JPH05227767A - 超音波モータの駆動装置 - Google Patents
超音波モータの駆動装置Info
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- JPH05227767A JPH05227767A JP3085460A JP8546091A JPH05227767A JP H05227767 A JPH05227767 A JP H05227767A JP 3085460 A JP3085460 A JP 3085460A JP 8546091 A JP8546091 A JP 8546091A JP H05227767 A JPH05227767 A JP H05227767A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 駆動周波数がステータの共振点から大きく外
れても電流値スレッショルド回路により周波数掃引を継
続し、ノイズに邪魔されずに安定して共振周波数を自動
追尾して、効率よい超音波モータの運転を可能とする。 【構成】 ステータの圧電体６ａ，６ｂ，６ｃ…に接続
した駆動信号発生手段に共振周波数を捜索する周波数掃
引器１７と、機械腕電流と駆動信号の位相を比較する位
相比較器１６とを接続した。また、駆動信号発生手段の
振幅を変調させる変調器１３に、機械腕電流のスレッシ
ョルド値を規定する飽和電圧検出器１８からなる電流値
スレッショルド回路を付加した。そして、機械腕電流が
スレッショルド値以下では電流値スレッショルド回路の
指令により周波数掃引器１７の動作を継続し、以上では
機械腕電流と駆動信号の位相が近似した位置で位相比較
器１６による位相制御に入る。
れても電流値スレッショルド回路により周波数掃引を継
続し、ノイズに邪魔されずに安定して共振周波数を自動
追尾して、効率よい超音波モータの運転を可能とする。 【構成】 ステータの圧電体６ａ，６ｂ，６ｃ…に接続
した駆動信号発生手段に共振周波数を捜索する周波数掃
引器１７と、機械腕電流と駆動信号の位相を比較する位
相比較器１６とを接続した。また、駆動信号発生手段の
振幅を変調させる変調器１３に、機械腕電流のスレッシ
ョルド値を規定する飽和電圧検出器１８からなる電流値
スレッショルド回路を付加した。そして、機械腕電流が
スレッショルド値以下では電流値スレッショルド回路の
指令により周波数掃引器１７の動作を継続し、以上では
機械腕電流と駆動信号の位相が近似した位置で位相比較
器１６による位相制御に入る。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
圧電、電歪、磁歪などの電気−機械変換子の振動を利用
する超音波モータおよび表面波モータの駆動装置に関す
る。 従来の技術 近年、圧電体などの電気−機械変換子を用いた超音波モ
ータまたは表面波モータ（以下超音波モータに総称）が
各種開発されている。そしてこれらのほとんどは、モー
タを効率よく駆動するために、ステータが振動したとき
の共振周波数に依存する周波数で駆動している。しかし
ステータの共振周波数は、周囲温度やモータ負荷により
変化する。よって超音波モータを効率よく安定して運転
するために、この周波数を自動的に追尾する回路を備え
る考えがあった。この回路はステータの圧電体に流れる
機械腕電流を検出し、印加電圧との位相差を常に一定に
することで達成されている。 発明が解決しようとする課題 しかし、駆動周波数がステータの共振点から大きく外れ
ると、圧電体の入力インピーダンスが非常に高くなって
電流が流れなくなる。そのため従来の超音波モータ駆動
装置の周波数自動追尾回路では、電流波形がノイズに隠
れて位相が検出できなくなり、安定した共振周波数の自
動追尾が不可能であった。そこで本発明はこのような課
題の解決に着目したものであり、超音波モータが安定
に、しかも効率よく運転されるようにしたものである。 課題を解決するための手段 係る課題を解決するために本発明は、次の技術的手段を
有している。すなわちステータの圧電体の入力端子に
は、任意の交流信号を発生する駆動信号発生手段と、そ
の駆動信号を増幅する増幅器からなる駆動回路を接続す
る。駆動信号発生手段には、ステータの共振周波数に向
けて駆動信号の周波数を掃引させる周波数掃引器と機械
腕電流が駆動信号に対して定められた位相差を持つよう
に設定する位相比較器が切替えスイッチを介して接続さ
れる。また駆動回路には、ステータの圧電体と平行して
補償素子を接続する。そして圧電体と補償素子に流れる
電流値差から機械腕電流値を検出する差分器を設ける。
この差分器の出力と外部指令値との比較により、駆動回
路の出力電圧の振幅を変調させる変調器が、圧電体の各
入力端子毎に組み込まれる。また変調器の出力には電圧
の振幅を見張る飽和電圧検出器を付加する。この飽和電
圧検出器の出力は上記切替えスイッチの制御部に接続さ
れている。 作用 本構成では、駆動回路から少なくとも二つの位相の異な
った駆動信号をステータの圧電体に印加する。当初、駆
動回路に接続された周波数掃引器で、駆動信号の周波数
が低い領域からステータの共振周波数に向けて掃引し始
める。周波数がステータの共振点から大きく外れている
間は、圧電体の入力インピーダンスは高く、機械腕電流
の値は非常に小さい。この機械腕電流の値を飽和電圧検
出器で見張り、一定値以下では切替えスイッチ動作を不
能にして、周波数掃引器は駆動回路側に接続したままに
して置く。その後、周波数が共振点に近づき、圧電体の
入力インピーダンスが急激に下がり、機械腕電流が増加
すると、切替えスイッチを切り替えて位相比較器により
位相制御に入る。このとき、圧電体には非常に滑らかな
圧縮と膨張の歪が生じ、ステータにロータを駆動させる
進行する振動波が生じる。 実施例 以下に、本発明の超音波モータの駆動装置の実施例を添
付図面に基づいて説明する。図は三相交流の駆動装置の
回路を示しており、この図において可変周波数発生器で
あるＶＣＯ１は、アドレス発生部であるカウンタ２に対
して、入力電圧に対応する周波数のクロックを発生す
る。このクロックをカウンタ２はカウントして、サイン
波形情報を記憶した電気記憶素子であるＲＯＭ３の読み
だし番地を指定する。例えばＡ相について説明すれば、
このＲＯＭ３の読みだし内容でもって、Ｄ／Ａ変換器４
にはサイン波形の情報が与えられる。Ｄ／Ａ変換器４を
経て形成されたサイン波形は、増幅器５を介して電力増
幅し、ステータの圧電体６ａの入力端子７ａ、７ｂに交
流駆動電圧として印加される。同時に、圧電体６ａに対
応する補償素子８ａの入力端子９ａ、９ｂにも増幅器５
から同じ交流電圧が印加される。このとき圧電体６ａと
補償素子８ａを流れる電流量の差を抵抗素子からなる電
流検出器１０ａ、１１ａの電圧降下として検出し、その
差を差分器１２で取ると、機械腕電流に対応する電流値
を得ることができる。よって機械腕電流値を帰還電流値
として、予め与えられている指令電流値との差を変調器
１３でとる。変調器１３の電圧とサイン波形の情報を基
にしてＤ／Ａ変換器４は、振幅変調されたサイン波を増
幅器５に出力する。これらの構成で、一相に対する電流
の帰還系が成立し、指令電流値と圧電体６ａに流れる機
械腕電流値とは一致対応する制御状態に入る。しかもこ
の帰還系は、Ａ、Ｂ、Ｃの三相の各々に独立して存在す
る。一方、前記の一相の機械腕電流Ａの値が０になる時
間を電圧比較器１４で計測し、電流の位相としてその出
力を位相比較器１６と周波数掃引器１７とに入力する。
またカウンタ２の出力に基づいて電流位相発生器１５よ
り発せられた基準電流位相を位相比較器１６と周波数掃
引器１７のもう一つの入力とする。これらの位相比較器
１６と周波数掃引器１７の出力は、切替えスイッチ１９
を介してＶＣＯ１の入力電圧とする。また変調器１３の
出力に接続して飽和電圧Ａを検出する電圧検出器１８
は、周波数掃引器１７と共に切替えスイッチ１９の制御
部に結合されている。起動時、切替えスイッチ１９は周
波数掃引器１７とＶＣＯ１を導通にし、ＶＣＯ１の入力
電圧は圧電体６ａ、６ｂ、６ｃの共振周波数に対応する
入力電圧より低く設定されている。起動指令により周波
数掃引器１７が働き、ＶＣＯ１の入力電圧は時間的に増
加し、発生するクロックの周波数もそれに連れて上が
る。このクロックの周波数に応じてカウンタ２を介して
ＲＯＭ３により発生したサイン波の周波数が圧電体の共
振周波数より低い間は、圧電体６ａ、６ｂ、６ｃの入力
インピーダンスが高いので電流が流れない。よって電圧
検出器１８が電圧の飽和状態を示し、切替えスイッチ１
９が動作しないように制御部が無効にしている。その
後、飽和状態以下になったとき切替えスイッチ１９の制
御部を有効にして、周波数を高くしていく。そして周波
数が共振点より高くなると、電圧比較器１４で検出され
た機械腕電流Ａの位相は、電流位相発生器１５によって
得られた基準電流位相に対して遅れるようになる。これ
を周波数掃引器１７で検出して切替えスイッチ１９を動
作させ、ＶＣＯ１との導通を位相比較器１６側に切り替
える。そして機械腕電流Ａと基準電流との位相差でＶＣ
Ｏ１を可変する、制御ループに戻る。 発明の効果 本発明では、超音波モータのステータの屈曲と対応され
る電気−機械変換子を構成する圧電体の各相の機械腕電
流を検出し、電流値がある一定の値以下では電流値スレ
ッショルド回路でマスクされ、共振周波数の自動追尾が
継続され続ける。よってノイズなどによる誤動作による
影響が出なくなり、超音波モータの駆動周波数をステー
タの共振周波数に安定して設定することができ、効率の
よい振動を励起させることができる。その結果、高効率
のモータが実現できた。
する超音波モータおよび表面波モータの駆動装置に関す
る。 従来の技術 近年、圧電体などの電気−機械変換子を用いた超音波モ
ータまたは表面波モータ（以下超音波モータに総称）が
各種開発されている。そしてこれらのほとんどは、モー
タを効率よく駆動するために、ステータが振動したとき
の共振周波数に依存する周波数で駆動している。しかし
ステータの共振周波数は、周囲温度やモータ負荷により
変化する。よって超音波モータを効率よく安定して運転
するために、この周波数を自動的に追尾する回路を備え
る考えがあった。この回路はステータの圧電体に流れる
機械腕電流を検出し、印加電圧との位相差を常に一定に
することで達成されている。 発明が解決しようとする課題 しかし、駆動周波数がステータの共振点から大きく外れ
ると、圧電体の入力インピーダンスが非常に高くなって
電流が流れなくなる。そのため従来の超音波モータ駆動
装置の周波数自動追尾回路では、電流波形がノイズに隠
れて位相が検出できなくなり、安定した共振周波数の自
動追尾が不可能であった。そこで本発明はこのような課
題の解決に着目したものであり、超音波モータが安定
に、しかも効率よく運転されるようにしたものである。 課題を解決するための手段 係る課題を解決するために本発明は、次の技術的手段を
有している。すなわちステータの圧電体の入力端子に
は、任意の交流信号を発生する駆動信号発生手段と、そ
の駆動信号を増幅する増幅器からなる駆動回路を接続す
る。駆動信号発生手段には、ステータの共振周波数に向
けて駆動信号の周波数を掃引させる周波数掃引器と機械
腕電流が駆動信号に対して定められた位相差を持つよう
に設定する位相比較器が切替えスイッチを介して接続さ
れる。また駆動回路には、ステータの圧電体と平行して
補償素子を接続する。そして圧電体と補償素子に流れる
電流値差から機械腕電流値を検出する差分器を設ける。
この差分器の出力と外部指令値との比較により、駆動回
路の出力電圧の振幅を変調させる変調器が、圧電体の各
入力端子毎に組み込まれる。また変調器の出力には電圧
の振幅を見張る飽和電圧検出器を付加する。この飽和電
圧検出器の出力は上記切替えスイッチの制御部に接続さ
れている。 作用 本構成では、駆動回路から少なくとも二つの位相の異な
った駆動信号をステータの圧電体に印加する。当初、駆
動回路に接続された周波数掃引器で、駆動信号の周波数
が低い領域からステータの共振周波数に向けて掃引し始
める。周波数がステータの共振点から大きく外れている
間は、圧電体の入力インピーダンスは高く、機械腕電流
の値は非常に小さい。この機械腕電流の値を飽和電圧検
出器で見張り、一定値以下では切替えスイッチ動作を不
能にして、周波数掃引器は駆動回路側に接続したままに
して置く。その後、周波数が共振点に近づき、圧電体の
入力インピーダンスが急激に下がり、機械腕電流が増加
すると、切替えスイッチを切り替えて位相比較器により
位相制御に入る。このとき、圧電体には非常に滑らかな
圧縮と膨張の歪が生じ、ステータにロータを駆動させる
進行する振動波が生じる。 実施例 以下に、本発明の超音波モータの駆動装置の実施例を添
付図面に基づいて説明する。図は三相交流の駆動装置の
回路を示しており、この図において可変周波数発生器で
あるＶＣＯ１は、アドレス発生部であるカウンタ２に対
して、入力電圧に対応する周波数のクロックを発生す
る。このクロックをカウンタ２はカウントして、サイン
波形情報を記憶した電気記憶素子であるＲＯＭ３の読み
だし番地を指定する。例えばＡ相について説明すれば、
このＲＯＭ３の読みだし内容でもって、Ｄ／Ａ変換器４
にはサイン波形の情報が与えられる。Ｄ／Ａ変換器４を
経て形成されたサイン波形は、増幅器５を介して電力増
幅し、ステータの圧電体６ａの入力端子７ａ、７ｂに交
流駆動電圧として印加される。同時に、圧電体６ａに対
応する補償素子８ａの入力端子９ａ、９ｂにも増幅器５
から同じ交流電圧が印加される。このとき圧電体６ａと
補償素子８ａを流れる電流量の差を抵抗素子からなる電
流検出器１０ａ、１１ａの電圧降下として検出し、その
差を差分器１２で取ると、機械腕電流に対応する電流値
を得ることができる。よって機械腕電流値を帰還電流値
として、予め与えられている指令電流値との差を変調器
１３でとる。変調器１３の電圧とサイン波形の情報を基
にしてＤ／Ａ変換器４は、振幅変調されたサイン波を増
幅器５に出力する。これらの構成で、一相に対する電流
の帰還系が成立し、指令電流値と圧電体６ａに流れる機
械腕電流値とは一致対応する制御状態に入る。しかもこ
の帰還系は、Ａ、Ｂ、Ｃの三相の各々に独立して存在す
る。一方、前記の一相の機械腕電流Ａの値が０になる時
間を電圧比較器１４で計測し、電流の位相としてその出
力を位相比較器１６と周波数掃引器１７とに入力する。
またカウンタ２の出力に基づいて電流位相発生器１５よ
り発せられた基準電流位相を位相比較器１６と周波数掃
引器１７のもう一つの入力とする。これらの位相比較器
１６と周波数掃引器１７の出力は、切替えスイッチ１９
を介してＶＣＯ１の入力電圧とする。また変調器１３の
出力に接続して飽和電圧Ａを検出する電圧検出器１８
は、周波数掃引器１７と共に切替えスイッチ１９の制御
部に結合されている。起動時、切替えスイッチ１９は周
波数掃引器１７とＶＣＯ１を導通にし、ＶＣＯ１の入力
電圧は圧電体６ａ、６ｂ、６ｃの共振周波数に対応する
入力電圧より低く設定されている。起動指令により周波
数掃引器１７が働き、ＶＣＯ１の入力電圧は時間的に増
加し、発生するクロックの周波数もそれに連れて上が
る。このクロックの周波数に応じてカウンタ２を介して
ＲＯＭ３により発生したサイン波の周波数が圧電体の共
振周波数より低い間は、圧電体６ａ、６ｂ、６ｃの入力
インピーダンスが高いので電流が流れない。よって電圧
検出器１８が電圧の飽和状態を示し、切替えスイッチ１
９が動作しないように制御部が無効にしている。その
後、飽和状態以下になったとき切替えスイッチ１９の制
御部を有効にして、周波数を高くしていく。そして周波
数が共振点より高くなると、電圧比較器１４で検出され
た機械腕電流Ａの位相は、電流位相発生器１５によって
得られた基準電流位相に対して遅れるようになる。これ
を周波数掃引器１７で検出して切替えスイッチ１９を動
作させ、ＶＣＯ１との導通を位相比較器１６側に切り替
える。そして機械腕電流Ａと基準電流との位相差でＶＣ
Ｏ１を可変する、制御ループに戻る。 発明の効果 本発明では、超音波モータのステータの屈曲と対応され
る電気−機械変換子を構成する圧電体の各相の機械腕電
流を検出し、電流値がある一定の値以下では電流値スレ
ッショルド回路でマスクされ、共振周波数の自動追尾が
継続され続ける。よってノイズなどによる誤動作による
影響が出なくなり、超音波モータの駆動周波数をステー
タの共振周波数に安定して設定することができ、効率の
よい振動を励起させることができる。その結果、高効率
のモータが実現できた。
【図面の簡単な説明】
図は、本発明の一実施例における超音波モータ駆動装置
の回路図である。 １‥‥ＶＣＯ、２‥‥カウンタ、３‥‥ＲＯＭ、４‥‥
Ｄ／Ａ変換器、５‥‥増幅器、６ａ、６ｂ、６ｃ、‥‥
圧電体、８ａ、８ｂ、８ｃ‥‥補償素子、１２‥‥差分
器、１３‥‥変調器、１４‥‥電圧比較器、１５‥‥電
流位相発生器、１６‥‥位相比較器、１７‥‥周波数掃
引器、１８‥‥電圧検出器、１９‥‥切替えスイッチ。
の回路図である。 １‥‥ＶＣＯ、２‥‥カウンタ、３‥‥ＲＯＭ、４‥‥
Ｄ／Ａ変換器、５‥‥増幅器、６ａ、６ｂ、６ｃ、‥‥
圧電体、８ａ、８ｂ、８ｃ‥‥補償素子、１２‥‥差分
器、１３‥‥変調器、１４‥‥電圧比較器、１５‥‥電
流位相発生器、１６‥‥位相比較器、１７‥‥周波数掃
引器、１８‥‥電圧検出器、１９‥‥切替えスイッチ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１） 電気−機械変換子と弾性体の合体構造からなる
ステータと、該ステータに接触して相対運動する可動子
などを備えた超音波モータの駆動装置において少なくと
も、任意の波形の交流信号を発生する駆動信号発生手段
と、該駆動信号発生手段で得た駆動信号の周波数を掃引
させる周波数掃引器と、該駆動信号を増幅して前記電気
−機械変換子に電力を供給する増幅器と、前記電気−機
械変換子に流れる電流量を検出する電流検出器と、該電
流検出器の検出電流量が設定した値の上か下かを認定す
る電流値スレッショルド回路からなり、該検出電流量が
少なくともスレショルド設定値以下の期間は前記ステー
タの共振周波数を捜索するための該周波数掃引器による
駆動信号の周波数の掃引を継続することを特徴とする超
音波モータ駆動装置。 （２） 前記増幅器に接続された補償素子と電気−機械
変換子とに流れる電流量をそれぞれ独立して検出する電
流検出器と、該電流検出器で得られた２つの電流値を減
算処理する差分器と、該差分器の出力と予め設定された
値との関係から駆動信号発生手段の駆動信号の振幅を変
化させる変調器とから前記電気−機械変換子に流れる電
流を制御する電流帰還系を構成し、かつ該変調器とその
出力に接続した電圧検出器により前記電流値スレッショ
ルド回路を構成し、前記スレッショルド設定値が該変調
器の出力電圧の飽和した値に等価としたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ駆動装置。 （３） 前記電気−機械変換子が複数の入力部を有する
ものであって、その各々の入力部毎に独立した電流検出
器と、それに付属する電流値スレッショルド回路を備
え、少なくとも一つの入力部でスレッショルド設定電流
値以下になっている期間は前記周波数掃引器による駆動
信号の周波数の掃引を継続することを特徴とする特許請
求の第１項または第２項記載の超音波モータ駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3085460A JPH05227767A (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | 超音波モータの駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3085460A JPH05227767A (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | 超音波モータの駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05227767A true JPH05227767A (ja) | 1993-09-03 |
Family
ID=13859495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3085460A Pending JPH05227767A (ja) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | 超音波モータの駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05227767A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3238306A1 (de) * | 1981-10-15 | 1983-05-11 | Hokko Chemical Industry Co. Ltd., Tokyo | 1, 2, 4-triazolderivate, diese enthaltende fungizide zusammensetzung und verfahren zur bekaempfung von fungus-schaedlingen |
| KR101319038B1 (ko) * | 2012-10-30 | 2013-10-17 | (주)위더스비젼 | 압전 소자의 변위 보상 장치 |
-
1991
- 1991-01-22 JP JP3085460A patent/JPH05227767A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3238306A1 (de) * | 1981-10-15 | 1983-05-11 | Hokko Chemical Industry Co. Ltd., Tokyo | 1, 2, 4-triazolderivate, diese enthaltende fungizide zusammensetzung und verfahren zur bekaempfung von fungus-schaedlingen |
| KR101319038B1 (ko) * | 2012-10-30 | 2013-10-17 | (주)위더스비젼 | 압전 소자의 변위 보상 장치 |
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