JPH06269180A - 超音波モータ制御装置 - Google Patents

超音波モータ制御装置

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JPH06269180A
JPH06269180A JP5006379A JP637993A JPH06269180A JP H06269180 A JPH06269180 A JP H06269180A JP 5006379 A JP5006379 A JP 5006379A JP 637993 A JP637993 A JP 637993A JP H06269180 A JPH06269180 A JP H06269180A
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JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic motor
vibration amplitude
load torque
stator
load
Prior art date
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Pending
Application number
JP5006379A
Other languages
English (en)
Inventor
Satoru Sekiguchi
悟 関口
Yasuhiko Kitajima
康彦 北島
Shigeki Yoshioka
茂樹 吉岡
Masayuki Toda
正之 任田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jidosha Denki Kogyo KK
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Jidosha Denki Kogyo KK
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP5006379A priority Critical patent/JPH06269180A/ja
Publication of JPH06269180A publication Critical patent/JPH06269180A/ja
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、超音波モータの負荷の大きさが
変化した場合に、その変化した負荷において超音波モー
タの持つ最大性能を発生させ、また異音の発生や不安定
回転を防止することを目的とする。 【構成】 超音波モータの負荷トルクを検出する負荷ト
ルク検出手段17と、検出された負荷トルクが大になる
に従ってその時の負荷トルクにおける超音波モータの最
大出力を発生させる振動振幅となるように固定子1の目
標振動振幅を低下させる目標振動振幅設定手段8とを有
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車用の各
種アクチュエータ等として使用される超音波モータを制
御する超音波モータ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の超音波モータ制御装置としては、
例えば特開昭63−1379号公報に開示されたものが
ある。超音波モータは、弾性体と圧電素子とを接着剤で
一体に貼合せた固定子と、その弾性体に加圧接触された
移動体としての回転子等とで構成されている。圧電素子
は、その厚み方向に交互に分極が行われ、この分極の行
われた圧電素子は2つの電極群にまとめられている。そ
して、この2つの電極群に、インバータから90°位相
のずれた2回路の高周波電圧を印加して圧電素子を励振
させると、弾性体に屈曲運動が生じ、その一端面に横波
と縦波の合成された屈曲進行波が形成され、その一端面
に加圧接触した回転子が回転駆動されるようになってい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の超音波モータ制
御装置にあっては、超音波モータの負荷の大きさに関係
なく固定子の振動振幅が一定値となるように圧電素子の
駆動周波数が制御されている。しかし、超音波モータは
負荷の大きさにより最高性能を発生させるための振動振
幅の大きさが異なる。このため、従来の超音波モータ制
御装置では、広い負荷範囲で超音波モータの最大性能を
発生させることが難しいという問題がある。これを更に
図を用いて説明する。図4には、固定子の振動振幅値
(電圧に変換処理して電圧値で示している。以降、これ
をモニタ電圧と記す。)と超音波モータの回転数の関係
を示している。負荷が大きくなるに従って最高回転数を
発生する時の振動振幅(以後、最適振動振幅と記す)が
低下することが分る。また、図5には目標振動振幅値を
変化させて測定した回転数とモータ負荷トルクの関係を
示す。図5から分るように、低負荷で超音波モータの最
高性能を発生させるように目標振動振幅を設定する(目
標振動振幅を大きく設定する)と、高負荷の場合には最
適振動振幅が低下するため、高負荷でのモータ性能が犠
牲となる。逆に高負荷でそのモータの最高性能を発生さ
せるように目標振動振幅を設定する(目標振動振幅を小
さく設定する)と、低負荷の場合には最適振動振幅が大
きくなるため、低負荷でのモータ性能が犠牲となる。ま
た前者の場合は、高負荷となったときに超音波モータか
ら異音が発生したり、回転が不安定になったりすること
がある。
【0004】この発明は、このような従来の問題に着目
してなされたもので、超音波モータの負荷の大きさが変
化した場合に、その変化した負荷において超音波モータ
の持つ最大性能を発生させることができ、また異音の発
生や不安定回転を防止することができる超音波モータ制
御装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するために、弾性体の一面に圧電素子が固着された固
定子と、前記弾性体の他面に加圧接触された回転子とを
備え、前記圧電素子にその共振周波数近傍の交流電圧が
印加されることにより動作する超音波モータにおける前
記固定子の振動振幅が所定値となるように前記圧電素子
の駆動周波数を制御する超音波モータ制御装置におい
て、前記超音波モータの負荷トルクを検出する負荷トル
ク検出手段と、該負荷トルク検出手段で検出された負荷
トルクが大になるに従ってその時の負荷トルクにおける
前記超音波モータの最大出力を発生させる振動振幅とな
るように前記固定子の目標振動振幅を低下させる目標振
動振幅設定手段とを有することを要旨とする。
【0006】
【作用】上記構成において、超音波モータを駆動しなが
ら、その出力軸に設置したトルクセンサ等からなる負荷
トルク検出手段により負荷トルクの大きさが検出され
る。超音波モータは、負荷が変化すると、その負荷にお
いて最高性能を発生させるために必要な固定子の振動振
幅が変化する。このため、モータ負荷の大きさが変化し
た場合には、検出された負荷トルクに基づいて目標振動
振幅が適切な値に変更され、固定子の振動振幅が、この
変更された目標振動振幅値となるように圧電素子の駆動
周波数が制御される。これにより、超音波モータの負荷
の大きさが変化した場合に、その変化した負荷において
超音波モータの持つ最大性能を発生させることが可能と
なり、また異音の発生や不安定回転が防止される。
【0007】
【実施例】以下、この発明の実施例を図1ないし図3に
基づいて説明する。
【0008】まず、図1及び図2を用いて、超音波モー
タ制御装置の構成を説明する。図1において、1は弾性
体と圧電素子とを接着剤で一体に貼合せた固定子であ
り、弾性体の他面には図示省略の移動体としての回転子
が公知のように加圧接触されている。圧電素子は、その
厚み方向に分極処理された2群にまとめられ、その2群
の各部位に、互いに90°位相が異なる周波数の電圧を
印加するための駆動電極2,3が取付けられている。4
はモニタ電極であり、駆動電極2,3とは電気的に絶縁
されて圧電素子上に取付けられている。モニタ電極4か
らの出力により圧電素子の振動振幅が検知されるように
なっている。5は、駆動電極2,3及びモニタ電極4に
対する共通電極である。図2は、固定子1上への上記各
電極2,3,4,5の取付け態様を示している。
【0009】モニタ電極4には整流器6が接続されてい
る。整流器6は、モニタ電極4で検出された圧電素子の
振動状態に相当する交流電圧を整流して、その振動状態
に関する検出信号を出力するようになっている。整流器
6の出力は、A/D変換器7でA/D変換されて目標振
動振幅設定手段としての機能を有するマイコン8に入力
されている。マイコン8はA/D変換器7の出力信号を
基に超音波モータの駆動周波数を決定し、その駆動周波
数に相当する信号をD/A変換器9に送るようになって
いる。D/A変換器9の出力はV/F変換器(電圧制御
発振器)11に入力されている。D/A変換器9の出力
信号によりV/F変換器11がマイコン8の指令に基づ
いた周波数で発振し、この発振信号がリングカウンタ1
2に入力されている。リングカウンタ12は、V/F変
換器11の出力をそれぞれ90°ずつ位相を異ならせた
4相の電圧にしてスイッチング用トランジスタ13a〜
13dのON・OFFを制御するようになっている。各
トランジスタ13a〜13dのコレクタは、変成器14
の1次側端子にそれぞれ接続され、変成器14の2次側
端子14a,14cは超音波モータの駆動電極2,3に
それぞれ接続されている。2次側端子の他端14b,1
4dは、共通電極5に接続されてこれらは共通電位とな
っている。変成器14は、電源15からの直流電圧をス
イッチング素子13a〜13dで順次スイッチングする
ことによって駆動され、超音波モータの駆動電極2,3
に印加する90°位相の異なる2相の交流電圧をつく
る。而して、スイッチング素子13a〜13dと変成器
14により、超音波モータにおける固定子1に超音波振
動を発生させるためのインバータが構成されている。ス
イッチ16は、超音波モータの起動停止を行うための起
動スイッチであり、操作者が超音波モータを起動させよ
うとしていることをマイコン8に知らせるようになって
いる。17は超音波モータの出力軸に設置され、モータ
の出力軸に加えられる負荷トルクを検出し、検出した負
荷トルクに比例した電圧信号を出力する負荷トルク検出
手段である。この検出手段17の出力はA/D変換器1
8でデジタル信号に変換されてマイコン9へ入力されて
いる。19はモニタ電極4から発生するモニタ電圧の高
周波成分を通過させるハイパスフィルタである。超音波
モータの駆動周波数成分を除去し、固定子1の振動振幅
が大き過ぎるときに発生する高周波成分を通過させるた
め、ハイパスフィルタ19のカットオフ周波数は、例え
ば超音波モータの駆動周波数の10倍程度に設定されて
いる。駆動周波数が約40kHzの超音波モータの場合
には、400kHz程度に設定するのがよい。ハイパス
フィルタ19の出力は整流回路20により整流され、整
流後の電圧レベルが比較回路21により所定値Vb との
大小関係が比較される。この比較結果はマイコン8に入
力されている。
【0010】次に、上述のように構成された超音波モー
タ制御装置の作用を説明する。まず、超音波モータの駆
動周波数の決定方法を表1に示す。
【0011】
【表1】 マイコン8は上表に示すように駆動周波数を決定する。
即ち、固定子1の振動振幅が(イ)目標振動振幅である
場合には駆動周波数を変化させず、(ロ)目標振動振幅
より大きい場合には駆動周波数を所定値だけ高くして振
動振幅を小さくするようにし、(ハ)目標振動振幅より
小さい場合には駆動周波数を所定値だけ低くして振動振
幅を大きくする。
【0012】次に、図3のフローチャートを用いて制御
作用を説明する。起動スイッチ16をONにすると、マ
イコン8は可変周波数範囲内の最高周波数を発生させる
指令を出力する(ステップ31)。この指令により圧電
素子に駆動電圧が印加される。この時の固定子1の振動
振幅に相当する信号がマイコン8に入力される。また、
負荷トルク検出手段17とA/D変換器18によりマイ
コン8は超音波モータの負荷トルクの大きさを検出する
(ステップ32)。図4に示したように、最適目標振動
振幅はモータ負荷により決定する。そこで例えば、負荷
と最適目標振動振幅の関係を図4に示すような直線で近
似しておく。マイコン8は、この直線関係を表わす演算
により目標振動振幅を決定する(ステップ33)。次
に、先に記した駆動周波数の決定の方法に従って駆動周
波数を変化させる(ステップ34)。次に、ハイパスフ
ィルタ19、整流回路20及び比較回路21により処理
された信号により、モニタ電圧の振動振幅の高周波成分
が所定値以上になっているか否かの判断をする(ステッ
プ35)。これが所定値以上になっている場合には目標
振動振幅を下げ(ステップ36)、再度ステップ34に
より駆動周波数を変化させる。所定値より小さい場合に
は、固定子1の振動振幅を整流回路6とA/D変換器7
で処理した信号の振動振幅が目標振動振幅になっている
か否かを判断する(ステップ37)。目標振動振幅でな
い場合には、再度ステップ34により駆動周波数を変化
させる。目標振動振幅である場合には、ステップ32に
戻って負荷を検出する。以上の動作の繰り返しにより、
常に最適な振動振幅で超音波モータが駆動されることに
なる。
【0013】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、超音波モータの負荷トルクを検出する負荷トルク
検出手段と、検出された負荷トルクが大になるに従って
その時の負荷トルクにおける超音波モータの最大出力を
発生させる振動振幅となるように固定子の目標振動振幅
を低下させる目標振動振幅設定手段とを具備させたた
め、超音波モータの負荷の大きさが変化した場合に、固
定子の振動振幅が常に最適に制御されてその変化した負
荷において超音波モータの持つ最大性能を発生させるこ
とができ、また、異音の発生や不安定回転を防止するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る超音波モータ制御装置の実施例
を示す回路図である。
【図2】図1における固定子上への各電極の取付け態様
を示す図である。
【図3】上記実施例の作用を説明するための制御フロー
チャートである。
【図4】負荷トルクをパラメータとした固定子の振動振
幅とモータ回転数の関係を示す特性図である。
【図5】目標振動振幅をパラメータとした負荷トルクと
モータ回転数の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
1 固定子 8 目標振動振幅設定手段としての機能を有するマイコ
ン 17 負荷トルク検出手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉岡 茂樹 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 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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弾性体の一面に圧電素子が固着された固
    定子と、前記弾性体の他面に加圧接触された回転子とを
    備え、前記圧電素子にその共振周波数近傍の交流電圧が
    印加されることにより動作する超音波モータにおける前
    記固定子の振動振幅が所定値となるように前記圧電素子
    の駆動周波数を制御する超音波モータ制御装置におい
    て、 前記超音波モータの負荷トルクを検出する負荷トルク検
    出手段と、該負荷トルク検出手段で検出された負荷トル
    クが大になるに従ってその時の負荷トルクにおける前記
    超音波モータの最大出力を発生させる振動振幅となるよ
    うに前記固定子の目標振動振幅を低下させる目標振動振
    幅設定手段とを有することを特徴とする超音波モータ制
    御装置。
JP5006379A 1993-01-19 1993-01-19 超音波モータ制御装置 Pending JPH06269180A (ja)

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JP5006379A JPH06269180A (ja) 1993-01-19 1993-01-19 超音波モータ制御装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996016470A1 (fr) * 1994-11-18 1996-05-30 Sony Corporation Procede et appareil de commande d'un moteur a ultrasons
US6265809B1 (en) * 1998-09-16 2001-07-24 Takata Corporation Drive circuit for ultrasonic motor
JP2013230014A (ja) * 2012-04-26 2013-11-07 Canon Inc 振動型アクチュエータの振動検出装置及び制御装置

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