JPS63154074A - 振動波モーター装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は振動波モーターの駆動回路に関するもので特に
位相差検出装置を用いてモーターの共振周波数と駆動周
波数とのずれ量を検知する振動波モーターの駆動回路に
関するものである。

〔従来技術〕

振動波モーターを効率良（駆動するに際してモーターを
共振周波数で駆動することが望まれており、この問題を
解消する方法として、モーターの振動状態をモニター電
極を設は検出し、このモニター電極からの信号と駆動信
号との位相差を一定とする様に駆動信号の周波数を制御
することを本願出願人が特願昭６０−２２６５６６号と
して提案している。

かかる出願にあっては上記の如くモーターを常に共振周
波数にて駆動出来るものの、共振駆動がなされていない
際の駆動周波数と共振周波数との差を検知することが出
来なかった。

〔目　的〕

本発明は上記の事項に鑑み、振動波モーターの現在の駆
動状態を共振駆動周波数との関係で、どの位ずれている
かを検知し得る振動波モーターの駆動回路を提供せんと
するものである。

［実施例〕 第１図は本発明に係る振動波モーターの周方向から見た
断面図で、該第１図中１はロータ、３は振動体、４は振
動体３上に附された分極処理がなされた圧電体、５は電
極である。振動体３と圧電体４とよリスチーターが構成
されローター１は振動体３上に摩擦接触している。

上記電極５中、振動体３における屈曲進行波の波長をλ
とすると５８は駆動用電極でλ／２間隔で圧電体４上に
配されており、又５ｂは駆動用電極で、該電極もλ／２
間隔で圧電体４上に配される。５Ｓは振動検出用電極で
、駆動用電極５ａと振動検出用電極５Ｓとはλ／２だけ
位置的位相がずれている（すなわち同相）。又電極５ｂ
と５ａとは３λ／４だけ位置的位相がずれており、電極
５ａにて駆動電圧が印加される圧電体にてＡ相の圧電体
を構成し、電極５ｂにて駆動電圧が印加される圧電体に
てＢ相の圧電体が構成される。これらの圧電体の分極処
理や電極配置構成自体は周知であるので、その詳細な説
明は省略する。

上記の構成にあっては電極５ａと電極５ｂへ位相が９０
°異なる周波電圧が印加されることにて、振動体３上に
進行性の振動波が発生し、ローターｌが該振動波により
駆動される。又、この振動状態は電極５Ｓが附される圧
電体からの出力信号にて検知され、その時の電極５Ｓと
電極５ａ間の信号波形の位相差は第２図のラインＡの如
（なる。即ち電極５ａへの駆動信号が共振周波数ｆｒの
時には電極５Ｓからの信号波形は電極５ａの駆動信号に
対して一９０°位相がづれた状態となり、駆動信号が共
振周波数力＼らずれると、第２図のラインＡの如く電極
５ａと５Ｓ間の位相差が９０°からずれることになる。

よって本発明では、この位相差を検知して駆動周波数の
共振周波数ｆｒからずれを検知する様なしている。

尚、共振周波数と電極５ａと５８の信号間の位相差は電
極５Ｓと電極５ａとの位置に応じて上記−９０°からず
れるものであるが、その場合でも共振駆動状態にあれば
電極５ａと５８の信号の位相差が特定関係となるので、
この場合も同様に電極５ａと、５３間の信号の上記特定
位相差からのずれを検知すれば駆動周波数の共振周波数
ｆｒからのずれを検知し得ることとなる。

第３図は本発明に係る振動波モーターの駆動回路の一実
施例を示す回路図である。

図において、２は第２図示の振動波モーターのステータ
ーである。１２は入力電圧に応じた周波数で発振する電
圧制御発振器、１４はアンプ、１６はマツチングコイル
で発振器１２からの周波信号がこれらのアンプ、コイル
を介して電極５ａへ印加される。

７はアンプ１４の出力のコイル１６を通した波形（すな
わち、振動波モーターのステーターに印加される電圧波
形）をパルス信号に整形するコンパレーター、８はコン
パレーター７からのパルスを９０゜シフトするシフトレ
ジスターで、該レジスター８からのパルスは回転方向切
換スイッチ１３を介してアンプ１５、コイル１７を介し
て電極５ｂに印加される。

上記の構成にて電極５ａと５ｂ間には９０°位相の異な
る周波電圧が印加される。１８にエツジトリガー型位相
比較器で、該比較器１８の一方の入力として上記発振器
１２の出力が入力し、他方の入力としてＮ分周回路（３
２分周回路）２１の出力が入力される。

２０はラグリードフィルター１９を介して上記比較器１
８の出力に応じた周波数を発生する電圧制御発振器であ
る。上記比較器１８は入力信号間の位相差がゼロの時オ
ーブン状態となり、発振器２０の出力をその状態に維持
し、上記人力信号間に位相差が発生すると、その位相差
のずれ方向及び量に応じてデユーティの異なる信号を出
力し、電圧制御発振器２０の出力周波数の増減を行わせ
る。この様に構成されているので、比較器１５の２人力
は同一位相となる様制御され、その結果分周回路２１の
出力は発振器１２の出力と同位相で、かつ同一周波数と
なる。従って、発振器２０の出力は発振器１２の出力周
波数のＮ信（３２信）の信号となり、該信号を上記シフ
トレジスター８のクロック信号としているので、該レジ
スター８のＮ／４段目の出力はコンパレーター７の出力
、即ち発振器１２の出力に対して９０°位相の異なる信
号となり、上記の如くして電極５ｂと５ａ間に９０°位
相差の周波信号が供給される。

６は電極５Ｓからの信号をパルスに波形整形するコンパ
レーター、９はエツジトリガー型位相比較器で、該比較
器は第４図（ａ）の如く構成される。該比較器は入力Ｒ
，，Ｖ、のパルスの位相を検知し、第４図（ｂ）の示す
如く入力Ｒ１への位相が入力Ｖ１よりも進んでいる時に
出力ｖｌをその位相差分ロウレベルとなし、逆に入力Ｒ
，への位相が入力ｖ１よりも遅れた時には出力Ｄ１をそ
の位相差分ロウレベルとなし、又更に位相が一致してい
る時には出力Ｖ、、Ｄ、共にハイレベルを送出する。

又、該比較器９の他の出力端ｏｕｔの入力Ｒ１゜ｖｌに
対する出力波形は第５図に示す通りである。

２５は開又は閉ループ制御切換えスイッチで開ループ制
御モードでは比較器９の出力ｏｕｔとフィルター１１と
の接続を断ち、又閉ループ制御モードでは比較器９の出
力ｏｕｔをフィルター１１と接続する。１２は上記閉ル
ープ制御モードにおいて比較器９の出力ｏｕｔからの信
号に応じてその出力周波数を可変となす電圧制御発振器
である。１０は前記比較器９の出力Ｕ、、Ｄ、に接続す
るアンドゲート、２２はリセット端子を上記ナントゲー
トｌＯに接続しナントゲート１０の出力がハイレベルの
時リセット状態が解除され前記発振器２０のクロックパ
ルスをカウントするカウンター、２４は数値情報設定装
置、２３はカウンター２２のカウント値と数値情報設定
装置の設定値とを比較しカウント値く設定値の時にハイ
レベルを出力するコンパレーターである。２７はマイク
ロコンピュータ−で上記コンパレーター２３からの所定
時間以上ハイレベルが送出され続けた時にスイッチ２５
を閉ループモードに切換えるための切換え信号を送出す
る。

尚２６は発振器１２の自走周波数〔。を設定する設定回
路である。

次いで、第３図実施例の動作について説明する。

最初開ループ、閉ループ制御切換スイッチ２５は開ルー
プモードに設定されているものとする。この状態では位
相比較器９の出力とは独立に、電圧制御発振器１２は自
走周波数ｆ。（振動波モーターの機械的共振周波数ｆｒ
よりも高い）で発振している。

振動波モーターの電極５ａには電圧制御発振器１２から
の信号が増幅器１４とコイル１６を通して加えられる。

又発振器１２からの信号はＡ相コンパレーター７にて整
形された上、上記周波数ｆ。に対するＮ倍のクロック信
号にてシフトするシフトレジスタ８に入力される。

これにより、レジスター８からは入力信号に対して±９
０°　（±Ｎ／４段）ずれた信号が取り出されスイッチ
１３を介して増幅器１５とコイル１７を通して振動波モ
ーターの電極５ｂに信号を印加する。

上記動作にて電極５ａには発振器１２の出力が、又電極
５ｂには電極５ａの印加信号に対して９０６　位相のづ
れた信号が印加される。

この様にして電極５ａ、　５ｂ間に９０°位相の異なる
周波電圧が印加されると圧電体のＡ相、Ｂ相にはそれぞ
れ定在波が形成され、これが合成されて進行性振動波が
発生し、ローターが駆動される。

又、この状態にあっては電極５Ｓからはモーターの振動
状態に応じた周波信号が発生し、かつこの際の電極５Ｓ
と電極５ａとの信号波形の位相差関係は駆動用電極５ａ
への周波数との関係で、第２図の如（なる。即ち、共振
周波数ｆｒにて駆動されている時には電極５Ｓと５ａと
の波形関係は一９０°　となり、共振周波数からのづれ
に対応してその電極５Ｓ。

５ａ間の位相差関係が第２図のラインＡの如（なる。

この電極５Ｓと５ａ間の位相差を検知すべく、電極５Ｓ
からの信号がコンパレーター６にて整形された上位相比
較器９の入力Ｒ１に入力されると共に電極５ａへの駆動
信号を与える発振器１２の出力をコンパレーターにて整
形の上レジスター８にて入力し、該レジスター８にて９
０°位相シフトされ、該シフト信号が上記比較器９の入
力ｖ１に入力される。

今、周波数はｆ。＞ｆｒであるため、比較器９への入力
信号間に位相差が生じている。従って、この状態では比
較器９の出力ｖｌ又はＤｌから間欠的にロウレベルが出
力されナントゲートｌＯが間欠的にハイレベルを出力す
る。このナントゲート１０からのハイレベルの期間は入
力Ｒ，，Ｖ、間の位相差が大きな稈長時間となるもので
あり、かつ、カウンター２２はナントゲート１０からの
ハイレベルによりセットが解除されるので、上記ハイレ
ベルの期間発振器２０からのクロックパルスを計数し、
その計数値が上記位相差に応じた値を示す。この計数値
は設定装置２４の設定値と比較され計数値〈設定値の時
にハイレベルがコンパレーター２３から送出される。

今、カウント値〉設定値であったとすると、コンパレー
ター２３はロウレベルを送出し、このロウレベルにより
コンピューター２７は設定装置２６の設定値を低下゛さ
せる命令を送出し、発振器１２の出力周波数を減少させ
る。この様にしてカウント値〉設定値の限り発振器１２
の出力周波数が除々に低下して共振周波数ｆｒが近づき
、上記カウント値がカウント値く設定値となった時には
コンパレーター２３はハイレベルを送出する。

このコンパレーター２３からのハイレベルがコンピュー
ター２７にて検知されると、コンピューター２７からの
命令にて切換スイッチ２５が開ループモードに切換えら
れる。

閉ループモードでは比較器９の出力ｏｕｔがフィルター
１１を介して発振器１２に入力し、発振器１２の出力周
波数は以後比較器９の出力ｏｕｔからの信号に応じて制
御される。

尚、閉ループ制御では比較器９の出力ｏｕｔは第５図（
Ｃ）の如くＹの出力特性を示す。従って、電極５Ｓの出
力と電極５ａの信号間が９０°以上づれると比較器９の
出力ｏｕｔはハイレベルとなり発振器１２の周波数を高
くし、これにて電極５ａの信号を電極５Ｓの出力よりも
位相が進む方向、即ち位相差が９０°方向となる様制御
し、逆に電極５Ｓと５ａ間の信号位相差が９０°以内と
なると比較器９の出力ｏｕｔはロウレベルとなり発振器
１２の周波数を低下させ上記電極の信号間の位相差を９
０°方向へ移行させる。以上の動作にて閉ループ制御で
は上記電極の信号間の位相差が９０°　となる様制御さ
れる。

〔変形例〕

実施例において、比較器９の出力端Ｕ、、Ｄ。

の出力をそれぞれ単独に検知し、この出力端からロウレ
ベルが送出されている時間をそれぞれ検知すれば、位相
の進み又は遅れの方向性をも検知出来、周波数のずれ方
向も検知し得ることとなる。

又、更に設定装置２４の設定値を上記コンパレーター２
３からロウレベルが送出されるごと、即ちカウンター値
〉設定値の検知がなされるごとに増大させ、カウント値
〈設定値となった時の設定値を読み取る様にすれば、そ
の周波数のずれ量を数字として読み取ることも出来るも
のである。

〔効　果〕

以上の如く、本発明にあっては駆動周波数の共振周波数
からのずれ量を検知することが出来振動波モーターの駆
動状態を定量的に検知することを可能ならしめることが
出来るものである。

【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構成を示す断面
図、第２図は本発明の詳細な説明するための波形図、第
３図は本発明の振動波モーターの駆動回路の一実施例を
示す回路図、第４図（ａ）は第３図示の比較器９の構成
を示す回路図、第４図（ｂ）は第４図（ａ）の比較器の
動作を説明する波形図、第５図（ａ）〜（Ｃ）は第４図
（ａ）の比較器の動作を説明する波形図である。 ９・・・・・・比較器　　　１０・・・・・・ナントゲ
ート２２・・・・・・カウンター　　２３・・川・コン
パレーター２４・・・・・・設定装置 特許出願人　　キャノン株式会社 μ＝１；ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧電体が配される振動体に対して位相の異なる駆動用周
   波電圧を印加して振動体に進行性振動波を形成し、該振
   動波にて移動体を駆動する振動波モーターの駆動回路に
   おいて、前記圧電体に発生する信号を検知する振動検知
   用電極を設け、該電極からの信号と前記駆動用周波電圧
   との位相差に基づき共振周波数に対する駆動周波電圧の
   周波数差を求める検知回路を設けたことを特徴とする振
   動波モーターの駆動回路。