JPH07143776A - 超音波モーターの駆動回路 - Google Patents
超音波モーターの駆動回路Info
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- JPH07143776A JPH07143776A JP6132898A JP13289894A JPH07143776A JP H07143776 A JPH07143776 A JP H07143776A JP 6132898 A JP6132898 A JP 6132898A JP 13289894 A JP13289894 A JP 13289894A JP H07143776 A JPH07143776 A JP H07143776A
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- frequency voltage
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Abstract
(57)【要約】
【目的】超音波モータを駆動する周波電圧の周波数を任
意に設定できる超音波モータの駆動回路を提供する。 【構成】圧電体に周波電圧を印加し弾性体を励振させる
ことで、移動体を駆動する超音波モータ６の駆動回路に
おいて、前記圧電体の前記周波電圧が印加されていない
部分から、前記弾性体の振動状態に応じて電圧を発生す
る電圧発生手段６ｄ、と電圧発生手段６ｄから得られる
電圧と周波電圧との位相差を算出する位相差算出手段９
と、位相差算出手段９の出力に基づいて周波電圧の周波
数を制御する制御手段１３とを有している。
意に設定できる超音波モータの駆動回路を提供する。 【構成】圧電体に周波電圧を印加し弾性体を励振させる
ことで、移動体を駆動する超音波モータ６の駆動回路に
おいて、前記圧電体の前記周波電圧が印加されていない
部分から、前記弾性体の振動状態に応じて電圧を発生す
る電圧発生手段６ｄ、と電圧発生手段６ｄから得られる
電圧と周波電圧との位相差を算出する位相差算出手段９
と、位相差算出手段９の出力に基づいて周波電圧の周波
数を制御する制御手段１３とを有している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波モーターの駆動回
路に関する。
路に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電体は、機械的共振周波数で励振した
時最も効率よく動作し、共振周波数から外れるとその効
率は低下する。このため圧電体を発振させる周波電圧の
周波数は圧電体の共振周波数に正確に一致させることが
好ましいとされているが、圧電体の共振周波数は、負荷
の変化や環境条件によって変動する。
時最も効率よく動作し、共振周波数から外れるとその効
率は低下する。このため圧電体を発振させる周波電圧の
周波数は圧電体の共振周波数に正確に一致させることが
好ましいとされているが、圧電体の共振周波数は、負荷
の変化や環境条件によって変動する。
【０００３】そこで、周波電圧の周波数を自動的に共振
周波数に追尾させる振動帰還タイプの駆動回路が発明さ
れている。これは、圧電体を一定の周波電圧で駆動し、
圧電体の振動振幅に比例するような出力電圧を適当な方
法で取り出して増幅器の入力端に帰還させることによ
り、圧電体の共振周波数が変動しても常に共振周波数に
追尾するようにしている（超音波技術便覧 昭和５３年
７月２０日発行565 頁〜566 頁）。
周波数に追尾させる振動帰還タイプの駆動回路が発明さ
れている。これは、圧電体を一定の周波電圧で駆動し、
圧電体の振動振幅に比例するような出力電圧を適当な方
法で取り出して増幅器の入力端に帰還させることによ
り、圧電体の共振周波数が変動しても常に共振周波数に
追尾するようにしている（超音波技術便覧 昭和５３年
７月２０日発行565 頁〜566 頁）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
モータの駆動は必ずしも共振周波数で行うことがよいと
は限らないため、このタイプの駆動回路を超音波モータ
に応用したとしても上述したように共振周波数のみしか
追尾することができず、周波電圧を任意の周波数に設定
できないという問題点を含んでいた。
モータの駆動は必ずしも共振周波数で行うことがよいと
は限らないため、このタイプの駆動回路を超音波モータ
に応用したとしても上述したように共振周波数のみしか
追尾することができず、周波電圧を任意の周波数に設定
できないという問題点を含んでいた。
【０００５】そこで本発明は、超音波モータを駆動する
周波電圧の周波数を共振周波数のみに限定されることな
く、任意に設定することができる超音波モータの駆動回
路を提供することを目的とする。
周波電圧の周波数を共振周波数のみに限定されることな
く、任意に設定することができる超音波モータの駆動回
路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１に対
応付けて説明すると、本発明は、圧電体に周波電圧を印
加し弾性体を励振させることで、移動体を駆動する超音
波モータの駆動回路において、前記圧電体の前記周波電
圧が印加されていない部分から、前記弾性体の振動状態
に応じて電圧を発生する電圧発生手段（６ｄ）と、電圧
発生手段（６ｄ）から得られる電圧と前記周波電圧との
位相差を算出する位相差算出手段（９）と、前記位相差
算出手段（９）の出力に基づいて前記周波電圧の周波数
を制御する制御手段（１３）とを有している。
応付けて説明すると、本発明は、圧電体に周波電圧を印
加し弾性体を励振させることで、移動体を駆動する超音
波モータの駆動回路において、前記圧電体の前記周波電
圧が印加されていない部分から、前記弾性体の振動状態
に応じて電圧を発生する電圧発生手段（６ｄ）と、電圧
発生手段（６ｄ）から得られる電圧と前記周波電圧との
位相差を算出する位相差算出手段（９）と、前記位相差
算出手段（９）の出力に基づいて前記周波電圧の周波数
を制御する制御手段（１３）とを有している。
【０００７】
【作用】本発明は、位相差算出手段（９）が電圧発生手
段（６ｄ）から得られる電圧と周波電圧との位相差を算
出し、制御手段（１３）がこの算出結果に基づいて周波
電圧の周波数を制御している。これにより、共振周波数
に限らず任意の周波数で超音波モータを駆動することが
できる
段（６ｄ）から得られる電圧と周波電圧との位相差を算
出し、制御手段（１３）がこの算出結果に基づいて周波
電圧の周波数を制御している。これにより、共振周波数
に限らず任意の周波数で超音波モータを駆動することが
できる
【０００８】
【実施例】図１及び図２は本発明の実施例であり、図１
は超音波モーターの駆動回路図を示し、図２は前記駆動
回路の特性図を示す。図１において、発振器１は周波数
ｆのパルスを波形整形器２に出力し、この波形整形器２
は入力されたパルスを波形整形して正弦波にし、増幅器
４及び移相器３に出力する。移相器３は入力された正弦
波の位相をπ／２移相して出力し、増幅器５に入力す
る。増幅器４，５はそれぞれ入力された正弦波を増幅し
て出力する。そして、増幅された正弦波は、超音波モー
ターのステータ６（圧電体及び弾性体から成る）の圧電
体表面に形成された電極６ａ，６ｂに入力される。ステ
ータ６の電極は、６ａ〜６ｄの４領域に分割されてい
て、電極６ａ，６ｂには前述のように位相の異なる正弦
波が入力され、電極６ｃにはグランドが接続されいる。
また、電極６ｄは入力電圧が印加されていない部分であ
る。電極６ａ・６ｃ間及び電極６ｂ・６ｃ間には整合用
インダクタンス７及び８がそれぞれ並列に接続されてい
る。
は超音波モーターの駆動回路図を示し、図２は前記駆動
回路の特性図を示す。図１において、発振器１は周波数
ｆのパルスを波形整形器２に出力し、この波形整形器２
は入力されたパルスを波形整形して正弦波にし、増幅器
４及び移相器３に出力する。移相器３は入力された正弦
波の位相をπ／２移相して出力し、増幅器５に入力す
る。増幅器４，５はそれぞれ入力された正弦波を増幅し
て出力する。そして、増幅された正弦波は、超音波モー
ターのステータ６（圧電体及び弾性体から成る）の圧電
体表面に形成された電極６ａ，６ｂに入力される。ステ
ータ６の電極は、６ａ〜６ｄの４領域に分割されてい
て、電極６ａ，６ｂには前述のように位相の異なる正弦
波が入力され、電極６ｃにはグランドが接続されいる。
また、電極６ｄは入力電圧が印加されていない部分であ
る。電極６ａ・６ｃ間及び電極６ｂ・６ｃ間には整合用
インダクタンス７及び８がそれぞれ並列に接続されてい
る。
【０００９】位相差算出回路９は、電極６ａへの入力電
圧と、入力電圧の印加されていない電極６ｄが励振によ
って生じる電圧（以後、モニター電圧と呼ぶ）とを検知
して、その位相差θを算出する。位相差算出回路９はこ
の検知した位相差θを比較器１０に入力する。比較器１
０は、位相差算出回路９からの出力θと、リファレンサ
ー１１から出力される予め設定された最適位相差θopt
とを比較してそのズレ量Δθを出力する。この最適位相
差θopt は、電極６ｃ下の圧電体部分の分極方向やステ
ータの減衰やステータに駆動されるロータの圧接力等に
より固有に決定される値（即ち個々の超音波モーター固
有の値）であり、実験的に求められ、初期段階でリファ
レンサー１１に設定しておき安定的に使用できる。な
お、実験的に求められる最適位相差θopt は、超音波モ
ータの最大回転数となる位相差であってもよく、また、
超音波モータが所望の速度となる位相差であってもよ
い。θｆ換算器１２は、位相差のズレ量Δθを入力し
て、入力周波数ｆを最適値にする為に該入力周波数ｆの
変位方向と変位量をこのズレ量Δθから換算して求め、
発振器１を制御する。本実施例では本発明の周波数制御
回路１３は比較器１０，リファレンサー１１，θｆ換算
器１２から構成される。
圧と、入力電圧の印加されていない電極６ｄが励振によ
って生じる電圧（以後、モニター電圧と呼ぶ）とを検知
して、その位相差θを算出する。位相差算出回路９はこ
の検知した位相差θを比較器１０に入力する。比較器１
０は、位相差算出回路９からの出力θと、リファレンサ
ー１１から出力される予め設定された最適位相差θopt
とを比較してそのズレ量Δθを出力する。この最適位相
差θopt は、電極６ｃ下の圧電体部分の分極方向やステ
ータの減衰やステータに駆動されるロータの圧接力等に
より固有に決定される値（即ち個々の超音波モーター固
有の値）であり、実験的に求められ、初期段階でリファ
レンサー１１に設定しておき安定的に使用できる。な
お、実験的に求められる最適位相差θopt は、超音波モ
ータの最大回転数となる位相差であってもよく、また、
超音波モータが所望の速度となる位相差であってもよ
い。θｆ換算器１２は、位相差のズレ量Δθを入力し
て、入力周波数ｆを最適値にする為に該入力周波数ｆの
変位方向と変位量をこのズレ量Δθから換算して求め、
発振器１を制御する。本実施例では本発明の周波数制御
回路１３は比較器１０，リファレンサー１１，θｆ換算
器１２から構成される。
【００１０】次に、図２を用いて超音波モータの最大回
転数となる最適位相差θopt を選択した場合の実施例の
動作を説明する。図２は横軸に周波数ｆを、縦軸に超音
波モーターの回転数Ｎ及び位相差算出回路９から出力さ
れる位相差θをそれぞれ取ってある。今、超音波モータ
ーの特性は超音波モーターの回転数Ｎの周波数特性とし
て曲線ＮA で示され且つ位相差算出回路９から出力され
る位相差θの周波数特性として曲線θA で示されるもの
とする。この時すなわち時刻Ａにおいて、位相差算出回
路９から出力された位相差θと最適位相差θopt とを比
較器１０により比較し、その出力を受けてθｆ換算器１
２は発振器１を最適周波数を出力するように制御する。
その時、曲線θA において、最適位相差θopt に対応す
る周波数が最適入力周波数となる。この入力周波数の最
適値は周波数ｆA で示される。
転数となる最適位相差θopt を選択した場合の実施例の
動作を説明する。図２は横軸に周波数ｆを、縦軸に超音
波モーターの回転数Ｎ及び位相差算出回路９から出力さ
れる位相差θをそれぞれ取ってある。今、超音波モータ
ーの特性は超音波モーターの回転数Ｎの周波数特性とし
て曲線ＮA で示され且つ位相差算出回路９から出力され
る位相差θの周波数特性として曲線θA で示されるもの
とする。この時すなわち時刻Ａにおいて、位相差算出回
路９から出力された位相差θと最適位相差θopt とを比
較器１０により比較し、その出力を受けてθｆ換算器１
２は発振器１を最適周波数を出力するように制御する。
その時、曲線θA において、最適位相差θopt に対応す
る周波数が最適入力周波数となる。この入力周波数の最
適値は周波数ｆA で示される。
【００１１】そして、その後、時刻Ｂにおいて、各種条
件の変化（超音波モーターの駆動による変化及び表面波
モーターに加わる外的条件の変化）等により、回転数Ｎ
の周波数特性が曲線ＮB のように移り変わるとする。し
かし、入力周波数はｆA であるために、回転数はＮ１
（Ｎ１＜Ｎmax ）に落ちてしまう。このとき、位相差θ
の周波数特性は、回転数の周波数特性のシフトに従って
シフトするので、位相差θの周波数特性は曲線θB のよ
うになる。その結果、時刻Ｂでは前述した如く入力周波
数はｆA であるので、位相差算出回路９は時刻Ｂでの位
相差θ1 を比較器１０に出力する。比較器１０では、入
力された位相差θ1 と最適位相差θopt とを比較して、
そのズレ量Δθをθｆ換算器１２に出力する。θｆ換算
器１２では、ズレ量Δθを周波数のズレ量Δｆに換算し
て発振器１にフィードバックする。そうすると、発振器
１はズレ量Δｆに基づき入力周波数ｆB を出力する。す
なわち、位相差算出回路９から出力される位相差θが最
適周波数θopt にいつでも一致するように制御すること
により、超音波モーターの駆動効率を高効率に維持して
いる。次の時刻でも同様に位相差θと最適位相差θopt
とを比較してズレ量Δθを求めて発振器１にフィードバ
ックして最適入力周波数を出力させると言う動作を繰り
返す。
件の変化（超音波モーターの駆動による変化及び表面波
モーターに加わる外的条件の変化）等により、回転数Ｎ
の周波数特性が曲線ＮB のように移り変わるとする。し
かし、入力周波数はｆA であるために、回転数はＮ１
（Ｎ１＜Ｎmax ）に落ちてしまう。このとき、位相差θ
の周波数特性は、回転数の周波数特性のシフトに従って
シフトするので、位相差θの周波数特性は曲線θB のよ
うになる。その結果、時刻Ｂでは前述した如く入力周波
数はｆA であるので、位相差算出回路９は時刻Ｂでの位
相差θ1 を比較器１０に出力する。比較器１０では、入
力された位相差θ1 と最適位相差θopt とを比較して、
そのズレ量Δθをθｆ換算器１２に出力する。θｆ換算
器１２では、ズレ量Δθを周波数のズレ量Δｆに換算し
て発振器１にフィードバックする。そうすると、発振器
１はズレ量Δｆに基づき入力周波数ｆB を出力する。す
なわち、位相差算出回路９から出力される位相差θが最
適周波数θopt にいつでも一致するように制御すること
により、超音波モーターの駆動効率を高効率に維持して
いる。次の時刻でも同様に位相差θと最適位相差θopt
とを比較してズレ量Δθを求めて発振器１にフィードバ
ックして最適入力周波数を出力させると言う動作を繰り
返す。
【００１２】尚、曲線θA , θB は増加あるいは減少を
示す曲線であるので、このズレ量Δθを求めると、ズレ
量Δｆに基づく入力周波数ｆの変位方向及び大きさが決
定されることになる。従って、ズレ量Δθに基づき入力
周波数ｆをどちら方向にどの程度変化させればよいか知
ることができる。従って、ズレ量Δθを求めることによ
り、周波数のズレ量Δｆを求め発振器１にフィードバッ
クして最大回転数を与える入力周波数を決定できるよう
になっているので、超音波モーターは常に最大回転数で
回転でき高効率な駆動ができる。
示す曲線であるので、このズレ量Δθを求めると、ズレ
量Δｆに基づく入力周波数ｆの変位方向及び大きさが決
定されることになる。従って、ズレ量Δθに基づき入力
周波数ｆをどちら方向にどの程度変化させればよいか知
ることができる。従って、ズレ量Δθを求めることによ
り、周波数のズレ量Δｆを求め発振器１にフィードバッ
クして最大回転数を与える入力周波数を決定できるよう
になっているので、超音波モーターは常に最大回転数で
回転でき高効率な駆動ができる。
【００１３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、本発明
は、位相差算出手段が電圧発生手段から得られる電圧と
周波電圧との位相差を算出し、制御手段がこの算出結果
に基づいて周波電圧の周波数を制御している。このた
め、共振周波数に限らず任意の周波数で超音波モータを
駆動することができるので、超音波モータを高効率で駆
動したり、希望の速度で駆動することができるまた、超
音波モータを駆動する周波電圧を希望の周波数帯域に限
定したりすることができる。
は、位相差算出手段が電圧発生手段から得られる電圧と
周波電圧との位相差を算出し、制御手段がこの算出結果
に基づいて周波電圧の周波数を制御している。このた
め、共振周波数に限らず任意の周波数で超音波モータを
駆動することができるので、超音波モータを高効率で駆
動したり、希望の速度で駆動することができるまた、超
音波モータを駆動する周波電圧を希望の周波数帯域に限
定したりすることができる。
【図１】図１は本発明による超音波モーターの駆動回路
の実施例の回路図である。
の実施例の回路図である。
【図２】図２は前記駆動回路の回転数の周波数特性及び
位相差の周波数特性を示す図である。
位相差の周波数特性を示す図である。
１・・・発振器 ６・・・超音波モーターのステータ ９・・・位相差算出回路 １１・・リファレンサー
Claims (1)
- 【請求項１】圧電体に周波電圧を印加し弾性体を励振さ
せることで、移動体を駆動する超音波モーターの駆動回
路において、 前記圧電体の前記周波電圧が印加されていない部分か
ら、前記弾性体の振動状態に応じて電圧を発生する電圧
発生手段と、 前記電圧発生手段から得られる電圧と前記周波電圧との
位相差を算出する位相差算出手段と、 前記位相差算出手段の出力に基づいて前記周波電圧の周
波数を制御する制御手段とを有することを特徴とする超
音波モーターの駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6132898A JP2699299B2 (ja) | 1994-06-15 | 1994-06-15 | 超音波モーターの駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6132898A JP2699299B2 (ja) | 1994-06-15 | 1994-06-15 | 超音波モーターの駆動回路 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60090682A Division JPH072023B2 (ja) | 1985-04-26 | 1985-04-26 | 超音波モータの駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07143776A true JPH07143776A (ja) | 1995-06-02 |
| JP2699299B2 JP2699299B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=15092131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6132898A Expired - Lifetime JP2699299B2 (ja) | 1994-06-15 | 1994-06-15 | 超音波モーターの駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2699299B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008043016A (ja) * | 2006-08-03 | 2008-02-21 | Olympus Corp | 超音波モータ |
| JP4520570B2 (ja) * | 1999-03-01 | 2010-08-04 | セイコーインスツル株式会社 | 圧電アクチュエータ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS567669A (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-26 | Tohoku Metal Ind Ltd | Ultrasonic oscillating circuit |
| JPS59204477A (ja) * | 1983-05-04 | 1984-11-19 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 超音波モーターの駆動制御回路 |
-
1994
- 1994-06-15 JP JP6132898A patent/JP2699299B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS567669A (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-26 | Tohoku Metal Ind Ltd | Ultrasonic oscillating circuit |
| JPS59204477A (ja) * | 1983-05-04 | 1984-11-19 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 超音波モーターの駆動制御回路 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4520570B2 (ja) * | 1999-03-01 | 2010-08-04 | セイコーインスツル株式会社 | 圧電アクチュエータ |
| JP2008043016A (ja) * | 2006-08-03 | 2008-02-21 | Olympus Corp | 超音波モータ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2699299B2 (ja) | 1998-01-19 |
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