JPH0479777A - 超音波モータの停止制御方法 - 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】 ［発明の目的コ （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
６３−１．３７９号公報に示すようなものかある。

第７図は超音波モータの一部断面図を示すもので、ロー
タ（回転子）３］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か加圧スプ
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か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１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） しかしなから、このような従来の超音波モタの駆動回路
にあっては、停止時に駆動電圧を即時遮断する構成とな
っていたため、駆動電圧を切った直後に即時に弾性体の
進行波振動はなくなり、ロータは弾性体に圧接されてい
るため、急激な制動トルクか動いて停止しようとする。

しかし、ロタには回転しようとする慣性力か働いている
ため、直くには停止トできず弾性体の摺動画との間で滑
りか生じ“キュッ　という高周波音を発生して停止し商
品の品質を低ｒするという問題点かあった。

二の発明は、モータ停止時に高周波音を発生させること
かなく、もって商品の品質を低下させない超音波モータ
の駆動回路を提供することにより前記問題点を解決する
ことを目的とする。

［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
置された電歪素子に、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、モータの駆動周波
数となる周波数を有する信号を発生する電圧制御発振手
段と、該電圧制御発振手段の出力を基に超音波モータに
駆動電圧を供給する供給子段と、モータ停止時に電圧制
御発振手段の発生する出力信号の周波数を徐々に高める
制御手段とを有する事を特徴とするものである。

（作用） 制御手段は、モータ停止信号を入力すると、発振手段の
発生する出力信号の周波数を徐々に」−げることにより
振動振幅か小さくなるのてモータには滑らかな制動力か
掛かり、高周波音の発生を防止する。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を第１図〜第６図に示す図面
に基ついて説明する。

第１図は、この発明の一実施例を示すブロック図である
。

まず構成を説明すると、コは表面上に電歪素子２０か配
される弾性体］　−１、１，−２１，−３は圧電素子２
０上に設けた電極を示している。電極構成としては第２
図の如く配されており、電極１１．１．−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、互に９
０°位相が異なる周波電圧を各群の電歪素子２０に印加
する駆動電極である。電極１−３は、上記電極１−１．
１２とは電気的に絶縁された電歪素子上に配され該電歪
素子か発生する電圧によって固定子の振動状態を検知す
るためのモニタ電極である。又］−４は電極１−１　、
　１−２　、　１−３に対する共通電極であり接地され
る。２は、整流器で、電極］−３で検出される固定子（
弾性体１及び圧電素子２０）の振動状態に相当する交流
電圧を整流する。３は整流器２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３の出
力値に応じてモータの駆動周波数を決定しその駆動周波
数に相当するデータをＤ／Ａ変換器５に送る。Ｖ／Ｆ６
は、電圧制御発振器（発振手段）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。リング
カウンタ７はＶ／Ｆ６の発振パルスを４分周する分周器
でトランジスタ８の０ＮＯＦＦを制御する。トランス９
はトランジスタ８によりて駆動され超音波モータの駆動
電極１１．１−２に印加する９０°位相が互なる２相の
交流電圧をつくりこれをモータに供給する。リレ１０は
モータに電ツノを供給するトランス（変圧器）９への電
源供給を０Ｎ−ＯＦＦする機能をもち、マイコン４から
の起動停止信号によって制御される。

スイッチ］１はモータの起動停止スイッチである。

マイコン４は制御手段４ａを有し、スイッチ］１のオフ
信号を入力して発振器６の駆動周波数を制御するように
しである。

次に前記実施例の作用を第３図〜第６図をも参照しつつ
説明する。

電源スィッチ］１をＯＮするとマイコン４か作動し始め
る。第３図はマイコン４の作動プログラムを示すフロー
図である。今、電源をＯＮするとマイコン４は、電源リ
レー１０をＯＮｔ、モータの駆動周波数として上限周波
数を出力するよう指示する（第３図ステップ３−１、第
４図１＋）。この時、駆動周波数は超音波モータの共振
周波数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、モニタ電極１−３にて検出される
振動状態を表わす電圧を整流器２て整流し、これをＡ／
Ｄ変換器３かＡ／Ｄ変換した値を読み込む（第３図ステ
ップ３−２）。この時、駆動周波数はモニタの共振周波
数よりもかなり高いため、圧電素子２０はほとんと振動
しない。そこでマイコン４は駆動周波数をＯ１］ＫＨｚ
下げるよう指示する（第３図ステップ３−４）。マイコ
ン４からの指令はＤ／Ａ変換器、電圧制御発振器６、リ
ンクカウンタ７、トランンスタ８を紅で変圧器９に与え
られる周波数か０．１ＫＨ２下げられるため、超音波モ
ータの圧電素子２０の電極１−１１−２に印加される駆
動電圧の周波数は０．１．ＫＨ２下げられる。今、モー
タが回転していないため、モニタ電極１−３から検出さ
れる振動振幅は、所定値Ａよりも小さいので駆動周波数
を０．１ＫＨ２ずつ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）。やがて駆動周波数が共
振周波数付近まで下かってくるとモータは回転し始める
（第４図、ｔ３）。しがし、モニタ電極１０３からの振
動振幅は、依然として所定の４（４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。やが
て駆動周波数は最適周波数に近つくため、モータは回転
数とトルクを徐々に増加する。さらに駆動周波数を下げ
、モータの共振周波数と駆動周波数か完全に一致してし
まうとモータのインピーダンスか第５図の共振ＩハＸに
示すように急激に小さくなるため、電流か過大に流れ込
み、圧電素子を損焼してしまう。そこで共振点Ｘに突入
する前にモニタ電極１−３から検出される圧電素子の振
動振幅か所定値Ａを越えると駆動周波数か共振点に近づ
き過きたと判断して（第４図、ｔ４）、逆に駆動周波数
を０．１ＫＨ２上げる（第３図、ステップ３−４ａ）。

上記のように、モニタ電極からの振動振幅か所定値Ａに
なるように駆動周波数を制御することによって第４図に
示すように結果的には駆動周波数Ｓを共振点Ｘと反共振
点Ｙ（第５図参照）の間の最適駆動周波数に自動追尾す
ることができ、これによりモータ回転数ｎを一定にする
ことができる。

第４図は横軸に時間をとり、縦軸に上図が駆動周波数を
、下図かモータ回転数をとったグラフである。

又、第５図は横軸に周波数をとり、縦軸にインピーダン
スをとったグラフである。

次に本発明の主題である停止時の作動について述へる。

第４図、ｔＳの時点において、起動・停止スイッチ１］
か０ＦＦｔ、マイコン４かこれを取り込むと、マイコン
４は停止指令を出す。この時、従来例では直くに電源リ
レー１０をＯＦＦする。従って、リレー１０をＯＦＦし
た直後に圧電体２０及び圧電体２０に接着される弾性体
１に発生していた進行波振動はなくなり、ロータ３１（
第７図）は弾性体１に圧接されているため、急激な制動
トルクか働いて停止しようとする。しかし、ロータ３１
には回転しようとする慣性力か働いているため、直くに
は停止できす、弾性体１の摺動面との間で滑りか生じ、
“キュッ　という高周波音を発生して停止する。発生音
は、モータの負荷か太きい程、慣性力か大きいので大き
くなる。このように従来例は騒音上問題かあった。そこ
で本発明による実施例では、停止時に駆動周波数を高い
方向にシフト、掃引し、モータの共振点から徐々に離し
てゆき、徐々に制動力をかけていくことにより、弾性体
１の摺動面とロータ３１との滑りをなくして発生音無し
に停止させるものである。

今、第４図、ｔＳの時点において、起動・停止スイッチ
］１か０ＦＦｔ、、マイコン４がこれを取り込むと、マ
イコン４は制御手段４ａにより次に駆動周波数を０．２
ＫＨ２上げるよう指示する（第３図、ステップ３−５．
３−６）。

次に駆動周波数か上限に達しているかとうか判断しく第
３図、ステップ３−７）　、上限に達していなければ、
とんとん駆動周波数を上げてモータの共振点より離して
いく。それに従ってモータは回転数か急速に下かり、駆
動周波数が、反共振点Ｙを越えるとモータは停止する（
第４図、ｔＳ）。

やかで駆動周波数か、上限に達すると（第５図Ｕ）、電
源リレー１０をＯＦＦする（第３図、ステップ３−８、
第４図、ｔ７）。

なお、第５図において、Ｌは駆動周波数の下限を示す。

次に、駆動周波数を段階的に下げるべく操作制御する場
合の制御周期と負荷トルクとに対する異音発生の関係に
ついて説明する。

第６図は、モータ停止する際に、駆動周波数を０．２Ｋ
Ｈ２ずつ上げる時、駆動周波数を操作する制御周期を変
えた時の“キュッ　という異音の発生状況を実験的に求
めた性能曲線を示すものである。縦軸には、モータにか
かる負荷トルクを示し、横軸には駆動周波数０．２ＫＨ
２操作あたりの制御周期を示している。又、本図におい
て、ハツチ部Ｇか異音発生領域、ハツチなし部Ｈか異音
無発生領域、折線Ｗかその境界を示している。

なお１、縦軸のトルクか６ｋｇｆ−ｃｍ迄なのは、実験
に使った超音波モータの最大トルクか６ｋｇｆ−Ｃｍで
あるからである。

第６図より、制御周期５ｍｓ以下では、負荷トルクか、
１　ｋ　ｇ　ｆ−ｃ　ｍ以上になると、停止する際、異
音を発生ずることか分る。

また、本発明の制御を使わす、モータを停止させる際に
、いきなり駆動電源を切った場合でも負荷トルクか］−
ｋ　ｇ　ｆ・ｃｍ以下ては異音を発生しないか、ｌｌｃ
ｇｆ−ｃｍを越えると、異音を発生するものである。し
かしなから、駆動周波数の制御周期を１０ｍ５に上げる
と負荷トルク３５１（ｇｆ−Ｃｍまでは異音か発生しな
くなり、制御周期を１５ｍ５にするとモータの最大トル
クである６１ｃｇｆ−ｃｍの負荷ても異音か発生しなく
なる。

さらに、制御周期を１．５　ｍ　ｓ以上に上げた場合で
もモータの最大トルクまで異音を発生しなくなる。そこ
で、モータを停止させる際に、制御周期を長く、即ち１
５　ｍ　ｓ以上にするとよいと思われるか、しかしその
場合には駆動周波数をモータの共振周波数から遠さける
のに時間がかかり過き、結果的にモータを停止させる時
間か３００ｍ５以上かかり、停止時間に問題かでてくる
。

従って、前記例では駆動周波数の制御周期を最大でも１
５ｍ５に定めれば良いものである。

即ち、超音波モータにおいて停止時に異音か発生した場
合は、その使用トルクから考えて、そのトルクに相応す
る制御周期、つまり、折線Ｗとの交点の制御周期で駆動
周波数を段階的に上げるべく操作すれば良いものである
。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、その構成を停
止時、駆動周波数を駆動時の周波数から高い方向へ掃引
し、モータの共振点から徐々に離していくことにより、
滑らかな制動力を得ることとしたため、停止時に、ロー
タに弾性体の摺動面において滑りかなくなり、“キュッ
　という高周波音を発生しなくなるという効果か得られ
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構成を示すブ
ロック図、第２図は圧電体の構成を示す正面図、第３図
は第１図のもののプログラムフロ、第４図は第１図のも
のの作動説明図、第５図は、超音波モータの周波数とイ
ンピーダンスの関係を示す性能曲線図、第６図はモータ
負荷と制御周期に対する異音発生の関係を示す性能曲線
図、第７図はモータの一部を示す断面図である。 １・−弾性体 １−１・電極 ］−２・・電極 ］−３・・−モニタ電極 ４・・・マイコン ４−ａ・・制御手段 ５・Ｄ／Ａ変換器 ６・Ｖ／Ｆ　（電圧制御発振手段） ７・・リンクカウンタ ９・・トランス（供給手段） １　０　・・　　リ　　し １１・・・スイッチ ２０・−電歪素子（圧電体） ３１・・ロータ（回転子） ３２・軸受 ３３・・加圧スプリング 代理人　弁理士　　三　好　秀　和 周；６数 第５図 制御周期 第 （ｍｓ） 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　異なる位相に配置された電歪素子に、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、
   モータの駆動周波数となる周波数を有する信号を発生す
   る電圧制御発振手段と、該電圧制御発振手段の出力を基
   に超音波モータに駆動電圧を供給する供給手段と、モー
   タ停止時に電圧制御発振手段の発生する出力信号の周波
   数を徐々に高めるように制御する制御手段とを有する事
   を特徴とする超音波モータの駆動回路。