JPH05111267A

JPH05111267A - 超音波モータの駆動回路

Info

Publication number: JPH05111267A
Application number: JP3263416A
Authority: JP
Inventors: Takashi Asano; 貴嗣浅野
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 1991-10-11
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1993-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】超音波モータが高効率で駆動している状態を
維持して回転速度を制御することができ、小型かつ低コ
ストの超音波モータの駆動回路を得る。【構成】周波数追尾回路２８は発振器３０から出力さ
れる基準信号の周波数が超音波モータ１２の最適駆動周
波数を追従するように制御する。パルス幅変調回路１４
は、発振器３０から出力された基準信号のパルス幅を入
力された速度設定データに応じて変調し、電力増幅器６
２、６４へ出力する。電力増幅器６２、６４は、入力さ
れた基準信号のデューティー比に応じた振幅の超音波モ
ータ駆動信号を超音波モータ１２へ供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波モータを駆動する
ための超音波モータの駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より超音波振動を駆動力とする超音
波モータが知られている。超音波モータの一種である進
行波型超音波モータは図９に示すように構成される。す
なわち、超音波モータ１２０は銅合金等から構成される
円環状の弾性体１２２を備え、この弾性体１２２に圧電
体１２４（図１０も参照）が貼付されてステータが形成
されている。圧電体１２４は、電気信号を機械振動に変
換する圧電材料で、多数の電極により円環状に分割、配
列されて構成されている。一方、駆動軸１２６に取付け
られたロータ１２８は、アルミ合金等から成るロータリ
ング１３０に円環状のスライダ１３２が接着されて形成
されており、スプリング１３４によってスライダ１３２
が前記弾性体１２２に加圧接触されている。このスライ
ダ１３２としては、安定した摩擦力、摩擦係数を得るた
めに、例えばエンジニアリングプラスチック等が用いら
れ、これにより高効率でロータ１２８を駆動することが
できる。

【０００３】このような超音波モータ１２０には、図１
０に示すような駆動回路１３６が接続される。すなわ
ち、駆動回路１３６は電圧制御発振器（ＶＣＯ）等から
構成される発振器１３８を備えている。発振器１３８か
ら出力された所定周波数の信号は２つに分岐され、一方
は増幅器１４０で増幅されｓｉｎ波の駆動信号として圧
電体１２４に入力され、他方は移相器１４２に入力され
て位相を90°ずらされた後に、増幅器１４４で増幅され
ｃｏｓ波の駆動信号として圧電体１２４に入力される。
なお、前記増幅器としては例えば昇圧トランス等が用い
られる。

【０００４】これにより圧電体１２４には、ｓｉｎ波の
駆動信号による超音波振動の定在波と、ｃｏｓ波の駆動
信号による前記振動と位相の異なる超音波振動の定在波
と、が励起され、弾性体１２２に伝達される。この２つ
の定在波が重ね合わされることにより、振動の腹及び節
が弾性体１２２に沿って円環状に移動する超音波振動、
所謂進行波が発生する。この進行波は、弾性体１２２に
加圧接触されたロータ１２８に対し進行波の進行方向と
反対の方向への回転力として伝達され、ロータ１２８及
び駆動軸１２６が回転する。この回転に伴ってロータ１
２８の回転速度及び周波数が図示しないセンサで検出さ
れ、フィードバック信号として周波数追尾回路１４６へ
入力される。

【０００５】進行波型超音波モータにおいて、圧電体１
２４に発生する超音波振動の振幅Ａは駆動信号の周波数
ｆに応じて図１１（Ａ）に示すように変化し、周波数ｆ
が共振周波数のときに最大となる。しかし共振周波数を
含む所定の周波数帯域では、超音波振動によって可聴域
の異常振動（可聴音）が励起され、ロータ１２８の回転
速度は低下し（図１１（Ｂ）参照）、超音波モータ１２
０の効率も低下する。このため、超音波モータを駆動す
る際には駆動信号の周波数ｆを可聴音発生帯域よりも高
い帯域（駆動周波数帯域）内に維持するようにしてい
る。この駆動周波数帯域において低周波側には最適駆動
周波数が存在し、この最適駆動周波数において超音波モ
ータのロータ１２８の回転速度、効率共に最大となる。

【０００６】周波数追尾回路１４６には回転速度を指示
する信号も入力される。周波数追尾回路１４６は駆動信
号の周波数ｆが駆動周波数帯域内で維持され、かつロー
タ１２８が指示された回転速度で回転するように発振器
１３８から出力される信号の周波数を制御する。

【０００７】上記のように、超音波モータは従来のモー
タと比較して、コイルや磁石等が不要な単純な構造であ
るので量産性に優れ、小型・軽量で応答性が高いので汎
用性が高く、また低速回転時のトルクが高いので回転を
減速させるギア等が不要である等の特長を有している。
このため、最近ではこの超音波モータは、カメラのレン
ズ駆動、自動車電装品、オフィスオートメーション機器
等に広く用いられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
モータの効率は、前述のように最適駆動周波数で駆動し
ている場合に最大となり、周波数が最適駆動周波数から
隔たるに従って低下する。このため、前述のように駆動
信号の周波数を変更することによって回転速度を制御す
る場合、超音波モータを常に高い効率で駆動することが
できないという問題があった。

【０００９】これを解決するために、駆動信号の周波数
を常に最適駆動周波数付近に維持させ、駆動信号を増幅
する増幅器（例えば図１０では増幅器１４０、１４４）
に電力を供給する電源の電圧を制御することが考えられ
る。しかし、超音波モータ駆動信号を増幅する増幅器に
用いる電圧源としては、リニアに電圧を変化させること
ができ、かつ大きな出力電流値（数アンペア程度）を確
保できるよう構成する必要がある。一般的に、直流電源
の電圧値を変化させるためにはＤＣ−ＤＣコンバータを
用いることが好ましいが、ＤＣ−ＤＣコンバータは一般
に出力電流値が小さく（例えば数十ミリアンペア程
度）、要求される出力電流値を得るためには高コストで
大型のＤＣ−ＤＣコンバータが必要となる。このため、
超音波モータの駆動回路が大型化すると共にコストが高
くなるので実用的ではなかった。

【００１０】本発明は上記事実を考慮して成されたもの
で、超音波モータが高効率で駆動している状態を維持し
て回転速度を制御することができ、小型かつ低コストの
超音波モータの駆動回路を得ることが目的である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る超音波モータの駆動回路は、パルス列か
ら成る基準信号を出力する基準信号出力手段と、前記基
準信号出力手段から出力される基準信号の周波数が超音
波モータの最適駆動周波数になるように制御する周波数
制御手段と、前記超音波モータの回転部の回転速度を検
出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段によ
って検出された回転速度が目標回転速度となるように基
準信号出力手段から出力された基準信号のパルス幅を変
調するパルス幅変調手段と、前記パルス幅変調手段によ
ってパルス幅が変調された信号のパルス幅に応じた振幅
の超音波モータ駆動信号を超音波モータへ出力する駆動
信号出力手段と、を有している。

【００１２】

【作用】本発明では、基準信号の周波数が超音波モータ
の最適駆動周波数になるように制御すると共に、超音波
モータの回転部の回転速度が目的の回転速度になるよう
に基準信号のパルス幅を変調するようにしている。基準
信号のパルス幅を変調することにより駆動信号出力手段
から出力される超音波モータ駆動信号の振幅が変化する
ので、超音波モータの回転部の回転速度を制御すること
ができる。また、基準信号のパルス幅を変調しても周波
数は変化しないので、駆動信号出力手段から出力される
超音波モータ駆動信号は最適駆動周波数に維持される。
従って超音波モータが高効率で駆動している状態を維持
することができる。

【００１３】また、前記パルス幅変調手段としては、例
えばカウンタ、ラッチ、論理回路等で構成したパルス幅
変調回路を用いることができ、このようなデジタル回路
はＬＳＩ等の集積回路に組み込むことが容易である。従
って、例えば出力電流値の大きなＤＣ−ＤＣコンバータ
を用いる場合と比較して超音波モータの駆動回路を小型
化でき、コストを抑えることができる。

【００１４】

【実施例】〔第１実施例〕以下、図面を参照して本発明
の第１実施例を詳細に説明する。図１には本発明に係る
超音波モータの駆動回路１０と進行波型の超音波モータ
１２とが示されており、図２には超音波モータの駆動回
路１０の一部を構成するパルス幅変調回路１４の概略構
成が示されている。

【００１５】超音波モータ１２は銅合金等から構成され
る円環状の弾性体１６を備え、この弾性体１６に圧電体
１８が貼付されてステータ２０が構成されている。圧電
体１８は電気信号を機械振動に変換する圧電材料で、多
数の電極により円環状に分割、配列されて構成されてい
る。圧電体１８には、後述するように超音波モータの駆
動回路１０からの駆動信号が前記電極に供給され、駆動
信号に応じた超音波振動が励起される。一方、図示しな
い駆動軸に取付けられるロータ２２は、アルミ合金等か
ら成るロータリングに円環状のスライダが接着されて構
成されており、図示しないスプリングによってロータ２
２の前記スライダが前記ステータ２０に加圧接触され
る。このスライダとしては、安定した摩擦力、摩擦係数
を得るために、例えばエンジニアリングプラスチック等
が用いられている。

【００１６】また、ロータ２２の上面には円環状の反射
シール２４が貼付されている。反射シール２４の表面に
は反射シール２４の周方向に沿って光反射率の高い部分
と光反射率の低い部分とが交互に設けられている。ロー
タ２２の上方にはフォトセンサ２６が設けられている。
フォトセンサ２６は発光素子２６Ａと受光素子２６Ｂと
で構成され、発光素子２６Ａから射出されて反射シール
２４に反射した光が受光素子２６Ｂで受光されるように
配置されている。反射シール２４及びフォトセンサ２６
は回転速度検出手段を構成しており、ロータ２２が回転
するとフォトセンサ２６からロータの回転速度に応じた
周期のパルス信号が出力される。

【００１７】超音波モータ１２の圧電体１８のフィード
バック端子は周波数追尾回路２８の入力端に接続されて
おり、周波数追尾回路２８の出力端は発振器３０に接続
されている。周波数追尾回路２８は入力されたフィード
バック信号に基づいて圧電体１８の駆動状態を検知し、
発振器３０から出力される基準信号の１／４の周波数が
超音波モータ１２の最適駆動周波数を追従するように制
御している。

【００１８】図２に示すように、発振器３０の出力端は
パルス幅変調回路１４のリングカウンタ３２に接続され
ている。リングカウンタ３２は出力端Ａ、出力端Ｂ、出
力端Ｃ、出力端Ｄの４つの出力端を備えている。リング
カウンタ３２は、入力された基準信号の１周期毎に出力
端Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順にハイレベルの信号を出力する
（図３（Ｂ）乃至（Ｅ）参照）。出力端Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
は各々ＡＮＤ回路３４、３６、３８、４０の２つの入力
端の一方に接続されている。また、出力端Ａ及び出力端
ＣはＯＲ回路４２の入力端に接続されており、出力端Ｂ
及び出力端ＤはＯＲ回路４４の入力端に接続されてい
る。ＯＲ回路４２、４４の出力端は速度コントロール部
４６に接続されており、入力された２つの信号の論理和
に対応する信号を出力する。

【００１９】速度コントロール部４６にはカウンタ４
８、５０が接続されている。カウンタ４８、５０には高
周波のクロック信号が入力される。このクロック信号の
周波数は、前記発振器３０から出力される基準信号の周
波数よりも充分高い値に設定されている。カウンタ４
８、５０はこのクロック信号のパルス数をカウントす
る。速度コントロール部４６は、ＯＲ回路４２から入力
された信号がローレベルからハイレベルへ変化した場合
にカウンタ４８へカウントの開始を指示し、ＯＲ回路４
４から入力される信号がローレベルからハイレベルへ変
化した場合にカウンタ５０へカウントの開始を指示す
る。

【００２０】また、速度コントロール部４６にはデータ
バス５２の一端が接続されている。データバス５２の他
端はマイクロプロセッサ等によって構成されるデータ入
力手段（図示せず）に接続されている。データ入力手段
は速度コントロール部４６へ超音波モータ１２のロータ
２２の回転速度を指示する速度設定データを出力する。
また、速度コントロール部４６にはフォトセンサ２６の
受光素子２６Ｂが接続されており、ロータ２２の回転速
度検出信号が入力される。速度コントロール部４６とカ
ウンタ４８、５０との間にはデータバス５４、５６も介
在されており、速度コントロール部４６は入力された速
度設定データと回転速度検出信号とを比較して、回転速
度が指示された目標回転速度となるようにカウント値を
定め、データバス５４、５６を介してカウンタ４８、５
０へセットする。

【００２１】カウンタ４８の出力端は、セットリセット
ラッチ５８のセット端子及びセットリセットラッチ６０
のリセット端子に接続されている。またカウンタ５０の
出力端は、セットリセットラッチ５８のリセット端子及
びセットリセットラッチ６０のセット端子に接続されて
いる。カウンタ４８、５０は、カウントの開始が指示さ
れてセットされたカウント値に対応するパルスのカウン
トが終了したときに、ラッチ５８、６０へキャリ信号
（パルス）を出力する（図３（Ｆ）及び（Ｇ）参照）。
ラッチ５８の出力端はＡＮＤ回路３４、３６の入力端に
接続されており、ラッチ６０の出力端はＡＮＤ回路３
８、４０の入力端に接続されている。ラッチ５８、６０
はカウンタ４８、５０から入力されたキャリ信号に応じ
てオンオフする信号（図３（Ｈ）及び（Ｉ）参照）を出
力する。

【００２２】一方、電力増幅部６２は昇圧トランス６６
を備えている。昇圧トランス６６の１次側コイルの両端
にはパワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）７０、７２
が各々接続されている。ＡＮＤ回路３４の出力端はパワ
ーＦＥＴ７０のゲートに接続され、ＡＮＤ回路３６の出
力端はパワーＦＥＴ７２のゲートに接続されている。各
々のパワーＦＥＴ７０、７２はＡＮＤ回路３４、３６か
ら入力された信号がハイレベルのときにオンする。また
１次側コイルの中点は定電圧電源に接続されている。昇
圧トランス６６の２次側コイルは超音波モータ１２の圧
電体１８の電極に接続されている。

【００２３】また、電力増幅部６４は電力増幅部６２と
同様に構成されており、昇圧トランス６８の１次側コイ
ルの両端にはパワーＦＥＴ７４、７６が接続されてい
る。パワーＦＥＴ７４のゲートにはＡＮＤ回路３８の出
力端が接続され、パワーＦＥＴ７６のゲートにはＡＮＤ
回路４０の出力端が接続されている。また１次側コイル
の中点は定電圧電源に接続されており、２次側コイルは
超音波モータ１２の圧電体１８の電極に接続されてい
る。

【００２４】電力増幅部６２、６４からはＡＮＤ回路３
４、３６またはＡＮＤ回路３８、４０より入力された信
号に応じた周波数、すなわち発振器３０から出力される
信号の１／４の周波数の駆動信号が、昇圧トランス６６
または昇圧トランス６８の巻き数比に応じた振幅（電圧
値）で出力される。さらにこの駆動信号の振幅は、各Ａ
ＮＤ回路から入力される信号のパルス幅（ハイレベルと
なっている時間）に応じて変化し、パルス幅が大きくな
るに伴って振幅が大きくなる。

【００２５】次に本第１実施例の作用を説明する。超音
波モータ１２を駆動している状態で、周波数追尾回路２
８は発振器３０から出力される信号の１／４倍の周波数
が超音波モータ１２の最適駆動周波数を追従するように
制御している。発振器３０から出力された所定周波数の
信号（図３（Ａ）参照）はリングカウンタ３２に入力さ
れる。リングカウンタ３２は発振器３０から入力された
基準信号の１周期毎に出力端Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順にハイ
レベルの信号を出力する（図３（Ｂ）乃至（Ｅ）参
照）。

【００２６】カウンタ４８は出力端Ａ、Ｃから出力され
る信号がハイレベルになったときに速度コントロール部
４６からの信号によってカウント処理を開始し、カウン
タ５０は出力端Ｂ、Ｄから出力される信号がハイレベル
になったときにカウント処理を開始する。カウンタ４
８、５０には設定された速度に対応するカウント値が速
度コントロール部４６によってセットされており、クロ
ック信号のパルスのカウント値が所定値となった場合に
キャリ信号を出力する（図３（Ｆ）及び（Ｇ）参照）。
セットリセットラッチ５８、６０は入力されたキャリ信
号に応じてセット及びリセットされ、交互にハイレベル
の信号を出力する（図３（Ｈ）及び（Ｉ）参照）。

【００２７】ラッチ５８から出力された信号はＡＮＤ回
路３４、３６に入力され、ＡＮＤ回路３４からはラッチ
５８から出力された信号と出力端Ａから出力された信号
の論理積に対応する信号が出力され、ＡＮＤ回路３６か
らはラッチ５８から出力された信号と出力端Ｃから出力
された信号との論理積に対応する信号が出力される。ま
た、ラッチ６０から出力された信号はＡＮＤ回路３８、
４０に入力され、ＡＮＤ回路３８からはラッチ６０から
出力された信号と出力端Ｂから出力された信号との論理
積に対応する信号が出力され、ＡＮＤ回路４０からはラ
ッチ６０から出力された信号と出力端Ｄから出力された
信号との論理積に対応する信号が出力される。例として
図３（Ｊ）に示すように、ＡＮＤ回路３４から出力され
る信号は出力端Ａの信号（図３（Ｂ）参照）と比較して
斜線で示す部分がローレベルとなっており、パルス幅が
小さく（デューティー比が小さく）されている。なお、
ＡＮＤ回路３６、３８、４０から出力される信号につい
ても同様である。

【００２８】ＡＮＤ回路３４、３６、３８、４０から出
力された信号が電力増幅部６２、６４のパワーＦＥＴ７
０、７２、７４、７６に各々入力されると、電力増幅部
６２、６４からは、発振器３０から出力された信号の１
／４倍の周波数、すなわち最適駆動周波数で、かつ昇圧
トランスのコイルの巻き数とＡＮＤ回路３４、３６、３
８、４０から出力された信号のパルス幅とに応じた振幅
の超音波モータ駆動信号が出力される。また、電力増幅
部６２から出力される駆動信号と、電力増幅部６６から
出力される駆動信号とは位相が９０°異なっている。こ
れにより、超音波モータ１２には最適駆動周波数でかつ
位相が９０°異なる２つの駆動信号が入力され、圧電体
１８に超音波振動が励起されてロータ２２が回転し、高
い効率で駆動されることになる。

【００２９】なお、進行波型の超音波モータ１２のイン
ピーダンス特性は、温度が上昇した場合、負荷が加わっ
た場合に各々図４に示すように変化し、これに伴って最
適駆動周波数も変化するが、このような場合にも、駆動
信号の周波数は周波数追尾回路２８によって最適駆動周
波数を追従するように制御されるので、超音波モータ１
２が高い効率で駆動している状態が維持される。

【００３０】また、速度設定データが変更された場合に
は、変更された速度設定データに応じて超音波モータ１
２のロータの回転速度が変更される。すなわち、速度コ
ントロール部４６は速度設定データによって指示された
回転速度が現在の回転速度よりも高い場合にはカウンタ
４８、５０にセットするカウント値を小さくし、指示さ
れた回転速度が現在の回転速度よりも低い場合にはカウ
ンタ４８、５０にセットするカウント値を大きくする。
これによってカウンタ４８、５０からのキャリ信号の出
力タイミングが変化する。

【００３１】カウンタ４８、５０にセットされるカウン
ト値が小さい場合には、カウンタ４８、５０からキャリ
信号が速いタイミングで出力され、ラッチ５８、６０か
ら出力される信号が速いタイミングでハイレベルとな
る。従って、ＡＮＤ回路３４、３６、３８、４０から出
力される信号において、図３（Ｊ）乃至（Ｍ）に示す斜
線の部分の面積が小さくなり、パルス幅が大きくなる
（デューティー比が大きくなる）。このため、電力増幅
器６６、６８から出力される駆動信号の振幅が大きくな
り、超音波モータ１２の圧電体１８に発生する超音波振
動の振幅が大きくなってロータ２２の回転速度が上昇す
る。

【００３２】また、カウンタ４８、５０にセットされる
カウント値が大きい場合にはカウンタ４８、５０からキ
ャリ信号の出力タイミングが遅くなり、ラッチ５８、６
０から出力される信号がハイレベルとなるタイミングも
遅くなる。従って、ＡＮＤ回路３４、３６、３８、４０
から出力される信号において、図３（Ｊ）乃至（Ｍ）に
示す斜線の部分の面積が大きくなり、パルス幅が小さく
なる（デューティー比が小さくなる）。このため、電力
増幅器６６、６８から出力される駆動信号の振幅が小さ
くなり、超音波モータ１２の圧電体１８に発生する超音
波振動の振幅が小さくなってロータ２２の回転速度が低
下する。

【００３３】なお、上記のように速度設定データを変更
した場合にも駆動信号の周波数は最適駆動周波数に維持
されるので、超音波モータ１２が高効率で駆動している
状態が維持される。

【００３４】〔第２実施例〕次に本発明の第２実施例を
説明する。なお、第１実施例と同一の部分には同一の符
号を付し、説明を省略する。

【００３５】図５には、ボルト締めランジュバン型超音
波モータ８０と、超音波モータ８０を駆動するための超
音波モータの駆動回路８２と、が示されており、図６に
は超音波モータ８０の断面図が示されている。

【００３６】図６に示すように、ボルト締めランジュバ
ン型超音波モータ８０は、円柱状の金属ブロック８４
と、金属ブロック８４よりも長尺とされた円柱状の金属
ブロック８６と、を備えている。金属ブロック８４、８
６には軸線方向に沿って孔８４Ａ、８６Ａが設けられて
おり、孔８４Ａ、８６Ａの内周には各々雌ねじが形成さ
れている。孔８４Ａ、８６Ａの雌ねじには、孔８４Ａ及
び孔８６Ａ内に収容されたボルト８８の両端に形成され
た雄ねじが螺合している。

【００３７】金属ブロック８４と金属ブロック８６との
間には円環状の２個の圧電体９０、９２が介在されてい
る。圧電体９０、９２は電気信号を機械振動に変換する
圧電材料で形成されている。圧電体９０と圧電体９２の
間及び圧電体９０と金属ブロック８４の間には各々電極
９４、９６が設けられている。この電極に所定周波数の
駆動信号が入力されると、圧電体９４、９６により図６
上下方向への振動（以下、縦振動という）が発生し、さ
らにボルト８８の雄ねじによる捩じり振動が誘起され
る。この縦振動と捩じり振動とが合成されることによっ
て金属ブロック８６の上面等に楕円振動が発生し、この
楕円振動により金属ブロック８６の上面に載置された物
体が回転する。

【００３８】ボルト締めランジュバン型超音波モータ８
０において、前記縦振動と捩じり振動の位相差は駆動信
号の周波数に応じて変化し、前記位相差が９０°となる
最適駆動周波数のときに楕円振動の振幅が最大となり超
音波モータ８０の効率が最大となる。

【００３９】図５に示すように、超音波モータ８０の金
属ブロック８６には振動検出センサ９８が取付けられて
いる。振動検出センサ９８は周波数追尾回路２８に接続
されている。周波数追尾回路２８は振動検出センサ９８
によって検出された振動に基づいて、発振回路３０から
出力される基準信号の周波数が前記最適駆動周波数を追
尾するように制御している。発振器３０の出力端は、パ
ルス幅変調回路１００の一部を構成するＡＮＤ回路１０
２の入力端と速度コントロール部４６の入力端とに接続
されている。速度コントロール部４６にはカウンタ１０
４が接続されている。カウンタ１０４には高周波のクロ
ック信号が入力され、カウンタ１０４はこのクロック信
号のパルス数をカウントする。速度コントロール部４６
は、発振回路３０から入力される信号がローレベルから
ハイレベルへ変化した場合にカウンタ１０４へカウント
の開始を指示する。

【００４０】一方、超音波モータ８０には、第１実施例
と同様の回転速度検出手段が設けられており、図示しな
い回転部の回転速度をフォトセンサ２６によって検出で
きるようになっている。フォトセンサ２６は速度コント
ロール部４６に接続されており、速度コントロール部４
６へ回転速度検出信号を出力する。また、速度コントロ
ール部４６にはデータ入力手段（図示せず）から回転部
の回転速度を指示する速度設定データが入力される。速
度コントロール部４６は入力された速度設定データと回
転速度検出信号とを比較して、回転速度が指示された回
転速度となるようにカウント値を定め、カウンタ１０４
へセットする。

【００４１】カウンタ１０４の出力端はセットリセット
ラッチ１５０のセット端子に接続されている。カウンタ
１０４は、カウントの開始が指示されてセットされたカ
ウント値に対応するパルスのカウントが終了したときに
セットリセットラッチ１５０へキャリ信号を出力する。
セットリセットラッチ１５０は、発振器３０から出力さ
れた基準信号がローレベルになり、速度コントロール部
４６がセットリセットラッチ１５０にリセット信号を出
力するまでハイレベルの信号を出力している状態を維持
する。

【００４２】ＡＮＤ回路１０２は入力された２つの信号
の論理和に対応する信号を電力増幅器１０６へ出力す
る。電力増幅器１０６は第１実施例の電力増幅器と同様
の構成とされ、ＡＮＤ回路１０２から入力された信号を
昇圧し、前記信号に対応する周波数で、前記信号のパル
ス幅に対応した振幅の駆動信号を出力する。この信号が
超音波モータ８０へ入力されることによって超音波モー
タ８０の金属ブロック８６に楕円振動が発生し、図示し
ない回転部が回転される。

【００４３】次に本第２実施例の作用を説明する。超音
波モータ８０を駆動している状態で、周波数追尾回路２
８は発振器３０から出力される信号の周波数が超音波モ
ータ８０の最適駆動周波数を追従するように制御する。
発振器３０から出力された最適駆動周波数の基準信号
（図７（Ａ）参照）はＡＮＤ回路１０２、速度コントロ
ール部４６に入力される。カウンタ１０４は基準信号が
ローレベルからハイレベルに変化したときにパルスのカ
ウントを開始され、カウントが終了してからセットリセ
ットラッチ１５０へキャリ信号を出力する。セットリセ
ットラッチ１５０は、発振器３０から速度コントロール
部４６に出力される基準信号がローレベルになり、速度
コントロール部４６がセットリセットラッチ１５０のリ
セット信号を出力するまでハイレベルの信号を出力して
いる状態を維持する。

【００４４】ＡＮＤ回路１０２から出力される信号は、
図７（Ｅ）に示すように、基準信号（図７（Ａ）参照）
と比較して斜線で示す部分がローレベルとなっており、
パルス幅が小さく（デューティー比が小さく）されてい
る。なお、周波数については基準信号の周波数と同一で
ある。

【００４５】ＡＮＤ回路１０２から出力された信号が電
力増幅器１０６に入力されると、電力増幅器１０６から
は、ＡＮＤ回路１０２から出力された信号の周波数、す
なわち最適駆動周波数で、かつ昇圧トランスのコイルの
巻き数とＡＮＤ回路１０２から出力された信号のパルス
幅とに応じた振幅の超音波モータ駆動信号が出力され
る。これにより、超音波モータ８０には最適駆動周波数
の駆動信号が入力され高い効率で駆動されることにな
る。

【００４６】また速度コントロール部４６は、速度設定
データが変更され速度設定データによって指示された回
転速度が現在の回転速度よりも高い場合にはカウンタ１
０４にセットするカウント値を小さくする。これにより
カウンタ１０４から出力される信号が速いタイミングで
ハイレベルとなり、ＡＮＤ回路１０２から出力される信
号において図７（Ｅ）に示す斜線の部分の面積が小さく
なり、パルス幅が大きくなる（デューティー比が大きく
なる）。このため、電力増幅器１０６から出力される駆
動信号の振幅が大きくなり、超音波モータ８０の圧電体
９０、９２に発生する超音波振動の振幅が大きくなって
回転部の回転速度が上昇する。なお、この場合にも駆動
信号の周波数は最適駆動周波数を維持しており、超音波
モータ８０は高い効率で駆動される。

【００４７】また、指示された回転速度が現在の回転速
度よりも低い場合にはカウンタ１０４にセットするカウ
ント値を大きくする。これによりカウンタ１０４から出
力される信号がハイレベルとなるタイミングが遅くな
り、ＡＮＤ回路１０２から出力される信号において図７
（Ｅ）に示す斜線の部分の面積が大きくなり、パルス幅
が小さくなる（デューティー比が小さくなる）。このた
め、電力増幅器１０６から出力される駆動信号の振幅が
小さくなり、超音波モータ８０の圧電体９０、９２に発
生する超音波振動の振幅が小さくなって回転部の回転速
度が低下する。

【００４８】このように上記実施例では電力増幅部に入
力する基準信号のパルス幅を回転速度に応じて変調する
ようにしたので、超音波モータが高い効率で駆動してい
る状態を維持して回転速度を制御することができる。

【００４９】また、上記実施例では電力増幅部に電力を
供給する電源の電圧を変化させる必要がないので、出力
電流値の大きなＤＣ−ＤＣコンバータ等を用いる必要が
ない。このため超音波モータの駆動回路１０、８２にお
いて電力増幅器以外の素子をＬＳＩ等の集積回路に収め
ることができ、超音波モータの駆動回路１０、８２を小
型化することができる。

【００５０】なお、本実施例では図３及び図７に示すよ
うに、パルス幅変調回路によって基準信号のパルスの立
上がり側の部分を目的の回転速度に応じてローレベルに
するパルス幅変調を行って超音波モータの回転部を目的
の回転速度としていたが、図８に示すように、基準信号
のパルスの立下がり側の部分を目的の回転速度に応じて
ローレベルにするパルス幅変調を行うようにパルス幅変
調回路を構成し、超音波モータの回転部を目的の回転速
度とするようにしてもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、基準信号
の周波数が超音波モータの最適駆動周波数になるように
制御すると共に、超音波モータの回転部の回転速度が目
的の回転速度になるように基準信号のパルス幅を変調す
るようにしたので、超音波モータが高効率で駆動してい
る状態を維持して回転速度を制御することができ、超音
波モータの駆動回路を小型かつ低コストとすることがで
きる、という優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る超音波モータ及び超音波モー
タの駆動回路の概略構成図である。

【図２】パルス幅変調回路の概略構成を示す回路図であ
る。

【図３】（Ａ）乃至（Ｍ）は第１実施例の作用を説明す
るタイミングチャートである。

【図４】駆動信号の周波数を変化させた場合の超音波モ
ータのインピーダンスの変化を示す線図である。

【図５】第２実施例に係る超音波モータ及び超音波モー
タの駆動回路の概略構成図である。

【図６】ボルト締めランジュバン型超音波モータの構成
を示す断面図である。

【図７】（Ａ）乃至（Ｅ）は第２実施例の作用を説明す
るタイミングチャートである。

【図８】（Ａ）乃至（Ｈ）はパルス幅変調手段によるパ
ルス幅変調の他の例を示すタイミングチャートである。

【図９】進行波型超音波モータの構造を示す斜視図であ
る。

【図１０】従来の超音波モータの駆動回路の例を示す概
略構成図である。

【図１１】駆動信号の周波数の変化に対して、（Ａ）は
超音波振動の振幅の変化を示す線図、（Ｂ）は回転速度
の変化を示す線図、（Ｃ）はインピーダンスの変化を示
す線図である。

【符号の説明】

１０超音波モータの駆動回路１２超音波モータ１４パルス幅変調回路２４反射シール２６フォトセンサ３０発振器６２電力増幅部６４電力増幅部８０超音波モータ８２超音波モータの駆動回路１００パルス幅変調回路１０６電力増幅部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス列から成る基準信号を出力する基
準信号出力手段と、前記基準信号出力手段から出力され
る基準信号の周波数が超音波モータの最適駆動周波数に
なるように制御する周波数制御手段と、前記超音波モー
タの回転部の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段によって検出された回転速度が目
標回転速度となるように基準信号出力手段から出力され
た基準信号のパルス幅を変調するパルス幅変調手段と、
前記パルス幅変調手段によってパルス幅が変調された信
号のパルス幅に応じた振幅の超音波モータ駆動信号を超
音波モータへ出力する駆動信号出力手段と、を有する超
音波モータの駆動回路。