JPH05191985A - 超音波モータ制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異常状態の発生により超音波モータを共振周
波数付近の最適駆動周波数で駆動することができなくな
っても、超音波モータを回転不能または破損させること
なく動作させることができる超音波モータ制御回路を提
供する。 【構成】 超音波モータ１の動作状態を検出するモータ
駆動状態検出部１０が異常状態になったことが異常検出
手段２により検出された場合、周波数掃引手段６から可
変周波数発振回路４に指令信号を供給し、可変周波数発
振回路４が共振周波数付近を含む所定の範囲内で周波数
が繰り返し可変する駆動信号を発生し、該駆動信号を移
相回路７、電圧調整手段５を介して超音波モータ１に印
加して、超音波モータ１を動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、共振周波数付近の周波
数の電圧を印加することにより効率的に動作する超音波
モータを制御する超音波モータ制御回路に関し、更に詳
しくは、超音波モータの制御回路等に異常状態が発生
し、超音波モータが動作する周波数が共振周波数付近の
周波数に追従できなくなった場合でも超音波モータが動
作し得るように制御する超音波モータ制御回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】超音波モータは、その機械的共振周波数
付近の周波数を有する駆動信号を印加させることにより
効率的に動作するが、この共振周波数は温度や負荷等の
変化により変化する。そして、駆動信号の周波数が共振
周波数から離れるに従って、超音波モータの効率および
性能は劣化し、ある周波数以上離れると、超音波モータ
は回転不能になる。従って、超音波モータの共振周波数
を常に監視し、共振周波数付近の最適駆動周波数で超音
波モータを駆動するように制御することが必要となり、
このために制御回路、具体的にはモータ駆動状態検出部
が超音波モータに設けられている。

【０００３】このモータ駆動状態検出部は、超音波モー
タの駆動状況を検出して、現在の駆動周波数が最適駆動
周波数であるか否かを判断し、これにより超音波モータ
の駆動周波数が最適駆動周波数になるように制御してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のモータ
駆動状態検出部は、超音波モータの駆動周波数が最適駆
動周波数になるように制御し、これにより超音波モータ
を最適の状態で動作させるように制御しているが、この
モータ駆動状態検出部および該検出部からの信号出力経
路に故障、断線等の異常状態が発生した場合には、超音
波モータを最適駆動周波数で駆動することが不可能とな
り、ひいては超音波モータは回転不能となったり、破損
される恐れがあるという問題がある。

【０００５】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、異常状態の発生により超音波
モータを共振周波数付近の最適駆動周波数で駆動するこ
とができなくなっても、超音波モータを回転不能または
破損させることなく動作させることができる超音波モー
タ制御回路を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１記載の超音波モータ制御回路は、
超音波モータの動作状態を検出する動作状態検出手段
と、該動作状態検出手段の出力信号から前記超音波モー
タに印加する駆動電圧の周波数を決定する周波数決定手
段と、該周波数決定手段の決定した周波数の駆動電圧を
超音波モータに印加する駆動電圧印加手段と、前記動作
状態検出手段が異常状態となったことを検出する異常検
出手段と、該異常検出手段が異常状態を検出した場合、
前記超音波モータの共振周波数を含む所定の範囲内で駆
動電圧の周波数を繰り返し変えて掃引させることを指示
する指令信号を前記駆動電圧印加手段に出力する周波数
掃引手段とを有することを要旨とする。

【０００７】また、本発明の請求項２記載の超音波モー
タ制御回路は、前記異常検出手段が異常状態を検出した
場合、前記駆動電圧印加手段の出力する駆動電圧の値を
通常状態における電圧値よりも低くして前記超音波モー
タに該駆動電圧を印加する電圧調整手段を設けたことを
要旨とする。

【０００８】

【作用】本発明の請求項１記載の超音波モータ制御回路
では、超音波モータの動作状態を検出する動作状態検出
手段が異常状態になったことが検出された場合、共振周
波数付近を含む所定の範囲内で駆動電圧の周波数を繰り
返し変えて、駆動電圧を超音波モータに印加する。

【０００９】また、本発明の請求項２記載の超音波モー
タ制御回路では、同様に異常が検出された場合、周波数
が共振周波数付近を含む所定の範囲内で繰り返し可変す
る駆動信号を正常状態における電圧値よりも低く設定し
て超音波モータに印加する。

【００１０】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００１１】図１は、本発明の一実施例に係わる超音波
モータ制御回路の構成を示すブロック図である。同図に
示す超音波モータ制御回路は、超音波モータ１に設けら
れ、該超音波モータの駆動状態を監視し、該駆動状態を
示す信号を出力するモータ駆動状態検出部１０を有し、
該モータ駆動状態検出部１０からの出力信号は異常検出
手段２に供給されている。

【００１２】なお、モータ駆動状態検出部１０が出力す
る超音波モータの駆動状態を示す信号は、更に具体的に
は超音波モータ１の現在の駆動周波数が前述した共振周
波数付近の最適駆動周波数からどの程度離れているかを
示す信号である。これは、以下に図２を参照して構造を
示す超音波モータ１の圧電体の一部に設けられている信
号検出用モニタ電極からの信号であったり、超音波モー
タに印加される駆動電圧と超音波モータに流れる電流の
信号であったりするが、超音波モータに最適駆動信号と
現在の駆動信号の関係を示すものであれば、どのような
信号でもよい。

【００１３】ここで、図２を参照して、超音波モータ１
の構造について説明する。図２において、１１はケース
であり、ケース１１内に固定子１２及び回転体１８が収
容されている。固定子１２は弾性体１３の一面に分割さ
れて２群にまとめられた圧電体１４が固着されることに
より構成され、回転体１８は弾性体１３の他面に加圧接
触されている。２群にまとめられた圧電体１４に９０°
位相のずれた高周波電圧を印加することにより、弾性体
１３に進行性振動波が発生し、回転体１８が回転駆動さ
せるようになっている。１９はスラストボール、２１，
２２はスラストボール受け、２３は回転体１８を弾性体
１３に加圧接触させる皿ばね、２４はシャフト、２５は
ラジアルベアリング、２６は固定子１２から回転子１８
に伝達された不用な振動をおさえるためのゴムシートで
ある。

【００１４】なお、図２に示す超音波モータ１は、進行
波型の超音波モータであり、前記固定子１２に進行波を
発生させることで、これに圧接される回転体１８を回転
させるようになっている。この回転体１８の回転は固定
子１２の進行波の振動振幅に依存しており、振動振幅が
大きい程、すなわち駆動周波数が共振周波数に近い程、
高速かつ効率的に回転する。

【００１５】図３は、超音波モータに供給される駆動信
号の周波数と回転体の回転速度との関係を示すグラフで
あるが、正常時には共振周波数よりも若干高い周波数の
斜線を施してある周波数領域である最適駆動周波数で超
音波モータを駆動するように制御している。なお、真の
共振点である共振周波数で駆動しない理由は共振点にお
けるインピーダンスの低下に伴う過大電流によるモータ
の破損を防止するためである。

【００１６】前記異常検出手段２は、モータ駆動状態検
出部１０の出力信号に基づいて該モータ駆動状態検出部
１０および該モータ駆動状態検出部１０と異常検出手段
２とを接続する配線経路に故障、断線等による異常状態
があるか否かを検出し、異常状態を検出した場合には、
異常信号を周波数設定手段３、周波数掃引手段６および
電圧調整手段５に出力し、また異常状態を検出していな
い場合には、モータ駆動状態検出部１０の出力信号をそ
のまま次段の周波数決定手段３に供給する。

【００１７】周波数決定手段３は、異常検出手段２から
異常信号を供給された場合には、不動作状態になるが、
異常検出手段２から異常信号を供給されず、異常検出手
段２を介してモータ駆動状態検出部１０の出力信号を供
給されると、この出力信号に基づいて超音波モータの最
適駆動周波数を決定し、この周波数で発振させるための
指令信号を可変周波数発振回路４に供給する。可変周波
数発振回路４は、該周波数決定手段３からの指令信号に
基づいて最適駆動周波数で発振し、この発振信号を移相
回路７に供給する。移相回路７は、可変周波数発振回路
４からの発振信号を超音波モータ１の駆動に必要な位相
差をもった複数の電圧信号に変換して電圧調整手段５に
供給する。電圧調整手段５は、異常検出手段２から異常
信号が供給されていない場合には、移相回路７からの複
数の電圧信号を超音波モータの駆動に適した通常の電圧
まで昇圧し、超音波モータ１に供給し、これにより超音
波モータ１を最適駆動周波数で駆動する。なお、可変周
波数発生回路４と移相回路４が請求項１に記載の電圧印
加手段に相当している。

【００１８】また、周波数掃引手段６は、異常検出手段
２から異常信号を供給されると、以下に説明するような
周波数掃引を行うための指令信号を可変周波数発振回路
４に供給する。可変周波数発振回路４は、これにより以
下に説明するように所定の周波数範囲内で周波数が連続
的に変化する超音波モータ用の駆動信号を発生する。

【００１９】ここで、図３を参照して、前記周波数掃引
について説明する。前述したように、超音波モータ１は
共振周波数よりも若干高い周波数である最適駆動周波数
で駆動されるが、モータ駆動状態検出部１０の出力信号
に基づいて異常状態が検出された場合には、前述したよ
うに超音波モータ１は共振周波数よりも若干高い最適駆
動周波数での作動が困難となり、超音波モータは回転不
可能または破損する恐れがあるので、図３に示す可変周
波数範囲である上限周波数ｆmax から下限周波数ｆmin
までの周波数範囲内で超音波モータの駆動信号の周波数
を繰り返し掃引、すなわち可変し、この周波数が可変す
る駆動信号によって超音波モータを駆動するようにす
る。この結果、超音波モータは一定速度では回転しない
が、回転することは可能となるのである。

【００２０】なお、この周波数の可変方法は、どのよう
に行うこともできるが、例えば図４（ａ），（ｂ），
（ｃ）にそれぞれ示すように、上限周波数ｆmax から下
限周波数ｆmin まで繰り返し掃引する方法、下限周波数
ｆmin から上限周波数ｆmax まで繰り返し掃引する方
法、上限周波数ｆmax から下限周波数ｆmin まで掃引し
た後、続いて下限周波数ｆmin から上限周波数ｆmax ま
で掃引するというように交互の掃引方向を変えて繰り返
し掃引する方法等がある。このような方法では、駆動周
波数は必ず共振点を通過し、超音波モータを破壊させる
おそれがあるので、このように超音波モータのインピー
ダンスが非常に小さくなる共振周波数で駆動する時に流
れる電流を抑制するために、図１に示す超音波モータ制
御回路において超音波モータ１の直前には前記電圧調整
手段５が設けられている。

【００２１】異常状態時において、可変周波数発振回路
４から出力される周波数が連続的に可変する駆動信号
は、上述したと同様に、移相回路７に供給され、超音波
モータ１の駆動に必要な位相差をもった複数の電圧信号
に変換され、電圧調整手段５に供給される。電圧調整手
段５は、異常検出手段２から異常信号が供給されている
場合には、移相回路７からの複数の電圧信号を超音波モ
ータが破損しない程度の電圧に低下させて、超音波モー
タ１に供給し、これにより超音波モータ１を駆動する。

【００２２】次に、以上のように構成される超音波モー
タ制御回路の作用を説明する。まず、モータ駆動状態検
出部１０およびその出力配線経路が正常の場合の動作に
ついて説明する。この場合には、異常検出手段２はモー
タ駆動状態検出部１０からの出力信号をそのまま周波数
決定手段３に供給するとともに、周波数掃引手段６およ
び電圧調整手段５には正常信号を出力し、周波数掃引手
段６を動作させないようにする。周波数決定手段３は異
常検出手段２を介してモータ駆動状態検出部１０の信号
を供給されると、この信号に基づいて超音波モータの最
適駆動周波数を決定し、この周波数で発振させるための
指令信号を可変周波数発振回路４に供給する。可変周波
数発振回路４はこの指令信号に基づいて最適駆動周波数
で発振する。この発振信号は移相回路７により超音波モ
ータの駆動に必要な位相差を持った複数の電圧信号に変
換され、電圧調整手段５に供給される。電圧調整手段５
は異常検出手段２から正常信号を供給されているので、
移相回路７からの出力信号を通常の超音波モータの駆動
に適した電圧まで昇圧し、この昇圧した電圧を超音波モ
ータ１に供給し、これにより超音波モータを最適駆動周
波数で駆動する。

【００２３】次に、モータ駆動状態検出部１０およびそ
の出力配線経路が異常の場合の動作について説明する。
すなわち、異常検出手段２がモータ駆動状態検出部１０
からの出力信号に基づいて異常状態を検出すると、異常
検出手段２は周波数決定手段３、周波数掃引手段６およ
び電圧調整手段５に異常信号を供給する。この結果、周
波数決定手段３は不動作状態になり、周波数掃引手段６
は前述した周波数掃引を行うための指令信号を可変周波
数発振回路４に供給する。可変周波数発振回路４は、こ
の指令信号が供給されると、周波数決定手段３からの出
力信号を無視し、該指令信号に基づいて周波数掃引を行
い、発振周波数の変化した駆動信号を移相回路７に供給
する。移相回路７はこの駆動信号を超音波モータに必要
な位相差をもった複数の電圧信号に変換し、電圧調整手
段５に供給する。電圧調整手段５は、異常検出手段２か
ら異常信号を供給されているので、正常時よりも昇圧率
を下げて、移相回路７からの電圧信号を共振周波数にお
いても超音波モータを破損しないような電圧に設定し、
超音波モータ１に供給する。この結果、超音波モータ１
はモータ駆動状態検出部１０およびその配線経路等の故
障のために最適駆動周波数を決定することが不可能な状
態でも破損することなく動作することができる。

【００２４】図５は、本発明の他の実施例の構成を示す
ブロック図である。同図に示す実施例は、図１に示す超
音波モータ制御回路を超音波モータ駆動型ロール式サン
シェードに応用したものである。同図において、図１と
同じ構成要素には同じ符号が付されている。

【００２５】図５において、超音波モータ１はロール式
サンシェード８を駆動するように連結され、これにより
超音波モータ１の回転方向により該サンシェード８を巻
き上げたり、巻き下ろしたりできるようになっている。
また、サンシェード８には上限用リミットスイッチ３１
および下限用リミットスイッチ３２が設けられ、これに
よりサンシェード８が上限まで巻き上げられたり、下限
まで巻き下ろされたりした場合に超音波モータ１の動作
を停止するようになっている。

【００２６】そして、前記上限用および下限用リミット
スイッチ３１，３２を介して超音波モータ１は電源回路
９に接続され、超音波モータ１はこの電源回路９から前
記リミットスイッチ３１，３２を介して動作電圧を供給
されるようになっている。また、該電源回路９は超音波
モータに加えて超音波モータ制御回路を構成するすべて
の手段２，３，５，６および回路４，７に動作電圧を供
給する。また、該電源回路９には駆動スイッチ３４が接
続され、該駆動スイッチ３４のオン動作により超音波モ
ータ１が作動し、サンシェード８を巻き上げたり、巻き
下ろしたりできるようになっている。

【００２７】このように構成されるサンシェード８は、
例えば自動車の後部ガラスに設置されるリアサンシェー
ドを構成し得るものである。そして、例えばドライバが
自動車を後退させるために、リアサンシェード８を巻き
上げようと駆動スイッチ３４をオンした場合に、モータ
駆動状態検出部１０およびその配線経路等に故障が発生
したとすると、従来の超音波モータ駆動回路ではモータ
駆動不能となり、サンシェードを巻き上げることができ
ず、ドライバの後方視野が遮られたままであって、危険
な状態となるが、本超音波モータ制御回路では超音波モ
ータの駆動信号の周波数を可変掃引させるとともに駆動
電圧を低下させることにより、超音波モータを破損させ
ることなく回転させ、サンシェード８を巻き上げること
ができるのである。そして、サンシェードが上限まで巻
き上げられると、リミットスイッチ３１による超音波モ
ータの動作が停止するようになっている。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に記載された超音波モータ制御回路によれば、超音波モ
ータの動作状態を検出する動作状態検出手段が異常状態
になったことが検出された場合、共振周波数付近を含む
所定の範囲内で駆動電圧の周波数を繰り返し変えて、駆
動電圧を超音波モータに印加するので、異常状態が発生
し、超音波モータの最適駆動周波数の決定が不可能とな
っても、超音波モータを動作させることができる。

【００２９】また、請求項２に記載された超音波モータ
制御回路によれば、同様に異常が検出された場合、周波
数が共振周波数付近を含む所定の範囲内で繰り返し可変
する駆動信号を正常状態における電圧値よりも低く設定
して超音波モータに印加するので、超音波モータを破損
させることなく動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる超音波モータ制御回
路の構成を示すブロック図である。

【図２】図１の超音波モータ制御回路に使用されている
超音波モータの構造図である。

【図３】図２に示す超音波モータの駆動周波数と回転速
度との関係示すグラフである。

【図４】図１の超音波モータ制御回路に使用されている
可変周波数発振回路が出力する駆動周波数の掃引動作を
示す波形図である。

【図５】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ 超音波モータ ２ 異常検出手段 ３ 周波数決定手段 ４ 可変周波数発振回路 ５ 電圧調整手段 ６ 周波数掃引手段 ７ 移相回路 １０ モータ駆動状態検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 任田 正之 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 関口 悟 神奈川県横浜市戸塚区東俣野町1760番地 自動車電機工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波モータの動作状態を検出する動作
   状態検出手段と、 該動作状態検出手段の出力信号から前記超音波モータに
   印加する駆動電圧の周波数を決定する周波数決定手段
   と、 該周波数決定手段の決定した周波数の駆動電圧を超音波
   モータに印加する駆動電圧印加手段と、 前記動作状態検出手段が異常状態となったことを検出す
   る異常検出手段と、 該異常検出手段が異常状態を検出した場合、前記超音波
   モータの共振周波数を含む所定の範囲内で駆動電圧の周
   波数を繰り返し変えて掃引させることを指示する指令信
   号を前記駆動電圧印加手段に出力する周波数掃引手段と
   を有することを特徴とする超音波モータ制御回路。
2. 【請求項２】 前記異常検出手段が異常状態を検出した
   場合、前記駆動電圧印加手段の出力する駆動電圧の値を
   通常状態における電圧値よりも低くして前記超音波モー
   タに該駆動電圧を印加する電圧調整手段を設けたことを
   特徴とする請求項１に記載の超音波モータ制御装置。