JPH04251582A - 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】

【０００１】

【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６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３１　〜３ｎ　、４１　〜４ｎ　、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　〜３ｎ　、４１　〜４ｎ　は
、極性が互い違いとなるように並んでおり、図７に示す
ように、左側の圧電体３１　〜３ｎ　と右側の圧電体４
１　〜４ｎ　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、１
０ａ、１０ｂより印加すると、圧電体３１　〜３ｎ　、
４１　〜４ｎ　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８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、弾性波の振幅は、図９の特性Ｅに示
すように交流信号の周波数が圧電体３１　〜３ｎ　、４
１　〜４ｎ　の共振周波数Ｆｏ　に近い程大きくなり、
これに追従して回転子２の回転速度も速くなる。また、
圧電センサ６は、この弾性波に対応した信号を出力する
。

【０００７】したがって、超音波モータに対する交流信
号周波数を例えばＦａからＦｂ　の範囲で可変すれば、
モータ回転速度もこの周波数の可変に追従して変化する
ことになる。

【０００８】このような特性を有する超音波モータに、
いきなり目標回転速度に対応した周波数の信号を印加す
ると、モータ寿命を著しく短くしてしまうため、従来の
駆動制御装置では、交流信号の周波数を、共振周波数Ｆ
ｏ　よりかなり高い周波数Ｆｓ　から所定の掃引速度で
共振周波数方向に掃引して、低回転速度から目標回転速
度へ起動するようにしている。

【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９の常温での特性Ｅは、より高い
共振周波数Ｆｏ　′を有する特性Ｇのように偏移するた
め、低温時にいきなり共振周波数に近い交流信号が印加
されるのを避けるため、起動時の周波数を、予め低温時
の特性の低回転域に設定しなければならない。このため
に、目標回転速度に達するまでの時間が、常温時に著し
く長くなってしまうという問題がある。

【００１０】これを解決するために、掃引速度を速くす
ることも考えられるが、低回転域（図９の共振特性でＫ
より下の傾きの小さい回転域）に比べて、低回転域を越
えた回転域のモータ応答速度（周波数変化に対する回転
速度の追従性）が遅いため、この応答の遅い回転域に対
応した速度での掃引が限界であった。

【００１１】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、超音波モー
タの温度を検出する温度センサと、起動時における掃引
開始周波数を、温度センサからの信号に応じて選択する
掃引開始周波数選択手段とを備えている。

【００１３】

【作用】したがって、起動時の超音波モータの温度に応
じた周波数から交流信号の掃引が開始される。

【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。図１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。

【００１５】図１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。

【００１６】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　〜３ｎ
　、４１　〜４ｎ　にそれぞれ印加するドライバである
。

【００１７】２６は超音波モータＭの温度に対応した信
号を出力する温度センサ、２７は、温度センサ２６から
の信号に対応した温度範囲に応じて、図２に示すような
２ビットの温度データを出力するＡＤ変換器である。

【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２８が連結されている。

【００１９】２９は、超音波モータＭの目標速度を設定
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２８のパルス
周期Ｔが設定される。

【００２０】ＣＰＵ３０は、外部からの起動信号を受け
ると、ＡＤ変換器２７、ロータリエンコーダ２８および
速度設定器２９からの信号に基づく起動処理と定速処理
とを、メモリ３１に記憶された処理手順に従って行う。

【００２１】このメモリ３１には、図３に示すように、
温度データに対応した初期電圧データＤ１　〜Ｄ４　が
記憶されている。この初期電圧データＤ１　〜Ｄ４　は
、図４に示される各温度における超音波モータＭの周波
数対回転速度の特性に対して、最適な掃引開始周波数Ｆ
１〜Ｆ４　を与える値にそれぞれ設定されている。

【００２２】図５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に対する起動信号がＨレベルに
なると、初期電圧データＤ１　〜Ｄ４　の中から、温度
データに対応した値が初期データＤｓ　として選択され
、ＤＡ変換器２１に出力される。（ステップ１、２）。

【００２４】このため、初期データＤｓ　に対応した掃
引開始周波数（Ｆ１　〜Ｆ４　のいずれか）の２相の交
流信号が超音波モータＭに印加される。

【００２５】この交流信号の印加により、超音波モータ
Ｍは低速で回転駆動され、ロータリエンコーダ２８から
は、この回転速度に比例した周波数のパルス信号が出力
される。

【００２６】ＣＰＵ３０は、ロータリエンコーダ２８の
パルス周期ｔが速度設定器２９に設定された周期Ｔに達
するまで、電圧データをＡずつ連続的に加算更新する（
ステップ３〜５）。

【００２７】この加算更新処理によって、超音波モータ
Ｍに対する交流信号の周波数は、起動時の温度に対応し
た最適な掃引開始周波数から目標周波数まで、速やかに
掃引されることになる。

【００２８】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は定速処理に移行する
。

【００２９】起動処理後には、ロータリエンコーダ２８
のパルスの周期ｔが測定され、測定された周期ｔと設定
周期Ｔとの大小比較がなされる（ステップ６、７）。

【００３０】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Ｂだけ減算更
新され、交流信号の周波数が高くなる（ステップ８）。 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、電圧データがＢ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９）。

【００３１】以後は、この定速処理が継続し、超音波モ
ータＭの回転速度は、常に目標回転速度に維持されるこ
とになる。

【００３２】

【他の実施例】なお、前記実施例では、ＣＰＵ３０によ
る電圧データの連続更新によって掃引制御を行なってい
たが、これは本発明を限定するものではなく、例えば、
コンデンサを定電流で充電あるいは放電することによっ
て得られる三角波状の掃引電圧をＶＣＯ２２に入力して
、交流信号の周波数を掃引している場合は、温度データ
に応じて、ＶＣＯ２２の発振周波数を決定している定数
（コンデンサ等）を切り換えて、掃引開始周波数を選択
するようにしてもよい。

【００３３】

【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
号の起動時における掃引開始周波数を、超音波モータの
温度に応じて選択できるようにしたので、温度に対して
最適な掃引開始周波数から掃引することができ、温度の
高低によらず、目標回転速度まで速やかに起動させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】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３】一実施例の要部のメモリ対応図である。

【図４】超音波モータの各温度における周波数対回転速
度の特性を示す図である。

【図５】一実施例の要部の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図６】超音波モータの構成を示す概略斜視図である。

【図７】超音波モータの要部の正面図である。

【図８】超音波モータの動作を説明するための概略図で
ある。

【図９】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　　温度センサ ２７　　ＡＤ変換器 ２８　　ロータリエンコーダ ２９　　速度設定器 ３０　　ＣＰＵ Ｍ　　　　超音波モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　超音波モータの圧電体に印加する交流
   信号の周波数を、前記圧電体の共振周波数方向に掃引し
   て、前記超音波モータを目標回転速度まで起動する超音
   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、起動時における前記交流
   信号の掃引開始周波数を、前記温度センサからの信号に
   応じて選択する掃引開始周波数選択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。