JPH073836Y2

JPH073836Y2 - 超音波モ−タの駆動回路

Info

Publication number: JPH073836Y2
Application number: JP1987049162U
Authority: JP
Inventors: 順一伊藤; 澄夫川合; 稔松崎; 敏之豊福; 右二今井
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1987-04-01
Filing date: 1987-04-01
Publication date: 1995-01-30
Anticipated expiration: 2002-04-01
Also published as: JPS63156591U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］この考案は、超音波モータの駆動回路、詳しくは複数個
の超音波モータを使用する場合の駆動回路に関するもの
である。

［従来の技術］周知のとおり、電歪素子，圧電素子等を用いて超音波振
動を励起させることにより、回転運動あるいは直線運動
を得るように構成した超音波モータが近年普及してい
る。この超音波モータは従来の電磁型モータに比べて
（１）小型化、薄型化が容易。（２）低速，高トルク駆
動できる。（３）構造が簡単である。といった利点を有
しているので、例えばカメラの自動焦点装置等の駆動源
として用いるには好適のものである。

第6,7図および第８図は、超音波モータの駆動原理を示
す図で、弾性体２に固着された複数個の圧電素子１は、
隣り合う圧電素子１の分極方向が互いに逆になるように
配列されている。更に複数個の圧電素子１は２つの組に
分けられていて、それぞれの圧電素子群1A,1Bは、分極
方向が逆の隣接する一対の圧電素子１の長さをｌとする
と、互いにl/4の間隔をおいて弾性体２に固着されてい
る。そして、それぞれの圧電素子群1A,1Bに、弾性体２
および圧電素子１からなる振動子３の材質，形状によっ
て決まる共振周波数ωの交流電圧Ｖを、位相をπ/2ずら
して印加すると、弾性体２の表面に弾性進行波が励起さ
れる。この進行波の励起されている弾性体２の表面の各
質点は、進行波の進行方向ｃとは逆向き方向ｄの楕円振
動を行なう。従って、第６図に示すように、進行波の山
の頂点付近に弾性体２と摩擦接触する移動体４を置け
ば、この移動体４は楕円振動の方向ｄに沿った矢印ｅで
示す方向に移動する。符号５は移動体４に設けたスライ
ダである。なお、弾性体２は第６図に示すように円環状
に配置構成するほか、第８図に示すように直線状に構成
することも可能である。また、進行波による楕円振動を
発生する構造は、特開昭59-96881号公報に示されている
ように、圧電素子を種々に配置することによっても実現
できる。さらに、特開昭60-187271号公報に示されるよ
うに、定在波振動によっても楕円振動の励起が可能であ
る。

第９図は、超音波モータを駆動するための駆動回路の代
表的な構成を示す。発振器６は、超音波モータ12の共振
周波数の交流電圧を発生する。この電圧は、一方の電力
増幅器８へ直接入力されると共に、90°位相器７によっ
て位相をずらしてから他方の電力増幅器９へ入力され
る。そして両電力増幅器8,9の各出力はそれぞれ昇圧ト
ランス10,11により昇圧されて超音波モータ12の圧電素
子群12A,12Bに印加される。上記昇圧トランス10,11が必
要な理由は、電池を電源13として用いると、その電池電
圧では超音波モータを駆動させるために必要な100V以上
の交流電圧を得ることができないからである。

［考案が解決しようとする問題点］超音波モータは、前述のように小型化，薄型化が容易
で、かつ低速で高トルクの駆動ができるという特徴を有
している反面、その駆動回路が従来の電磁型モータに較
べて複雑なことが使用上の問題となっている。特に複数
個の超音波モータを使用する場合、その駆動回路の負担
を如何に軽減するかが課題となっている。

即ち、実際に超音波モータを制御するに当っては、全く
同一の共振周波数のモータを複数個、作ることは困難で
あるため、単一周波数の交流電圧しか出力できない電源
の出力を、単に切り換えるだけで複数個のモータの駆動
を好適に制御することは困難であるし、超音波モータは
効率良く駆動される共振周波数のほかにも共振周波数を
もっており、従って周波数のみを切り換えても目的とす
るモータ以外のモータが効率良く動く共振周波数以外の
共振周波数で駆動される可能性がある。よって、複数の
モータの駆動を切り換えるには、駆動回路の周波数と出
力の切換を同時に行なうことが望ましい。

本考案の目的は前記課題を解消した超音波モータの駆動
回路を提供するにある。

［問題点を解決するための手段および作用］本考案は上記問題点を解消するために、複数個の超音波モータを駆動させる電気回路において、
駆動する超音波モータの共振周波数を選択すると共に、
そのモータにのみ駆動回路が接続されるように駆動出力
を切り換えるようにし、回路の負担を軽減したことを特
徴とするものである。

［実施例］以下、図示の実施例により本考案を説明する。

第１図は、本考案の一実施例を示す超音波モータの駆動
回路の電気回路図である。この回路はCPU21により駆動
回路の制御を行なうようになっている。メモリ22はCPU2
1が実行するプログラムのほかに、選択して駆動される
複数個の超音波モータ、例えば本実施例においては８個
の超音波モータ25-1〜25-8のそれぞれの最も効率の良い
共振周波数ｆが記憶されている。上記CPU21は、デコー
ダ23を通じて発振器26に信号を送ると共に、他のデコー
ダ24を通じて切換回路30にも信号を送るようになってい
る。

上記発振器26は、第２図にその発振回路の一例を示すよ
うに可変周波数発振器で構成されている。即ち、上記発
振回路は、発振周波数を変化させる抵抗R₁〜R₈,R_φおよ
びコンデンサC₁,C_φと、上記抵抗R₁〜R₈を切換えるため
のFETスイッチQ₁〜Q₈と、オペアンプOPと、発振周波数
を変化させることに伴って発振器が停止しないようにゲ
インを変化させる抵抗R_a〜R_h,R_φ０と、この抵抗R_a〜R_h
を切換えるためのFETスイッチQ_a〜Q_hとを図示のように
接続して形成されている。このように形成された発振回
路における発振周波数ｆはで決定される。また、上記FETスイッチQ₁〜Q₈およびQ_a
〜Q_hは、デコーダ23からコントロール端子I₁〜I₈にそれ
ぞれ印加される信号がＨ（ハイ）入力信号の場合、オフ
でＬ（ロウ）入力信号の場合にオン動作する。

このように構成された可変周波数発振器26の出力OUT
は、第１図に示すように、一方の電力増幅器28を通じて
切換回路30に入力されると共に、90°位相器27を介し他
方の電力増幅器29を通じて切換回路30に入力される。

上記切換回路30は、上記両電力増幅器28,29の出力をそ
れぞれ昇圧する昇圧トランス31,32（第３図参照）を有
し、前記デコーダ24からの信号により複数個のモータ25
-1〜25-8中から所望の超音波モータのみが作動するよう
に出力回路を切り換える役目をするものである。この切
換回路30は、第３図にその一例を示すように構成されて
いる。この第３図の切換回路30では、周知のソリッドス
テートリレー33A〜33Dを用いて切換を行なうようになっ
ている。なお、この第３図の例では説明の都合上、超音
波モータは２個で説明する。

即ち、上記ソリッドステートリレー33Aと33Bは、昇圧ト
ランス31,32の各出力端と超音波モータ25-1との間に接
続されていて、トランジスタ34a,抵抗35aからなる入力
回路の入力端子36aに印加される、前記デコーダ24（第
１図参照）からの入力信号によって、そのオン，オフ動
作が制御されるようになっており、上記ソリッドステー
トリレー33C,33Dは昇圧トランス31,32の両出力端と超音
波モータ25-2との間に接続されている。そしてトランジ
スタ34b,抵抗35bからなる入力回路の入力端子36bに、前
記デコーダ24を通じて印加される入力信号によりそのオ
ン，オフ動作が制御されるようになっている。この切換
回路30においては、モータ25-1が駆動されるときには、
入力端子36aにＨレベルの信号が印加される。するとト
ランジスタ34aがオンし、ソリッドステートリレー33A,3
3B内のダイオードLEDが発光し、相方向に導通するよう
に組込まれたサイリスタSCRがオンして、昇圧トランス3
1,32の出力がモータ25-1に供給され、同モータが作動す
る。また、他方のモータ25-2が駆動される場合は同様に
入力端子36bにＨレベル信号が加えられる。

なお、本例においてはスイッチング素子として、ソリッ
ドステートリレーが用いられているが、これはSCR,バイ
ポーラTr、パワーMOSのほか制御時間が許容されるなら
通常の電磁リレー等を用いて構成してもよい。

次にこのように構成された上記第１図の駆動回路の動作
を説明すると、CPU21は先ずメモリ22より、駆動するモ
ータの共振周波数のデータを読み出し、次でデコーダ23
を通じてコントロール端子I₁〜I₈に信号を送り、発振器
26（第２図参照）の発振周波数ｆを目的の周波数にセッ
トする。そして、この発振周波数による出力が電力増幅
器28,29によって電力増幅されたのち、切換回路30へ入
力され、昇圧トランス31,32で昇圧される。また上記CPU
21はデコーダ22をセットすると同時にデコーダ24もセッ
トし、上記共振周波数の選択された目的のモータへのみ
交流駆動電圧が印加されるように、切換回路30の入力回
路36a,36b（第３図参照）へ信号を印加し、切換回路30
のソリッドステートリレー33A〜33Dを導通させる。する
と、導通されたリレーを通じて昇圧トランス31,32で昇
圧された駆動交流電圧が目的のモータへ供給されるの
で、選択された超音波モータのみを駆動することができ
る。

第４図は、上記第３図に示した切換回路30の別の例を示
したものである。上記第３図に示した切換回路30では昇
圧トランス31,32の２次側を切り換えてモータの駆動を
制御するようにしたが、この第４図に示す切換回路30A
は、昇圧トランス31A,32Aおよび31B,32Bの１次側を切り
換えてモータ駆動を制御すると共に、スイッチング回路
をバイポーラTr（トランジスタ）で構成したものであ
る。

なお、この第４図の例でも説明の都合上、超音波モータ
は２個で説明する。

即ち、本例では点線のブロック内に示す４組のスイッチ
回路40A,40B,40C,40Dが用いられており、スイッチ回路4
0Aは電力増幅器28と昇圧トランス31Bの１次側との間、
スイッチ回路40Bは電力増幅器29と昇圧トランス32Bの１
次側との間、スイッチ回路40Cは電力増幅器28と昇圧ト
ランス31Aの１次側との間、スイッチ回路40Dは電力増幅
器29と昇圧トランス32Aの１次側との間にそれぞれ接続
されている。そして、上記超音波モータ25-1は昇圧トラ
ンス31A,32Aの２次側から、またモータ25-2は昇圧トラ
ンス31B,32Bの２次側から駆動電圧が供給されるように
なっている。

上記スイッチ回路40A〜40Dの各構成は、全く同様であっ
て、その一つをスイッチ回路40Aについて述べると、プ
ッシュプルに接続されたトランジスタ41a,42aおよび43
a,44aと抵抗46a〜49aとトランジスタ45aを図示のように
接続して構成されている。なお、スイッチ回路40C,40D
内の回路構成は上記回路40A内のものと同じであるから
省略してある。そして、上記スイッチ回路40A,40Bは、
トランジスタ37a,抵抗38aからなり、入力端子39aに前記
デコーダ24（第１図参照）からの入力信号が印加される
入力回路によってそのオン，オフ動作が制御され、スイ
ッチ回路40C,40Dは、トランジスタ37b,抵抗38bで形成さ
れ入力端子39bに前記デコーダ24からの入力信号が加え
られる入力回路によりそのオン，オフ動作が制御される
ようになっている。

このように構成された第４図の切換回路30Aでは、モー
タ25-2を駆動するときは入力端子39aがＨレベルにされ
る。すると、プッシュプルに組まれたトランジスタ41a,
42aとトランジスタ41b,42bがオンするので、電力増幅器
28,29の出力は昇圧トランス31B,32Bの１次側に印加さ
れ、同各トランス31B,32Bで昇圧された電圧がモータ25-
2に供給され同モータ25-2が駆動される。また、モータ
を停止させる場合には、入力端子39aをＬレベルにす
る。そうするとトランジスタ37aがオンして、同トラン
ジスタ37aのコレクタ電流によりトランジスタ43a,44a,4
5aとトランジスタ43b,44b,45bがオンする。これにより
昇圧トランス31B,32Bに電力を供給していたプッシュプ
ルに組まれたトランジスタ41a,42aおよび41b,42bの各ベ
ース電位はグラウンドGNDと同じになるため各トランジ
スタはオフする。従ってモータ25-2は急速に停止する。
同様に入力端子39bにＨレベルおよびＬレベルの信号を
印加することにより、モータ25-1の駆動を制御すること
ができる。

なお、上記バイポーラトランジスタの代わりにSCR,パワ
ーMOSおよび電磁リレー等を用いてもよい。

第５図は本案の他の実施例を示す駆動回路の電気回路で
ある。この回路で駆動される超音波モータ25A,25Bは、
材質形状の違いによりそれぞれの共振周波数が異なって
いるものとする。なお本実施例も説明の都合上、超音波
モータは２個で説明する。

本実施例は、それぞれ発振周波数の異なる発振器50A,50
Bの出力を、それぞれ切換回路60A,60Bで切り換えて、電
力増幅器8,9に供給するようになっている。上記発振器5
0Aは、オペアンプ51a,コンデンサ52a,53aおよび抵抗54a
〜57aを図示のように接続してなり、超音波モータ25Aに
必要な共振周波数の出力を切換回路60Aに印加し、上記
発振器50Bは、オペアンプ51b,コンデンサ52b,53bおよび
抵抗54b〜57bを図示のように接続してなるもので、超音
波モータ25Bに必要な共振周波数の出力を切換回路60Bに
印加するようにそれぞれ構成されている。

また上記切換回路60Aおよび60Bは、前記第４図に示した
切換回路40A〜40Dと全く同様に構成されている。即ち、
一方の切換回路60Aはプッシュプルに接続されたトラン
ジスタ61a,62aおよび63a,64aと抵抗66a〜69aとトランジ
スタ65aを図示のように接続して構成されていて、トラ
ンジスタ70a,抵抗71aからなる入力回路の入力端子72aに
印加される信号によりそのオン，オフ制御が行なわれる
ようになっており、同切換回路60Aの出力端は電力増幅
器８と90°位相器７とに接続されている。また他方の切
換回路60Bも上記一方の切換回路60Aと同様に、トランジ
スタ61b,62bおよび63b,64bと抵抗66b〜69bとトランジス
タ65bによって構成され、トランジスタ70b,抵抗71bの入
力回路の入力端子72bへ印加される信号によってそのオ
ン，オフ制御が行なわれるようになっており、同回路60
Bの出力端も電力増幅器８と90°位相器７とに接続され
ている。なお、電力増幅器8,9、90°位相器および昇圧
トランス10,11、電池電源13等は従来のものと同様に構
成されている。

このように構成されている第５図の実施例においては、
一方の超音波モータ25Aを駆動させるときには、入力端
子72aをＨレベルにする。すると、発振器50Aの出力はオ
ン状態になった、プッシュプルに組まれたトランジスタ
61a,62aを通じて電力増幅器8,9へ入力される。従ってモ
ータ25Aに必要な交流電圧だけが印加されモータ25Aは効
率良く駆動される。同モータ25Aを停止させるときは入
力端子72aをＬレベルにすればよい。するとトランジス
タ70aがオンして、同トランジスタ70aのコレクタ電流に
よりトランジスタ63a,64aおよび65aがオンする。これに
よってプッシュプルに接続されたトランジスタ61a,62a
のベース電位がグラウンドGNDとなり、同トランジスタ6
1a,62aはオフする。このため、発振器50Aの出力は電力
増幅器8,9に入力されず、従ってモータ25Aは急速に停止
する。

また、他方の超音波モータ25Bの駆動も入力端子72bに印
加されるＨレベルおよびＬレベルの信号により同様に制
御される。

なお、本実施例では切換回路60A,60Bをバイポーラトラ
ンジスタによるスイッチング回路で形成したが、これは
SCR,パワーMOS,ソリッドステートリレーまたは制御時間
が許すなら通常の電磁リレー等を用いて構成してもよ
い。

［考案の効果］以上述べたように本考案によれば、複数個の超音波モー
タを駆動するに当って、駆動するモータの共振周波数を
選択して駆動回路の出力を同モータにのみ供給されるよ
うにしたので、駆動回路の共通部品が多くなり、回路製
作時の負荷を減少することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例を示す超音波モータの駆動
回路の構成図、第２図は、上記第１図中の発振器の具体的な電気回路
図、第３図は、上記第１図中の切換回路の一例を示す電気回
路図、第４図は、上記第１図中の切換回路の他の例を示す電気
回路図、第５図は、本考案の他の実施例を示す超音波モータの駆
動回路の電気回路図、第６図〜第８図は、超音波モータの駆動原理を説明する
ための線図、第９図は、超音波モータの駆動回路の基本構成を示す電
気回路図である。１……圧電素子２……弾性体４……移動体 6,26,50A,50B……発振器 12,25-1〜25-8,25A,25B……超音波モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者豊福敏之東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)考案者今井右二東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献特開昭63−205591（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−81631（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−131596（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】弾性体に固着された圧電素子に交流電圧を
印加することにより、該弾性体の表面に楕円振動を発生
させ、該表面に摩擦接触させた移動体を駆動する超音波
モータを、複数個駆動する超音波モータの駆動回路であ
って、上記複数個の超音波モータにおけるそれぞれに適した駆
動周波数信号を切り換えて発振可能な発振器と、この発振器の出力信号を一次側に受け、該出力信号を増
幅して上記交流電圧として二次側に出力するトランス
と、このトランスの二次側と上記複数個の超音波モータにお
ける圧電素子のそれぞれとの間に設けられた複数のソリ
ッドステートリレーからなり、上記トランスから出力さ
れる交流電圧を上記複数個の超音波モータのうちの一つ
に選択的に印加する選択手段と、上記複数個の超音波モータのうちの一つを選択し、該選
択された超音波モータに適した駆動周波数信号を発振す
るように上記発振器を制御すると共に、該選択された超
音波モータと上記トランスとの間を接続するように、上
記選択手段を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする超音波モータの駆動回路。