VCO
45の出力周波数FがFLIよりも低くなったことが検
出されると、マルチプレクサ47が電源人力Bを選択し
、コンデンサ44を充電し、VCO45の出力周波数F
の下限値がFLIになるように制御する。従って、VC
O45の出力周波数は、周波数FLIからFHIまでの
間に制限され、何らかの原因で駆動時の位相差Φが変化
しても、超音波モータ100が、基準位相差Φにと同じ
値を有する通常の駆動周波数範囲FD外の周波数で駆動
されることはなく、高い制御精度と応答性を確保して超
音波モータ100を安定に駆動することができる。
力周波数FがFHIより高くなったことが検出されると
、マルチプレクサ47が接地人力Cを選択してコンデン
サ44の端子電圧を放電し、VCO45の出力周波数F
の上限値がFHIになるように制御する。逆に、VCO
45の出力周波数FがFLIよりも低くなったことが検
出されると、マルチプレクサ47が電源人力Bを選択し
、コンデンサ44を充電し、VCO45の出力周波数F
の下限値がFLIになるように制御する。従って、VC
O45の出力周波数は、周波数FLIからFHIまでの
間に制限され、何らかの原因で駆動時の位相差Φが変化
しても、超音波モータ100が、基準位相差Φにと同じ
値を有する通常の駆動周波数範囲FD外の周波数で駆動
されることはなく、高い制御精度と応答性を確保して超
音波モータ100を安定に駆動することができる。
上述した実施例では、周波数弁別器46およびマルチプ
レクサ47を用いてVCO45の出力周波数を所定の範
囲に制限したが、出力周波数Fを上述したFLI<F<
FHIの範囲に設定可能なVCOを用いてもよい。
レクサ47を用いてVCO45の出力周波数を所定の範
囲に制限したが、出力周波数Fを上述したFLI<F<
FHIの範囲に設定可能なVCOを用いてもよい。
また、上述した実施例では、VCO45の上限および下
限の周波数を制御したが、条件によっては上限または下
限の周波数だけを制御するようにしてもよい。
限の周波数を制御したが、条件によっては上限または下
限の周波数だけを制御するようにしてもよい。
また、上述した駆動中の急激な負荷変動や、制御回路へ
のノイズの混入などによる位相差Φの変化を考慮する必
要がない場合には、第3図に示すように、起動時の位相
差Φの変化だけを考慮した駆動周波数設定器40Aを用
いた駆動装置としてもよい。すなわち、起動時の周波数
FSをFLII<FS<FHlの範囲の周波数に設定し
、起動後、超音波モータ100の動作が安定したら、基
準位相差Φにと駆動時の位相差Φとの差(Φに一Φ)に
基づいて駆動周波数を制御する。
のノイズの混入などによる位相差Φの変化を考慮する必
要がない場合には、第3図に示すように、起動時の位相
差Φの変化だけを考慮した駆動周波数設定器40Aを用
いた駆動装置としてもよい。すなわち、起動時の周波数
FSをFLII<FS<FHlの範囲の周波数に設定し
、起動後、超音波モータ100の動作が安定したら、基
準位相差Φにと駆動時の位相差Φとの差(Φに一Φ)に
基づいて駆動周波数を制御する。
第3図は、起動周波数FSにより超音波モータ100を
起動するための駆動周波数設定器40Aの構成を示すブ
ロック図である。第2図および第4図に示す同様な機器
に対しては、同符合を付して相違点を中心に説明する。
起動するための駆動周波数設定器40Aの構成を示すブ
ロック図である。第2図および第4図に示す同様な機器
に対しては、同符合を付して相違点を中心に説明する。
誤差増幅器42と抵抗器43との間にマルチプレクサ4
7Aが設けられ、その端子Aには誤差増幅器42の出力
が接続され、端子Bには起動周波数FSを設定する起動
周波数設定器48が接続される。また、制御端子Cには
タイマ49の出力が接続される。マルチプレクサ47A
は、制御端子CがHiレベルのとき入力Aを選択し、L
Oレベルのとき入力Bを選択する。
7Aが設けられ、その端子Aには誤差増幅器42の出力
が接続され、端子Bには起動周波数FSを設定する起動
周波数設定器48が接続される。また、制御端子Cには
タイマ49の出力が接続される。マルチプレクサ47A
は、制御端子CがHiレベルのとき入力Aを選択し、L
Oレベルのとき入力Bを選択する。
タイマ49は、起動入力がLOレレベからHiレベルに
変化したとき、設定時間t1だけ遅れて出力をLoレベ
ルからH↓レベルにする。従って、起動時に起動入力が
LoレベルからHiレベルに変化したとき、マルチプレ
クサ47Aは設定時間L1だけ入力Bを選択し、設定時
間tl後に入力Aに切り換える。
変化したとき、設定時間t1だけ遅れて出力をLoレベ
ルからH↓レベルにする。従って、起動時に起動入力が
LoレベルからHiレベルに変化したとき、マルチプレ
クサ47Aは設定時間L1だけ入力Bを選択し、設定時
間tl後に入力Aに切り換える。
次に、動作を説明する。
起11時に起動入力がLoレベルからHiレベルに変化
しても、タイマ49の出力は設定時間t1の間Loレベ
ルのままであり、マルチプレクサ47Aは入力Bを選択
する。コンデンサ44は、マルチプレクサ47Aおよび
抵抗器43を介して、起動周波数設定器48により設定
された電圧で充電される。これによって、VCO45は
周波数FSの周波信号を移相器5に出力し、超音波モー
タ100は駆動周波数FSで起動される。
しても、タイマ49の出力は設定時間t1の間Loレベ
ルのままであり、マルチプレクサ47Aは入力Bを選択
する。コンデンサ44は、マルチプレクサ47Aおよび
抵抗器43を介して、起動周波数設定器48により設定
された電圧で充電される。これによって、VCO45は
周波数FSの周波信号を移相器5に出力し、超音波モー
タ100は駆動周波数FSで起動される。
起動入力がHiレベルになってから設定時間t1が経過
すると、タイマ49の出力がHiレベルになり、マルチ
プレクサ47Aは入力Aを選択する。これによって、誤
差増幅器42の出力がマルチプレクサ47Aおよび抵抗
器43を介してコンデンサ44に印加され、基準位相差
Φにと駆動時の位相差Φとの差(Φに一Φ)に基づいて
駆動周波数Fが制御される。
すると、タイマ49の出力がHiレベルになり、マルチ
プレクサ47Aは入力Aを選択する。これによって、誤
差増幅器42の出力がマルチプレクサ47Aおよび抵抗
器43を介してコンデンサ44に印加され、基準位相差
Φにと駆動時の位相差Φとの差(Φに一Φ)に基づいて
駆動周波数Fが制御される。
このように、超音波モータ100の起動時は、起動周波
数設定器48により設定された起動周波数FSで起動し
、起動後、超音波モータ100の動作が安定したら駆動
電圧とモニタ電圧との位相差Φに基づいて駆動周波数を
制御するようにしたので、起動時の超音波モータ100
の不安定動作に起因する位相差Φの変化の影響を受けず
、安定に超音波モータ100を起動することができる。
数設定器48により設定された起動周波数FSで起動し
、起動後、超音波モータ100の動作が安定したら駆動
電圧とモニタ電圧との位相差Φに基づいて駆動周波数を
制御するようにしたので、起動時の超音波モータ100
の不安定動作に起因する位相差Φの変化の影響を受けず
、安定に超音波モータ100を起動することができる。
なお、本出願人の実験によれば、超音波モータは起動し
てから1〜2ミリ秒後に動作状態が安定することが確認
された。従って、タイマ49の設定時間t1は2ミリ秒
より大きくすればよい。さらに精密に設定するときは、
使用する超音波モータを用いて実験を行ない、その結果
に基づいて設定時間t1を決定する。
てから1〜2ミリ秒後に動作状態が安定することが確認
された。従って、タイマ49の設定時間t1は2ミリ秒
より大きくすればよい。さらに精密に設定するときは、
使用する超音波モータを用いて実験を行ない、その結果
に基づいて設定時間t1を決定する。
また、起動時の駆動周波数FSを、超音波モータ100
の共振周波数FRよりも低い周波数に設定した場合には
、通常の駆動周波数範囲FDの駆動周波数に移行する起
動中に、共振周波数FRおよびその近傍の動作状態が不
安定となる駆動周波数領域を通過することになる。しか
し、本出願人の実験によれば、超音波モータの種類によ
って相違はあるものの、数ミリ秒以内の時間で共振周波
数領域を通過すれば、異音などの不具合が発生すること
なく、安定に起動できることが確認された。
の共振周波数FRよりも低い周波数に設定した場合には
、通常の駆動周波数範囲FDの駆動周波数に移行する起
動中に、共振周波数FRおよびその近傍の動作状態が不
安定となる駆動周波数領域を通過することになる。しか
し、本出願人の実験によれば、超音波モータの種類によ
って相違はあるものの、数ミリ秒以内の時間で共振周波
数領域を通過すれば、異音などの不具合が発生すること
なく、安定に起動できることが確認された。
従って、上述したように起動時の周波数FSをFLl<
FS<FHIの範囲に設定しても問題はない。
FS<FHIの範囲に設定しても問題はない。
以上の実施例の構成において、位相差検出器3が位相差
検出手段を、基準位相差設定器41が基準位相差設定手
段を、誤差増幅器42が制御手段を、VCO45が周波
信号発生手段を、周波数弁別器46およびマルチプレク
サ47が下限周波数制御手段および上限周波数制御手段
をそれぞれ構成する。
検出手段を、基準位相差設定器41が基準位相差設定手
段を、誤差増幅器42が制御手段を、VCO45が周波
信号発生手段を、周波数弁別器46およびマルチプレク
サ47が下限周波数制御手段および上限周波数制御手段
をそれぞれ構成する。
G0発明の詳細
な説明したように本発明によれば、VCOの出力周波数
範囲が超音波モータの通常の駆動周波数範囲を含む所定
の範囲となるように、その下限周波数、または上限周波
数、あるいは上下限周波数を制御するようにしたので、
起動時または駆動中に何らかの原因で位相差が変化して
も、超音波モータの駆動周波数が通常の駆動周波数範囲
から大きく逸脱することがなく、基準位相差に対する駆
動時の位相差の制御精度と制御応答性を確保しつつ、超
音波モータを安定に駆動することができる。
範囲が超音波モータの通常の駆動周波数範囲を含む所定
の範囲となるように、その下限周波数、または上限周波
数、あるいは上下限周波数を制御するようにしたので、
起動時または駆動中に何らかの原因で位相差が変化して
も、超音波モータの駆動周波数が通常の駆動周波数範囲
から大きく逸脱することがなく、基準位相差に対する駆
動時の位相差の制御精度と制御応答性を確保しつつ、超
音波モータを安定に駆動することができる。
第1図はクレーム対応図である。
第2図は一実施例の全体構成を示すブロック図、第3図
はその変形例を示す駆動周波数設定器のブロック図、第
4図は従来の駆動装置の全体構成を示すブロック図、第
5図は位相差検出器の詳細を示すブロック図、第6図は
位相差検出器の入出力特性を示す図、第7図は超音波モ
ータの駆動周波数に対する駆動速度および位相差の特性
を示す図である。 3:位相差検出器 40.40A:駆動周波数設定器 41:基準位相差設定器 42:誤差増幅器45:VC
O46:周波数弁別器 47.47A:マルチプレクサ 48:起動周波数設定器
はその変形例を示す駆動周波数設定器のブロック図、第
4図は従来の駆動装置の全体構成を示すブロック図、第
5図は位相差検出器の詳細を示すブロック図、第6図は
位相差検出器の入出力特性を示す図、第7図は超音波モ
ータの駆動周波数に対する駆動速度および位相差の特性
を示す図である。 3:位相差検出器 40.40A:駆動周波数設定器 41:基準位相差設定器 42:誤差増幅器45:VC
O46:周波数弁別器 47.47A:マルチプレクサ 48:起動周波数設定器
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)超音波モータの駆動電極に印加する高周波駆動電圧
波形と、弾性体の振動に応じた周波電圧を発生するモニ
タ電極の出力電圧波形との位相差であって、超音波モー
タの駆動周波数を変化させたときに振動特性を有する前
記位相差を検出する位相差検出手段と、 前記超音波モータの駆動力が最も大きくなる駆動周波数
を含む通常の駆動周波数範囲内の駆動周波数に対応した
基準位相差を設定する基準位相差設定手段と、 前記位相差検出手段により検出された前記位相差が、前
記基準位相差設定手段により設定された前記基準位相差
に一致するように制御する制御手段と、 前記制御手段の出力に応じた周波数の信号を発生して前
記超音波モータに印加する周波信号発生手段とを備えた
超音波モータの駆動装置において、前記通常の駆動周波
数範囲よりも低い側に駆動周波数を変化させたとき、前
記基準位相差設定手段により設定された位相差と同じ位
相差が得られる周波数よりも前記超音波モータの駆動周
波数が高くなるように、前記周波信号発生手段を制御す
る下限周波数制御手段を備えることを特徴とする超音波
モータの駆動装置。 2)超音波モータの駆動電極に印加する高周波駆動電圧
波形と、弾性体の振動に応じた周波電圧を発生するモニ
タ電極の出力電圧波形との位相差であって、超音波モー
タの駆動周波数を変化させたときに振動特性を有する前
記位相差を検出する位相差検出手段と、 前記超音波モータの駆動力が最も大きくなる駆動周波数
を含む通常の駆動周波数範囲内の駆動周波数に対応した
基準位相差を設定する基準位相差設定手段と、 前記位相差検出手段により検出された前記位相差が、前
記基準位相差設定手段により設定された前記基準位相差
に一致するように制御する制御手段と、 前記制御手段の出力に応じた周波数の信号を発生して前
記超音波モータに印加する周波信号発生手段とを備えた
超音波モータの駆動装置において、前記通常の駆動周波
数範囲よりも高い側に駆動周波数を変化させたとき、前
記基準位相差設定手段により設定された位相差と同じ位
相差が得られる周波数よりも前記超音波モータの駆動周
波数が低くなるように、前記周波信号発生手段を制御す
る上限周波数制御手段を備えることを特徴とする超音波
モータの駆動装置。 3)請求項1に記載の超音波モータの駆動装置において
、 前記通常の駆動周波数範囲よりも高い側に駆動周波数を
変化させたとき、前記基準位相差設定手段により設定さ
れた位相差と同じ位相差が得られる周波数よりも前記超
音波モータの駆動周波数が低くなるように、前記周波信
号発生手段を制御する上限周波数制御手段を備えること
を特徴とする超音波モータの駆動装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2332136A JPH04200282A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 超音波モータの駆動装置 |
US08/203,510 US5508579A (en) | 1990-11-29 | 1994-02-28 | Ultrasonic motor driving device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2332136A JPH04200282A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 超音波モータの駆動装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04200282A true JPH04200282A (ja) | 1992-07-21 |
Family
ID=18251547
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2332136A Pending JPH04200282A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 超音波モータの駆動装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5508579A (ja) |
JP (1) | JPH04200282A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013129609A1 (ja) * | 2012-02-28 | 2013-09-06 | 株式会社ニコン | 駆動装置、駆動方法及び光学機器 |
JP2013178396A (ja) * | 2012-02-28 | 2013-09-09 | Nikon Corp | カメラ |
JP2014131405A (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | Nikon Corp | 駆動装置及びレンズ鏡筒 |
JP2014131381A (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | Nikon Corp | 振動アクチュエータの駆動装置、駆動方法及び光学機器 |
JP2014153497A (ja) * | 2013-02-07 | 2014-08-25 | Nikon Corp | レンズ鏡筒 |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6411008B1 (en) * | 1919-09-11 | 2002-06-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Drive device for vibration type motor and image forming apparatus |
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