JPH0479776A - 超音波モータの駆動回路 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、超音波モータの駆動回路に関する。

（従来の技術） 従来の超音波モータの駆動回路としては、例えば特開昭
６３−１３７９号公報に示すようなものがある。

第１２図は抽出音波モータの一部断面図を示すもので、
ロータ（回転子）３１は軸受３２に回転てきるように支
持され、これに弾性体（ステータ又は固定子）１が加圧
スプリング３３にて圧接されている。弾性体１には電歪
素子（圧電体）２０が分極配置され、位相のすれた高周
波電圧か図示せさる回路により印加されるようになって
いる。

従来のものは、高周波電圧の印加により弾性体２０に進
行性超音波を発生させ回転子３１を摩擦駆動することに
よりモータの機能を果させている。

（発明か解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の超音波モータの駆動回
路にあっては、過負荷によってモータがロックした時に
、弾性体（ステータ）表面には進行振動波が発生するか
、モータロックによりロータは停止しているため、弾性
体の進行性振動が摺動面において滑っている状態にて行
われることとなり、このため、ロータと弾性体の摺動面
において振動の滑りによるキーキー音が発生してしまい
、音響上の品質を低下させるという問題点があった。

この場合、超音波モータを通常の直流モータのようにリ
ミットスイッチにてその電源を遮断することか考えられ
るが、超音波モータの性質上、音響学的見地に基いて制
御した方がより的格であるとい）判断に立ちいたった。

この発明は、かかる見地からキーキー音の発生をできる
たけ少なくして的確に、品質の低下を防止した、超音波
モータの駆動回路を提供すること［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、前記目的を達成するため、異なる位相に配
された電歪素子に、それぞれ位相の異なる周波数の電圧
を印加して、進行性振動波を形成し、該振動波にて移動
体を駆動する超音波モータにおいて、電歪素子の振動状
態を検出する検出手段と、該検出手段の出力のうち特定
の周波数領域の振動のみを抽出する抽出手段と、該抽出
手段の出力値か所定の基準値以上になった時にモータへ
の入力電源を遮断する遮断手段とを具備することを特徴
とするものである。

（作用） モータの作動中の電歪素子の振動状態は検出手段により
常時検出されている。モータかロックして停止したとき
は、弾性体の進行波による振動が停止している固定子の
摺動面で滑るように行なわれるため、キーキー音が発生
する。そこで、この検出音の振幅出力か抽出手段により
抽出され基準値を超えると遮断手段によりモータへの電
源か遮断されるので、それ以後は振動が止まり、従って
キーキー音もなくなる。

（実施例） 以下、この一実施例を第１図〜第１０図に示す図面に基
づいて説明する。

第１図は、この発明の一実施例を示す図である。

まず構成を説明すると、１は表面上に電歪素子２０が配
される弾性体、１−１．１−２は電歪素子２０上を形成
された電極を示している。電極構成は第３図の如く配さ
れており、電極１−１．１−２は分極処理された２群の
電歪素子２０上にそれぞれ位置し、互いに９０°位相が
互なる周波数の電圧を各群の電歪素子２０に印加する駆
動電極である。１−３は電歪素子２０の振動状態を検出
するモニタ電極（検出手段）である。１１は整流器で、
モニタ電極１−３の出力を整流する。１０は整流器１１
の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器である。１４はパ
ンｉ・パスフィルタ（抽出手段。

ＢＰＦ）でモニタ電極１−３の出力のうち特定の周波数
領域のみを抽出するものである。１３は整流器でバンド
パスフィルタ１４の出力を整流する。

１２は整流器１３の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器
である。

マイコン４は、Ａ／Ｄ変換器１０．１２の出力値を読み
込み、この値に応してモータの駆動周波数を決定し、駆
動周波数に相当するデータをＤ／Ａ変換器５に送る。Ｖ
ＣＯ６は電圧制御発振器で、Ｄ／Ａ変換器５の出力値に
応じた発振周波数のパルスを発生する。７はリングカウ
ンタで、Ｖ２Ｏ３の出力パルスを４分周し、トランジス
タ８−１〜８−４を駆動する。９−１．９−２は変圧器
で、トランジスタ８−１．〜８−４のパルスによって駆
動され、昇圧した出力を電歪素子の電極１−１゜１−２
に印加する。印加される電圧は、９０’位相のずれた交
流電圧となる。

ここで、マイコン４はＢＰＦ１４の抽出出力値が所定の
基準値以上と判断したときはスイッチ１５に８カし、Ｄ
Ｃ１２Ｖｌ）電源を変圧器９−１゜９−２に供給するこ
とを停止する遮断手段４ａを有する。

次に前記実施例の作用を第２図及び第４図をも参照しな
から説明する。

ますモータがロックしない場合についてのべる。

不図示の電源スィッチをＯＮすると、マイコン４が作動
し始める。第２図は、マイコン４の作動プログラムを示
すフローチャートである。今、電源をＯＮすると、マイ
コン４は、駆動周波数としてステップコで上限の周波数
を出力するよう指示する（第４図、ｔｌ）。なお、第４
図は横軸に時間、縦軸に上から順に駆動周波数、振動振
幅及びバントパスフィルタ整流後の出力をとったグラフ
である。このときは第４図（ａ）に示すように駆動周波
数は、超音波モータの共振周波数によりもかなり上にあ
るため、モータは回転しない。次にマイコン４は、超音
波モータの電歪素子の振動振幅を検出するモニタ電極］
−３の出力を整流器１１て整流し、さらにＡ／Ｄ変換器
１０によってＡ／Ｄ変換した電歪素子の振動振幅に相当
する値を読み込む（ステップ２）。駆動周波数は、モー
タの共振周波数よりもなかり高いため、第４図（ｂ）の
ように、電歪素子の振幅は所定の基準地Ａよりもかなり
小さく、モータは回転しない。そこで、マイコン４は駆
動周波数を０．１．ＫＨｚ下げるよう指示する（ステッ
プ４）。従ってＶ　ＣＯ６ｉ；ｔ、マイコン４からの駆
動周波数に相当するデータをＤ／Ａ変換器５によってＤ
／Ａ変換した値が０６ｌＫＨｚ分減しられるため、発振
周波数を０．４Ｋ　Ｈｚ下げる（駆動周波数の４倍）。

リングカウンタ７はＶＣＯ６の発振パルスを４分周し、
トランジスタ８−１〜８−４を駆動する。変圧器９−１
９−２はトランジスタ８−１〜８−４によって駆動され
、超音波モータの駆動電極１−１．１−２に９０″位相
がすれた電圧を供給する。次にマイコン４は、モニタ電
極１−３の出力をロック時にのみ発生する特定周波数の
振動を検出するバンドパスフィルタ１４に通し、整流器
１３にて整流した値をＡ／Ｄ変換器１２にてＡ／Ｄ変換
した値を読み込む（ステップ５）。今、モータはロック
していないため、この値はロック時の所定値Ｂ以下であ
るのでマイコン４は何も操作をせすに再び振動振幅を読
み込む所（ステップ２）に戻る。

今、モータは回転していないので振動振幅は、所定の基
準値Ａよりもかなり小さいため、駆動周波数を０．ＩＫ
Ｈｚずっとんどん下げてモータの共振周波数に近づけて
いく　（第４図ｔ２期間）。やがて駆動周波数か共振周
波数付近でまで下がってくると、モータは回転し始める
（第４図ｔｓ）。

しかし振動振幅は、依然として所定の基準値Ａよりも小
さいため、マイコン４は、さらに駆動周波数を下げてい
く。この時、駆動周波数は、最適駆動周波数に近づくた
め、モータは、回転数とトルクを徐々に増加させる。さ
らに駆動周波数を下げてゆき、モータの共振周波数にと
駆動周波数が一致してしまうと、共振点では、モータの
インピーダンスか急激に小さくなるため、電流か過大に
流れ込み、圧電素子を焼損し、またモータからキキーと
いう異音を発生する。そこで駆動周波数がモータの共振
点と一致する前に、振動振幅か所定の基準値Ａを越える
と、駆動周波数がモータの共振周波数に近づき過ぎたと
判断して、逆に駆動周波数をＱ、１ＫＨｚ上げる（ステ
ップ６）（第４図１４）。

上記のように、モータの電歪素子の振動振幅が、所定の
基準値Ａになるように制御することによって、駆動周波
数を最適に自動追尾することかできる（第４図ｔ、）。

かくして、モータは正常に回転作動する。

つぎに、モータが過負荷によってロック（停止）した場
合を考える。この場合は具体例を示す第５図〜第９図を
参照するものとする。

第５図〜第７図は超音波モータ駆動サンバイサの構造お
よび作動原理を示した図である。

第５図の概略構造を示す斜視図において、２１はサンバ
イサ支持レール、２２はサンバイサ駆動レール、２３は
サンバイザ本体、２４はスライダ、２５はリンク、２６
はワイヤ、２７は超音波モタである。第５図の■矢視図
である第６図において、２８はフロントウィンド、２９
は天井材である。第６図の■はサンバイザ本体２３の格
納状態、■はスライド後の状態、■はスイングダウン状
態を示す。これら各状態はサイドビューを示す第７図の
（ａ）（ｂ）及び（ｃ）に相当する。

即ち、モータ２７の不作動時は第７図（ａ）のように本
体２３に格納されており、日射等によるバイザ作動時に
は、モータ２７の回転によりワイヤ２６か駆動されスラ
イダ２４が駆動レール２２を移動する。このとき、本体
２３は棒３０が支持レール２１を滑り案内される。そし
て、本体２３か前進し第７図（ｂ）の状態■となる。更
にモータ２７の回転により、リンク２５がＡ点を中心に
前方に回転するので、本体２３はスイングダウンし日射
を遮ぎり、ここで止まる。

今、前記の制御方法によってサンバイサを駆動し、サン
バイサか最後までスイングダウンしてしまったとすると
、モータ２７は駆動し続けようとし、そのモータの弾性
体１（第１図、第１２図参照）表面には進行振動波か発
生し続けるか、スライダ２４はもうこれ以上動けないた
め、モータのロータ３１（第１２図）はロックしてしま
い回転できない。従って弾性体表面の振動がロータとの
摺動面において滑ってしまうような運動となるため、キ
ーキーという異音を発生する。この時、電歪素子２０上
のモニタ電極１−３からは駆動周波数と同し周波数の振
動以外にキーキーという異音の周波数成分の振動を発生
する。第８図は、キーキー音を発生している時のモニタ
電極出力値を周波数分析した結果て、第９図は、キーキ
ー音を発生していない時のモニタ電極の周波数分析結果
である。両図とも横軸に周波数を、縦軸に音の強さｄＢ
（振動の成分）をとったものである。第８図と第９図と
を比較すると判るように、駆動周波数である４０ＫＨｚ
付近では、とちらも当然の事ながら最も振動の成分は大
きい。

しかしなから、第８図の音か発生している時は、２５Ｋ
Ｈｚ付近および５５ＫＨｚ付近に大きな成分か見られ、
これは第９図の音か発生していない時には見られない。

従ってバントパスフィルタ１４としては、この２５ＫＨ
ｚ付近ないしは、５５■ぐＨｚ付近の成分を抽出できる
バントパスフィルタを設ければ良い。キーキー音が発生
する時は、バンドパスフィルタ１４の出力を整流器１３
にて整流した値は、急激に大きくなる（第４図、ｔ６）
。

マイコン４は、前記整流器］３の出力をＡ／Ｄ変換した
値を読み込み、この値が所定の値Ｂを越えた時に、サン
バイサがスイングダウンしてしまった状態、あるいは格
納状態になり、過負荷になってモータがロックしたと判
断し、遮断手段４ａの指令でスイッチ１５を作動させ変
圧器９−１゜９−２への電源供給を遮断し、モータ２７
の電源をＯＦＦしてモータ２７を停止さぜる。

キーキー音の検出方法は、モニタ電極の出力値に限らす
、マイクロホン等によって行っても良い。

第１０図は、人間の可聴域の振動成分のみを検出する騒
音系の出力値を縦軸にとり、横軸に周波数をとって分析
した結果であるが、３．２，３．７６．９，７．４５，
１．０．６５，１４．３５．］８、ＩＫＨｚの成分か大
きくなっている。このうち、１４．３５ＫＨｚ　、１８
．１ＫＨ２の成分が特に大きいので、ＢＰＦｌ、４のフ
ィルタはｌｏＫＨｚ以上のバイパスフィルタを使えば、
キーキー音を検出できる。

第１１図はこのようなマイクロホンＭを検出手段として
用いた他の実施例のブロック図である。

なお、その他の構成は第１−図と同様であり、作用もほ
ぼ同様である。

Ｃ発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明によれば、その構成
を圧電素子の振動状態を検出する検出手段の出力のうち
、拘束等の過負荷によって停止する時に発生するキーキ
ー音の成分を抽出し、該成分が、所定値以上の時にモー
タが停止したと判断して電源をＯＦＦすることとしたた
め、その後は過負荷によってロックした時にキーキーと
いう異音を発生せずに自動的に電源をＯＦＦできるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の駆動回路のブロック図
、第２図は第１図のプログラムフロー第３図は電歪素子
の構成を示す正面図、第４図は第１図の実施例の作動説
明図、第５図は超音波モタ駆動すンバイサの構成を示す
斜視図、第６図は第５図の■矢視図、第７図は作動原理
図を示すサイドビュー図、第８図はキーキー音発生時の
モニタ電極出力の周波数分析図、第９図はキーキー音不
発生時のモニタ電極出力の周波数分析図、第１０図はキ
ーキー音発生時のマイクロホン出力の周波数分析図、第
１１図はこの発明の他の実施例の駆動回路のブロック図
、第１２図は超音波モタの一部断面図である。 １・・・固定子（弾性体、ステータ） １−１・・・電極 １−２・・電極 １−３・・・モニター電極（検出手段）４・・・マイコ
ン　　　　４−ａ・・・遮断手段５・・・Ｄ／Ａ変換器
　　６・・・ＶＣＯ７・・・リングカウンタ １０・・・Ａ／Ｄ変換器　１１・・・整流器１２・Ａ／
Ｄ変換器　１３・・整流器 １４・・・ＢＰＦ　（抽出手段） １５・・スイッチ ２０・・電歪素子（圧電体） ２１・・・支持レール　　２２・・駆動レール２３・・
本体　　　　　２４・・・スライダ２５・・・リンク　
　　　２６・・・ワイヤ２７・・モータ ２つ・・天井材 ３１・・ロータ ３２・・軸受 ３３・・加圧スプリング ３０・・・捧 （回転子）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　異なる位相に配された電歪素子に、それぞれ位相の異
   なる周波数の電圧を印加して、進行性振動波を形成し、
   該振動波にて移動体を駆動する超音波モータにおいて、
   電歪素子の振動状態を検出する検出手段と、該検出手段
   の出力のうち特定の周波数領域の振動のみを抽出する抽
   出手段と、該抽出手段の出力値が所定の基準値以上にな
   った時にモータへの入力電源を遮断する遮断手段とを具
   備することを特徴とする超音波モータの駆動回路。