JPS631384A - 振動波モ−タ−の速度制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く産業上の利用分野〉 本発明は振動波モーター、特に進行性振動波にて移動体
を駆動する振動波モーターの速度制御回路に関する。

く従来技術〉 振動波モーター（以下ＳＳＭと称す。）にあっては位相
を持って振動体（固定子）上に配された電歪素子等の電
気一機械エネルギー変換素子にそれぞれ位相差（９０°
）異なる周波電圧を印加して振動体上の進行性の振動波
を発生させ、該振動体に移動体を摩擦接触させ、該移動
体を上記振動波にて移動させている。

該モーターにおける上記周波電圧を印加する駆動部とし
ては第９図示の如く構成されアンプ７，コイル１０，電
極１−１を介して第１群の電歪素子に上記周波電圧を印
加し、又アンブ８、コイル１１、電極１−２を介して上
記第１群の電歪素子に対して位相差を持って配される第
２群の電歪素子に上記周波電圧とは９０°位相の異なる
周波電圧を印加している。該構成に係るＳＳＭにおいて
モーター速度を　・可変となす方法としてはアンブ７，
８の出力電圧レベルを調定する方法がある。即ち、アン
プ７．８の増巾率を可変したり、電源電圧自体を可変と
なす方法があるが、そのためには特別な附加回路を設け
る必要が生じ構成が複雑となる欠点がある。

又、他の方法としては電歪素子に印加される周波電圧の
デュテイ比を調定する事が考えられるが、この方法によ
ると移動体が断続的な動きになるおそれがある。

又、更に上記周波電圧の周波数をＳＳＭの共振周波数か
らずらす方法があるが、該方法によると第９図に示した
コイルｌＯと固定子１及びコイル１ｌと固定子１．の各
直列共振回路が共振点よりずれ電極１−１．　　１−２
の印加電圧が太き《なり固定子１の破壊につながるおそ
れがある。

く目的〉 本発明は上述の事項に鑑みなされたもので、各群の電歪
素子に印加される周波信号の位相を調定することにより
、モーターの速度調定を行なうことを特徴とするもので
ある。

く実施例〉 第１図は本発明に係るＳＳＭの固定子の電極形状を示す
構成図である。図中１は固定子を示し、該固定子表面に
は分極処理がなされた２群の電歪素子が配され、各群の
電歪素子上に互いに９０°位相が異なる周波電圧を印加
するための駆動電極１−１．１−２が配されている。又
１−３は上記駆動電極１−１，１−２とは電気的に絶縁
された分極処理なされた電歪素子上に配され、該電歪素
子出力にて固定子の振動状態を検知するためのモニター
電極であり、１−４は電極１−１．　　１−２，　　ｌ
−３の各電極に対する共通電極を示している。

第２図は本発明に係るＳＳＭの駆動回路を示す回路図で
ある。

図において、１は表面上に電歪素子が配される固定子、
１−１．１−２．１−３は第１図示の電極、１０．１１
はコイル、７．８はアンプである。

ｌ７は電極１−１に接続され、該電極の正弦波を整形し
てロジックレベルのパルスに変換するコンパレーターで
ある。又２はモニター電極の出力波形（正弦波）をロジ
ックレベルのパルスに変換するコンパレーターである。

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端をインバーターｌ８と接
続するフェイズコンバレーター（位相比較回路）で例え
ばＵＳＰ４，２９１，２７４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。

該コンバレーター１２のブロック構成及び入力出力特性
は第３図及び第４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
記人力端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。

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Ｌと称す）と
なる。

又、出力がＨ又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。

４はローバスフィルターでコンパレーター１２の出力を
平滑化している。５はデュティ比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、その入力はローバスフィルター４の出力に接続され
ている。該ＶＣＯ５の入力電圧と出力周波数は１次関数
の関係にあり電圧が高くなる程高周波出力となる。

ｌ９はＶＣＯ５の出力を３２分周する分周回路で、該分
周回路の出力はアンブ７、コイルｌＯを介して電極１−
１に印加される。又分周回路１９の出力は８段のシフト
レジスター２０のＤ入力端に接続されている。該レジス
ター２０のクロツク端子には上記ＶＣＯ５の出力がクロ
ックパルスとして入力されている。分周回路１９の出力
パルスに対するＶＣＯ５の周波数は３２倍となっている
ため、レジスター２ｏに対するＤ入力とクロックパルス
との関係も３２倍となっているため、シフトレジスター
２０の出力Ｑ１〜Ｑ８はＤ入力信号に対してＯ０　から
９０°　まで１１．　　２５°ずつずれた（遅れた）パ
ルスが出力されることとなる。尚ｖＣ０５の発振周波数
はＳ　Ｓ　Ｍの共振周波数の３２倍に設定している。該
シフトレジスター２０の出力Ｑ１〜Ｑ８はそれぞれ速度
選択スイッチ３０の端子３０−１〜３０−８に接続され
、該スイッチ３０゜を介して選択されたレジスター２０
の出力がアンブ８、コイルｌ１を介して電極１−２に印
加される。

２５は８段のシフトレジスターで、該レジスターのＤ入
力端には上記コンパレーター１７の出力が入力され、又
クロツク入力には上記ｖｃｏｓの出力が入力されている
ため、出力端Ｑ８からはＤ入力端への入力信号に対して
９０°遅れたパルスが出力される。即ち、分周回路１９
の出力パルスとコンパレーター１７の出力パルスは同一
の位相関係のパルスとなるため、該パルスをＤ入力とし
て入力し、ＶＣＯ５の出力をクロツクとして入力するシ
フトレジスター２５の８段目の出力Ｑ８としてはＤ入力
信号、即ち電極１−１の信号に対して９０６遅れたパル
スとなる。上記シフトレジスター２５の出力Ｑ８はイン
バーターｌ８を介してフエーズコンパレーター１２のＳ
入力に入力されている。尚、電極１−１と電極１−３の
配置関係としては９０６ずれた位置関係にあるものとす
る。

次いで、該第２図実施例の動作について説明する。

不図示の電源スイッチを投入すると回路への給電がなさ
れｖＣ○５はある周波数で発振を開始する。

該ｖｃｏｓの出力（第５図（ａ））はシフトレジスター
２０．２５のシフトクロックとなると同時に分周回路ｌ
９に伝わるため３２分周したパルス（第５図（ｂ）が分
周回路１９の出力としてアンプ７に入力する。

該パルスはコイルｌＯ１電極１−１等から成る共振回路
にて正弦波となり駆動電極１−１に印加されることとな
り、その結果電極１−１には第５図（ｂ））に示したパ
ルスと同位相で、かつ同周波数の正弦波が印加される。

一方、分周回路ｌ９の出力はシフトレジスター２０のＤ
入力端に伝わり、かつ該レジスター２０のシフトクロツ
クとしてはｖＣ○５の出力パルスが印加されているので
、シフトレジスター２０のＱ１〜Ｑ８出力は第５図（Ｃ
）〜（ｊ）の如く分周回路ｌ９の出力をそれぞれｖＣｏ
出力ｌバルス分遅らせたパルスとなる。上記の如く分周
回路１９はｖＣ○出力に対して３２分周しているので、
レジスター２０の各出力は前段の出力に対して３６０°
／３２＝１１．２５°遅れることとなり、出力Ｑ８から
は上記分周回路出力も第５図（ｂ）に対して１１．２５
Ｘ８＝９０°遅れたパルスとなる。

今、スイッチ３０を接点３０−８と選択的に接続してい
るとすると、レジスター２０の出力Ｑ８のパルスがアン
プ８、コイル１１を介して電極１−２に正弦波として印
加される。よって、この状態では電極１−１と電極１−
２間には９０″　位相の異なる周波電圧が印加されるこ
ととなる。

一方ＳＳＭにおいては、第１群の電歪素子への印加電圧
と第２群の電歪素子への印加電圧間の位相角が９０°　
の時にその電気一回転変換効率が最も高《、位相角が狭
くなればなるほど効率が低下し、０′の時には効率が０
、即ちＳＳＭは停止する。

従って、上記の如くスイッチ３０を接点３０−８と接続
した時には最大効率でＳＳＭは回転し、スイッチ３０を
接点３０−７、３０−６、３０−５、３０−４、３０−
３、３０−２、３０−１に切換え接続することにより回
転効率が低くなりＳＳＭの回転スピードが低下する。こ
の様に構成されているため、本発明ではスイッチ３０と
接点３０−１〜３０−８の任意の接点とを接続すること
にてＳＳＭの回転スピードを可変とすることが出来る。

以上の動作にてＳＳＭの回転スピード調定がなされると
共に本実施例にあっては常にＳＳＭが共振周波数にて駆
動される様周波数制御がなされる。

以下に該周波数制御動作について説明する。

一般にＳＳＭにおいては、その共振状態では駆動電極１
−１又は１−２とモニター電極１−３の位置関係に応じ
て電極１−１又は１−２への駆動信号の位相とモニター
電極１−３からの信号の位相が特定の関係、即ち電極間
の位置的位相関係と電極における信号の位相関係が同一
位相差関係を示すものであり、ＳＳＭを共振駆動するた
めには上記位相関係を保持させれば常に共振駆動するこ
とが出来る。該実施例にあっては電極１−１と電極１−
３とは９０°ずれて配設されているため該実施例にあっ
ては電極１−１と電極１−３の波形も９０°ずれる様制
御すれば共振駆動とすることが出来る。

該実施例にあっては、コンパレーター１２にて電極１−
３と、電極１−１における波形の位相を検知して常にこ
の位相が９０°ずれる様制御している。

以下、その動作につき詳細に説明する。電極１−３の出
力はコンパレーター２にてパルスに変換した上コンパレ
ーター１２のＲ入力に伝えられる。一方電極１−１の波
形はコンパレーター１７にてパルスに変換し、レジスタ
ー２５のＤ入力に伝えられる。該レジスター２５のシフ
トクロツクパルスは上記ｖｃｏｓの出力であるため、シ
フトレジスター２５の出力Ｑ８からは電極１−１の波形
に対して９０°位相の遅れたパルスとなる。

該レジスター２５の出力Ｑ８からのパルスはインバータ
ーｌ８にて反転されフエーズコンパレーター１２のＳ入
力に伝わる。上記の如くレジスター２５の出力Ｑ８のバ
ルス２はアンブ７への印加バルスを第６図（ａ）とする
と第６図（ｂ）の如＜９０°遅れたパルスとなり、該パ
ルスがインバーター１８にて反転の上コンパレーターｌ
２のＳ入力に伝わるので該コンバレーター１２のＳ入力
へのパスルは第６図（Ｃ）の如く第６図（ａ）のパルス
に対して９０°道んだパルスとなる。

よって、該コンパレーターｌ２のｓ入力へのパルスとコ
ンパレーター１２のＲ入力へのバスルとの位相が一致す
れば電極１−３と電極１−１間に９０’　位相差が生じ
ていることとなり、共振状態であることが検知されるこ
ととなる。又、コンパレーター１２はその入力端ＲとＳ
への入力信号位相が一致していればその出力をオープン
状態に保持しているのでＶＣＯ５はその発振状態を保持
し続けることとなり、共振周波数で駆動され続ける。

又、ＳＳＭが共振状態にない場合には電極１−３からの
信号が電極１−１の信号に対して９０’　位相づれ状態
から前後にづれることとなる。よって、この場合にはコ
ンパレーター１２のＲ及びＳ入力端へのパルス位相は一
致しなくなり、例えば第４図に示ス如くコンパレーター
１２のＲ入力端へのパルスの立ち上り信号がＳ入力端へ
のパルスの立ち上り信号よりも先に発生している場合は
上記立ち上り信号差分コンパレーター１２の出力はＨと
なり、又逆にＳ入力端への立ち上り信号がＲ人カ端への
立ち上り信号よりも先に発生している場合は立ち上り信
号差分コンバレーター１２の出力はＬとなる。よって、
コンパレーター２のパルス、即ち電極１−３からの波形
の位相がインバーター１８からのパルスの位相に対して
進んだ状態となると、即ち、電極１−１と１−３の波形
の位相差が９０°以上となるとその位相差期間分コンパ
レーターｌ２の出力はＨとなり該Ｈはローバスフィルタ
ー４を介してＶＯＣ５に入力され、ＶＯＣ５への入力電
圧増加し、その分ＶＯＣ５の発振周波数が高くなる。Ｖ
ＯＣ５の発振周波数、即ち、電極１−１．１−２への駆
動周波数が高くなる程電極１−１に入力される信号は電
極１−３に発生する信号よりも位相が進む方向に変化す
る特性を有しているため、上記電極１−１と１−３との
位相差が９０°方向へ制御される。

又、逆に電極１−１と１−３の位相差が９０°以内とな
るとコンパレーター１２のＳ入力端への立ち上り信号の
方がＲ入力端への立ち上り信号に比して先に発生するた
め、その位相差分コンパレーター１２の出力はＬとなり
ＶＣＯ５の発振周波数が低下するため電極１−１．１−
２への駆動周波数も低《なり、電極１−１と１−３の波
形の位相が増大し電極１−１と１−３との位相差が９０
゜方向へ移行する。

この様に電極１−１と１−３の波形の位相差検知がなさ
れ、この位相差が常に９０°　となる様ＳＳＭの駆動周
波数が制御され、ＳＳＭは常に共振状態にて駆動制御さ
れることとなる。

第７図は本発明の第２実施例を示す回路図である。

第７図において第２図実施例と同一構成部には同一記号
が附してある。

図において、２１はシフトレシスター２０の出力Ｑ１〜
Ｑ８をその入力Ｄ。−Ｄ７に入力し、制御端子Ａ，Ｂ，
Ｃへのコード入力信号に応じて入力Ｄ。

〜Ｄ７のうち一つを選択し選択された入力へ印加されて
いるレジスター２０の出力を送出するマルチプレクサー
である。該マルチブレクサー２１はその端子Ａ，　　Ｂ
，　　Ｃへの入力コードとしてのバイナリー信号が増加
すればするほど、レジスター２０の後段の出力を択一的
に選択する様構成されている。

４ｌはモーター回転スピード設定用の可変抵抗５ｏを有
するパルス発振回路で、その出力パルスの周波数が上記
抵抗値に基づいて可変となる。

４３はＳＳＭの固定子に発生する進行性振動波にて回転
駆動される移動体、４４は移動体の回転にともなって回
転するパルス板で、該パルス板４４には所定間隔透光パ
ターンが配される。４５は発光光源及びフオートトラン
ジスターを含むフオートリフレクターで上記パルス板４
４の回転にて透光パターンがリフレクタ−４５を通過す
るごとに出力を形成し、パルス板の回転速度に応じた数
の信号を形成する。

４２はリフレクタ−４５からの信号をパルスに変換する
ためのコンパレーター、２４は入力Ｒｉｎ，　Ｓｉｎを
有するフエーズコンパレーターで、該フエーズコンパレ
ーターは第８図の如《入力Ｒｉｎへの立ち上り信号の方
が入力Ｓｉｎへの立ち上り信号よりも先に給供された時
にはその立ち上り信号の位相差期間出力Ｒ０をＬとなし
、逆に入力Ｓｉｎへの立ち上り信号の方が入力Ｒｉｎへ
の立ち上り信号よりも先に供給された時にはその立ち上
り信号の位相差期間出力Ｓ。をＬとなすものである。

２２はオアゲート３３．　　３４を介して前記フエーズ
コンパレーターの出力Ｒ０，Ｓｏに接続されるアップダ
ウンカウンターで該カウンターは入力の立下り信号に応
答して作動する。

３１はカウンター２２の出力Ｑ。−Ｑ２を入力とするア
ンドゲート、３２は反転入力アンドゲート、３５，３６
はインバーター、３７．　　３８は発光ダイオードであ
る。

次いで、該第７図実施例の動作について説明する。

不図示の電源スイッチをオンとするとカウンター２２に
は不図示のパワーアップセット回路にて電源投入動作に
て所定値がセットされマルチプレクサー２１はレジスタ
ー２０の所定の出力端からのパルスが選択されアンブ８
に伝えられる。

又、電源投入にて回路は作動状態となり、上述の第２図
実施例にて述べた如くして駆動電極１−１，１−２への
駆動信号として共振周波数で、上記分周回路ｌ９の出力
並びにマルチブレクサ−２１の出力パルスの位相関係を
有する正弦波が印加されＳＳＭの回転する。該ＳＳＭの
回転はりフレクタ−４５にて検知されコンパレーター４
２を介して回転スピードに応じた周波数のパルスがコン
パレーター２４の入力Ｓｉｎに伝わる。一方抵抗５０に
は設定スピード値が設定され、該設定値に応じた周波数
のパルスがパルス発振回路４１から送出されコンパレー
ター２４のＲｉｎに入力する。ここでＳＳＭの回転スピ
ードが設定値よりも遅い場合について説明する。

この場合はパルス発振回路からのパルスの周波数に比し
てコンパレーター４２からのパルスの周波数が低いため
、コンパレーター２４への入力Ｒｉｎヘのパルスの方が
入力Ｓｉｎへのパルスに比して多くなり、その結果コン
パレーター２４は出力Ｒ。からしを送出し、カウンター
２２のアップカウントさせ、その結果マルチプレクサ−
２２はレジスター２０の後段の出力端からのパルスを選
択してアンブ８へ伝える。このため、ＳＳＭは回転速度
を増加させる。

この様にしてＳＳＭの回転速度が増加して行《経過にお
いてリフレクタ−４５からのパルスの周波数とパルス発
振回路４１からのパルスの周波数が一致すると、コンバ
レーター２４への入力Ｒｉｎ，　　Ｓｉｎへのパルスの
位相が一致するのでコンパレーター２４の出力Ｒ。，Ｓ
ｏはオープン状態となりカウンター２２はその設定状態
に保持され、その時点で選択されているレジスター２０
の出力端からのパルスがアンブ８に印加され続け、ＳＳ
Ｍは抵抗５０にて設定したスピードにて回転制御される
。

又、逆にＳＳＭの回転速度が設定値よりも速い場合には
コンパレーター２４の出力ＳからＬが送出されるのでカ
ウンター２２はダウンカウントされレジスター２５の前
段の出力端が選択されるのでＳＳＭの回転スピードが低
下し、そのスピードが設定値と一致した際にはカウンタ
ー２２のダウンカウントが停止し、以後その状態で回転
制御される。

尚、上記の回転スピード制御において、カウンター２２
の出力Ｑ。−Ｑ２から全てＨが送出された時、即ちレジ
スター２０の出力Ｑ８が選択されＳＳＭが最高速駆動さ
れている状態ではアンドゲート３ｌからＨが送出され発
光ダイオード３７を点灯させ、これを警告すると共にカ
ウンター２２のアップ入力をＨに保持し、以後カウンタ
ー２２をコンパレーター２４の出力によって影響されな
い様なす。

又、逆にカウンター２２の出力Ｑ。−Ｑ２が全てＬとな
った時にはナンドゲート３２からＨが送出され発光ダイ
オード３８を点灯させ、これを警告すると共にカウンタ
ー２２のダウン入力をＨに保持し、以後カウンター２２
をコンパレーター２４の出力によって影響されない様な
す。

以上の如く、本発明にあってはＳＳＭにおける各電歪素
子群への印加周波信号の位相差を調定することにて回転
速度制御を行なったものであるので、極めて簡単な構成
にてＳＳＭの速度調定を実行することが出来ると共に回
転を断続することな《任意の回転数にて回動し得る等の
効果を奏するものである。

尚、実施例にあっては電歪素子を分極処理の上固定子に
形成しているが、個々の電歪素子を固定子上に附しても
良い。又電歪素子の他に圧電素子等の電気一機械エネル
ギー変換素子を用いても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る振動波モーターの固定子の電極形
状を示す構成図、第２図は本発明に係る振動波モーター
の駆動回路の一実施例を示す回路図、第３図は第２図示
のコンパレーター１２のブロック構成を示すブロック図
、第４図は第３図示のコンパレーター１２の入力出力特
性を示す波形図、第５図（ａ）〜（ｊ）は第２図示のＶ
ＣＯ５、分周回路ｌ９、及びシフトレジスター２０の出
力波形を示す波形図、第６図（ａ）〜（ｄ）は第２図の
駆動回路の動作を説明する波形図、第７図は本発明に係
る振動波モーターの駆動回路の他の一実施例を示す回路
図、第８図は第７図示のコンパレーター２４の動作を説
明するための波形図、第９図は振動波モーターの駆動部
の構成を示す回路図である。 ５・・・ｖＣ○ １９・・・分局回路 ２０．　２５・・・シフトレジスター ３０・・・スイッチ ７，８・・・アンプ １−１．１−２・・・電極 １・・・固定子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　固定子上に配され又は分極処理されそれぞれ位相差的
   に設けられた第１及び第２群の電歪素子に対してそれぞ
   れ位相の異なる周波信号を印加して固定子に進行性振動
   波を形成して該振動波にて移動体を駆動する振動波モー
   ターにおいて、前記第１及び第２群の電歪素子に対して
   印加する周波信号の相対的な位相を調定する調定回路を
   設けたことを特徴とする振動波モーターの速度制御回路
   。