JPH0736710B2 - 超音波モータの駆動方法 - Google Patents
超音波モータの駆動方法Info
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- JPH0736710B2 JPH0736710B2 JP63020530A JP2053088A JPH0736710B2 JP H0736710 B2 JPH0736710 B2 JP H0736710B2 JP 63020530 A JP63020530 A JP 63020530A JP 2053088 A JP2053088 A JP 2053088A JP H0736710 B2 JPH0736710 B2 JP H0736710B2
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- RDYMFSUJUZBWLH-UHFFFAOYSA-N endosulfan Chemical compound C12COS(=O)OCC2C2(Cl)C(Cl)=C(Cl)C1(Cl)C2(Cl)Cl RDYMFSUJUZBWLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/166—Motors with disc stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モー
タの駆動方法に関する。
タの駆動方法に関する。
従来の技術 近年、圧電セラミック等を用いて、電気−機械変換素子
を用いて種々の超音波振動を励振することにより、回転
あるいは走行運動を得る超音波モータが高いエネルギー
密度を有することから注目されている。
を用いて種々の超音波振動を励振することにより、回転
あるいは走行運動を得る超音波モータが高いエネルギー
密度を有することから注目されている。
第７図に超音波モータの分解斜視図を示す。特開昭60−
190178号公報に示すように、振動体の底面には、円板形
状で放射状に例えば８分割し、45゜ごとの逆方向に分極
した圧電体11と圧電体22を互いに空間的な位相を90゜ず
らしてはりあわせ、圧電体21と圧電体22の各々に時間的
な位相の90゜異なる数10kHzの駆動信号ｄ、ｅの印加に
より、圧電体21、22には、互いに時間的にも空間的にも
位相の90゜異なった定在波が生ずる。２つの前記定在波
の振幅が等しくなるようにすると、振動体23には前記定
在波が合成されて、円周方向に進む、曲げ振動波が生じ
る。24,25は電極部である。また26はばね、27はねじで
ある。
190178号公報に示すように、振動体の底面には、円板形
状で放射状に例えば８分割し、45゜ごとの逆方向に分極
した圧電体11と圧電体22を互いに空間的な位相を90゜ず
らしてはりあわせ、圧電体21と圧電体22の各々に時間的
な位相の90゜異なる数10kHzの駆動信号ｄ、ｅの印加に
より、圧電体21、22には、互いに時間的にも空間的にも
位相の90゜異なった定在波が生ずる。２つの前記定在波
の振幅が等しくなるようにすると、振動体23には前記定
在波が合成されて、円周方向に進む、曲げ振動波が生じ
る。24,25は電極部である。また26はばね、27はねじで
ある。
第８図は、振動体23のＡ点が進行波に依って、長軸2w、
短軸2uの楕円運動をしている様子を示し、振動体23に加
圧設置された移動体24が楕円の頂点で接触することによ
り、波の進行波とは逆方向に Ｖ＝ｆ・ｕ（ｆは進行波の周波数） …（１）式 の速度で運動していることを示している。移動体22は、
振動体23との間の摩擦力で波の進行波とは逆方向に駆動
され、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、移動体22と振動体23の間にすべりが生じ、
速度はＶより小さくなる。
短軸2uの楕円運動をしている様子を示し、振動体23に加
圧設置された移動体24が楕円の頂点で接触することによ
り、波の進行波とは逆方向に Ｖ＝ｆ・ｕ（ｆは進行波の周波数） …（１）式 の速度で運動していることを示している。移動体22は、
振動体23との間の摩擦力で波の進行波とは逆方向に駆動
され、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、移動体22と振動体23の間にすべりが生じ、
速度はＶより小さくなる。
第２図は、圧電体21又は22の電気的等価回路図であり、
圧電効果には寄与しない容量Coと圧電効果に寄与するL,
C１,R,との並列に結合したものと考えられ、Coに流れる
電流は電気腕電流と呼ばれ、L,C１,Rに流れる電流を機
械腕電流と呼ばれる。前記機械腕電流と前記短軸の振幅
2uとは比例関係にある。機械腕のアドミタンスＹ（ｓ）
は次式で与えられる。
圧電効果には寄与しない容量Coと圧電効果に寄与するL,
C１,R,との並列に結合したものと考えられ、Coに流れる
電流は電気腕電流と呼ばれ、L,C１,Rに流れる電流を機
械腕電流と呼ばれる。前記機械腕電流と前記短軸の振幅
2uとは比例関係にある。機械腕のアドミタンスＹ（ｓ）
は次式で与えられる。
（ｓはラプラス演算子 ｓ＝j2πｆ） Ｙ（ｓ）＝（s/L）／（ｓ２＋（R/L）ｓ＋（1/LC１））
…（２）式 （１）式において共振周波数は1/（２π LC１）で与え
られる。圧電体11、12に印加する電圧と周波数を一定に
しても、周囲温度や機械的負荷の変動によって、前記圧
電体11、12の電気的アドミタンスが変化して（R,L,C１
が変化して）移動速度が変化してしまう。
…（２）式 （１）式において共振周波数は1/（２π LC１）で与え
られる。圧電体11、12に印加する電圧と周波数を一定に
しても、周囲温度や機械的負荷の変動によって、前記圧
電体11、12の電気的アドミタンスが変化して（R,L,C１
が変化して）移動速度が変化してしまう。
以上に説明したように、超音波モータの移動速度は、進
行波の周波数ｗと楕円運動の短軸ｕの積で決まり、短軸
ｕの大きさは機械腕電流に比例する。周波数ｗの変動幅
に比べ短軸ｕの変動幅は大きく、移動速度はほぼ機械腕
電流により決まる。圧電体11、12の機械的負荷が一定で
あれば、電気的インピーダンスは一定であり一定電圧，
一定周波数であれば、機械腕電流は、一定である。
行波の周波数ｗと楕円運動の短軸ｕの積で決まり、短軸
ｕの大きさは機械腕電流に比例する。周波数ｗの変動幅
に比べ短軸ｕの変動幅は大きく、移動速度はほぼ機械腕
電流により決まる。圧電体11、12の機械的負荷が一定で
あれば、電気的インピーダンスは一定であり一定電圧，
一定周波数であれば、機械腕電流は、一定である。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、実際には、移動体が移動しているため機
械腕的負荷が変動したり、温度変化によって電気的イン
ピータンスが変動して、その結果、機械腕電流が変化し
て移動速度が大きく変動するという問題点や、実際には
（２）式どうりの機械腕電流が流れるのではなく、共振
周波数より低い周波数では機械腕電流は大幅に減少し、
この周波数領域では回転数が大幅に低下するか又は停止
する。共振周波数近傍においても機械腕の各定数が少し
でも変化し共振周波数変化すると機械腕電流が大幅に減
少するため回転が不安定であるという問題点がある。
械腕的負荷が変動したり、温度変化によって電気的イン
ピータンスが変動して、その結果、機械腕電流が変化し
て移動速度が大きく変動するという問題点や、実際には
（２）式どうりの機械腕電流が流れるのではなく、共振
周波数より低い周波数では機械腕電流は大幅に減少し、
この周波数領域では回転数が大幅に低下するか又は停止
する。共振周波数近傍においても機械腕の各定数が少し
でも変化し共振周波数変化すると機械腕電流が大幅に減
少するため回転が不安定であるという問題点がある。
本願発明は、上記の課題に鑑み、機械的負荷や温度の変
動に対しても、機械腕電流を安定に維持し回転速度を安
定に制御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。
動に対しても、機械腕電流を安定に維持し回転速度を安
定に制御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。
課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本願発明は、圧電体に周波
電圧の駆動信号を印加して、前記圧電体と弾性体から構
成される振動体に進行波を形成し、前記進行波によっ
て、前記振動体上に加圧接触して配置された移動体を駆
動する超音波モータの駆動方法であって、 前記駆動信号には、前記圧電体の共振周波数を除き、そ
の共振周波数より高い周波数の周波電圧を用いると共
に、 前記駆動信号を２つに分け、１つは電流検出抵抗を介し
て前記圧電体に印加し、他方は前記電流検出抵抗と同じ
抵抗値の抵抗を介して、圧電体の電気腕の容量と同じ値
の容量に接続し、前記２つの電流検出抵抗の電圧差を検
出することにより前記圧電体に流入する機械腕電流を検
出し、前記検出した機械腕電流よりその振幅を検出し、
この検出された機械腕電流の振幅値を所定の値と比較し
て、前記検出された機械腕電流の振幅値が前記所定値と
等しくなるように、前記駆動信号を制御することを特徴
とする超音波モータの駆動方法である。
電圧の駆動信号を印加して、前記圧電体と弾性体から構
成される振動体に進行波を形成し、前記進行波によっ
て、前記振動体上に加圧接触して配置された移動体を駆
動する超音波モータの駆動方法であって、 前記駆動信号には、前記圧電体の共振周波数を除き、そ
の共振周波数より高い周波数の周波電圧を用いると共
に、 前記駆動信号を２つに分け、１つは電流検出抵抗を介し
て前記圧電体に印加し、他方は前記電流検出抵抗と同じ
抵抗値の抵抗を介して、圧電体の電気腕の容量と同じ値
の容量に接続し、前記２つの電流検出抵抗の電圧差を検
出することにより前記圧電体に流入する機械腕電流を検
出し、前記検出した機械腕電流よりその振幅を検出し、
この検出された機械腕電流の振幅値を所定の値と比較し
て、前記検出された機械腕電流の振幅値が前記所定値と
等しくなるように、前記駆動信号を制御することを特徴
とする超音波モータの駆動方法である。
作用 まず、本願発明では、駆動信号には、圧電体の共振周波
数を除き、その共振周波数より高い周波数の周波電圧を
用いているので、前記した共振周波数より低い周波数で
駆動する場合の機械腕電流の大幅な減少とそれに伴う動
作不安定は解決される。
数を除き、その共振周波数より高い周波数の周波電圧を
用いているので、前記した共振周波数より低い周波数で
駆動する場合の機械腕電流の大幅な減少とそれに伴う動
作不安定は解決される。
また本願発明では、前記の「課題を解決するための手
段」の項で述べた通りの構成によって、圧電体に流入す
る機械腕電流を検出し、検出した機械腕電流よりその振
幅を検出し、この検出された機械腕電流の振幅値を所定
の値と比較して、検出された機械腕電流の振幅値が所定
値と等しくなるように駆動信号を制御しているので、機
械的負荷や温度の変動にかかわらず、振動体の振幅は所
定の大きさとなり、移動体の速度を安定に維持できるの
である。
段」の項で述べた通りの構成によって、圧電体に流入す
る機械腕電流を検出し、検出した機械腕電流よりその振
幅を検出し、この検出された機械腕電流の振幅値を所定
の値と比較して、検出された機械腕電流の振幅値が所定
値と等しくなるように駆動信号を制御しているので、機
械的負荷や温度の変動にかかわらず、振動体の振幅は所
定の大きさとなり、移動体の速度を安定に維持できるの
である。
また、この所定値として適当な種々の値を選定すること
により、移動体の移動速度を所望の値に設定できる。
により、移動体の移動速度を所望の値に設定できる。
なお、機械腕電流の振幅を所定値に制御するには、例え
ば、駆動信号の周波数あるいは振幅を変化させる方法を
用いることができる。
ば、駆動信号の周波数あるいは振幅を変化させる方法を
用いることができる。
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。第１図は、超音波モータを駆動させる具体回
路のブロック図である。第２図は圧電体の等化回路であ
る。電極部７には圧電体９と抵抗素子５とを直列接続
し、第２図における圧電体の電気腕インピータンスの容
量Coと等しい容量のコンデンサー11と抵抗素子５と等し
い抵抗素子６を直列接続し、前記圧電体と抵抗素子より
成る直列接続体と並列に接続する。電極部７の抵抗素子
５と抵抗素子６の各電位の差を差動増幅器14を用いて求
めることにより、電気腕電流ｊを相殺して機械腕電流ｆ
を検出する。機械腕電流ｆは交流であるので振幅検出器
13を用いて機械腕電流振幅ｇを求め、機械腕電流振幅制
御器12において、機械腕電流振幅設定値ｈと比較する。
前記機械腕電流振幅信号ｇが機械腕電流設定値ｈより低
いときには、駆動周波数ａを低くして、機械腕電流振幅
信号ｇが機械腕電流振幅設定値ｈと等しくなるように周
波数制御信号ｉを出力し、機械腕電流振幅信号ｇが機械
腕電流振幅設定値ｈより大きいときには、駆動周波数ａ
を高くして、機械腕電流振幅信号ｇが機械腕電流振幅設
定値ｈと等しくなるように周波数制御信号ｉを出力す
る。電圧制御周波数発振器１は、周波数制御信号ｉに基
づき、所定の駆動周波数信号ａを出力する。90゜位相器
２は、互いに時間的に位相の90゜異なる交流信号ｂと交
流信号ｃを出力する。電力増幅器3,4は交流信号ｂと交
流信号ｃを各々増幅し、電極部7,圧電体および電極部8,
圧電体10に駆動信号e,dを印加する。
明を行う。第１図は、超音波モータを駆動させる具体回
路のブロック図である。第２図は圧電体の等化回路であ
る。電極部７には圧電体９と抵抗素子５とを直列接続
し、第２図における圧電体の電気腕インピータンスの容
量Coと等しい容量のコンデンサー11と抵抗素子５と等し
い抵抗素子６を直列接続し、前記圧電体と抵抗素子より
成る直列接続体と並列に接続する。電極部７の抵抗素子
５と抵抗素子６の各電位の差を差動増幅器14を用いて求
めることにより、電気腕電流ｊを相殺して機械腕電流ｆ
を検出する。機械腕電流ｆは交流であるので振幅検出器
13を用いて機械腕電流振幅ｇを求め、機械腕電流振幅制
御器12において、機械腕電流振幅設定値ｈと比較する。
前記機械腕電流振幅信号ｇが機械腕電流設定値ｈより低
いときには、駆動周波数ａを低くして、機械腕電流振幅
信号ｇが機械腕電流振幅設定値ｈと等しくなるように周
波数制御信号ｉを出力し、機械腕電流振幅信号ｇが機械
腕電流振幅設定値ｈより大きいときには、駆動周波数ａ
を高くして、機械腕電流振幅信号ｇが機械腕電流振幅設
定値ｈと等しくなるように周波数制御信号ｉを出力す
る。電圧制御周波数発振器１は、周波数制御信号ｉに基
づき、所定の駆動周波数信号ａを出力する。90゜位相器
２は、互いに時間的に位相の90゜異なる交流信号ｂと交
流信号ｃを出力する。電力増幅器3,4は交流信号ｂと交
流信号ｃを各々増幅し、電極部7,圧電体および電極部8,
圧電体10に駆動信号e,dを印加する。
第３図は、本実施例に用いた超音波モータの一定な温
度、負荷時の回転数と機械腕電流の振幅の周波数特性曲
線の実験値である。また（２）式にもとづき、電圧一定
として計算した機械腕電流の振幅の周波数特性曲線の計
算値を並記する。計算値では機械腕電流の振幅は共振周
波数に対称であるが実験値は、共振周波数より低い周波
数では機械腕電流は大幅に減少し、この周波数領域では
回転数が大幅に低下するか又は停止する。共振周波数近
傍においても機械腕の各定数が少しでも変化し共振周波
数変化すると機械腕電流が大幅に減少するため回転が不
安定である。よって駆動周波数が共振周波数より高い周
波数領域においてのみ安定に回転する。このため本発明
では回転の不安定な領域、すなわち共振周波数近傍を除
き、前記共振周波数より高い周波数の周波電圧で駆動す
る。
度、負荷時の回転数と機械腕電流の振幅の周波数特性曲
線の実験値である。また（２）式にもとづき、電圧一定
として計算した機械腕電流の振幅の周波数特性曲線の計
算値を並記する。計算値では機械腕電流の振幅は共振周
波数に対称であるが実験値は、共振周波数より低い周波
数では機械腕電流は大幅に減少し、この周波数領域では
回転数が大幅に低下するか又は停止する。共振周波数近
傍においても機械腕の各定数が少しでも変化し共振周波
数変化すると機械腕電流が大幅に減少するため回転が不
安定である。よって駆動周波数が共振周波数より高い周
波数領域においてのみ安定に回転する。このため本発明
では回転の不安定な領域、すなわち共振周波数近傍を除
き、前記共振周波数より高い周波数の周波電圧で駆動す
る。
以下、本実施例の動作を第３図を用いて説明する。モー
タ起動時、例えば駆動開始点がＡ点にあるとすると、機
械腕電流の振幅は設定値よりも小さいため、駆動周波数
を減少させて動作点をＡ点からＢ点に移動させ機械腕電
流の振幅を機械腕電流振幅設定値に一致させる。逆に動
作点がＣ点の位置のような位置にあり、機械腕電流の振
幅が設定値よりも大きい時には、駆動周波数を増加させ
て動作点をＣ点からＢ点に移動させ機械腕電流の振幅を
機械腕電流振幅設定値ｈに一致させる。結局動作点は、
Ｂ点近傍に収束し、超音波モータには設定値に等しい機
械腕電流が流れ移動体は機械腕電流に比例した回転数で
回転する。回転中に、機械的負荷、温度、駆動電圧の各
変動によって圧電体のインピーダンスが変化しても、前
述のように動作点は常にＢ点にあるように周波数自動追
尾がかかり、常に超音波モータには設定値に等しい振幅
の機械腕電流が流れ移動体は（１）式にもとづき、回転
するが、周波数の変化幅はｕの変動幅に比べ十分小さい
ので機械腕電流の振幅にほぼ比例した回転数で回転す
る。
タ起動時、例えば駆動開始点がＡ点にあるとすると、機
械腕電流の振幅は設定値よりも小さいため、駆動周波数
を減少させて動作点をＡ点からＢ点に移動させ機械腕電
流の振幅を機械腕電流振幅設定値に一致させる。逆に動
作点がＣ点の位置のような位置にあり、機械腕電流の振
幅が設定値よりも大きい時には、駆動周波数を増加させ
て動作点をＣ点からＢ点に移動させ機械腕電流の振幅を
機械腕電流振幅設定値ｈに一致させる。結局動作点は、
Ｂ点近傍に収束し、超音波モータには設定値に等しい機
械腕電流が流れ移動体は機械腕電流に比例した回転数で
回転する。回転中に、機械的負荷、温度、駆動電圧の各
変動によって圧電体のインピーダンスが変化しても、前
述のように動作点は常にＢ点にあるように周波数自動追
尾がかかり、常に超音波モータには設定値に等しい振幅
の機械腕電流が流れ移動体は（１）式にもとづき、回転
するが、周波数の変化幅はｕの変動幅に比べ十分小さい
ので機械腕電流の振幅にほぼ比例した回転数で回転す
る。
以上のように回転の不安定な共振周波数近傍を除き、前
記共振周波数より高い周波数の周波電圧で駆動し、かつ
機械腕電流の振幅にしたがって駆動周波数を決めること
により、機械腕電流の振幅を機械腕電流振幅設定値に制
御でき、機械的負荷、温度、電源電圧の各変動に対し、
回転数の変動を軽減することができる。また、機械腕電
流設定値ｈを変えることにより、第４図の範囲で、任意
に回転数の大きさを選ぶことができる。
記共振周波数より高い周波数の周波電圧で駆動し、かつ
機械腕電流の振幅にしたがって駆動周波数を決めること
により、機械腕電流の振幅を機械腕電流振幅設定値に制
御でき、機械的負荷、温度、電源電圧の各変動に対し、
回転数の変動を軽減することができる。また、機械腕電
流設定値ｈを変えることにより、第４図の範囲で、任意
に回転数の大きさを選ぶことができる。
第５図は、本発明の超音波モータの駆動方法を実現する
他の一実施例の具体回路のブロック図である。90゜位相
器２、機械腕電流検出器５、機械腕電流振幅検出器８は
第一の実施例と同じであるので説明は省略する。
他の一実施例の具体回路のブロック図である。90゜位相
器２、機械腕電流検出器５、機械腕電流振幅検出器８は
第一の実施例と同じであるので説明は省略する。
特開昭60−233641号公報に示すように、位相検出器51に
おいて、機械腕電流ｆとその印加電圧ｍとの位相差ｋ
（以下、位相差ｋと呼ぶ）を検出し、機械腕電流位相制
御器52において位相差ｋが位相差設定値に等しくなるよ
うに周波数制御信号ｉを電圧制御周波数発振器１に出力
する。増幅度可変電力増幅器３、４は増幅度制御信号ｍ
により増幅度の可変な電力増幅器である。駆動信号ｄと
駆動信号ｅの波形の振幅は同じとする。機械腕電流振幅
制御器12は機械腕電流振幅ｇと機械腕電流振幅設定値ｈ
が等しくなるように増幅度制御信号ｍを出力する。
おいて、機械腕電流ｆとその印加電圧ｍとの位相差ｋ
（以下、位相差ｋと呼ぶ）を検出し、機械腕電流位相制
御器52において位相差ｋが位相差設定値に等しくなるよ
うに周波数制御信号ｉを電圧制御周波数発振器１に出力
する。増幅度可変電力増幅器３、４は増幅度制御信号ｍ
により増幅度の可変な電力増幅器である。駆動信号ｄと
駆動信号ｅの波形の振幅は同じとする。機械腕電流振幅
制御器12は機械腕電流振幅ｇと機械腕電流振幅設定値ｈ
が等しくなるように増幅度制御信号ｍを出力する。
第６図は、第２の実施例に用いた超音波モータの一定な
温度、負荷時の、機械腕電流の振幅、位相差の周波数特
性曲線である。周波数によって位相差ｋが位相設定値と
等しくなっている回転状態において、回転数を上げるに
は駆動信号e,dの振幅を上げて機械腕電流の振幅を増加
させ、逆に回転数を上げるには駆動信号e,dの振幅を下
げて機械腕電流の振幅を減少させればよいことがわか
る。
温度、負荷時の、機械腕電流の振幅、位相差の周波数特
性曲線である。周波数によって位相差ｋが位相設定値と
等しくなっている回転状態において、回転数を上げるに
は駆動信号e,dの振幅を上げて機械腕電流の振幅を増加
させ、逆に回転数を上げるには駆動信号e,dの振幅を下
げて機械腕電流の振幅を減少させればよいことがわか
る。
以下本実施例の動作を第６図を用いて説明する。位相に
よる周波数追尾、例えば駆動開始点がＥ点にあるとする
と、機械腕電流の振幅は設定値よりも小さいため、駆動
信号e,dの振幅を減少させて動作点をＥ点からＤ点に移
動させ機械腕電流の振幅を機械腕電流振幅設定値に一致
させる。逆に動作点がＦ点ののような位置にあり、機械
腕電流の振幅が設定値よりも大きい時には、駆動信号e,
dの振幅を増加させて動作点をＦ点からＤ点に移動させ
機械腕電流の振幅を機械腕電流振幅設定値に一致させ
る。
よる周波数追尾、例えば駆動開始点がＥ点にあるとする
と、機械腕電流の振幅は設定値よりも小さいため、駆動
信号e,dの振幅を減少させて動作点をＥ点からＤ点に移
動させ機械腕電流の振幅を機械腕電流振幅設定値に一致
させる。逆に動作点がＦ点ののような位置にあり、機械
腕電流の振幅が設定値よりも大きい時には、駆動信号e,
dの振幅を増加させて動作点をＦ点からＤ点に移動させ
機械腕電流の振幅を機械腕電流振幅設定値に一致させ
る。
結局動作点は、Ｄ点近傍に収束し、超音波モータには設
定値に等しい機械腕電流が流れ移動体は機械腕電流に比
例した回転数で回転する。回転中に、機械的負荷、温度
の各変動によって圧電体のインピーダンスが変化して
も、前述のように動作点は常にＤ点にあるように駆動信
号A,Bの振幅が制御され、常に超音波モータには機械腕
電流振幅設定値に等しい振幅の機械腕電流が流れ移動体
は機械腕電流の振幅に比例した回転数で回転する。
定値に等しい機械腕電流が流れ移動体は機械腕電流に比
例した回転数で回転する。回転中に、機械的負荷、温度
の各変動によって圧電体のインピーダンスが変化して
も、前述のように動作点は常にＤ点にあるように駆動信
号A,Bの振幅が制御され、常に超音波モータには機械腕
電流振幅設定値に等しい振幅の機械腕電流が流れ移動体
は機械腕電流の振幅に比例した回転数で回転する。
なお第２の実施例では電力増幅器の増幅度を変化させて
駆動信号の波形の振幅を変化させたが、パルス幅変調
（PWM）等で等価的に回転に寄与する駆動周波数成分の
振幅を変化させてもよい。また、本実施例の説明では、
円板型超音波モータを用いて説明したが、本発明は、円
板型超音波モータに限定されるものではなく、円環型超
音波モータや直線移動のリニア超音波モータにも適応で
きる。
駆動信号の波形の振幅を変化させたが、パルス幅変調
（PWM）等で等価的に回転に寄与する駆動周波数成分の
振幅を変化させてもよい。また、本実施例の説明では、
円板型超音波モータを用いて説明したが、本発明は、円
板型超音波モータに限定されるものではなく、円環型超
音波モータや直線移動のリニア超音波モータにも適応で
きる。
発明の効果 以上説明したように、本願発明によれば、駆動信号に
は、圧電体の共振周波数を除き、その共振周波数より高
い周波数の周波電圧を用いているので、前記した共振周
波数より低い周波数で駆動する場合の機械腕電流の大幅
な減少とそれに伴う動作不安定は解決される。
は、圧電体の共振周波数を除き、その共振周波数より高
い周波数の周波電圧を用いているので、前記した共振周
波数より低い周波数で駆動する場合の機械腕電流の大幅
な減少とそれに伴う動作不安定は解決される。
また、機械腕電流の振幅が所定の値に制御されるので、
超音波モータの機械的負荷や温度変化にかかわらず、移
動体の速度を安定に駆動できる。更に、この所定値を適
当な種々の値に選定することにより、移動体の移動速度
を所望の値に選定することも可能となる。
超音波モータの機械的負荷や温度変化にかかわらず、移
動体の速度を安定に駆動できる。更に、この所定値を適
当な種々の値に選定することにより、移動体の移動速度
を所望の値に選定することも可能となる。
そして、これらの効果により、例えば自動車、航空機、
船舶等の輸送機の様に電圧変動や温度変化の激しい所へ
の超音波モータの応用を可能ならしめたものである。
船舶等の輸送機の様に電圧変動や温度変化の激しい所へ
の超音波モータの応用を可能ならしめたものである。
なお、本願発明を実施するに当たり、機械腕電流を検出
するためのセンサ電極を圧電体に形成する必要はなく、
その分だけ、駆動力の向上やコストの面で有利である。
するためのセンサ電極を圧電体に形成する必要はなく、
その分だけ、駆動力の向上やコストの面で有利である。
第１図は本発明の一実施例の超音波モータの駆動方法に
おける制御ブロック図、第２図は、同実施例に用いた超
音波モータの電気等価回路図、第３図は第１図の構成に
おける超音波モータの回転数と機械腕電流の振幅の実施
例の周波数特性曲線と機械腕電流の振幅の計算値の周波
数特性曲線、第４図は同モータの回転数と機械腕電流の
大きさの関係を示す特性図、第５図は本発明の異なる実
施例の超音波モータの駆動方法における制御ブロック図
のブロック図、第６図は機械腕電流の振幅、位相差の周
波数特性曲線、第７図は円板型超音波モータの分解斜視
図、第８図は同モータの原理説明図である。 １……電圧制御周波数発振器、２……90゜位相器、3,4
……電力増幅器、9,10……超音波モータの圧電体12……
機械腕電流検出器、13……振幅検出器、14……差動増幅
器。
おける制御ブロック図、第２図は、同実施例に用いた超
音波モータの電気等価回路図、第３図は第１図の構成に
おける超音波モータの回転数と機械腕電流の振幅の実施
例の周波数特性曲線と機械腕電流の振幅の計算値の周波
数特性曲線、第４図は同モータの回転数と機械腕電流の
大きさの関係を示す特性図、第５図は本発明の異なる実
施例の超音波モータの駆動方法における制御ブロック図
のブロック図、第６図は機械腕電流の振幅、位相差の周
波数特性曲線、第７図は円板型超音波モータの分解斜視
図、第８図は同モータの原理説明図である。 １……電圧制御周波数発振器、２……90゜位相器、3,4
……電力増幅器、9,10……超音波モータの圧電体12……
機械腕電流検出器、13……振幅検出器、14……差動増幅
器。
Claims (3)
- 【請求項１】圧電体に周波電圧の駆動信号を印加して、
前記圧電体と弾性体から構成される振動体に進行波を形
成し、前記進行波によって、前記振動体上に加圧接触し
て配置された移動体を駆動する超音波モータの駆動方法
であって、 前記駆動信号には、前記圧電体の共振周波数を除き、そ
の共振周波数より高い周波数の周波電圧を用いると共
に、 前記駆動信号を２つに分け、１つは電流検出抵抗を介し
て前記圧電体に印加し、他方は前記電流検出抵抗と同じ
抵抗値の抵抗を介して、圧電体の電気腕の容量と同じ値
の容量に接続し、前記２つの電流検出抵抗の電圧差を検
出することにより前記圧電体に流入する機械腕電流を検
出し、前記検出した機械腕電流よりその振幅を検出し、
この検出された機械腕電流の振幅値を所定の値と比較し
て、前記検出された機械腕電流の振幅値が前記所定値と
等しくなるように、前記駆動信号を制御することを特徴
とする超音波モータの駆動方法。 - 【請求項２】前記検出された機械腕電流の振幅値が前記
所定値と等しくなるように、前記駆動信号の周波数を変
化させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
超音波モータの駆動方法。 - 【請求項３】前記検出された機械腕電流の振幅値が前記
所定値と等しくなるように、前記駆動信号の振幅を変化
させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超
音波モータの駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63020530A JPH0736710B2 (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | 超音波モータの駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63020530A JPH0736710B2 (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | 超音波モータの駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01198282A JPH01198282A (ja) | 1989-08-09 |
| JPH0736710B2 true JPH0736710B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=12029711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63020530A Expired - Lifetime JPH0736710B2 (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | 超音波モータの駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0736710B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0426382A (ja) * | 1990-05-16 | 1992-01-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータの駆動方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2586082B2 (ja) * | 1987-02-09 | 1997-02-26 | 株式会社ニコン | 超音波モータの電源周波数最適化装置 |
-
1988
- 1988-01-29 JP JP63020530A patent/JPH0736710B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01198282A (ja) | 1989-08-09 |
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Legal Events
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