JPH04275075A - 超音波モータの駆動方式 - Google Patents
超音波モータの駆動方式Info
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- JPH04275075A JPH04275075A JP3037007A JP3700791A JPH04275075A JP H04275075 A JPH04275075 A JP H04275075A JP 3037007 A JP3037007 A JP 3037007A JP 3700791 A JP3700791 A JP 3700791A JP H04275075 A JPH04275075 A JP H04275075A
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- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 33
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
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
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波モータの駆動方式
に関し、特に縦・捩り複合振動子をステータとして用い
る超音波モータの駆動方式に関する。
に関し、特に縦・捩り複合振動子をステータとして用い
る超音波モータの駆動方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波モータは、超音波である高周波の
電圧を印加して駆動されるものである。進行波形あるい
は縦・捩り複合振動子を用いた定在波形超音波モータは
、実用化を目指した研究開発が行われており、これに伴
なって、駆動電源の研究開発も活発になってきた。
電圧を印加して駆動されるものである。進行波形あるい
は縦・捩り複合振動子を用いた定在波形超音波モータは
、実用化を目指した研究開発が行われており、これに伴
なって、駆動電源の研究開発も活発になってきた。
【０００３】超音波モータは、加わる外力や温度等の使
用環境の変化によって、最適駆動周波数が変化する。こ
のような最適駆動周波数の変化は、進行波形あるいは定
在波形のいずれのモータでも発生する。
用環境の変化によって、最適駆動周波数が変化する。こ
のような最適駆動周波数の変化は、進行波形あるいは定
在波形のいずれのモータでも発生する。
【０００４】従来の超音波モータの駆動方式は、最適駆
動周波数の変化を追尾してこれに対応して駆動周波数を
変化させる周波数追尾方式の駆動回路であった。
動周波数の変化を追尾してこれに対応して駆動周波数を
変化させる周波数追尾方式の駆動回路であった。
【０００５】周知のように、縦・捩り複合振動子を用い
た定在波形超音波モータは、縦と捩りのそれぞれの振動
が９０度の位相差であるとき、ステータに励振された捩
り振動がロータに最も効率よく伝達される。したがって
、セラミックの圧電素子である縦と捩りのそれぞれの振
動励振用の振動子に印加する電圧（以下励振電圧）は、
各圧電素子の電気的インピーダンスが異るために９０度
の位相差であるとは限らないが、各振動子の振動の位相
差が９０度となるような適切な位相差の印加電圧が与え
られる。しかしながら、この励振電圧の位相差は、駆動
周波数と同様に超音波モータに加わる外力や温度等の使
用環境の変化によって変化する。
た定在波形超音波モータは、縦と捩りのそれぞれの振動
が９０度の位相差であるとき、ステータに励振された捩
り振動がロータに最も効率よく伝達される。したがって
、セラミックの圧電素子である縦と捩りのそれぞれの振
動励振用の振動子に印加する電圧（以下励振電圧）は、
各圧電素子の電気的インピーダンスが異るために９０度
の位相差であるとは限らないが、各振動子の振動の位相
差が９０度となるような適切な位相差の印加電圧が与え
られる。しかしながら、この励振電圧の位相差は、駆動
周波数と同様に超音波モータに加わる外力や温度等の使
用環境の変化によって変化する。
【０００６】図２は、縦・捩り複合振動子を用いた定在
波形超音波モータの縦と捩りのそれぞれの励振電圧間の
位相差を変化させ、捩り励振電圧と電流の位相差とその
電流値およびそのときのロータの回転数の関係の一例を
示したものである。図３は、同様に縦と捩りの励振電圧
間の位相差に対する、縦励振電圧と電流の位相差とその
電流値およびそのときのロータの回転数の関係の一例を
示したものである。
波形超音波モータの縦と捩りのそれぞれの励振電圧間の
位相差を変化させ、捩り励振電圧と電流の位相差とその
電流値およびそのときのロータの回転数の関係の一例を
示したものである。図３は、同様に縦と捩りの励振電圧
間の位相差に対する、縦励振電圧と電流の位相差とその
電流値およびそのときのロータの回転数の関係の一例を
示したものである。
【０００７】これより、縦励振電圧と電流との位相差は
全く変化しないことが分かる。一方、捩り励振電圧と電
流の位相差は縦と捩りの両方の励振電圧間の位相差の変
化とともに変化する。また、捩り励振電圧と電流の位相
差と回転数の変化とは極めてよく対応して変化すること
が明らかである。すなわち、回転数が最大のとき、捩り
励振電圧と電流の位相差が最小となり、回転数が最小の
とき、位相差が最大となるというものであった。
全く変化しないことが分かる。一方、捩り励振電圧と電
流の位相差は縦と捩りの両方の励振電圧間の位相差の変
化とともに変化する。また、捩り励振電圧と電流の位相
差と回転数の変化とは極めてよく対応して変化すること
が明らかである。すなわち、回転数が最大のとき、捩り
励振電圧と電流の位相差が最小となり、回転数が最小の
とき、位相差が最大となるというものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の超音波
モータの駆動方式は、最適駆動周波数の変化を追尾して
駆動周波数を変化させるもであるが、駆動周波数と同様
に、超音波モータに加わる外力や温度等の使用環境の変
化によって変化する縦と捩りのそれぞれの励振電圧の最
適な位相差に対する対策がないという欠点があった。し
たがって、常に、最適の駆動条件で動作するとは限らな
いという欠点があった。
モータの駆動方式は、最適駆動周波数の変化を追尾して
駆動周波数を変化させるもであるが、駆動周波数と同様
に、超音波モータに加わる外力や温度等の使用環境の変
化によって変化する縦と捩りのそれぞれの励振電圧の最
適な位相差に対する対策がないという欠点があった。し
たがって、常に、最適の駆動条件で動作するとは限らな
いという欠点があった。
【０００９】本発明の目的は、縦と捩りのそれぞれの励
振電圧間の最適位相差の変化を追尾して、安定な動作を
する超音波モータの駆動方式を提供することにある。
振電圧間の最適位相差の変化を追尾して、安定な動作を
する超音波モータの駆動方式を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】超音波周波数である高周
波の電圧により励振され縦振動を発生する第一の圧電素
子と、捩り振動を発生する第二の圧電素子とを有する縦
・捩り複合振動子をステータとして用いる超音波モータ
の駆動方式において、前記第二の圧電素子の印加電圧と
電流との位相差を検出する電圧電流位相差検出回路と、
前記電圧電流位相差検出回路で検出した前記位相差が極
小値となるように前記第一および第二の圧電素子との間
の印加電圧の位相を調整する移相回路とを備えるもので
ある。
波の電圧により励振され縦振動を発生する第一の圧電素
子と、捩り振動を発生する第二の圧電素子とを有する縦
・捩り複合振動子をステータとして用いる超音波モータ
の駆動方式において、前記第二の圧電素子の印加電圧と
電流との位相差を検出する電圧電流位相差検出回路と、
前記電圧電流位相差検出回路で検出した前記位相差が極
小値となるように前記第一および第二の圧電素子との間
の印加電圧の位相を調整する移相回路とを備えるもので
ある。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１２】図１は本発明の超音波モータの駆動方式の
一実施例を示すブロック図である。
一実施例を示すブロック図である。
【００１３】本実施例の超音波モータの駆動方式は、図
１に示すように、縦振動励振用圧電素子１１と捩れ振動
励振用圧電素子１２とを有する超音波モータ１と、高周
波発振器２と、移相回路３と、増幅器４，７と、電圧電
流位相検出回路５と、位相演算帰還回路６とを備えて構
成される。
１に示すように、縦振動励振用圧電素子１１と捩れ振動
励振用圧電素子１２とを有する超音波モータ１と、高周
波発振器２と、移相回路３と、増幅器４，７と、電圧電
流位相検出回路５と、位相演算帰還回路６とを備えて構
成される。
【００１４】次に、本実施例の動作について説明する。
【００１５】まず、高周波発振器２は超音波周波数の高
周波を発振し、増幅器７と、移相回路３とに入力する。
周波を発振し、増幅器７と、移相回路３とに入力する。
【００１６】増幅器７の出力は、超音波モータ１の縦振
動励振用圧電素子１１に縦励振電圧として印加されこれ
を駆動する。一方、移相回路３の出力は増幅器４に印加
され、さらに、増幅器４の出力は電圧電流位相検出回路
５を介して捩れ振動励振用圧電素子１２に捩れ励振電圧
として印加されてこれを駆動する。電圧電流位相検出回
路５は捩れ振動励振用圧電素子１２に印加する捩れ励振
電圧の電流に対する位相差を検出し、位相演算帰還回路
６により検出した位相差が極小になるように移相回路３
の出力の位相を調整する。ここで、位相演算帰還回路６
は、電圧電流位相検出回路５で検出した位相差を電圧に
変換する演算機能と、変換した電圧が最小となるように
移相回路３の出力の位相を変更する位相調整機能を有す
るものである。
動励振用圧電素子１１に縦励振電圧として印加されこれ
を駆動する。一方、移相回路３の出力は増幅器４に印加
され、さらに、増幅器４の出力は電圧電流位相検出回路
５を介して捩れ振動励振用圧電素子１２に捩れ励振電圧
として印加されてこれを駆動する。電圧電流位相検出回
路５は捩れ振動励振用圧電素子１２に印加する捩れ励振
電圧の電流に対する位相差を検出し、位相演算帰還回路
６により検出した位相差が極小になるように移相回路３
の出力の位相を調整する。ここで、位相演算帰還回路６
は、電圧電流位相検出回路５で検出した位相差を電圧に
変換する演算機能と、変換した電圧が最小となるように
移相回路３の出力の位相を変更する位相調整機能を有す
るものである。
【００１７】本実施例の動作の一例を以下に数値により
示す。
示す。
【００１８】最適駆動周波数が３２．６ＫＨｚ、縦およ
び捩り励振電圧の最適位相差φ０が４０度の縦・捩り複
合振動子を用いた定在波形超音波モータ１の縦および捩
り励振電圧ともに４０Ｖｒｍｓを印加する。まず、超音
波モータ１を最適駆動周波数の変化に対して周波数追尾
を行なう周波数追尾形の駆動回路で連続駆動する。この
とき、捩り励振電圧の電流との位相差θ１の調整により
超音波モータ１の回転数を安定に維持できることを確認
するため位相演算帰還回路６は切離され、すなわち、位
相についてはオープンループ駆動となっている。この条
件で、駆動開始直後の回転数Ｎは５００ｒｐｍであり、
５時間後にＮは３５０ｒｐｍに低下する。電圧電流位相
検出回路５の代りに、オシロスコープによる計測により
、手動で捩り励振電圧の電流との位相差θ１を零になる
ように移相回路３を調整した結果Ｎは５１０ｒｐｍとほ
ぼ駆動直後の回転数まで上昇する。次に、この状態で温
度が６０℃の雰囲気中に２時間放置したときＮは４１０
ｒｐｍに低下するが、上記と同様に調整してＮが４９５
ｒｐｍに回復する。次に、切離してあった位相演算帰還
回路６を正常に接続し、同様に駆動すると、回転数Ｎが
４８０ｒｐｍから５１５ｒｐｍの範囲で連続駆動するこ
とができるという成果が得られている。
び捩り励振電圧の最適位相差φ０が４０度の縦・捩り複
合振動子を用いた定在波形超音波モータ１の縦および捩
り励振電圧ともに４０Ｖｒｍｓを印加する。まず、超音
波モータ１を最適駆動周波数の変化に対して周波数追尾
を行なう周波数追尾形の駆動回路で連続駆動する。この
とき、捩り励振電圧の電流との位相差θ１の調整により
超音波モータ１の回転数を安定に維持できることを確認
するため位相演算帰還回路６は切離され、すなわち、位
相についてはオープンループ駆動となっている。この条
件で、駆動開始直後の回転数Ｎは５００ｒｐｍであり、
５時間後にＮは３５０ｒｐｍに低下する。電圧電流位相
検出回路５の代りに、オシロスコープによる計測により
、手動で捩り励振電圧の電流との位相差θ１を零になる
ように移相回路３を調整した結果Ｎは５１０ｒｐｍとほ
ぼ駆動直後の回転数まで上昇する。次に、この状態で温
度が６０℃の雰囲気中に２時間放置したときＮは４１０
ｒｐｍに低下するが、上記と同様に調整してＮが４９５
ｒｐｍに回復する。次に、切離してあった位相演算帰還
回路６を正常に接続し、同様に駆動すると、回転数Ｎが
４８０ｒｐｍから５１５ｒｐｍの範囲で連続駆動するこ
とができるという成果が得られている。
【００１９】以上述べたように、本実施例では、捩り励
振電圧の電流との位相差を極小にするよう追尾すること
により超音波モータの回転数を安定に維持できることに
なる。
振電圧の電流との位相差を極小にするよう追尾すること
により超音波モータの回転数を安定に維持できることに
なる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波モ
ータの駆動方式は、捩り振動用の圧電素子の印加電圧と
電流との位相差を検出する電圧電流位相差検出回路と、
この位相差が極小値となるように縦振動用および捩り振
動用の圧電素子との間の印加電圧の位相を調整する移相
回路とを備えることにより、外力や温度等の使用環境の
変化が発生しても回転数を安定に維持するよう駆動でき
るという効果がある。
ータの駆動方式は、捩り振動用の圧電素子の印加電圧と
電流との位相差を検出する電圧電流位相差検出回路と、
この位相差が極小値となるように縦振動用および捩り振
動用の圧電素子との間の印加電圧の位相を調整する移相
回路とを備えることにより、外力や温度等の使用環境の
変化が発生しても回転数を安定に維持するよう駆動でき
るという効果がある。
【図１】本発明の超音波モータの駆動方式の一実施例を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２】縦・捩り複合振動子を用いる超音波モータにお
ける縦と捩りの励振電圧間の位相差に対する捩り励振電
圧と電流の位相差とその電流値および回転数の関係の一
例を示す図である。
ける縦と捩りの励振電圧間の位相差に対する捩り励振電
圧と電流の位相差とその電流値および回転数の関係の一
例を示す図である。
【図３】縦・捩り複合振動子を用いる超音波モータにお
ける縦と捩りの励振電圧間の位相差に対する縦励振電圧
と電流の位相差とその電流値および回転数の関係の一例
を示す図である。
ける縦と捩りの励振電圧間の位相差に対する縦励振電圧
と電流の位相差とその電流値および回転数の関係の一例
を示す図である。
１ 超音波モータ
２ 高周波発振器
３ 移相回路
４，７ 増幅器
５ 電圧電流位相検出回路
６ 位相演算帰還回路
１１ 縦振動励振用圧電素子
１２ 捩り振動励振用圧電素子
Claims (1)
- 【請求項１】 超音波周波数である高周波の電圧によ
り励振され縦振動を発生する第一の圧電素子と、捩り振
動を発生する第二の圧電素子とを有する縦・捩り複合振
動子をステータとして用いる超音波モータの駆動方式に
おいて、前記第二の圧電素子の印加電圧と電流との位相
差を検出する電圧電流位相差検出回路と、前記電圧電流
位相差検出回路で検出した前記位相差が極小値となるよ
うに前記第一および第二の圧電素子との間の印加電圧の
位相を調整する移相回路とを備えることを特徴とする超
音波モータの駆動方式。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3037007A JP2737420B2 (ja) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | 超音波モータの駆動方式 |
| US07/841,551 US5192889A (en) | 1991-03-04 | 1992-02-26 | Ultrasonic motor driver |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3037007A JP2737420B2 (ja) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | 超音波モータの駆動方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04275075A true JPH04275075A (ja) | 1992-09-30 |
| JP2737420B2 JP2737420B2 (ja) | 1998-04-08 |
Family
ID=12485640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3037007A Expired - Fee Related JP2737420B2 (ja) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | 超音波モータの駆動方式 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5192889A (ja) |
| JP (1) | JP2737420B2 (ja) |
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| WO2008140347A1 (fr) * | 2007-05-11 | 2008-11-20 | Zakrytoe Akcionernoe Obshestvo 'nacionalnaya Tehnologicheskaya Gruppa' | Dispositif pour exciter et stabiliser automatiquement des oscillations par résonance de systèmes ultrasoniques |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2088234C (en) * | 1992-01-29 | 1999-09-14 | Akio Atsuta | A vibration driven motor or actuator |
| DE4400210A1 (de) * | 1994-01-05 | 1995-08-10 | Branson Ultraschall | Verfahren und Einrichtung zum Betrieb eines Generators zur HF-Energieversorgung eines Ultraschallwandlers |
| JP3165315B2 (ja) * | 1994-02-18 | 2001-05-14 | アスモ株式会社 | 超音波モータの駆動回路 |
| JPH08116685A (ja) * | 1994-10-17 | 1996-05-07 | Canon Inc | 振動波モータ |
| MY120661A (en) * | 1994-11-18 | 2005-11-30 | Sony Corp | Method and apparatus for control of a supersonic motor |
| JPH0984365A (ja) * | 1995-09-18 | 1997-03-28 | Canon Inc | 振動型アクチュエーター装置 |
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| DE19935768C2 (de) * | 1999-07-23 | 2003-10-09 | Auergesellschaft Gmbh | Piezoelektrischer akustischer Alarmgeber |
| DE10158584A1 (de) * | 2001-11-29 | 2003-07-03 | Philips Intellectual Property | Piezoelektrische Antriebsvorrichtung und ein Regelverfahren für eine piezoelektrische Antriebsvorrichtung |
| CN103607137B (zh) * | 2013-11-08 | 2016-01-20 | 南京航空航天大学 | 一种用于行波型旋转超声电机两相频率一致性修复的装置 |
| EP4134023A1 (en) | 2013-11-14 | 2023-02-15 | Gyrus ACMI, Inc., d.b.a. Olympus Surgical Technologies America | Feedback dependent lithotripsy energy delivery |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4713571A (en) * | 1986-01-23 | 1987-12-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving circuit of a vibration wave motor |
| US4794294A (en) * | 1986-06-12 | 1988-12-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave motor |
| JPH078153B2 (ja) * | 1986-07-14 | 1995-01-30 | キヤノン株式会社 | 振動波モーター装置 |
| US4888514A (en) * | 1987-10-16 | 1989-12-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Driving apparatus for ultrasonic motor |
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-
1991
- 1991-03-04 JP JP3037007A patent/JP2737420B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-02-26 US US07/841,551 patent/US5192889A/en not_active Expired - Lifetime
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| EA014548B1 (ru) * | 2007-05-11 | 2010-12-30 | Закрытое Акционерное Общество "Национальная Технологическая Группа" | Устройство для возбуждения и автоматической стабилизации резонансных колебаний ультразвуковых систем |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2737420B2 (ja) | 1998-04-08 |
| US5192889A (en) | 1993-03-09 |
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