JPH072022B2 - Ultrasonic motor driving method - Google Patents

Ultrasonic motor driving method

Info

Publication number
JPH072022B2
JPH072022B2 JP59243692A JP24369284A JPH072022B2 JP H072022 B2 JPH072022 B2 JP H072022B2 JP 59243692 A JP59243692 A JP 59243692A JP 24369284 A JP24369284 A JP 24369284A JP H072022 B2 JPH072022 B2 JP H072022B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
driving
ultrasonic motor
electric signal
drive
piezoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP59243692A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS61124275A (en
Inventor
修 川崎
律夫 稲葉
晃 徳島
宏 大内
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP59243692A priority Critical patent/JPH072022B2/en
Publication of JPS61124275A publication Critical patent/JPS61124275A/en
Publication of JPH072022B2 publication Critical patent/JPH072022B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/14Drive circuits; Control arrangements or methods
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は弾性進行波を駆動力として利用する超音波モー
タ装置の駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving method of an ultrasonic motor device that uses an elastic traveling wave as a driving force.

従来の技術 近年圧電セラミック等の圧電体を用いて、駆動体中に弾
性進行波を励起し、駆動体上に設置された動体を移動さ
せる超音波モータが発表され、構造が簡単、軽薄短小と
いう特徴のために話題になっている。(例えば日経メカ
ニカル′83年2月28日号 P44〜48) 以下、図面を参照しながら従来の超音波モータ装置につ
いて説明を行なう。
2. Description of the Related Art Recently, an ultrasonic motor that uses a piezoelectric body such as a piezoelectric ceramic to excite an elastic traveling wave in a driving body to move a moving body installed on the driving body has been announced. It is a topic because of its characteristics. (For example, Nikkei Mechanical 'February 28, 1983 issue P44-48) Hereinafter, a conventional ultrasonic motor device will be described with reference to the drawings.

第1図は、円環形の超音波モータの断面図である。同図
において、円環形の弾性体1の主面の一方に円環形圧電
セラミック2を貼合せて圧電駆動体3を構成している。
4は耐摩耗性材料のスライダで、5は弾性体であり、互
いに貼合せられて動体6を構成している。動体6はスラ
イダ4を介して駆動体3と接触している。圧電セラミッ
ク2に電界を印加すると駆動体3に曲げ振動の進行波が
励起され、動体6が回転する。
FIG. 1 is a sectional view of an annular ultrasonic motor. In the figure, a ring-shaped piezoelectric ceramic 2 is bonded to one of the main surfaces of a ring-shaped elastic body 1 to form a piezoelectric driving body 3.
Reference numeral 4 denotes a slider made of a wear resistant material, 5 denotes an elastic body, which are bonded to each other to form a moving body 6. The moving body 6 is in contact with the driving body 3 via the slider 4. When an electric field is applied to the piezoelectric ceramic 2, a traveling wave of bending vibration is excited in the driving body 3 and the moving body 6 rotates.

第2図は、第1図の超音波モータに使用している圧電セ
ラミック2の電極構造を示している。同図では、円周方
向に曲げ振動が9波長のように電極を構成している。
FIG. 2 shows the electrode structure of the piezoelectric ceramic 2 used in the ultrasonic motor of FIG. In the figure, the electrodes are configured so that the bending vibration in the circumferential direction has 9 wavelengths.

A、Bはそれぞれ2分の1波長相当の8個の小領域から
成る電極群で、Cは4分の3波長、Dは4分の1波長相
当分の長さの電極である。電極群A、B内の隣合う小電
極部分は、互いに反対方向に厚み方向に分極されてい
る。
Each of A and B is an electrode group including eight small regions corresponding to one-half wavelength, C is three-quarter wavelength, and D is an electrode corresponding to one-quarter wavelength. Adjacent small electrode portions in the electrode groups A and B are polarized in the thickness direction in directions opposite to each other.

第1図に示された面の反対面はベタ電極であり、弾性体
1と貼合せられる。従って弾性体1が導電体ならば、電
極の一方として弾性体1から端子を取出すこともでき
る。
The surface opposite to the surface shown in FIG. 1 is a solid electrode and is bonded to the elastic body 1. Therefore, if the elastic body 1 is a conductor, the terminal can be taken out from the elastic body 1 as one of the electrodes.

使用時には電極群A、Bは第2図に斜線で示されたよう
に短絡されて、上記のベタ電極との間に電圧が印加され
る。
In use, the electrode groups A and B are short-circuited as shown by the hatched lines in FIG. 2, and a voltage is applied between the electrodes and the solid electrodes.

上記の説明により電極群A、Bはそれぞれ4分の1波長
相当分の位置的な位相ずれがある。
According to the above description, the electrode groups A and B each have a positional phase shift corresponding to a quarter wavelength.

以上のように構成された超音波モータについてその動作
を以下に説明する。前記圧電セラミック2の電極群Aに V=Vosin(ωt)……(1) Vo :電圧Vの瞬時値 ω :角周波数 t :時間 で表せる電圧Vを印加すると、駆動体3は円周方向に曲
げ振動をする。
The operation of the ultrasonic motor configured as described above will be described below. When a voltage V represented by V = V o sin (ωt) (1) V o : instantaneous value of voltage V ω: angular frequency t: time is applied to the electrode group A of the piezoelectric ceramic 2, the driving body 3 is circular. Bending vibration in the circumferential direction.

第3図は第1図の超音波モータの駆動体3をモデル化し
た斜視図であり、同図上は圧電セラミック2に電圧を印
加する前の状態を、同図下は圧電セラミック2に電圧を
印加した時の状態を示す。
FIG. 3 is a perspective view modeling the driving body 3 of the ultrasonic motor shown in FIG. 1. The upper part of FIG. 3 shows a state before a voltage is applied to the piezoelectric ceramic 2, and the lower part of the figure shows a voltage applied to the piezoelectric ceramic 2. The state when a voltage is applied is shown.

第4図には、動体6と駆動体3の接触状況を拡大して描
いている。圧電セラミック2の電極群Aに V=Vosin(ωt)……(2) もう一方の電極群Bに V=Vocos(ωt)……(3) の互いに時間的に位相がπ/2だけ異なる電圧を印加すれ
ば、2つの曲げ振動は重畳されて駆動体3の円周方向に
曲げ振動の進行波が作られる。
In FIG. 4, the contact state between the moving body 6 and the driving body 3 is enlarged and drawn. The electrode group A of the piezoelectric ceramic 2 has V = V o sin (ωt) (2) and the other electrode group B has V = V o cos (ωt) (3), which are temporally mutually phase π /. If two different voltages are applied, the two bending vibrations are superimposed and a traveling wave of bending vibrations is generated in the circumferential direction of the driving body 3.

何故なら、一般に進行波は振幅をξとすれば ξ=ξcos(ωt−kx)……(4) ξ:振幅ξの瞬時値 k :波数(2π/λ)、λ:波長 x :位置(円周方向にとる) で表せる。Because, in general, a traveling wave has an amplitude of ξ, ξ = ξ o cos (ωt−kx) (4) ξ o : instantaneous value of amplitude ξ k: wave number (2π / λ), λ: wavelength x: It can be expressed as a position (taken in the circumferential direction).

(4)式は ξ=ξ〔cos ωt cos kx+sin ωt sin kx〕……
(5) と書き直せ、(5)式は進行波が、時間的にπ/2だけ位
相のずれた波cos ωtとsin ωt、および位置的にπ/2
だけ位相のずれたcos kxとsin kxとのそれぞれの積の和
で得られることを示している。
Equation (4) is ξ = ξ o [cos ωt cos kx + sin ωt sin kx] ……
It can be rewritten as (5). Equation (5) shows that traveling waves are waves cos ωt and sin ωt whose phases are shifted by π / 2 in time, and π / 2 in position.
It is shown that it can be obtained by the sum of the products of cos kx and sin kx which are out of phase with each other.

前述の説明より、圧電セラミック2は互いに位置的にπ
/2だけ位相のずれた電極群A、Bを有しており、それぞ
れに時間的にπ/2だけ位相のずれた電圧を印加すれば駆
動体3に曲げ振動の進行波が作れる。
From the above description, the piezoceramics 2 are positioned π relative to each other
It has electrode groups A and B which are out of phase with each other by / 2, and a progressive wave of bending vibration can be generated in the driving body 3 by applying a voltage with a phase difference of π / 2 to each of them.

第4図は、駆動体3のA点が進行波によって、長軸2w、
短軸2uの楕円運動をしている様子を示し、駆動体3上に
置かれた動体6が楕円の頂点で接触することにより、波
の進行方向とは逆方向に v=ω・u……(6) の速度で運動する様子を示している。
FIG. 4 shows that the point A of the driving body 3 has a long axis 2w,
It shows a state in which an elliptic motion of the minor axis 2u is made, and the moving body 6 placed on the driving body 3 contacts at the apex of the ellipse, so that v = ω · u in the direction opposite to the traveling direction of the wave. It shows the movement at the speed of (6).

即ち動体6は、任意の静圧で駆動体3に押しつけられて
駆動体3の表面に接触し、動体6と駆動体3の間の摩擦
力で波の進行方向とは逆方向に速度uで駆動される。外
部に対してなす仕事がこの摩擦力に対して無視できない
時には、動体6と駆動体3の間に滑りが生じ速度はvよ
りも小さくなる。
That is, the moving body 6 is pressed against the driving body 3 with an arbitrary static pressure and comes into contact with the surface of the driving body 3, and the frictional force between the moving body 6 and the driving body 3 causes the moving body 6 to move at a speed u in the direction opposite to the traveling direction of the wave. Driven. When the work done to the outside cannot be ignored with respect to this frictional force, slippage occurs between the moving body 6 and the driving body 3, and the speed becomes smaller than v.

発明が解決しようとする問題点 以上述べたように、従来の超音波モータは外部に仕事を
しようとすれば駆動体と動体間にすべりが起こり、動体
の速度(6)式で決まる速度vよりも小さくなる。
Problems to be Solved by the Invention As described above, in the conventional ultrasonic motor, slippage occurs between the driving body and the moving body when an attempt is made to work outside, and the speed v determined by the speed (6) equation of the moving body is larger than the speed v. Also becomes smaller.

また従来のように、2つの電極群に印加する電気信号の
電圧値を一定にしておいても、温度や駆動体にかかる機
械的負荷が変化すれば、圧電セラミックの電極群A、B
の電気インピーダンスがそれぞれ変わり、圧電セラミッ
クの電極群A、Bに流入する電流値がそれぞれ変わる。
Further, even if the voltage value of the electric signal applied to the two electrode groups is kept constant as in the conventional case, if the temperature or the mechanical load applied to the driver changes, the piezoelectric ceramic electrode groups A and B
Of the piezoelectric ceramics change their respective electric impedances, and the currents flowing into the piezoelectric ceramic electrode groups A and B also change.

駆動体の弾性体表面上の質点の楕円運動の短軸2uは u∝ξ∝I……(7) となり、弾性体の曲げ振動の振幅最大値ξ電流Iに比
例する。故に(7)式より、動体の速度が変化する。
The minor axis 2u of the elliptic motion of the mass point on the elastic body surface of the driver is u∝ξ o ∝I (7), which is proportional to the maximum amplitude ξ o current I of bending vibration of the elastic body. Therefore, the speed of the moving body changes from the equation (7).

即ち、圧電駆動体の2つの電極に印加する電気信号の電
圧値および印加時間、位相を一定にしておいても、超音
波モータの負荷がかわったり、温度が変化すれば、超音
波モータの速度が変わってしまう。
That is, even if the voltage value, the application time, and the phase of the electric signal applied to the two electrodes of the piezoelectric driver are kept constant, if the load of the ultrasonic motor changes or the temperature changes, the speed of the ultrasonic motor changes. Will change.

そして、超音波モータの速度を制御するため、従来のよ
うに圧電体に印加する2つの電気信号の電圧値を同時に
同様に変えるのでは、2つの駆動端子から見たインピー
ダンスが異なった変化をする時には、制御性が悪くなっ
たり、制御範囲が狭くなり、超音波モータが負荷変動の
影響を受けるという問題を有する。
Then, in order to control the speed of the ultrasonic motor, if the voltage values of the two electric signals applied to the piezoelectric body are simultaneously changed in the same manner as in the conventional case, the impedance seen from the two drive terminals changes differently. At times, there is a problem in that the controllability is deteriorated or the control range is narrowed, and the ultrasonic motor is affected by load fluctuations.

また、2つの電気信号の電圧値を同様に変える方法とし
て、圧電駆動体の駆動電気信号を作る電力増幅器のゲイ
ンを変えるか、電源電圧を変える方法があるが、これら
の方法では超音波モータの駆動回路が複雑になり、コス
トも高くなるという問題もある。
Further, as a method of changing the voltage values of two electric signals in the same manner, there is a method of changing the gain of a power amplifier for generating a driving electric signal of a piezoelectric driver or a method of changing a power supply voltage. There is also a problem that the driving circuit becomes complicated and the cost becomes high.

本発明は、上記した従来例の課題である超音波モータの
速度変動を、周囲温度の変化、あるいは負荷の変動に拘
らず、正確に、または簡単に修正して一定の速度で超音
波モータを駆動することのできる超音波モータの駆動方
法を提供することを目的とする。
The present invention corrects the speed fluctuation of the ultrasonic motor, which is the problem of the conventional example described above, regardless of the change of the ambient temperature or the change of the load, and accurately or simply corrects the ultrasonic motor at a constant speed. An object of the present invention is to provide a driving method of an ultrasonic motor that can be driven.

問題点を解決するための手段 上記の問題を解決するために、本願の第1の発明は、弾
性体と互いに位置的に4分の1波長だけが位相がずれた
2つの電極群を有する圧電体を貼合わせて構成した圧電
駆動体と、前記圧電体の電極群に駆動電気信号を印加す
る駆動電気信号印加手段と、前記駆動体の弾性体上に設
置された可動体を有した超音波モータにおいて、前記駆
動電気信号印加手段によって前記電極群に印加された駆
動電気信号により前記駆動体に曲げ振動の進行波を励起
させて、前記可動体を移動させる超音波モータ駆動方法
であって、 前記駆動電気信号印加手段により、前記駆動電極群に
は、位相差はπ/2だけずれ且つ一方の駆動電気信号のみ
が1周期中での信号印加時間が制御された、個々に制御
された2つの駆動電気信号が印加されることを特徴とす
る超音波モータ駆動方法である。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the first invention of the present application is a piezoelectric device having two electrode groups that are out of phase with each other in position relative to an elastic body. An ultrasonic wave having a piezoelectric driving body configured by bonding bodies, driving electric signal applying means for applying a driving electric signal to an electrode group of the piezoelectric body, and a movable body installed on the elastic body of the driving body. In the motor, there is provided an ultrasonic motor driving method for moving the movable body by exciting a traveling wave of bending vibration in the driving body by the driving electric signal applied to the electrode group by the driving electric signal applying means, and moving the movable body, By the drive electric signal applying means, the phase difference is shifted by π / 2 in the drive electrode group and the signal application time of only one drive electric signal in one cycle is controlled. Two driving electrical signals are applied An ultrasonic motor driving method comprising Rukoto.

また本願の第2の発明は、弾性体と互いに位置的に4分
の1波長だけ位相がずれた2つの電極群を有する圧電体
を貼合わせて構成した圧電駆動体と、前記圧電体の電極
群に駆動電気信号を印加する駆動電気信号印加手段と、
前記駆動体の弾性体上に設置された可動体を有した超音
波モータにおいて、前記駆動電気信号印加手段によって
前記電極群に印加された駆動電気信号により前記駆動体
に曲げ振動の進行波を励起させて、前記可動体を移動さ
せる超音波モータ駆動方法であって、 前記駆動電気信号印加手段により、前記2つの駆動電極
群に印加する駆動電気信号の位相差をπ/2を基準として
可変に制御することを特徴とする超音波モータ駆動方法
である。
Further, a second invention of the present application is a piezoelectric drive body configured by laminating a piezoelectric body having two electrode groups that are mutually phase-shifted by a quarter wavelength relative to an elastic body, and an electrode of the piezoelectric body. Drive electric signal applying means for applying a drive electric signal to the group,
In an ultrasonic motor having a movable body installed on an elastic body of the driving body, a traveling electric wave of bending vibration is excited in the driving body by the driving electric signal applied to the electrode group by the driving electric signal applying means. In the ultrasonic motor driving method of moving the movable body, the phase difference of the drive electric signals applied to the two drive electrode groups can be varied with reference to π / 2 by the drive electric signal applying means. It is an ultrasonic motor driving method characterized by controlling.

作用 上記の手段によれば、以下に述べる通り、曲げ振動の進
行波の振幅値を変化させることができ、もって動体の速
度を制御することができる。
Action According to the above means, the amplitude value of the traveling wave of the bending vibration can be changed and the speed of the moving body can be controlled as described below.

駆動体を構成する圧電セラミックに形成された2つの電
極群A、Bに振幅の等しい、互いに時間的に位相のπ/2
だけずれた電気信号を印加すれば、(7)式より圧電セ
ラミックに流れた電流値に比例して曲げ振動の進行波が
励起され、進行波の最大振幅値ξに比例した楕円運動
の横成分2uが生じ(6)式で示された速度vで動体が運
動する。
Two electrode groups A and B formed on the piezoelectric ceramic forming the driving body are equal in amplitude and have a temporal phase of π / 2.
If an electric signal deviated by a certain amount is applied, the traveling wave of bending vibration is excited in proportion to the value of the current flowing through the piezoelectric ceramic from equation (7), and the lateral elliptic motion proportional to the maximum amplitude value ξ o of the traveling wave is excited. The component 2u is generated, and the moving body moves at the velocity v shown by the equation (6).

従って、駆動体中に励起された曲げ振動の振幅の瞬時値
ξを変えれば動体の速度は変わる。
Therefore, the velocity of the moving body changes if the instantaneous value ξ o of the amplitude of bending vibration excited in the driving body is changed.

従って、圧電セラミックに形成された2つの電極群に印
加される駆動電気信号のうち、一方の駆動電気信号の1
周期中での印加時間を変化させる本願の第1の発明によ
れば、駆動電気信号の電圧値を実効的に変えることがで
き、もって曲げ振動の振幅の瞬時値ξを変えて動体の
速度を制御することができるのである。
Therefore, of the driving electric signals applied to the two electrode groups formed on the piezoelectric ceramic, one of the driving electric signals
According to the first invention of the present application in which the application time in the cycle is changed, the voltage value of the drive electric signal can be effectively changed, and thus the instantaneous value ξ o of the bending vibration amplitude is changed to change the speed of the moving body. Can be controlled.

以下、この作用を詳述する。Hereinafter, this operation will be described in detail.

第5図に示された信号波形の上に描かれたものは、一周
期中電圧を印加する時の波形で、下は上の波形よりも印
加時間を短かくしている。下の波形の駆動周波数成分は
上の波形の同成分より小さくなり、電圧値を実効的に変
えたこととなる。
What is drawn on the signal waveform shown in FIG. 5 is a waveform when a voltage is applied during one cycle, and the lower part has a shorter application time than the upper waveform. The drive frequency component of the lower waveform becomes smaller than the same component of the upper waveform, which means that the voltage value is effectively changed.

今、圧電セラミックの電極群のインピーダンスをZA、ZB
とし、それぞれに印加している電圧をVA、VBとすれば、 ξ=K・(VA/ZA)・cos ωt・cos kx +K・(VB/ZB)・sin ωt・sin kx =Kξcos ωt cos kx+Kξsin ωt sin kx =Kξcos(ωt−kx)……(8) K:比例定数 Kξ=KAVA/ZA、Kξ=KBVB/ZB ξ=ξ=ξとしている。
Now, set the impedance of the piezoelectric ceramic electrode group to Z A and Z B.
And the voltages applied to them are V A and V B , then ξ = K ・ (V A / Z A ) ・ cos kx + K ・ (V B / Z B ) ・ sin ωt ・ sin kx = Kξ A cos ωt cos kx + Kξ B sin ωt sin kx = Kξ 0 cos (ωt-kx) ...... (8) K: proportional constant Kξ A = K A V A / Z A, Kξ B = K B V B / Z B ξ o = ξ A = ξ B.

である。(6)、(7)式より動体の速度vは v∝ω・ξ……(9) である。Is. From the equations (6) and (7), the velocity v of the moving body is v∝ω · ξ o (9).

今、一方の電極群の印加電圧VBを、1周期中の通電時間
をΔtだけ短くすることにより、実効的にΔVだけ小さ
くすれば、(8)式より ξ=Kξcos ωt・cos kx+K(ξ−Δξ0)si
n ωt・sin kx =K(ξ−Δξ)cos(ωt−kx)+KΔξ
cos ωt・cos kx……(10) ΔξはΔVによって減少した振幅 Δξ=KΔV/ZB となり、(9)式よりω・Δξに比例した分だけ動体
の速度が低下する。(10)式の第2項は駆動体中にたつ
定在波であり動体の速度には寄与しない。
Now, if the applied voltage V B of one of the electrode groups is effectively reduced by ΔV by shortening the energization time in one cycle by Δt, from equation (8), ξ = Kξ o cos ωt · cos kx + K (Ξ o −Δξ 0) si
nωt · sin kx = K (ξ o −Δξ o ) cos (ωt−kx) + KΔξ o
cos ωt · cos kx (10) Δξ o is the amplitude decreased by ΔV and becomes ΔΔ o = KΔV / Z B , and the speed of the moving body is reduced by the amount proportional to ω · Δξ o from the equation (9). The second term of the equation (10) is a standing wave standing in the driving body and does not contribute to the velocity of the moving body.

しかし、定在波成分があまり大きくなると超音波モータ
の動作が不安定になるので、精密な制御が必要なときに
は定在波成分が小さくなるように、インピーダンスZA、
ZBのそれぞれの変化に応じて、1周期中の通電時間を制
御して印加電圧を実効的に変えて駆動する。
However, if the standing wave component becomes too large, the operation of the ultrasonic motor becomes unstable, so when the precise control is required, the impedance ZA,
The energizing time in one cycle is controlled according to each change of ZB, and the applied voltage is effectively changed to drive.

次に、2つの電極群A、Bに印加する2つの電気信号の
位相差をπ/2を基準として可変に制御する本願の第2の
発明では、以下に示す通り、曲げ振動の振幅の瞬時値ξ
を可変でき、もって動体の速度を制御する。
Next, in the second invention of the present application in which the phase difference between the two electric signals applied to the two electrode groups A and B is variably controlled with reference to π / 2, the instantaneous vibration amplitude of the bending vibration is as follows. Value ξ
It is possible to change o, and thus control the speed of the moving body.

今、電極群Bに印加する電気信号の位相を、基準のπ/2
より−φだけずらせれば、 ξ=ξcos ωt・cos kx+ξ sin(ωt−φ)・
sin kx =ξ〔cosφ・cos(ωt−kx)+cos ωt {cos kx−cos(kx−φ)}〕……(12) となる。(12)式は進行波の振幅の瞬時値がξcosφ
になったことを意味し、動体の速度vがcosφ倍(Oc
os φ1)になる。
Now, the phase of the electric signal applied to the electrode group B is set to the reference π / 2.
By shifting by −φ, ξ = ξ o cos ωt · cos kx + ξ o sin (ωt−φ) ·
sin kx = ξ o [cos φ · cos (ωt−kx) + cos ωt {cos kx−cos (kx−φ)}] (12) In equation (12), the instantaneous value of the amplitude of the traveling wave is ξ o cosφ
Means that the velocity v of the moving body is cosφ times (Oc
os φ1).

以上、述べたように、本願の第1及び第2の発明によれ
ば、制御精度の高い、もしくは制御が簡単に行える超音
波モータ駆動方法が実現できる。
As described above, according to the first and second aspects of the present invention, it is possible to realize the ultrasonic motor driving method with high control accuracy or simple control.

実施例 以下、本発明の実施例について図に従って説明を行な
う。
Example Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施例1) 本願の第1の発明を、その一実施例に基づいて説明す
る。
Example 1 The first invention of the present application will be described based on an example thereof.

本実施例は、例えば外部負荷の変動や温度変化などによ
り圧電セラミックの電気インピーダンスが変わって動体
の速度が変化した時に、2つの電極群に印加する2つの
電気信号の一方の電気信号について、一周期中での電圧
印加時間を可変することにより動体の速度を制御するも
のである。
In this embodiment, one of the two electric signals applied to the two electrode groups when the electric impedance of the piezoelectric ceramic changes due to a change in external load or a change in temperature and the speed of the moving body changes, The speed of the moving body is controlled by changing the voltage application time during the cycle.

第6図は、本実施例の駆動方法を具現化した制御回路の
ブロック図である。同図および以下で使用する超音波モ
ータは電気的な役目がよくわかるように、駆動体を構成
する圧電セラミックのみを図示している。また圧電セラ
ミックの裏面は金属等の弾性体と接着されており、全面
アース電位としている。
FIG. 6 is a block diagram of a control circuit embodying the driving method of this embodiment. The ultrasonic motor used in the figure and in the following shows only the piezoelectric ceramic constituting the driving body so that the electric role can be clearly understood. Further, the back surface of the piezoelectric ceramic is adhered to an elastic body such as metal so that the entire surface is at ground potential.

また第7図は、第6図のブロック図の働きを説明するた
めのタイミングチャートである。
FIG. 7 is a timing chart for explaining the function of the block diagram of FIG.

第6図において、電極群A、Bに印加された信号によっ
て励振された曲げ振動の進行波は、圧電効果を介して電
極Cによって検出され、駆動周波数成分のみを通過させ
るバンドパスフィルタ8を通して電力増幅器7に帰還す
る。このループによって駆動体はその共振周波数近傍で
自励発振をする。
In FIG. 6, the traveling wave of bending vibration excited by the signals applied to the electrode groups A and B is detected by the electrode C through the piezoelectric effect, and the power is passed through the bandpass filter 8 that passes only the driving frequency component. It returns to the amplifier 7. This loop causes the driver to self-oscillate near its resonance frequency.

この発振信号は、90°位相器9を通って第7図の信号a
となる。信号aは、絶対値回路11を通って信号bとな
り、電極Cの出力波形の定在波成分が小さくなるよう
に、比較回路12の制御端子(−端子)にある電圧レベル
が印加されると、比較回路12の出力は信号cとなり、信
号cでスイッチ回路13を制御すれば信号dが得られる。
This oscillating signal passes through the 90 ° phase shifter 9 and signal a in FIG.
Becomes The signal a passes through the absolute value circuit 11 to become the signal b, and when a voltage level at the control terminal (-terminal) of the comparison circuit 12 is applied so that the standing wave component of the output waveform of the electrode C becomes small. The output of the comparison circuit 12 becomes the signal c, and if the switch circuit 13 is controlled by the signal c, the signal d is obtained.

即ち、電極群Bに印加する信号は信号dとなり、第7図
で示されるように1周期について2t1だけ通電時間(電
圧印加時間)を短かくすることにより、圧電体の電極群
Bに印加する電気信号の動体の駆動に有効な駆動周波数
成分を小さくしている。
That is, the signal applied to the electrode group B becomes the signal d, which is applied to the electrode group B of the piezoelectric body by shortening the energization time (voltage application time) by 2t 1 per cycle as shown in FIG. The drive frequency component of the electric signal that is effective for driving the moving body is reduced.

この構成では電力増幅器10のゲインは一定でよく、簡単
な回路構成で超音波モータの動体の速度制御が可能であ
る。
With this configuration, the gain of the power amplifier 10 may be constant, and the speed of the moving body of the ultrasonic motor can be controlled with a simple circuit configuration.

(実施例2) 本願の第2の発明を、その一実施例を表す第8図に基づ
き説明する。
(Embodiment 2) The second invention of the present application will be explained based on FIG. 8 showing an embodiment thereof.

第6図に示した実施例は自励発振方式の場合を示してい
るが、他励発振方式でも同様に成立する。
Although the embodiment shown in FIG. 6 shows the case of the self-excited oscillation method, the same holds true for the separately excited oscillation method.

第8図は、他励発振方式の場合を示したものであり発振
回路14を有している。発振回路14は、駆動体の共振周波
数で発振するように調整される。15は可変移相器であ
り、電極群Bに印加する信号の位相を、π/2を基準にし
て可変位相器15の制御端子に電圧を印加することにより
可変している。
FIG. 8 shows a case of the separately excited oscillation system, which has an oscillation circuit 14. The oscillator circuit 14 is adjusted to oscillate at the resonance frequency of the driver. Reference numeral 15 denotes a variable phase shifter, which varies the phase of the signal applied to the electrode group B by applying a voltage to the control terminal of the variable phase shifter 15 with π / 2 as a reference.

これにより動体の速度を簡単に制御することができる。
本実施例においても電極Cの出力により、動体の速度が
安定になるように制御しているのは言うまでもない。
Thereby, the speed of the moving body can be easily controlled.
It goes without saying that the output of the electrode C is also controlled in this embodiment so that the speed of the moving body becomes stable.

発明の効果 以上述べたように、駆動電極群に、位相差はπ/2だけず
れ且つ一方の駆動電気信号のみが1周期中での信号印加
時間が制御された、個々に制御された2つの駆動電気信
号を印加する、あるいは2つの駆動電極群に印加する駆
動電気信号の位相差をπ/2を基準として可変に制御する
ことにより、速度制御精度の高いあるいは速度制御手段
の構成が簡単な超音波モータ装置の駆動方法を実現でき
るものである。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, in the drive electrode group, the phase difference is deviated by π / 2 and only one drive electric signal is controlled for the signal application time in one cycle. By applying a drive electric signal or variably controlling the phase difference between the drive electric signals applied to the two drive electrode groups with reference to π / 2, the speed control accuracy is high or the structure of the speed control means is simple. The method of driving the ultrasonic motor device can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、従来の超音波モータの断面図 第2図は、同従来例モータに使用されている圧電セラミ
ックの形状と電極構造を示す平面図 第3図は、超音波モータの駆動体の振動状態を示すモデ
ル図 第4図は、超音波モータの動作原理の説明図 第5図は、電極群へ印加する電気信号の印加時間の制御
例を示す波形図 第6図は、本願の第1の発明の一実施例における制御系
のブロック図 第7図は、同実施例の制御系の主要ブロックにおける信
号波形図 第8図は、本願の第2の発明の一実施例における制御系
のブロック図である。 7、10……電力増幅器、8……バンドパスフィルタ、9
……90°移相器、11……絶対値回路、12……比較回路、
13……スイッチ回路、14……発振回路、15……可変移相
器。
FIG. 1 is a sectional view of a conventional ultrasonic motor. FIG. 2 is a plan view showing the shape and electrode structure of a piezoelectric ceramic used in the conventional motor. FIG. 3 is a driving body of the ultrasonic motor. Fig. 4 is a model diagram showing a vibration state. Fig. 4 is an explanatory diagram of the operating principle of the ultrasonic motor. Fig. 5 is a waveform diagram showing an example of controlling the application time of an electric signal applied to the electrode group. 1 is a block diagram of a control system in an embodiment of the invention of FIG. 1. FIG. 7 is a signal waveform diagram in a main block of the control system of the embodiment. FIG. 8 is a diagram of a control system in an embodiment of the second invention of the present application. It is a block diagram. 7, 10 ... Power amplifier, 8 ... Bandpass filter, 9
...... 90 ° phase shifter, 11 …… Absolute value circuit, 12 …… Comparison circuit,
13 …… Switch circuit, 14 …… Oscillation circuit, 15 …… Variable phase shifter.

フロントページの続き (72)発明者 徳島 晃 同門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (72)発明者 大内 宏 同門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−176470(JP,A) 特開 昭59−216482(JP,A)Front page continuation (72) Inventor Akira Tokushima 1006 Kadoma, Domonshin-shi Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Ouchi 1006 Kadoma, Domonshin-shi Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP 60-176470 (JP, A) JP 59-216482 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】弾性体と互いに位置的に4分の1波長だけ
位相がずれた2つの電極群を有する圧電体を貼合わせて
構成した圧電駆動体と、前記圧電体の電極群に駆動電気
信号を印加する駆動電気信号印加手段と、前記駆動体の
弾性体上に設置された可動体を有した超音波モータにお
いて、前記駆動電気信号印加手段によって前記電極群に
印加された駆動電気信号により前記駆動体に曲げ振動の
進行波を励起させて、前記可動体を移動させる超音波モ
ータ駆動方法であって、 前記駆動電気信号印加手段により、前記駆動電極群に
は、位相差はπ/2だけずれ且つ一方の駆動電気信号のみ
が1周期中での信号印加時間が制御された、個々に制御
された2つの駆動電気信号が印加されることを特徴とす
る超音波モータ駆動方法。
1. A piezoelectric driving body configured by laminating a piezoelectric body having two electrode groups that are mutually phase-shifted from each other by a quarter wavelength relative to an elastic body, and driving electric power to the electrode group of the piezoelectric body. In an ultrasonic motor having drive electric signal applying means for applying a signal and a movable body installed on the elastic body of the drive body, the drive electric signal applied to the electrode group by the drive electric signal applying means An ultrasonic motor driving method for moving the movable body by exciting a traveling wave of bending vibration in the driving body, wherein the driving electric signal applying unit causes the driving electrode group to have a phase difference of π / 2. A method for driving an ultrasonic motor, wherein two individually controlled drive electrical signals are applied, in which only one drive electrical signal is controlled and a signal application time in one cycle is controlled.
【請求項2】弾性体と互いに位置的に4分の1波長だけ
位相がずれた2つの電極群を有する圧電体を貼合わせて
構成した圧電駆動体と、前記圧電体の電極群に駆動電気
信号を印加する駆動電気信号印加手段と、前記駆動体の
弾性体上に設置された可動体を有した超音波モータにお
いて、前記駆動電気信号印加手段によって前記電極群に
印加された駆動電気信号により前記駆動体に曲げ振動の
進行波を励起させて、前記可動体を移動させる超音波モ
ータ駆動方法であって、 前記駆動電気信号印加手段により、前記2つの駆動電極
群に印加する駆動電気信号の位相差をπ/2を基準として
可変に制御することを特徴とする超音波モータ駆動方
法。
2. A piezoelectric driving body configured by laminating a piezoelectric body having two electrode groups that are mutually phase-shifted from each other by a quarter wavelength relative to an elastic body, and driving electric power to the electrode group of the piezoelectric body. In an ultrasonic motor having drive electric signal applying means for applying a signal and a movable body installed on the elastic body of the drive body, the drive electric signal applied to the electrode group by the drive electric signal applying means An ultrasonic motor driving method in which a traveling wave of bending vibration is excited in the driving body to move the movable body, wherein the driving electric signal applying unit applies a driving electric signal to the two driving electrode groups. An ultrasonic motor driving method characterized in that the phase difference is variably controlled with reference to π / 2.
JP59243692A 1984-11-19 1984-11-19 Ultrasonic motor driving method Expired - Lifetime JPH072022B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59243692A JPH072022B2 (en) 1984-11-19 1984-11-19 Ultrasonic motor driving method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59243692A JPH072022B2 (en) 1984-11-19 1984-11-19 Ultrasonic motor driving method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61124275A JPS61124275A (en) 1986-06-12
JPH072022B2 true JPH072022B2 (en) 1995-01-11

Family

ID=17107565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59243692A Expired - Lifetime JPH072022B2 (en) 1984-11-19 1984-11-19 Ultrasonic motor driving method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH072022B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH072027B2 (en) * 1986-06-18 1995-01-11 キヤノン株式会社 Vibration wave motor speed control circuit
JP2601268B2 (en) * 1987-03-09 1997-04-16 セイコー電子工業株式会社 Ultrasonic motor
JPH01148079A (en) * 1987-12-03 1989-06-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Driver for ultrasonic motor
JP2537996B2 (en) * 1988-09-30 1996-09-25 松下電器産業株式会社 Ultrasonic motor drive
DE69111481T2 (en) * 1990-02-14 1996-01-18 Nikon Corp Drive device for an ultrasonic wave motor.
JPH0937574A (en) * 1995-05-12 1997-02-07 Nikon Corp Oscillatory actuator and control thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59216482A (en) * 1983-05-20 1984-12-06 Nippon Kogaku Kk <Nikon> Input voltage controller of surface wave motor
JPS60176470A (en) * 1984-02-21 1985-09-10 Canon Inc Drive system of vibration wave motor

Also Published As

Publication number Publication date
JPS61124275A (en) 1986-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4692649A (en) Driving circuit of a vibration wave motor
JPS6356178A (en) Driving of ultrasonic motor
JPH072022B2 (en) Ultrasonic motor driving method
JPH0815398B2 (en) Ultrasonic motor drive
JPS61221584A (en) Drive circuit of vibration wave motor
JP2558709B2 (en) Ultrasonic motor drive
JP2574293B2 (en) Ultrasonic motor driving method
JPH07108103B2 (en) Ultrasonic motor device
JP2583904B2 (en) Ultrasonic motor driving method
JP2636280B2 (en) Driving method of ultrasonic motor
JPS61221585A (en) Drive circuit of vibration wave motor
JP2601268B2 (en) Ultrasonic motor
JP2604731B2 (en) Ultrasonic motor drive
JPH01136575A (en) Supersonic motor driving device
JPH0710187B2 (en) Ultrasonic motor driving method
JP2636366B2 (en) Ultrasonic actuator control device
JPS6292782A (en) Ultrasonic motor device
JPH0632569B2 (en) Ultrasonic motor driving method
JP3141525B2 (en) Ultrasonic motor drive control method
JPS6292781A (en) Ultrasonic motor device
JP3161028B2 (en) Ultrasonic motor
JP2577485B2 (en) Driving method of ultrasonic motor
JPH07131987A (en) Drive control circuit for ultrasonic motor
JPH04322179A (en) Method of driving ultrasonic motor
JPS61139278A (en) Supersonic wave motor

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term