JPS63167680A - 超音波モ−タの駆動装置 - 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、磁歪、電歪、圧電体等の電気−機械変換子を
用いて駆動力を発生する超音波モータの駆動装置に関す
る。

従来の技術 磁歪、電歪、圧電体等の電気−機械変換子を駆動源に用
いた超音波モータを産業上で実用的なモータとして用い
るためには、モータに加わる負荷や周囲条件の変化に対
して、影響を受けない高精度のモータ回転を必要として
いる。

以下従来の超音波における速度制御装置の構成を第３図
に示し説明する。図において、モータ８は、電気−機械
変換子を駆動源とした圧電体１及び圧電体２と弾性体３
とからなるステータ４と、このステータ４に面接触する
ライニング５を備えたロータ６と、前記ステータ４とロ
ータ６とを加圧接触するための締結部材７とから構成し
ている。

一方、モータ８の駆動回路は、前記電気−機械変換子を
駆動源に用いたモータ８のモータ出力を検出するセンサ
ー９と、ステータ４により定まる駆動周波数の信号を出
力する発振回路１０と、発振回路１０の出力信号を分岐
し、一方を直接増幅して圧電体１に信号を印加するスイ
ッチング回路１２と、発振回路１０の他方の出力信号を
位相回路１１で任意の位相差をもたせて、この出力信号
を増幅して圧電体２に信号を印加するスイッチング回路
１３と、発振回路１０、位相回路１１、スイッチング回
路１２及び１３を動作させるための電圧Ｖ＾及び電圧Ｖ
Ｂを出力する電源１４とからなっており、スイッチング
回路１２及び１３は電源１４からの電源ＶＢで信号増幅
するようになっている。また、スイッチング回路１２及
び１３にはセンサー９の出力が帰還されており、センサ
ー９の出力の変化に応じてスイッチング回路１２及び１
３の出力を０Ｎ１０ＦＦできるようになっている。

第３図の構成において、外部から加わる負荷や周囲条件
の変化に対してモータの回転速度を一定に回転を保持さ
せるには、センサー９の出力に応じて、圧電体１及び２
に印加する信号を瞬時的に０Ｎ１０ＦＦ　（バースト駆
動）することにより一定速度を保持しようとしてきた。

発明が解決しようとする問題点 しかしこのような構成の駆動装置においては、速度を保
持するために行う信号のＯＮ及びＯＦＦ時間を小さくし
てもモータとしては回転ムラを生じる。特に低速回転に
おける回転ムラは太き（なるため連続的に速度を補正す
る駆動装置が必要となる。

また、圧電体１及び２に印加する信号を瞬時的な０Ｎ１
０ＦＦ動作で印加したときのロータ６の動きを検出する
と、回転と停止の２動作を微小ステップでくり返してお
り、超音波モータは立上がり・立下がりが早いために停
止動作時におけるステータ４とライニング５との間に微
小な跳躍運動が発生し、これによる鳴き音が無視できな
くなる。

さらに上記の従来の駆動では、信号を０Ｎ１０ＦＦＬ、
ているので圧電体１及び２に電気エネルギーが蓄積され
ずモータの出力トルクが低下してしまう。

そこで本発明は超音波モータの速度変化を連続的に補正
し、一定の速度で回転して、モータに加わる負荷や周囲
条件の変化に対して安定した実用的なモータ特性を得る
とともに、低価格な超音波モータの駆動装置を提供しよ
うというものである。

問題点を解決するための手段 そこで本発明は、ステータを構成する圧電体へ高周波電
圧を印加するスイッチング回路と、そのスイッチング回
路に速度指令に対応する直流電圧を供給する電圧−電圧
変換回路とを備えたものである。

また圧電体に印加する電圧と圧電体の機械振動に関与す
る電流との位相差を一定にするように自動的に周波数を
変える可変発振回路を備えたものである。

作用 超音波モータは一般に、圧電体に電圧を印加した時に生
じる振動振幅を回転力に変換しており、この振動振幅は
圧電体に印加する電圧の振幅に比例することが知られて
いる。

本発明の駆動装置は、上記の構成の如く速度指令に対応
する直流電圧をスイッチング回路に供給し、圧電体に任
意の振幅をもつ高周波電圧を印加するので、モータの回
転速度が減少すれば加速するために、圧電体に印加する
電圧の振幅を大きくして、又モータの回転速度が増加す
れば減速するために、圧電体に印加する電圧の振幅を小
さくしている。

また、本構成では回転速度の変化に応じて連続適に圧電
体に印加する信号を変化させることができるので、従来
よりもスムーズに安定した速度の保持ができる。

さらにモータの出力トルク低下がなく、鳴き音の発生を
皆無とすることができるものである。

実施例 以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。第
１図は本発明の一実施例であり、超音波モータの速度制
御を行う駆動装置の構成を示したものである。従来例と
同一部分については、同一符号を付与した。

第１図に示すように、超音波モータ８の駆動源である圧
電体１及び２には圧電体に印加する電圧と圧電体の機械
振動に関与する電流とを検出して、この２つの位相差を
一定にするよう周波数を自動的に変える可変発振回路１
８で出力された信号の一方を直接スイッチング回路１２
に入力し、他の一方を任意の位相差だけ位相回路１１で
位相差を生じさせたのちにスイッチング回路１３に入力
して、それぞれの信号をスイッチング回路１２及び１３
で信号増幅し、その出力を圧電体１及び２に印加する。

そしてスイッチング回路１２及び１３に供給する電圧は
、電源１４から電圧−電圧変換回路１７で前記電圧ＶＢ
をパルス振幅変調して得られる電圧ＶＣを供給する。

次にこれらの回路の動作について、詳細に説明する。

第２図に第１図における各回路の信号波形を示す。

第２図において、Ａはセンサー９の検出信号を示し、Ｂ
、Ｃは周波数−電圧変換回路１５（以下Ｆ−Ｖ回路と称
す）の信号を示したものである。

また、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇは電圧−電圧変換回路１７におけ
る信号を示す。圧電体１及び２に電圧を印加するとロー
タ６が回転し、センサー９には第２図のへの波形が出力
される。前記Ａの波形において、Ｈ−１間の波形をロー
タ６が任意の一定の速度で回転している時の波形とする
と、Ｉ−Ｊ間はＨ−Ｉ間より波長が長くなりモータが減
速していることを示し、Ｊ−に間はＨ−１間より波長が
短（なりモータが加速していることを示す。

Ｆ−Ｖ回路１５は、オペアンプまたはコンパレータ等か
らなる波形変換回路、積分回路、サンプル及ホールド回
路から構成されており、第２図の信号Ａを前記波形変換
回路で波形変換すると第２図の信号Ｂが得られ、引き続
き前記積分回路またはサンプル及ホールド回路（図示せ
ず）に前記信号Ｂを入れると、信号Ｂに示す信号波形の
パルス間隔に応じた任意の振幅をもつ電圧υの信号Ｃが
得られる。

電圧−電圧変換回路１７（以下ｖ−■変換回路と称す）
は、オペアンプまたはコンパレータ等からなる反転回路
および比較回路と、ＮＰＮトランジスタまたはＰＮＰト
ランジスタ等からなるスイッチング素子と、ダイオード
、インダクタンス。

コンデンサ等からなる平滑回路とから構成されている。

任意の周波数で信号を出力する基準信号発振回路１６の
出力と速度指令信号と第２図の信号Ｃとを前記ｖ−ｖ変
換回路１７に入力すると、まず前記信号Ｃが速度指令信
号と比較され、この誤差信号が前記ｖ−■変換回路１７
の反転回路（図示せず）により信号反転され（第２図の
信号りの点線で示す）、引き続き反転された信号と基準
信号発振回路１６の出力（第２図の信号りの実線）とを
前記ｖ−■変換回路１７の比較回路（図示せず）に入力
すると、第２図の信号Ｅが得られる。この信号Ｅと前記
ｖ−■変換回路１７のスイッチング素子とで電源１４か
ら出力される電圧ＶＢをスイッチングすると、第２図の
信号Ｆのような振幅ＶＢのパルス信号が得られる。この
信号Ｆを前記Ｖ−■変換回路１７の平滑回路で平滑をす
ると、第２図信号Ｇのような振幅をもった電圧ＶＣが得
られる。ここで第２図の信号Ａと信号Ｇの波形に着目す
れば、信号ＡがＨ−１間からＩ−Ｊ間に変化すると、ロ
ータ６の回転速度が減少したことにより、信号Ｇの電圧
ＶＣの振幅がＨ−１間の時より大きくなり、逆に信号Ａ
がＨ−Ｉ間からＪ−に間に変化すると、ロータ６の回転
速度が増加したことにより信号Ｇの電圧ＶＣの振幅がＨ
−１間の時より小さくなっていることがわかる。

上記のｖ−■変換回路１７の出力信号Ｇをスイッチング
回路１２および１３で増幅することにより、信号Ｇの電
圧ＶＣに対応した振幅へ増幅が行われ、この増幅された
出力電圧を圧電体１および２に印加することにより速度
制御を行う。即ち、ロータ６の回転速度が減少すると圧
電体に印加する電圧が大きくなり、圧電体の振動振幅も
太き（なるのでロータ６は加速して速度を一定に保持す
るように作用する。一方、ロータ６の回転速度が増加す
ると圧電体に印加する電圧が小さくなり、圧電体の振動
振幅も小さくなるのでロータ６は減速して速度を一定に
保持するように作用する。

以上のようなメカニズムによって、超音波モータの回転
速度の定速制御が可能となる。

発明の効果 本発明による超音波モータ駆動装置は、速度指令信号と
モータの回転速度に応じた信号が一致する電圧を、パル
ス振幅変調方式を用いて実現し、このパルス振幅変調し
た電圧を増幅しその出力を超音波モータの駆動源である
圧電体に印加するので、モータの回転速度の変化を瞬時
に補正でき、一定速度制御がスムーズに行える。さらに
、速度の補正も連続的であるため、モータの出力トルク
ムラを皆無とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における超音波モータの駆動装
置のブロック図、第２図は第１図における各ブロックの
信号波形図、第３図は従来の駆動装置のブロック図であ
る。 １．２・・・・・・圧電体、４・・・・・・ステータ、
８・・・・・・超音波モータ、９・・・・・・センサー
、１２．１３・・・・・・スイッチング回路、１５・・
・・・・周波数−電圧変換回路、　　１６・・・・・・
基準信号発振回路、１７・・・・・・電圧−電圧変換回
路、１８・・・・・・可変発振回路。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名ぐ− 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステータを構成する電気−機械変換子へ高周波電
   圧を印加するスイッチング回路と、モータの回転速度に
   対応した信号と速度指令信号を比較し、この誤差信号に
   対応するパルス振幅変調した直流電圧を前記スイッチン
   グ回路に供給する電圧−電圧変換回路とを備えた超音波
   モータの駆動装置。
2. （２）電気−機械変換子は圧電体で構成した特許請求の
   範囲第１項記載の超音波モータの駆動装置。
3. （３）ステータを構成する圧電体に印加する電圧と圧電
   体の機械振動に関与する電流との位相差を一定にするよ
   う自動的に周波数を変える可変発振回路と、この発振回
   路の発振周波数をほぼ９０度の位相差でスイッチングし
   、前記圧電体へ高周波電圧を印加する２つのスイッチン
   グ回路と、モータの回転速度に対応した信号と速度指令
   信号を比較し、この誤差信号を基準信号を用いてパルス
   振幅変調した直流電圧を前記スイッチング回路に供給す
   る電圧−電圧変換回路とを備えた超音波モータの駆動装
   置。