JPH0515155B2 - - Google Patents
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- JPH0515155B2 JPH0515155B2 JP59032219A JP3221984A JPH0515155B2 JP H0515155 B2 JPH0515155 B2 JP H0515155B2 JP 59032219 A JP59032219 A JP 59032219A JP 3221984 A JP3221984 A JP 3221984A JP H0515155 B2 JPH0515155 B2 JP H0515155B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- section
- voltage
- vibration
- vibrating body
- pulse width
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/142—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. speed, torque, starting, stopping, reversing
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/145—Large signal circuits, e.g. final stages
- H02N2/147—Multi-phase circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は振動波により移動体を摩擦駆動する振
動波モータの駆動方式、特に移動体の速度制御に
適するものに関する。
動波モータの駆動方式、特に移動体の速度制御に
適するものに関する。
最近実用化されつつある、進行性振動波によつ
て駆動する振動波モータの実施例の概略図が第１
図に示してある。同図で、１は電歪素子で例えば
PZT（チタン酸ジルコン鉛）で、２は振動体で弾
性物質からなり、電歪素子１を接着してある。振
動体２は電歪素子１と共にステータ（不図示）側
に保持されている。３は移動体で振動体２に対し
押圧接触されていてロータを形成する。電歪素子
１は複数個接着されており、そのうちの一群の電
歪素子に対し、もう一群の電歪素子は振動波の波
長λの1/4波長分だけずれたピツチで配置される。
各群内での各電歪素子１は1/2波長のピツチで、
相隣り合うものの極性が逆になるように配置され
ている。また各電歪素子１の表裏には図示を省略
したが、夫々電極膜が設けられて、各電歪素子１
に電圧が印加できるようになつている。
て駆動する振動波モータの実施例の概略図が第１
図に示してある。同図で、１は電歪素子で例えば
PZT（チタン酸ジルコン鉛）で、２は振動体で弾
性物質からなり、電歪素子１を接着してある。振
動体２は電歪素子１と共にステータ（不図示）側
に保持されている。３は移動体で振動体２に対し
押圧接触されていてロータを形成する。電歪素子
１は複数個接着されており、そのうちの一群の電
歪素子に対し、もう一群の電歪素子は振動波の波
長λの1/4波長分だけずれたピツチで配置される。
各群内での各電歪素子１は1/2波長のピツチで、
相隣り合うものの極性が逆になるように配置され
ている。また各電歪素子１の表裏には図示を省略
したが、夫々電極膜が設けられて、各電歪素子１
に電圧が印加できるようになつている。
このような構成の振動波モータで一群の電歪素
子に第３図ａに示すようなV0Sinωtの交流電圧を
印加し、もう一方群の電歪素子にV0Cosωtの交
流電圧を印加する。従つて各電歪素子は相隣り合
うものどうし極性が逆向きで二つの群どうし90°
位相のずれた交流電圧が印加されて伸縮振動をす
る。この振動が伝えられて振動体２は電歪素子１
の配置ピツチに従つて曲げ振動をする。振動体２
が一つおきの電歪素子の位置で出つ張ると、他の
一つおきの電歪素子の位置が引つ込む。一方、前
記の如く一群の電歪素子は他の群の電歪素子に対
し、1/4波長ずれた位置にあるため曲げ振動が進
行する。交流電圧が印加されている間、次々と振
動が励起されて、進行性曲げ振動波となつて振動
体２を伝わつてゆく。
子に第３図ａに示すようなV0Sinωtの交流電圧を
印加し、もう一方群の電歪素子にV0Cosωtの交
流電圧を印加する。従つて各電歪素子は相隣り合
うものどうし極性が逆向きで二つの群どうし90°
位相のずれた交流電圧が印加されて伸縮振動をす
る。この振動が伝えられて振動体２は電歪素子１
の配置ピツチに従つて曲げ振動をする。振動体２
が一つおきの電歪素子の位置で出つ張ると、他の
一つおきの電歪素子の位置が引つ込む。一方、前
記の如く一群の電歪素子は他の群の電歪素子に対
し、1/4波長ずれた位置にあるため曲げ振動が進
行する。交流電圧が印加されている間、次々と振
動が励起されて、進行性曲げ振動波となつて振動
体２を伝わつてゆく。
このときの波の進行状態が第２図ａ，ｂ，ｃ，
ｄに示してある。いま、進行性曲げ振動波が矢示
X1方向に進むとする。０を静止状態に於ける振
動体の中心面とすると振動状態では鎖線示の状態
となり、この中立面６は曲げによる応力が拮抗し
ている。中立面６と直交する断面７1についてみ
ると、これら二面の交線５1では応力がかからず
上下振動しているだけである。同時に断面７1は
交線５1を中心として左右の振り子振動している。
断面７2又は７3についても同じように交線５2又
は５3を中心として左右の振り子振動する。
ｄに示してある。いま、進行性曲げ振動波が矢示
X1方向に進むとする。０を静止状態に於ける振
動体の中心面とすると振動状態では鎖線示の状態
となり、この中立面６は曲げによる応力が拮抗し
ている。中立面６と直交する断面７1についてみ
ると、これら二面の交線５1では応力がかからず
上下振動しているだけである。同時に断面７1は
交線５1を中心として左右の振り子振動している。
断面７2又は７3についても同じように交線５2又
は５3を中心として左右の振り子振動する。
同図ａに示す状態では断面７1と振動体２の移
動体３側の表面との交線上の点P1は左右振動の
右死点となつており上方向運動だけしている。こ
の振り子振動は交線５1・５2又は５3が波の正側
では（中心面０の上側にあるとき）左方向（波の
進行方向X1と逆方向）の応力が加わり、波の負
側（同じく下側にあるとき）右方向の応力が加わ
る。即ち同図ａに於て、交線５2と断面７2が前者
のときの状態で、点P2に矢示方向の応力が加わ
る。交線５3と断面７3が後者のときの状態で、点
P3は矢示方向の応力が加わる。波が進行し、ｂ
に示すように波の正側に交線５1がくると点P1は
左方向の運動をすると同時に上方向の運動をす
る。ｃで点P1は上下振動の上死点で左方向の運
動だけする。ｄで点P1は左方向の運動と下方向
運動をする。さらに波が進行し、右方向と下方向
の運動、右方向と上方向の運動を経てａの状態に
戻る。この一連の運動を合成すると点P1は回転
楕円運動をしている。一方、移動体３は振動体２
に加圧接触しており、同図ｃに示すように、振動
体２上の点P1の回転楕円運動が移動体３をX2方
向に摩擦駆動する。点P2・P3及びその他振動体
２上の全ての点が点P1と同じように移動体３を
摩擦駆動する。
動体３側の表面との交線上の点P1は左右振動の
右死点となつており上方向運動だけしている。こ
の振り子振動は交線５1・５2又は５3が波の正側
では（中心面０の上側にあるとき）左方向（波の
進行方向X1と逆方向）の応力が加わり、波の負
側（同じく下側にあるとき）右方向の応力が加わ
る。即ち同図ａに於て、交線５2と断面７2が前者
のときの状態で、点P2に矢示方向の応力が加わ
る。交線５3と断面７3が後者のときの状態で、点
P3は矢示方向の応力が加わる。波が進行し、ｂ
に示すように波の正側に交線５1がくると点P1は
左方向の運動をすると同時に上方向の運動をす
る。ｃで点P1は上下振動の上死点で左方向の運
動だけする。ｄで点P1は左方向の運動と下方向
運動をする。さらに波が進行し、右方向と下方向
の運動、右方向と上方向の運動を経てａの状態に
戻る。この一連の運動を合成すると点P1は回転
楕円運動をしている。一方、移動体３は振動体２
に加圧接触しており、同図ｃに示すように、振動
体２上の点P1の回転楕円運動が移動体３をX2方
向に摩擦駆動する。点P2・P3及びその他振動体
２上の全ての点が点P1と同じように移動体３を
摩擦駆動する。
この駆動原理からしても、移動体３の移動速度
は、振動体２上の点の回転楕円運動半径に比例す
ることが解る。印加駆動電圧エネルギが大きいほ
ど、振動エネルギが大きくなり、回転楕円運動半
径も大きくなる。従つて、移動速度を上げるに
は、駆動電圧エネルギを大きくすればよい。従
来、正弦波や方形波の電圧を印加している場合に
移動速度を上げるには、印加電圧を大きくして、
駆動電圧エネルギを大きくしていた。
は、振動体２上の点の回転楕円運動半径に比例す
ることが解る。印加駆動電圧エネルギが大きいほ
ど、振動エネルギが大きくなり、回転楕円運動半
径も大きくなる。従つて、移動速度を上げるに
は、駆動電圧エネルギを大きくすればよい。従
来、正弦波や方形波の電圧を印加している場合に
移動速度を上げるには、印加電圧を大きくして、
駆動電圧エネルギを大きくしていた。
このように電圧制御で速度調整をしようとする
と、最大電圧時（最高速度駆動時）の電流量から
回路設計をしなければならず、回路が大きいもの
になりがちである。また、トランジスタ回路で電
圧制御をしようとすると、電歪素子のインピーダ
ンスは一定で、定電圧時（低速度の駆動時）は低
電流であるから、その分コレクタ損失が増え駆動
効率の悪いものとなつてしまう。
と、最大電圧時（最高速度駆動時）の電流量から
回路設計をしなければならず、回路が大きいもの
になりがちである。また、トランジスタ回路で電
圧制御をしようとすると、電歪素子のインピーダ
ンスは一定で、定電圧時（低速度の駆動時）は低
電流であるから、その分コレクタ損失が増え駆動
効率の悪いものとなつてしまう。
本発明は、従来のものゝ上記欠点を除去し、効
率的に動作し、且つコンパクトな回路にできる振
動波モータの駆動方式を提供することを目的とす
るものである。
率的に動作し、且つコンパクトな回路にできる振
動波モータの駆動方式を提供することを目的とす
るものである。
この目的を達成するため本発明は、周波電圧が
印加された電歪素子の振動で生ずる進行性振動波
で、移動体を駆動する振動波モータに於て、前記
周波電圧をパルス電圧とし、該パルス電圧のパル
ス巾を制御することにより、前記移動体の移動速
度を制御することを特徴とする駆動方式である。
印加された電歪素子の振動で生ずる進行性振動波
で、移動体を駆動する振動波モータに於て、前記
周波電圧をパルス電圧とし、該パルス電圧のパル
ス巾を制御することにより、前記移動体の移動速
度を制御することを特徴とする駆動方式である。
即ち、第３図ａに示されたような正弦波形の駆
動電圧に代えて、同図ｂに示されたようなパルス
波形の駆動電圧を印加し、そのパルス巾t1を変化
させることにより、駆動電圧エネルギを変化さ
せ、駆動速度を制御しようとするものである。な
お同図でt0は周期、t2＝t0／２である。
動電圧に代えて、同図ｂに示されたようなパルス
波形の駆動電圧を印加し、そのパルス巾t1を変化
させることにより、駆動電圧エネルギを変化さ
せ、駆動速度を制御しようとするものである。な
お同図でt0は周期、t2＝t0／２である。
振動波モータの振動を運動方程式より考えてみ
る。時間ｔにおける加振力をｆ，ｔとすると、 ｆ，ｔ＝mx¨t＋Cx〓t＋kxt ここでｍは質量、Ｃは減衰係数、ｋはバネ定数、
ｘ(t)は時間ｔにおける位置（平衡状態からの変
位量）である。
る。時間ｔにおける加振力をｆ，ｔとすると、 ｆ，ｔ＝mx¨t＋Cx〓t＋kxt ここでｍは質量、Ｃは減衰係数、ｋはバネ定数、
ｘ(t)は時間ｔにおける位置（平衡状態からの変
位量）である。
いまｘ，ｔ＝Asinωtとおくと。
ｆ，ｔ＝Ａ（ｋ−ω2ｍ）sinωt
＋AωCcosωt
となる。共振状態であればｋ＝ω2ｍとなる。従
つて、加振力ｆ，ｔ＝AωCcosωtを満たせば振動
は続けられる。実際には非線形成分等を含んでい
るため若干複雑であるが、以上の概略条件を満た
せば共振振動する。
つて、加振力ｆ，ｔ＝AωCcosωtを満たせば振動
は続けられる。実際には非線形成分等を含んでい
るため若干複雑であるが、以上の概略条件を満た
せば共振振動する。
ところが、第３図ｂの波形のフーリエ級数展開
は第３図ａの周波数成分を持つているため振動を
続けることができる。従つて、印加電圧波形を同
図ａからｂに代え得ることは理論的にも理解でき
る。またt2は周期T0により決まるので、t1／t2を
大きくすることにより、振動エネルギが大きくな
り移動体の送り速さを大きくすることができる。
は第３図ａの周波数成分を持つているため振動を
続けることができる。従つて、印加電圧波形を同
図ａからｂに代え得ることは理論的にも理解でき
る。またt2は周期T0により決まるので、t1／t2を
大きくすることにより、振動エネルギが大きくな
り移動体の送り速さを大きくすることができる。
次ぎに上記のような駆動方式を実施するための
回路例を説明する。
回路例を説明する。
第４図は駆動回路のブロツク図である。発振部
１２は電歪素子１の共振周波数の発振をし、パル
ス巾制御部１５にパルス信号を送る。速度検出部
１０は振動波モータのロータ３上の光学マーク９
をフオトインタラプタ１０で（第１図参照）読取
るエンコーダを構成している。速度指令部１４は
外部からの設定速度と速度検出部との信号を比較
して、パルス巾制御部１５に信号を送る。パルス
巾制御部１５ではパルス巾t1を設定し、スイツチ
ング部１６に信号を送り、その信号でスイツチン
グ部１６は駆動電圧のオン・オフをする。なお発
振部１２は、電歪素子１の振動数を検知して、フ
イードバツク入力し、発振周波数を共振周波数に
するようにしてもよい。
１２は電歪素子１の共振周波数の発振をし、パル
ス巾制御部１５にパルス信号を送る。速度検出部
１０は振動波モータのロータ３上の光学マーク９
をフオトインタラプタ１０で（第１図参照）読取
るエンコーダを構成している。速度指令部１４は
外部からの設定速度と速度検出部との信号を比較
して、パルス巾制御部１５に信号を送る。パルス
巾制御部１５ではパルス巾t1を設定し、スイツチ
ング部１６に信号を送り、その信号でスイツチン
グ部１６は駆動電圧のオン・オフをする。なお発
振部１２は、電歪素子１の振動数を検知して、フ
イードバツク入力し、発振周波数を共振周波数に
するようにしてもよい。
第５図は、第４図に示すブロツク図に基ずく、
回路を示すものである。同図に於て、OSCは発
振器、Ｆ／Ｖは周波数−電圧変換器，CP1・CP2
は比較増巾器、INはインバータ、AND1・
AND2はアンドゲート、ON1・ON2はシユミツ
ト・トリガ回路、FF1・FF2はフリツプフロツ
プ、R1〜R13は固定抵抗、VR1〜VR3は可変抵
抗、C1〜C4はコンデサ、D1・D2はダイオード、
Q1〜Q8はトランジスタである。LEDは発光ダイ
オード、PTはフオトトランジスタで、移動体３
上のマーク９を読取るフオトインタラプタ１０で
ある。
回路を示すものである。同図に於て、OSCは発
振器、Ｆ／Ｖは周波数−電圧変換器，CP1・CP2
は比較増巾器、INはインバータ、AND1・
AND2はアンドゲート、ON1・ON2はシユミツ
ト・トリガ回路、FF1・FF2はフリツプフロツ
プ、R1〜R13は固定抵抗、VR1〜VR3は可変抵
抗、C1〜C4はコンデサ、D1・D2はダイオード、
Q1〜Q8はトランジスタである。LEDは発光ダイ
オード、PTはフオトトランジスタで、移動体３
上のマーク９を読取るフオトインタラプタ１０で
ある。
この回路でブロツク２０は振動波モータの駆動
速度をアナログ電圧値として、ブロツク２１・ブ
ロツク２２に出力する。可変抵抗VR1はこのと
きの電圧レベルを調整するものである。このアナ
ログ電圧値は、ブロツク２１の比較増巾器CP1に
より、可変抵抗VR2で外部（例えば手動）から
設定される速度に対応する電圧値と、比較され
る。ブロツク２２でも同じように比較される。一
方、発振器OSCの発振信号も、ブロツク２１・
２２に入力する。ブロツク２２に入力した信号で
ハイになる出力は、比較増巾器CP2の出力が逆転
するまで、維持される。そのハイ出力で、プツシ
ユプル回路ブロツク２３のスイツチングトランジ
スタQ3をオンにする。すると、トランジスタ
Q8・Q6を通して、電圧＋Vccが電歪素子１に印
加される。ブロツク２１に入力する発振信号はイ
ンバータINで反転する。従つて、ブロツク２１
は信号の立下りで動作し、電歪素子１に逆方向の
電圧を印加するときのスイツチング信号を出すこ
とになる。
速度をアナログ電圧値として、ブロツク２１・ブ
ロツク２２に出力する。可変抵抗VR1はこのと
きの電圧レベルを調整するものである。このアナ
ログ電圧値は、ブロツク２１の比較増巾器CP1に
より、可変抵抗VR2で外部（例えば手動）から
設定される速度に対応する電圧値と、比較され
る。ブロツク２２でも同じように比較される。一
方、発振器OSCの発振信号も、ブロツク２１・
２２に入力する。ブロツク２２に入力した信号で
ハイになる出力は、比較増巾器CP2の出力が逆転
するまで、維持される。そのハイ出力で、プツシ
ユプル回路ブロツク２３のスイツチングトランジ
スタQ3をオンにする。すると、トランジスタ
Q8・Q6を通して、電圧＋Vccが電歪素子１に印
加される。ブロツク２１に入力する発振信号はイ
ンバータINで反転する。従つて、ブロツク２１
は信号の立下りで動作し、電歪素子１に逆方向の
電圧を印加するときのスイツチング信号を出すこ
とになる。
以上説明したように、本発明を適用した駆動方
式では、パルス巾制御をするものであるから、ト
ランジスタ回路でもコレクタ損失が少ないスイツ
チング動作により駆動できる。従つて、駆動効率
が良くなる。しかもパルス巾制御は電圧制御に比
べて、同一の駆動電圧エネルギ加える場合に、小
電流で済むから、回路をコンパクトにできる。従
つて、安価に生産することができ、この面からも
経済的に優れている。尚１２，１４，１５が制御
回路を構成する。
式では、パルス巾制御をするものであるから、ト
ランジスタ回路でもコレクタ損失が少ないスイツ
チング動作により駆動できる。従つて、駆動効率
が良くなる。しかもパルス巾制御は電圧制御に比
べて、同一の駆動電圧エネルギ加える場合に、小
電流で済むから、回路をコンパクトにできる。従
つて、安価に生産することができ、この面からも
経済的に優れている。尚１２，１４，１５が制御
回路を構成する。
第１図は振動波モータの主要部の概略図、第２
図は振動波モータの駆動原理を説明する図、第３
図ａは従来の方式による印加電圧波形図、同図ｂ
は本発明を適用する方式による印加電圧波形図、
第４図はその方式の駆動回路のブロツク図、第５
図は駆動回路図である。 １は電歪素子、２は振動体、３は移動体、１０
は速度検出部、１２は発振部、１４は速度指令
部、１５はパルス巾制御部、１６はスイツチング
部である。
図は振動波モータの駆動原理を説明する図、第３
図ａは従来の方式による印加電圧波形図、同図ｂ
は本発明を適用する方式による印加電圧波形図、
第４図はその方式の駆動回路のブロツク図、第５
図は駆動回路図である。 １は電歪素子、２は振動体、３は移動体、１０
は速度検出部、１２は発振部、１４は速度指令
部、１５はパルス巾制御部、１６はスイツチング
部である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 制御回路１２，１４，１５を有する振動波モ
ータ用駆動装置であつて、 振動波モータは振動体２と、振動体２と接触し
て振動体２と相対移動する対象物３とを有し、 制御回路１２，１４，１５は、発振部１２と、
速度指令部１４と、パルス幅制御部１５とを有
し、パルス幅制御部１５は発振部１２からの発振
信号を、速度指令部１４からの信号に応じたパル
ス幅を持つたパルス信号に変えるものであり、こ
のパルス信号により振動体２を励振させる 振動波モータ用駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59032219A JPS60176470A (ja) | 1984-02-21 | 1984-02-21 | 振動波モータ用駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59032219A JPS60176470A (ja) | 1984-02-21 | 1984-02-21 | 振動波モータ用駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60176470A JPS60176470A (ja) | 1985-09-10 |
| JPH0515155B2 true JPH0515155B2 (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=12352822
Family Applications (1)
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| JP59032219A Granted JPS60176470A (ja) | 1984-02-21 | 1984-02-21 | 振動波モータ用駆動装置 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPS60176470A (ja) |
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Citations (1)
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-
1984
- 1984-02-21 JP JP59032219A patent/JPS60176470A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6051478A (ja) * | 1983-08-26 | 1985-03-22 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 超音波モータ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60176470A (ja) | 1985-09-10 |
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