JPH07274547A - 超音波モータの制御装置 - Google Patents

超音波モータの制御装置

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Publication number
JPH07274547A
JPH07274547A JP6058753A JP5875394A JPH07274547A JP H07274547 A JPH07274547 A JP H07274547A JP 6058753 A JP6058753 A JP 6058753A JP 5875394 A JP5875394 A JP 5875394A JP H07274547 A JPH07274547 A JP H07274547A
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JP
Japan
Prior art keywords
speed
moving
moving body
frequency
ultrasonic motor
Prior art date
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Pending
Application number
JP6058753A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiharu Ogawa
由晴 小川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP6058753A priority Critical patent/JPH07274547A/ja
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反転に要する時間を短縮する超音波モータの
制御装置を提供する。 【構成】 移動体26の移動速度と振動体23の振動量
の関係データを基に移動体26の目標速度値として目標
の振動量を速度制御手段7に出力する目標速度設定手段
5と、移動体26の移動方向を反転させる場合は現在の
駆動周波数を情報記憶手段6に記憶するとともに駆動周
波数を現在値より充分に高くし、かつ位相を反転させ記
憶値に掃引した後、移動体26の移動速度を制御する速
度制御手段7と、速度制御手段7より出力された駆動周
波数の位相を90度ずらす90度位相手段8と、速度制
御手段7及び90度位相手段8から出力される90度位
相の異なった各々の周波信号を超音波モータ1を駆動す
るのに必要な電圧レベルまで増幅もしくは昇圧して圧電
体の各々の電極に一定の電圧レベルを印加し電力を供給
する電力増幅手段9,10とで構成する。

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制御装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、圧電セラミックス等の圧電体を用
いた振動体に弾性振動を励振し、これを駆動力とした超
音波モータが注目されている。
【0003】以下、図面を参照しながら超音波モータと
その駆動方法の従来技術について説明を行う。
【0004】図4は円環形超音波モータの一部切欠斜視
図であり、円環形の弾性体21の円環面の一方に圧電体
として円環形圧電セラミックス22を貼合わせて振動体
23を形成している。また25は円環形の弾性体であ
り、耐摩耗性材料の摩擦材24と貼合わせることにより
移動体26を形成している。この移動体26は摩擦材2
4を介して振動体23と加圧接触されている。
【0005】圧電体22に設けられた駆動電極(図示せ
ず)に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1次、周方向3次以上の撓み
振動の進行波が振動体23に励振される。この進行波の
波頭の横方向成分により、移動体26は摩擦駆動され回
転運動をする。
【0006】図6は振動体23に励振された撓み振動の
進行波により、移動体26が摩擦駆動される原理を示す
説明図である。振動体23の表面の任意のA点は、撓み
振動の進行波の励振によって、長軸2w、短軸2uの楕
円運動をする。振動体23上に加圧して設置された移動
体26は、楕円軌跡の頂点近傍で振動体と接触すること
により、接触面の摩擦力により進行波の進行方向とは逆
方向に運動する。振動体23の振動量は圧電体に流入す
る駆動電流により決まり、進行波の波頭の横方向成分u
は振動体の振動量によって決まる。移動体26の移動速
度vは、上記の進行波の波頭の横方向成分uと撓み振動
の角周波数ωの積により(数1)のように決まり、
【0007】
【数1】
【0008】出力トルクは振動体23と移動体26の間
の摩擦力によって決まる。超音波モータは、圧電体22
に所定の位置だけずらした2組の駆動電極を構成して駆
動端子を取り出し、この2つの駆動端子に所定の位相の
異なる交流電圧をそれぞれ印加することにより、振動体
23に位置のずれた2つの撓み振動の定在波を励振し、
その結果として撓み振動の進行波を励振することができ
る。この時2つの定在波の振幅が等しければ定在波成分
の小さい進行波が得られ、動作原理より効率よく移動体
26を駆動することができる。振動体23は圧電体単体
の時と同様に、駆動端子から見ると共振・反共振特性を
示す。従って、共振周波数近傍で駆動すれば、低電圧で
効率よく駆動することができる。
【0009】超音波モータに印加する周波電圧の周波数
(以降、駆動周波数と称する。)を変化させた時の移動
体26の速度の変化は図7に示すような周波数特性を示
す。この図から分かるように駆動周波数と移動体26の
移動速度の関係は移動方向が変わっても殆ど変わらな
い。
【0010】しかし、共振周波数は振動体23と移動体
26の接触状態や外部から受ける負荷の状態や温湿度変
化等によって変わってしまう。
【0011】以上説明したように、超音波モータを効率
よく駆動するためには常に共振周波数に追従して駆動す
る必要がある。
【0012】また、超音波モータは曲げ振動の進行波を
利用しているので、移動体26の移動速度と振動体23
の振動量は比例関係にある。そのため、移動体26の速
度を遅くしようとすれば、駆動電圧を小さくして振動体
23の振動量を小さくし、上記の短軸uを小さくすれば
よい。また、移動体26の速度を速くしようとすれば、
駆動電圧を大きくして振動体23の振動量を大きくし、
上記の短軸uを大きくすればよい。駆動周波数を離散的
にしか変えられない構成の場合、駆動周波数を変えるこ
とで粗制御を行い、駆動電圧を変えることで密制御を行
っている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】従来の超音波モータの
制御装置は、移動体の移動方向を反転させる場合は一度
駆動周波数を充分に高くし、位相を反転させてから目標
速度と実際の移動体の速度の差が小さくなるように徐々
に駆動周波数を低くして速度制御を行っていた。そのた
め、駆動周波数を変更する毎に、目標速度と実際の移動
体の速度の差を検出しなければならないため、反転に要
する時間が長いという問題点があった。
【0014】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、移動体の移動方向を反転させる場合に現在の駆動周
波数を記憶するとともに、この駆動周波数を現在値より
充分に高くし、かつ位相を反転させ記憶値に掃引した
後、移動体の移動速度を制御することで反転に要する時
間を短縮する超音波モータの制御装置を提供することを
目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の超音波モータの制御装置は、移動体の移動速
度に関する情報を検出する速度情報検出手段と、移動体
の移動方向を設定する移動方向設定手段と、移動体の目
標速度を設定する目標速度設定手段と、速度情報検出手
段の出力情報を基に、駆動周波数を変えることで移動体
の移動速度が目標速度になるように制御し、移動体の移
動方向を反転させる場合は現在の駆動周波数を記憶する
とともに駆動周波数を現在値より充分に高くし、かつ位
相を反転させ記憶値に掃引した後、移動体の移動速度を
制御する速度制御手段とを有している。
【0016】
【作用】本発明は上記した構成により、移動体の移動方
向を反転させる場合に駆動周波数の現在の値を記憶し、
この駆動周波数を現在値より充分に高くし、位相を反転
させ記憶値に掃引した後、移動体の移動速度を制御する
ことで反転時に生じる騒音の防止と安定性を向上させる
ことができると共に、反転に要する時間を短縮すること
ができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。
【0018】図1は本発明の実施例における超音波モー
タの制御装置のブロック図を示すものである。図1にお
いて、1は振動体23と移動体26で構成された超音波
モータ、2は超音波モータ1の振動体23の振動量を検
出する振動量検出手段、3は振動量検出手段2から出力
されるアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変
換手段、4は移動体26の移動方向を設定する移動方向
設定手段、5は移動体26の移動速度と振動体23の振
動量の関係データを基に移動体26の目標速度値として
目標の振動量を設定する目標速度設定手段、6は駆動周
波数を記憶する情報記憶手段、7は駆動周波数を変化さ
せて振動体23の振動量が目標速度設定手段5で設定さ
れた振動量になるようにして移動体26の移動速度を制
御し、移動体26の移動方向を反転させる場合は現在の
駆動周波数を情報記憶手段6に記憶するとともに駆動周
波数を現在値より充分に高くし、かつ位相を反転させ記
憶値に掃引した後、移動体26の移動速度を制御する速
度制御手段、8は90度位相の異なる周波信号を出力す
る90度位相手段、9,10は速度制御手段6及び90
度位相手段8から出力される90度位相の異なった各々
の周波信号を超音波モータ1を駆動するのに必要な電圧
レベルまで増幅もしくは昇圧して圧電体の各々の電極に
一定の電圧レベルを印加し電力を供給するための電力増
幅手段である。
【0019】図2は速度制御手段7の速度制御の過程を
示すフローチャート、図3は速度制御手段7の反転動作
の過程を示すフローチャートである。
【0020】以上のように構成された本実施例の超音波
モータの制御装置について、以下その動作を図面を基に
説明する。
【0021】目標速度設定手段5は移動体26の移動速
度と振動体23の振動量の関係データを基に移動体26
の目標速度値として目標の振動量を速度制御手段7に出
力する。速度制御手段7は演算処理を行い、駆動周波数
を変えて振動体23の振動量が目標の振動量になるよう
に制御し、反転時には現在の駆動周波数を情報記憶手段
6に記憶するとともに駆動周波数を現在値より充分に高
くし、かつ位相を反転させ記憶値に掃引した後、移動体
26の移動速度を制御する。90度位相手段8は速度制
御手段7より出力された駆動周波数の位相を90度ずら
す。電力増幅手段9,10は速度制御手段7及び90度
位相手段8から出力される90度位相の異なった各々の
周波信号を超音波モータ1を駆動するのに必要な電圧レ
ベルまで増幅もしくは昇圧して圧電体の各々の電極に一
定の電圧レベルを印加し電力を供給する。その結果、振
動体23が振動し、移動体26が駆動される。この振動
体23の振動量は振動量検出手段2及び、A/D変換手
段3を通じて速度制御手段7に出力される。
【0022】速度制御手段7ではこの振動量と目標速度
設定手段5から出力される目標振動量を基に図2に示す
演算処理を行うわけであるが、以下その処理についてフ
ローチャートの順に説明を行う。
【0023】ステップS1では目標速度設定手段5から
設定される振動体23の目標振動量を読み込みステップ
S2に進む。
【0024】ステップS2では振動体23の目標振動量
が変わったかどうかチェックし、変わった場合ステップ
S1に進み、変わらなかった場合ステップS3に進む。
【0025】ステップS3では振動体23の現在の振動
量を読み込みステップ4に進む。ステップS4ではステ
ップS1で読み込んだ目標振動量とステップS3で読み
込んだ現在の振動量の差を計算し、速度誤差を求めてス
テップS5に進む。
【0026】ステップS5ではステップS4で求めた速
度誤差が0より大きいか比較することで移動体26の現
在の移動速度が目標速度と比較して速いか遅いか推測す
る。速い場合ステップS6に進み、遅い場合ステップS
7に進む。
【0027】ステップS6では演算処理を行い、駆動周
波数を上げてステップS2に進む。ステップS7では演
算処理を行い、駆動周波数を下げてステップS2に進
む。
【0028】このようにして、移動体26の移動速度が
目標速度になるように制御している。
【0029】また、移動方向設定手段4からの設定によ
り移動体26の移動方向を反転する場合は、図3に示す
演算処理を行った後、図2に示す演算処理を行うわけで
あるが、以下その処理についてフローチャートの順に説
明を行う。
【0030】ステップS8では現在の駆動周波数を情報
記憶手段6に記憶しステップS9に進む。
【0031】ステップS9では駆動周波数を現在の値よ
り充分高い周波数にしステップS10に進む。
【0032】ステップS10では90度位相手段8の出
力を反転しステップS11に進む。ステップS11では
駆動周波数が記憶値になったかどうかチェックし、なっ
た場合ステップS13に進み、ならなかった場合ステッ
プS12に進む。
【0033】ステップS12では設定可能な最小周波数
分だけ駆動周波数を小さくしてステップS11に進む。
【0034】ステップS13では図2に示した速度制御
の演算処理を行う。以上のように本発明の実施例によれ
ば、移動体の移動方向を反転させる場合に現在の駆動周
波数を記憶するとともに、この駆動周波数を現在値より
充分に高くし、かつ位相を反転させ記憶値に掃引するこ
とにより、目標速度と実際の移動体の速度の差を検出す
ることなく、移動体の移動速度を目標速度近傍にするこ
とができるので、反転に要する時間を短縮することがで
きる。また、本実施例によれば、共振周波数近傍の不安
定な領域で反転動作を行わないので、動作が不安定にな
ることがなく、騒音を防止することができる。
【0035】なお、本実施例では、速度情報検出手段と
して振動量検出手段による振動体の振動量から移動体の
速度情報を検出する方式の場合について述べてたが、エ
ンコーダーや磁気センサー等を用いることにより速度情
報を検出する方式の場合でも本発明の目的が達せられ
る。
【0036】また、本実施例では、駆動周波数や昇圧電
圧の変化量を一定にした場合について述べたが、目標速
度と実際の速度との差に応じて変化量を変えた場合でも
本発明の目的が達せられるのは言うまでもない。
【0037】
【発明の効果】以上のように本発明は、移動体の移動方
向を反転させる場合に現在の駆動周波数を記憶するとと
もに、この駆動周波数を現在値より充分に高くし、かつ
位相を反転させ記憶値に掃引する構成としたことによ
り、反転に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における超音波モータの制御装
置の構成を示すブロック図
【図2】同実施例における速度制御手段の速度制御の過
程を示すフローチャート
【図3】同実施例における速度制御手段の反転動作の過
程を示すフローチャート
【図4】円環形超音波モータの一部切欠斜視図
【図5】円環形超音波モータの振動体の径方向の振動変
位を示す説明図
【図6】超音波モータの動作原理を示す説明図
【図7】超音波モータの駆動周波数と移動速度の関係を
示す特性図
【符号の説明】
1 超音波モータ 2 振動量検出手段 3 A/D変換手段 4 移動方向設定手段 5 目標速度設定手段 6 情報記憶手段 7 速度制御手段 8 90度位相手段 9,10 電力増幅手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弾性体と周波電圧で駆動される圧電体か
    ら構成される振動体と、前記振動体上に接触して設置し
    た移動体を具備し、前記振動体に弾性波を励振すること
    により前記移動体を移動させる超音波モータの制御手段
    として、前記移動体の移動速度に関する情報を検出する
    速度情報検出手段と、前記移動体の移動方向を設定する
    移動方向設定手段と、前記移動体の目標速度を設定する
    目標速度設定手段と、前記速度情報検出手段の出力情報
    を基に前記移動体の移動速度を制御する速度制御手段と
    を備え、 前記速度制御手段は、前記周波電圧の周波数を変えるこ
    とで前記移動体の移動速度が前記目標速度になるように
    制御し、前記移動体の移動方向を反転する場合、前記周
    波数を記憶手段に記憶させるとともに前記周波数を現在
    値より充分に高くし、かつ位相を反転させ前記記憶値に
    掃引した後、前記移動体の移動速度を制御することを特
    徴とする超音波モータの制御装置。
JP6058753A 1994-03-29 1994-03-29 超音波モータの制御装置 Pending JPH07274547A (ja)

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