JPH0799787A - Driving circuit for ultrasonic motor - Google Patents

Driving circuit for ultrasonic motor

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JPH0799787A
JPH0799787A JP5240164A JP24016493A JPH0799787A JP H0799787 A JPH0799787 A JP H0799787A JP 5240164 A JP5240164 A JP 5240164A JP 24016493 A JP24016493 A JP 24016493A JP H0799787 A JPH0799787 A JP H0799787A
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JP
Japan
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ultrasonic motor
voltage
resonator
ultrasonic
piezoelectric element
Prior art date
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Application number
JP5240164A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuugo Imai
裕五 今井
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0799787A publication Critical patent/JPH0799787A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To simplify the construction of an ultrasonic motor device and to make it small in size by a method wherein an electric signal outputted by a movement detecting means using a magnetic-electrical energy conversion element is transmitted in superposition on a conductor impressing a sine wave voltage on an electrical- mechanical energy conversion element. CONSTITUTION:When sine wave voltages in the vicinity of a resonant frequency of which phases are shifted by an angle of 90 degrees from each other are impressed on a first piezoelectric element 4 and a second piezoelectric element 5, a rotor of an ultrasonic motor rotates and an alternating voltage of a frequency proportional to a rotational speed is generated in a coil 35 by a magnet 34 rotating integrally with the rotor. This alternating voltage is amplified by an amplifier 46 provided in an internal circuit part 53 of the motor and it is superposed on a conductor 45 impressing a driving voltage and is transmitted to an external motor control circuit part 52. Then, only a rotation signal is separated in a signal separating circuit 47 and inputted to a rotational speed control circuit 49. According to this constitution, the number of conductors 45 connecting the internal circuit part 53 of the ultrasonic motor with the external motor control circuit part 52 can be reduced and an ultrasonic motor device can be made small in size.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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、電気−機械エネルギー変換素子より発生
する振動を利用して回転する超音波モータの駆動回路に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic motor drive circuit, and more particularly to an ultrasonic motor drive circuit that rotates by utilizing vibration generated by an electro-mechanical energy conversion element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、超音波振動子を用いた超音波モー
タは種々提案されており、1例を図6および図7を参照
して説明する。
2. Description of the Related Art Conventionally, various ultrasonic motors using ultrasonic vibrators have been proposed, and an example will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

【0003】図6は従来の超音波モータの1例を示した
斜視図であり、該モータの積層状態を示している。ま
た、図7は該超音波モータの中心軸から半分の組立断面
図を示している。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a conventional ultrasonic motor, showing a laminated state of the motor. Further, FIG. 7 shows an assembled sectional view of a half of the ultrasonic motor from the central axis.

【0004】図に示すように、中心に中空円部が形成さ
れた略円板形状の第1圧電素子4と第2圧電素子5は、
すべり振動子で分極方向(矢印)が軸に対して垂直にな
るように分極されている。また、該第1圧電素子4と第
2圧電素子5とは分極方向が90°ずれて配置されてい
るる。
As shown in the figure, the first and second piezoelectric elements 4 and 5 each having a substantially circular plate shape with a hollow circular portion formed at the center are
The sliding oscillator is polarized so that the polarization direction (arrow) is perpendicular to the axis. Further, the polarization directions of the first piezoelectric element 4 and the second piezoelectric element 5 are displaced by 90 °.

【0005】上記第1圧電素子4の上方,第2圧電素子
5の下方および、該第1圧電素子4と第2圧電素子5と
の間にはそれぞれ電極板6,7,8が配置されている。
また、共振器9は振動伝達に優れた材質で構成されてい
て、上記電極板6との設置面には絶縁部材が薄膜状に形
成されている。該共振器9の中心部には締結部材3が貫
通する貫通孔10が設けられ、超音波振動子11の端面
となる方向から上記圧電素子4,5の方向へ共振器9の
端面が締結部材3と接触しないように円錐カップ形状の
中空部12が形成されている。
Electrode plates 6, 7 and 8 are arranged above the first piezoelectric element 4, below the second piezoelectric element 5 and between the first piezoelectric element 4 and the second piezoelectric element 5, respectively. There is.
The resonator 9 is made of a material excellent in vibration transmission, and an insulating member is formed in a thin film on the surface where the resonator 9 is installed. A through hole 10 through which the fastening member 3 penetrates is provided at the center of the resonator 9, and the end surface of the resonator 9 is fastened from the direction of the end surface of the ultrasonic transducer 11 to the piezoelectric elements 4 and 5. A conical cup-shaped hollow portion 12 is formed so as not to come into contact with 3.

【0006】また、上記共振器9は、回転子13の設置
される方向から上記圧電素子4,5の設置される方向
に、該共振器9の一部を8等分する溝14が中心軸と平
行に形成され、8個の変位拡大振動片15を構成してい
る。さらに、該共振器9の外周側面には、屈曲振動の節
となる部分と、変位拡大振動片15の根元となる付近と
に所定深さの溝16,17が外周と同芯円形状に形成さ
れている。
Further, the resonator 9 has a groove 14 that divides a part of the resonator 9 into eight equal parts in the direction from the direction in which the rotor 13 is installed to the direction in which the piezoelectric elements 4 and 5 are installed. And eight displacement magnifying vibrating pieces 15 are formed in parallel with. Further, on the outer peripheral side surface of the resonator 9, grooves 16 and 17 having a predetermined depth are formed in a concentric circle shape with the outer periphery in a portion which becomes a node of bending vibration and in the vicinity of a base of the displacement magnifying vibration piece 15. Has been done.

【0007】上記回転子13における上記共振器9側の
端面には、等分に4極に着磁された磁石34が回転子1
3と同軸になるように接着されている。
On the end face of the rotor 13 on the resonator 9 side, a magnet 34 is equally divided into four poles and the rotor 34 is magnetized.
It is glued so that it is coaxial with 3.

【0008】一方、上記圧電素子4,5における他方の
端面に配置される共振器18も上記共振器9と同材質で
構成されていて、その中心部には締結部材3と結合する
ネジ部19が形成され、外周にはテーパー20が形成さ
れている。該テーパー20の突端には、中心軸周りに突
出部21が形成され、外部の固定部材との接触面積を少
なくしている。
On the other hand, the resonator 18 arranged on the other end face of the piezoelectric elements 4 and 5 is also made of the same material as that of the resonator 9, and has a threaded portion 19 for coupling with the fastening member 3 at the center thereof. Is formed, and a taper 20 is formed on the outer circumference. A projecting portion 21 is formed around the central axis at the projecting end of the taper 20 to reduce the contact area with an external fixing member.

【0009】上記超音波振動子11は、図に示すように
上記第1圧電素子4,第2圧電素子5,電極板6,7,
8,共振器9を締結部材である2カ所のネジ部を有する
ボルト3に貫通させた状態で共振器18と圧着ナット2
2間に挟み構成されている。なお、上記締結部材である
ボルト3は絶縁部材のセラミック材で構成され、共振器
9と共振器18とを導通させないようになっている。
As shown in the figure, the ultrasonic transducer 11 includes the first piezoelectric element 4, the second piezoelectric element 5, the electrode plates 6, 7,
8, the resonator 9 and the crimp nut 2 in a state where the resonator 9 is passed through the bolt 3 having two screw parts as fastening members.
It is sandwiched between two. The bolt 3, which is the fastening member, is made of an insulating ceramic material so that the resonator 9 and the resonator 18 are not electrically connected.

【0010】上記ボルト3は超音波振動子11を圧着構
成すると共に、その超音波振動子11との端面に押圧機
構を有する回転子13を支持している。
The bolt 3 constitutes an ultrasonic transducer 11 by pressure bonding and supports a rotor 13 having a pressing mechanism on the end face of the ultrasonic transducer 11.

【0011】また、上記電極板6と電極板7とには互い
に位相が90°ずれた共振周波数付近の正弦波電圧が、
図示しない駆動回路から導線を通じて印加され、電極板
8は、導線によりアースに接続されるようになってい
る。
In addition, a sinusoidal voltage near the resonance frequency, which is 90 ° out of phase with each other, is applied to the electrode plate 6 and the electrode plate 7,
The voltage is applied from a drive circuit (not shown) through a conductor, and the electrode plate 8 is connected to the ground by the conductor.

【0012】さらに、上記圧着ナット22の上方の上記
磁石34の下方には、4等分に巻線用の溝が形成された
ボビン35aに導線36を巻線をしてなるコイル35が
該ボビン35aの中心部に形成された孔部を上記ボルト
3により挿通固定されている。
Further, below the magnet 34 above the crimp nut 22, there is a coil 35 formed by winding a conductive wire 36 on a bobbin 35a in which a winding groove is formed in four equal parts. A hole formed in the central portion of 35a is inserted and fixed by the bolt 3.

【0013】以上説明した超音波モータは、2組の圧電
素子4,5に互いに位相が90°ずれた共振周波数付近
の正弦波電圧を印加すると、超音波振動子11に中心軸
の周りに回転する屈曲振動が発生する。これにより、超
音波振動子11の端面には中心軸周りに回転する楕円運
動が発生し、押圧設置された回転子13が回転する。ま
た、駆動電圧の位相差を180°にすると、超音波振動
子11に逆回転の楕円運動が発生し、該回転子13は逆
回転する。
In the ultrasonic motor described above, when a sinusoidal voltage near the resonance frequency with a phase difference of 90 ° is applied to the two sets of piezoelectric elements 4 and 5, the ultrasonic vibrator 11 rotates about the central axis. Flexural vibration occurs. As a result, an elliptical motion that rotates around the central axis is generated on the end surface of the ultrasonic transducer 11, and the rotor 13 that is pressed and installed rotates. Further, when the phase difference of the drive voltage is 180 °, the ultrasonic oscillator 11 causes an elliptic motion of reverse rotation, and the rotor 13 rotates in reverse.

【0014】さらに、上記回転子13と同時に回転する
磁石34により、その近傍に配置された磁気−電気エネ
ルギー変換素子で構成された回転検出器である上記コイ
ル35に鎖交する磁束が変化し、該磁気−電気エネルギ
ー変換素子には回転子13の回転速度に比例した電圧ま
たは周波数の信号が発生する。
Further, the magnetic flux which is linked to the coil 34, which is a rotation detector composed of a magnetic-electrical energy conversion element disposed in the vicinity of the magnet 34, is changed by the magnet 34 which rotates simultaneously with the rotor 13, A voltage or frequency signal proportional to the rotation speed of the rotor 13 is generated in the magnetic-electrical energy conversion element.

【0015】この回転速度に比例した信号は、2組の圧
電素子4,5に正弦波電圧を印加するための導線とは別
に設けられた導線によって外部に導かれ、駆動回路に接
続されている。
The signal proportional to the rotation speed is guided to the outside by a conductor wire provided separately from the conductor wire for applying the sinusoidal voltage to the two sets of piezoelectric elements 4 and 5, and is connected to the drive circuit. .

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術手段では、超音波モータを駆動するために、圧
電素子に電力を供給するための導線と、磁気−電気エネ
ルギー変換素子で構成された回転検出器により検出され
た回転速度に比例した信号を外部の超音波モータ制御回
路へ導くための導線とが別々に必要となる。これによ
り、超音波モータとモータ制御回路とを接続する多数の
導線が、該超音波モータ装置の小型化を阻害していた。
However, in the above-mentioned conventional technical means, in order to drive the ultrasonic motor, a rotating wire constituted by a conductive wire for supplying electric power to the piezoelectric element and a magnetic-electrical energy conversion element is used. A conductor for guiding a signal proportional to the rotation speed detected by the detector to an external ultrasonic motor control circuit is separately required. As a result, a large number of conductors connecting the ultrasonic motor and the motor control circuit impede miniaturization of the ultrasonic motor device.

【0017】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、簡単な構成で、より小型の超音波モータの駆
動回路を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a driving circuit for a smaller ultrasonic motor with a simple structure.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段および作用】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、超音波振動を伝達拡大する2つの共振器と、これら
2つの共振器の間に配置され、正弦波電圧の印加によっ
て超音波振動を発生する電気−機械エネルギー変換素子
と、上記2つの共振器と電気−機械エネルギー変換素子
とを圧着固定して超音波振動子を形成する締結手段と、
上記共振器の端面に発生する楕円運動により移動される
被駆動部材と、この被駆動部材に固着され着磁された磁
性体と、この磁性体の磁束との相互作用により電気信号
を発生する磁気−電気エネルギー変換素子を用いた移動
検出手段とを具備しており、上記電気信号を、上記正弦
波電圧を印加する導線に重畳して伝送することを特徴と
する。
In order to achieve the above object, a drive circuit for an ultrasonic motor according to the present invention is provided with two resonators for transmitting and expanding ultrasonic vibrations, and between these two resonators. And an electro-mechanical energy conversion element that generates ultrasonic vibration by applying a sinusoidal voltage, and a fastening that forms an ultrasonic vibrator by crimping and fixing the two resonators and the electro-mechanical energy conversion element. Means and
A driven member that is moved by an elliptical motion generated on the end face of the resonator, a magnetic body that is fixed to the driven member and is magnetized, and a magnetic flux that generates an electric signal by interaction with the magnetic flux of the magnetic body. A movement detecting means using an electric energy converting element, and transmitting the electric signal by superimposing the electric signal on a conducting wire to which the sine wave voltage is applied.

【0019】[0019]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】図1は、本発明の第1実施例における超音
波モータを示す斜視図であり、該超音波モータの積層状
態を示している。また、図2は、該超音波モータの、中
心軸から半分の組立断面図を示している。なお、本実施
例では、電気−機械エネルギー変換素子として電圧印加
面に銀蒸着された圧電素子を用いている。また、図1に
は、本実施例の超音波モータの駆動回路のうち、該超音
波モータと一体に構成されるモータ内部回路部53(図
3参照)のみを示しており、該超音波モータから離れて
配設される外部モータ制御回路部52(図3参照)は示
していない。
FIG. 1 is a perspective view showing an ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention, showing a laminated state of the ultrasonic motor. Further, FIG. 2 shows an assembly cross-sectional view of the ultrasonic motor, which is half of the central axis. In this embodiment, a piezoelectric element having silver vapor deposited on the voltage application surface is used as the electromechanical energy conversion element. Further, FIG. 1 shows only the motor internal circuit portion 53 (see FIG. 3) that is integrally formed with the ultrasonic motor in the drive circuit of the ultrasonic motor of the present embodiment. The external motor control circuit portion 52 (see FIG. 3) disposed apart from is not shown.

【0021】図に示すように、中空円部を有する略円板
形状の第1圧電素子4と第2圧電素子5とは、共にすべ
り振動子で構成され、図中、矢印で示す分極方向が軸に
対して垂直になるように分極されている。そして、第1
圧電素子4と第2圧電素子5とは分極方向が互いに90
゜ずれて配置されている。
As shown in the figure, the first piezoelectric element 4 and the second piezoelectric element 5 each having a substantially circular disk shape having a hollow circular portion are both constituted by a sliding oscillator, and the polarization direction indicated by the arrow in the figure is It is polarized so that it is perpendicular to the axis. And the first
The polarization directions of the piezoelectric element 4 and the second piezoelectric element 5 are 90 degrees relative to each other.
They are arranged offset.

【0022】また、上記第1圧電素子4の上方,第2圧
電素子5の下方および第1圧電素子4と第2圧電素子5
との間には、それぞれ電極板6,7,8が配置されてい
る。
Further, above the first piezoelectric element 4, below the second piezoelectric element 5, and between the first piezoelectric element 4 and the second piezoelectric element 5.
The electrode plates 6, 7, and 8 are respectively disposed between and.

【0023】共振器9は振動伝達に優れた材質(アルミ
合金、ステンレス、リン青銅、ジュラルミン、チタン合
金等)で構成され、本実施例ではSUS440Cを熱処
理し、硬度をHv800以上にしており、上記電極板6
との設置面には絶縁部材が薄膜状に形成されている。
The resonator 9 is made of a material excellent in vibration transmission (aluminum alloy, stainless steel, phosphor bronze, duralumin, titanium alloy, etc.). Electrode plate 6
An insulating member is formed in a thin film on the installation surfaces of and.

【0024】また、上記共振器9の中心部には締結部材
3が貫通する貫通孔10が設けられていて、超音波振動
子11の端面となる方向から圧電素子4,5の方向へ該
共振器9の端面が該締結部材3と接触しないように円錐
カップ形状の中空部12が形成されている。
Further, a through hole 10 through which the fastening member 3 penetrates is provided at the center of the resonator 9, and the resonance is performed in the direction from the end face of the ultrasonic transducer 11 to the piezoelectric elements 4 and 5. A conical cup-shaped hollow portion 12 is formed so that the end surface of the container 9 does not come into contact with the fastening member 3.

【0025】さらに、上記共振器9は、回転子13の設
置される方向から圧電素子4,5の設置される方向に、
該共振器9の一部を8等分する溝14が中心軸と平行に
形成され、8個の変位拡大振動片15を構成している。
また、その外周側面には、屈曲振動の節となる部分と、
変位拡大振動片15の根元となる付近とに所定深さの溝
16,17が外周と同芯円形状に形成されている。
Further, in the resonator 9, the direction in which the rotor 13 is installed is changed from the direction in which the piezoelectric elements 4 and 5 are installed.
A groove 14 that divides a part of the resonator 9 into eight equal parts is formed in parallel with the central axis to form eight displacement magnifying vibrating pieces 15.
Also, on the outer peripheral side surface, a portion that becomes a node of bending vibration,
Grooves 16 and 17 having a predetermined depth are formed concentrically with the outer periphery in the vicinity of the base of the displacement magnifying vibration piece 15.

【0026】上記回転子13における共振器9側の面に
は、等分に4極に着磁された永久磁石34が該回転子1
3と同軸になるように一体に接着されている。
On the surface of the rotor 13 on the resonator 9 side, permanent magnets 34 magnetized into four poles are equally divided.
It is adhered integrally so as to be coaxial with 3.

【0027】上記第1圧電素子4,第2圧電素子5の他
方の端面に配置される共振器18も上記共振器9と同等
の材質で構成されている。この共振器18の中心部には
上記締結部材3と結合するネジ部19が形成されてお
り、さらに、該共振器18の外周面は下方に向けてテー
パー20が形成されている。該テーパー20の突端に
は、中心軸周りに突出部21が形成され、外部の固定部
材との接触面積を少なくしている。
The resonator 18 arranged on the other end surface of the first piezoelectric element 4 and the second piezoelectric element 5 is also made of the same material as that of the resonator 9. A screw portion 19 that is coupled to the fastening member 3 is formed at the center of the resonator 18, and the outer peripheral surface of the resonator 18 is formed with a taper 20 downward. A projecting portion 21 is formed around the central axis at the projecting end of the taper 20 to reduce the contact area with an external fixing member.

【0028】超音波振動子11は、上記第1圧電素子
4、第2圧電素子5、電極板6,7,8、共振器9を締
結部材である2カ所のネジ部を有する締結部材(ボル
ト)3に貫通させた状態で共振器18と圧着ナット22
間に挟み、各構成部材間にエポキシ系接着剤を塗布後、
圧着し、接着剤を硬化させて構成される。なお、締結部
材3は絶縁部材のセラミック材で構成され、上記共振器
9と共振器18とを導通させないようになっている。
The ultrasonic oscillator 11 is a fastening member (bolt) having two screw portions which are fastening members for the first piezoelectric element 4, the second piezoelectric element 5, the electrode plates 6, 7, 8 and the resonator 9. ) 3 and the resonator 18 and the crimp nut 22 in a state of being penetrated.
Sandwiched between them, after applying epoxy adhesive between each component,
It is formed by pressure bonding and curing the adhesive. The fastening member 3 is made of an insulating ceramic material so that the resonator 9 and the resonator 18 are not electrically connected to each other.

【0029】上記締結部材3は超音波振動子11を圧着
して構成すると共に、その超音波振動子11ないの共振
器9の一端面に押圧機構を有する回転子13を支持す
る。この実施例では、皿バネ23をナット24によって
圧着量を可変できる押圧機構を用いている。本実施例の
回転子13はアルミ合金材でシュウ酸アルマイト摺動部
材が処理され、超音波振動子11(共振器9)との接触
部近傍には、薄肉バネフランジ部25が2カ所形成さ
れ、また、締結部材3はベアリング42を介して回動自
在に支持されている。さらに、該回転子13の接触部の
固有振動数を超音波振動子11の駆動周波数よりも高く
している。
The fastening member 3 is formed by crimping the ultrasonic oscillator 11, and supports the rotor 13 having a pressing mechanism on one end surface of the resonator 9 without the ultrasonic oscillator 11. In this embodiment, a pressing mechanism is used in which the amount of crimping the disc spring 23 can be varied by the nut 24. The rotor 13 of this embodiment is made of an aluminum alloy material and treated with an oxalic acid alumite sliding member, and two thin spring flange portions 25 are formed in the vicinity of the contact portion with the ultrasonic transducer 11 (resonator 9). The fastening member 3 is rotatably supported via a bearing 42. Further, the natural frequency of the contact portion of the rotor 13 is set higher than the drive frequency of the ultrasonic transducer 11.

【0030】また、上記ナット22の上方で上記永久磁
石34の下方には、4等分に巻線用の溝が形成されたボ
ビン35aに導線36を巻線をしてなる磁気−電気エネ
ルギー変換素子であるコイル35がボビン35aの中心
に設けた孔を締結部材3により挿通固定されている。ま
た、上記導線36の他端には、導線50が接続されてい
る。
Further, above the nut 22 and below the permanent magnet 34, magnetic wire-to-electric energy conversion is formed by winding a conducting wire 36 around a bobbin 35a having a winding groove formed in four equal parts. The coil 35, which is an element, is inserted and fixed by a fastening member 3 through a hole provided at the center of the bobbin 35a. A conductor wire 50 is connected to the other end of the conductor wire 36.

【0031】一方、上記共振器18の外部の固定部材側
には回路基板51が締結部材3により挿通固定されてい
る。
On the other hand, a circuit board 51 is inserted and fixed to the outside of the resonator 18 by the fastening member 3 on the side of the fixing member.

【0032】図3は、本実施例の超音波モータの駆動回
路全体の電気的な構成を簡略化して示すブロック図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram showing a simplified electrical structure of the entire drive circuit of the ultrasonic motor of this embodiment.

【0033】この図に示すように、上記電極板6と電極
板7とには互いに位相が90°ずれた共振周波数付近の
正弦波電圧が外部モータ制御回路部52内の駆動回路4
4から導線45を通じて印加され、また、電極板8は導
線45によりアースに接続されている。
As shown in this figure, a sine wave voltage near the resonance frequency, which is 90 ° out of phase with each other, is applied to the drive circuit 4 in the external motor control circuit section 52 on the electrode plate 6 and the electrode plate 7.
4 is applied through a lead wire 45, and the electrode plate 8 is connected to the ground by a lead wire 45.

【0034】上記コイル35の両端は導線50を介し
て、上記回路基板51上に設けられている増幅器46
(モータ内部回路部53に含まれる)の入力端子に接続
された増幅器46の出力端は導線45に接続される。上
記導線45の外部モータ制御回路部52側の端子は、モ
ータ駆動用正弦波電圧に回転信号が重畳され、上記駆動
回路44の出力端子と信号分離回路47の入力端子とに
接続されている。
Both ends of the coil 35 are connected via a conductor 50 to an amplifier 46 provided on the circuit board 51.
The output terminal of the amplifier 46 connected to the input terminal (included in the motor internal circuit section 53) is connected to the conductor 45. A terminal of the lead wire 45 on the side of the external motor control circuit 52 is connected to an output terminal of the drive circuit 44 and an input terminal of the signal separation circuit 47, on which a rotation signal is superimposed on the motor driving sine wave voltage.

【0035】また、上記導線45はモータ内部回路部5
3内の整流回路48の入力端子に接続されており、該整
流回路48の出力端子は上記増幅器46の電源端子に接
続されている。さらに、上記信号分離回路47の出力は
回転速度制御回路49の入力端子に接続されていて、該
回転速度制御回路49の出力は上記駆動回路44へ入力
されている。
The lead wire 45 is used for the motor internal circuit section 5.
3 is connected to the input terminal of the rectifier circuit 48, and the output terminal of the rectifier circuit 48 is connected to the power supply terminal of the amplifier 46. Further, the output of the signal separation circuit 47 is connected to the input terminal of the rotation speed control circuit 49, and the output of the rotation speed control circuit 49 is input to the drive circuit 44.

【0036】図4は、上記回転速度制御回路49をさら
に詳しく示したブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing the rotation speed control circuit 49 in more detail.

【0037】図に示すように、該回転速度制御回路49
は、上記信号分離回路47からの信号と基準信号発振回
路54の信号との位相を比較する位相比較回路55を具
備している。この位相比較回路55では2つの入力信号
の位相差に比例した直流電圧を発生するようになってお
り、該出力直流電圧は電圧制御発振回路56に入力され
発振回路は入力された直流電圧に比例した周波数の信号
を発生するようになっている。また、上記電圧制御発振
回路56の出力は駆動回路44へ入力され、所定の電圧
に調整された後、導線45を通じてモータへ供給されモ
ータの回転を制御するようになっている。
As shown in the figure, the rotation speed control circuit 49
Is provided with a phase comparison circuit 55 for comparing the phase of the signal from the signal separation circuit 47 and the signal of the reference signal oscillation circuit 54. The phase comparison circuit 55 generates a DC voltage proportional to the phase difference between the two input signals. The output DC voltage is input to the voltage controlled oscillation circuit 56 and the oscillation circuit is proportional to the input DC voltage. It is designed to generate a signal of the specified frequency. The output of the voltage controlled oscillation circuit 56 is input to the drive circuit 44, adjusted to a predetermined voltage, and then supplied to the motor through the conductor 45 to control the rotation of the motor.

【0038】つぎに、本実施例の作用について説明す
る。
Next, the operation of this embodiment will be described.

【0039】2組の第1圧電素子4,第2圧電素子5に
互いに位相が90°ずれた共振周波数付近の正弦波電圧
を印加すると、超音波振動子11に中心軸の周りに回転
する屈曲振動が発生する。これにより、超音波振動子1
1の端面には中心軸周りに回転する楕円運動が発生し、
共振器9の一端面に押圧設置された回転子13が回転す
る。駆動電圧の位相差を180°にすると、該超音波振
動子11には逆回転の楕円運動が発生し、これにより、
回転子13が逆回転する。
When a sinusoidal voltage near the resonance frequency with a phase difference of 90 ° from each other is applied to the two sets of the first piezoelectric element 4 and the second piezoelectric element 5, the ultrasonic transducer 11 is bent to rotate about the central axis. Vibration occurs. Thereby, the ultrasonic transducer 1
Elliptic motion rotating around the central axis occurs on the end face of 1.
The rotor 13 pressed and installed on one end surface of the resonator 9 rotates. When the phase difference of the driving voltage is set to 180 °, a reverse elliptical motion is generated in the ultrasonic transducer 11, which causes
The rotor 13 rotates in the reverse direction.

【0040】また、上記回転子13と一体に回転する磁
石34により、その近傍に配置されたコイル35に鎖交
する磁束が変化し、該コイル35には回転子13の回転
速度に比例した誘導電圧が発生する。この発生する誘導
電圧は交番電圧となり、その周波数は回転速度に比例す
る。
Further, the magnetic flux linked to the coil 35 arranged in the vicinity thereof is changed by the magnet 34 which rotates integrally with the rotor 13, and the induction of the coil 35 is proportional to the rotational speed of the rotor 13. Voltage is generated. The generated induced voltage becomes an alternating voltage, and its frequency is proportional to the rotation speed.

【0041】該回転速度に比例した交番電圧は、モータ
の近傍、すなわち、上記回路基板51に配設された増幅
器46で増幅され、駆動電圧を印加する導線45に重畳
して外部モータ制御回路部52まで伝送される。
The alternating voltage proportional to the rotation speed is amplified in the vicinity of the motor, that is, by the amplifier 46 provided on the circuit board 51, and is superimposed on the lead wire 45 for applying the drive voltage to the external motor control circuit section. Up to 52 are transmitted.

【0042】そして、上記外部モータ制御回路部52内
の信号分離回路47では、第1圧電素子4,第2圧電素
子5の略共振周波数の駆動信号と、該駆動信号周波数よ
り低い回転信号が合成された信号から回転信号のみを分
離する。
Then, in the signal separating circuit 47 in the external motor control circuit section 52, the drive signal of the substantially resonant frequency of the first piezoelectric element 4 and the second piezoelectric element 5 and the rotation signal lower than the drive signal frequency are combined. Only the rotation signal is separated from the generated signal.

【0043】上記回転信号は上記外部モータ制御回路部
52内の回転速度制御回路49に入力され、該信号の位
相は位相比較回路55により基準信号発振回路54の信
号と比較される。該位相比較回路55は2つの入力信号
の位相差に比例した直流電圧を発生する。そして、該位
相比較回路55の出力直流電圧は電圧制御発振回路56
に入力され、発振回路は入力された直流電圧に比例した
周波数の信号を発生する。上記電圧制御発振回路56の
出力は駆動回路44へ入力され、所定の電圧に調整され
た後、導線45を通じてモータへ供給されモータの回転
を制御する。
The rotation signal is input to the rotation speed control circuit 49 in the external motor control circuit section 52, and the phase of the signal is compared with the signal of the reference signal oscillation circuit 54 by the phase comparison circuit 55. The phase comparison circuit 55 generates a DC voltage proportional to the phase difference between the two input signals. The output DC voltage of the phase comparison circuit 55 is the voltage controlled oscillation circuit 56.
The oscillator circuit generates a signal having a frequency proportional to the input DC voltage. The output of the voltage controlled oscillation circuit 56 is input to the drive circuit 44, adjusted to a predetermined voltage, and then supplied to the motor through the lead wire 45 to control the rotation of the motor.

【0044】上記第1圧電素子4,第2圧電素子5の駆
動電圧を整流回路48により整流して得られた直流電圧
は、増幅器46の電源電圧源として増幅器を駆動する。
The DC voltage obtained by rectifying the drive voltage of the first piezoelectric element 4 and the second piezoelectric element 5 by the rectifier circuit 48 drives the amplifier as a power supply voltage source of the amplifier 46.

【0045】このような本実施例によると、磁気−電気
エネルギー変換素子で検出された回転信号を、上記電気
−機械エネルギー変換素子に正弦波電圧を印加する導線
に、重畳して伝送することで、超音波モータとモータ制
御回路を接続する導線の本数を減少させることができ、
超音波モータを使用した装置を小型にすることができ、
また配線のコストも低下させることができる。
According to the present embodiment as described above, the rotation signal detected by the magnetic-electrical energy conversion element is transmitted by being superposed on the conductor wire for applying the sine wave voltage to the electric-mechanical energy conversion element. , The number of conductors connecting the ultrasonic motor and the motor control circuit can be reduced,
The device using the ultrasonic motor can be downsized,
Also, the cost of wiring can be reduced.

【0046】つぎに、本発明の第2実施例について説明
する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0047】図5は、本第2実施例の超音波モータを示
した斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing the ultrasonic motor of the second embodiment.

【0048】この第2実施例は、上記磁気−電気エネル
ギー変換素子を、ホール素子にした実施例であり、その
他の構成は第1実施例と同等であるので、ここは、差異
のみを説明し、その他の同等部分の説明は省略する。ま
た、該磁気−電気エネルギー変換素子の配置のみを示し
たもので電極板等の他の構成部材は省略している。
The second embodiment is an embodiment in which the magnetic-electrical energy conversion element is a Hall element, and the other structure is the same as that of the first embodiment. Therefore, only the difference will be explained here. , And the description of other equivalent parts will be omitted. Further, only the arrangement of the magnetic-electric energy conversion element is shown, and other constituent members such as an electrode plate are omitted.

【0049】この第2実施例は、着磁された磁性体とし
て上記第1実施例と同様に永久磁石34を用いている。
また、回転信号発生部となるホール素子40は、印刷配
線板38上に接着接続されている。なお、本第2実施例
では印刷配線板38としてフレキシブル配線板を用いて
いる。また、本第2実施例では導線45としてフレキシ
ブルである印刷配線板38を使用し、上記第1実施例で
は、上記回路基板51に配設されていた増幅器46およ
び整流回路48は、該印刷配線板38上に配設されてい
る。
In the second embodiment, the permanent magnet 34 is used as the magnetized magnetic body as in the first embodiment.
The Hall element 40, which serves as a rotation signal generator, is adhesively connected to the printed wiring board 38. In the second embodiment, a flexible wiring board is used as the printed wiring board 38. In the second embodiment, a flexible printed wiring board 38 is used as the conductive wire 45. In the first embodiment, the amplifier 46 and the rectifier circuit 48 arranged on the circuit board 51 are the printed wiring boards. It is arranged on the plate 38.

【0050】次に、本第2実施例の作用について説明す
る。
Next, the operation of the second embodiment will be described.

【0051】回転子13に固着され、該回転子13と一
体に回転する磁石34により、ホール素子40に鎖交す
る磁束が変化する。これにより、該ホール素子40には
上記回転子13の回転速度に比例した周波数の電圧変化
が発生する。
The magnetic flux linked to the Hall element 40 is changed by the magnet 34 fixed to the rotor 13 and rotating integrally with the rotor 13. As a result, a voltage change having a frequency proportional to the rotation speed of the rotor 13 is generated in the Hall element 40.

【0052】この発生した電圧変化は、印刷配線板38
上に配設された増幅器46により増幅され、該印刷配線
板38上の導体により外部へ取り出され、ホール素子4
0に与えるホール電流は、圧電素子の駆動電圧を整流回
路48で整流した直流電圧により与えられる。
The generated voltage change is due to the printed wiring board 38.
It is amplified by the amplifier 46 arranged above and taken out to the outside by the conductor on the printed wiring board 38.
The Hall current given to 0 is given by a DC voltage obtained by rectifying the drive voltage of the piezoelectric element by the rectifier circuit 48.

【0053】この第2実施例の超音波モータの駆動回路
によると、ホール効果を利用しているため、回転子13
が停止している状態でも磁束を検出することが可能であ
り、また、該回転子13の速度のみではなく位置も検出
することが可能となる。さらに、ホール素子40と増幅
器46,整流回路48を同一の印刷配線板38上に形成
することができ、より超音波モータを小型化することが
可能となる。
According to the drive circuit of the ultrasonic motor of the second embodiment, the Hall effect is utilized, so that the rotor 13
The magnetic flux can be detected even when the rotor is stopped, and the position as well as the speed of the rotor 13 can be detected. Furthermore, the hall element 40, the amplifier 46, and the rectifier circuit 48 can be formed on the same printed wiring board 38, and the ultrasonic motor can be further downsized.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、簡
単な構成で、より小型の超音波モータの駆動回路を提供
することを目的とする。
As described above, according to the present invention, it is an object of the present invention to provide a drive circuit for a smaller ultrasonic motor with a simple structure.

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

【図1】本発明の第1実施例における超音波モータの構
成を示した斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an ultrasonic motor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記超音波モータの中心軸より半分を断面で示
した側断面図である。
FIG. 2 is a side sectional view showing a half of a central axis of the ultrasonic motor in a section.

【図3】上記第1実施例の超音波モータの駆動回路全体
の電気的構成を示したブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of an entire drive circuit of the ultrasonic motor of the first embodiment.

【図4】上記第1実施例の超音波モータの駆動回路にお
ける回転速度制御回路を示したブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a rotation speed control circuit in the drive circuit for the ultrasonic motor of the first embodiment.

【図5】本発明の第2実施例における超音波モータの構
成を示した斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of an ultrasonic motor according to a second embodiment of the present invention.

【図6】従来の超音波モータの1例を示した斜視図であ
る。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a conventional ultrasonic motor.

【図7】従来の超音波モータの1例を示した組立断面図
である。
FIG. 7 is an assembled sectional view showing an example of a conventional ultrasonic motor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3…締結部材 4…第1圧電素子 5…第2圧電素子 6,7,8…電極板 9,18…共振器 11…超音波振動子 13…回転子 34…永久磁石 35…コイル 36…導線 44…駆動回路 45,50…導線 46…増幅器 47…信号分離回路 48…整流素子 49…回転速度制御回路 51…回路基板 52…外部モータ制御回路部 53…モータ内部回路部 3 ... Fastening member 4 ... 1st piezoelectric element 5 ... 2nd piezoelectric element 6,7,8 ... Electrode plate 9,18 ... Resonator 11 ... Ultrasonic vibrator 13 ... Rotor 34 ... Permanent magnet 35 ... Coil 36 ... Conductor wire 44 ... Driving circuit 45, 50 ... Conducting wire 46 ... Amplifier 47 ... Signal separating circuit 48 ... Rectifying element 49 ... Rotation speed control circuit 51 ... Circuit board 52 ... External motor control circuit section 53 ... Motor internal circuit section

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】超音波振動を伝達拡大する2つの共振器
と、 これら2つの共振器の間に配置され、正弦波電圧の印加
によって超音波振動を発生する電気−機械エネルギー変
換素子と、 上記2つの共振器と電気−機械エネルギー変換素子とを
圧着固定して超音波振動子を形成する締結手段と、 上記共振器の端面に発生する楕円運動により移動される
被駆動部材と、 この被駆動部材に固着され着磁された磁性体と、 この磁性体の磁束との相互作用により電気信号を発生す
る磁気−電気エネルギー変換素子を用いた移動検出手段
と、 を具備しており、上記電気信号を、上記正弦波電圧を印
加する導線に重畳して伝送することを特徴とする超音波
モータの駆動回路。
1. A resonator for transmitting and expanding ultrasonic vibration, and an electro-mechanical energy conversion element which is arranged between these two resonators and generates ultrasonic vibration by applying a sinusoidal voltage. Fastening means for crimping and fixing the two resonators and the electro-mechanical energy conversion element to form an ultrasonic oscillator, a driven member which is moved by an elliptic motion generated on the end face of the resonator, and the driven member. A magnetic substance fixed to a member and magnetized; and a movement detecting means using a magnetic-electric energy conversion element for generating an electric signal by the interaction of the magnetic flux of the magnetic substance. Is superposed on a conducting wire to which the sine wave voltage is applied and transmitted, and a drive circuit for an ultrasonic motor.
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