JPH06141566A - ボルト締めランジュバン型超音波モータの制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低速から最大回転数まで高安定な回転数制御
が可能であるとともに、目標回転数に達するまではモー
タを最大回転力で駆動することができるボルト締めラン
ジュバン型超音波モータの制御回路を提供すること。 【構成】 制御回路４０は、可変発振器５０，増幅器５
２，目標回転数設定部６０，位相差制御部７０を含んで
構成される。位相差制御部７０は、超音波モータ１０の
速度検出器３２から出力されるパルス出力と、目標回転
数設定部６０から出力されるパルス出力とに基づいて、
回転数制御に必要な位相差φを決定する。また、位相差
制御部７０には縦振動センサ２８と捩り振動センサ３０
の各出力信号が入力されている。そして、位相差制御部
７０は、２つの振動センサ２８，３０の各出力が目標回
転数設定部６０の出力と速度検出器３２の出力とに基づ
いて決定した位相差φと一致するように、可変発振器５
０を制御する。そして、この発振出力が増幅器５２によ
って増幅されて超音波モータ１０に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボルト締めランジュバン
型超音波モータの制御回路、特にステータ部の圧電素子
にモータ駆動電圧を印加しロータ部を回転駆動するボル
ト締めランジュバン型超音波モータの制御回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ボルト締めランジュバン型超
音波モータは、作動音が静かで、モータ構造がシンプル
であり、しかも進行波型超音波モータより高速作動が可
能であるなどの優れた特徴があることから、その実用化
が望まれていた。

【０００３】このボルト締めランジュバン型超音波モー
タは、ステータ部の圧電素子にモータ駆動電圧を印加
し、得られた縦振動と捩り振動とによってロータ部を回
転駆動するよう構成されている。

【０００４】このとき発生する回転力は、モータ駆動電
圧の周波数によって大きく変化し、ある特定の周波数
（以後、最適駆動周波数と記す）において、その回転力
発生効率が最大となる。通常は、この回転力発生効率が
最大となる回転数でモータを駆動しているが、用途によ
っては、任意の回転数でモータを駆動したい場合があ
る。

【０００５】モータ回転数を任意に制御する方法として
は、特開昭６３−１５４０７６号、特開平２−４１６８
０号、特開平３−１１８７７６号等に開示されたものが
知られている。

【０００６】特開昭６３−１５４０７６号に開示された
「振動波モータの駆動回路」は、振動波モータの圧電体
に印加する駆動電源の周波数を変えることによって回転
数を制御するよう構成されている。特開平２−４１６８
０号に開示された「超音波モータの制御装置」は、モー
タの回転数を検出してループゲインを可変にすることに
より回転数を制御するよう構成されている。特開平３−
１１８７７６号に開示された「超音波モータの駆動回
路」は、モータの駆動電源の周波数を回転速度の特性に
対応させて対数圧縮することにより回転数を制御するよ
う構成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した特
開昭６３−１５４０７６号に開示された駆動回路におい
ては、駆動周波数の変化と回転数の変化がリニアに対応
していないため、回転数制御を広範囲に行う場合安定し
ないという問題点があった。

【０００８】図２３は、駆動周波数とモータ回転数の関
係の一例を示す図である。例えば、モータ回転数を０ｒ
ｐｍから７００ｒｐの間で制御する場合には、駆動周波
数の幅が０．２ＫHz程度になり、しかも周波数変化に対
して回転数の変化がリニアの関係になく、急激に変化す
るため正確な制御が困難となる。また、この周波数と回
転数の関係は、温度や負荷条件によって広範囲にわたっ
て（例えば２ＫＨｚ）変化するため（図中の点線部
分）、事実上周波数のみによる制御は困難である。ま
た、目標とする回転数に達するまでは、回転効率が最大
の位置でモータを駆動したいが（同図においては４３．
７２ＫHz付近）、上述したようにこの位置は温度や負荷
条件によって変化してしまうため、最大出力を発生させ
るための周波数を探し出すことができず、効率が最大と
なるようにモータを駆動することができないことにな
る。

【０００９】特開平３−１１８７７６号に開示された駆
動回路においては、モータの駆動電圧の周波数を回転速
度の特性に対応させて対数圧縮しているため、周波数と
回転数の関係がリニアになるように改善して、比較的安
定な回転制御を実現している。しかし、温度や負荷条件
による影響は改善されていないため、負荷等が変動した
場合にはモータの駆動効率が低下するという問題点は残
っている。

【００１０】特開平２−４１６８０号に開示された制御
回路においては、速度（回転数）を検出しながらループ
ゲインを制御しているため、温度や負荷条件に関係なく
広範囲な速度制御が可能であるが、ループゲインを変化
させても温度や負荷が変動した場合、最大効率点を探し
出すことは困難である。

【００１１】本発明は、このような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は低速から最大回転数まで高安定
な回転数制御が可能なボルト締めランジュバン型超音波
モータの制御回路を提供することにある。

【００１２】また、他の目的は、目標の回転数に達する
までは、モータの回転力が最大となるように駆動するこ
とにより、迅速で高安定な回転数制御が可能なボルト締
めランジュバン型超音波モータの制御回路を提供するこ
とにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明のボルト締めランジュバン型超音波モー
タの制御回路は、ステータ部の圧電素子にモータ駆動電
圧を印加し、得られた縦振動と捩り振動によってロータ
部を目標回転数で回転させるボルト締めランジュバン型
超音波モータの制御回路において、前記ステータ部の縦
振動を検出する縦振動センサと、前記ステータ部の捩り
振動を検出する捩り振動センサと、超音波モータに所定
周波数の駆動電圧を供給する電圧供給部と、超音波モー
タの目標回転数の行う目標回転数設定部と、前記縦振動
センサ及び前記捩り振動センサの各出力が入力され、前
記縦振動と捩り振動との位相差が、前記目標回転数設定
部により設定された目標回転数に対応した所定の値とな
るよう前記電圧供給部から供給される駆動電圧の周波数
を制御する位相差制御部と、を備え、超音波モータの回
転数を縦振動と捩り振動との位相差によって制御するこ
とを特徴とする。

【００１４】また、本発明のボルト締めランジュバン型
超音波モータの制御回路は、ステータ部の圧電素子にモ
ータ駆動電圧を印加し、得られた縦振動と捩り振動によ
ってロータ部を目標回転数で回転させるボルト締めラン
ジュバン型超音波モータの制御回路において、前記ステ
ータ部の縦振動を検出する縦振動センサと、前記ステー
タ部の捩り振動を検出する捩り振動センサと、超音波モ
ータの回転数を検出する回転数検出部と、超音波モータ
に所定周波数の駆動電圧を供給する電圧供給部と、前記
目標回転数の設定を行う目標回転数設定部と、前記縦振
動センサ及び前記捩り振動センサの各出力が入力され、
前記目標回転数設定部により設定された目標回転数と前
記回転数検出部により検出されたモータ回転数との誤差
に応じて位相差を決定するとともに、前記縦振動と捩り
振動との位相差が、この決定した位相差となるよう前記
電圧供給部から供給される駆動電圧の周波数を制御する
位相差制御部と、を備え、超音波モータの回転数を縦振
動と捩り振動との位相差によって制御することを特徴と
する。

【００１５】また、本発明のボルト締めランジュバン型
超音波モータの制御回路は、ステータ部の圧電素子にモ
ータ駆動電圧を印加し、得られた縦振動と捩り振動によ
ってロータ部を目標回転数で回転させるボルト締めラン
ジュバン型超音波モータの制御回路において、前記ステ
ータ部の捩り振動を検出する捩り振動センサと、超音波
モータに所定周波数の駆動電圧を供給する電圧供給部
と、超音波モータの目標回転数の設定行う目標回転数設
定部と、前記捩り振動センサ及び前記電圧供給部の各出
力が入力され、前記捩り振動と前記電圧供給部から出力
される駆動電圧信号との位相差が、前記目標回転数設定
部により設定された目標回転数に対応した所定の値とな
るよう前記電圧供給部から供給される駆動電圧の周波数
を制御する位相差制御部と、を備え、超音波モータの回
転数を捩り振動と駆動電圧信号との位相差によって制御
することを特徴とする。

【００１６】また、本発明のボルト締めランジュバン型
超音波モータの制御回路は、ステータ部の圧電素子にモ
ータ駆動電圧を印加し、得られた縦振動と捩り振動によ
ってロータ部を目標回転数で回転させるボルト締めラン
ジュバン型超音波モータの制御回路において、前記ステ
ータ部の縦振動を検出する縦振動センサと、前記ステー
タ部の捩り振動を検出する捩り振動センサと、超音波モ
ータの回転数を検出する回転数検出部と、超音波モータ
に所定周波数の駆動電圧を供給する電圧供給部と、前記
目標回転数の設定を行う目標回転数設定部と、前記捩り
振動センサ及び前記電圧供給部の各出力が入力され、前
記目標回転数設定部により設定された目標回転数と前記
回転数検出部により検出されたモータ回転数との誤差に
応じて位相差を決定するとともに、前記捩り振動と前記
電圧供給部から出力される駆動電圧信号との位相差が、
この決定した位相差となるよう前記電圧供給部から供給
される駆動電圧の周波数を制御する位相差制御部と、を
備え、超音波モータの回転数を捩り振動と駆動電圧信号
との位相差によって制御することを特徴とする。

【００１７】

【作用】ボルト締めランジュバン型超音波モータの縦振
動を縦振動センサによって、捩り振動を捩り振動センサ
によってそれぞれ検出しており、各検出結果が位相差制
御部に入力される。また、目標回転数設定部によって超
音波モータを回転駆動する際の目標回転数が設定されて
おり、位相差制御部は、各センサ出力によって検出した
縦振動と捩り振動の位相差が、この目標回転数に対応し
た所定の値となるよう駆動電圧供給部の制御を行う。そ
して、駆動電圧供給部から超音波モータに対して駆動電
圧を供給することにより、超音波モータが目標回転数で
回転駆動される。

【００１８】本発明においては、ボルト締めランジュバ
ン型超音波モータの回転数と、この超音波モータの捩り
振動と縦振動との位相差とは一定の関係があり、しかも
低速から最大回転数までほぼリニアの関係にあることに
着目し、この縦振動と捩り振動との位相差を検出して制
御を行うことにより、低速から最大回転数まで高安定な
回転数制御を行うことができる。

【００１９】また、回転数検出部によって超音波モータ
の回転数検出を行っており、位相差制御部は、この検出
したモータ回転数と目標回転するとの誤差に応じて、制
御に必要な位相差を決定する。そして、位相差制御部
は、各センサ出力によって検出した縦振動と捩り振動の
位相差が、この決定した位相差となるよう駆動電圧供給
部の制御を行う。従って、駆動電圧供給部から超音波モ
ータに対して駆動電圧を供給することにより、超音波モ
ータが目標回転数で回転駆動される。

【００２０】本発明においては、現在のモータ回転数と
目標回転数との誤差に応じて制御に必要な位相差を決定
することにより、目標回転数に達するまでは、モータの
回転力が最大となるように駆動することができ、迅速で
高安定な回転数制御が可能となる。

【００２１】また、ボルト締めランジュバン型超音波モ
ータの捩り振動を捩り振動センサによって検出してお
り、この検出結果と電圧供給部から出力されるモータの
駆動電圧信号とが位相差制御部に入力される。また、目
標回転数設定部によって超音波モータを回転駆動する際
の目標回転数が設定されており、位相差制御部は、捩り
振動と駆動電圧との位相差が、この目標回転数に対応し
た所定の値となるよう駆動電圧供給部の制御を行う。そ
して、駆動電圧供給部から超音波モータに対して駆動電
圧を供給することにより、超音波モータが目標回転数で
回転駆動される。

【００２２】本発明においては、ボルト締めランジュバ
ン型超音波モータの回転数と、この超音波モータの捩り
振動と駆動電圧信号との位相差とは一定の関係があり、
しかも低速から最大回転数までほぼリニアの関係にある
ことに着目し、この捩り振動と駆動電圧信号との位相差
を検出して制御を行うことにより、低速から最大回転数
まで高安定な回転数制御を行うことができる。

【００２３】また、回転数検出部によって超音波モータ
の回転数検出を行っており、位相差制御部は、この検出
したモータ回転数と目標回転するとの誤差に応じて、制
御に必要な位相差を決定する。そして、位相差制御部
は、各センサ出力によって検出した捩り振動と駆動電圧
信号との位相差が、この決定した位相差となるよう駆動
電圧供給部の制御を行う。従って、駆動電圧供給部から
超音波モータに対して駆動電圧を供給することにより、
超音波モータが目標回転数で回転駆動される。

【００２４】本発明においては、現在のモータ回転数と
目標回転数との誤差に応じて制御に必要な位相差を決定
することにより、目標回転数に達するまでは、モータの
回転力が最大となるように駆動することができ、迅速で
高安定な回転数制御が可能となる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を適用したランジュバン型超音
波モータの制御回路の実施例について詳細に説明する。

【００２６】第１実施例 （１）第１実施例の全体構成及び動作 図１は、第１実施例の制御回路４０の全体構成、及び制
御対象となる超音波モータ１０と制御回路４０との接続
状態を示す図である。

【００２７】超音波モータ１０は、圧電素子による縦振
動とボルトによる捩り振動との合成によって、ステータ
部表面に楕円振動を生じさせることによりロータ部を回
転させるボルト締めランジュバン型超音波モータであ
る。制御回路４０は、この超音波モータ１０の縦振動と
捩り振動との位相差φを制御することにより、超音波モ
ータ１０を目標回転数に制御するものである。また、制
御回路４０は、超音波モータ１０の回転数をモニタして
おり、負荷が変動して位相差φと回転数との関係が変動
した場合であっても、所定の回転数に制御できるように
なっている。

【００２８】（１ａ）超音波モータの詳細構造 先ず、制御対象となる超音波モータ１０の構造について
詳細に説明する。

【００２９】図２及び図３は、超音波モータ１０の詳細
な構造を示す図である。

【００３０】実施例のボルト締めランジュバン型超音波
モータ１０は、楕円振動を発生させるためのステータ部
１１と、ステータ部１１の端面に取り付けられて回転す
るロータ部（図示せず）とを有する。

【００３１】前記ステータ部１１は、圧電素子１８ａ，
１８ｂと、ブロック体１４，１６とを有する。各ブロッ
ク体１４および１６は、円筒状に形成され、その中心部
にボルト１２に螺合するようネジ切りが施されている。

【００３２】前記圧電素子１８ａ，１８ｂは、ブロック
体１４，１６の間に挟持され、端子Ｔ３，Ｔ４から電極
２０を介し所定のモータ駆動電圧Ｖ１が印加されるよう
構成されている。そして、前記電極２０に所定周波数の
交流電圧を印加すると、圧電素子１８には上下の厚み方
向（矢印１００に示す方向）の縦振動が生ずる。このと
き、ブロック体１４，１６にこの縦振動が伝えられる
が、各ブロック体１４，１６はボルト１２に螺合されて
いるため、そのネジにより捩り振動が発生する。このよ
うにして、各ブロック体１４，１６の端面には縦振動と
捩り振動の合成振動が楕円振動となって現れる。従って
ブロック体１４の上端に図示しないロータを取り付ける
ことにより、ブロック体１４の端面に生じた前記楕円振
動によって、このロータ部を回転駆動することができ
る。

【００３３】実施例の超音波モータ１０には、ステータ
部１１に発生する縦振動信号を電気信号として検出する
縦振動センサ２８と、ステータ部１１に発生する捩り振
動を電気信号として検出する捩り振動センサ３０とが取
り付けられている。

【００３４】本実施例では、これら各振動センサ２８，
３０は、圧電素子および電極にて構成された圧電型の振
動センサとして形成されている。

【００３５】また、周知のように、ステータ部１１に発
生する捩り振動には、振動のピークを示す腹部と、振動
値がゼロである節部とが存在し、この腹部と節部の位置
は、ステータ部１１の形状が決まれば常に一定となる。
このため、前記捩り振動センサ３０は、発生する捩り振
動における腹部に位置するよう、ステータ部１１に取り
付けることが好ましい。本実施例では、このような条件
を満足するよう、ブロック体１６の側面所定位置に取り
付け固定されている。

【００３６】これにより、ステータ部１１に発生する捩
り振動は、圧電捩り振動センサ３０により良好に検出さ
れ、これが捩り振動信号Ｖ２としてセンサ電極から引き
出された端子Ｔ１およびＴ２から出力されることにな
る。

【００３７】また、前記縦振動センサ２８は、捩り振動
の影響を受けることなく縦振動を検出できるようステー
タ部１１に取り付けることが好ましい。本実施例では、
このような条件を満足するよう、ブロック体１６の底面
に取り付け固定されている。なお、この縦振動センサ２
８を、ステータ部１１の側面に取り付ける場合には、捩
り振動値がゼロである節部に設けることが好ましい。

【００３８】これにより、ステータ部１１に発生する縦
振動は、縦振動センサ２８により良好に検出され、これ
が縦振動信号Ｖ３として、センサ電極から引き出された
端子Ｔ５およびＴ６から出力されることになる。

【００３９】また、実施例の超音波モータ１０には、モ
ータ回転数を検出する速度検出器３２が取り付けられて
いる。この速度検出器３２は、例えばエンコーダが用い
られており、図示しないロータ部と対向するハウジング
部に取り付け固定され、回転数に応じたパルス信号を出
力する。

【００４０】（１ｂ）制御回路の構成・動作 次に、制御回路４０の全体構成について、図１を参照し
ながら説明する。

【００４１】制御回路４０は、可変発振器５０，増幅器
５２，目標回転数設定部６０，位相差制御部７０を含ん
で構成される。ここで、可変発振器５０，増幅器５２
は、電圧供給部に相当する。

【００４２】可変発振器５０は、電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）であり、入力電圧に応じて出力信号の周波数が連続
的に可変制御されるものである。本実施例では、入力電
圧が上がると発振周波数が下がり、反対に入力電圧が下
がると発振周波数が上がるものとする。

【００４３】増幅器５２は、可変発振器５０の出力を電
力増幅するものであり、その出力が超音波モータ１０を
駆動するための交流電圧（モータ駆動電圧）として、超
音波モータ１０の端子Ｔ３及びＴ４に印加される。従っ
て、端子Ｔ３，Ｔ４に接続された圧電素子１８にモータ
駆動電圧が印加され、超音波モータ１０が駆動されるよ
うになっている。

【００４４】目標回転数設定部６０は、目標回転数と１
対１に対応した所定周波数のパルス信号を発生するもの
であり、この目標回転数は外部から任意に設定できるよ
うになっている。このパルス出力は、位相差制御部７０
に入力される。

【００４５】位相差制御部７０は、速度検出器３２から
出力されるパルス出力と、目標回転数設定部６０から出
力されるパルス出力とに基づいて、回転数制御に必要な
位相差φを決定する。また、位相差制御部７０には、縦
振動センサ２８と捩り振動センサ３０の各出力信号が入
力されている。そして、位相差制御部７０は、２つの振
動センサ２８，３０の各出力が目標回転数設定部６０の
出力と速度検出器３２の出力とに基づいて決定した位相
差φと一致するように回転数制御を行う。位相差制御部
７０は、その制御状況に従って出力電圧を変化させるも
のであり、この出力電圧に応じて上述した可変発振器５
０の周波数を制御する。

【００４６】次に、このような構成を有する制御回路４
０の制御動作について説明する。

【００４７】本発明者は、ボルト締めランジュバン型の
超音波モータ１０においては、捩り振動と縦振動との位
相差φと、モータ回転数との関係は、負荷が一定であれ
ば１１対１に対応しており、温度の変動に対しても安定
していることを見いだした。従って、位相差φをパラメ
ータとして用いることにより、回転数を高安定に制御す
ることが可能となる。

【００４８】図４は、位相差φとモータ回転数との関係
を示す図である。同図は、横軸が縦振動信号Ｖ３と捩り
振動信号Ｖ２との位相差φを、縦軸がモータ回転数をそ
れぞれ示している。

【００４９】同図に示すように、位相差φが９０°付近
のときにモータ回転数が最大となり、このときモータ回
転効率も最大となる。このときの位相差をβとする。

【００５０】モータ回転数は、回転効率が最大となる位
相差βを挟んで、位相差φを増加あるいは減少させるこ
とによって、ほぼリニアに変化する。しかも、最大回転
数が発生する位相差βから速度０となる位相差（このと
きの位相差をβ0 ，β1 とする）の変動分は約８０°〜
９０°あり、広い位相差の範囲にわたって、なだらかに
速度が変化する。また、この位相差φとモータ回転数と
の関係は、負荷が一定であれば温度変動があってもシフ
トせず、安定した特性であることがわかっている。

【００５１】また、負荷が大きくなった場合、特性は図
４の点線のようになり、位相差βでの最大回転数は変化
するが、位相差と回転数の変化はほぼリニアに変化する
という特性は変わらず、最大回転数が得られる位相差は
βであることに変化がなく、回転数を高安定に制御でき
る。

【００５２】以上の特性を利用して、目標とする回転数
に対応した位相差φを決定し、検出した捩り振動と縦振
動との位相差がこの決定した位相差φになるように制御
することにより、任意の回転数に制御を行うことができ
る。具体的には、位相差φを、位相差βから増加あるい
は減少するように制御することで、安定した速度制御が
可能となる。

【００５３】例えば、βより大きな位相差φを用いて制
御する場合（図４において位相差βからβ1 の範囲を用
いて制御する場合）は、モータの現在の回転数が目標回
転数より高いときには、その回転誤差に応じて位相差を
現在の位相差より増加させるように制御する。モータの
現在の回転数が目標回転数より低いときには、その回転
誤差に応じて位相差を減少させるように制御する。

【００５４】反対に、βより小さな位相差φを用いて制
御する場合（図４において位相差β0 からβの範囲を用
いて制御する場合）は、モータの現在の回転数が目標回
転数より高いときには、その回転誤差に応じて位相差を
現在の位相差より減少させるように制御する。モータの
現在の回転数が目標回転数より低いときには、その回転
誤差に応じて位相差を増加させるように制御する。

【００５５】これらの制御を行う場合、位相差の変化に
対する出力（回転数）の変化は、ほぼリニアに変化する
ため、対数変換を行うような特別な構成を追加すること
なく、速度０ｒｐｍから最大回転数まで全域にわたって
安定した回転数制御を行うことが可能となる。また、β
0 〜βあるいはβ〜β1 といった広い範囲にわたってな
だらかに回転数が変化するため、制御が容易で、高安定
な制御が可能となる。さらに、温度変化等に対して特性
が変化しないため、温度等が変動する環境下でも安定し
た回転制御を行うことができる。

【００５６】（２）位相差制御部の詳細構成・動作 次に、制御回路４０に含まれる位相差制御部７０の構成
及び動作について詳細に説明する。

【００５７】（２ａ）位相差制御部の構成 図５は、位相制御部７０の詳細な構成を示す図である。

【００５８】位相差制御部７０は、２つの信号入力回路
７２，７４と、回転誤差検出部７６，位相差決定部７
８，位相差検出部８０，周波数決定部９０とを含んで構
成される。

【００５９】２つの信号入力回路７２，７４は、入力信
号をそれぞれ適切な電圧レベルに変換し、その変換出力
を位相差検出部８０に入力するものである。縦振動セン
サ２８から出力される縦振動信号Ｖ３は、信号入力回路
７２によってレベル変換された後に、位相差検出部８０
に入力される。また、捩り振動センサ３０から出力され
る捩り振動信号Ｖ２は、信号入力回路７４によってレベ
ル変換された後に、位相差検出部８０に入力される。

【００６０】回転誤差検出部７６は、超音波モータ１０
の現在の回転数と目標回転数との誤差を検出するもので
ある。そして、誤差の大小に応じた検出結果が位相差決
定部７８に入力される。

【００６１】位相差決定部７８は、回転誤差検出部７６
の検出結果に応じて、回転数制御に必要な位相差φを決
定するための制御信号を作成して出力する。この制御信
号は、位相差検出部８０に入力される。

【００６２】位相差検出部８０は、位相差決定部７８か
ら入力される制御信号に応じてモータ制御に必要な位相
差を決定し、信号入力回路７２，７４を介して入力され
る２つの信号Ｖ２，Ｖ３の位相差と、この決定した位相
差との差を検出する。この検出結果は、周波数決定部９
０に入力される。

【００６３】周波数決定部９０は、位相差検出部８０の
検出結果に応じて、超音波モータ１０を駆動する周波数
を決定するための制御信号を作成して出力する。

【００６４】図６は、図５に示した位相差検出部８０の
さらに詳細な構成を示すとともに、その他の構成を具体
的な回路に置き換えた場合の構成を示す図である。

【００６５】基準クロック発生回路６０ａは、目標回転
数設定部６０として機能するものであり、回転数に対応
した周波数の方形波パルス信号が出力される。ある回転
数に着目すると、この回転数に対応して基準クロック発
生回路６０ａから出力されるパルス信号の周波数は、こ
のモータ回転数のときに速度検出器３２として機能する
エンコーダ３２ａから出力されるパルス信号の周波数と
同じに設定されている。

【００６６】位相比較器７６ａは、回転誤差検出部７６
として機能するものである。位相比較器７６ａは、基準
クロック発生回路６０ａから出力される目標回転数に対
応したパルス信号と、エンコーダ３２ａから出力される
パルス出力とがそれぞれ入力されており、２つのパルス
出力の位相を比較する。比較結果は、ハイレベル（Ｈレ
ベル）あるいはローレベル（Ｌレベル）のパルス信号と
して出力される。具体的には、目標回転数より現在のモ
ータ回転数の方が低速である場合には、その差に応じた
パルス幅を有するＨパルスを出力する。反対に、目標回
転数より現在のモータ回転数の方が高速である場合に
は、その差に応じたパルス幅を有するＬパルスを出力す
る。また、ＨパルスあるいはＬパルスが出力されていな
いときは、出力端をハイインピーダンス状態に保つよう
に構成されている。

【００６７】ループフィルタ７８ａは、位相差決定部７
８として機能するものである。ループフィルタ７８ａ
は、負の積分回路であり、位相比較器７６ａから出力さ
れるパルス信号を積分して、その積分結果に応じた電圧
を出力する。従って、ループフィルタ７８ａは、目標回
転数より現在のモータ回転数の方が低速であり、位相比
較器７６ａからＨパルスが出力されている場合は、出力
電圧を下げるように動作する。反対に、目標回転数より
現在のモータ回転数の方が高速であり、位相比較器７６
ａからＬパルスが出力されている場合は、出力電圧を上
げるように動作する。

【００６８】図７は、ループフィルタ７８ａの詳細な構
成を示す図である。

【００６９】ループフィルタ７８ａは、インバートアン
プ９２，コンデンサ９３，９４，抵抗９５，９６によっ
て構成されている。このループフィルタ７８ａは、Ｈパ
ルスが入力端子に入力されると、この入力されたＨパル
ス分のマイナス積分した電圧を出力端子に発生し、Ｌパ
ルスが入力端子に入力されると、この入力されたＬパル
ス分のプラス積分した電圧が出力端子に発生する。ま
た、入力端子がハイインピーダンス状態になると、出力
端子の電圧を保持するよう動作する。積分率は、回路定
数により変更することができるが、この積分率を変更す
ることは、回転数制御用フィードバックループの帰還率
を変更することになる。

【００７０】図８は、ループフィルタ７６ａの動作状態
を示すタイミング図である。

【００７１】同図（Ａ）の「入力１」は、位相比較器７
６ａの一方の入力端に入力されるパルス信号であり、基
準クロック発生回路６０ａから入力されるものである。
同図（Ｂ）の「入力２」は、位相比較器７６ａの他方の
入力端に入力されるパルス信号であり、エンコーダ３２
ａから入力されるパルス信号である。

【００７２】また、同図（Ｃ）の「出力１」は、位相比
較器７６ａの出力端の状態を示している。入力１の位相
が入力２の位相より遅れている場合は、その遅れ分のＬ
パルス（ＧＮＤレベル）を出力する。入力１の位相が入
力２の位相より進んでいる場合は、その進み分のＨパル
ス（５Ｖレベル）を出力する。それ以外の場合は、出力
端をハイインピーダンス状態に保つ。

【００７３】同図（Ｄ）の「出力２」は、ループフィル
タ７８ａの出力端の電圧状態を示している。位相比較器
７６ａからＬパルスが出力されているときは、そのパル
ス幅に応じて出力電圧が上昇する。位相比較器７６ａか
らＨパルスが出力されているときは、そのパルス幅に応
じて出力電圧が下降する。また、それ以外のときは出力
電圧を保持している。

【００７４】このように動作することにより、ループフ
ィルタ７８ａの出力は、低速側から目標回転数に向かっ
ているときは次第に電圧レベルを上げ、目標回転数を越
えた場合には反対に電圧レベルを下げるように動作す
る。

【００７５】また、位相差検出部８０は、移相回路８
１，移相可変回路８２，波形整形回路８５，８６，位相
比較器８８とで構成されている。

【００７６】移相回路８１は、入力信号の位相を所定量
だけずらして出力するものであり、移相量φv は予め固
定的に設定されている。信号入力回路７２を介した縦振
動信号Ｖ３が入力されている。図９は、その詳細構成を
示す図であり、同図を参照しながら移相回路８１の詳細
について説明する。

【００７７】移相回路８１は、オペアンプ８１ａ，抵抗
８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，コンデンサ８１ｅによって構
成されている。信号入力回路７２から出力される信号
は、抵抗８１ｃを介してオペアンプ８１ａの反転入力端
子に、抵抗８１ｄを介してオペアンプ８１ａの非反転入
力端子にそれぞれ入力される。また、オペアンプ８１ａ
の出力端子から出力される信号は、移相回路８１の出力
として外部に出力されるとともに、抵抗８１ｂを介して
オペアンプ８１ａ自身の反転入力端子に入力されるよう
になっている。また、オペアンプ８１ａの非反転入力端
子は、コンデンサ８１ｅを介して接地されており、この
コンデンサ８１ｅの容量に応じて移相量φv が決定され
る。

【００７８】移相可変回路８２は、入力信号の位相を所
定量だけずらして出力するものであり、移相量φs は外
部から可変的に設定することができる。信号入力回路７
４を介した捩り振動信号Ｖ２が入力されている。図１０
は、その詳細構成を示す図であり、同図を参照しながら
移相可変回路８２の詳細について説明する。

【００７９】移相可変回路８２は、オペアンプ８２ａ，
抵抗８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，コンデンサ８２
ｆ及びバリキャップ（可変容量ダイオード）８２ｇ，８
２ｈによって構成されている。移相回路８１のコンデン
サ８１ｅを、コンデンサ８２ｆ，バリキャップ８２ｇ，
８２ｈ，抵抗８２ｅで置き換えた構成をしている。オペ
アンプ８２ａの非反転入力端子をコンデンサ８２ｆとバ
リキャップ８２ｇ，８２ｈの直列回路を介して接地する
とともに、バリキャップ８２ｇ，８２ｈの接続点に抵抗
８２ｅを介してループフィルタ５８ａの出力信号を入力
する。

【００８０】一般に、バリキャップは、逆電圧を印加す
ることによって容量が減少する特性をもっている。従っ
て、目標回転数に近づいてループフィルタ７８ａの出力
電圧が高くなると、バリキャップ８２ｈの容量が減少
し、移相可変回路８２全体の移相量φs が減少する。反
対に、目標回転数を越えてループフィルタ７８ａの出力
電圧が低くなってくると、位相可変回路８２全体の移相
量φs が増加する。

【００８１】波形整形回路８５，８６は、入力される正
弦波信号の波形整形を行って、位相が等しい方形波信号
を作成する。波形整形回路８５には移相回路８１によっ
て移相処理を施した信号が入力されており、波形整形し
た信号は移相比較器８８の一方の入力端に入力される。
また、波形整形回路８６には移相可変回路８２によって
移相処理を施した信号が入力されており、派生整形した
信号は移相比較器８８の他方の入力端に入力される。

【００８２】位相比較器８８は、このようにして入力さ
れる２つの入力信号（方形波信号）の位相を比較する。
この位相比較器８８は、回転誤差検出部７６として機能
する位相比較器７６ａと同じ構成のものが用いられてい
る。

【００８３】また、ループフィルタ９０ａは、周波数決
定部９０として機能するものである。位相比較器８８及
びループフィルタ９０ａの構成は、上述した位相比較器
７６ａ及びループフィルタ７８ａと同じであり、その詳
細な説明は省略する。

【００８４】（２ｂ）位相差制御部の動作 次に、位相差制御部７０の動作を説明する。図４におけ
る位相差β0 〜βの範囲を用いて制御を行うものとす
る。

【００８５】本実施例においては、移相可変回路８２
は、ループフィルタ７８ａの出力電圧のフルスケールに
対し、移相量がβ−β0 変化するように設定されてい
る。この調整は、移相可変回路８２内のコンデンサ８２
ｆ及び抵抗８２ｅによって行っている。

【００８６】また、ループフィルタ７８ａの出力電圧が
０Ｖのときに、移相回路８１と移相可変回路８２の各移
相量の差φs −φv ＝βとなるように、移相回路８１内
の抵抗８１ｄ，コンデンサ８１ｅ及び移相可変回路８２
内の抵抗８２ｄによってφs，φv を調整する。

【００８７】実際には以上の調整の後に、ループフィル
タ７８ａの出力電圧が０Ｖのときにφs −φv ＝β、ル
ープフィルタ７８ａの出力電圧が最大となったときにφ
s −φv ＝β0 となるように、各素子を微調整する。こ
のような調整を行うことにより、位相差β0 〜βあるい
はβ〜β1 の範囲で制御を行うことができ、必要以上に
モータ回転領域の周波数帯域から、制御周波数を遠ざけ
ない効果がある。

【００８８】なお、ループフィルタ７８ａの出力電圧
は、モータ起動時には０Ｖであり、位相比較器７６ａか
らＬパルスが入力されたときに、正の積分を行い、出力
電圧がフルスケールの上限値まで上昇するものとする。

【００８９】以下、超音波モータ１０の負荷状況等に応
じた各制御動作について場合を分けて説明する。

【００９０】（２ｂ−１）モータ起動直後 最初に、超音波モータ１０を起動した直後、あるいは目
標回転数より現在のモータ回転数が大きく下回っている
場合について、各構成部の動作を説明する。

【００９１】ａ（位相比較器７６ａ）：位相比較器７６
ａの一方の入力端には、基準クロック発生回路６０ａか
らは目標回転数に応じた所定周波数のパルス信号が入力
されるが、他方端にはエンコーダ３２ａからのパルス信
号が入力される。モータ起動時あるいは目標回転数によ
り現在のモータ回転数が大きく下回っている場合には、
エンコーダ３２ａから出力されるパルス信号の周波数の
方が低いため、位相比較器７６ａは、エンコーダ３２ａ
から出力されるパルス信号の位相遅れによる大きな誤差
を検出し、この検出誤差に応じたパルス幅を有するＨパ
ルスを出力する。

【００９２】ｂ（ループフィルタ７８ａ）：ループフィ
ルタ７８ａは、このＨパルスに応じて負の積分を行う
が、出力電圧の初期値は０Ｖであるため、これ以上電圧
値は下がらず０Ｖ固定となる。

【００９３】ｃ（移相可変回路８２，移相回路８１）：
移相可変回路８２は、ループフィルタ７８ａの出力電圧
が０Ｖであるため、移相量がφs ＝φv ＋βに固定され
る。従って、移相可変回路８２と移相回路８１の各移相
量の差はφs −φv ＝βとなる。

【００９４】ｄ（位相比較回路８８，ループフィルタ９
０ａ）：位相差制御部７０は、移相可変回路８２と移相
回路８１の各移相量の差がβに固定されているため、縦
振動信号Ｖ２と捩り振動信号Ｖ３の位相差がこのβに一
致するように、可変発振器５０，増幅器５２を制御して
超音波モータ１０を駆動する。

【００９５】以上より、超音波モータ１０を起動した直
後、あるいは目標回転数より現在のモータ回転数が大き
く下回っている場合には、超音波モータ１０が位相差
β、すなわち最大出力となるように駆動され、速やかに
目標回転数に近づくことができる。

【００９６】（２ｂ−２）目標回転数に達した直後 次に、上述したように最大出力となるように駆動され、
超音波モータ１０が目標回転数に達した直後の動作につ
いて、各構成部の動作を説明する。

【００９７】ａ（位相比較器７６ａ）：目標回転数に近
づくと、位相比較器７６ａの２つの入力端には、ほぼ周
波数の等しいパルス信号が入力されるため、位相比較器
７６ａの出力端からはパルス幅が小さいＨパルスがわず
かに出力されるのみとなる。そして、目標回転数に達す
ると、位相比較器７６ａは、Ｈパルスの出力を停止し、
出力端をハイインピーダンス状態に保つ。そして、目標
回転数を越えると、位相比較器７６ａは、エンコーダ３
２ａから出力されるパルス信号の位相進みによる誤差を
検出し、この検出誤差に応じたパルス幅を有するＬパル
スを出力する。

【００９８】ｂ（ループフィルタ７８ａ）：ループフィ
ルタ７８ａは、位相比較器７６ａからＨパルスが出力さ
れ、その後出力端がハイインピーダンス状態に保たれて
いるときには、出力電圧が０Ｖに固定される。

【００９９】ところが、目標回転数に達した後に位相比
較器７６ａからＬパルスが出力されるようになると、ル
ープフィルタ７８ａは、このＬパルスに応じて正の積分
を行う。従って、ループフィルタ７８ａの出力電圧が次
第に上昇する。

【０１００】ｃ（移相可変回路８２，移相回路８１）：
移相可変回路８２は、ループフィルタ７８ａの出力電圧
の上昇に伴い、移相量を減らすように作用する。この結
果、移相可変回路８２と移相回路８１の各移相量の差は
βから次第に減少し、遂には目標回転数に対応した位相
差β2 に収束する。

【０１０１】ｄ（移相比較器８８，ループフィルタ９０
ａ）：位相差制御部７０は、移相可変回路８２と移相回
路８１の各移相量の差の変化に応じて、縦振動信号Ｖ２
と捩り振動信号Ｖ３の位相差がこの移相量の差に一致す
るように、可変発振器５０，増幅器５２を制御して超音
波モータ１０を駆動する。

【０１０２】以上より、超音波モータ１０が目標回転数
に対応した位相差になるよう次第に駆動周波数が収束す
る。この収束率はループフィルタ９０ａの積分率によっ
てきまり、この積分率を調整することにより、即座に収
束させることができる。

【０１０３】図１１は、超音波モータ１０が目標回転数
に達した場合の位相差制御部７０内の各部の詳細な動作
を説明するための波形図である。

【０１０４】同図（Ａ）は波形整形回路８５の出力波形
を、同図（Ｂ）は波形整形回路８６の出力波形をそれぞ
れ示している。同図（Ａ），（Ｂ）は、超音波モータ１
０が目標回転数に制御され、移相比較器８８に入力され
る２つの信号波形が同相となるように制御された状態を
示している。

【０１０５】また、同図（Ｃ）はこのときの移相回路８
１の入力波形を、同図（Ｄ）は移相可変回路８２の入力
波形をそれぞれ示している。また、同図（Ｅ）は、縦振
動センサ２８から出力される縦振動信号Ｖ３及び捩り振
動センサ３０から出力される捩り振動信号Ｖ２の各波形
を示している。同図（Ｅ）に示す縦振動信号Ｖ３を信号
入力回路７２を通すことにより同図（Ｄ）に示す波形が
得られる。

【０１０６】移相回路８１は、入力信号（縦振動信号Ｖ
３）の移相をφv だけずらした信号波形を出力し、この
波形を波形整形回路８５を通すことにより、図（Ａ）に
示した波形が得られる。同様に、移相可変回路８２は、
入力信号の位相をφs だけずらした信号波形を出力し、
この波形を波形整形回路８６を通すことにより、図
（Ｂ）に示した波形が得られる。

【０１０７】従って、縦振動信号Ｖ３と捩り振動信号Ｖ
２との移相量の差φ＝φs −φv ＝β2 となり、位相差
制御部７０によって、超音波モータ１０は目標回転数に
制御される。

【０１０８】（２ｂ−３）負荷変動があった場合 次に、目標回転数で超音波モータ１０を運転中に負荷変
動があった場合（負荷が大きくなった場合）の動作につ
いて、各構成部の動作を説明する。

【０１０９】ａ（位相比較器７６ａ）：負荷が大きくな
って超音波モータ１０の回転数が再び低下すると、位相
比較器７６ａは、モータ起動時等と同様に大きな誤差を
検出し、この検出誤差に応じたパルス幅を有するＨパル
スを出力する。

【０１１０】ｂ（ループフィルタ７８ａ）：ループフィ
ルタ７８ａは、このＨパルスに応じて負の積分を行うの
で、目標回転数に対応した出力電圧から電圧値が徐々に
低下する。

【０１１１】ｃ（移相可変回路８２，移相回路８１）：
以後モータ起動時と同様に、移相可変回路８２の移相量
がφs ＝φv ＋βに固定され、移相可変回路８２と移相
回路８１の各移相量の差はφs −φv ＝βとなる。

【０１１２】ｄ（位相比較器８８，ループフィルタ９０
ａ）：位相差制御部７０は、移相可変回路８２と移相回
路８１の各移相量の差がβとなるため、縦振動信号Ｖ２
と捩り振動信号Ｖ３の位相差がこのβに一致するよう
に、可変発振器５０，増幅器５２を制御して超音波モー
タ１０を駆動する。

【０１１３】以上より、超音波モータ１０の負荷が大き
くなってモータ回転数が目標回転数に対し大きく下回っ
た場合には、超音波モータ１０が位相差β、すなわち最
大出力となるように駆動され、速やかに目標回転数に復
帰することができる。

【０１１４】（３）第１実施例のまとめ このように、第１実施例においては、回転誤差検出部７
６として機能する位相比較器７６ａは、目標回転数と現
在のモータ回転数との誤差を検出する。そして、位相差
決定部７８として機能するループフィルタ７８ａによっ
て制御に必要な位相差を決定するための制御信号を作成
する。具体的には、ループフィルタ７８ａの出力電圧を
回転誤差の大小に応じて変更する。

【０１１５】位相差検出部８０は、このループフィルタ
７８ａの出力電圧に応じて、制御を行う位相差を決定す
るとともに、超音波モータ１０に取り付けられたセンサ
２８，３０から出力される縦振動信号Ｖ２，捩り振動信
号Ｖ３の位相差と、この決定した位相差との誤差を検出
する。

【０１１６】そして、周波数決定部９０として機能する
ループフィルタ９０ａは、この位相差検出部８０の誤差
検出結果に応じて正あるいは負の積分を行い、モータ制
御に必要な制御電圧を設定する。そして、可変発振器５
０はこの制御電圧に応じた発振動作を行い、増幅器５２
はこの発振信号を増幅して駆動電圧として超音波モータ
１０に供給する。

【０１１７】従って、目標回転数との誤差が大きい場合
には、モータの回転効率が最大となる位相差βを設定
し、捩り振動と縦振動との位相差がこの位相差βとなる
よう超音波モータ１０を駆動することができる。また、
目標回転数に近づいた場合には、目標回転数に対応した
位相差β2 を設定し、捩り振動と縦振動との位相差がこ
の位相差β2 となるよう超音波モータ１０を駆動するこ
とができる。これにより、モータ起動時にはモータの回
転力が最大となるよう超音波モータ１０を駆動し、目標
回転数に達した後は所定の位相差となるよう超音波モー
タ１０を駆動することにより、低速から最大回転数まで
高安定な回転数制御が可能となる。

【０１１８】なお、上述した第１実施例においては、モ
ータの回転力が最大となる位相差により小さな位相差を
用いて制御を行う場合（図４におけるβ0 〜βの範囲を
用いて制御を行う場合）を説明したが、モータの回転力
が最大となる位相差より大きな位相差β〜β1 を用いた
場合にも同様に制御が可能である。但し、この場合に
は、モータ回転数の増加に伴い位相差を減少させる必要
があるため、移相可変回路８２の移相量の増減方向を反
対に設定するか、あるいは移相回路８１と移相可変回路
８２の配置を入れ換える必要がある。

【０１１９】図１２は、移相量の増減方向を反対に設定
するための移相可変回路８２の詳細構成を示す図であ
る。

【０１２０】この移相可変回路８２は、オペアンプ８２
ａ，抵抗８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ，８２ｅ，コンデンサ
８３ｆ及びバリキャップ８３ｇ，８３ｈによって構成さ
れている。位相差β0 〜βの範囲を用いて制御を行う場
合に比べると、コンデンサ８２ｆ，バリキャップ８２
ｇ，８２ｈの直列回路をバリキャップ８３ｆ，８３ｇ，
コンデンサ８３ｈの直列回路に置き換えた構成を有して
おり、バリキャップの極性を反転させている。これによ
り、ループフィルタ７８ａの出力電圧が高くなると、移
相可変回路８２全体の移相量が増加する。反対に、ルー
プフィルタ７８ａの出力電圧が低くなると、移相可変回
路８２全体の移相量が減少する。

【０１２１】移相可変回路８２をこのような構成にする
ことにより、モータ起動時にループフィルタ７８ａの出
力電圧が０Ｖに固定されているときには、移相可変回路
７８ａの移相量がφs ＝β＋φv に設定され、超音波モ
ータ１０の制御目標となる位相差φ＝φs −φv ＝βと
なり、超音波モータ１０を最大力で駆動することができ
る。

【０１２２】また、目標回転数に達すると、ループフィ
ルタ７８ａの出力電圧が上昇するため、移相可変回路８
２の移相量が増加する。そして、目標回転数に対応した
位相差β3 に速やかに収束し、超音波モータ１０を目標
回転数で駆動することができる。

【０１２３】第２実施例 次に、本発明の第２実施例について説明する。

【０１２４】上述したように、本発明者は、ボルト締め
ランジュバン型の超音波モータ１１０においては、捩り
振動と縦振動との位相差φと、モータ回転数との関係
は、負荷が一定であれば１対１に対応しており、温度の
変動に対しても安定していることを見いだした。従っ
て、負荷一定という条件では、この位相差φを直接指定
することにより、任意の目標回転数で超音波モータを運
転することが可能となる。

【０１２５】図１３は、第２実施例の制御回路１４０の
全体構成、及び制御対象となる超音波モータ１１０と制
御回路１４０との接続状態を示す図である。

【０１２６】本実施例において制御対象とされる超音波
モータ１１０は、第１実施例において制御対象とされる
超音波モータ１０に対して、速度検出器３２として機能
するエンコーダ３２ａが取り付けられていない点が異な
る。

【０１２７】それ以外については、超音波モータ１１０
は、第１実施例の超音波モータ１０と基本構造は同じで
あり、楕円振動を発生させるためのステータ部１１と、
ステータ部１１の端面に取り付けられて回転するロータ
部とを有する。また、このステータ部は、第１実施例に
おいて示した図２及び図３の構造がそのまま適用され
る。

【０１２８】また、制御回路１４０は、この超音波モー
タ１１０の縦振動と捩り振動との位相差φを制御するこ
とにより、超音波モータ１１０を目標回転数に制御する
ものである。

【０１２９】但し、制御回路１４０は、第１実施例の制
御回路４０と異なり、超音波モータ１１０の回転数はモ
ニタしておらず、定格負荷で超音波モータ１１０を駆動
する場合に用いられるものである。

【０１３０】以下、第１実施例と作用が同じ構成につい
ては、第１実施例と同じ符号を付し、作用が異なる構成
を中心に説明する。

【０１３１】制御回路１４０は、可変発振器５０，増幅
器５２，目標回転数設定部１６０，移相差制御部１７０
を含んで構成される。

【０１３２】ここで、目標回転数設定部１６０は、モー
タの目標回転数を設定するためのものであり、この設定
は、ある目標回転数に１対１に対応した電圧を設定する
ことにより行う。例えば、回転数が目盛られたボリュー
ムを操作することにより、この目盛りに対応する電圧が
出力される。

【０１３３】図１４は、位相差制御部１７０の詳細構成
を示す図である。

【０１３４】位相差制御部１７０は、移相回路８１，移
相可変回路８２，波形整形回路８５，８６，移相比較器
８８によって構成される位相差検出部１８０と、２つの
信号入力回路７２，７４と、周波数決定部９０として機
能するループフィルタ９０ａとを含んで構成される。第
１実施例の位相差制御部７０に比べると、位相比較器７
６ａ及びループフィルタ７８ａを除いた構成を有してお
り、目標回転数設定部１６０として機能する基準電圧発
生回路１６０ａの出力電圧が位相差検出部８０内の移相
可変回路８２に直接印加されるようになっている。

【０１３５】第１実施例において、移相回路８１と移相
可変回路８２との移相量の差は、ループフィルタ７８ａ
の出力電圧のフルレンジに対して図４のβ0 〜βの範
囲、あるいは図４のβ〜β1 の範囲で変化するように各
構成素子が調整されている。

【０１３６】本実施例の基準電圧発生回路１６０ａは、
図６のループフィルタ７８ａと同じ範囲の出力電圧を移
相可変回路８２に印加できるよう構成されている。従っ
て、基準電圧発生回路１６０ａである目標回転数を設定
すると、この回転数に対応した出力電圧が基準電圧発生
回路１６０ａから移相可変回路８２に印加される。これ
により、移相回路８１と移相可変回路８２の各移相量の
差が目標回転数に対応した位相差に設定され、可変発振
器５０及び増幅器５２は目標回転数で超音波モータ１１
０を駆動する。

【０１３７】このように、第２実施例においては、目標
回転数設定部１６０によって目標回転数に対応した位相
差を決定するための制御信号を直接作成する。位相差検
出部８０は、目標回転数に対応して目標回転数設定部１
６０から出力される電圧に応じて、制御を行う位相差を
決定するとともに、超音波モータ１０に取り付けられた
センサ２８，３０から出力される縦振動信号Ｖ２，捩り
振動信号Ｖ３の位相差と、この決定した位相差との誤差
を検出する。

【０１３８】そして、周波数決定部９０として機能する
ループフィルタ９０ａは、この位相差検出部８０の誤差
検出結果に応じて正あるいは負の積分を行い、モータ制
御に必要な制御電圧を設定する。そして、可変発振器５
０はこの制御電圧に応じた発振動作を行い、増幅器５２
はこの発振信号を増幅して駆動電圧として超音波モータ
１０に供給する。

【０１３９】従って、目標設定部１６０により目標回転
数に対応した位相差を設定し、捩り振動と縦振動との位
相差がこの位相差となるよう超音波モータ１１０を駆動
することができる。これにより、低速から最大回転数ま
で高安定な回転数制御が可能となる。

【０１４０】第３実施例 次に、本発明の第３実施例について説明する。

【０１４１】本発明者は、ボルト締めランジュバン型の
超音波モータにおいては、捩り振動と超音波モータの駆
動電圧との位相差φと、モータ回転数との関係は、負荷
が一定であれば１対１に対応しており、温度の変動に対
しても安定していることを見いだした。従って、位相差
φをパラメータとして用いることにより、回転数を高安
定に制御することが可能となる。本実施例では、この特
性を利用して超音波モータの制御を行うものであり、第
１及び第２実施例が超音波モータの縦振動と捩り振動と
の位相差を用いて制御を行っていた点と異なる。

【０１４２】以下、第１実施例及び第２実施例と作用が
同じ構成については、第１実施例等と同じ符号を付して
説明を行う。

【０１４３】（１）第３実施例の全体構成及び動作 図１５は、第３実施例の制御回路２４０の全体構成、及
び制御対象となる超音波モータ２１０と制御回路２４０
との接続状態を示す図である。

【０１４４】（１ａ）超音波モータの構造 超音波モー
タ２１０の構造は、第１実施例の超音波モータ１０と基
本的に同じであり、超音波モータ１０から圧電縦振動セ
ンサ２８を取り除いた点が異なる。従って、図３及び図
４の示した構成がそのまま適用される。

【０１４５】本実施例の超音波モータ２１０には、ステ
ータ部１１に発生する捩り振動を電気信号として検出す
る捩り振動センサ３０のみが取り付けられている。これ
により、ステータ部１１に発生する捩り振動は、圧電捩
り振動センサ３０により良好に検出され、これが捩り振
動信号Ｖ２としてセンサ電極から引き出された端子Ｔ１
およびＴ２から出力されることになる。

【０１４６】また、本実施例の超音波モータ２１０に
は、モータ回転数を検出する速度検出器３２が取り付け
されており、回転数に応じたパルス信号が出力される。

【０１４７】（１ｂ）制御回路の構成・動作 次に、制御回路２４０の全体構成について、図１５を参
照しながら説明する。

【０１４８】制御回路２４０は、可変発振器５０，増幅
器５２，目標回転数設定部６０，位相差制御部２７０を
含んで構成される。

【０１４９】位相差制御部２７０は、速度検出器３２か
ら出力されるパルス出力と、目標回転数設定部６０から
出力されるパルス出力とに基づいて、回転数制御に必要
な位相差φを決定する。また、位相差制御部２７０に
は、捩り振動センサ３０の出力と、増幅器５２から超音
波モータ２１０に供給される駆動電圧とがそれぞれ入力
されている。そして、位相差制御部２７０は、２つの入
力信号の位相差が、目標回転数設定部６０の出力と速度
検出部３２の出力とに基づいて決定した位相差φと一致
するように回転制御を行う。位相差制御部２７０は、そ
の制御状況に従って出力電圧を変化させるものであり、
この出力電圧に応じて上述した可変発振器５０の周波数
が制御される。

【０１５０】次に、このような構成を有する制御回路２
４０の制御動作について説明する。

【０１５１】図１６は、位相差φとモータ回転数との関
係を示す図である。同図は、横軸が捩り振動信号Ｖ２お
よびモータの駆動電圧信号Ｖ４の位相差φを、縦軸がモ
ータ回転数をそれぞれ示している。

【０１５２】同図に示すように、位相差φが１１０°〜
１２０°のときにモータ回転数が最大となり、このとき
モータ回転効率も最大となる。このときの位相差をαと
する。

【０１５３】モータ回転数は、回転効率が最大となる位
相差αを挟んで、位相差を増加あるいは減少させること
によって、ほぼリニアに変化する。しかも、最大回転数
が発生する位相差αから速度０となる位相差（このとき
の位相差をα0 ，α1 とする）の変動分は約８０°あ
り、広い位相差の範囲にわたって、なだらかに速度が変
化する。また、この位相差φとモータ回転数との関係
は、負荷が一定であれば温度変動があってもシフトせ
ず、安定した特性であることがわかっている。

【０１５４】また、負荷が変動する場合でも、モータ回
転数が最大となる位相差αの値はほぼ一定であり、負荷
に応じて回転数が低下する傾向にあることがわかってい
る。

【０１５５】以上の特性を利用して、目標とする回転数
に対応した位相差φを決定し、検出した捩り振動と駆動
電圧信号との位相差がこの決定した位相差φになるよう
に制御することにより、任意の回転数に制御を行うこと
ができる。具体的には、位相差φを、位相差αから増加
あるいは減少するように制御することで、安定した速度
制御が可能となる。

【０１５６】例えば、αより大きな位相差φを用いて制
御する場合（図１６において位相差αからα1 の範囲を
用いて制御する場合）は、モータの現在の回転数が目標
回転数より高いときには、その回転誤差に応じて位相差
を現在の位相差より増加させるように制御する。モータ
の現在の回転数が目標回転数より低いときには、その回
転誤差に応じて位相差を減少させるように制御する。

【０１５７】反対に、αより小さな位相差を用いて制御
する場合（図１６において位相差α0 からαの範囲を用
いて制御する場合）は、モータの現在の回転数が目標回
転数より高いときには、その回転誤差に応じて位相差を
現在の位相差より減少させるように制御する。モータの
現在の回転数が目標回転数より低いときには、その回転
誤差に応じて位相差を増加させるように制御する。

【０１５８】これらの制御を行う場合、位相差の変化に
対する出力（回転数）の変化は、ほぼリニアに変化する
ため、対数変換を行うような特別な構成を追加すること
なく、速度０ｒｐｍから最大回転数まで全域にわたって
安定した回転数制御を行うことが可能となる。また、α
0 〜αあるいはα〜α1 といった広い範囲にわたってな
だらかに回転数が変化するため、制御が容易で、高安定
な制御が可能となる。さらに、温度変化等に対して特性
が変化しないため、温度等が変動する環境下でも安定し
た回転制御を行うことができる。

【０１５９】（２）位相差制御部の詳細構成・動作 次に、制御回路２４０に含まれる位相差制御部２７０の
構成及び動作について詳細に説明する。

【０１６０】（２ａ）位相差制御部の構成 図１７は、位相制御部２７０の詳細な構成を示す図であ
る。

【０１６１】位相差制御部２７０は、２つの信号入力回
路２７２，７４と、回転誤差検出部７６，位相差決定部
７８，位相差検出部２８０，周波数決定部９０とを含ん
で構成される。

【０１６２】２つの信号入力回路２７２，７４は、入力
信号をそれぞれ適切な電圧レベルに変換し、その変換出
力を位相差検出部８０に入力するものである。増幅器５
２から出力される駆動電圧信号Ｖ４は、信号入力回路２
７２によってレベル変換された後に、位相差検出部２８
０に入力される。また、捩り振動センサ３０から出力さ
れる捩り振動信号Ｖ２は、信号入力回路７４によってレ
ベル変換された後に、位相差検出部２８０に入力され
る。

【０１６３】回転誤差検出部７６は、超音波モータ２１
０の現在の回転数と目標回転数との誤差を検出するもの
である。そして、誤差の大小に応じた検出結果が位相差
決定部７８に入力される。

【０１６４】位相差決定部７８は、回転誤差検出部７６
の検出結果に応じて、回転数制御に必要な位相差φを決
定するための制御信号を作成して出力する。この制御信
号は、位相差検出部２８０に入力される。

【０１６５】位相差検出部２８０は、位相差決定部７８
から入力される制御信号に応じて位相差φを決定し、信
号入力回路２７２，７４から入力される２つの信号Ｖ
４，Ｖ２の位相差と、この決定した位相差φとの差を検
出する。この検出結果は、周波数決定部９０に入力され
る。

【０１６６】周波数決定部９０は、位相差検出部２８０
の検出結果に応じて、超音波モータ２１０を駆動する周
波数を決定するための制御信号を作成して出力する。

【０１６７】図１８は、図１７に示した位相差検出部２
８０のさらに詳細な構成を示すとともに、その他の構成
を具体的な回路に置き換えた場合の構成を示す図であ
る。

【０１６８】第１実施例において図６に示した構成とほ
ぼ同じ構成を有するが、移相回路８１が移相回路２８１
に、移相可変回路８２が移相可変回路２８２にそれぞれ
置き変わった構成を有する。移相回路２８１は、構成自
体は図９に示した移相回路８１と同じであるが、素子定
数が若干変更されており、移相量が異なっている。同様
に、移相可変回路２８２は、構成自体は図１０に示した
移相可変回路８２と同じであるが、素子定数が若干変更
されており、移相量の可変範囲が異なっている。

【０１６９】他の構成部である波形整形回路８５，８
６，移相比較器７６ａ，８８，ループフィルタ７８ａ，
９０ａについては、第１実施例で用いたものと同じであ
り、詳細な説明は省略する。

【０１７０】（２ｂ）位相差制御部の動作 次に、位相差制御部２７０の動作を説明する。図１６に
おけるα0 〜αの範囲を用いて制御を行うものとする。

【０１７１】本実施例においては、移相可変回路２８２
は、ループフィルタ７８ａの出力電圧のフルスケールに
対し、移相量がα−α0 変化するように設定されてい
る。この調整は、移相可変回路２８２内のコンデンサ８
２ｆ及び抵抗８２ｅによって行っている。

【０１７２】また、ループフィルタ７８ａの出力電圧が
０Ｖのときに、移相回路２８１と移相可変回路２８２の
各移相量の差φs −φv ＝αとなるように、移相回路２
８１内の抵抗８１ｄ，コンデンサ８１ｅ及び移相可変回
路８２内の抵抗８２ｄによってφs ，φv を調整する。

【０１７３】実際には以上の調整の後に、ループフィル
タ７８ａの出力電圧が０Ｖのときにφs −φv ＝α、ル
ープフィルタ７８ａの出力電圧が最大となったときにφ
s −φv ＝α0 となるように、各素子を微調整する。

【０１７４】なお、ループフィルタ７８ａの出力電圧
は、モータ起動時には０Ｖであり、位相比較器７６ａか
らＬパルスが入力されたときに、負の積分を行い、出力
電圧がフルスケールとなる上限値まで上昇するものとす
る。

【０１７５】以下、超音波モータ２１０の負荷状況等に
応じた各制御動作について場合を分けて説明する。

【０１７６】（２ｂ−１）モータ起動直後 最初に、超音波モータ１０を起動した直後、あるいは目
標回転数より現在のモータ回転数が大きく下回っている
場合について、各構成部の動作を説明する。

【０１７７】ａ（位相比較器７６ａ）：位相比較器７６
ａの一方の入力端には、基準クロック発生回路６０ａか
らは目標回転数に応じた所定周波数のパルス信号が入力
されるが、他方端にはエンコーダ３２ａからのパルス信
号が入力される。モータ起動時あるいは目標回転数によ
り現在のモータ回転数が大きく下回っている場合には、
エンコーダ３２ａから出力されるパルス信号の周波数の
方が低いため、位相比較器７６ａは、エンコーダ３２ａ
から出力されるパルス信号の位相遅れによる大きな誤差
を検出し、この検出誤差に応じたパルス幅を有するＨパ
ルスを出力する。

【０１７８】ｂ（ループフィルタ７８ａ）：ループフィ
ルタ７８ａは、このＨパルスに応じて負の積分を行う
が、出力電圧の初期値は０Ｖであるため、これ以上電圧
値は下がらず０Ｖ固定となる。

【０１７９】ｃ（移相可変回路２８２，移相回路２８
１）：移相可変回路２８２は、ループフィルタ７８ａの
出力電圧が０Ｖであるため、移相量がφs ＝φv ＋αに
固定される。従って、移相可変回路２８２と移相回路２
８１の各移相量の差はφs −φv ＝αとなる。

【０１８０】ｄ（位相比較器８８，ループフィルタ９０
ａ）：位相差制御部２７０は、移相可変回路２８２と移
相回路２８１の各移相量の差がαに固定されているた
め、駆動電圧信号Ｖ４と捩り振動信号Ｖ３の位相差がこ
のαに一致するように、可変発振器５０，増幅器５２を
制御して超音波モータ２１０を駆動する。

【０１８１】以上より、超音波モータ２１０を起動した
直後、あるいは目標回転数より現在のモータ回転数が大
きく下回っている場合には、超音波モータ２１０が位相
差α、すなわち最大出力となるように駆動され、速やか
に目標回転数に近づくことができる。

【０１８２】（２ｂ−２）目標回転数に達した直後 次に、上述したように最大出力となるように駆動され、
超音波モータ１０が目標回転数に達した直後の動作につ
いて、各構成部の動作を説明する。

【０１８３】ａ（位相比較器７６ａ）：目標回転数に近
づくと、位相比較器７６ａの２つの入力端には、ほぼ周
波数の等しいパルス信号が入力されるため、位相比較器
７６ａの出力端からはパルス幅が小さいＨパルスがわず
かに出力されるのみとなる。そして、目標回転数に達す
ると、位相比較器７６ａは、Ｈパルスの出力を停止し、
出力端をハイインピーダンス状態に保つ。そして、目標
回転数を越えると、位相比較器７６ａは、エンコーダ３
２ａから出力されるパルス信号の位相進みによる誤差を
検出し、この検出誤差に応じたパルス幅を有するＬパル
スを出力する。

【０１８４】ｂ（ループフィルタ７８ａ）：ループフィ
ルタ７８ａは、位相比較器７６ａからＨパルスが出力さ
れ、その後出力端がハイインピーダンス状態に保たれて
いるときには、出力電圧が０Ｖに固定される。

【０１８５】ところが、目標回転数に達した後に位相比
較器７６ａからＬパルスが出力されるようになると、ル
ープフィルタ７８ａは、このＬパルスに応じて正の積分
を行う。従って、ループフィルタ７８ａの出力電圧が次
第に上昇する。

【０１８６】ｃ（移相可変回路２８２，移相回路２８
１）：移相可変回路２８２は、ループフィルタ７８ａの
出力電圧の上昇に伴い、移相量を減らすように作用す
る。この結果、移相可変回路２８２と移相回路２８１の
各移相量の差はαから次第に減少し、遂には目標回転数
に対応した位相差α2 に収束する。

【０１８７】ｄ（移相比較器８８，ループフィルタ９０
ａ）：位相差制御部２７０は、移相可変回路２８２と移
相回路２８１の各移相量の差の変化に応じて、駆動電圧
信号Ｖ４と捩り振動信号Ｖ３の位相差がこの移相量の差
に一致するように、可変発振器５０，増幅器５２を制御
して超音波モータ２１０を駆動する。

【０１８８】以上より、超音波モータ２１０が目標回転
数に対応した位相差になるよう次第に駆動周波数が収束
する。この収束率はループフィルタ９０ａの積分率によ
ってきまり、この積分率を調整することにより、即座に
収束させることができる。

【０１８９】図１９は、超音波モータ２１０が目標回転
数に達した場合の位相差制御部２７０内の各部の詳細な
動作を説明するための波形図である。

【０１９０】同図（Ａ）は波形整形回路８５の出力波形
を、同図（Ｂ）は波形整形回路８６の出力波形をそれぞ
れ示している。同図（Ａ），（Ｂ）は、超音波モータ２
１０が目標回転数に制御され、移相比較器８８に入力さ
れる２つの信号波形が同相となるように制御された状態
を示している。

【０１９１】また、同図（Ｃ）はこのときの移相回路２
８１の入力波形を、同図（Ｄ）は移相可変回路２８２の
入力波形をそれぞれ示している。また、同図（Ｅ）は、
増幅器５２から出力される駆動電圧信号Ｖ１及び捩り振
動センサ３０から出力される捩り振動信号Ｖ２の各波形
を示している。同図（Ｅ）に示す駆動電圧信号Ｖ１を信
号入力回路７２を通すことにより同図（Ｄ）に示す波形
が得られる。

【０１９２】移相回路２８１は、入力信号（縦振動信号
Ｖ３）の位相をφv だけずらした信号波形を出力し、こ
の波形を波形整形回路８５を通すことにより、図（Ａ）
に示した波形が得られる。同様に、移相可変回路２８２
は、入力信号の位相をφs だけずらした信号波形を出力
し、この波形を波形整形回路８６を通すことにより、図
（Ｂ）に示した波形が得られる。

【０１９３】従って、駆動電圧信号Ｖ１と捩り振動信号
Ｖ２との移相量の差φ＝φs −φv＝α2 となり、位相
差制御部２７０によって、超音波モータ２１０は目標回
転数に制御される。

【０１９４】（２ｂ−３）負荷変動があった場合 次に、目標回転数で超音波モータ２１０を運転中に負荷
変動があった場合（負荷が大きくなった場合）の動作に
ついて、各構成部の動作を説明する。

【０１９５】ａ（位相比較器７６ａ）：負荷が大きくな
って超音波モータ２１０の回転数が再び低下すると、位
相比較器７６ａは、モータ起動時等と同様に大きな誤差
を検出し、この検出誤差に応じたパルス幅を有するＨパ
ルスを出力する。

【０１９６】ｂ（ループフィルタ７８ａ）：ループフィ
ルタ７８ａは、このＨパルスに応じて負の積分を行うの
で、目標回転数に対応した出力電圧から電圧値が徐々に
低下する。

【０１９７】ｃ（移相可変回路２８２，移相回路２８
１）：以後モータ起動時と同様に、移相可変回路２８２
の移相量がφs ＝φv ＋αに固定され、移相可変回路２
８２と移相回路２８１の各移相量の差はφs −φv ＝α
となる。

【０１９８】ｄ（位相比較器８８，ループフィルタ９０
ａ）：位相差制御部２７０は、移相可変回路２８２と移
相回路２８１の各移相量の差がαとなるため、駆動電圧
信号Ｖ１と捩り振動信号Ｖ３の位相差がこのαに一致す
るように、可変発振器５０，増幅器５２を制御して超音
波モータ２１０を駆動する。

【０１９９】以上より、超音波モータ２１０の負荷が大
きくなってモータ回転数が目標回転数に対し大きく下回
った場合には、超音波モータ２１０が位相差α、すなわ
ち最大出力となるように駆動され、速やかに目標回転数
に復帰することができる。

【０２００】（３）第３実施例のまとめ このように、第３実施例においては、回転誤差検出部７
６として機能する位相比較器７６ａは、目標回転数と現
在のモータ回転数との誤差を検出する。そして、位相差
決定部７８として機能するループフィルタ７８ａによっ
て制御に必要な位相差を決定するための制御信号を作成
する。具体的には、ループフィルタ７８ａの出力電圧を
回転誤差の大小に応じて変更する。

【０２０１】位相差検出部２８０は、このループフィル
タ７８ａの出力電圧に応じて、制御を行う位相差を決定
するとともに、超音波モータ２１の駆動電圧信号Ｖ４と
超音波モータ２１０に取り付けられたセンサ３０から出
力される捩り振動信号Ｖ２との位相差と、この決定した
位相差との誤差を検出する。

【０２０２】そして、周波数決定部９０として機能する
ループフィルタ９０ａは、この位相差検出部２８０の誤
差検出結果に応じて正あるいは負の積分を行い、モータ
制御に必要な制御電圧を設定する。そして、可変発振器
５０はこの制御電圧に応じた発振動作を行い、増幅器５
２はこの発振信号を増幅して駆動電圧として超音波モー
タ２１０に供給する。

【０２０３】従って、目標回転数との誤差が大きい場合
には、モータの回転力が最大となる位相差αを設定し、
捩り振動と縦振動との位相差がこの位相差αとなるよう
超音波モータ２１０を駆動することができる。また、目
標回転数に近づいた場合には、目標回転数に対応した位
相差α2 を設定し、駆動電圧と捩り振動との位相差がこ
の位相差α2 となるよう超音波モータ２１０を駆動する
ことができる。これにより、モータ起動時にはモータの
回転力が最大となるよう超音波モータ２１０を駆動し、
目標回転数に達した後は所定の位相差となるよう超音波
モータ２１０を駆動することにより、低速から最大回転
数まで高安定な回転数制御が可能となる。

【０２０４】なお、上述した第３実施例においては、モ
ータの回転力が最大となる位相差により小さな位相差を
用いて制御を行う場合（図１６におけるα0 〜αの範囲
を用いて制御を行う場合）を説明したが、モータの回転
力が最大となる位相差より大きな位相差α〜α1 を用い
た場合にも同様に制御が可能である。但し、この場合に
は、モータ回転数の増加に伴い位相差を減少させる必要
があるため、移相可変回路２８２の移相量の増減方向を
反対に設定するか、あるいは移相回路８１と移相可変回
路２８２の配置を入れ換える必要がある点は第１実施例
の場合と同様である。

【０２０５】第４実施例 次に、本発明の第４実施例について説明する。

【０２０６】第３実施例において説明したように、本発
明者は、ボルト締めランジュバン型の超音波モータにお
いて、駆動電圧信号と捩り振動信号との位相差φと、モ
ータ回転数との関係は、負荷が一定であれば１対１に対
応しており、温度の変動に対しても安定していることを
見いだした。従って、負荷一定という条件では、この位
相差φを直接指定することにより、任意の目標回転数で
超音波モータを運転することが可能となる。

【０２０７】図２０は、第４実施例の制御回路３４０の
全体構成、及び制御対象となる超音波モータ３１０と制
御回路３４０との接続状態を示す図である。

【０２０８】本実施例において制御対象とされる超音波
モータ３１０は、第３実施例において制御対象とされる
超音波モータ２１０に対して、速度検出器３２として機
能するエンコーダ３２ａが取り付けられていない点が異
なる。

【０２０９】それ以外については、超音波モータ３１０
は、第１実施例の超音波モータ２１０と基本構造は同じ
であり、楕円振動を発生させるためのステータ部１１
と、ステータ部１１の端面に取り付けられて回転するロ
ータ部とを有する。また、このステータ部は、第１実施
例等において示した図２及び図３の構造がそのまま適用
される。

【０２１０】また、制御回路３４０は、この超音波モー
タ３１０の縦振動と捩り振動との位相差φを制御するこ
とにより、超音波モータ３１０を目標回転数に制御する
ものである。

【０２１１】但し、制御回路３４０は、第３実施例の制
御回路２４０と異なり、超音波モータ３１０の回転数は
モニタしておらず、定格負荷で超音波モータ３１０を駆
動する場合に用いられるものである。

【０２１２】以下、第３実施例と作用が同じ構成につい
ては、第３実施例と同じ符号を付し、作用が異なる構成
を中心に説明する。

【０２１３】制御回路３４０は、可変発振器５０，増幅
器５２，目標回転数設定部３６０，移相差制御部３７０
を含んで構成される。

【０２１４】ここで、目標回転数設定部３６０は、モー
タの目標回転数を設定するためのものであり、この設定
は、ある目標回転数に１対１に対応した電圧を設定する
ことにより行う。例えば、回転数が目盛られたボリュー
ムを操作することにより、この目盛りに対応する電圧が
出力される。

【０２１５】図２１は、位相差制御部３７０の詳細構成
を示す図である。

【０２１６】位相差制御部３７０は、移相回路２８１，
移相可変回路２８２，波形整形回路８５，８６，移相比
較器８８によって構成される位相差検出部２８０と、２
つの信号入力回路２７２，７４と、周波数決定部９０と
して機能するループフィルタ９０ａとを含んで構成され
る。第３実施例の位相差制御部２７０に比べると、位相
比較器７６ａ及びループフィルタ７８ａを除いた構成を
有しており、目標回転数設定部１６０として機能する基
準電圧発生回路３６０ａの出力電圧が位相差検出部２８
０内の移相可変回路２８２に直接印加されるようになっ
ている。

【０２１７】第３実施例において、移相回路２８１と移
相可変回路２８２との移相量の差は、図１８のループフ
ィルタ７８ａの出力電圧のフルレンジに対して図１６の
α0〜αの範囲、あるいは図１６のα〜α1 の範囲で変
化するように各構成素子が調整されている。

【０２１８】本実施例の基準電圧発生回路３６０ａは、
図１８ａのこのループフィルタ７８ａと同じ範囲の出力
電圧を移相可変回路２８２に印加できるよう構成されて
いる。従って、基準電圧発生回路３６０ａで目標回転数
を設定すると、この回転数に対応した出力電圧が基準電
圧発生回路３６０ａから移相可変回路２８２に印加され
る。これにより、移相回路２８１と移相可変回路２８２
の各移相量の差が目標回転数に対応した位相差に設定さ
れ、可変発振器５０及び増幅器５２は目標回転数で超音
波モータ３１０を駆動する。

【０２１９】このように、第４実施例においては、目標
回転数設定部３６０によって目標回転数に対応した位相
差を決定するための制御信号を作成する。位相差検出部
３８０は、目標回転数に対応して目標回転数設定部３６
０から出力される電圧に応じて、制御を行う位相差を決
定するとともに、超音波モータ３１０に取り付けられた
センサ３０から出力される捩り振動信号Ｖ３と駆動電圧
信号Ｖ４の位相差と、この決定した位相差との誤差を検
出する。

【０２２０】そして、周波数決定部９０として機能する
ループフィルタ９０ａは、この位相差検出部２８０の誤
差検出結果に応じて正あるいは負の積分を行い、モータ
制御に必要な制御電圧を設定する。そして、可変発振器
５０はこの制御電圧に応じた発振動作を行い、増幅器５
２はこの発振信号を増幅して駆動電圧として超音波モー
タ３１０に供給する。

【０２２１】従って、目標回転数設定部３６０により目
標回転数に対応した位相差を設定し、駆動電圧信号と捩
り振動信号との位相差がこの位相差となるよう超音波モ
ータ３１０を駆動することができる。これにより、低速
から最大回転数まで高安定な回転数制御が可能となる。

【０２２２】第５実施例 次に、本発明の第５実施例について説明する。

【０２２３】本実施例は、第１実施例の位相差制御部７
０をマイクロコンピュータを用いたマイコンシステムに
よって構成したものである。以下、第１実施例と作用が
同じ構成については、第１実施例と同じ符号を付して説
明を行う。

【０２２４】図２２は、第５実施例の制御回路４４０の
全体構成、及び制御対象となる超音波モータ１０と制御
回路４４０との接続状態を示す図である。

【０２２５】制御回路４４０は、可変発振器５０，増幅
器５２，マイコンシステム４７０，コンパレータ４８
２，４８４，カウンタ４８６，デジタル−アナログ変換
回路（Ｄ／Ａ）４８８を含んで構成される。

【０２２６】マイコンシステム４７０は、図１に示した
位相差制御部７０の制御動作を行うものであり、ＲＯＭ
に書き込まれた制御プログラムをＣＰＵが実行すること
により、目標回転数に対応した位相差の決定動作、及び
縦振動信号Ｖ３と捩り振動信号Ｖ２との位相差に基づく
制御動作等を行っている。

【０２２７】コンパレータ４８２は、縦振動センサ２８
から入力される縦振動信号Ｖ３を方形波信号に変換し、
マイコンシステム４７０に入力する。コンパレータ４８
４は、捩り振動センサ３０から入力される捩り振動信号
Ｖ２を方形波信号に変換し、マイコンシステム４７０に
入力する。また、カウンタ４８６は、速度検出器３２か
ら入力されるパルス信号をカウントして、マイコンシス
テム４７０に入力する。

【０２２８】Ｄ／Ａ４８８は、マイコンシステム４７０
から出力される制御用データをアナログ信号（電圧）に
変換し、この出力電圧を可変発振器５０に印加する。

【０２２９】マイコンシステム４７０は、外部から入力
される目標回転数のデータと、カウンタ４８６を介して
入力されるモータ回転数のデータとに基づいて回転誤差
の演算を行い、この演算結果に応じた位相差φを決定す
る。

【０２３０】そして、マイコンシステム４７０は、コン
パレータ４８２，４８４から入力される各方形波信号に
よって、内部カウンタ等により捩り振動と縦振動の位相
差を演算し、この位相差が回転誤差の演算結果に応じて
決定した位相差φに一致するよう制御用データを作成し
た出力する。

【０２３１】このようにして、第１実施例の位相差制御
部７０をマイコンシステム４７０によって実現すること
ができる。従って、目標回転数との誤差が大きい場合に
は、モータの回転力が最大となる位相差βを設定し、捩
り振動と縦振動との位相差がこの位相差βとなるよう超
音波モータ１０を駆動することができる。また、目標回
転数に近づいた場合には、目標回転数に対応した位相差
β2 を設定し、捩り振動と縦振動との位相差がこの位相
差β2 となるよう超音波モータ１０を駆動することがで
きる。これにより、モータ起動時にはモータの回転力が
最大となるよう超音波モータ１０を駆動し、目標回転数
に達した後は所定の位相差となるよう超音波モータ１０
を駆動することにより、低速から最大回転数まで高安定
な回転数制御が可能となる。

【０２３２】なお、上述した第５実施例では、第１実施
例の構成をマイコンシステム４７０を用いて実現するよ
うにしたが、第２実施例〜第４実施例の構成をマイコン
システムを用いて実現するようにしてもよい。

【０２３３】また、上述した第１実施例及び第３実施例
においては、目標回転数と現在のモータ回転数との誤差
にもとづいて制御に必要な位相差の決定及び位相の制御
を、位相比較器７６ａ及びループフィルタ７８ａを用い
た一般的なＰＬＬ（フェーズ・ロック・ループ）で実現
する場合について説明したが、これらの誤差量に対し、
例えば古典制御理論や現代制御理論の手法により制御し
てもよい。

【０２３４】その他、本発明は上記各実施例に限定され
るものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実
施が可能である。

【０２３５】

【発明の効果】本発明においては、ボルト締めランジュ
バン型超音波モータの回転数と、この超音波モータの捩
り振動と縦振動との位相差とは一定の関係があり、しか
も低速から最大回転数までほぼリニアの関係にあること
に着目し、この縦振動と捩り振動との位相差を検出して
制御を行うことにより、低速から最大回転数まで高安定
な回転数制御を行うことができる。また、このときに、
現在のモータ回転数と目標回転数との誤差に応じて制御
に必要な位相差を決定することにより、目標回転数に達
するまでは、モータの回転力が最大となるように駆動す
ることができる。

【０２３６】また、本発明においては、ボルト締めラン
ジュバン型超音波モータの回転数と、この超音波モータ
の捩り振動と駆動電圧信号との位相差とは一定の関係が
あり、しかも低速から最大回転数までほぼリニアの関係
にあることに着目し、この捩り振動と駆動電圧信号との
位相差を検出して制御を行うことにより、低速から最大
回転数まで高安定な回転数制御を行うことができる。ま
た、このときに、現在のモータ回転数と目標回転数との
誤差に応じて制御に必要な位相差を決定することによ
り、目標回転数に達するまでは、モータの回転力が最大
となるように駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の制御回路の全体構成、及
び対象となる超音波モータと制御回路との接続状態を示
す図である。

【図２】第１実施例の超音波モータの詳細構造を示す図
である。

【図３】第１実施例の超音波モータの詳細構造を示す図
である。

【図４】縦振動と捩り振動の位相差と、モータ回転数と
の関係を示す図である。

【図５】位相制御部の詳細な構成を示す図である。

【図６】図５に示した位相差検出部のさらに詳細な構成
を示す図である。

【図７】ループフィルタの詳細な構成を示す図である。

【図８】ループフィルタの動作状態を示す図である。

【図９】移相回路の詳細な構成を示す図である。

【図１０】移相可変回路の詳細な構成を示す図である。

【図１１】位相差制御部内の各部の詳細な動作を説明す
るための波形図である。

【図１２】移相量の増減方向を反対に設定するための移
相可変回路の詳細構成を示す図である。

【図１３】第２実施例の制御回路の全体構成、及び対象
となる超音波モータと制御回路との接続状態を示す図で
ある。

【図１４】位相差制御部の詳細構成を示す図である。

【図１５】第３実施例の制御回路の全体構成、及び対象
となる超音波モータと制御回路との接続状態を示す図で
ある。

【図１６】捩り振動と駆動電圧の位相差と、モータ回転
数との関係を示す図である。

【図１７】位相差制御部の詳細な構成を示す図である。

【図１８】図１７に示した位相差検出部のさらに詳細な
構成を示す図である。

【図１９】位相差制御部内の各部の詳細な動作を説明す
るための波形図である。

【図２０】第４実施例の制御回路の全体構成、及び対象
となる超音波モータと制御回路との接続状態を示す図で
ある。

【図２１】位相差制御部の詳細な構成を示す図である。

【図２２】第５実施例の制御回路の全体構成、及び対象
となる超音波モータと制御回路との接続状態を示す図で
ある。

【図２３】モータ駆動周波数とモータ回転数の関係を示
す図である。

【符号の説明】

１０ 超音波モータ ２８ 縦振動センサ ３０ 捩り振動センサ ３２ 速度検出器 ４０ 制御回路 ５０ 可変発振器 ５２ 増幅器 ６０ 目標回転数設定部 ７０ 位相差制御部

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 正典 愛知県豊橋市大岩町字小山塚20番地 本多 電子株式会社内 (72)発明者 富田 幸伸 愛知県豊橋市大岩町字小山塚20番地 本多 電子株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータ部の圧電素子にモータ駆動電圧
   を印加し、得られた縦振動と捩り振動によってロータ部
   を目標回転数で回転させるボルト締めランジュバン型超
   音波モータの制御回路において、 前記ステータ部の縦振動を検出する縦振動センサと、 前記ステータ部の捩り振動を検出する捩り振動センサ
   と、 超音波モータに所定周波数の駆動電圧を供給する電圧供
   給部と、 超音波モータの目標回転数の設定を行う目標回転数設定
   部と、 前記縦振動センサ及び前記捩り振動センサの各出力が入
   力され、前記縦振動と捩り振動との位相差が、前記目標
   回転数設定部により設定された目標回転数に対応した所
   定の値となるよう前記電圧供給部から供給される駆動電
   圧の周波数を制御する位相差制御部と、 を備え、超音波モータの回転数を縦振動と捩り振動との
   位相差によって制御することを特徴としたボルト締めラ
   ンジュバン型超音波モータの制御回路。
2. 【請求項２】 ステータ部の圧電素子にモータ駆動電圧
   を印加し、得られた縦振動と捩り振動によってロータ部
   を目標回転数で回転させるボルト締めランジュバン型超
   音波モータの制御回路において、 前記ステータ部の縦振動を検出する縦振動センサと、 前記ステータ部の捩り振動を検出する捩り振動センサ
   と、 超音波モータの回転数を検出する回転数検出部と、 超音波モータに所定周波数の駆動電圧を供給する電圧供
   給部と、 前記目標回転数の設定を行う目標回転数設定部と、 前記縦振動センサ及び前記捩り振動センサの各出力が入
   力され、前記目標回転数設定部により設定された目標回
   転数と前記回転数検出部により検出されたモータ回転数
   との誤差に応じて位相差を決定するとともに、前記縦振
   動と捩り振動との位相差が、この決定した位相差となる
   よう前記電圧供給部から供給される駆動電圧の周波数を
   制御する位相差制御部と、 を備え、超音波モータの回転数を縦振動と捩り振動との
   位相差によって制御することを特徴としたボルト締めラ
   ンジュバン型超音波モータの制御回路。
3. 【請求項３】 ステータ部の圧電素子にモータ駆動電圧
   を印加し、得られた縦振動と捩り振動によってロータ部
   を目標回転数で回転させるボルト締めランジュバン型超
   音波モータの制御回路において、 前記ステータ部の捩り振動を検出する捩り振動センサ
   と、 超音波モータに所定周波数の駆動電圧を供給する電圧供
   給部と、 超音波モータの目標回転数の設定を行う目標回転数設定
   部と、 前記捩り振動センサ及び前記電圧供給部の各出力が入力
   され、前記捩り振動と前記電圧供給部から出力される駆
   動電圧信号との位相差が、前記目標回転数設定部により
   設定された目標回転数に対応した所定の値となるよう前
   記電圧供給部から供給される駆動電圧の周波数を制御す
   る位相差制御部と、 を備え、超音波モータの回転数を捩り振動と駆動電圧信
   号との位相差によって制御することを特徴としたボルト
   締めランジュバン型超音波モータの制御回路。
4. 【請求項４】 ステータ部の圧電素子にモータ駆動電圧
   を印加し、得られた縦振動と捩り振動によってロータ部
   を目標回転数で回転させるボルト締めランジュバン型超
   音波モータの制御回路において、 前記ステータ部の縦振動を検出する縦振動センサと、 前記ステータ部の捩り振動を検出する捩り振動センサ
   と、 超音波モータの回転数を検出する回転数検出部と、 超音波モータに所定周波数の駆動電圧を供給する電圧供
   給部と、 前記目標回転数の設定を行う目標回転数設定部と、 前記捩り振動センサ及び前記電圧供給部の各出力が入力
   され、前記目標回転数設定部により設定された目標回転
   数と前記回転数検出部により検出されたモータ回転数と
   の誤差に応じて位相差を決定するとともに、前記捩り振
   動と前記電圧供給部から出力される駆動電圧信号との位
   相差が、この決定した位相差となるよう前記電圧供給部
   から供給される駆動電圧の周波数を制御する位相差制御
   部と、 を備え、超音波モータの回転数を捩り振動と駆動電圧信
   号との位相差によって制御することを特徴としたボルト
   締めランジュバン型超音波モータの制御回路。
5. 【請求項５】 請求項２又は４において、 前記位相差制御部は、前記目標回転数設定部により設定
   された目標回転数と前記回転数検出部により検出された
   モータ回転数との誤差が大きい場合には、モータの回転
   効率が最大となるような位相差を決定することを特徴と
   するボルト締めランジュバン型超音波モータの制御回
   路。