JPH0759367A - 超音波モータの駆動回路 - Google Patents

超音波モータの駆動回路

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JPH0759367A
JPH0759367A JP5203437A JP20343793A JPH0759367A JP H0759367 A JPH0759367 A JP H0759367A JP 5203437 A JP5203437 A JP 5203437A JP 20343793 A JP20343793 A JP 20343793A JP H0759367 A JPH0759367 A JP H0759367A
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JP
Japan
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frequency
ultrasonic motor
drive
circuit
drive circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP5203437A
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English (en)
Inventor
Mitsumasa Okubo
光將 大久保
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】振動検出用のモニタ電極を用いることなく、使
用全温度における安定した駆動を可能とする超音波モー
タの駆動回路を提供することを目的とする。 【構成】交流駆動電圧を印加することで振動波を発生
し、被駆動体を駆動する超音波モータ4の駆動回路にお
いて、上記交流駆動電圧の周波数を設定する発振回路1
と、上記超音波モータ4を使用する際に、最低温度にお
ける共振周波数よりも高い周波数を記憶するメモリ7
と、上記交流駆動電圧の周波数を、上記メモリ7に記憶
された周波数情報に基づいて、さらに高い周波数になる
ように上記発振回路1を制御する発振制御回路6とを具
備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータの駆動回
路、詳しくは、超音波モータの最適駆動周波数を設定す
る超音波モータの駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、超音波モータは種々の要因、特に
温度変位によりその周波数特性が変動することが知られ
ており、動作制御が難しい。特に、超音波モータ自身の
共振周波数よりも高い周波数で駆動しなければ動作が不
安定となり、ときには停止したり大電流が流れる虞があ
る。
【0003】これらの問題点を解決する技術手段とし
て、特開昭61−251490号公報には、超音波モー
タの振動検出用モニタ電極の出力位相に基づいて、該超
音波モータの最適駆動周波数を得る技術手段が開示され
ている。
【0004】一方、特開昭63−209482号公報に
は、上述したようなモニタ電極の出力を用いて共振点よ
りもさらなる低周波側への移行を禁止し、それよりも高
い周波数領域で速度制御を行う技術手段が開示されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭61−251490号公報に開示された技術手段で
は、超音波モータを任意の速度に設定することが困難で
ある。また、上記特開昭63−209482号公報に開
示された技術手段では、モニタ電極の設置およびその処
理回路が必要であり、装置の大型化やコスト増大の要因
になっている。
【0006】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、振動検出用のモニタ電極を用いることなく、
使用全温度における安定した駆動を可能とする超音波モ
ータの駆動回路を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による超音波モータの駆動回路は、交流駆動
電圧を印加することで振動波を発生し、被駆動体を駆動
する超音波モータの駆動回路において、上記交流駆動電
圧の周波数を設定する発振手段と、上記超音波モータを
使用する際に、最低温度における共振周波数よりも高い
周波数を記憶する記憶手段と、上記交流駆動電圧の周波
数を、上記記憶手段に記憶された周波数情報に基づい
て、さらに高い周波数になるように上記発振手段を制御
する周波数制御手段とを具備することを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明による超音波モータの駆動回路は、発振
手段で交流駆動電圧の周波数を設定し、記憶手段で、上
記超音波モータを使用する際に、最低温度における共振
周波数よりも高い周波数を記憶する。そして、周波数制
御手段で、上記交流駆動電圧の周波数を、上記記憶手段
に記憶された周波数情報に基づいて、さらに高い周波数
になるように上記発振手段を制御する。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
【0010】図1は、本発明の第1実施例の超音波モー
タの駆動回路を示す概念図である。
【0011】図に示すように、本第1実施例は、原振ク
ロックをカウンタで分周して駆動周波数の約4倍の周波
数のパルス信号φ0 を出力する発振回路1と、該パルス
信号φ0 をパルス信号φ1 〜φ4 に分周するパルス変換
回路2と、該パルス信号φ1〜φ4 の4相パルスでトラ
ンスを駆動し、2相の交流電圧φA ,φB を発生する電
力増幅回路3と、進行波型の超音波モータ4と、この超
音波モータ4の回転を検出するエンコーダ5と、このエ
ンコーダ5の出力から回転速度を検出し、メモリ7の情
報をもとに上記発振回路1の発振周波数を制御する発振
制御回路6とで主要部が構成されている。
【0012】図2は、本第1実施例において、上述した
各パルス信号φ0 ,φ1 〜φ4 、および交流電圧φA ,
φB の波形を示す線図である。
【0013】図3は、上記電力増幅回路3のさらに詳細
な構成を示す電気回路図である。
【0014】この図に示すように、該電力増幅回路3
は、2つの同様なトランスT1 ,T2で構成されてお
り、これらのトランスの1次側には共に中間タップが設
けられている。この中間タップには共にパワー電源VE
に接続されている。該パワー電源は、たとえばリチウム
電池で構成されており、本実施例では、その供給電圧は
6Vとなっている。
【0015】また、上記トランスT1 ,T2 の1次側と
2次側の巻線比(t1 −t2 間対t4 −t5 間およびt
2 −t3 間対t4 −t5 間)は、1:17程度になって
いる。また、2次側のインダクタンスL2 は、超音波モ
ータの電極とGND間の容量とほぼ駆動周波数で共振条
件になるように構成されている。
【0016】図4は、本実施例における超音波モータの
温度特性を示した線図であり、横軸は駆動周波数
(f),縦軸は、回転数(N),消費電流(I)をそれ
ぞれ示している。
【0017】一般に、超音波モータは温度が高いほど共
振周波数が低く、最高回転数は大きくなり、また、該最
高回転時の消費電流も大きくなる。このため、何らかの
パラメータ値をモニタして温度による特性のドリフトに
対応する必要がある。また、共振点(最高回転を示す周
波数)よりも低周波側では、電力効率が急激に低下する
と共に回転が不安定になるため、該共振点より高い周波
数領域でモータを駆動することが望ましい。本実施例
は、係る事情を考慮してなされたものである。なお、本
実施例では、特に、民生品で一般的に必要とされる−2
0℃〜+60℃の間における駆動制御を想定している。
【0018】本実施例では、−20℃において安定的に
最高に近い回転数の得られる周波数(fL で示される)
を全温度範囲における駆動周波数の下限値に設定してい
る。これは、該下限周波数fL では、高温での回転数は
やや落ちるものの、ほぼ等しい回転数が得られるためで
ある。該下限周波数fL よりも高い周波数で駆動すれ
ば、全温度範囲において不安定な共振点frH,frM,f
rL等より低周波の領域に入り込むことはない。加えて、
高温において最高回転数を得る周波数がほぼ反共振点と
なるため、電池駆動時に問題となる消費電流を低く抑え
ることができる。また、トランスの昇圧比を1:17と
やや高めに設定しているため、負荷変化等によってイン
ピーダンスが変化しても十分な電圧が電極に印加され、
L12,L11に示されるように中,高温時に共振周波数を
外れていても、回転が安定している。
【0019】次に、実際に上記下限周波数fL を設定
し、メモリに書き込む方法について説明する。
【0020】一般に超音波モータは構造にもよるが、そ
の振動体や電歪素子等の材料特性、形状その他のばらつ
きにより周波数特性は異なってくる。言い換えれば共振
点frH,frM,frL等が全体的に周波数軸方向にばらつ
く。したがって、組み立て後に、計測により上記下限周
波数fL を決めなければならない。加えて、−20℃で
駆動周波数−回転数特性(f−N特性)を計測するのは
極めて困難である。したがって、常温において該駆動周
波数−回転数特性(f−N特性)を計測する。
【0021】図5は、上記下限周波数fL をメモリに書
き込む動作を示したフローチャートである。
【0022】書き込み動作がスタートすると(ステップ
S101)、まず、共振点frMよりも十分に高い周波数
のφA ,φB をモータに印加する(ステップS10
2)。次に回転数をエンコーダのパルス間隔から測定し
(ステップS103)、図4に示す下限周波数fL にお
いて発生するはずの回転数N12と比べ(ステップS10
4)、低ければ駆動周波数fを少し下げる(ステップS
105)。このようにして徐々に駆動周波数fを下げ回
転数を上げていき、該回転数がN12になった時点で該周
波数をメモリに書き込み(ステップS106)、書き込
み動作を終了する(ステップS107)。
【0023】次に、実際の駆動制御について説明する。
【0024】図6は、該駆動制御を示すフローチャート
である。
【0025】駆動制御が開始すると(ステップS20
1)、まず、下限周波数fL よりも高い周波数(ZfL
)で超音波モータを起動させる(ステップS20
2)。次に、その回転速度を検出し(ステップS20
3)、予め設定されている目標速度と比較する(ステッ
プS204)。該ステップS204で目標速度より小で
あれば、現在の駆動周波数fが下限周波数fL よりも低
くないかを調べ(ステップS205)、f≦fL であれ
ば、駆動周波数fを一定量アップさせる(ステップS2
06)。またf>fL であれば、回転数を上げるために
駆動周波数fを一定量ダウンさせる(ステップS20
7)。一方ステップS204において回転数が目標値よ
り大であれば、駆動周波数fを一定量アップさせる。
【0026】このように、本第1実施例によれば、モニ
タ電極を用いることなく全温度範囲で安定した駆動を得
ることが可能である。また、常温においてfL (下限周
波数)を設定できるため、作業環境の制約を受けにくい
という利点がある。さらに、高温になっても消費電流を
抑えることができ、たとえば電池駆動を行う場合に効果
を発揮する。
【0027】次に、本発明の第2実施例の超音波モータ
の駆動回路について説明する。
【0028】本第2実施例は、その構成は上記第1実施
例と同一であり上記下限周波数fLの求め方のみが異な
っている。したがって、ここでは、該動作のみを説明す
る。
【0029】図7は、本第2実施例における下限周波数
fL を求める動作を示したフローチャートである。
【0030】該動作が開始すると(ステップS30
1)、まず、組み立て後、常温で共振点frMより十分大
きな周波数を設定し、この周波数の交流電圧を印加して
起動させる(ステップS302)。次に、回転数を検出
し(ステップS303)、そのまま1回目のみ、駆動周
波数fを一定量ダウンさせる(ステップS305)。次
に、再度回転数を検出し(ステップS303)、回転数
が前回の計測より大となったかを判断し(ステップS3
04)、前回より大であればさらに駆動周波数fをダウ
ンさせる(ステップS305)。また、前回より小であ
れば、下限周波数fL をその時の周波数に一定値Δf0
を加算して設定し(ステップS306)、メモリに書き
込む(ステップS307)。
【0031】このように、本第2実施例によれば共振点
を正確に検出できるため、負荷が生産時にばらつくよう
なシステムに用いても、確実な下限周波数fL を検出す
ることが可能である。
【0032】なお、上述した各実施例において、発振回
路、電力増幅回路は他の方式でもよい。また、超音波モ
ータは進行波型以外であっても応用可能である。一方、
下限周波数fL も、回転数に限らず消費電流等、他の方
法で検出することも可能である。さらに、本実施例で
は、使用温度範囲を−20℃〜+60℃としたが、本実
施例はこれに限定されることなく広い温度範囲で適用で
きることはいうまでもない。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、振
動検出用のモニタ電極を用いることなく、使用全温度に
おける安定した駆動を可能とする超音波モータの駆動回
路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の超音波モータの駆動回路
を示す概念図である。
【図2】上記第1実施例の超音波モータの駆動回路にお
ける、各パルス信号φ0 ,φ1〜φ4 、および交流電圧
φA ,φB の波形を示す線図である。
【図3】上記第1実施例の超音波モータの駆動回路にお
ける電力増幅回路のさらに詳細な構成を示す電気回路図
である。
【図4】上記第1実施例における超音波モータの温度特
性を示した線図である。
【図5】上記第1実施例の超音波モータの駆動回路にお
ける下限周波数fL をメモリに書き込む動作を示したフ
ローチャートである。
【図6】上記第1実施例の超音波モータの駆動回路にお
ける駆動制御を示すフローチャートである。
【図7】本発明の第2実施例の超音波モータの駆動回路
の下限周波数fL を求める動作を示したフローチャート
である。
【符号の説明】
1…発振回路 2…パルス変換回路 3…電力増幅回路 4…超音波モータ 5…エンコーダ 6…発振制御回路 7…メモリ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流駆動電圧を印加することで振動波を発
    生し、被駆動体を駆動する超音波モータの駆動回路にお
    いて、 上記交流駆動電圧の周波数を設定する発振手段と、 上記超音波モータを使用する際に、最低温度における共
    振周波数よりも高い周波数を記憶する記憶手段と、 上記交流駆動電圧の周波数を、上記記憶手段に記憶され
    た周波数情報に基づいて、さらに高い周波数になるよう
    に上記発振手段を制御する周波数制御手段と、 を具備することを特徴とする超音波モータの駆動回路。
JP5203437A 1993-08-17 1993-08-17 超音波モータの駆動回路 Pending JPH0759367A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012231625A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Canon Inc 振動波モータの駆動制御装置
JP2014007946A (ja) * 2012-05-30 2014-01-16 Canon Inc 超音波モータおよび、超音波モータの駆動方法

Cited By (3)

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JP2012231625A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Canon Inc 振動波モータの駆動制御装置
JP2014007946A (ja) * 2012-05-30 2014-01-16 Canon Inc 超音波モータおよび、超音波モータの駆動方法
US9148076B2 (en) 2012-05-30 2015-09-29 Canon Kabushiki Kaisha Method for driving ultrasonic motor, ultrasonic motor, and robot arm

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20020206