JPH05153788A - 超音波モータの制御駆動方法 - Google Patents
超音波モータの制御駆動方法Info
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- JPH05153788A JPH05153788A JP3312085A JP31208591A JPH05153788A JP H05153788 A JPH05153788 A JP H05153788A JP 3312085 A JP3312085 A JP 3312085A JP 31208591 A JP31208591 A JP 31208591A JP H05153788 A JPH05153788 A JP H05153788A
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- ultrasonic motor
- drive
- piezoelectric body
- series circuit
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 振動体の圧電体に流入する機械腕電流を正確
に検出する手段と、その検出結果を利用した制御・駆動
方法により、動作の安定した高効率の超音波モータを提
供することを目的とする。 【構成】 超音波モータの駆動電圧を発生する昇圧トラ
ンス７の出力側に、超音波モータの圧電体と抵抗素子９
から成る第１の直列回路と、圧電体と容量値のほぼ等し
い容量素子１０と抵抗素子１１から成る第２の直列回路
とをそれぞれ並列に接続し、２つの直列回路の中間接続
点間の電位差で、圧電体に流入する機械腕電流を検出し
て、検出電流値を制御することにより、振動体を安定動
作領域で駆動する。
に検出する手段と、その検出結果を利用した制御・駆動
方法により、動作の安定した高効率の超音波モータを提
供することを目的とする。 【構成】 超音波モータの駆動電圧を発生する昇圧トラ
ンス７の出力側に、超音波モータの圧電体と抵抗素子９
から成る第１の直列回路と、圧電体と容量値のほぼ等し
い容量素子１０と抵抗素子１１から成る第２の直列回路
とをそれぞれ並列に接続し、２つの直列回路の中間接続
点間の電位差で、圧電体に流入する機械腕電流を検出し
て、検出電流値を制御することにより、振動体を安定動
作領域で駆動する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電セラミック等の圧
電体を用いて、振動体に弾性波を励振することにより駆
動力を発生する超音波モータの制御駆動方法に関するも
のである。
電体を用いて、振動体に弾性波を励振することにより駆
動力を発生する超音波モータの制御駆動方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】以下、図面を参照しながら超音波モータ
とその駆動方法の従来技術について説明を行う。
とその駆動方法の従来技術について説明を行う。
【０００３】図５は、リング型超音波モータの切り欠き
斜視図であり、リング形の弾性基板１のリング面の一方
に、駆動用の圧電体としてリング形圧電セラミック２を
接着剤で貼合せてリング形振動体３を構成している。４
は耐磨耗性材料の摩擦材、５は弾性体であり、互いに貼
合せられて移動体６を構成している。移動体６は摩擦材
４を介してばね等の加圧手段（ここでは図示していな
い）により振動体３と加圧接触して設置される。
斜視図であり、リング形の弾性基板１のリング面の一方
に、駆動用の圧電体としてリング形圧電セラミック２を
接着剤で貼合せてリング形振動体３を構成している。４
は耐磨耗性材料の摩擦材、５は弾性体であり、互いに貼
合せられて移動体６を構成している。移動体６は摩擦材
４を介してばね等の加圧手段（ここでは図示していな
い）により振動体３と加圧接触して設置される。
【０００４】図６は、圧電セラミック２に形成される駆
動電極の構造図であり、弾性進行波の１／４波長相当だ
け位置的にずれた２組の駆動電極ＡとＢを形成してい
る。駆動電極ＡとＢは、それぞれ１／２波長相当の長さ
を持つ小電極群からなっている。電極ＣとＤはそれぞれ
３／４波長と１／４波長相当の長さを持ち、駆動電極Ａ
とＢに１／４波長相当の位置的なずれを作るために形成
している。
動電極の構造図であり、弾性進行波の１／４波長相当だ
け位置的にずれた２組の駆動電極ＡとＢを形成してい
る。駆動電極ＡとＢは、それぞれ１／２波長相当の長さ
を持つ小電極群からなっている。電極ＣとＤはそれぞれ
３／４波長と１／４波長相当の長さを持ち、駆動電極Ａ
とＢに１／４波長相当の位置的なずれを作るために形成
している。
【０００５】駆動電極ＡとＢに、それぞれ９０度位相の
異なる２つの交流電圧を印加すると（例えばｓｉｎ波と
ｃｏｓ波）、図７に示すような撓み振動の進行波が振動
体３に励振される。ここで、図７（ａ）は撓み振動の振
動姿態を示し、図７（ｂ）は径方向の変位分布を示して
いる。リング型超音波モータでは径方向１次で周方向３
次以上の撓み振動の進行波が振動体３に励振される。こ
の進行波の波頭の横方向成分により、移動体６は摩擦駆
動され回転運動をする。
異なる２つの交流電圧を印加すると（例えばｓｉｎ波と
ｃｏｓ波）、図７に示すような撓み振動の進行波が振動
体３に励振される。ここで、図７（ａ）は撓み振動の振
動姿態を示し、図７（ｂ）は径方向の変位分布を示して
いる。リング型超音波モータでは径方向１次で周方向３
次以上の撓み振動の進行波が振動体３に励振される。こ
の進行波の波頭の横方向成分により、移動体６は摩擦駆
動され回転運動をする。
【０００６】図８に示すように、超音波モータの振動体
は圧電セラミック単体の時と同様に、駆動端子からみる
と共振・反共振特性を示し、共振周波数近傍で低インピ
ーダンスになるので、共振周波数近傍で駆動すれば低電
圧で効率良く弾性進行波を励振することができる。しか
し、同図の矢印に示すように、駆動周波数の掃引方向に
より振動体のアドミッタンスは周波数ｆ1からｆ2の領域
でヒステリシス特性を示し、この領域では振動体のアド
ミッタンスが１意的に決まらず超音波モータの動作が不
安定になる。従って、超音波モータの駆動は振動体の不
安定領域（同図の周波数ｆ1からｆ2の領域）よりも高い
安定動作領域（同図の周波数ｆ2からｆ3の領域）内で安
定に駆動する必要がある。
は圧電セラミック単体の時と同様に、駆動端子からみる
と共振・反共振特性を示し、共振周波数近傍で低インピ
ーダンスになるので、共振周波数近傍で駆動すれば低電
圧で効率良く弾性進行波を励振することができる。しか
し、同図の矢印に示すように、駆動周波数の掃引方向に
より振動体のアドミッタンスは周波数ｆ1からｆ2の領域
でヒステリシス特性を示し、この領域では振動体のアド
ミッタンスが１意的に決まらず超音波モータの動作が不
安定になる。従って、超音波モータの駆動は振動体の不
安定領域（同図の周波数ｆ1からｆ2の領域）よりも高い
安定動作領域（同図の周波数ｆ2からｆ3の領域）内で安
定に駆動する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の超音波モータ
は、振動体をその共振周波数近傍で駆動するために、図
６の圧電体の電極構造の電極Ｃまたは電極Ｄを、そのま
まあるいは分割して振動を検出するセンサ電極として用
い、このセンサ電極の出力により駆動周波数を振動体の
共振周波数近傍に制御していた。しかし、この方式では
超音波モータを小型化すると、振動が小さくなることに
よりセンサ電極の出力が小さくなるという欠点と、セン
サ電極の面積が小さくなって出力インピーダンスが大き
くなり検出のＳＮ比が劣化するという欠点を有し、その
結果駆動周波数の制御精度が悪くなるという課題を有し
ていた。
は、振動体をその共振周波数近傍で駆動するために、図
６の圧電体の電極構造の電極Ｃまたは電極Ｄを、そのま
まあるいは分割して振動を検出するセンサ電極として用
い、このセンサ電極の出力により駆動周波数を振動体の
共振周波数近傍に制御していた。しかし、この方式では
超音波モータを小型化すると、振動が小さくなることに
よりセンサ電極の出力が小さくなるという欠点と、セン
サ電極の面積が小さくなって出力インピーダンスが大き
くなり検出のＳＮ比が劣化するという欠点を有し、その
結果駆動周波数の制御精度が悪くなるという課題を有し
ていた。
【０００８】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、振動体の圧電体に流入する機械腕電流を正確に検出
する手段と、その検出結果を利用した制御駆動方法によ
り、常に動作の安定した高効率の超音波モータを提供す
ることを目的とする。
で、振動体の圧電体に流入する機械腕電流を正確に検出
する手段と、その検出結果を利用した制御駆動方法によ
り、常に動作の安定した高効率の超音波モータを提供す
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】超音波モータの駆動電圧
を発生する昇圧トランスの出力側に、超音波モータの圧
電体と抵抗素子から成る第１の直列回路と、圧電体と容
量値のほぼ等しい容量素子と抵抗素子から成る第２の直
列回路とをそれぞれ並列に接続し、２つの直列回路の中
間接続点間の電位差で、圧電体に流入する機械腕電流を
検出して、検出電流値を制御することにより、振動体を
常に安定動作周波数領域で駆動する。
を発生する昇圧トランスの出力側に、超音波モータの圧
電体と抵抗素子から成る第１の直列回路と、圧電体と容
量値のほぼ等しい容量素子と抵抗素子から成る第２の直
列回路とをそれぞれ並列に接続し、２つの直列回路の中
間接続点間の電位差で、圧電体に流入する機械腕電流を
検出して、検出電流値を制御することにより、振動体を
常に安定動作周波数領域で駆動する。
【００１０】
【作用】超音波モータの駆動電圧を発生する昇圧トラン
スの出力側に、圧電体と抵抗素子から成る第１の直列回
路と、圧電体と容量値のほぼ等しい容量素子と抵抗素子
から成る第２の直列回路とを並列に接続し、２つの直列
回路の中間接続点間の電位差で、電気腕電流を相殺して
圧電体に流入する機械腕電流を検出し、この検出電流値
を制御して、振動体を常に安定動作周波数領域で駆動す
ることにより、小型化しても動作の安定した高効率の超
音波モータを提供する。
スの出力側に、圧電体と抵抗素子から成る第１の直列回
路と、圧電体と容量値のほぼ等しい容量素子と抵抗素子
から成る第２の直列回路とを並列に接続し、２つの直列
回路の中間接続点間の電位差で、電気腕電流を相殺して
圧電体に流入する機械腕電流を検出し、この検出電流値
を制御して、振動体を常に安定動作周波数領域で駆動す
ることにより、小型化しても動作の安定した高効率の超
音波モータを提供する。
【００１１】
【実施例】（実施例１）以下、図面に従って本発明の１
実施例について詳細な説明を行う。
実施例について詳細な説明を行う。
【００１２】図１は本発明の超音波モータの制御駆動方
法の１実施例である超音波モータ駆動部と機械腕電流検
出部の回路図である。７は昇圧トランスであり、超音波
モータを駆動するに充分な電圧値の駆動電圧を作る。昇
圧トランス７の出力端子には超音波モータ８（実際には
圧電体）と抵抗素子９から成る第１の直列回路と、容量
素子１０と抵抗素子１１から成る第２の直列回路がそれ
ぞれ接続される。ここで、抵抗素子９の抵抗値は超音波
モータ８の抵抗値に比べて小さく選ばれているので、昇
圧トランス７の出力電圧はほとんど超音波モータ８に印
加される。
法の１実施例である超音波モータ駆動部と機械腕電流検
出部の回路図である。７は昇圧トランスであり、超音波
モータを駆動するに充分な電圧値の駆動電圧を作る。昇
圧トランス７の出力端子には超音波モータ８（実際には
圧電体）と抵抗素子９から成る第１の直列回路と、容量
素子１０と抵抗素子１１から成る第２の直列回路がそれ
ぞれ接続される。ここで、抵抗素子９の抵抗値は超音波
モータ８の抵抗値に比べて小さく選ばれているので、昇
圧トランス７の出力電圧はほとんど超音波モータ８に印
加される。
【００１３】図２は超音波モータの１駆動端子からみた
等価回路であり、Ｃ0は電気容量で超音波モータの電気
的性質を表し、そしてＣ1は弾性、Ｌ1は質量、Ｒ1は振
動の損失を表し超音波モータの機械的性質を表す。ま
た、同図中のｉeは電気容量に流れる充放電電流であり
電気腕電流と呼ばれ、ｉmは振動の速度を表し機械腕電
流と呼ばれる。超音波モータでは、移動体６の速度は機
械腕電流ｉmに比例するので、機械腕電流ｉmの制御によ
り回転速度を制御することができる。
等価回路であり、Ｃ0は電気容量で超音波モータの電気
的性質を表し、そしてＣ1は弾性、Ｌ1は質量、Ｒ1は振
動の損失を表し超音波モータの機械的性質を表す。ま
た、同図中のｉeは電気容量に流れる充放電電流であり
電気腕電流と呼ばれ、ｉmは振動の速度を表し機械腕電
流と呼ばれる。超音波モータでは、移動体６の速度は機
械腕電流ｉmに比例するので、機械腕電流ｉmの制御によ
り回転速度を制御することができる。
【００１４】図１において、抵抗素子９は超音波モータ
８の振動損失Ｒ1の値よりも充分小さく選び、容量素子
１０を超音波モータ８の電気容量値Ｃ0に等しくしてい
る。ここで、抵抗素子９の抵抗値をｒ1、抵抗素子１１
の抵抗値をｒ2、超音波モータ８の容量値をｃ0、容量素
子１０の容量値をｃ0とし、第１の直列回路に流れる電
流をｉ1とし、第２の直列回路に流れる電流をｉ2すれ
ば、２つの直列回路の中間接続点間の電位差Ｖdは、
８の振動損失Ｒ1の値よりも充分小さく選び、容量素子
１０を超音波モータ８の電気容量値Ｃ0に等しくしてい
る。ここで、抵抗素子９の抵抗値をｒ1、抵抗素子１１
の抵抗値をｒ2、超音波モータ８の容量値をｃ0、容量素
子１０の容量値をｃ0とし、第１の直列回路に流れる電
流をｉ1とし、第２の直列回路に流れる電流をｉ2すれ
ば、２つの直列回路の中間接続点間の電位差Ｖdは、
【００１５】
【数１】
【００１６】で表される。ここで、電流ｉ1と電流ｉ
2は、抵抗素子９と１１が共に超音波モータ８の振動損
失Ｒ1よりも充分小さいと共に、駆動周波数で容量値ｃ0
が示すインピーダンスよりも充分小さいという条件を満
たすときには、
2は、抵抗素子９と１１が共に超音波モータ８の振動損
失Ｒ1よりも充分小さいと共に、駆動周波数で容量値ｃ0
が示すインピーダンスよりも充分小さいという条件を満
たすときには、
【００１７】
【数２】
【００１８】
【数３】
【００１９】である。ここで、検出電位差Ｖdを常に正
の値にするために、機械腕電流ｉmの最大値ｉm maxから
抵抗素子１１の値ｒ2を次式で示す範囲に設定する。
の値にするために、機械腕電流ｉmの最大値ｉm maxから
抵抗素子１１の値ｒ2を次式で示す範囲に設定する。
【００２０】
【数４】
【００２１】この時、検出値Ｖdは、
【００２２】
【数５】
【００２３】となり、常に正の値になる。また、２つの
直列回路に印加される駆動電圧が全く同じなので、超音
波モータ８と容量素子１０がほぼ同じ電圧で駆動され
る。従って、電気腕電流の正確な相殺ができ、正確な機
械腕電流の検出が可能である。従って、検出電位差Ｖd
を制御することにより、正確に機械腕電流が制御でき、
その結果回転数の制御が可能である。また、単一電源し
か持たない装置においても、回転数制御のパラメータと
して簡単に使用することができるという利点も有する。
直列回路に印加される駆動電圧が全く同じなので、超音
波モータ８と容量素子１０がほぼ同じ電圧で駆動され
る。従って、電気腕電流の正確な相殺ができ、正確な機
械腕電流の検出が可能である。従って、検出電位差Ｖd
を制御することにより、正確に機械腕電流が制御でき、
その結果回転数の制御が可能である。また、単一電源し
か持たない装置においても、回転数制御のパラメータと
して簡単に使用することができるという利点も有する。
【００２４】図３は図１の機械腕電流検出部出力の周波
数特性である。同図において、点線は機械腕電流の周波
数特性であり、実線は図１の検出回路の検出電圧であ
り、検出電圧は機械腕電流の周波数特性に対応して変化
していることが明かである。
数特性である。同図において、点線は機械腕電流の周波
数特性であり、実線は図１の検出回路の検出電圧であ
り、検出電圧は機械腕電流の周波数特性に対応して変化
していることが明かである。
【００２５】図４は図１の回路を使った超音波モータ駆
動回路のブロック図である。１２は制御電圧Ｖcにより
発振周波数を可変できる発振回路であり、超音波モータ
の駆動信号を発生する。１３は発振回路１２で作られた
信号を所定の位相差を有する２つの信号に分割する駆動
信号分割回路である。分割後の２つの信号は、それぞれ
昇圧トランス７、７’によって超音波モータ８を駆動す
るに充分な電圧値に昇圧される。１４は機械腕電流を検
出する検出電圧Ｖdを検出する電圧検出回路で、その出
力は発振回路１２の制御端子に帰還される。この動作に
より、周囲温度や外部負荷が変化しても、超音波モータ
は常に検出電圧Ｖdが図３の周波数ｆ4からｆ5の安定動
作領域内の動作点ｆdに対応したＶd1になるように駆動
される。
動回路のブロック図である。１２は制御電圧Ｖcにより
発振周波数を可変できる発振回路であり、超音波モータ
の駆動信号を発生する。１３は発振回路１２で作られた
信号を所定の位相差を有する２つの信号に分割する駆動
信号分割回路である。分割後の２つの信号は、それぞれ
昇圧トランス７、７’によって超音波モータ８を駆動す
るに充分な電圧値に昇圧される。１４は機械腕電流を検
出する検出電圧Ｖdを検出する電圧検出回路で、その出
力は発振回路１２の制御端子に帰還される。この動作に
より、周囲温度や外部負荷が変化しても、超音波モータ
は常に検出電圧Ｖdが図３の周波数ｆ4からｆ5の安定動
作領域内の動作点ｆdに対応したＶd1になるように駆動
される。
【００２６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の駆動方法に
よれば、超音波モータが小型化しても精度の高い機械腕
電流の検出が可能になり、常に安定動作周波数領域での
駆動が可能であり、動作の安定した高効率の超音波モー
タを提供できる。
よれば、超音波モータが小型化しても精度の高い機械腕
電流の検出が可能になり、常に安定動作周波数領域での
駆動が可能であり、動作の安定した高効率の超音波モー
タを提供できる。
【図１】本発明の１実施例の電流検出回路のブロック図
【図２】超音波モータの振動体の１駆動端子の等価回路
図
図
【図３】機械腕電流の検出回路の周波数特性図
【図４】超音波モータの駆動回路のブロック図
【図５】円環形超音波モータの切り欠き斜視図
【図６】円環形圧電体の電極構造
【図７】円環形超音波モータの振動体の径方向の振動変
位図
位図
【図８】振動体のアドミッタンスの周波数特性
【符号の説明】 ７ 昇圧トランス ８ 超音波モータ ９ 抵抗素子 １０ 容量素子 １１ 抵抗素子 １２ 発振回路 １３ 駆動信号分割回路 １４ 電圧検出回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 克 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】弾性基板に圧電体を結合して振動体を構成
し、前記振動体に加圧接触して移動体を設置し、前記圧
電体に形成された２組の駆動電極に、それぞれ所定の位
相差を持った駆動電圧を印加して前記振動体に進行波を
励振し、前記移動体を移動させることを特徴とする超音
波モータにおいて、前記駆動電圧を発生する昇圧トラン
スの出力側に、前記圧電体と抵抗素子から成る直列回路
と、前記圧電体と容量値のほぼ等しい容量素子と抵抗素
子から成る直列回路とを並列に接続し、前記２つの直列
回路の中間接続点間の電位差で、前記圧電体に流入する
電流を検出して、前記検出電流値を制御することによ
り、前記振動体がヒステリシス特性を示す周波数よりも
高く駆動周波数を設定することを特徴とする超音波モー
タの制御駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3312085A JPH05153788A (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | 超音波モータの制御駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3312085A JPH05153788A (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | 超音波モータの制御駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05153788A true JPH05153788A (ja) | 1993-06-18 |
Family
ID=18025059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3312085A Pending JPH05153788A (ja) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | 超音波モータの制御駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05153788A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9565496B2 (en) | 2011-09-22 | 2017-02-07 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Sound reproduction device |
-
1991
- 1991-11-27 JP JP3312085A patent/JPH05153788A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9565496B2 (en) | 2011-09-22 | 2017-02-07 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Sound reproduction device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |