JPH04210787A - 超音波モータの駆動制御装置 - 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】

［０００１１

【産業上の利用分野］本発明は、超音波モータの駆動制
御装置に関する。 ［０００２］ 【従来の技術】近年、磁気発生がなく、小型でトルクが
大きいことから、超音波モータが各種の機器の駆動源と
して用いられている。 ［０００３］超音波モータは、図７に示すように、中心
に回転軸１を有する円板状の回転子２と、環状に配列さ
れた複数の圧電体３．〜３＝　、４ｒ〜４０．５および
圧電センサ６の上面に弾性体７が接着された固定子８と
によって構成されている。 ［０００４］圧電体３１〜３−．４ｔ〜４．は、極性が
互い違いとなるように並んでおり、図８に示すように、
左側の圧電体３１〜３．と右側の圧電体４１〜４．に対
して、圧電体の共振周波数に近い周波数で９０度位相が
異なる交流信号を電極９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂより
印加すると、圧電体３１〜３＝　、４＋〜４．は、円周
方向に屈曲振動し、左右の波が中間の圧電体５を介して
干渉し、図９に示すように、弾性体７の表面には、円周
方向に沿って進行する弾性波が生じる。 ［０００５］このため、弾性体７に上方から接している
回転子２は、弾性波の進行する方向と反対の方向に回転
駆動される。 ［０００６］なお、回転子２の回転速度は、弾性波の振
幅が大きい程、弾性波の進行速度に対する遅れが少なく
なり、弾性波の振幅は、図１０の特性Ａに示すように交
流信号の周波数が圧電体３、〜３＝　、４１〜４．の共
振周波数Ｆｏに近い程大きくなる。 ［０００７］したがって、超音波モータの対する交流信
号周波数を例えばＦ、からＦｂの範囲で可変すれば、モ
ータ回転速度もこの周波の可変に追従して変化すること
になる。 ［０００８］この超音波モータを定速駆動するためには
、回転子２にロータリエンコーダ等の回転速度検出器を
連結し、この検出信号と所望速度に対応した値とを比較
して、その比較結果に応じて、駆動周波数を所定の変化
率で可変し、モータ回転速度を目標速度に近づけるよう
にフィードバック制御すればよい。 ［０００９］

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
モータの共振特性は、周囲温度によって大きく変化し、
特に低温になると、図１０の常温での特性Ａは、Ｆｏよ
り高い共振周波数Ｆｏ’でカーブが急峻な特性Ｂのよう
に偏移してしまうため、周波数変化率を常温特性に合わ
せた場合、低温時におけるループ応答が著しく遅れてし
まう。 ［００１０１また、逆に低温特性に合わせた場合は、常
温時におけるループの応答特性が振動性のある不安定な
ものになってしまう。 ［００１１１本発明は、この課題を解決した超音波モー
タの駆動制御装置を提供することを目的としている。 ［００１２］

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
、本発明の超音波モータの駆動制御装置は、定速制御時
に交流信号の周波の変化率を、温度センサによって検出
される超音波モータの温度の高低に応じて切換制御する
ようにしている。 ［００１３］

【作用】したがって、温度に応じた周波変化率で超音波
モータに対応する定速制御がなされる。 ［００１４］

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。 ［００１５１図２は、一実施例の超音波モータの駆動制
御装置（以下、駆動制御装置と記す）２０の構成を示す
ブロック図である。 ［００１６１図２において、２１は、後述するＣＰＵ３
０からの出力データに対応した電圧を出力するＤＡ変換
器、２２は、ＤＡ変換器２１の出力電圧の変化に対して
逆方向に周波数変化する信号を発振出力するＶＣＯ（電
圧制御発振器）である。 ［００１７］２３は、ＶＣＯ２２からの出力信号を１／
４分周することにより、９０度位相の異なる交流信号を
発生する移相回路である。２４．２５は、移相回路２３
の出力を増幅して超音波モータＭの圧電体３１〜３９．
４、〜４、にそれぞれ印加するドライバである。 ［００１８］超音波モータの回転子２には、回転子２の
回転速度に比例した周波数のパルス信号を出力するロー
タリエンコーダ２６が連結されている。 ［００１９］２７は、超音波モータＭの温度に応じた信
号を出力する温度センサ、２８は、温度センサ２７の出
力を受け′、検出された温度の範囲に応じて図３に示す
２ビツトの温度データを出力するＡＤ変換器である。 ［００２０１２９は、超音波モータＭの定常速度（目標
速度）を設定するための速度設定器であり、超音波モー
タＭが目標速度で回転するときの、ロータリエンコーダ
２６のパルス周期Ｔが設定される。 ［００２１３ＣＰＵ３０は、図４に示すように、ＡＤ変
換器２８からの温度データに対応する係数値Ａ＋　−Ａ
４（ただし、Ｏ＜Ａｔ　＜Ａ２　＜Ａ３　＜Ａ４　）を
メモリ３１に記憶しており、起動信号が″′Ｈ゛ルベル
になると、そのときの温度データに対する係数値に基づ
いて、■ＣＯ２２の掃引を行なって超音波モータＭを起
動させる。 ［００２２］図１は、ＣＰＵ３０の起動処理および定速
処理を示すフローチャートであり、以下、このフローチ
ャートに従って、駆動制御装置２０の動作を説明する。 ［００２３］　ＣＰＵ３０に対して起動信号が“Ｈ゛レ
ベルなると、ＡＤ変換器２８からの温度データに対する
係数がＡｌ−Ａ４　のいずれかに決定される（ステップ
ｌ、２）。 ［００２４１次に、ＤＡ変換器２１に対する電圧データ
Ｄが初期値Ｄｏ　に設定される（ステップ３）。 ［００２５］このため、電圧データＤｏに対応した周波
数（例えば図１０のＦ。）の２相の交流信号が超音波モ
ータＭに印加される。 ［００２６］この交流信号の印加により、超音波モータ
Ｍが徐々に回転し、ロータリエンコーダ２６からは、周
期の長いパルス信号が出力され、その周期ｔが測定され
る（ステップ４）。 ［００２７］次に、測定された周期ｔから、予め速度設
定器２９に設定された周期Ｔを減算した値に係数Ａを乗
算した値だけ、電圧データＤが増加され、新たな電圧デ
ータＤ＋Ａ　（ｔ−Ｔ）に対応したＦ。より低い周波数
の交流信号による駆動がなされる。　（ステップ５）。 ［００２８］次に２つの周期ｔ、　Ｔの大小比較がなさ
れ、ロータリエンコーダ２６の出力パルスの周期が、設
定された周期Ｔより長いときは、ステップ４に戻る（ス
テップ６）。以下、ロータリエンコーダ２６の出力パル
スの周期ｔが設定周期より短かくなる、即ち、超音波モ
ータＭの回転速度が目標速度に達するまでは、同様の処
理（ステップ４〜６）がなされる。 ［００２９］このとき、電圧データの毎回の変化幅、即
ち、交流信号の周波数の変化幅は、温度に対応した係数
Ａが小さい程少なくなるため、低温時に起動された場合
の周波数掃引速度は高温時より遅くなり、モータ動作は
この駆動に遅れることなく、確実に起動がなされる。

【００３０】このようにして、超音波モータＭが目標速
度まで起動されると、ＣＰＵ３０は、定速制御処理に移
行する。 ［００３１１起動処理後には、所定時間Ｔ、のタイマが
スタートし、起動信号のレベル判定が行なわれ、Ｈ”レ
ベルのままであれば、ロータリエンコーダ２６の出力パ
ルスの周期ｔが測定され、測定された周期ｔと設定周期
との大小比較がなされる（ステップ７〜１０）。 ［００３２］ここで、ｔ＜Ｔであれば、回転速度が目標
速度より速いと判断されて、電圧データがＡ−Ｐだけ減
算更新され（Ｐは定数）、交流信号の周波数が高くなる
（ステップ１１）。また、ｔ＜Ｔであれば、回転速度が
目標速度より遅いと判断され、電圧データＡ−Ｐだけ加
算更新され、交流信号の周波数が低くなる（ステップ１
２）。 ［００３３］この周波数可変がなされた後、タイムアツ
プの判定がなされ、Ｔ１時間が経過していなければステ
ップ８へ戻り、タイムアツプしていれば、温度データが
変化したか否かの判定がなされる　（ステップ１３．１
４）。温度データが変化している場合は、その温度デー
タに対応した係数に切換えられ（周波数変化率切換手段
）、再びタイマが起動される（ステップ１５）。 ［００３４］したがって、この定速制御中に、温度が上
昇して温度データが変化すると、超音波モータに対する
交流信号の周波数変化率も大きくなり、この超音波モー
タの回転速度は、温度によらずほぼ一定した変化率で安
定に定速制御されることになる。 ［００３５］

【他の実施例】なお、前記実施例では、ロータリエンコ
ーダ２６の出力パルスの周期を測定して、ＣＰＵ３０に
よる速度制御を行なっていたが、アナログ式の制御部を
有する駆動制御装置についても本発明を適用できる。 ［００３６１図６は、本発明をアナログ式の制御回路３
５に適用した場合を示す回路図である。この制御回路３
５では、ロータリエンコーダ２６の出力パルスに同期し
た所定幅のパルスをワンショットマルチ回路３６から出
力させ、この出力を積分回路３７で積分することにより
、周波数電圧変換を行ない、この変換出力Ｖ、と、可変
抵抗器３８からの基準電圧Ｖｒとをアナログ加算器３９
で加算した電圧ＶｏでＶＣＯ２２の発振周波数を制御す
るように構成されており、超音波モータＭの回転速度が
、目標速度（基準電圧Ｖ、に対応している）より速い場
合は、ＶＣＯ２２の発振周波数を高くし、逆に遅い場合
は、ＶＣＯ２２の発振周波数を低くして、常に目標速度
に近づける。 ［００３７］アナログ加算器３９の入出力間に設けられ
たコンデンサＣ＋　、　Ｃ２、Ｃ３は、ＶＣＯ２２の入
力電圧Ｖｏ　に対する出力の応答速度を決めるためのコ
ンデンサで、前記実施例の係数Ａ１〜Ａ、に相当する（
ただし、ＣＩ　＜ｃ＝　＜Ｃ３）。 ［００３８］コンデンサＣ２、Ｃ３の接続は、ＡＤ変換
器２８からの温度データの°“０゛°でオンするスイッ
チ４０．４１によってなされ、図７に示すように、低温
になる程、並列容量が大きくなるように接続される。 ［００３９］したがって、例えば、−２０度の低温時の
場合、基準電圧■１のみがアナログ加算器３９に加えら
れ、その出力は、ＣＩ　＋Ｃ２＋Ｃ３の容量による遅い
応答速度でゆっくりと変化するため、超音波モータＭは
、周波数変化率の小さな交流信号で定速制御される。 ［００４０１また、前記実施例では、温度変化を所定時
間毎に検出するようにしていたが、回転周期の測定毎に
温度変化があったか否かを検出するようにしてもよい。 ［００４１１ 【発明の効果］以上説明したように、本発明の超音波モ
ータの駆動制御装置は、超音波モータに印加する交流信
号の定速制御時における周波数の変化率を、温度センサ
で検出されたモータの温度の高低に応じて切換えできる
ようにしたので、超音波モータの回転速度を、温度に関
係なく常にほぼ一定した変化率で安定に定速制御できる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の処理手順を示すフローチャ
ートである。

【図２】一実施例の構成を示すブロック図である。

【図３】一実施例の要部の動作を説明するための対応図
である。

【図４】一実施例の要部の動作を説明するための対応図
である。

【図５】本発明の他の実施例の制御部を示す回路図であ
る。

【図６】図５の実施例の要部の動作を説明するための対
応図である。

【図７】超音波モータの構成を示す概略斜視図である。

【図８】超音波モータの要部の正面図である。

【図９】超音波モータの動作を説明するための概略図で
ある。

【図１０】超音波モータの駆動周波数に対する弾性波振
幅の特性を示す図である。

【符号の説明】

２０　超音波モータの駆動制御装置 ２２　　ＶＣＯ ２３移相回路 ２６　ロータリエンコーダ ２７　温度センサ ２９　速度設定器 ３０　　ＣＰＵ Ｍ　　超音波モータ

【図７】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波モータに印加する交流信号の周波数
   を、該超音波モータの回転子に連結された回転検出器か
   らの信号に応じて所定変化率で可変し、該超音波モータ
   の回転速度を目標速度に常に近づける方向に定速制御す
   る超音波モータの駆動制御装置において、前記超音波モ
   ータの温度を検出する温度センサと、前記定速制御時の
   交流信号の周波数の変化率を、前記温度センサによって
   検出される前記超音波モータの温度の高低に応じて切換
   える周波数変化率切換手段とを備えたことを特徴とする
   超音波モータの駆動制御装置。