JPS63268477A - 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】 ［発明の利用分野］ 本発明は、振動体に生ぜしめた進行性振動波により、振
動体と接している移動体を摩擦駆動するいわゆる振動波
モータ、特にその駆動回路に関するものである。

［発明の概要］ 振動波モータの原理を概略第２図および第３図にて説明
すると、ｌａ、ｌｂは電歪素子または磁歪素子など電気
機械エネルギー変換素子、例えばＰＺＴ　　（チタン酸
ジルコン鉛）である。２はリング状の板の形をした振動
体で弾性物質からなり、その片面に前記電歪素子１ａ、
Ｉｂが接着されている。振動体２は電歪素子１ａ、１ｂ
と共にステータ（不図示）側に保持されている。３は移
動体であり、振動体２の他面に対し押圧接触されたリン
グ板状のロータを形成している。電歪素子１は振動体２
の周方向に複数個配列されており、そのうち一群（これ
をＡ相という）の電歪素子１ａに対して他の一群（これ
をＢ相という）の電歪素子１ｂは振動波の波長λの１７
４だけずれたピッチで配置される。群内での各電歪素子
１ａ、ｌａ、１ａ・・・は１／２波長のピッチで、相隣
り合うものの極性が逆になるように配置されている。電
歪素子１ｂ、ｌｂ。

１ｂ・・・についても同様である。

二のような構成の振動波モータにおいて一つの群（Ａ相
）の電歪素子１ａにＶｏ・ｓｉｎωＴの交流電圧を印加
し、もう一方の群（Ｂ相）の電歪素子１ｂにＶ　ｏ−ｃ
ｏｓωＴの交流電圧を印加すると、各電歪素子は相隣り
合うものどうし極性が逆向きで二つの群どうし９０”位
相のずれた交流電圧が印加されて伸縮振動をする。この
振動が伝えられて振動体２は電歪素子１ａ、ｌｂの配置
ピッチに従って曲げ振動をする。この曲げ振動は、振動
体２が一つおぎの電歪素子の位置で出っ張ると、他の一
つおきの電歪素子の位置が引っ込むという風になる。一
方、前記の如く電歪素子の一群１ａは他の一群１ｂに対
し、１７４波長ずれた位置にあるため曲げ振動は電圧素
子の配列方向に進行する。交流電圧が印加されている間
、次々と振動が励起されて、進行性曲げ振動波となって
振動体２を周方向に伝わってゆく。

このときの波の進行状態が第３図（ａ）　、　（ｂ）　
。

（Ｃ）　、　（ｄ）に示しである。いま、進行性曲げ振
動波が矢示Ｘ＋力方向進むとする。０を静止状態に於け
る振動体２の中心面とするとこの中心面は振動状態では
鎖線で示す中立面６となり、こ・の中立面６では曲げに
よる応力が拮抗している。いま中立面６と直交する断面
を一般的に７で表わし、断面７と中立面６との交線を一
般的に５で表わし、断面７と振動体２の移動体３側の表
面との交線上の点を一般的にＰで表わし、これらを特定
的に表わすときには、添数字を付して表わすことにする
。中立面６と直交する断面７についてみると、これら二
面の交線５では応力がかからず、交線Ｓは上下振動をす
るだけである。同時に断面７は交線５を中心として左右
の振り子振動をする。従って、点Ｐは上下運動と左右運
動を合成した運動をするが、これを次に詳説する。

第３図（ａ）は任意の一時点での状態を示しており、面
Ｏと中立面６との交線５１を通る断面７□と振動体２の
移動体３側の表面との交線上の点Ｐ１は、左右振動の右
死点となっていて上方向運動だけしており、他方、波の
正側（面Ｏの上側）にある交線５２に対応する点Ｐ、に
は左方向（波の進行方向Ｘ、と逆のＸ２方向）の運動成
分が加わり、また波の負側（面０の下側）にある交線５
３に対応する点Ｐ３には右方向の運動成分が加わる。

その後、波が進行して、第３図　（ｂ）に示すように波
の正側に前記の交線５．が来ると、点Ｐ１は左方向の運
動をすると同時に上方向の運動をする。更に同図（Ｃ）
の時点では語意ＰＩは上下振動の上死点に来て左方向の
運動だけをする。更に　（ｄ）の時点では語意Ｐ、は左
方向の運動と下方向運動をする。さらに波が進行し、右
方向と下方向の運動、右方向と上方向の運動を経て同図
（ａ）の状態に戻る。

このような一連の運動過程により点Ｐは回転楕円運動を
し、その回転半径は、振動体２の中立面６から移動体側
表面まで（即ち点Ｐまで）の長さの関数となる。

一方、し動体３は振動体２に加圧接触しているので、例
えば第３図（Ｃ）に代表的に示すように、移動体２に対
して凸になった振動体２の部分の点ＰＬの回転楕円運動
が移動体３をＸ、方向に摩擦駆動する。点Ｐ１だけでな
く、振動体２の前記移動体３側の表面上の全ての点が点
Ｐ。

と同じように移動体３を摩擦駆動する。以上が振動波モ
ータの原理である。

従来、振動波モータの振動体を振動させるために電歪素
子を付勢する回路は交流信号を用いる回路であり、熱な
どによる機械的共振周波数の変動に追従する回路及びス
タート時の立上げ用の回路などを備えているが、回路が
複雑になり、また、駆動周波数が本来の周波数範囲から
はずれると復帰が難しく、また低速時に回転が不安定に
なりやすいという欠点があった。

［発明の目的］ 本発明は上述従来の振動波モータ駆動回路の欠点を除去
すると同時に、５ｉｌｌＩ波モータの回転数を可変にで
きる振動波モータの駆動回路を提供するにある。

［発明の概要］ 本発明による振動波モータの駆動回路は、振動波モータ
の振動体に配列固定された電気−機械工ネルギ変換素子
（例えば電歪素子）を付勢する交流信号を周波数変調又
は振幅変調して該電気−機械エネルギ変換素子へ入力す
る手段を有することを特徴とするものである。

［発明の実施例］ 第１図に本発明の一実施例に係る振動波モータの駆動回
路のブロック図を示す。８は周波数コントロール信号出
力部、９は発振部、１０は９０°移相部、１１は１８０
°移相部、１２．１３は電力増幅部、１４は振動波モー
タ本体である。

第４図に周波数コントロール信号出力部ｄと発振部９の
回路例を示す。ＶＲＩ、ＶＲ２は可変抵抗器、Ｒ１，Ｒ
２は抵抗、Ｃ１はコンデンサ、ＩＣＩ、ＩＣ２は電圧−
周波数変換素子である。

第１図において、周波数コントロール信号出力部８より
得られた信号により発振部９の発振周波数とその周波数
変化範囲が設定され、これに応じて発振部９は発振する
。発振部９からの信号は増幅部１２と９０°移相部１０
へ伝わる。

増幅部１２はその信号を増幅し、撮動波モータ１４の先
述の一群（Ａ相）の電歪素子１ａに位相０°の周波電圧
を印加する。９０°杓相部１０は発振部９からの信号を
９０°移相する。又この信号は１８０°ｎ相器１１に伝
えられ、合わせて２７０°移相される。このようにして
発振部９の発生する周波電圧に対し各々９０°又は２７
０゜（−９０°）の位相差を持つ２つの信号が作られ、
そのいずれかの信号が正転、逆転切換えスイッチＳＷに
より選択されて、増幅部１３を介して振動波モータ１４
の先述の他群（Ｂ相）の電歪素子１ｂに印加される。

次に第４図に示した周波数コントロール信号出力部８と
発振部９の回路例を詳しく説明する。可変抵抗器ＶＲＩ
によって電圧−周波数変換素子ＩＣＩへ人力する電圧を
決める。電圧−周波数変換素子ＩＣＩの出力する矩形波
は抵抗Ｒ２，コンデンサＣ１によるフィルタを通り三角
波になり、可能抵抗器ＶＲ２により分圧され、一定の電
圧Ｖ１に加えて電圧−周波数変換素子ＩＣ２に人力され
る。このとき、電圧■１は、設定された周波数範囲の下
限の周一波数を電圧−周波数変換素子ＩＣ２が出力する
様に、また可変抵抗器ＶＲ２により分圧された電圧の最
大値と電圧ｖ１との和を電圧−周波数変換素子ＩＣ２に
入力したときに該素子ＩＣ２の出力が設定された周波数
範囲の上限を示す様に、定められる。

第５図（ａ）に電圧−周波数変換素子ＩＣ２への入力波
形、（ｂ）にその出力波形、（ｃ）に振動波モータ本体
への入力波形を示し、又、同図（ｄ）に比較のため、従
来の周波数一定のときの振動波モータ本体への入力波形
を示す。（ｃ）に示すように、本実施例では振動波モー
タへの入力は周波数変調された交流となる。

第６図に振動波モータの周波数−インピーダンス特性を
示す。原理的に駆動周波数が図示の範囲ｆｂのときモー
タは回り、また、駆動周波数が図示の範囲ｆａ、ｆｂの
ときにはモータは動かない。従来の駆動方式では何かの
拍子に駆動周波数が本来の周波数範囲ｆｂからはずれて
しまうと、振動波モータは再び動き出さず、回転検知手
段を用いてモータが止ってしまったことを検知し、再び
スタート信号を与えモータを動かすという方法を用いな
ければならない。本発明実施例では絶えず駆動周波数を
変動させているため一度範囲ｆｂからはずれても再びｆ
ｂの周波数範囲にもどるのでモータは回り続ける。又、
周波数範囲ｆａとｆｂの境あるいはｆｂとｆｃの境の周
波数を含む範囲で駆動周波数を変動させれば低速回転が
可能である。又、駆動周波数を変動させる速さを変える
ことによってもモータのスピードを変化させることがで
きる。その上、Ａ相とＢ相の周波数−インピーダンス曲
線のずれを平均化できるのでモータによるばらつきも少
なくなる。

第７図は本発明の他の実施例に係る振動波モータの駆動
回路のブロック線図であり、１５は振幅コントロール信
号出力部である。第８図に第７図の振幅コントロール信
号出力部１５と増幅部１２．１３の回路例を示す。発振
部９から増幅部１２に位相差Ｏ°の交流信号、増幅部１
３には位相差９０＠（あるいは２７０°）の交流信号が
入力される。増幅部１２．１３の出力は振動波モータ１
４のＡ相電歪素子およびＢ相電歪素子に夫々印加される
。その信号の振幅は、振幅コントロール信号出力部１５
からの振幅コントロール信号によって、決められた周期
で決められた電圧幅を変動する。第８図の回路の動作は
可変抵抗器ＶＲ２で電圧−周波数変換素子ＩＣＩの出力
を分圧して電圧■１に加えるまでは第４図と同じであり
、この出力を増幅部１２゜１３の振幅変調に用いる。

第９図（ａ）に本実施例によって得られる波形、第９図
（ｂ）に従来の波形を示す。第９図（ａ）の波形は、第
９図（ｂ）の波形と比較すると、振動波モータの低速時
（振幅が小さいとき）に振幅の大きい場合を含んでいる
ため、振動波モータは止らないで安定に回る。又、駆動
周波が本来の駆動周波数範囲からはずれた場合にも、振
動にいろいろな要素が含まれており、復帰しやすいとい
う利点が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては振動波モータの
駆動交流電圧の周波数や振幅を絶えずスィーブさせるこ
とにより、低速時の安定駆動が可能で、又本来の駆動周
波数範囲からはずれても復帰し易いという利点がある。

又、スィーブさせる時定数や範囲を変えることによって
振動波モータの速度を変化させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る振動波モータ駆動回路
のブロック図、第２図は振動波モータの斜視図、第３図
（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）は振動波
モータの駆動原理を示す図、第４図は第１図における周
波数コントロール信号出力部と発振部の回路例を示す図
、第５図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）
は上記実施例の回路各部の波形を示す図、第６図は振動
波モータの周波数−インピーダンス特性図、第７図は本
発明の振動波モータ駆動回路の他の実施例のブロック線
図、第８図は第７図の実施例の振幅コントロール信号出
力部と増幅部の回路例を示す図、第９図（ａ）　（ｂ）
は第７図の回路からの出力波形と従来波形を示す図であ
る。 ｌａ、ｌｂ・・・駆動用電歪素子、 ２・・・振動体、　　　　３・・・移動体、８・・・周
波数コントロール信号出力部、９・・・発振部、　　　
　１０・・・９０°穆相部、１１・・・１８０°穆相部
、 １２．１３・・・増幅部、 １４・・・振動波モータ本体、 １５・・・振幅コントロール信号出力部。 第３図 第５図 第６図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　振動体に配列固定された交流付勢される複数の電気−
   機械エネルギー変換素子の伸縮振動に励起されて該振動
   体に生ずる進行性振動波により、該振動体に接している
   移動体を摩擦駆動する振動波モータの駆動回路であって
   、上記電気−機械エネルギー変換素子を付勢する交流信
   号を周波数変調又は振幅変調して電気−機械変換素子へ
   入力する手段を有することを特徴とする振動波モータの
   駆動回路。