JPH11191977A - モータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータを長時間駆動させることによって発生
する部品の故障や熱による性能劣化を防ぐ。 【解決手段】 モータのスイッチのＯＮ又はＯＦＦによ
って送出される信号によりモータが駆動している時には
カウントを加算し、モータが停止している時にはカウン
トを減算する。このカウント値が所定上限値になった時
は、スイッチがＯＦＦされるまではそのままモータを駆
動させ、その後カウント値が所定下限値になるまでは、
モータのスイッチがＯＮになっても停止状態を維持す
る。このためモータの発熱を抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータ、特に超音波
モータを駆動するためのモータの駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、超音波振動を駆動力とする超
音波モータが知られている。超音波モータの一種である
進行波型の超音波モータでは、円環状の弾性体に圧電体
が貼付されてステータが形成されており、このステータ
には駆動軸に取り付けられたロータが加圧接触されてい
る。超音波モータの駆動回路は、前記圧電体に所定周波
数で位相が９０°異なる２相の駆動信号（ｓｉｎ波及び
ｃｏｓ波）を供給する。この２相の駆動信号によって発
生する圧電体の機械振動により、弾性体に、振動の腹及
び節が弾性体に沿って円環状に移動する超音波振動（進
行波）が励起される。この進行波により、前記弾性体に
加圧接触されたロータ及び駆動軸が回転される。

【０００３】上記のように、超音波モータは、圧電体と
弾性体との摩擦力によって駆動力を得るため、長時間連
続して駆動させると、圧電体が割れたり、熱によって性
能劣化を生じたり、駆動回路を構成する素子（例えばＭ
ＯＳ−ＦＥＴ等）が壊れることがあった。

【０００４】上記のような問題を解決する方法として、
一般的には、サーミスタ等の感温素子を用いて、温度が
上昇した場合には超音波モータの駆動を停止する等の方
法がある。

【０００５】しかしながら、上記の様な方法では、操作
者がスイッチをＯＮしていても、超音波モータが故障し
ていないにも関わらず突然超音波モータが停止してしま
う等、操作者に違和感を与えることとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事実を
考慮し、操作者に違和感を与えることなく、かつモータ
を長時間駆動させることによって発生する部品の故障
や、熱による性能劣化を防ぐことができるモータの駆動
回路を得ることが目的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、モータで所定機器を駆動する回路で、前記モ
ータのスイッチのＯＮ又はＯＦＦによって送出される信
号により前記モータが駆動している時には加算し、前記
モータが停止している時には減算して加算値及び減算値
を累積するカウント手段と、前記カウント手段によって
カウントされたカウント値が、所定上限値又は所定下限
値になったか否かを判別する判別手段と、前記カウント
値が、前記所定上限値になった場合には、前記カウント
値が所定下限値になるまでは前記モータの駆動を禁止す
る禁止手段と、前記カウント値が所定上限値になった時
に、前記スイッチがＯＮからＯＦＦに切り替わるまで
は、前記禁止手段の実行を遅延させる遅延手段と、を備
えたことを特徴とする。

【０００８】請求項１に記載の発明によれば、前記モー
タが駆動している時には前記カウント手段によってカウ
ントされるカウンタの値を加算し、モータが停止してい
る時には前記カウンタ値を減算する。このカウンタ値が
所定上限値になった場合には、本来モータの駆動を停止
しなければならないが、前記スイッチがＯＮからＯＦＦ
に切り替わるまでは、前記遅延手段によってモータを停
止せず、所定機器を所定の位置まで移動させる。このた
め、突然モータが停止して操作者に違和感を与えること
がない。

【０００９】本発明の請求項２に記載の発明は、前記遅
延手段により前記モータを駆動し、その後前記スイッチ
をＯＦＦして前記モータを停止した場合には、該停止後
前記カウント値が所定下限値になるまでは、前記モータ
のスイッチがＯＮになっても前記モータの停止状態を維
持させる停止維持手段を備えたことを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載の発明によれば、前記カウ
ンタ値が所定上限値になり、前記スイッチがＯＮからＯ
ＦＦに切り替わって前記モータを停止した後は、前記カ
ウンタ値が所定下限値になるまでは、前記スイッチがＯ
Ｎされても停止状態を維持する。このため、モータを長
時間駆動させた場合には、強制的に停止時間が設けられ
るので、熱によるモータの故障や、性能劣化等を防ぐこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施の形態を詳細に説明する。

【００１２】図２には自動車のステアリング装置９０の
主要部の概略が示されている。ステアリング装置９０
は、車輪（図示省略）を転舵するためのステアリングギ
ヤボックス（図示省略）を備えており、このステアリン
グギヤボックスにステアリングシャフト９４の一端が連
結されている。

【００１３】また、ステアリングシャフト９４の他端は
ステアリングホイール９２に連結されている。さらに、
ステアリングシャフト９４の一部は、ステアリングコラ
ム９６で覆われており、このステアリングコラム９６内
には、ステアリングホイール９２を上下方向に移動させ
るための所謂チルト機構（図示省略）や、ステアリング
ホイール９２をステアリングシャフト９４の軸方向へ移
動させるための所謂テレスコピック機構（図示省略）が
搭載されている。

【００１４】前記チルト機構や前記テレスコピック機構
において、図３に示すような進行波型の超音波モータ１
０が使用された場合には、この超音波モータ１０の駆動
力により、ステアリングホイール９２を上下方向に移動
したり、ステアリングシャフト９４の軸方向へ移動させ
たりすることができる。

【００１５】前記超音波モータ１０の概略構成を図３に
示す。超音波モータ１０は銅合金等から構成される円環
状の弾性体１２を備え、この弾性体１２に圧電体１４が
貼付されてステータ２８が形成されている。

【００１６】圧電体１４は電気信号を機械信号に変換す
る圧電材料から成り、多数の電極により円環状に分割、
配列されて構成されている。一方、駆動軸１６に取り付
けられたロータ１８は、アルミ合金等から成るロータリ
ング２０に円環状のスライダ２２が接着されて形成され
ており、スプリング２４によってスライダ２２が前記弾
性体１２に加圧接触されている。このスライダ２２とし
ては、安定した摩擦力、摩擦係数を得るために、例えば
エンジニアリングプラスチック等が用いられ、これによ
り高効率でロータ１８を駆動することができる。

【００１７】また、弾性体１２には圧電素子２６（図１
参照）が貼付されている。図１に示すように、圧電素子
２６は一端が接地されており、他端が超音波モータ駆動
回路３０の周波数制御回路４０の入力端に接続されてい
る。

【００１８】圧電素子２６は弾性体１２の振動を検出
し、該振動に応じた振幅、周期の交流信号（フィードバ
ック信号）を出力する。周波数制御回路４０の出力端は
電圧制御発振回路３８の信号入力端に接続されている。
電圧制御発振回路３８は、信号入力端に入力された信号
の電圧レベルに応じた周波数及び一定振幅の信号を出力
する。

【００１９】電圧制御発振回路３８の信号出力端は、２
個に分岐されており、分岐された一方は増幅回路４６の
入力端に接続されており、分岐された他方は、移相器４
２を介して増幅回路４４の入力端に接続されている。移
相器４２は入力された信号の位相を９０°変更して出力
する。従って、増幅回路４４、４６には周波数及び振幅
が同じで位相が９０°異なる信号が入力される。

【００２０】増幅回路４４、４６はインダクタンス素子
又はトランス等を含んで構成されており、入力された信
号を一定の増幅率で増幅（昇圧）して超音波モータ駆動
信号として出力する。増幅回路４４の出力端は圧電体１
４Ａの一端に接続されており、増幅回路４６の出力端は
圧電体１４Ｂの一端に接続されている。圧電体１４Ａ、
１４Ｂの他端は接地されている。この圧電体１４Ａ、１
４Ｂによって超音波モータ１０の圧電体１４が構成され
る。

【００２１】また、電圧制御発振回路３８の信号入力端
には、マイクロコンピュータ３４の信号出力端が接続さ
れており、超音波モータ１０を駆動させるための駆動信
号が入力される。この駆動信号がハイレベルの間は電圧
制御発振回路３８が発振して超音波モータ１０が駆動さ
れ、ローレベルの間は電圧制御発振回路３８が発振停止
して超音波モータ１０は停止するようになっている。

【００２２】また、前記マイクロコンピュータ３４の信
号入力端には、超音波モータ１０の駆動開始あるいは駆
動停止を指示するためのスイッチ３２の信号出力端が接
続されている。前記マイクロコンピュータ３４はＲＯＭ
を内蔵しており、このＲＯＭには、電圧制御発振回路３
８への駆動信号を制御するための制御プログラムが記憶
されている。

【００２３】次に、本発明の実施の形態における作用に
ついて、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２４】図１には本発明に係る超音波モータ駆動回
路の概略が示されている。駆動回路３０の電源が投入さ
れると、マイクロコンピュータ３４のＲＯＭに記憶され
た制御プログラムが起動される。

【００２５】スイッチ３２がＯＮされて駆動開始が指示
されると、マイクロコンピュータ３４は、後述する制御
プログラムの制御によって駆動信号をハイレベルにす
る。駆動信号がハイレベルになると、電圧制御発振回路
３８は発振を開始する。その際、周波数制御回路４０は
比較的低い電圧レベルの周波数制御信号を出力し、電圧
制御発振回路３８は周波数制御信号の電圧レベルに対応
して、超音波モータ１０の駆動周波数帯域よりも十分高
い周波数の信号を出力する。

【００２６】電圧制御発振回路３８から出力された信号
は２個に分岐され、一方が移相器４２によって位相が９
０°変更され、各々増幅回路４４、４６で増幅されるこ
とによってｓｉｎ波及びｃｏｓ波の駆動信号が生成さ
れ、この駆動信号が超音波モータ１０の圧電体１４Ａ、
１４Ｂに供給される。

【００２７】この駆動信号は圧電体１４Ａ、１４Ｂで機
械振動に変換され、ステータ２８に進行波が励起されて
駆動軸１６及びロータ１８が回転される。また、弾性体
１２の振動は圧電素子２６によって電気信号（フィード
バック信号）に変換され、駆動回路３０の周波数制御回
路４０に入力される。

【００２８】周波数制御回路４０では圧電素子２６から
入力されたフィードバック信号に基づいて、超音波モー
タ１０に供給される駆動信号の周波数が超音波モータ１
０の最適駆動周波数となるように、周波数制御信号の電
圧レベルを制御する。

【００２９】上記のようにして超音波モータ１０が駆動
されるが、ここで、長時間スイッチ３２をＯＮにして超
音波モータ１０を駆動し続けると、圧電体１４と弾性体
１２との摩擦によって、圧電体が割れたり、あるいは熱
によって性能劣化を生じたり、駆動回路３０を構成する
素子が壊れてしまう恐れがある。

【００３０】そこで、一定時間毎にマイクロコンピュー
タ３４でカウントし、このカウント値（休止判定値）
を、超音波モータ１０が作動中（駆動信号がハイレベ
ル）の時には加算し、超音波モータが停止中（駆動信号
がローレベル）の時には減算する。そして、この休止判
定値が所定休止判定上限値（本形態では１例として４５
とする）以上になったときは、スイッチ３２がＯＦＦさ
れるまで、または休止判定値Ｔが取り得る値の上限値
（本形態では１例として５８とする）になるまではその
まま超音波モータ１０を駆動し続けて所定位置まで所定
機器を移動させる。

【００３１】所定位置まで所定機器を移動させ、スイッ
チ３２がＯＦＦされた後は、休止判定値が所定休止判定
下限値（本形態では１例として１５とする）以下になる
までは、スイッチ３２が再びＯＮされても超音波モータ
１０を駆動させないように停止状態を維持するように
し、長時間超音波モータ１０が駆動されるのを防ぐ。

【００３２】上記の制御を行うマイクロコンピュータ３
４の制御プログラムについて図６に示すフローチャート
に従って説明する。

【００３３】まず、マイクロコンピュータ３４のＲＯＭ
に記憶された制御プログラムが起動されると、ステップ
５０で休止判定値Ｔを０に初期化する。次にステップ５
２で休止フラグをＯＦＦに初期化し、ステップ５４でス
イッチ３２がＯＦＦからＯＮになったか否かを判定す
る。否定判定の場合にはステップ７２へ進み、肯定判定
の場合にはステップ５６へ進む。

【００３４】ステップ５６では休止判定値Ｔが４５（休
止判定上限値）以上であるか否かを比較し、肯定判定の
場合にはステップ７６へ進む。否定判定の場合にはステ
ップ５８へ進んで休止フラグがＯＦＦか否かを判定す
る。否定判定の場合にはステップ７６へ進み、肯定判定
の場合にはステップ６０で駆動信号をハイレベルにして
超音波モータ１０を駆動する。

【００３５】次にステップ６２で休止判定値Ｔを１つ加
算し、ステップ６４へ進む。ステップ６４では休止判定
値Ｔが５８（休止判定値の取り得る値の上限値）以上で
あるか否かを比較し、否定判定の場合にはステップ６９
へ進み、肯定判定の場合にはステップ６６で休止判定値
Ｔを５８にしてステップ６９へ進む。

【００３６】ステップ６９では、休止判定値Ｔが４５
（休止判定上限値）以上であるか否かを比較し、否定判
定の場合にはステップ６８へ進み、肯定判定の場合には
ステップ７０で休止フラグをＯＮにしてステップ６８へ
進む。

【００３７】また、ステップ７２では、スイッチ３２が
ＯＮのままか否かを判定し、否定判定の場合にはステッ
プ７６へ進み、肯定判定の場合にはステップ７４で休止
判定値Ｔが５８（休止判定値の取り得る値の上限値）以
上であるか否かを比較する。否定判定の場合にはステッ
プ６０へ進み、肯定判定の場合にはステップ７６へ進
む。

【００３８】ステップ７６では駆動信号をローレベルに
して超音波モータ１０の駆動を停止する。次にステップ
７８で休止判定値Ｔを１つ減算し、ステップ８０へ進
む。ステップ８０では休止判定値Ｔが１５（休止判定下
限値）以下であるか否かを比較し、否定判定の場合には
ステップ８４へ進み、肯定判定の場合にはステップ８２
で休止フラグをＯＦＦにしてステップ８４へ進む。ステ
ップ８４では休止判定値Ｔが０（休止判定値の取り得る
値の下限値）より小さいか否かを比較し、否定判定の場
合にはステップ６８へ進み、肯定判定の場合にはステッ
プ８６で休止判定値Ｔを０にしてステップ６８へ進む。

【００３９】ステップ６８では１秒経過したか否かを判
定し、否定判定の場合には１秒経過するまでループし、
１秒経過した場合にはステップ５４へ戻る。このため、
制御プログラムは約１秒で１回ループすることになる。

【００４０】上記の具体的な動作について、図４及び図
５を参照して説明する。図４には休止判定値Ｔと時間と
の関係について示されており、図５にはスイッチ３２、
休止フラグ、駆動信号の各動作を表すタイミングチャー
トが示されている。

【００４１】図４に示すように、斜線で示す部分は超音
波モータ１０が駆動されている時間であり、空白の部分
は超音波モータ１０が停止している時間である。まず、
駆動回路３０に電源が入ると休止判定値Ｔは０に初期化
され、スイッチ３２がＯＮされるとマイクロコンピュー
タ３４は駆動信号をハイレベルにして超音波モータ１０
を駆動すると共に休止判定値Ｔが加算される。

【００４２】スイッチ３２がＯＦＦされると、マイクロ
コンピュータ３４は駆動信号をローレベルにして超音波
モータ１０の駆動を停止すると共に休止判定値Ｔが減算
される。

【００４３】このように、スイッチ３２のＯＮ／ＯＦＦ
を繰り返して超音波モータ１０の駆動／停止を繰り返
し、ｔ１から再びスイッチ３２をＯＮすると、駆動信号
もハイレベルになり、超音波モータ１０は駆動して休止
判定値Ｔは加算される。次に、ｔ２で休止判定値Ｔが４
５（休止判定上限値）を超えて休止フラグがＯＮになる
が、スイッチ３２がＯＮされたままなので駆動信号はハ
イレベルのままに維持し、超音波モータ１０は駆動し続
ける。

【００４４】次に、ｔ３でスイッチ３２がＯＦＦされる
と、駆動信号がローレベルになって超音波モータ１０は
停止する。そして、ｔ４でスイッチ３２がＯＮになって
も、休止フラグがＯＮになっているので、マイクロコン
ピュータ３４は駆動信号をローレベルのままにして超音
波モータ１０を停止状態に維持すると共に休止判定値Ｔ
を減算する。

【００４５】次に、ｔ５で休止判定値Ｔが１５（休止判
定下限値）以下になると休止フラグがＯＦＦになる。次
にｔ６でスイッチ３２が再びＯＮされると、休止フラグ
がＯＦＦになっているので駆動信号がハイレベルにな
り、再び超音波モータ１０は駆動され、休止判定値Ｔを
加算する。

【００４６】上記のように、スイッチ３２をＯＮにして
超音波モータ１０を駆動し続け、休止判定値Ｔが４５
（休止判定上限値）以上になっても、駆動信号をハイレ
ベルに維持し、すぐには超音波モータ１０の駆動を停止
させない。そして、スイッチ３２をＯＦＦするまではそ
のまま超音波モータ１０を駆動し続け、所定機器を所定
位置まで移動させることができる。なお、仮にスイッチ
３２をＯＦＦせず、スイッチ３２をＯＮのままにして
も、休止判定値Ｔが５８（休止判定値Ｔの取り得る値の
上限値）になった時には強制的に駆動信号をローレベル
にし、超音波モータ１０の駆動を停止する。このため、
スイッチ３２がＯＮになったままでも超音波モータ１０
が駆動し続けることはない。

【００４７】また、所定機器を所定位置まで移動させた
後は、休止フラグがＯＦＦになるまではスイッチがＯＮ
されても強制的に停止状態に維持することで、圧電体１
４と弾性体１２の摩擦による故障又は異常加熱による性
能劣化や、駆動回路３０を構成する素子の故障等を防ぐ
ことができる。

【００４８】なお、本実施の形態では、休止判定値Ｔの
取り得る値を０から５８とし、休止判定上限値を４５、
休止判定下限値を１５としたが、これに限らず、必要に
応じて適当な値に変更してもよい。また、制御プログラ
ムにおいて処理される休止判定値Ｔの加算値、減算値も
１とは限らず、それぞれ自由に選択できる。さらに、制
御プログラムのループの周期は、１秒とは限らず、必要
に応じて変更してもよい。

【００４９】また、本実施の形態では、マイクロコンピ
ュータ３４を用いてソフトウェアにより制御している
が、これに限らず、このマイクロコンピュータ３４を、
カウンタ回路、比較回路、遅延回路等のハードウェアに
置き換えて制御するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】超音波モータ駆動回路の概略構成図である。

【図２】ステアリング装置の主要部の概略構成図であ
る。

【図３】超音波モータの概略構成を示す一部断面斜視図
である。

【図４】休止判定値と時間との関係を表す線図である。

【図５】マイクロコンピュータの動作を説明するための
タイミングチャートである。

【図６】マイクロコンピュータの制御プログラムの動作
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ 超音波モータ ３０ 駆動回路 ３２ スイッチ ３４ マイクロコンピュータ ３８ 電圧制御発振回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内藤 真一 静岡県湖西市梅田390番地 アスモ株式会 社内 (72)発明者 足立 祥広 静岡県湖西市梅田390番地 アスモ株式会 社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータで所定機器を駆動する回路で、 前記モータのスイッチのＯＮ又はＯＦＦによって送出さ
   れる信号により前記モータが駆動している時には加算
   し、前記モータが停止している時には減算して加算値及
   び減算値を累積するカウント手段と、 前記カウント手段によってカウントされたカウント値
   が、所定上限値又は所定下限値になったか否かを判別す
   る判別手段と、 前記カウント値が、前記所定上限値になった場合には、
   前記カウント値が所定下限値になるまでは前記モータの
   駆動を禁止する禁止手段と、 前記カウント値が所定上限値になった時に、前記スイッ
   チがＯＮからＯＦＦに切り替わるまでは、前記禁止手段
   の実行を遅延させる遅延手段と、 を備えたことを特徴とするモータの駆動回路。
2. 【請求項２】 前記遅延手段により前記モータを駆動
   し、その後前記スイッチをＯＦＦして前記モータを停止
   した場合には、該停止後前記カウント値が所定下限値に
   なるまでは、前記モータのスイッチがＯＮになっても前
   記モータの停止状態を維持させる停止維持手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のモータの駆動回路。