JPH06245553A - 超音波モータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、高電圧直流電源や昇圧トランスを
必要としない、超音波モータ用の小型軽量の駆動回路を
提供することを目的とする。 【構成】 発振回路１４の出力信号は２分割され、一方
は移相回路１５により移相して電力増幅回路１７に入力
され、もう１方の信号はそのまま電力増幅回路１８に入
力され電力増幅されて、コイル１９、２０を通して波形
整形と交流昇圧をされて、２つの駆動端子に入力され
る。この結果、超音波モータの移動体６が移動する。駆
動信号を作る発振回路１４と移相回路１５は低電圧で動
作する小信号回路であるから直流電源の出力をそのまま
電源とし、電力増幅器１７、１８は超音波モータを駆動
するのに十分な駆動電圧を作るために高い電圧の直流電
源を必要とするので、直流電源を直流昇圧回路ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ１６で昇圧した後に電力増幅器１７、１８
に供給している。

Description

【発明の詳細な説明】

【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駆動回路に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】以下に、図面を参照しながら超音波モー
タとその駆動回路の従来技術について説明を行う。

【０００３】図４は、ディスク型超音波モータの切り欠
き斜視図であり、金属やセラミック等の弾性材料で作ら
れたディスク形の弾性基板１の一面に、圧電体としてデ
ィスク形圧電セラミック２を貼合せて振動体３を構成し
ている。弾性基板１の他の面には振動体３の振動による
変位を拡大するために突起体３ａが設置されている。４
は耐磨耗性材料の摩擦材であり、５は金属やプラスチッ
ク等の弾性体であり、互いに貼合せられて移動体６を構
成している。そして、ここでは図示していないが、移動
体６は摩擦材４を介してバネ等の加圧手段により振動体
３と安定に加圧接触して設置される。摩擦材４は移動体
６と突起体３ａとの安定な接触を得る役目も果たしてい
る。

【０００４】圧電セラミック２には位置的に１／４波長
だけずらせて２組の駆動電極が形成される。これらの２
組の駆動電極に、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、図５に示すような径方向の変位分
布を有する径方向２次・周方向３次以上の曲げ振動の進
行波が振動体３に励振される。この進行波の波頭の横方
向変位成分により、移動体６は摩擦駆動され回転中心軸
７を中心に回転運動をする。そして、駆動電極に、印加
する２つの交流電圧の位相差９０度の符号を逆にする
と、曲げ振動の進行波の進行方向を変えることができ、
その結果、移動体６の回転方向を変えることができる。

【０００５】図６は超音波モータの動作原理を説明する
ための動作原理図である。振動体３に紙面に向かって右
方向に進行する曲げ振動の進行波が励振されると、振動
体３の表面の各点は同図に示されるように長軸ｗ、短軸
ｕの楕円軌跡を描いて運動する。移動体６は進行波の波
頭Ａで振動体３と接触し、振動体３の横方向の変位成分
により摩擦駆動されて、紙面に向かって左方向に駆動さ
れる。進行波の波頭は連続的に移動するので、移動体６
は連続的に駆動され滑らかな回転運動をする。

【０００６】図７は従来の超音波モータ駆動回路のブロ
ック図である。同図において、発振回路８は超音波モー
タの駆動交流信号を発生する。駆動信号は２分割され、
一方は移相回路９により所定の位相（９０度）だけ移相
して電力増幅回路１０に入力される。もう１方の信号は
そのまま電力増幅回路１１に入力され、それぞれ超音波
モータを駆動するのに十分なレベルに電力増幅された
後、それぞれコイル１２、１３を通して波形整形と交流
昇圧をした後に、それぞれ超音波モータの振動体３の２
つの駆動端子に入力される。この結果、超音波モータの
振動体３には曲げ振動の進行波が励振され、移動体６が
移動する。ここで、駆動信号を作る発振回路８と移相回
路９は直流電源１を電源とし、電力増幅器１０、１１は
超音波モータを駆動するのに十分な駆動電圧を作れる高
電圧直流電源２を電源としている。また、ここでは図示
していないが、電力増幅回路１０と１１を用いる代わり
に、電流増幅器と昇圧トランスにより超音波モータを駆
動するのに十分なレベルに電力増幅している従来例もあ
る。

【０００７】ここでは、超音波モータとその回路の従来
例として、ディスク型超音波モータを取り上げて説明し
たが、振動体として中空構造を持つリング形状を採り、
振動モードとして径方向１次・周方向３次以上の曲げ振
動の進行波を使用するリング型超音波モータもあり、同
様の動作原理で動作し、また、同様な駆動回路を用いて
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】（課題１）本発明が解
決しようとする第１の課題は、超音波モータは駆動電圧
として数１０Ｖ程度の高い電圧が必要であるので、駆動
電圧を出力する電力増幅器の電源として高い電圧を出力
する直流電圧源を必要とし、従って、乾電池を直流電源
として用いることが困難であり、携帯用として超音波モ
ータを用いることが困難であることである。また、超音
波モータの高い駆動電圧を得るために昇圧トランスを用
いた駆動回路では、２つの駆動電圧に対応して形状の大
きな昇圧トランスが２つ必要であり駆動回路が大きくな
り、同様に携帯用として超音波モータを用いることが困
難であった。

【０００９】（課題２）本発明が解決しようとする第２
の課題は、超音波モータの駆動端子につながれる出力コ
イルのインダクタンス値が大きくなるのでその形状が大
きくなり、携帯用として超音波モータを用いることが困
難であることである。

【００１０】本発明は上記課題を解決するもので、小型
・軽量化した超音波モータの駆動回路を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題に対して
は、直流電源の電圧を昇圧する昇圧回路と、超音波モー
タの駆動端子から見た電気容量値との直列共振周波数
が、振動体の共振周波数以上の値になるようなインダク
タンス値を持つコイル素子を交流電圧昇圧用として駆動
端子に接続する直列回路を共に駆動回路として構成する
ことにより、高電圧直流電源や昇圧トランスを不要にし
て解決をする。

【００１２】そして上記第２の課題に対しては、超音波
モータの駆動端子にコンデンサを並列接続し、駆動端子
から見た電気容量値と並列コンデンサの電気容量値の並
列接続値との直列共振周波数が、振動体の共振周波数以
上の値になるようなインダクタンス値を持つコイル素子
を、交流電圧の昇圧用として並列接続回路に接続する直
列回路を構成することにより、コイルのインダクタンス
値を小さくしてコイルの形状の小型化を実現する。

【００１３】また、直流電源の電圧を昇圧する昇圧回路
と、超音波モータの駆動端子にコンデンサを並列接続
し、駆動端子から見た電気容量値とコンデンサの電気容
量値の並列接続値との直列共振周波数が、振動体の共振
周波数以上の値になるようなインダクタンス値を持つコ
イル素子を、交流駆動電圧の昇圧用として上記並列接続
回路に接続する直列回路を共に構成するによって、第１
と第２の課題を同時に解決する。

【００１４】

【作用】上記の第１の手段は、直流昇圧回路により直流
電源電圧を昇圧すると同時に、駆動端子にコイル素子を
接続して、駆動端子から見た電気容量値とコイル素子に
より直列共振回路を構成することにより交流駆動信号を
昇圧して、高電圧直流電源や昇圧トランスがなくても、
超音波モータを駆動するのに充分な駆動交流信号を得る
ことを可能とするものである。

【００１５】上記の第２の手段は、超音波モータの駆動
端子にコンデンサを並列接続し、駆動端子から見た電気
容量値と並列コンデンサの並列接続容量値との直列共振
周波数が、振動体の共振周波数以上の値になるようなイ
ンダクタンス値を持つコイル素子を、並列接続回路に接
続して直列回路を構成することにより交流駆動信号を昇
圧して、インダクタンス値の小さいコイル素子で超音波
モータを駆動するのに充分な交流駆動信号を得ることを
可能とするものである。

【００１６】上記の第３の手段は、昇圧回路により直流
電源の電圧を昇圧すると同時に、超音波モータの駆動端
子にコンデンサを並列接続し、駆動端子から見た電気容
量値と並列コンデンサの並列接続容量値との直列共振周
波数が、振動体の共振周波数以上の値になるようなイン
ダクタンス値を持つコイル素子を、並列接続回路に接続
して交流駆動信号を昇圧する直列回路を構成することに
より、課題１と２をともに解決して、超音波モータを駆
動するのに充分な駆動信号を得ることを可能とするもの
である。

【００１７】

【実施例】以下、図面に従って本発明の実施例について
詳細な説明を行う。

【００１８】（実施例１）図１は本発明の超音波モータ
の駆動回路の第１の実施例のブロック図である。同図に
おいて、発振回路１４は超音波モータの駆動交流信号を
発生する。発振回路１４の出力信号は２分割され、一方
は移相回路１５により所定の位相（例えば９０度）だけ
移相してから電力増幅回路１７に入力される。もう１方
の信号はそのまま電力増幅回路１８に入力され、それぞ
れ超音波モータを駆動するのに十分なレベルに電力増幅
された後、それぞれコイル１９、２０を通して波形整形
と交流昇圧をされて、それぞれ超音波モータの振動体３
の２つの駆動端子に入力される。

【００１９】この結果、超音波モータの振動体３には曲
げ振動の進行波が励振され、この進行波により超音波モ
ータの移動体６が移動する。ここで、駆動信号を作る発
振回路１４と移相回路１５は低電圧で動作する小信号回
路であるから直流電源の出力をそのまま電源とし、電力
増幅器１７、１８は超音波モータを駆動するのに十分な
駆動電圧を作るために高い電圧の直流電源を必要とする
ので、直流電源を直流昇圧回路ＤＣ−ＤＣコンバータ１
６で昇圧した後に電力増幅器１７、１８に供給してい
る。

【００２０】本実施例の駆動回路では、ＤＣ−ＤＣコン
バータ１６により直流電源の電圧を昇圧して電力増幅器
１７、１８に供給すると同時に、超音波モータを構成す
る振動体３の２つの駆動端子に、駆動端子から見た電気
容量値との直列共振周波数が、振動体の共振周波数以上
の値になるようなインダクタンス値を持つコイル素子を
駆動端子に接続することにより、駆動端子の電気容量値
とコイル素子により直列共振回路を構成して交流駆動信
号を昇圧する。

【００２１】この様に、本発明ではＤＣ−ＤＣコンバー
タ１６による直流電圧の昇圧と、駆動端子とコイル素子
の直列共振回路による駆動交流信号の昇圧を同時に用い
ることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６の直流電圧の
昇圧比が小さくてすみ、その形状を小さくするとともに
高効率の直流昇圧を実現する。

【００２２】また、駆動端子とコイル素子の駆動交流信
号の昇圧も小さくできるので、直列共振回路の共振周波
数を超音波モータの振動体の共振周波数に一致させるこ
となく、振動体の共振周波数以上に設定できるので昇圧
が安定でしかもコイル素子の形状も小さくできる。従っ
て、高圧直流電源や昇圧トランスがなくても、超音波モ
ータを駆動するのに充分な駆動信号を得ることができる
小型軽量の駆動回路を実現することができる。

【００２３】（実施例２）図２は本発明の超音波モータ
の駆動回路の第２の実施例のブロック図である。同図に
おいて、発振回路２１は超音波モータの駆動交流信号を
発生する。発振回路２１の出力信号は２分割され、一方
は移相回路２２により所定の位相（例えば９０度）だけ
移相してから電力増幅回路２３に入力される。もう１方
の信号はそのまま電力増幅回路２４に入力され、それぞ
れ超音波モータを駆動するのに十分なレベルに電力増幅
される。振動体３の２つの駆動端子にはそれぞれコンデ
ンサ２７、２８が並列に接続されており、電力増幅回路
２３、２４の出力はそれぞれコイル２５、２６を通して
交流昇圧した後に、それぞれ超音波モータの振動体３の
２つの駆動端子に入力される。

【００２４】その結果、超音波モータの振動体３には曲
げ振動の進行波が励振され、この進行波により移動体６
が移動する。駆動信号を作る発振回路１４と移相回路１
５には低電圧で動作する小信号回路であるので直流電源
３の出力が供給され、電力増幅器１７、１８には超音波
モータを駆動するのに十分な駆動電圧を作るために高い
電圧の直流電源を必要とするので、直流電源４の出力が
供給される。

【００２５】本実施例の駆動回路では、超音波モータの
駆動端子にコンデンサを並列接続することにより駆動端
子から見た電気容量を大きくして、駆動端子から見た電
気容量値との直列共振周波数が振動体の共振周波数以上
の値になるようなインダクタンス値を持つコイル素子
を、交流駆動信号の昇圧用として並列接続回路に接続す
る直列回路を構成することにより、コイル素子のみを超
音波モータの駆動端子に接続する時よりも、コイルのイ
ンダクタンス値を小さくすることができコイルの形状の
小型化を実現することができる。

【００２６】（実施例３）図３は本発明の超音波モータ
の駆動回路の第３の実施例のブロック図である。同図に
おいて、発振回路２９は超音波モータの駆動交流信号を
発生する。発振回路２９の出力信号は２分割され、一方
は移相回路３０により所定の位相（例えば９０度）だけ
移相してから電力増幅回路３２に入力される。もう１方
の信号はそのまま電力増幅回路３３に入力され、それぞ
れ超音波モータを駆動するのに十分なレベルに電力増幅
される。振動体３の２つの駆動端子にはそれぞれコンデ
ンサ３６、３７が並列に接続されており、電力増幅回路
３２、３３の出力はそれぞれコイル３４、３５を通して
交流昇圧された後に超音波モータの振動体３の２つの駆
動端子に入力される。

【００２７】この結果、超音波モータの振動体３には曲
げ振動の進行波が励振され、この進行波により移動体６
が移動する。駆動信号を作る発振回路２９と移相回路３
０は低電圧で動作する小信号回路であるから直流電源の
出力をそのまま電源とし、電力増幅器３２、３３は超音
波モータを駆動するのに十分な駆動電圧を作るために高
い電圧の直流電源を必要とするので、直流電源を直流昇
圧回路ＤＣ−ＤＣコンバータ３１で昇圧した後に電力増
幅器３２、３３に供給している。

【００２８】本実施例の駆動回路では、ＤＣ−ＤＣコン
バータ３１により直流電源の電圧を昇圧して電力増幅器
３２、３３に供給すると同時に、超音波モータの駆動端
子にコンデンサを並列接続し、駆動端子から見た電気容
量値と並列コンデンサの並列接続容量値との直列共振周
波数が、振動体の共振周波数以上の値になるようなイン
ダクタンス値を持つコイル素子を、並列接続回路に接続
することにより、駆動端子とコンデンサの並列容量値と
コイル素子により直列共振回路を構成して交流駆動信号
を昇圧している。

【００２９】この様に、本発明ではＤＣ−ＤＣコンバー
タ３１による直流電圧の昇圧と、駆動端子とコンデンサ
の並列回路とコイル素子の直列共振回路による駆動交流
信号の昇圧を同時に行うことにより、ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ３１の直流電圧の昇圧比が小さくてすみ、その形状
を小さくするとともに高効率の直流昇圧を実現する。ま
た、駆動端子とコイル素子の駆動交流信号の昇圧も小さ
くできるので、直列共振回路の共振周波数を超音波モー
タの振動体の共振周波数に一致させなくても、振動体の
共振周波数以上に設定すれば必要な昇圧比を得られるの
で安定な昇圧ができる。駆動端子にコンデンサを並列接
続して駆動端子から見た容量値を大きくしているのでコ
イル素子の形状も小さくできる。従って、高圧直流電源
や昇圧トランスがなくても、超音波モータを駆動するの
に充分な駆動信号を得ることができる小型軽量の駆動回
路を実現することができる。

【００３０】

【発明の効果】本願発明によれば、直流昇圧回路により
直流電源の電圧を昇圧すると同時に、駆動端子にコイル
素子を接続することにより駆動信号を交流昇圧して、高
電圧直流電源や昇圧トランスがなくても、超音波モータ
を駆動するのに充分な駆動信号を得ることにより、小型
軽量の駆動回路を実現することができる。

【００３１】また、超音波モータの駆動端子にコンデン
サを並列接続し、並列回路にコイル素子を直列接続する
回路を構成することにより、インダクタンス値の小さい
コイル素子で超音波モータを駆動するのに充分な駆動信
号を得ることにより、小型軽量の駆動回路を実現するこ
とができる。

【００３２】更に、昇圧回路により直流電源の電圧を昇
圧すると同時に、超音波モータの駆動端子にコンデンサ
を並列接続し、並列回路にコイル素子を直列接続する回
路を構成することにより、インダクタンス値の小さいコ
イル素子で超音波モータを駆動するのに充分な駆動信号
を得ることにより、超音波モータを駆動するのに充分な
駆動信号を得ることにより、小型軽量の駆動回路を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波モータの駆動回路の第１の実施
例のブロック図

【図２】本発明の超音波モータの駆動回路の第２の実施
例のブロック図

【図３】本発明の超音波モータの駆動回路の第３の実施
例のブロック図

【図４】ディスク型超音波モータの切り欠き斜視図

【図５】ディスク型超音波モータの振動体の径方向の振
動変位図

【図６】超音波モータの動作説明図

【図７】超音波モータの駆動回路の従来例を示すブロッ
ク図

【符号の説明】

１４ 発振回路 １５ 移相回路 １６ ＤＣ−ＤＣコンバータ １７ 電力増幅回路 １８ 電力増幅回路 １９ コイル ２０ コイル ２１ 発振回路 ２２ 移相回路 ２３ 電力増幅回路 ２４ 電力増幅回路 ２５ コイル ２６ コイル ２７ コンデンサ ２８ コンデンサ ２９ 発振回路 ３０ 移相回路 ３１ ＤＣ−ＤＣコンバータ ３２ 電力増幅回路 ３３ 電力増幅回路 ３４ コイル ３５ コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西倉 孝弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 野島 貴志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (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 (72)発明者 今田 勝巳 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 (3)

【特許請求の範囲】
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、上記振動体に加圧接触して移動体を設置し、上記圧
   電体に形成された駆動電極から取り出した駆動端子に駆
   動回路から交流駆動電圧を印加して、上記振動体に弾性
   振動を励振し、上記移動体を移動させる超音波モータの
   駆動回路において、直流電源の電圧を昇圧する昇圧回路
   と、超音波モータの上記駆動端子から見た電気容量値と
   の直列共振周波数が、上記振動体の共振周波数以上の値
   になるようなインダクタンス値を持つコイル素子を、上
   記駆動端子に接続する直列回路をともに構成することを
   特徴とする超音波モータの駆動回路。
2. 【請求項２】弾性基板に圧電体を結合して振動体を構成
   し、上記振動体に加圧接触して移動体を設置し、上記圧
   電体に形成された駆動電極から取り出した駆動端子に駆
   動回路から交流駆動電圧を印加して、上記振動体に弾性
   振動を励振し、上記移動体を移動させる超音波モータの
   駆動回路において、超音波モータの上記駆動端子にコン
   デンサを並列に接続し、上記駆動端子から見た電気容量
   値と上記コンデンサの電気容量値の並列接続値との直列
   共振周波数が、上記振動体の共振周波数以上の値になる
   ようなインダクタンス値を持つコイル素子を、上記並列
   接続回路に直列接続する直列回路を構成することを特徴
   とする超音波モータの駆動回路。
3. 【請求項３】弾性基板に圧電体を結合して振動体を構成
   し、上記振動体に加圧接触して移動体を設置し、上記圧
   電体に形成された駆動電極から取り出した駆動端子に駆
   動回路から交流駆動電圧を印加して、上記振動体に弾性
   振動を励振し、上記移動体を移動させる超音波モータの
   駆動回路において、直流電源の電圧を昇圧する昇圧回路
   と、超音波モータの上記駆動端子にコンデンサを並列接
   続し、上記駆動端子から見た電気容量値と上記コンデン
   サの電気容量値の並列接続値との直列共振周波数が、上
   記振動体の共振周波数以上の値になるようなインダクタ
   ンス値を持つコイル素子を、上記並列接続回路に直列接
   続する直列回路をともに構成することを特徴とする超音
   波モータの駆動回路。