JPS63154076A - 振動波モ−タの駆動回路 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は振動波モータ、特にその駆動回路に関するもの
である。

〈従来技術〉 電気−機械エネルギー変換素子に駆動電圧を与え、振動
体上に進行性振動波を発生させ該進行性振動波により移
動体を摩擦駆動する振動波モータの速度を調整する方法
として種々提案されている。

例えば、電気−機械エネルギー変換素子への印加電圧の
レベルつまり振動体上に発生する進行波の僅かな振幅レ
ベルを変化させることにより速度制御を行っていた。し
かしながら、振動体は外部環境例えば温度変化等に微妙
ではあるが変化し、上述の僅かな振幅し゛ベルに多大な
影響を与え安定した速度制御、特に低速回転の安定した
速度制御を行うことは困難であった。また、電源電圧を
一定とした場合には、最大の速さで駆動している時を除
いては、常に駆動回路で電圧降下を行うため、駆動回路
での損失が大４いという欠点があった。

更に電源電圧を低下させそ速度を低下する場合、ステー
タ（固定子）に対しロータ（回転子）を圧接する機構の
為、ある電圧値を越えないと安定した振動が発生しなく
、低速回転には不向きであった。

〈発明の目的〉 本発明は上述の欠点を除去すべ（、振動波モータの駆動
電圧の周波数を共振周波数よりずらした周波数を印加す
ることにより、安定した振動波モータの速度制御を行う
ことを目的とする。

第１図は本発明の振動波モータの駆動回路を示すもので
ある。ｌは例えば９０°位相のずれた２位相発振器であ
ると同時に周波数を任意に変化できる設定部を有する発
振器である。２は２チャンネル増幅器、３はマツチング
用コイル、４は電気−機械エネルギー変換素子に駆動電
圧を与えるＡ電極とＢ電極と不図示の移動体を含む振動
波モータ本体である。ここで増幅器２の出力は矩形波で
あるが、正弦波でも可能である。上記構成のもとでＡ電
極及びＢ電極に位相のずれた駆動周波数を印加すること
により振動体上に進行性振動波を発生させ移動体を移動
させるものである。第２図は、上述第１図に示す振動波
モータの駆動周波数ｆに対するインピーダンス２の絶対
値１２１を示す図である。また、インピーダンスλの実
部をＲ虚部Ｘとするとｚ＝Ｒ＋ｊｘで示され、第２図は
同時に実部Ｒと虚部Ｘの夫々の絶対値ＩＲＩとＩＸＩも
示している。ここで虚部Ｘは容量性を示し一般的に負の
値を取るものである。

次に、実部ＩＲＩの極大値を示す周波数ｆｒ付近が機械
的共振点であり一般的に力率が最大となり入力電力が最
大となる。インピーダンス１乏１の曲線は上述機械的共
振点の周波数以下の近傍で極少値を取り、機械的共振点
以上の近傍で極大値をとり除々に駆動周波数が増大する
に従いなめらかに減少している。

本発明は、上述の振動波モータ特有の駆動周波数に対す
るインピーダンス特性をうまく利用し、特に機械的共振
点ｆｒより高い駆動周波数を印加することにより、共振
点ｆｒでの駆動速度から低速まで安定した回転速度を与
えることが出来るものである。

つまり、機械的共振周波数ｆｒより高い周波数を振動波
モータに印加した時、同じ交流電圧の振幅を用いた場合
に、まず、インピーダンス１乏１は高くなり入力電力が
減少してい（。次にインピーダンス１λ１も減少してい
くが、入力電力を消費する実部Ｒも減少してしまうため
力率が悪化して入力電力は減少してい（ことになる。

第３図は増幅器２での印加電圧が４０Ｖの際の実測値を
示すのもである。横軸に駆動周波数、縦軸に定格負荷（
負荷トルク３００ｇ−ｃｍ）での回転数とＡ電極に流入
する電流値を示す。同図に示すＣＷは振動波モータが時
計方向での回転数及び電流値を示し、ＣＣＷは反時計方
向での回転数及び電流値を示す。【ｒは上述機械的共振
点を示すものである。図に示す如く、回転数が２７ｒ、
ｐ、ｍ付近から０．５ｒ、ｐ、ｍ程度まで安定した回転
数が得られた。

しかしながら、振動波モータは機械的共振周波数からは
ずれるに従って力率が悪化していくために、５ｒ、ｐ、
ｍ付近から、定格負荷での電流が２７ｒ、ｐ、ｍの時よ
りも増えてしまっている。増幅器２の出力素子の許容電
流を５０　ｍ　Ａと設定した際、５ｒ、ｐ、ｍより遅（
した時に出力素子の上述許容電流を超えて破壊してしま
うことになる。そこで、印加電圧を減少させなければな
らない。ここで、印加電圧を４０Ｖｐ−ｐから３０Ｖｐ
−ｐに減少させた結果を示す図が第４図である。この場
合、低速回転になっても、第３図の時の２７ｒ、ｐ、ｍ
での定格負荷での電流より少ない電流しか流れないので
出力素子が壊れることは無い。

第４図は本発明の他の′実施例である。

５．６は振動波モータのＡ電極、Ｂ電極を示し、７゜８
は上述Ａ電極、Ｂ電極へ駆動電圧を印加するための電圧
増幅器、９は９０°位相ずれを越すための移相器で該移
相器９の出力は電圧増幅器８へ入力し、電圧制御発振器
ｌＯの出力は移相器９と電圧増幅器７へ入力している。

電圧制御発振器１０はその入力電圧に応じてその出力の
周波数を可変する様構成されている。１１は分圧用可変
抵抗、１５は直流電源、１３．　１４は抵抗、１７は抵
抗１４と接続される。

電気光変換素子、１８は振動波モータ本体に取り付けら
れている、位置、回転数検出用のエンコーダーで上述電
気−光変換素子からの光を通過させるための複数のスリ
ットを有している。１６は電気−光変換素子から出力さ
れる光を検知するための光−電気変換素子である。１２
は周波数電圧変換器Ｆ／Ｖで、電気−光変換素子からの
光が複数のスリットを有したエンコーダー１８を通過し
たり、遮断を繰り返しすることで、振動波モータの回転
数が検知され、該回転数、つまり周波数が電圧に変換さ
れることになる。

第６図（ａ）は周波数電圧変換器１２の特性を示すグラ
フである。横軸は振動波モータの回転数つまり周波数を
示し、縦軸にその出力電圧を示す。同図（ｂ）は電圧制
御発振器１０の特性を示すもので横軸に発振周波数を示
し、縦軸に分圧用可変抵抗器１１により分圧された入力
電圧を示す。第６図（ｃ）は振動波モータの特性を示す
グラフで横軸に振動波モータのＡ電極及びＢ電極に印加
される周波電圧の周波数ｆを示し、縦軸に定格負荷での
回転数Ｎを示す。ここで、振動波モータに印加する電圧
の周波数がｆＮｏのとき定格負荷時の回転数がＮ。

とする。（第６図（Ｃ））この時、周波、微電圧変換器
Ｆ／Ｖに入るエンコーダの入力周波数Ｆ　ＮＯ、出力電
圧Ｖ　Ｎｏ　、又、電圧制御発振器の入力電圧１　／　
ａ　Ｖ　Ｎ。

出力の発振周波数ｆＮｏである。

今、振動波モータに外乱例えば振動波モータの姿勢、具
体的には傾きや、外部の温度変化等が加わり、印加周波
数に対する回転数の曲線が実線から破線に移行し駆動周
波数ｆＮｏでの定格負荷での回転数がＮＯからＮＯ′　
　になったとすると、周波数電圧変換器Ｆ／Ｖの入力周
波数はＦＮＯからＦＮＯ’　　になり、その出力電圧は
ＶＮＯからＶ　Ｎｏ　’　　となる。同様に電圧制御発
振器ｖＣＯの入力電圧も１／ａ−ＶＮ。

が１／ａＶＮｏ’　　になり、その出力周波数はｆＮｏ
からｆＮｏ’　になる。振動波モータの駆動周波数がｊ
Ｎｏ’になると第６図（Ｃ）の破線の特性上より再び定
格負荷時での回転数はＮＯになる。すなわち、振動波モ
ータの回転数を印加する電圧の周波数を変化させて常に
一定の回転数を得る様にしてい。

る。

この様にして、振動波モータに印加する周波電圧の周波
数を変えることにより、振動波モータの入力電力を変え
、回転数を変えることができる。

又、この方法では、周波数に対する回転数の表を得てい
れば、その表を有する制御系を用いることにより最適な
制御をかけることができる。

尚、第５図に於いて、電圧増幅器７と８の電源電圧を予
め複数、用意しておき周波数による変化と電源電圧によ
る変化とを組合せることも出来る。この様な構成では、
速さの可変範囲を広くとることが可能である。

又、電気機械変換素子に印加する周波電圧の周波数が機
械共振点よりも離れると皮相電力が大きくなるため、電
圧制御と周波数制御を組合せることは有効である。

く効　果〉 本発明に依れば振動波モータの速度制御を駆動電圧の周
波数を変化させ、特に、機械的共振点より高い周波数を
可変とすることで特に振動波モータの低速度での安定性
が良（なった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る第１の駆動回路である。 第２図は振動波モータの駆動周波数に対するインピーダ
ンス特性を示す。 第３図、第４図は振動波モータの駆動周波数に対する回
転数および電流を示す実測値である。 第５図は本発明の第２の駆動回路を示す、第６図（ａ）
、　　（ｂ）、　　（ｃ）は順に周波数電圧変換器、電
圧制御回路、振動波モータの特性を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 振動体へ周波電圧を印加し進行性振動波を発生させ移動
   体を摩擦駆動する振動波モータの駆動回路に於いて、前
   記振動体の駆動周波数に対するインピーダンスをＲ＋ｊ
   Ｘ（ｊは虚数単位）で表わした時、｜Ｒ｜が最大となる
   周波数より高い周波数にて前記振動体への駆動周波数を
   可変する制御回路を具備したことを特徴とする振動波モ
   ータの駆動回路。