JPH08205563A - 振動波モータ駆動回路 - Google Patents

振動波モータ駆動回路

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JPH08205563A
JPH08205563A JP7006572A JP657295A JPH08205563A JP H08205563 A JPH08205563 A JP H08205563A JP 7006572 A JP7006572 A JP 7006572A JP 657295 A JP657295 A JP 657295A JP H08205563 A JPH08205563 A JP H08205563A
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JP
Japan
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frequency
output
wave motor
vibration wave
voltage
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JP7006572A
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English (en)
Inventor
Fumikazu Nishikawa
西川史一
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Original Assignee
Canon Inc
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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】 従来の振動波モータ駆動回路では、高価なD
/A変換器を必要とし、また、D/A変換器とマイコン
との接続は複数本の信号線を要するため出力ポート数が
多い大型のマイコンを必要とするので、占有面積やコス
トなどの面で改善する必要があった。本発明は従来の駆
動回路よりも小型且つ低コストの振動波モータ駆動回路
を提供する。 【構成】 本発明の振動波モータ駆動回路では、マイコ
ン1から発生されるPWM信号をローパスフィルタ2に
入力させ、LPF2において該PWM信号の高周波成分
のみをカットしてアナログ信号に変換する。この構成で
あると、マイコン1とLPF2との接続は一本の信号線
ですみ、出力ポートの少ない小型且つ低価格のマイコン
を使用することができる。また、LPF2に比べて高価
なD/A変換器を必要としないので従来の駆動回路より
も小型で安価な振動波モータ駆動回路が実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は振動波モータを駆動する
ための振動波モータ駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】振動波モータを駆動する方法としては、
位相の異なる2相の交流電圧を振動波モータに印加する
方法が一般的である。また、振動波モータを所望の速度
で回転させる方法としては、振動波モータが、印加され
る交流電圧の周波数を変化させると回転速度が変化する
特性を持っていることを利用して、振動波モータの実際
の回転速度を検出し、その検出結果に基づいて振動波モ
ータに印加する交流電圧の周波数を制御する方法が広く
知られている。
【0003】図3に従来の振動波モータ駆動回路を示
す。図3において、101はマイコン、102はD/A
コンバータでマイコン101から出力される8ビットの
ディジタル出力信号(D/Aout)をアナログ電圧に
変換する働きを持つ。103は電圧制御発振器(VC
O)でD/Aコンバータ102の出力電圧に応じた周波
電圧を出力する。104は分周・移相器で、VCO10
3の周波電圧を分周し、π/2位相差の矩形波を出力す
る。105,106は電力増幅器で、分周・移相器10
4の周波電圧を振動波モータ109を駆動できる電圧と
電流値に増幅する。107,108はマッチングコイ
ル、109は振動波モータで、109aはロータ、10
9bはステータ、110はパルス板で同図に示すように
放射方向に複数のスリットが開いており、振動波モータ
109の軸と同軸となっており、振動波モータ109の
ロータ109aとともに回転する。111はフォトイン
ターラプタで、パルス板110の回転を検出する。11
2はフォトインターラプタ111の信号検出回路で、フ
ォトインターラプタ111の微小信号を増幅し、ディジ
タル信号に変換する。
【0004】次に、マイコン101の各端子の説明を行
なう。
【0005】PULSE INは検出回路112が出力
するパルスの入力端子である。D/AoutはD/Aコ
ンバータ102への出力端子であり、8ビットのパラレ
ルデータを出力する。DIRは振動波モータ109の回
転方向を切り換えるために振動波モータ109に加える
周波電圧A,Bの位相差を90°,270°に変更する
ための指示を分周・移相器104に与えるための出力端
子であり、周波電圧A,Bの位相差が90°の時に
“H”を、270°の時に“L”を出力するものとす
る。USM EN/DISは分周・移相器104の出力
をON/OFFするための端子であり、“H”でON、
“L”でOFFとする。
【0006】次に、振動波モータ109について図4を
用いて説明する。
【0007】図4はステータ109bの裏面上に配され
る電歪素子の配設状態を示す説明図である。図4中のA
1 及びB1 は、それぞれ図示の位相及び分極関係に、ス
テータ109b上に配される第1と第2の電歪素子群で
ある。また、S1 は第1の電歪素子群B1 に対して45
°位相がずれた位置に配されるセンサー用の電歪素子で
ある。これらの各電歪素子は、それぞれ単独のものを振
動体に付しても良いし、また、一体的に分極処理にて形
成しても良い。
【0008】図3に戻り、A,B,Sはそれぞれ、第
1,第2の駆動用電歪素子群及びセンサー用電歪素子S
1 に対する駆動電極及びセンサ電極を示し、電極Aに対
して前記増幅器105を介した周波電圧が印加されると
ともに電極Bに前記増幅器106を介した周波電圧が印
加されることによって、ステータ109bの裏面に進行
性の振動波が形成される。また、振動体に上記振動波が
形成されると、この振動波の状態に応じてセンサー用電
歪素子Sが出力(周波電圧)を出力し、センサー電極S
1 にて、これが検出される。なお、振動波モータは共振
状態では、A電極への駆動電圧とセンサー電極からの出
力電圧との位相関係が特定の関係を示す特性を有してお
り、電極Aにて周波信号が印加される第1の電歪素子群
1 とセンサー用電歪素子Sとの位置関係にて決定さ
れ、本従来例の場合は正転状態では電極A,Sとの信号
波形の位相が135°ずれたときに共振状態を示し、ま
た、逆転の時には45°ずれたときに共振状態を示すも
のとし、共振からずれるほど上記位相関係がずれるもの
とする。
【0009】次に、図3の振動波モータの駆動回路の動
作を説明する。
【0010】振動波モータ109が停止している状態に
おいては、USM EN/DIS端子は“L”になって
おり、分周・位相器104の出力は禁止されている。D
/Aout端子に初期値を出力し、振動波モータ109
の回転方向に応じてDIR端子に信号を出力したあと
で、USM EN/DIS端子に“H”を出力し、分周
・位相器104の出力を許可する。D/Aコンバータ1
02はD/Aout端子に出力された8ビットのパラレ
ルデータをD/A変換し、アナログ信号を出力する。V
CO103はD/Aコンバータ102が出力したアナロ
グ信号の電圧値に応じた周波数の電圧を出力する。分周
・位相器104はUSM EN/DIS端子が“H”に
なっているので、VCO103が出力する周波電圧を分
周し、DIR端子が“H”の場合は互いに位相が90°
異なる2相信号を出力し、DIR端子が“L”の場合は
互いに位相が270°異なる2相信号を出力する。分周
・位相器104が出力する2相信号はそれぞれ電力増幅
器105,106で増幅され、マッチングコイル10
7,108を介して振動波モータ109に印加され、振
動波モータ109は回転を開始する。振動波モータ10
9が回転すると、振動波モータ109の軸と同軸になっ
ているパルス板110も回転する。パルス板110の回
転はフォトインターラプタ111で検出され、検出回路
112によって増幅され、ディジタル信号に変換され
る。検出回路112は振動波モータの回転速度に応じた
周波数のパルスを出力し、PULSE IN端子に入力
される。マイコン101はPULSE IN端子より入
力したパルスの周波数を演算することによって振動波モ
ータ109の回転速度を検出する。このようにして検出
された振動波モータ109の回転速度を基づいて、所望
の回転速度になるようにD/Aout端子に出力する8
ビットデータを調節し、振動波モータ109に印加する
交流電圧の周波数を制御する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、振動
波モータ109に印加する交流電圧の周波数を制御する
ためにD/Aコンバータ102を用いており、マイコン
101とのインタフェースとして8本の信号線を用いて
いるため、マイコンの出力ピン数を多く占有してしまう
という欠点がある。D/Aコンバータ102の入力ビッ
ト数を減らすと、1ビットあたりの周波数の変化幅が大
きくなり、振動波モータ109に急激な速度変化をもた
らすため、好ましくない。従って、マイコン101とし
ては出力ポートの本数が比較的多いマイコンを使用しな
くてはならず、マイコンの小型化、低コスト化にとって
不利な状況となってしまう。さらに、マイコン101と
D/Aコンバータ102を結ぶ信号線のビット数が多い
ことは実装面積の省スペース化にとって障害となり、装
置全体の大型化を招いてしまう。また、D/Aコンバー
タ102も高価であり、従って、小型で安価な振動波モ
ータ駆動回路の開発が求められていた。
【0012】
【発明の目的】本発明の目的は、高価なD/Aコンバー
タを必要とせず、しかもマイコンをも小型化且つ低コス
ト化できる改善された振動波モータ駆動回路を提供する
ことである。以下には本発明の目的を請求項毎に記載す
る。
【0013】請求項1の発明の目的は、「振動体の互い
に異なる位置に配置された複数の電気−機械エネルギー
変換素子群に対してそれぞれ位相の異なる交番電圧を印
加することによって該振動体の表面に進行波振動を発生
せしめ、該振動体の振動エネルギーを連続的機械運動と
して出力する振動波モータを駆動するための振動波モー
タ駆動回路であって、所定周波数のパルスを出力するパ
ルス発生手段と、該パルス発生手段の出力パルスのパル
ス幅を変更するパルス幅変更手段と、該パルス幅変更手
段の出力パルスのデューティを電圧値に変換するフィル
タ手段と、該フィルタ手段の出力電圧に応じた周波数で
発振する電圧制御発振手段と、該電圧制御発振手段の出
力周波数の交番電圧を分周及び移相する分周及び移相手
段と、を有していることを特徴とする振動波モータ駆動
回路」を提供することである。
【0014】請求項2の発明の目的は、「請求項1の構
成を有する振動波モータ駆動回路において、該パルス発
生手段の出力開始時点から所定時間経過後に該振動波モ
ータの駆動を開始させるディレイ手段が設けられている
ことを特徴とする請求項1の振動波モータ駆動回路」を
提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段及び作用】前記課題を解決
するために請求項1の発明は、「振動体の互いに異なる
位置に配置された複数の電気−機械エネルギー変換素子
群に対してそれぞれ位相の異なる交番電圧を印加するこ
とによって該振動体の表面に進行波振動を発生せしめ、
該振動体の振動エネルギーを連続的機械運動として出力
する構造の振動波モータを駆動するための振動波モータ
駆動回路であって、所定周波数のパルスを出力するパル
ス発生手段と、該パルス発生手段の出力パルスのパルス
幅を変更するパルス幅変更手段と、該パルス幅変更手段
の出力パルスのデューティを電圧値に変換するフィルタ
手段と、該フィルタ手段の出力電圧に応じた周波数で発
振する電圧制御発振手段と、該電圧制御発振手段の出力
周波数の交番電圧を分周及び移相する分周及び移相手段
と、を有していることを特徴とする振動波モータ駆動回
路」を提供する。
【0016】本発明によれば、高価なD/Aコンバータ
を必要とせず、しかもマイコンも従来よりも小型で低価
格のものでよいため、従来の振動波モータ駆動回路より
も小型で安価な振動波モータ駆動回路を提供できる。
【0017】前記課題を解決するために請求項2の発明
は、「請求項1の構成を有する振動波モータ駆動回路に
おいて、該パルス発生手段の出力開始時点から所定時間
経過後に該振動波モータの駆動を開始させるディレイ手
段が設けられていることを特徴とする振動波モータ駆動
回路」を提供する。
【0018】本発明によれば、該フィルタ手段の特性に
かかわらず常に最適な周波数の駆動電圧を振動波モータ
に印加することができる振動波モータ駆動回路が提供さ
れる。
【0019】
【実施例】以下図1及び図2を参照して本発明の実施例
を説明する。
【0020】<実施例1>図1は本発明の第一実施例の
振動波モータ駆動回路の構成を示す概略図である。
【0021】図1において、1はマイコン、2はローパ
スフィルタで、マイコン1が出力するPWM出力信号の
低周波成分のみを通過させる働きを持つ。3は電圧制御
発振器(VCO)で、ローパスフィルタ2の出力電圧に
応じた周波電圧を出力する。4は分周・移相器で、VC
O3の周波電圧を分周し、π/2位相差の矩形波を出力
する。5,6は電力増幅器で、分周・移相器4の周波電
圧を振動波モータ9を駆動できる電圧と電流値に増幅す
る。7,8はマッチングコイル、9は振動波モータで、
9aはロータ、9bはステータ、10はパルス板で同図
に示すように放射方向に複数のスリットが開いており、
振動波モータ9の軸と同軸となっており、振動波モータ
9のロータ9aとともに回転する。11はフォトインタ
ーラプタで、パルス板10の回転を検出する。12はフ
ォトインターラプタ11の信号検出回路で、フォトイン
ターラプタ11の微小信号を増幅し、ディジタル信号に
変換する。
【0022】次に、マイコン1の各端子の説明を行な
う。
【0023】PULSE INは検出回路12が出力す
るパルスの入力端子である。PWMoutはPWM信号
の出力端子であり、本実施例ではデューティを256段
階で制御可能であるものとする。DIRは振動波モータ
9の回転方向を切り換えるために振動波モータ9に加え
る周波電圧A,Bの位相差を90°,270°に変更す
るための指示を分周・移相器4に与えるための出力端子
であり、周波電圧A,Bの位相差が90°の時に“H”
を、270°の時に“L”を、それぞれ出力するものと
する。USM EN/DISは分周・移相器4の出力を
ON/OFFするための端子であり、“H”でON、
“L”でOFFとする。
【0024】次に、図1の回路の動作について説明す
る。
【0025】振動波モータ9が停止している状態におい
ては、USM EN/DIS端子は“L”になってお
り、分周・位相器4の出力は禁止されている。従って、
振動波モータ9には交流電圧は印加されていない。PW
Mout端子に振動波モータ9の起動時に最適なデュー
ティのPWM信号を出力し、振動波モータ9の回転方向
に応じてDIR端子に信号を出力したあとで、USM
EN/DIS端子に“H”を出力し、分周・位相器4の
出力を許可する。ローパスフィルタ2はPWMout端
子に出力されたPWM信号の低周波成分のみを通過さ
せ、高周波成分をカットする。すなわち、ローパスフィ
ルタ2はPWM信号のデューティをアナログ電圧に変換
する働きを持ち、デューティが高いほど高い電圧を出力
し、デューティが低くなると出力電圧も低くなる。VC
O3はローパスフィルタ2が出力したアナログ信号の電
圧値に応じた周波数の電圧を出力し、入力電圧が高いほ
ど出力周波数は高く、入力電圧が低いほど出力周波数は
低くなるものとする。分周・位相器4はUSM EN/
DIS端子が“H”になっているので、VCO3が出力
する周波電圧を分周し、DIR端子が“H”の場合は互
いに位相が90°異なる2相信号を出力し、DIR端子
が“L”の場合は互いに位相が270°異なる2相信号
を出力する。分周・位相器4が出力する2相信号はそれ
ぞれ電力増幅器5,6で増幅され、マッチングコイル
7,8を介して振動波モータ9に印加され、振動波モー
タ9は回転を開始する。振動波モータ9が回転すると、
振動波モータ9の軸と同軸になっているパルス板10も
回転する。パルス板10の回転はフォトインターラプタ
11で検出され、検出回路12によって増幅され、ディ
ジタル信号に変換される。検出回路12は振動波モータ
の回転速度に応じた周波数のパルスを出力し、PULS
E IN端子に入力される。マイコン1はPULSEI
N端子より入力したパルスの周波数を演算することによ
って振動波モータ9の回転速度を検出する。このように
して検出された振動波モータ9の回転速度に基づいて、
所望の回転速度になるようにPWMout端子に出力す
るPWM信号のデューティを調節し、振動波モータ9に
印加する交流電圧の周波数を制御する。また、振動波モ
ータ9を停止させるときはUSM EN/DIS端子に
“L”を出力して分周・位相器4の出力を禁止し、振動
波モータ9に交流電圧が印加されないようにする。
【0026】以上のような構成をとることで、従来の8
ビットパラレル出力とD/Aコンバータで構成していた
部分を1ビット出力とローパスフィルタで置き換えるこ
とができ、非常に簡単な構成にすることができる。
【0027】なお、本実施例では振動波モータ9に印加
する周波電圧の位相差を各々90°ずつずらしている
が、本発明は位相差が90°以外であっても適用できる
ものである。
【0028】また、本実施例では振動波モータの形状が
リング状である場合について記述しているが、振動波モ
ータの形状はリング状以外のどんな形状であっても本発
明を適用できることは当然である。
【0029】また、本実施例では振動波モータの回転検
出にフォトインターラプタを用いているが、回転検出手
段として、たとえばコードパターンをブラシで読み取る
など、他のどのような検出手段であってもよいことは明
らかである。
【0030】また、本実施例ではPWM信号のデューテ
ィを256段階で記述しているが、本発明は、それ以外
の段階数であっても適用できるものである。
【0031】また、本実施例ではVCO3の入出力特性
が入力電圧が高いと出力周波数は高く、入力電圧が低い
と出力周波数が低くなるものとして記述しているが、逆
の特性を持つ回路でも良く、アナログ電圧を周波数に変
換するものであれば何でもよい。
【0032】<実施例2>図2は本発明の第2の実施例
を表す図面であり、同図において第1の実施例と同じ構
成要素には同じ符号を付してあり、この同じ構成要素に
ついての説明を省略する。本実施例の構成はディレイ回
路13が追加されている点のみが第1の実施例の構成と
は異なっている。
【0033】次に、本実施例の回路の動作を説明する。
【0034】ローパスフィルタ2は遮断特性を良くしよ
うとすると(すなわち、Qを大きくしようとすると)、
立ち上がり特性が悪化してしまう。そのため、振動波モ
ータの駆動開始時に、PWMout端子に振動波モータ
9の起動時に最適なデューティのPWM信号を出力して
も、瞬時には電圧が出力されず、立ち上がりのなまった
波形が出力される。振動波モータ9は一般に可聴周波数
よりもさらに高い周波数で駆動するが、前述したように
VCO3は入力電圧が低いと出力周波数が低くなるた
め、ローパスフィルタ2が立ち上がるまでは低い周波数
が振動波モータ9に印加されることになり、可聴周波数
が印可されると不快な騒音を発生させてしまう。
【0035】ディレイ回路13は以上のような好ましく
ない周波数が振動波モータに印加されないようにするた
めのものであり、USM EN/DIS端子に“H”を
出力してから所定時間ディレイをかけて分周・位相器4
の出力を許可するようにしている。すなわち、ローパス
フィルタ2が立ち上がるのを待ってから振動波モータに
交流信号が印加されるようにしている。なお、ディレイ
回路13は、振動波モータ9の停止時にはUSM EN
/DIS端子が“L”を出力した瞬間に分周・位相器4
の出力を禁止し、瞬時に振動波モータ4を停止するよう
になっている。
【0036】以上のような構成をとることで、ローパス
フィルタ2の立ち上がり特性が悪くても、振動波モータ
9には常に最適な周波数の交流電圧を印加させることが
できる。
【0037】なお、本実施例では振動波モータ9に印加
する周波電圧の位相差を各々90°ずつずらしている
が、本発明は位相差が90°以外であっても適用できる
ものである。
【0038】また、本実施例では振動波モータの形状が
リング状である場合について記述しているが、該モータ
がその他の形状であっても本発明を適用できることは当
然である。
【0039】また、本実施例では振動波モータの回転検
出にフォトインターラプタを用いているが、回転検出手
段が、たとえばコードパターンをブラシで読み取るなど
の手段であってもよく、また、他のどのような検出手段
であってもよい。
【0040】また、本実施例ではPWM信号のデューテ
ィを256段階で記述しているが、本発明はそれ以外の
段階数であっても適用できるものである。
【0041】<発明と実施例との対応>請求項1及び2
の「パルス発生手段」及び「パルス幅変更手段」は実施
例におけるマイコン1に内蔵された手段、請求項1の
「フィルタ手段」は実施例の「ローパスフィルタ2」、
請求項1の「電圧制御発振手段」は実施例のVCO3、
請求項1の「分周及び移相手段」は実施例の「分周・移
相器4」、請求項2の「ディレイ手段」は実施例の「デ
ィレイ回路13」である。
【0042】なお、本発明は、これら実施例の構成に限
られるものではなく、請求項で示した機能が達成できる
構成であればどのようなものであっても良いことはいう
までもない。
【0043】
【発明の効果】請求項1に示した本発明の振動波モータ
の駆動回路は、振動波モータに印加する交流電圧の周波
数を生成する部分において、従来は複数ビットのD/A
コンバータを用いていたのを、1ビットのパルス幅変調
出力とフィルタで構成するようにしたので、ビット数を
大幅に削減でき、マイコン等の素子を用いる場合には素
子のサイズを小型化できるとともに、高機能な素子を使
用する必要がなくなるため、コストダウンにも寄与す
る。また、ビット数が少なくなることは実装面積の省ス
ペース化にも役立ち、駆動回路のさらなる小型化が実現
できる。また、高価なD/Aコンバータに代えて安価な
フィルタを用いることで駆動回路のさらなる低コスト化
が可能になるという効果がある。
【0044】請求項2に示した本発明の振動波モータの
駆動回路は、PWM信号を出力してからフィルタが立ち
上がるまでの間振動波モータの駆動を禁止するようにし
たので、フィルタの立ち上がり途中で望ましくない周波
数の交流電圧が振動波モータに印加されることを防止で
きるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例の振動波モータ駆動回路
の概略図。
【図2】本発明の第二の実施例の振動波モータ駆動回路
の概略図。
【図3】従来の振動波モータ駆動回路の概略図。
【図4】振動波モータの振動体に設けられた電歪素子の
電極を示した図。
【符号の説明】
1…マイコン 2…ローパスフ
ィルタ 3…VCO 4…分周・移相
器 5,6…電力増幅器 7,8…コイル 9…振動波モータ 9a…ロータ 9b…ステータ 10…パルス板 11…フォトインターラプタ 12…検出回路 13…ディレイ回路 101…マイコ
ン 102…D/Aコンバータ 103…VCO 104…分周・移相器 105,106
…電力増幅器 107,108…コイル 109…振動波
モータ 109a…ロータ 109b…ステ
ータ 110…パルス板 111…フォト
インターラプタ 112…検出回路 A1 ,B1 ,S
1 …電歪素子群

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 振動体の互いに異なる位置に配置された
    複数の電気−機械エネルギー変換素子群に対してそれぞ
    れ位相の異なる交番電圧を印加することによって該振動
    体の表面に進行波振動を発生せしめ、該振動体の振動エ
    ネルギーを連続的機械運動として出力する振動波モータ
    を駆動するための振動波モータ駆動回路であって、 所定周波数のパルスを出力するパルス発生手段と、該パ
    ルス発生手段の出力パルスのパルス幅を変更するパルス
    幅変更手段と、該パルス幅変更手段の出力パルスのデュ
    ーティを電圧値に変換するフィルタ手段と、該フィルタ
    手段の出力電圧に応じた周波数で発振する電圧制御発振
    手段と、該電圧制御発振手段の出力周波数の交番電圧を
    分周及び移相する分周及び移相手段と、を有しているこ
    とを特徴とする振動波モータ駆動回路。
  2. 【請求項2】 該パルス発生手段の出力開始時点から所
    定時間経過後に該振動波モータの駆動を開始させるディ
    レイ手段が設けられていることを特徴とする請求項1の
    振動波モータ駆動回路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7902720B2 (en) 2007-07-04 2011-03-08 Sanyo Electric Co., Ltd. High-voltage driver and piezoelectric pump with built-in driver
US8286008B2 (en) 2008-04-30 2012-10-09 Asustek Computer Inc. Multi-phase voltage regulator on motherboard

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US7902720B2 (en) 2007-07-04 2011-03-08 Sanyo Electric Co., Ltd. High-voltage driver and piezoelectric pump with built-in driver
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