JPH0467784A - 超音波モータの駆動方法 - Google Patents

超音波モータの駆動方法

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JPH0467784A
JPH0467784A JP2175358A JP17535890A JPH0467784A JP H0467784 A JPH0467784 A JP H0467784A JP 2175358 A JP2175358 A JP 2175358A JP 17535890 A JP17535890 A JP 17535890A JP H0467784 A JPH0467784 A JP H0467784A
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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］ この発明は、超音波モータを効率良（駆動させるために
、圧電素子に印加させる駆動信号を制御する超音波モー
タの駆動方法に関する。
［従来の技術］ 超音波モータには、ステータに設けた圧電素子を２つに
区分し、それぞれの圧電素子に位相の異なる高周波電圧
を印加してステータの表面に進行波を生じさせ、ステー
タに圧接したロータを駆動させるものがある。
この様な超音波モータを駆動するには、その駆動周波数
を共振周波数に一致させる必要があるとされている。更
に、この共振周波数は、温度等の環境の変化やモータの
出力軸にかかる負荷等によって変動するので、安定した
状態で超音波モータを駆動するために、第７図に示す自
動追尾回路を使用した駆動方法がある（特開昭６２−２
０３５７５号公報）。
従来の自動追尾回路を使用した駆動方法は、ステータに
設けた圧電素子２１の一部にモニタ電極２２を設け、圧
電素子２１の励振によって生ずるモニタ電圧を平滑回路
２３で直流成分のみにし、この信号と比較器２４に予め
設定した基準電気信号とを比較して、所定の電圧値にな
るように電圧制御発振器（■・Ｃ・０）２５で入力電源
周波数を制御し、移相器（Ｐ・５）２６　、電力増幅器
２７とを介して圧電素子２１の電極に適当な高電圧を印
加させる回路構成で、超音波モータを駆動させている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、モータの出力と駆動周波数との関係が第
３図に示す様に成るので、従来の自動追尾回路を備えた
駆動回路では、高出力を得ようとするには基準電気信号
を高く設定すれば良いが、温度、負荷等の条件により異
音発生の境界周波数が変化するため、異音を発生するこ
とが多（なる。又、温度、負荷のすべての条件に対して
異音を発生させない様にするには基準電気信号を十分低
い値に設定する必要がある。しかし、この場合には高出
力が得られない。この様に高出力な駆動と異音を発生さ
せないことは背反な関係にあり両方を成立させることが
できないという問題がある。
この発明は、これらの問題を解決するために成されたも
ので、異音の発生を防止するとともに、モータの最大出
力を常に安定した状態で引き出せるようにした超音波モ
ータの駆動方法を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ この発明の超音波モータの駆動方法は、リング状のステ
ータに２区分して設けた圧電素子に、位相の異なる駆動
信号を印加して、このステータに圧接したロータを駆動
させる超音波モータの駆動方法において、２区分した圧
電素子の区分間に、ロータの振動に応じたモニタ電圧を
出力するモニタ電極を設け、更に駆動信号制御回路を設
けて、駆動信号の周波数を共振周波数より高い値のスタ
ート周波数から共振周波数より低い値の目標周波数まで
スイープさせ、このスイープ時に発生するロータの異常
振動をモニタ電圧より検出し、その検出時の駆動周波数
を目標周波数に設定し直し、目標周波数より適当に高い
周波数をスタート周波数に直し、スタート周波数からそ
の目標周波数まで駆動周波数をスイープさせて同様に駆
動周波数の制御を繰り返し行なうようにしたものである
。
また、駆動周波数のスイープは、予め共振周波数よりも
低い値の周波数を乗り越え検出周波数として設定し、ス
イープによって駆動周波数が乗り越え検出周波数以下に
なった時に、その駆動周波数を適当に高くシフトして再
びスタート周波数から目標の乗り越え検出周波数までス
イープさせるとともに、その乗り越え検出の回数に応じ
て駆動周波数のスイープ時間を長（するように制御する
と良い。更に、駆動周波数のスイープは、ロータの異常
振動検出時の駆動周波数と、その周波数より適当に高く
シフトさせたスタート周波数との偏差が減少するに応じ
てスイープ時間を長くするように制御すると良い。
［作用］ 上記の超音波モータの駆動方法では、駆動信号制御回路
によって、スタート周波数から目標周波数までスイープ
させて緩やかに周波数を変化させ、モニタ電圧から共振
周波数等の異音が発生する周波数を検出し、瞬時にその
駆動周波数を目標周波数に設定し直し、適当な値だけ高
くシフトさせ、再び駆動周波数のスイープを行なって周
波数制御を繰り返すので、異音が発生する境界周波数に
近づいた駆動周波数でモータ駆動ができる。
また、スイープの決定をするのに、予め共振周波数より
も低い値の周波数を乗り越え検出周波数として設定され
、この乗り越え検出の回数の増加に応じてスイープ時間
を長（する様に制御するので、ロータの異常振動の発生
の遅れにも対応してモニタ電圧の検出ができる。更に、
シフトさせたスタート周波数と駆動周波数の偏差の減少
に応じてスイープ時間を長く制御するので、モータの起
動が早く、モータを異音発生の境界周波数に近づけた周
波数で駆動できる。
この様に駆動周波数の制御を行うと、第２図に示す駆動
周波数と時間との関係の曲線図の様になる。このため超
音波モータの駆動周波数の平均値は、異音が発生する境
界の周波数付近となり、高出力モータが提供できる。
［実施例］ 以下、この発明に係る超音波モータの駆動方法の一実施
例を第１図を使用して説明する。
この超音波モータの駆動方法は、ロータが乱れ振動を起
こして異音を発生する周波数付近であるとともに、モー
タから高出力が得られる周波数付近で超音波モータを駆
動できるようにするものである。この駆動方法により駆
動する超音波モータ１は、リング状のステータが設けら
れ、このステータに２区分させた圧電素子が接着される
とともに駆動用電極２と駆動信号制御回路とが設けられ
、圧電素子の各駆動用電極２に、駆動信号制御回路で制
御された位相の異なる駆動周波数の高電圧を印加させて
、このステータに圧接したロータを駆動させる構造をし
ている。
この超音波モータｌの駆動方法において、ロータの異常
振動を検出するために、２区分した圧電素子の駆動用電
極２間に、モニタ電極３が設けられている。そして、駆
動信号制御回路には、このモニタ電極３から生じるモニ
タ電圧の変化に応じてロータの異常振動な検出する異音
検出手段４が設けられている。なお、この異音検出手段
４にょって検出する異音は、人の聴覚によって感じられ
ないレベルのものである。この異音検出手段４では、異
音を検出すると瞬時に後記する周波数記憶手段５、スイ
ープ時間決定手段６及び周波数決定手段７にその検出信
号を出力し、これら駆動信号制御回路の各装置を作動さ
せている。
周波数記憶手段５は、異音検出手段４からの検出信号を
受信すると、その受信時に周波数決定手段７から出力さ
れている周波数制御信号の値を記憶する。この様に周波
数記憶手段５で記憶された値と、周波数決定手段７から
新たに出力される周波数制御信号の値が周波数偏差算出
手段８に入力され、これらの値から周波数偏差の値が算
出される。そして、周波数偏差の値は、スイープ時間決
定手段６に入力され、スイープ時間が決定される。
スイープ時間決定手段６は、異音検出手段４から出力さ
れる検出信号で作動し、後記する乗り越え回数記憶手段
９の記憶した回数が多くなったり、周波数偏差の値が減
少するに応じてスイープ時間を長く決定し、この決定信
号を周波数決定手段７へ出力する。この様にスイープ時
間を制御して周波数のスイープ速度を可変にするに当た
り、スイープ速度とモータ出力との間に次の様な関係が
ある。
速いスイープ速度を用いた場合では、モータの起動が早
いが、周波数の変化に対して異音発生の遅れが生じるの
で、第５図に示す駆動周波数と時間との関係の曲線図の
様に、駆動周数の平均値は異音発生の境界周波数よりも
かなり高くなり、その結果モータ出力は小さくなる。遅
いスイープ速度を用いた場合では、異音検出をするに当
たって、異音発生域に入り込む量が少なくなるとともに
、異音を抑える為に上げるシフト周波数が少なくて済む
ので、駆動周波数の平均値は異音発生の境界に近くなる
が、第６図に示す駆動周波数と時間との関係の曲線図の
様に、モータの起動が遅くなる。この実施例では、異音
発生の境界周波数を記憶学習するとともに、これに対し
て現在出力している駆動周波数の偏差が大きければスイ
ープ速度を速（させ、小さければ緩やかにさせる。この
ため、第４図に示す駆動周波数と時間との関係の曲線図
の様に、モータ起動を早くするとともに、駆動周波数の
平均値を異音発生の境界周波数へ大幅に近づけて、モー
タ出力を向上させる。
周波数決定手段７は、異音検出手段４あるいは乗り越え
検出手段ＩＯから出力される検出信号を受けると、作動
して適当な値だけ駆動周波数を高くシフトするとともに
、スイープ時間決定手段６により決定されたスイープ時
間でシフト前の駆動周波数（目標周波数）まで駆動周波
数をスイープさせるために、周波数制御信号をスイープ
させて出力する。
乗り越え検出手段１０は、共振周波数よりも低い値の周
波数が乗り越え検出周波数として設定され、スイープさ
せられて変化する制御信号と常時比較して、駆動周波数
が設定した乗り越え検出周波数以下になると、周波数決
定手段７に検出信号を出力し、周波数決定手段７を作動
させている。この乗り越え検出手段ｌＯによって検出さ
れる乗り越え回数の数値は、乗り越え回数記憶手段９に
記憶され、スイープ時間決定手段６の決定に利用される
。
周波数決定手段７から出力される周波数制御信号は、駆
動信号発生手段１１によって高周波電圧の駆動信号に変
えられ、超音波モータの駆動用電極２に印加させ、超音
波モータを駆動させている。
なお、周波数決定手段で周波数制御を行なう際、アナロ
グ式の電圧制御発振器を使用すると周波数変化の自由度
が制限されるので、デジタル分周回路を使用して、駆動
信号の周期に相当するクロック数で高速クロック信号を
分周させる方式にすると良い。
［発明の効果］ この発明の超音波モータの駆動方法では、駆動周波数を
常時スイープさせ、人の聴覚によって感じられないレベ
ルでロータの異常振動を検出し、瞬時に異音を抑える様
に周波数制御を行なうので、平均の駆動周波数を異音発
生の境界周波数に近づけた状態でモータ駆動ができる。
したがって、超音波モータからの異音の発生を防止でき
、モータの最大出力が常に安定した状態で引き出せる。
このため超音波モータが自動車等のアクチュエータとし
て利用しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の実施例を示す説明図、第２図はこの
発明の駆動方法による駆動周波数と時間との関係を示す
曲線図、第３図はモータ出力と駆動周波数との関係を示
す曲線図、第４図はこの実施例の駆動周波数と時間との
関係を示す曲線図、第５図はスイープ速度が速い場合の
駆動周波数と時間との関係を示す曲線図、第６図はスイ
ープ速度が速い場合の駆動周波数と時間との関係を示す
曲線図、第７図は従来技術の駆動回路図である。 Ｉ；超音波モータ　２：駆動用電極　３：モニタ電極４
；異音検出手段　５；周波数記憶手段６；スイープ時間
決定手段　７；周波数決定手段８；周波数偏差演算手段
　９：乗り越え回数記憶手段１０、共振乗り越え検出手
段１１．駆動信号発生手段出願人　ア　ス　モ　株　式
　会　社 代理人　弁理士　　牧　　克　　次 第４図 第２図 ８１イｔ０ 時間

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）リング状のステータに２区分して設けた圧電素子
    に、位相の異なる駆動信号を印加して、このステータに
    圧接したロータを駆動させる超音波モータの駆動方法に
    おいて、２区分した圧電素子の区分間に、ロータの振動
    に応じたモニタ電圧を出力するモニタ電極を設け、更に
    駆動信号制御回路を設けて、駆動信号の周波数を共振周
    波数より高い値のスタート周波数から共振周波数より低
    い値の目標周波数までスイープさせ、このスイープ時に
    発生するロータの異常振動をモニタ電圧より検出し、そ
    の検出時の駆動周波数を目標周波数に設定し直し、目標
    周波数より適当に高い周波数をスタート周波数に直し、
    スタート周波数からその目標周波数まで駆動周波数をス
    イープさせて同様に駆動周波数の制御を繰り返し行なう
    ことを特徴とする超音波モータの駆動方法。
  2. （２）駆動周波数のスイープは、予め共振周波数よりも
    低い値の周波数を乗り越え検出周波数として設定し、ス
    イープによって駆動周波数が乗り越え検出周波数以下に
    なった時に、その駆動周波数を適当に高くシフトして再
    びスタート周波数から目標の乗り越え検出周波数までス
    イープさせるとともに、その乗り越え検出の回数に応じ
    て駆動周波数のスイープ時間を長くするように制御する
    ことを特徴とする請求項１記載の超音波モータの駆動方
    法。
  3. （３）駆動周波数のスイープは、ロータの異常振動検出
    時の駆動周波数と、その周波数より適当に高くシフトさ
    せたスタート周波数との偏差が減少するに応じてスイー
    プ時間を長くするように制御することを特徴とする請求
    項１，２記載の超音波モータの駆動方法。
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