JPH0488891A - 超音波モータの駆動電源装置 - 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】 （発明の属する技術分野） 本発明は、超音波振動による進行波を利用した超音波モ
ータを駆動するための駆動電源装置に関するものである
。

（従来技術とその問題点） まず超音波モータの基本構成について説明する。

第１図は超音波モータの構造の概要を示す斜視図である
。図において、１０１は回転する部分のロータであり、
１０２は弾性体により形成されたステータである。１０
３は圧電素子てあり、リング状圧電体３ｂにアース用電
極３ａと駆動用交流電圧を印加するための電極３Ｃか設
けられている。駆動電圧を印加する電極３ｃは２つに分
割されている。ステータ１０２とアース用電極３ａとは
接着剤等により固着されている。アース電極３ａと２つ
に分割された電極３Ｃとの間にはそれぞれ静電容量か存
在しこれを制動容量と呼んでいる。この２つに分割され
た電極３ｃの両端子り、、Ｄ２と電極３ａの接地端子Ｅ
との間に、ステータ１０２の機械的共振周波数に等しい
周波数で互いにπ／２（ｒａｄ）の位相差を有する２つ
の交流電圧をそれぞれ印加すると、ステータ１０２は共
振して進行波が発生する。そのためステータ１０２に圧
接されているロータ１０１は波か物体を運ぶような力を
受けて軸１０４を中心にして回転する。

この回転はロータ１０１に固定されている軸１０４によ
り外部へ伝達される。

このような超音波モータを駆動するための駆動電源装置
には、Ａ級やＢ級の増幅器か使用されることはな・（、
その効率を高めるため直流をスイッチングすることによ
り所定の駆動用交流電圧を得るインバータ方式の電源装
置か使用される。

第２図は従来の電源装置の回路構成例を示す回路図であ
る。この例は、４個のスイッチング素子により２組のプ
ッシュプル回路を構成した方式の例である。図において
、１は所定の周波数の交流電圧を発生ず発振器である。

２は、発振器２からの交流電圧を所定のタイミングの４
種類のスイッチングパルスに変換して出力するスイッチ
ング信号発生器である。スイッチング信号発生器２の端
子２１．２２からは、スイッチング素子である２つのト
ランジスタ３，３′を交互にＯＮ−〇ＦＦ制御するスイ
ッチングパルスか出力される。また、端子２３、２４か
らも同様に２つのトランジスタ４．４′を交互にＯＮ−
〇ＦＦ制画するスイッチングパルスが出力される。たた
し、これらの２組のプッシュプル回路の出力は、出カド
ランス６．６′の出力端子６１．６２から得られる２つ
の交流電圧の位相差かπ／　２　（ｒａｄ）になるよう
にスイッチングパルスのタイミングか設定されている。

出力ｌ・ランス６．６′からの交流電圧は、それぞれ超
音波モータ７の２つの端子ＤＩ、Ｄ２に印加される。５
は出カドランス６．６°の中間タップからトランジスタ
３，３′と４，４′に直流電圧を印加する直流電源接続
線である。

このような従来の回路構成ては、スイッチング素子とな
るトランジスタか４個必要であり、またスイッチングパ
ルスか４種類も必要であるため、回路か複雑になり、小
形化か困難であり経済性を改善することが困難である。

（発明の目的） 本発明は、これらの欠点を解決し、超音波モータを駆動
するための小形で経済的な駆動電源装置を提供すること
が目的である。

（発明の構成および作用） 第３図は本発明の実施例を示す回路図である。

図において、９は発振器であり、所定の周波数の交流電
圧か出力される。ｌＯはスイッチング信号発生器であり
、発振器９からの交流電圧を所定のタイミングの２種類
のスイッチングパルスに変換して出力する。すなわち、
スイッチング信号発生器１０の端子３１．３２からは、
スイッチング素子である２つのトランジスタ１１．１２
を互いに１／４周期の差で０Ｎ−ＯＦＦ制画するスイッ
チングパルスか出力される。１４．１４’　　は出カド
ランスであり、１次側か１〜ランジスタ１１．１２の負
荷として接続されている。この場合にも前述と同様に出
カドランス１４、１４’　の出力端子１５．１５’　か
ら得られる２つの交流電圧の位相差かπ／　２　（ｒａ
ｄ）になるように２つのスイッチングパルスのタイミン
グか設定されている。この交流電圧は超音波モータ７の
圧電素子の２つの端子Ｄ　、、　Ｄ　２に駆動電圧とし
て各々印加される。１３は出力トランス１４．１４’　
の１次側巻線を介してトランジスタ１１．１２のコレク
タに直流電圧を印加する直流電源接続線であり、プッシ
ュプル構成ではないので、従来のトランスのような中間
タップは必要としない。

次に、詳細な動作説明を行う。第４図は第３図の回路の
各部の波形を示す波形図である。図において、ｆａ）は
発振器９の出力波形であり、例えば超音波モータ７の駆
動周波数の４倍の周波数である。

（ｂＬ　（Ｃ）、　（ｄ）はスイッチング信号発生器１
０の内部のディジタル処理の経過を示す波形てあり、ｆ
ｂ）は（ａ）を１／２分周した波形て（Ｃ）は逆位相の
波形である。

これはフリップフロップ１段で簡単に得ることかできる
。（ｄ）は（ｂ＋を更にｌ／２分周した波形である。

ここて、波形（ｂ）及び（Ｃ）と波形（ｄ）とそれぞれ
ＡＮＤをとるとスイッチング信号発生器１０の出力とし
てスイッチングパルスｆｅ）と（ｆ＋か出力端子３１と
３２に現れる。この２つのスイッチングパルス（ｅ）、
げ）は１／４周期のパルス幅を有し、かつ所望の２つの
駆動電圧すなわち出カドランス１４．１４’　の出力波
形（ｇ）、　１ｌｈ）が互いにπ／２（ｒａｄ）の位相
差となるようなタイミングでトランジスタ１１．１２を
ＯＮ−〇ＦＦ制鈍する。

このように従来のようなプッシュプル動作を用いないで
１方形インバータによって駆動用交流電圧を得ることは
本発明の主要な特徴である。

さらに、超音波モータ７を駆動するための２つの入力端
子には、内部のステータ１０２に固着されている圧電素
子１０３の制動容量（Ｃ６）かそれぞれ並列に形成され
ており、この制動容量と出カドランス１４．１４’　の
出力側インダクタンスとにより形成される並列共振回路
の電気的共振周波数か各々超音波モータのステータ１０
２に発生させる進行波の機械的共振周波数とほぼ一致す
るようにトランス１４．１４’　の出力側インダクタン
スの値か設定されている。すなわち、第４図の波形（ｇ
）と（社）かステータ１０２の機械的共振周波数と同じ
周期になるようにトランジスタ１１．　１２をＯＮ−〇
ＦＦさせる。

第３図には図示を省略したが、超音波モータ７の制動容
量Ｃ６のばらつきを補正し、かつ周囲温度に対する並列
共振周波数の変化を補償するためのコンデンサを並列に
付加することにより安定度を向上することかできる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明を実施することによ
り、スイッチング素子か４個も必要とする従来のプッシ
ュプル方式の装置に比較しその半分の２個で構成され、
さらにスイッチング信号発生器から出力するスイッチン
グパルスの種類も半分で済むため、著しい小形化を実現
することかてき経済的効果も極めて大きい。

第１図

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波モータの概要を示す斜視図、第２図は従
来の回路側図、第３図は本発明の実施例を示す回路図、
第４図は第３図の回路の各部の波形側図である。 １．９・・・発振器、　　２．１０・・・スイッチング
信号発生器、　３．３’、　４．４’、　１１．１２・
・・トランジスタ、５，１３・・・直流電源接続線、　
６．６’、　１４．１４゛・・・出カドランス、　　７
・・・超音波モータ、１５、１５　、２１．２２．２３
．２４．３１．３２．６１．６２・・・端子、　１０１
・・・ロータ、　１０２・・・ステータ、１０３・・・
圧電素子、　１０４・・・軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ステータに固着された圧電素子に２つの交流駆動電圧
   を与えることよって該ステータに進行波を発生させ該ス
   テータに圧接されたロータを回転させる超音波モータを
   駆動するために、 所定の周波数の交流電圧を出力する発振器と、該発振器
   からの交流電圧を前記２つの交流駆動電圧が互いにπ／
   ２ラジアンの位相差となるような位相差を有するととも
   にそれぞれ１／４周期のパルス幅を有する２つのスイッ
   チングパルスに変換して出力するスイッチング信号発生
   器と、該２つのスイッチングパルスによってそれぞれパ
   ルスがあるときにオンとなるようにオン・オフ制御され
   る２つのスイッチング素子と、 該２つのスイッチング素子の出力側のそれぞれの負荷と
   なる１次側巻線と、該１次側巻線に流れる電流によって
   誘起される電圧が前記超音波モータの圧電素子に供給さ
   れる駆動電圧として出力されるとともに前記超音波モー
   タの前記圧電素子の制動容量とによってそれぞれ並列共
   振回路が形成されるようなインダクタンス値の２次側巻
   線とを有する２つの出力トランスと を備えて、前記並列共振回路の電気的共振周波数が前記
   ステータの機械的共振周波数にほぼ一致するように設定
   された超音波モータの駆動電源装置。