JPH11191979A

JPH11191979A - 超音波モータの駆動回路

Info

Publication number: JPH11191979A
Application number: JP9358915A
Authority: JP
Inventors: Kazutomo Kakegawa; 和智掛川; Hiroyuki Furukoshi; 洋行古越
Original assignee: Asmo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Asmo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】超音波モータの弾性体に貼付された圧電素子
から出力されるフィードバック信号に含まれる微弱な可
聴音信号が、外乱の影響を受けることなく検出できる超
音波モータの駆動回路を得る。【解決手段】超音波モータの弾性体に設けられた圧電
素子から出力される前記超音波モータの駆動周波数信号
と、前記超音波モータから異音が発生する際に発生する
可聴音信号と、を含むフィードバック信号から前記可聴
音信号を抽出して、この可聴音信号が減衰するように前
記超音波モータの駆動周波数を調整する超音波モータの
駆動回路において、前記可聴音信号を通過させ、前記超
音波モータの駆動周波数信号を非通過にするフィルタを
設ける。このため、外乱の影響を受けることなく、微弱
な可聴音信号を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータを駆
動するための超音波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。

【０００３】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。

【０００４】前記超音波モータは、例えば自動車のステ
アリング装置の所謂チルト機構や、テレスコピック機構
等に用いる場合が考えられる。前記超音波モータの駆動
回路の一例を図３に示す。

【０００５】図３に示す如く、駆動回路３０は、マイク
ロコンピュータ３２、発振回路３４、スイッチング制御
回路３６、バンドパスフィルタ４０、Ａ相増幅回路４
２、Ｂ相増幅回路４４、電圧発生回路３８で構成され
る。

【０００６】マイクロコンピュータ３２は駆動周波数信
号を発振回路３４へ出力し、発振回路３４はマイクロコ
ンピュータ３２より指定された駆動周波数で発振する。
スイッチング制御回路は所定のタイミングでスイッチン
グ信号をＡ相増幅回路４２、Ｂ相増幅回路４４へ出力す
る。Ａ相増幅回路４２、Ｂ相増幅回路４４は電圧発生回
路３８より供給される直流電圧を交流電圧に変換して超
音波モータ１０の圧電体１４Ａ、１４Ｂへ供給する。

【０００７】バンドパスフィルタ４０は、一例として図
４に示すような構成となっており、検波回路７０および
ピークホールド回路７４で構成されている。

【０００８】超音波モータ１０の弾性体１２には圧電素
子２６が貼付されており、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。

【０００９】バンドパスフィルタ４０の検波回路７０で
は、前記フィードバック信号に含まれる可聴音信号を検
出してピークホールド回路７４へ出力する。

【００１０】ピークホールド回路７４では、前記検波回
路７０で検波した前記可聴音信号の振幅レベルの最大値
を保持して、該最大値をマイクロコンピュータ３２へ出
力する。

【００１１】また、超音波モータ１０に取り付けられた
回転センサ４６は、ロータ１８の回転速度に応じた回転
パルス信号をマイクロコンピュータ３２へ出力する。

【００１２】マイクロコンピュータ３２では、前記フィ
ードバック信号、回転パルス信号をモニタしながら、駆
動信号の周波数が超音波モータ１０の最適駆動周波数に
徐々に近づいて一致し、さらに最適駆動周波数を追従す
るように駆動周波数を制御する。

【００１３】また、前記可聴音信号は、超音波モータ１
０から異音が発生する際に発生し、超音波モータ１０の
駆動周波数信号と比べて非常に微弱である。この微弱な
可聴音信号を検出して超音波モータ１０の回転数を制御
することにより、超音波モータ１０から異音を発生する
ことがなく、円滑に超音波モータ１０を回転させること
ができる。

【００１４】ところが、超音波モータ１０と、超音波モ
ータの駆動回路３０を接続するワイヤーが長くなると、
静電誘導を起こして超音波モータ１０の駆動周波数信号
の振幅レベルが大きくなり、微弱な可聴音信号を検出で
きないという問題がある。

【００１５】

【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、超音波モータの弾性体に貼付された圧電素子か
ら出力されるフィードバック信号に含まれる微弱な可聴
音信号が、外乱の影響を受けることなく検出できる超音
波モータの駆動回路を得ることが目的である。

【００１６】

【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、超音波モータの弾性体に設けられた圧電素子
から出力される前記超音波モータの駆動周波数信号と、
前記超音波モータから異音が発生する際に発生する可聴
音信号と、を含むフィードバック信号から前記可聴音信
号を抽出して、この可聴音信号が減衰するように前記超
音波モータの駆動周波数を調整する超音波モータの駆動
回路において、前記超音波モータの駆動周波数信号の振
幅レベルと、前記可聴音信号の振幅レベルと、に振幅レ
ベル差を設けたフィルタを有する請求項１に記載の発明によれば、超音波モータの圧電素
子からのフィードバック信号に含まれる超音波モータの
駆動周波数信号の振幅レベルと、可聴音信号の振幅レベ
ルとに差ができるようにする。このため、微弱な可聴音
信号を検出しやすくなる。

【００１７】請求項２に記載の発明は、前記可聴音信号
を通過させ、前記超音波モータの駆動周波数信号を非通
過にするフィルタであることを特徴とする。

【００１８】請求項２に記載の発明によれば、超音波モ
ータの駆動周波数の振幅レベルが大きくなっても、フィ
ルタによって可聴音信号のみ通過させるので、この可聴
音信号に基づいて超音波モータの回転数を制御すること
で可聴音の発生を防ぐことができる。

【００１９】

【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。

【００２０】図２には本実施の形態に係る進行波型の超
音波モータ１０が示されている。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。

【００２１】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。

【００２２】また、弾性体１２には圧電素子２６（図３
参照）が貼付されている。図３に示すように、圧電素子
２６は一端が接地されており、他端が駆動回路３０のバ
ンドパスフィルタ４０の入力端に接続されている。

【００２３】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。バンドパスフィルタ４０の出力
端はマイクロコンピュータ３２の一方の入力端に接続さ
れている。

【００２４】バンドパスフィルタ４０の構成は、図１に
示す如く、検波回路５０、フィルタ５２、ピークホール
ド回路５４から成る。前記検波回路５０は、圧電素子２
６から出力される前記フィードバック信号に含まれる超
音波モータ１０の駆動周波数信号と、前記フィードバッ
ク信号に含まれる可聴音信号を検出する。

【００２５】フィルタ５２は、超音波モータ１０の駆動
周波数信号を減衰するとともに可聴音信号を増幅して、
ピークホールド回路５４へ出力する。ピークホールド回
路５４は、可聴音信号の振幅レベルの最大値を保持し
て、該最大値をマイクロコンピュータ３２へ出力する。

【００２６】マイクロコンピュータ３２では、検出され
た可聴音信号に基づき、可聴音が発生することなく円滑
に超音波モータ１０が回転するように、超音波モータ１
０の回転数を制御する。

【００２７】また、超音波モータ１０には回転センサ４
６が取り付けられており、回転センサ４６の出力端はマ
イクロコンピュータ３２の他方の入力端に接続されてい
る。

【００２８】回転センサ４６は、マグネット（図示省
略）とホール素子（図示省略）等で構成され、マグネッ
ト表面の磁束の変化をホール素子で検出し、ロータ１８
が回転すると、マイクロコンピュータ３２へロータ１８
の回転速度に応じた周期のパルス信号を出力する。

【００２９】マイクロコンピュータ３２の一方の出力端
には発振回路３４が接続されており、他方の出力端には
スイッチング制御回路３６の一方の入力端に接続されて
いる。発振回路３４の出力端は、スイッチング制御回路
３６の他方の入力端に接続されている。発振回路３４は
マイクロコンピュータ３２からの信号に応じた発振周波
数で発振する。

【００３０】スイッチング制御回路３６の一方の出力端
は、駆動信号発生回路４８のＡ相増幅回路４２の一方の
入力端に接続されており、他方の出力端は駆動信号発生
回路４８のＢ相増幅回路４４の一方の入力端に接続され
ている。スイッチング制御回路３６は発振回路３４から
発振された発振周波数に応じて駆動パルスをスイッチン
グしながらＡ相増幅回路４２、Ｂ相増幅回路４４へ出力
する。

【００３１】また、Ａ相増幅回路４２の他方の入力端と
Ｂ相増幅回路４４の他方の入力端は電圧発生回路３８の
出力端に接続されている。電圧発生回路３８の入力端に
は図示しない定電圧電源（一例として１２Ｖ）が接続さ
れている。前記電圧発生回路３８は前記定電圧電源から
供給された直流電圧を変圧（一例として１００Ｖ）し
て、Ａ相増幅回路４２、Ｂ相増幅回路４４へ供給する。

【００３２】電圧発生回路３８の回路構成は図８に示す
ような構成となっている。電圧発生回路３８はトランス
１２０を備えており、トランス１２０の１次側コイル１
２０Ａの中点には電源線１１８を介してコンデンサ１１
６の一端および車両用バッテリー電源（図ではＶｃｃで
表す）に接続されており、コンデンサ１１６の他端は接
地されている。

【００３３】トランス１２０の１次側コイル１２０Ａの
一端は、スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ１１０
のドレインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１１０のゲ
ートはデューティー制御回路１１４の一方の出力端に接
続されており、ＭＯＳＦＥＴ１１０のソースは接地され
ている。

【００３４】トランス１２０の１次側コイル１２０Ａの
他端は、スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ１１２
のドレインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１１２のゲ
ートはデューティー制御回路１１４の他方の出力端に接
続されており、ＭＯＳＦＥＴ１１２のソースは接地され
ている。

【００３５】トランス１２０の２次側コイル１２０Ｂの
一端は整流素子としてのダイオード１２２のアノードが
接続されており、他端は整流素子としてのダイオード１
２４のアノードが接続されている。また、トランス１２
０の２次側コイル１２０Ｂの中点は接地されている。

【００３６】ダイオード１２２、１２４のカソードはイ
ンダクタンス素子としてのコイル１２６の一端に接続さ
れている。コイル１２６の他端はコンデンサ１２８の一
端が接続されており、コンデンサ１２８の他端は接地さ
れている。さらに、コイル１２６の他端はＡ相増幅回路
４２、Ｂ相増幅回路４４の一方の入力端に接続されてお
り、前記入力端に電圧発生回路３８より直流電圧が供給
される。Ａ相増幅回路４２は、超音波モータ１０の圧電
体１４Ａに接続されており、電圧発生回路３８から供給
された直流電圧を交流電圧に変換（一例として２００
Ｖ）して正弦波信号（ｓｉｎ波）を圧電体１４Ａに供給
する。

【００３７】Ｂ相増幅回路４４は超音波モータ１０の圧
電体１４Ｂに接続されており、電圧発生回路３８から供
給された直流電圧を交流電圧に変換（一例として２００
Ｖ）して、Ａ相増幅回路４２が供給する正弦波信号と９
０°位相が異なる正弦波信号（ｃｏｓ波）を圧電体１４
Ｂに供給する。圧電体１４Ａ、１４Ｂの他端は接地され
ている。この圧電体１４Ａ、１４Ｂによって超音波モー
タ１０の圧電体１４が構成される。

【００３８】Ａ相増幅回路４２、Ｂ相増幅回路４４の回
路構成は図５に示すような構成となっている。Ａ相増幅
回路４２はトランス１００を備えており、トランス１０
０の１次側コイル１００Ａの中点には、電源線８４の分
岐された方の一端が接続されており、電源線８４の他端
は前述の電圧発生回路３８の出力端に接続されている。

【００３９】トランス１００の１次側コイル１００Ａの
一端はスイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ９０のド
レインに接続されており、他端はＭＯＳＦＥＴ９２のド
レインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ９０、９２のソ
ースは接地されている。また、トランス１００の２次側
コイル１００Ｂの両端は圧電体１４Ａに接続されてい
る。

【００４０】Ｂ相増幅回路４４はトランス１０２を備え
ており、トランス１０２の１次側コイル１０２Ａの中点
には電源線８４の分岐された方の他端が接続されてい
る。

【００４１】トランス１０２の１次側コイル１０２Ａの
一端はスイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ９４のド
レインに接続されており、他端はＭＯＳＦＥＴ９６のド
レインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ９４、９６のソ
ースは接地されている。また、トランス１０２の２次側
コイル１０２Ｂの両端は圧電体１４Ｂに接続されてい
る。

【００４２】ＭＯＳＦＥＴ９０、９２、９４、９６のゲ
ートは各々スイッチング制御回路３６に接続されてお
り、ＭＯＳＦＥＴ９０、９２、９４、９６の各々はスイ
ッチング制御回路３６から入力されるスイッチング信号
Ａ₁、Ａ₂、Ｂ₁、Ｂ₂に応じてオンオフされる。

【００４３】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。

【００４４】超音波モータ１０を駆動する場合、マイク
ロコンピュータ３２より駆動周波数信号が発振回路３４
へ出力される。発振回路３４はマイクロコンピュータ３
２より指定された駆動周波数で発振を開始する。

【００４５】図８に示す電圧発生回路３８では、定電圧
電源（図ではＶｃｃで表す）からトランス１２０の１次
側コイル１２０Ａに電圧が供給され、デューティー制御
回路１１４から所定のタイミングでＭＯＳＦＥＴ１１
０、１１２のゲートへスイッチング信号が入力されて、
トランス１２０の１次側コイル１２０Ａへの電流がオン
オフされる。そして、トランス１２０の２次側コイル１
２０Ｂへ交流電圧が誘起され、この交流電圧をダイオー
ド１２２、１２４で全波整流し、コイル１２６、コンデ
ンサ１２８で平滑化して直流電圧をＡ相増幅回路４２、
Ｂ相増幅回路４４へ供給する。

【００４６】スイッチング制御回路３６では、Ａ相増幅
回路４２、Ｂ相増幅回路４４のＭＯＳＦＥＴ９０、９
２、９４、９６をオンオフさせるスイッチング信号
Ａ₁、Ａ₂、Ｂ₁、Ｂ₂を出力する。

【００４７】このスイッチング信号は、図６に示すよう
に、ＭＯＳＦＥＴ９０、９２、９４、９６のいずれか１
つを所定のデューティー比でオンオフさせ、かつそれ以
外のＭＯＳＦＥＴをオフ状態にすると共に、オンオフさ
せるＭＯＳＦＥＴを、駆動開始時の駆動信号の周波数ｆ
s の周期の１／４の周期毎に、ＭＯＳＦＥＴ９０、９
４、９２、９６の順に切り替える信号である。これによ
り、トランス１００、１０２の２次側コイル１００Ｂ、
１０２Ｂには各々周波数が駆動開始時の周波数ｆs で、
かつ位相が９０°異なる交流の駆動信号が誘起される。

【００４８】この駆動信号が圧電体１４Ａ、１４Ｂに供
給されることにより、超音波モータ１０の弾性体１２に
進行波が励起され、駆動軸１６およびロータ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
て電気信号に変換され、フィードバック信号としてバン
ドパスフィルタ４０の検波回路５０に入力される。

【００４９】検波回路５０は、入力されたフィードバッ
ク信号に含まれる超音波モータ１０の駆動周波数信号
と、可聴音信号を検波して、フィルタ５２へ出力する。

【００５０】フィルタ５２では、超音波モータ１０の駆
動周波数の信号を減衰させるとともに、可聴音信号を増
幅して、ピークホールド回路５４へ出力する。

【００５１】ピークホールド回路５４では、増幅された
可聴音信号の最大値を保持して、マイクロコンピュータ
３２へ出力する。

【００５２】マイクロコンピュータ３２では、検出され
た可聴音信号に基づき、可聴音が発生することなく円滑
に超音波モータ１０が回転するように、超音波モータ１
０の回転数を制御する。

【００５３】バンドパスフィルタ４０の特性を図７に示
す。図７に示す如く、バンドパスフィルタ４０にフィル
タ５２を追加しない構成の場合には、可聴音信号と、超
音波モータ１０の駆動周波数の信号のゲインはほぼ同じ
である。これに対し、本形態のように、バンドパスフィ
ルタ４０にフィルタ５２を追加した場合には、可聴音域
の信号が増幅されて、超音波モータ１０の駆動周波数の
信号が減衰される。このため、外乱によって超音波モー
タの駆動周波数の信号が大きくなった場合でも可聴音信
号が増幅されているので、可聴音信号を検出することが
できる。

【００５４】また、超音波モータ１０に取り付けられた
回転センサ４６からは、ロータ１８の回転速度に応じた
回転パルス信号がマイクロコンピュータ３２に入力され
る。

【００５５】マイクロコンピュータ３２では、前記フィ
ードバック信号、回転パルス信号をモニタしながら、駆
動信号の周波数が超音波モータ１０の最適駆動周波数に
徐々に近づいて一致し、さらに最適駆動周波数を追従す
るように、オンオフさせるＭＯＳＦＥＴ９０、９２、９
４、９６を切り替えるタイミングを変更して駆動信号の
周波数を制御する。

【００５６】上記のように、バンドパスフィルタ４０の
フィルタ５２によって、フィードバック信号に含まれる
可聴音信号を増幅するとともに超音波モータ１０の駆動
周波数信号を減衰することで、外乱により超音波モータ
１０の駆動周波数信号が大きくなった場合でも可聴音信
号を検出することができる。このため、検出した可聴音
信号に基づいて超音波モータ１０の回転数を制御するこ
とで超音波モータ１０から発生する異音を防ぐことがで
き、円滑に超音波モータ１０を駆動することができる。

【００５７】なお、本実施の形態では、可聴音信号を増
幅するとともに、超音波モータ１０の駆動周波数信号を
減衰するとしているが、これに限らず、超音波モータ１
０の駆動周波数信号はそのままにして、可聴音信号だけ
を増幅するようにしてもよいし、可聴音信号をそのまま
にして、超音波モータ１０の駆動周波数信号だけを減衰
するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るバンドパスフィルタの構成を示す
ブロック図である。

【図２】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３】超音波モータと超音波モータの駆動回路の概略
構成を示すブロック図である。

【図４】従来におけるバンドパスフィルタの構成を示す
ブロック図である。

【図５】超音波モータの駆動回路における駆動信号発生
回路を示す回路図である。

【図６】スイッチング制御回路から出力されるスイッチ
ング信号と、駆動信号発生回路のトランスで誘起される
信号との関係を示す線図である。

【図７】本発明に係るバンドパスフィルタにおける周波
数とゲインとの関係を示す線図である。

【図８】超音波モータの駆動回路における電圧発生回路
を示す回路図である。

【符号の説明】

１０超音波モータ３０駆動回路３２マイクロコンピュータ３４発振回路３６スイッチング制御回路３８電圧発生回路４０バンドパスフィルタ４２Ａ相増幅回路４４Ｂ相増幅回路５０検波回路５２フィルタ５４ピークホールド回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波モータの弾性体に設けられた圧電
素子から出力される前記超音波モータの駆動周波数信号
と、前記超音波モータから異音が発生する際に発生する
可聴音信号と、を含むフィードバック信号から前記可聴
音信号を抽出して、この可聴音信号が減衰するように前
記超音波モータの駆動周波数を調整する超音波モータの
駆動回路において、前記超音波モータの駆動周波数信号の振幅レベルと、前
記可聴音信号の振幅レベルと、に振幅レベル差を設けた
フィルタを有する超音波モータの駆動回路。
【請求項２】前記フィルタが、前記可聴音信号を通過
させ、前記超音波モータの駆動周波数信号を非通過にす
るフィルタであることを特徴とする請求項１記載の超音
波モータの駆動回路。