JPS62166787A - Driving circuit for ultrasonic motor - Google Patents

Driving circuit for ultrasonic motor

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JPS62166787A
JPS62166787A JP61008626A JP862686A JPS62166787A JP S62166787 A JPS62166787 A JP S62166787A JP 61008626 A JP61008626 A JP 61008626A JP 862686 A JP862686 A JP 862686A JP S62166787 A JPS62166787 A JP S62166787A
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信行 鈴木
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雅夫 清水
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    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/14Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/142Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. speed, torque, starting, stopping, reversing

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To drive a motor to a resonance state with a simple constitution by determining the frequency of a driving frequency voltage so that the phase differnece relationship between an output signal from the monitoring electrode and the driving frequency voltage will always be a phase relationship indicating a resonance state. CONSTITUTION:The output power of VCO5 is given to driving electrodes 1-1, 1-2 through a phase shifter 6, output circuits 7, 8 and coils 10, 11. The output power of electrodes 1-3 for detecting a resonance state of stator is given to the phase-comparison circuit 12 through the level comparator 2 and the output power of said circuit is supplied to VCO5 through a low-pass filter 4. The comparator 2, phase-comparison circuit 16, low-pass filter 4 and VCO5 constitute PLL by which the frequency of a driving frequency voltage is determined so that the phase difference relationship between an output signal from electrodes 1-3 and the driving frequency voltage will always be a phase relationship indicating a resonance state.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、電歪素子、磁歪素子等の電気−機械エネルギ
ー変換素子を用い進行性振動波を発生させ、該振動波に
てローターを駆動する超音波モータの駆動回路、特に制
御回路をデジタル的に構成した超音波モータ駆動回路に
関するものである。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention generates progressive vibration waves using an electro-mechanical energy conversion element such as an electrostrictive element or a magnetostrictive element, and drives a rotor with the vibration waves. The present invention relates to a drive circuit for an ultrasonic motor, particularly an ultrasonic motor drive circuit in which a control circuit is digitally configured.

〈従来技術〉 従来、超音波モータを駆動する回路としては、該モータ
がそれぞれ自身の共振周波数の信号を印加された時のみ
しか効率よく回転しないという性質上、種々のものが提
案されている。例えば、1、数種の発振周波数を有する
発振器を用い、その各々の周波数を超音波モータ(以下
SSMと称す。)に印加し、その時の回転数を検出して
、最も大きな回転数を与えた周波数を選択し固定するも
の。
<Prior Art> Conventionally, various types of circuits have been proposed for driving ultrasonic motors because the motors rotate efficiently only when a signal of their own resonant frequency is applied. For example, an oscillator with several different oscillation frequencies is used, each frequency is applied to an ultrasonic motor (hereinafter referred to as SSM), the rotational speed at that time is detected, and the highest rotational speed is given. Something that selects and fixes the frequency.

あるいは、数種の発振周波数を与える代りに周波数を連
続スウイーブしなからSSMの回転数を検出して回転数
がピークに達した周波数で止め、固定するもの。
Alternatively, instead of providing several oscillation frequencies, the frequency is continuously swept, the SSM's rotational speed is detected, and the rotational speed is stopped and fixed at the frequency at which it reaches its peak.

2、SSMにSSMの駆動状態を検出するための検出端
子を設け、該端子からの信号を帰還する帰還方式を採用
し、該方式に於いてあらかじめ知られているSSMの共
振周波数を中心としたQの高いフィルタを帰還回路のル
ープ内に挿入し、共振周波数でのループゲインを上げる
ことにより帰還作用でSSMの共振周波数が発振し、そ
の発振した信号でSSMを駆動するもの。
2. A detection terminal is provided in the SSM to detect the driving state of the SSM, and a feedback method is adopted in which the signal from the terminal is fed back. By inserting a high Q filter into the loop of the feedback circuit and increasing the loop gain at the resonant frequency, the resonant frequency of the SSM oscillates due to the feedback effect, and the oscillated signal drives the SSM.

あるいは、共振周波数付近でのループゲインを上げる代
りに、SSM起動開始時に、共振周波数付近の周波数で
SSMを強制的に駆動し、その駆動によって生ずる検出
端子からの信号を帰還することによって、上記の共振周
波数付近の周波数を正確に共振周波数に合わせ、その周
波数の信号でSSMを駆動するもの。
Alternatively, instead of increasing the loop gain near the resonant frequency, the above method can be achieved by forcibly driving the SSM at a frequency near the resonant frequency when starting the SSM, and feeding back the signal from the detection terminal generated by this driving. A device that accurately matches the frequency near the resonance frequency and drives the SSM with a signal at that frequency.

等があげられる。しかしながら上述従来装置にあっては
それぞれ以下のような欠点を有していた。
etc. can be mentioned. However, each of the above-mentioned conventional devices has the following drawbacks.

上記lの型式の装置、即ち駆動周波数を選択あるいはス
ウイーブするものに於いては、周波数選択またはスウイ
ーブする回路が必要な上、SSMの回転数を検出するた
めの装置をも必要とし、その構成が複雑となる。また、
SSMの共振周波数はSSMに加わる負荷、あるいは環
境条件によって変化するため、常に効率よい回転を得る
ためには駆動周波数の選択あるいはスウイーブを短期間
繰り返し、連続的に駆動周波数を設定し直す必要がある
In the device of type 1 above, that is, one that selects or sweeps the drive frequency, not only a frequency selection or sweeping circuit is required, but also a device for detecting the rotational speed of the SSM, and its configuration is It becomes complicated. Also,
The resonant frequency of the SSM changes depending on the load applied to the SSM or environmental conditions, so in order to always obtain efficient rotation, it is necessary to repeatedly select or sweep the drive frequency for a short period of time and continuously reset the drive frequency. .

又、上記2の帰還型、即ちSSMの検出端子の信号を利
用するものにあっては、lに述べたSSMに加わる負荷
あるいは環境条件の変化に追従した周波数を得られるが
Qの高いフィルタあるいは起動開始時のみ強制的にSS
Mを駆動する発振回路が必要となり、その両者共に構成
が複雑であり、回路の消費電流増の原因にもなる。
In addition, in the case of the feedback type mentioned in 2 above, that is, the one that uses the signal from the detection terminal of the SSM, it is possible to obtain a frequency that follows the load applied to the SSM or changes in environmental conditions as described in 1. Force SS only at the start of startup
An oscillation circuit for driving M is required, and both have complicated configurations, which also causes an increase in the current consumption of the circuit.

く目的〉 本発明の目的とする処はSSMの駆動状態を検知するた
めのモニター用電極を設け、該電極からのモニター信号
とSSMを駆動するために印加される駆動用の周波電圧
との位相差を検知して上記位相差が常に共振状態時の位
相差となる様前記周波電圧の周波数を決定することにて
、極めて簡単な構成にて常にSSMを共振周波数にて駆
動し、上述の問題を解決したSSMの駆動回路を提供せ
んとするものである。
Objective of the present invention is to provide a monitoring electrode for detecting the driving state of the SSM, and to determine the level between the monitoring signal from the electrode and the driving frequency voltage applied to drive the SSM. By detecting the phase difference and determining the frequency of the frequency voltage so that the phase difference always becomes the phase difference in the resonant state, the SSM is always driven at the resonant frequency with an extremely simple configuration, and the above problem can be solved. The present invention aims to provide an SSM drive circuit that solves the problem.

上記目的を達成する構成として本発明にあっては、上記
モニター信号と駆動用周波電圧の位相差を検知動作を正
確になすために位相差検知を信号エッヂ比較型のデジタ
ル処理回路にて行なわせんとすると共に、このために各
モニター信号及び駆動用周波電圧をパルスに整形処理し
た上、上記処理回路に入力する様なしたものである。
In order to accurately detect the phase difference between the monitor signal and the driving frequency voltage, the present invention has a structure for achieving the above object, in which a signal edge comparison type digital processing circuit is used to detect the phase difference. For this purpose, each monitor signal and driving frequency voltage are shaped into pulses and then input to the processing circuit.

〈実施例〉 第1図は本発明に係る超音波モーターの固定子の電極の
形状を示した構成図である。図中1はリング型状をした
固定子で該固定子にはその表面に分極処理された電歪素
子が配されている。又1−1.1−2は駆動波形を加え
る駆動電極であり、互いに90゜位相の異なる駆動波形
が印加される。1−3は固定子の共振状態を検出するた
めの電極であり、また1−4は共通電極で電極1−1.
1−2.1−3の各電極に対向する電極に接続されてい
る。尚、該固定子自体の構成は公知であるため、その詳
細な説明は省略するが、上記電極に90″ 位相の異な
る駆動波形(周波電圧)が印加されることにて固定子の
表面に進行性の振動波を発生するものである。第2図は
第1図示の超音波モータの固定子の電極1−1.1−2
への駆動波形と共振状態の検出電極1−3の出力波形と
の位相関係を示す波形図である。第2図(a)の電極1
−1.1−2の駆動波形はSSMを正転させる場合の波
形を示しており、第2図(b)の電極l−1,1−2の
駆動波形はSSMを逆転させる場合の波形を示している
。又、正及び逆転時における共振状態では図の如く電極
1−3からの出力がそれぞれ電極1−1の波形から90
°ずれた位相関係の波形が出力される様上記電極1−3
の位置が設定されている。尚該実施例では上記の如く電
極1−11と電極1−3の波形が90°ずれているので
、電極1−3の位置も電極1−1に対して90°ずれた
位置に配されている。
<Example> FIG. 1 is a configuration diagram showing the shape of the electrodes of the stator of the ultrasonic motor according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a ring-shaped stator, and an electrostrictive element which is polarized is arranged on the surface of the stator. Further, reference numeral 1-1.1-2 is a drive electrode to which drive waveforms are applied, and drive waveforms having a phase difference of 90° are applied. 1-3 is an electrode for detecting the resonance state of the stator, and 1-4 is a common electrode.
1-2. It is connected to the electrode opposite to each electrode of 1-3. Since the structure of the stator itself is well known, a detailed explanation thereof will be omitted, but driving waveforms (frequency voltages) having a phase difference of 90" are applied to the electrodes, so that they propagate on the surface of the stator. Figure 2 shows electrodes 1-1, 1-2 of the stator of the ultrasonic motor shown in Figure 1.
FIG. 3 is a waveform diagram showing the phase relationship between the drive waveform for the detection electrode 1 - 3 and the output waveform of the detection electrode 1 - 3 in a resonant state. Electrode 1 in Figure 2(a)
The driving waveform of -1.1-2 shows the waveform when rotating the SSM in the normal direction, and the driving waveform of the electrodes l-1 and 1-2 in Fig. 2(b) shows the waveform when rotating the SSM in the reverse direction. It shows. In addition, in the resonant state during forward and reverse rotation, the output from electrode 1-3 is 90% from the waveform of electrode 1-1 as shown in the figure.
The above electrodes 1-3 so that waveforms with a phase relationship shifted by ° are output.
The position of is set. In this embodiment, since the waveforms of electrode 1-11 and electrode 1-3 are shifted by 90 degrees as described above, the position of electrode 1-3 is also arranged at a position shifted by 90 degrees with respect to electrode 1-1. There is.

第3図は本発明に係るSSMの駆動回路の一実施例を示
す回路図である。図中1は第1図示の固定子を示し、1
−1〜1−4は第1図にて述べた各電極を示している。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of the SSM drive circuit according to the present invention. In the figure, 1 indicates the stator shown in the first diagram, and 1
-1 to 1-4 indicate each electrode described in FIG.

2は十入力端を前記検出電極1−3に接続すると共に一
入力端に基準電圧VA  が入力されるレベルコバレー
タ−である。
Reference numeral 2 designates a level covertator having one input terminal connected to the detection electrode 1-3 and one input terminal receiving the reference voltage VA.

12はその一方の入力端を前記コンパレーター2の出力
と接続すると共に他方の入力を後述のエクスクルシブオ
アゲート(以下ex−orと称す)14の出力と接続す
るフェイズコンパレーター(位相比較回路)である。該
フェイズコンパレーター12は例えばUSP42912
74号 等にて周知であり、その詳細な説明は省略する
が入力信号の位相差を検知して位相差が存在する場合の
み出力を発生するものである。
12 is a phase comparator (phase comparison circuit) having one input terminal connected to the output of the comparator 2 and the other input connected to the output of an exclusive-or gate (hereinafter referred to as "ex-or") 14, which will be described later. It is. The phase comparator 12 is, for example, USP42912.
No. 74, etc., and although a detailed explanation thereof will be omitted, it detects a phase difference between input signals and generates an output only when a phase difference exists.

該コンパレーター12のブロック構成及び入力出力特性
は第4図及び第5図に示す通りであり、入力端Rへの入
力パルス(立上り信号)が入力端Sへの立上り信号より
先に入力された場合には立上り信号差の期間のみ出力は
Vcc (ハイレベル信号以下Hと称す。)となり、上
記入力端Sへの立上り信号の入力にて出力はオーブン状
態(高インピーダンス状態)となる。
The block configuration and input/output characteristics of the comparator 12 are as shown in FIGS. 4 and 5, and the input pulse (rising signal) to the input terminal R is inputted before the rising signal to the input terminal S. In this case, the output becomes Vcc (high level signal is referred to as H below) only during the period of the rising signal difference, and when the rising signal is input to the input terminal S, the output becomes an oven state (high impedance state).

又入力端Sへの入力パルス(立上り信号)が入力端Rへ
の立上り信号より先に入力された場合には立上り信号期
間出力はグランドレベル(ロウレベル以下りと称す)と
なる。
Further, when the input pulse (rising signal) to the input terminal S is inputted earlier than the rising signal to the input terminal R, the output during the rising signal period becomes the ground level (referred to as lower than the low level).

又、出力がH又はLを示す場合以外はオープン状態とな
るものである。よって、位相差がゼロの時には出力はオ
ーブン状態のまま保持される。
Further, the circuit is in an open state except when the output indicates H or L. Therefore, when the phase difference is zero, the output remains in the oven state.

4はローパスフィルターでコンパレーター12の出力を
平置化している。デユティ比50%の信号を入力電圧に
応じた周波数で出力する電圧制御発振器(VCO)でそ
の入力はローバフイルター4の出力につながれている。
4 is a low-pass filter that flattens the output of the comparator 12. This is a voltage controlled oscillator (VCO) that outputs a signal with a duty ratio of 50% at a frequency corresponding to the input voltage, and its input is connected to the output of the low bar filter 4.

6は、位相シフターで6−1はVCO5の出力につなが
れており、vCO出力の1/2の周波数の信号が00 
 と90°の位相関係ので2系列作られ、それぞれ出力
端6−2.6−3から出力される。7は出力回路でその
入力はシフター6の出力端6−2に接続され、その出力
はコイルlOを経て1−1の駆動電極に接続されている
6 is a phase shifter, 6-1 is connected to the output of VCO5, and the signal with a frequency of 1/2 of the vCO output is 00
With a phase relationship of 90 degrees, two series are created and outputted from the output terminals 6-2 and 6-3, respectively. 7 is an output circuit whose input is connected to the output end 6-2 of the shifter 6, and whose output is connected to the drive electrode 1-1 via the coil IO.

9はex−orでその入力はシフター6の出力端6−3
及び回転方向を制御端子に接続されておりその出力は出
力回路8を経てコイル11に接続され、さらにコイルか
ら1−2の駆動電極に接続されている。
9 is ex-or and its input is the output terminal 6-3 of shifter 6
and the direction of rotation are connected to a control terminal, and its output is connected to a coil 11 via an output circuit 8, which is further connected to drive electrodes 1-2.

尚上記コイル1041は電極1−1.1−2と共に電気
的共振回路を構成している。又、上記出力回路7.8に
おける入力と出力間の位相関係は同位相となる様構成さ
れている。
Incidentally, the coil 1041 constitutes an electrical resonant circuit together with the electrodes 1-1, 1-2. Further, the phase relationship between the input and output of the output circuit 7.8 is configured to be in the same phase.

16はコンパレーターでその十入力に電極1−2、又−
人力に基準電圧VA  が接続されている。14はex
−orで、コンパレーター16の出力とインバータ15
の出力を入力とし、その出力はフェイズコンパレーター
のS入力端12につながれている。また15のインバー
タの入力は回転方向制御端子に接続されている。
16 is a comparator with electrodes 1-2 and -
A reference voltage VA is connected to the human power. 14 is ex
-or, output of comparator 16 and inverter 15
The output of the phase comparator is connected to the S input terminal 12 of the phase comparator. Further, the input of the 15 inverters is connected to the rotation direction control terminal.

上記構成中のコンパレーター2.16は電極波形をロジ
ックレベルの電圧に低下させるための機構を有すると共
にフェイズコンパレーター12、ローパスフィルター4
、VCO5にてフェーズロックドループ(以下PLLと
称す。)を構成しており、ループ利得の大なる間ループ
を形虚し角・帰還作用にて入力位相差が零になる様作動
する。
The comparator 2.16 in the above configuration has a mechanism for reducing the electrode waveform to a logic level voltage, and also includes a phase comparator 12 and a low-pass filter 4.
, and the VCO 5 constitute a phase-locked loop (hereinafter referred to as PLL), and while the loop gain is large, the loop operates so that the input phase difference becomes zero due to the shape collapse angle and feedback action.

該第3図実施例の動作について説明する。電波を投入す
ると、各部に電圧が印加される。初期状態ではフェイズ
コンパレーター12のR及びS入力共に入力が存在しな
いので、この状態ではコンパレーター12は出力をオー
プン状態としている。このためローパスフィルター4へ
の入力が伝わらないため、フィルター4の出力はグラン
ドレベルとなっており、VCO5への入力電圧はゼロと
なる。該VCO5は入力電圧がゼロの時下限の共振周波
数「0°で発進する様構成されており、VCOはこれに
て前述の如(デユティ50%のパルスを周波数fO’で
送出する。
The operation of the embodiment shown in FIG. 3 will be explained. When radio waves are applied, voltage is applied to each part. In the initial state, there is no input to both the R and S inputs of the phase comparator 12, so in this state, the output of the comparator 12 is in an open state. Therefore, the input to the low-pass filter 4 is not transmitted, so the output of the filter 4 is at ground level, and the input voltage to the VCO 5 is zero. The VCO 5 is configured to start at a lower limit resonance frequency of 0° when the input voltage is zero, and the VCO then sends out a pulse with a duty of 50% at the frequency fO' as described above.

該VCO5の出力パルスは位相シフター6にて位相差が
90°のパルスを出力端6−2.6−3からそれぞれ送
出する。尚出力端6−2.6−3からの出力パルスの周
波数はvCoの出力パルスの周波数の半分の周波数とな
る。該シフター6の出力端6−2からのパルスは出力回
路7、コイル10を介して駆動電極1−1に印加される
。コイルIOのインダクタンス電極1−1.1−4間の
キャパシタンスと抵抗にて直列共振を起すため上記シフ
ターの出力が方形波(パルス)であっても電極1−1に
おける駆動波形は第2図の如く正弦波となる。今、正転
モード力く選択されているものとするとex−or9の
一方の入力にはLが入力されているため、出力回路8へ
の人力パルスは位相が90°進んだ/々ルスが印加され
、コイル11.電極1−2.1−4の作用に第2図(a
)の如(電極1−1の駆動波形に対し90°位相の進ん
でいる正弦波が電極1−2に印加される。これOこで電
極1−.1.1−2には互いに90°位相の異なる正弦
波が印加されることとなり固定子lの表面1こ(ま進行
性振動波が発生し、固定子の表面と摩擦/接触している
ローターが該振動波にて回動、35M力(作動する。
The output pulses of the VCO 5 are passed through a phase shifter 6, and pulses having a phase difference of 90° are sent out from output terminals 6-2 and 6-3, respectively. Note that the frequency of the output pulse from the output terminal 6-2, 6-3 is half the frequency of the output pulse of vCo. A pulse from the output end 6-2 of the shifter 6 is applied to the drive electrode 1-1 via the output circuit 7 and the coil 10. Since series resonance is caused by the capacitance and resistance between the inductance electrodes 1-1 and 1-4 of the coil IO, even if the output of the shifter is a square wave (pulse), the drive waveform at the electrode 1-1 is as shown in Figure 2. It becomes a sine wave. Now, assuming that the forward rotation mode is strongly selected, L is input to one input of ex-or9, so the human power pulse to the output circuit 8 is applied with a phase lead of 90 degrees. and the coil 11. Figure 2 (a) shows the action of electrode 1-2.1-4.
), a sine wave whose phase is 90 degrees ahead of the drive waveform of electrode 1-1 is applied to electrode 1-2. As sine waves with different phases are applied, a progressive vibration wave is generated on the surface of the stator l, and the rotor, which is in friction/contact with the stator surface, rotates due to the vibration wave, 35M force (operating)

この様にして固定子lの表面に振動波が発生すると、電
極1−3からは振動状態を表わす出力波形(正弦波)が
発生し、これがコンパレーター2に印加され基準レベル
VA  にてロジックレベルの電圧にリミットされコン
パレーター12の一方の入力端Ri二上記電極1−3に
発生した正弦波の周波数と位相を有するパルスとして印
加される。
When a vibration wave is generated on the surface of the stator l in this way, an output waveform (sine wave) representing the vibration state is generated from the electrodes 1-3, which is applied to the comparator 2 and is set to the logic level at the reference level VA. It is applied to one input terminal Ri of the comparator 12 as a pulse having the frequency and phase of a sine wave generated at the electrodes 1-3.

又、一方電極1−2の駆動波形もコンパレーター16に
印加され同様にロジックレベルの電圧にリミットされe
x−or14の一方の入力端に印加される。
Further, the drive waveform of one electrode 1-2 is also applied to the comparator 16 and similarly limited to the logic level voltage.
It is applied to one input end of x-or14.

正転モードではインバーター15の出力はHとなってい
るのいで上記ex−or14はコンパレータ16の出力
に対するインバーターとして作用し上記コンパ17− 
夕16の反転信号がコンパレーター12の入力端Sに印
加される。このため、上記コンパレーター12のR入力
端への入力信号は電極1−3の出力波形の位相を有する
パルスであると共にコンパレーター12のS入力端への
入力信号は電極1−2の駆動波形に対して180°づれ
た位相を有するパルスとなる。
In the normal rotation mode, the output of the inverter 15 is H, so the ex-or 14 acts as an inverter for the output of the comparator 16, and the output of the comparator 17-
The inverted signal of the signal 16 is applied to the input S of the comparator 12. Therefore, the input signal to the R input terminal of the comparator 12 is a pulse having the phase of the output waveform of the electrodes 1-3, and the input signal to the S input terminal of the comparator 12 has the drive waveform of the electrodes 1-2. The pulse has a phase shifted by 180° with respect to

即ち、コンパレーター16の出力は第6図(b)に示す
如く、電極1−2の駆動波形と同一の周波数及び位相を
有するパルスであり、これがex−or14にて反転さ
れ第6図(C)に示すパルスがコンパレーター12のS
入力に伝わる。
That is, the output of the comparator 16 is a pulse having the same frequency and phase as the drive waveform of the electrode 1-2, as shown in FIG. ) is the pulse S of comparator 12.
transmitted to the input.

一方コンパレーター12のR入力には電極1−3の出力
波形と同一の周波数及び位相関係のパルスが印加される
。該コンパレーター12のR入力に印加されるパルスが
例えば第6図(d)の実線で示す波形であった場合には
コンパレーター12のS、 Rへの入力波形が同一であ
るため、コンパレーター12の出力はオープン状態のま
まの状態を示し電極1−1.1−2への駆動波形はその
ままの状態に保持される。
On the other hand, a pulse having the same frequency and phase relationship as the output waveform of the electrodes 1-3 is applied to the R input of the comparator 12. If the pulse applied to the R input of the comparator 12 has the waveform shown by the solid line in FIG. 6(d), the input waveforms to the S and R of the comparator 12 are the same, The output of electrode 12 remains open, and the drive waveform to electrode 1-1.1-2 is maintained as it is.

第6図(d)に示した実線の波形はex−○r14と同
一波形(第6図(C))であり、該ex−or14の出
力波形はコンパレーター16の波形(第6図(b))に
対して180°づれた波形であり、かつコンパレーター
16の上記波形1−2の駆動波形と同一の周波数及び位
相関係のパルスであるため、結局、第6図(d)の実線
波形は電極1−1に対して90°位相のづれた第2図(
a)における電極1−3の出力波形に対するパルス波形
となる。
The solid line waveform shown in FIG. 6(d) is the same waveform as the ex-○r14 (FIG. 6(C)), and the output waveform of the ex-or14 is the waveform of the comparator 16 (FIG. 6(b) )), and is a pulse with the same frequency and phase relationship as the drive waveform of waveform 1-2 of the comparator 16, so in the end, the solid line waveform of FIG. 6(d) is out of phase by 90° with respect to electrode 1-1 in Figure 2 (
This is a pulse waveform corresponding to the output waveform of electrode 1-3 in a).

上述の如(電極1−3からはSSMが最も強い共振状態
を示した際に電極1.−1の波形にして90° づれた
出力波形(第2図(a)の1−3の波形)を示す様設定
されているため、上記の場合はSSMが共振駆動されて
いることを示し、この際にはその時の駆動周波数でSS
Mが駆動されることとなる。
As mentioned above (from electrode 1-3, when the SSM shows the strongest resonance state, the output waveform is shifted by 90 degrees from the waveform of electrode 1.-1 (waveform 1-3 in Figure 2 (a)) Therefore, the above case indicates that the SSM is driven by resonance, and in this case, the SS
M will be driven.

又、電極1−3の出力波形が第2図(a)の状態から電
極1−1の波形との関係で位相差が90°よりも大とな
っている場合にはコンパレーター2の出力は第6図(d
)の点線で示した波形となる。よって、この場合にはコ
ンパレーター12の出力は第6図(e)の如くその人力
R,Sへ入力パルスの立上り信号の位相差分ハイとなる
ため結局電極1−1の駆動波形に対する電極1−3の出
力波形との位相差が90° より大となる程上記コンパ
レーター12の出力がハイとなる時間(デユーティ)が
大となる。
In addition, if the output waveform of electrode 1-3 has a phase difference of more than 90° in relation to the waveform of electrode 1-1 from the state shown in FIG. 2(a), the output of comparator 2 will be Figure 6 (d
) is the waveform shown by the dotted line. Therefore, in this case, the output of the comparator 12 becomes high by the phase difference of the rising signal of the input pulse to the human power R and S as shown in FIG. As the phase difference with the output waveform of No. 3 becomes greater than 90°, the time (duty) during which the output of the comparator 12 is high becomes longer.

該コンパレーター12の出力はロウパスフィルター4を
介してvCOに入力しており、該vCOは入力電圧が大
の程周波数の高いデユーティ50%のパルスを発生する
ため、上述の場合にはシフター6から電極1−1.1−
2に印加される駆動周波数は高くなる。SSMの電極1
−1.1−3の波形との位相差と駆動周波数との関係は
第7図に示す通りであり、駆動周波数が高くなる程電極
1−1.1−3間の位相差が減少する特性を示すため、
上記の動作にて負帰還がかかりコバレータ−12の入力
端S、Rへの入力波形が第6図の(c)と(d)の実線
との関係となる様制御される。
The output of the comparator 12 is input to vCO via the low-pass filter 4, and since the vCO generates a pulse with a duty of 50% and a higher frequency as the input voltage increases, in the above case, the shifter 6 From electrode 1-1.1-
The driving frequency applied to 2 becomes higher. SSM electrode 1
The relationship between the phase difference with the waveform of -1.1-3 and the drive frequency is as shown in Figure 7, and the higher the drive frequency, the smaller the phase difference between electrodes 1-1.1-3. In order to show that
Negative feedback is applied by the above operation, and the input waveforms to the input terminals S and R of the coverlet 12 are controlled so as to have the relationship with the solid lines in FIG. 6(c) and (d).

よって、この場合にも電極1−1と1−3の波形関係が
第2図(a)の関係、即ち電極1−1の波形に対して電
極1−3の出力波形が90°づれた共振状態となる様駆
動周波数が調定される。
Therefore, in this case as well, the waveform relationship between electrodes 1-1 and 1-3 is the relationship shown in FIG. The driving frequency is adjusted so that the condition is achieved.

又、電極1−1の波形に対する電極1−3の出力波形の
関係が90°よりも少なくなった場合にはコンパレータ
ー2の出力はex−or14の出力(第6図(C)に対
して第6図(d)の2−1の関係となる。
In addition, when the relationship between the output waveform of electrode 1-3 and the waveform of electrode 1-1 becomes less than 90 degrees, the output of comparator 2 becomes The relationship 2-1 in FIG. 6(d) is established.

よってこの場合には第6図(e)の点線の如(上記波形
第6図(c) (d)の立上り信号の位相針だけしの信
号が送出される。ローパスフィルター4は上記りの信号
に応答してその出力を低減させるため、この場合はvC
Oへの入力電圧が低下しvCOの出力周波数も減少する
。よって、この場合には電極1−1と1−3の波形間の
位相差が90°方向へ増大する方向の周波数が選ばれ電
極1−1の波形に対して電極1−3の出力波形が90°
づれた共振状態となる様に駆動周波数が調定される。
Therefore, in this case, a signal like the dotted line in FIG. 6(e) (the waveforms shown in FIGS. 6(c) and 6(d)), which shows only the phase needle of the rising signal, is sent out.The low-pass filter 4 receives the above signal. In this case, vC
The input voltage to O is reduced and the output frequency of vCO is also reduced. Therefore, in this case, a frequency is selected in which the phase difference between the waveforms of electrodes 1-1 and 1-3 increases in the 90° direction, and the output waveform of electrode 1-3 is changed relative to the waveform of electrode 1-1. 90°
The driving frequency is adjusted so as to achieve a shifted resonance state.

以上の通り、第3図実施例にあっては、フェイズコンパ
レーターにてコンパレーター2の出力(電極1−3の出
力)とex−or14の出力(電極1−2の駆動波形に
対する180°位相づれた波形)との位相差がゼロとな
る様との駆動周波数が調定されるので、共振状態が変化
しても電極1−1と1−3の波形が90°づれた関係を
示す駆動周波数、即ち畢も強い共振周波数は追従し常に
共振状態で駆動される。又、逆転モードの場合はインバ
ーター15の出力がLとなるためコンパレーター12の
S入力端にはコンパレーター16の出力がそのまま入力
されることとなり、この場合は第2図(b)に示した電
極1−1と1−3の波形の位相関係となる周波数が常に
選ばれることとなる。
As mentioned above, in the embodiment shown in FIG. Since the driving frequency is adjusted so that the phase difference between the two waveforms is zero, even if the resonance state changes, the driving frequency is such that the waveforms of electrodes 1-1 and 1-3 are shifted by 90 degrees. The frequency, that is, the very strong resonant frequency follows and is always driven in a resonant state. In addition, in the case of reverse mode, the output of the inverter 15 becomes L, so the output of the comparator 16 is directly input to the S input terminal of the comparator 12, and in this case, the A frequency that provides a phase relationship between the waveforms of electrodes 1-1 and 1-3 is always selected.

第8図は第3図示のフェイズコンパレーター12、ロー
パスフィルター4、vCO5、位相シフター6、出力回
路7.8の詳細を示す回路図である。図中のフエーイズ
コンパレーター12におては12−1.12−2.12
−13.12−14.12−15.12−16はインバ
ーター12−3.12−8はアンドゲート、12−4゜
12−5.12−6.12−7はオアゲート、12−9
.12−12はノアゲート、12−10.12−11は
ナントゲート12−17はPチャンネルMO3FET、
12−18はNチャンネル間O8FETである。
FIG. 8 is a circuit diagram showing details of the phase comparator 12, low-pass filter 4, vCO 5, phase shifter 6, and output circuit 7.8 shown in FIG. In the phase comparator 12 in the figure, 12-1.12-2.12
-13.12-14.12-15.12-16 is inverter 12-3.12-8 is AND gate, 12-4゜12-5.12-6.12-7 is OR gate, 12-9
.. 12-12 is a Noah gate, 12-10 is a Nant gate, 12-17 is a P-channel MO3FET,
12-18 is an N-channel O8FET.

該コンパレータ−12自体公知であるので、その詳細な
説明は省略するか、その入出力特性は上述の第5図にて
述べた通りであり入力パルスの立上り信号の位相差を検
知してハイ、ロウ、オープン状態を示すものである。
Since the comparator 12 itself is well known, a detailed explanation thereof will be omitted, and its input/output characteristics are as described in FIG. 5 above. This indicates a low or open state.

ローパスフィルター4は抵抗4−1と4−2及びコンデ
ンサー4−3で構成され、抵抗4−1はローパスフィル
ター4の入出力間に、又抵抗4−2とコンデンサー4−
3は出力とグランド(GND)間に直列に接続されてい
る。vCO5において、5−1はオペアンプ、5−2.
5−6.5−7.5−8.5−9はNPN型トランジス
タ、5−3.5−4.5−5はPNP型トランジスタ、
5−10.5−16は抵抗、5−11はコンデンサ、5
−14.5−15はナントゲート5−17は定電流源を
それぞれ示している。vCO5の入力はオペアンプ5−
1の0人力であり、該アンプ5−1のO入力はトランジ
スター5−2のエミッタと抵抗5−10の一方に接続さ
れ、又該抵抗5−10の他方はGNPに接続されている
。上記オペアンプ15−1、トランジスター5−2抵抗
5−1Oにて電圧電流変換回路を構成しアンプ5−1に
入力される電圧に応じた電流をトランジスター5−2の
コレクターに流す。
The low-pass filter 4 is composed of resistors 4-1 and 4-2 and a capacitor 4-3, and the resistor 4-1 is connected between the input and output of the low-pass filter 4.
3 is connected in series between the output and ground (GND). In vCO5, 5-1 is an operational amplifier, 5-2.
5-6.5-7.5-8.5-9 is an NPN type transistor, 5-3.5-4.5-5 is a PNP type transistor,
5-10.5-16 is a resistor, 5-11 is a capacitor, 5
-14.5-15 indicates a Nandt gate 5-17 indicates a constant current source, respectively. The input of vCO5 is operational amplifier 5-
The O input of the amplifier 5-1 is connected to the emitter of the transistor 5-2 and one of the resistors 5-10, and the other of the resistors 5-10 is connected to GNP. The operational amplifier 15-1, the transistor 5-2, and the resistor 5-1O constitute a voltage-current conversion circuit, and a current corresponding to the voltage input to the amplifier 5-1 flows through the collector of the transistor 5-2.

トランジスター5−2のコレクターはトランジスター5
−3のコレクターとベース、トランジスター5−4.5
−5のベース、更には定電流源5−17に接続されてお
り、トランジスター5−3.5−4.5−5はカレント
ミラー回路を構成している。
The collector of transistor 5-2 is transistor 5
-3 collector and base, transistor 5-4.5
-5 and further connected to a constant current source 5-17, and transistors 5-3.5-4.5-5 constitute a current mirror circuit.

又、トランジスター5−4のコレクタは、トランジスタ
ー5〜6および5〜7のコレクタ及びトランジスター5
−7.5−8.5−9のベースに接続されている。トラ
ンジスター5−5のコレクタはトランジスター5−8.
5−9のコレクタ及びコンパレーター5−12の○入力
と5−13の■入力、更にはコンデンサー5−11と接
続されている。コンパレーター5−12の■入力には基
準電圧V!が、又5−13のO入力は基準電圧V2(V
l>V2)が印加されコンパレーター5−12の出力は
ナントゲート5−14の一方の入力に、又ゲー)5−1
4の他方の入力にはナントゲート5−15の出力が接続
されている。コンパレーター5−13の出力はナントゲ
ート5−15の一方の入力に、又ゲート5−15の他方
の入力にはゲート5−14の出力につながれている。
Further, the collector of the transistor 5-4 is connected to the collectors of the transistors 5-6 and 5-7, and the collector of the transistor 5-4.
-7.5-8.5-9 connected to the base. The collector of transistor 5-5 is connected to transistor 5-8.
It is connected to the collector of 5-9, the ○ input of comparator 5-12, the ■ input of 5-13, and further to the capacitor 5-11. The reference voltage V is applied to the ■input of comparator 5-12! However, the O input of 5-13 is the reference voltage V2 (V
l>V2) is applied, the output of the comparator 5-12 is applied to one input of the Nant gate 5-14, and the output of the comparator 5-12 is applied to
The output of the Nantes gate 5-15 is connected to the other input of 4. The output of the comparator 5-13 is connected to one input of a Nant gate 5-15, and the other input of the gate 5-15 is connected to the output of the gate 5-14.

該ゲート5−14.5−15にてフリップフロップが構
成され、フリップフロップのゲート5−15の出力は抵
抗5−16を介してトランジスター5−6のベースに印
加されている。
The gates 5-14 and 5-15 constitute a flip-flop, and the output of the gate 5-15 of the flip-flop is applied to the base of a transistor 5-6 via a resistor 5-16.

位相シフター6において6−4と6−5はDフリップフ
ロップ、6−6はインバーターを示している。
In the phase shifter 6, 6-4 and 6-5 are D flip-flops, and 6-6 is an inverter.

出力回路7において、7−1.7−1’ 、7−2.7
−4゜7−5はNPN型トランジスター、7−3はPN
P型トランジスター7−7.7−8はダイオードを示し
ている。又、出力回路8は出力回路7と同一構成となっ
ている。
In the output circuit 7, 7-1.7-1', 7-2.7
-4゜7-5 is NPN type transistor, 7-3 is PN
P-type transistors 7-7, 7-8 represent diodes. Furthermore, the output circuit 8 has the same configuration as the output circuit 7.

上述の構成に係る各回路(ローパスフィルター4、VC
O5、位相シフター6、出力回路7.8)の動作につい
て説明する。
Each circuit related to the above configuration (low pass filter 4, VC
The operations of O5, phase shifter 6, and output circuit 7.8) will be explained.

上記フィルター4はコンパレーター12の出力を平滑化
するものであり、その結果コンデンサー4−3にはコン
パレーター12の出力状態に応じた出力が発生する。
The filter 4 smoothes the output of the comparator 12, and as a result, an output corresponding to the output state of the comparator 12 is generated at the capacitor 4-3.

詳述すると、前述の如くコンパレーター12のR1S入
力への位相差がゼロ、即ち電極1−1と電極I−3位相
差が90°の場合にはコンパレーター12の出力はオー
ブン状態となっているため、ローパスフィルター4のコ
ンデンサー4−3の電位はそのままの状態を保持するが
、電極1−1の波形に対して電極1−3の波形が90°
位相進みよりも大となる位相進み状態となった場合には
上述の如くコンパレーター12の出力はその位相差に応
じたデユーティのハイ信号が送出され、フィルター4の
コンデンサー4−3の電圧が増大する。又逆に電極1−
1の波形に対する電極1−3の波形が90’ よろ少な
い位相だけ進み状態となるとコンパレーター12の出力
がその位相差に応じたデユーティのロウ信号(グランド
レベル)となり、コンデンサー4−3の充電電位がデユ
ーティに応じて低下する。
To be more specific, as mentioned above, when the phase difference to the R1S input of the comparator 12 is zero, that is, when the phase difference between electrode 1-1 and electrode I-3 is 90 degrees, the output of the comparator 12 is in the oven state. Therefore, the potential of the capacitor 4-3 of the low-pass filter 4 remains the same, but the waveform of the electrode 1-3 is 90° with respect to the waveform of the electrode 1-1.
When the phase lead is larger than the phase lead, the comparator 12 outputs a high signal with a duty corresponding to the phase difference as described above, and the voltage of the capacitor 4-3 of the filter 4 increases. do. And conversely, electrode 1-
When the waveform of the electrode 1-3 with respect to the waveform of the electrode 1-3 advances by 90' phase, the output of the comparator 12 becomes a low signal (ground level) with a duty corresponding to the phase difference, and the charging potential of the capacitor 4-3 increases. decreases depending on the duty.

即ち、該フィルター4はコンパレーター12の出力状態
を電圧変換した上VCOに伝える機能を有している。
That is, the filter 4 has the function of converting the output state of the comparator 12 into a voltage and transmitting the converted voltage to the VCO.

上記フィルター4の出力はvC○のアンプ5−1に入力
されるため、抵抗5−10にはフィルター4の出力電圧
に応じた電流が流れトランジスター5−2のコレクタ一
端子に該電流を形成する。即ちアンプ5−11抵抗5−
10、トランジスター5−2はフィルター出力を電流に
変換する電圧−電流変換回路を接続する。詳述するとフ
ィルター4の出力がVであったとすると、抵抗5−10
には該電圧Vが印加されるので抵抗5−10の抵抗値を
Rとすると、11 :□ なる電流が流れ、この電流がトランジスター5−2のコ
レクタ一端子形成される。又定電流源5−17の定電流
を12とすると、この12と上記11  との合成電流
■がトランジスター5−3から供給されることとなりカ
レントミラー回路を構成するトランジスター5−4.5
−5の電流の上記■となる。
Since the output of the filter 4 is input to the vC○ amplifier 5-1, a current corresponding to the output voltage of the filter 4 flows through the resistor 5-10, forming the current at one terminal of the collector of the transistor 5-2. . That is, amplifier 5-11 resistor 5-
10. Transistor 5-2 connects a voltage-current conversion circuit that converts the filter output into current. To explain in detail, if the output of filter 4 is V, resistor 5-10
Since the voltage V is applied to the resistor 5-10, if the resistance value of the resistor 5-10 is R, a current of 11:□ flows, and this current forms one terminal of the collector of the transistor 5-2. Further, if the constant current of the constant current source 5-17 is 12, the composite current (1) of this 12 and the above 11 is supplied from the transistor 5-3, and the transistor 5-4.5 forming the current mirror circuit.
-5 current becomes the above (■).

今トランジスター5−6がオフであり、かつコンデンサ
ー5−11が充電状態にあるものとする。
Assume that the transistor 5-6 is now off and the capacitor 5-11 is in a charged state.

この状態ではトランジスター5−4に流れる電流が全て
トランジスター5−7に流れるため、トランジスター5
−7とカレントミラー回路を構成するトランジスター5
−8.5−9にもそれぞれトランジスター5−7に流れ
る電流値と同一の電流が流れる。
In this state, all the current flowing through transistor 5-4 flows through transistor 5-7, so transistor 5
-7 and transistor 5 forming a current mirror circuit.
The same current as the current value flowing through the transistors 5-7 flows through the transistors -8, 5-9, respectively.

この結果、トランジスター5−5に流れる電流値とトラ
ンジスター5−8.5−9にそれぞれ流れる電流値が同
一となるため、コンデンサー5−11からは上記トラン
ジスター5−5に流れる電流領分の電流が流出、コンデ
ンサー5−11は該トランジスター5−5に流れる電流
値、即ち上記■にて放電される。
As a result, the current value flowing through the transistor 5-5 and the current value flowing through the transistors 5-8, 5-9 are the same, so the current corresponding to the current flowing through the transistor 5-5 flows out from the capacitor 5-11. , the capacitor 5-11 is discharged at the value of the current flowing through the transistor 5-5, that is, the value (2) above.

これにてコンデンサー5−11の電位は低下、基準レベ
ルv2以下となるとコンパレーター5−13の出力がL
となりフリップフロップを構成するナンドゲ−1−5−
15の出力I]となる。このためトランシスター5−6
がオンとなる。該トランジスター5−6がオンとなるこ
とにてトランジスター5−4に流れていた電流が全てグ
ランドに流れると共にトランジスター5−7.5−8.
5−9がオフとなる。よって、この場合はトランジスタ
ー5−5に流れる電流、即ち上記■にてコンデンサー5
−11が定電流充電されコンデンサー5−11の電位が
上昇し基準レベルV1 に達する。これにてコンパレー
ター5−12が反転、出力をLとなすため、ナントゲー
ト5−15の出力をLとなしトランジスター5−6を再
びオフとなす。この後再び上記放電が行なわれ以後上記
の充放電が繰り返し実行される。
As a result, the potential of the capacitor 5-11 decreases, and when it becomes below the reference level v2, the output of the comparator 5-13 becomes L.
Nando game that constitutes a flip-flop -1-5-
15 output I]. Therefore, transistor 5-6
turns on. When the transistor 5-6 is turned on, all of the current flowing through the transistor 5-4 flows to the ground, and the current flowing through the transistors 5-7, 5-8.
5-9 is off. Therefore, in this case, the current flowing through the transistor 5-5, that is, the current flowing through the capacitor 5 in the above
-11 is charged with a constant current, and the potential of the capacitor 5-11 rises to reach the reference level V1. As a result, the comparator 5-12 is inverted and the output is set to L, so the output of the Nandt gate 5-15 is set to L and the transistor 5-6 is turned off again. After this, the above-mentioned discharging is performed again, and thereafter the above-mentioned charging and discharging is repeatedly performed.

上述の如くコンデンサー5−11に対する充放電は、ト
ランジスター5−4の電流値Iで実行され、該電流値■
はフィルターのコンデンサー4−3の電圧、即ちコンパ
レーター12の出力状態に応じて決定されるため、上記
充放電のスピードは電極1−1と電極1−3の波形の位
相差に応じて決定されることとなる。
As mentioned above, charging and discharging of the capacitor 5-11 is performed with the current value I of the transistor 5-4, and the current value ■
is determined according to the voltage of the capacitor 4-3 of the filter, that is, the output state of the comparator 12, so the speed of charging and discharging is determined according to the phase difference between the waveforms of the electrodes 1-1 and 1-3. The Rukoto.

詳述すると電極1−1に対する電極1−3の波形が90
°位相進み状態にある時にはコンパレーター12の出力
はオープン状態であるため、コンデンサー4−3の電位
は一定のまま保持されているので、上記電流値Iも一定
となる。よって、この場合には上記コンデンサー5−1
1に対する充放電動作も一定スピードとなり、ブリップ
フロップを構成するナントゲート5−14の出力も上記
一定スピードで反転するため、該フリップフロップの出
力パルスの周波数が一定のまま保持される。該周波数は
SSMに対する最も強い共振周波数の2倍となる様設定
されており後述のシフター6の作用にて共振周波数とし
て電極1−1.1−2に伝わることとなりSSMはこの
状態では一定の共振周波数のまま駆動保持される。
To explain in detail, the waveform of electrode 1-3 with respect to electrode 1-1 is 90
Since the output of the comparator 12 is in the open state when the phase is in the phase lead state, the potential of the capacitor 4-3 is held constant, so the current value I also becomes constant. Therefore, in this case, the above capacitor 5-1
The charging/discharging operation for 1 is also at a constant speed, and the output of the Nant gate 5-14 constituting the flip-flop is also reversed at the constant speed, so the frequency of the output pulse of the flip-flop is maintained constant. This frequency is set to be twice the strongest resonance frequency for the SSM, and is transmitted to the electrodes 1-1, 1-2 as a resonance frequency by the action of the shifter 6, which will be described later, so that the SSM has a constant resonance in this state. Drive is maintained at the same frequency.

又、何らかの原因にて上述の共振駆動状態からづれ第7
図の如く駆動周波数が共振点よりも低くなり電極1−1
に対する電極1−3の波形が90°位相進みよりも大と
なると、コンパレーター12の出力はハイとなると共に
その期間が位相差が大となるほど長くなるため、コンデ
ンサー4−3は充電されその電位も位相差が大となる程
高くなる。よって、上記電流値もIも大となるため、上
記ブリップフロップの出力周波数が増加方向へ移行する
。これにて電極1−1.1−2への駆動波形の周波数が
増大し、駆動波形を上記の共振周波数へ戻す。従って、
電極1−1と1−3の波形の位相差も上記90°位相差
へ戻るため、以後共振駆動がなされる。
Also, due to some reason, the seventh
As shown in the figure, the driving frequency becomes lower than the resonance point and electrode 1-1
When the waveform of the electrode 1-3 becomes larger than the 90° phase lead, the output of the comparator 12 becomes high and its period becomes longer as the phase difference becomes larger, so the capacitor 4-3 is charged and its potential increases. also increases as the phase difference increases. Therefore, since both the current value and I become large, the output frequency of the flip-flop moves in an increasing direction. This increases the frequency of the drive waveform to the electrodes 1-1, 1-2, and returns the drive waveform to the above-mentioned resonance frequency. Therefore,
Since the phase difference between the waveforms of the electrodes 1-1 and 1-3 also returns to the above-mentioned 90° phase difference, resonance driving is performed thereafter.

又、逆に駆動波形が共振周波数よりも高くなった場合に
は第7図の如(電極1−1の波形に対する電極1−3と
波形が90°位相進みよりも小なるのでコンパレーター
12の出力はロウを示すと共にロウの期間は上記位相差
が大となるほど長くなる。よって、コンデンサー4−3
の放電量も上記位相差に応じるものとなりコンデンサー
4−3の電位も位相差が大となる程低下し、上記電流値
■と小となるので上記ブリップフロップの出力周波数が
低くなる方向へ移行する。これにて電極1−1.1−2
の駆動周波数も低下、駆動周波数が上記共振状態へ戻り
、電極1−1と電極1−3へ波形も上記共振状態となる
Conversely, when the drive waveform becomes higher than the resonant frequency, as shown in Fig. 7 (because the waveform of electrode 1-3 with respect to the waveform of electrode 1-1 is smaller than the 90° phase lead, the comparator 12 The output indicates low, and the period of low becomes longer as the above phase difference increases.Therefore, the capacitor 4-3
The amount of discharge also depends on the phase difference, and the potential of the capacitor 4-3 decreases as the phase difference increases, and the current value becomes smaller than the current value ■, so the output frequency of the flip-flop shifts to a lower value. . With this, electrode 1-1.1-2
The driving frequency also decreases, the driving frequency returns to the above-mentioned resonance state, and the waveforms of the electrodes 1-1 and 1-3 also become the above-mentioned resonance state.

この様にVCOはその出力パルス周波数をフィルター4
のコンデンサー4−3の電位に応じて決定し、上述の如
く電極1−1.1−2への駆動周波数を共振周波数へ移
行させるものである。
In this way, the VCO filters its output pulse frequency to
is determined according to the potential of the capacitor 4-3, and as described above, the drive frequency to the electrodes 1-1, 1-2 is shifted to the resonance frequency.

尚、共振周波数自体が環境変化等に影響され変化した場
合でも変化した共振周波数で駆動された場合に電極1−
1.1−3の位相差関係が900 となるものであり、
上述の如く本発明では上記位相差関係を常に保つよう作
動するので、変化した共振周波数に追従して安定駆動さ
れることとなる。
Note that even if the resonant frequency itself changes due to environmental changes, the electrode 1-
1. The phase difference relationship of 1-3 is 900,
As described above, the present invention operates so as to always maintain the above phase difference relationship, so that stable driving follows the changed resonance frequency.

又、SSMの駆動初期にあっては、コンデンサー4−3
の電位がゼロでり、上記トランジスター5−2のコレク
ターには電流が流れることはないが、この場合には定電
流源5−17にて規制される一定電流値にてコンデンサ
ー5−11に対する充放電がなされる。該定電流源5−
17による充放電動作がなされた際の上記フリップフロ
ップの周波数は最も強い共振周波数に一番近い下方の共
振周波数の2倍の周波数に対して直前の周波数となる様
上記定電流源5−17の電流値が設定されており、これ
にてSSMは駆動を開始する。
Also, in the initial stage of SSM operation, capacitor 4-3
The potential of is zero, and no current flows through the collector of the transistor 5-2, but in this case, the capacitor 5-11 is charged at a constant current value regulated by the constant current source 5-17. A discharge is made. The constant current source 5-
The constant current source 5-17 is connected so that the frequency of the flip-flop when the charging/discharging operation is performed by the constant current source 5-17 becomes the frequency immediately before the frequency twice the lower resonant frequency closest to the strongest resonant frequency. A current value is set, and the SSM starts driving with this value.

尚、上記周波数での駆動を開始した後には上述動作にて
位相差比較がなされ徐々に周波数を上昇させ上記最も強
い共振周波数となる様制御される。
Incidentally, after starting driving at the above frequency, phase difference comparison is performed in the above operation, and the frequency is gradually increased and controlled so as to reach the above-mentioned strongest resonance frequency.

以上の様にVCO5はフエーイズコンバレータ12及び
フィルター4の作用によりコンパレーター12への入力
信号の位相差がゼロ、即ち電極1−1と1=3への波形
が90°位相進みの状態となる様にその出力周波数を変
化させ、該出力パルスをシフター6に入力する。
As described above, the VCO 5 is in a state where the phase difference of the input signal to the comparator 12 is zero due to the action of the phase comparator 12 and the filter 4, that is, the waveforms to the electrodes 1-1 and 1=3 are in a state with a 90° phase lead. The output frequency is changed so that the output pulse is input to the shifter 6.

該シフター6はVCO5の出力パルスをそれでもVCO
5の出力パルスの周波数に対して半分の周波数を有する
Oo  と90° との2系列のパルスに変換して駆動
電極1−1.1−2への駆動信号に変換する機能を有す
る。
The shifter 6 still converts the output pulses of the VCO 5 to the VCO
It has a function of converting into two series of pulses, Oo and 90°, which have half the frequency of the output pulse of No. 5, and converting them into a drive signal for the drive electrode 1-1.1-2.

即ち、例えば今vCOの出力パルスとして第9図(a)
に示したものが出力されているとすると、フリップフロ
ップ6−4.6−5は入力のそれぞれ立上り信号にて出
力が反転する様構成されているので、フリップフロップ
6−4の出力は第9図(c)の如くなる。又、フリップ
フロップ6−5にはインバーター6−6を介してvCO
出力の反転パルスが入力されるため、フリップフロップ
6−5の出力は第9図(d)の如くなる。第9図(c)
 (d)から明らかな如くシフターの各フリップフロッ
プ6−4.6−5はそれぞれ位相が90° シフトした
パルスであり、かつ入力パルスの1/2の周波数のパル
スを送出する。よって、vCOの周波数が上記の如く最
も強い共振周波数の2倍の周波数の場合にはシフターの
フリップフロップはそれぞれ上記共振周波数で、かつ位
相が90°づれたパルスを送出し出力回路7,8に伝え
る。
That is, for example, as the output pulse of vCO, as shown in FIG. 9(a)
Assuming that the output shown in Figure 1 is output, flip-flops 6-4 and 6-5 are configured so that their outputs are inverted at the rising edge of the input signal, so the output of flip-flop 6-4 is the 9th one. It will look like figure (c). In addition, vCO is connected to the flip-flop 6-5 via an inverter 6-6.
Since the inverted output pulse is input, the output of the flip-flop 6-5 becomes as shown in FIG. 9(d). Figure 9(c)
As is clear from (d), each of the flip-flops 6-4, 6-5 of the shifter outputs a pulse whose phase is shifted by 90°, and whose frequency is 1/2 that of the input pulse. Therefore, when the frequency of vCO is twice the strongest resonant frequency as described above, the flip-flops of the shifter send out pulses at the resonant frequency and with a phase difference of 90 degrees to the output circuits 7 and 8. tell.

該出力回路は入力パルスをコイルto、11に伝えるも
のであり、その詳細な説明は省略するが、該出力回路を
介したパルスがコイル10.11に伝わり、コイル10
,11.電極1−1.1−2.1−4の作用にて該パル
スと同一の周波数及び位相を有する正弦波(第2図示)
が電極1−1.1−2に印加されることとなりSSMが
上記共振周波数で駆動される。
The output circuit transmits input pulses to the coils 10 and 11, and although a detailed explanation thereof will be omitted, the pulses through the output circuit are transmitted to the coils 10 and 11, and the coils 10 and 10
, 11. Due to the action of electrodes 1-1.1-2.1-4, a sine wave having the same frequency and phase as the pulse (as shown in the second diagram)
is applied to the electrodes 1-1, 1-2, and the SSM is driven at the above-mentioned resonance frequency.

く効果〉 以上、詳述した如く、本発明に係る超音波モーターの駆
動回路にあってはモニター用電極の出力信号と駆動用周
波電圧との位相差関係が常に共振状態を表わす位相差関
係となる様に駆動用周波電圧の周波数を決定しているの
で、超音波モーターを極めて筒車な構成にて常に共振状
態に駆動出来るものであり、かつ、モニター信号と駆動
用周波電圧との位相差をデジタル処理にて実行したもの
であるので、高精度でモーターを共振駆動させることが
可能となるものである。
Effect> As detailed above, in the ultrasonic motor drive circuit according to the present invention, the phase difference relationship between the output signal of the monitoring electrode and the drive frequency voltage is always a phase difference relationship that represents a resonant state. Since the frequency of the driving frequency voltage is determined so that the ultrasonic motor can always be driven in a resonant state with an extremely hour wheel configuration, the phase difference between the monitor signal and the driving frequency voltage can be Since this is performed using digital processing, it is possible to drive the motor resonantly with high precision.

又、本実施例ではVCOからの出力を直接フリップフロ
ップ6−4に伝えると共にインバーター6−6を介して
フリップフロップ6−5に伝えているか、フリップフロ
ップ6−5を立下り信号に同期してその出力を反転させ
る様にした場合には上記インバーター6−6を設ける必
要がない。
Further, in this embodiment, the output from the VCO is directly transmitted to the flip-flop 6-4 and also transmitted to the flip-flop 6-5 via the inverter 6-6, or the output from the flip-flop 6-5 is synchronized with the falling signal. If the output is inverted, there is no need to provide the inverter 6-6.

又、Vcoからの出力パルスをバイナリ−カウンターで
分周し、分周出力のロジックを取ることにて上記vCO
出力パルスのうち奇数のパルス列と偶数のパルス列を得
、これらのパルス列をそれぞれフリップフロップ6−4
.6−5に伝える様にしてもシフター6から90°位相
の異なるパルスを得ることが出来る。
In addition, by frequency-dividing the output pulse from Vco with a binary counter and taking the logic of the frequency-divided output, the above-mentioned vCO
Out of the output pulses, odd-numbered pulse trains and even-numbered pulse trains are obtained, and these pulse trains are respectively input to the flip-flop 6-4.
.. Even if the pulses are transmitted to the shifter 6-5, pulses having a phase difference of 90° can be obtained from the shifter 6.

又、vCO出力パルスの一周の整数倍ごとにフリップフ
ロップ6−4の出力を反転させると共に上記整数倍の周
期に対する半周期におけるVCO出力の変化信号により
フリップフロップ6−5の出力を反転する様にしても9
0°位相の異なる信号を得ることが出来るものであり、
この回路もV CO14力を分周した上ロジックを取る
ことにて実現出来るものである。
Further, the output of the flip-flop 6-4 is inverted every integer multiple of one cycle of the vCO output pulse, and the output of the flip-flop 6-5 is inverted by a change signal of the VCO output in a half cycle with respect to the cycle of the integer multiple. Even 9
It is possible to obtain signals with a 0° phase difference,
This circuit can also be realized by dividing the frequency of the VCO14 power and then using logic.

又、実施例では電極1−1と電極1−3は90°づれた
位置に配しているが、電極1−3を電極1−1に対して
任意の位置(例えばθ0ずれた位置)に配した場合にお
ける共振状態での電極1−1と電極1−3との波形の位
相差もθ0 となるため、フエーイズコンパレーターの
人力波形の差が60 となる様制御し電極1−1j−2
への駆動周波数を調定すれば良いものである。
Further, in the embodiment, electrode 1-1 and electrode 1-3 are arranged at positions shifted by 90 degrees, but electrode 1-3 may be arranged at any position (for example, shifted by θ0) with respect to electrode 1-1. Since the phase difference between the waveforms of electrode 1-1 and electrode 1-3 in the resonant state when they are arranged is also θ0, the phase comparator is controlled so that the difference between the manual waveforms of electrode 1-1j- is 60°. 2
All you have to do is adjust the driving frequency.

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

第1図は超音波モーターの固定子の電極形状を示す説明
図、第2図(a)、(b)は超音波モーターの駆動波形
及び出力波形を示す波形図、第3図は本発明に係る超音
波モーターの一実施例を示すブロック図、第4図は第3
図示のコンパレーター12の構成を示すブロック図、第
5図(a)、(b)、(c)はコンパレーター12の動
作を説明するための波形図、第6図(a)、(b)、(
c)、(d)、(e)は第3図示の回路の動作を説明す
る波形図、第7図はモーターの特性を示す特性図、第8
図は第3図示のモーターの具体的構成を示す回路図、第
9図(a)、(b)、(c)、(d)は第8図のシフタ
ーの動作を説明する波形図である。 5−−−−−VCO 6−−−−−シフター 2.16−−−コンパレーター 12−−−−フエーイズコンパレーター。
Fig. 1 is an explanatory diagram showing the electrode shape of the stator of the ultrasonic motor, Fig. 2 (a) and (b) are waveform diagrams showing the drive waveform and output waveform of the ultrasonic motor, and Fig. 3 is an explanatory diagram showing the electrode shape of the stator of the ultrasonic motor. A block diagram showing one embodiment of such an ultrasonic motor, FIG.
A block diagram showing the configuration of the illustrated comparator 12, FIGS. 5(a), (b), and (c) are waveform diagrams for explaining the operation of the comparator 12, and FIGS. 6(a) and (b). ,(
c), (d), and (e) are waveform diagrams explaining the operation of the circuit shown in Figure 3, Figure 7 is a characteristic diagram showing the characteristics of the motor, and Figure 8 is a characteristic diagram showing the characteristics of the motor.
This figure is a circuit diagram showing a specific configuration of the motor shown in FIG. 3, and FIGS. 9(a), (b), (c), and (d) are waveform diagrams illustrating the operation of the shifter shown in FIG. 8. 5------VCO 6------Shifter 2.16---Comparator 12---Phase Comparator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  電気−機械エネルギー変換素子に互いに位相の異なる
周波電圧を印加することにて固定子表面に進行性振動波
を発生させ、該振動波にてローターを駆動する超音波モ
ーターにおいて、前記超音波モーターの駆動状態を検知
するモニター用電極を配すると共に前記駆動周波電圧及
びモニター用電極に発生するモニター電圧に対する波形
を整形しそれぞれパルス信号に変換するパルス信号形成
回路と、該変換されたそれぞれのパルス信号の信号エツ
ヂを比較し各信号エツヂの位相差に応じた出力を発生す
る比較回路と、該比較出力に基づいて前記駆動用の周波
電圧の周波数を決定する周波決定回路とを設けたことを
特徴とする超音波モーターの駆動回路。
In an ultrasonic motor that generates progressive vibration waves on the stator surface by applying frequency voltages with different phases to electro-mechanical energy conversion elements and drives a rotor with the vibration waves, the ultrasonic motor A pulse signal forming circuit which is provided with a monitoring electrode for detecting a driving state, and which shapes the waveform of the driving frequency voltage and the monitoring voltage generated at the monitoring electrode and converts each into a pulse signal, and each of the converted pulse signals. and a frequency determining circuit that determines the frequency of the frequency voltage for driving based on the comparison output. A drive circuit for an ultrasonic motor.
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