JPS63299787A - 超音波モ−タ駆動装置 - 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 本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モータ
駆動装置に関するものである。

従来の技術 超音波モータは、超音波振＠を駆動力とするモータであ
る。電気入力によって駆動体に微小な弾性振動を励振し
、この運動を移動体の運動に変換するものである。

駆動体はたとえば第４図に示すような構造を有する。円
板形状の圧電体１３は表面には例えば４６°毎の狽域に
分割された８個の電極が設けられている。このように構
成された圧電体１３の相隣合う電極毎に、板厚方向に分
極方向が互いに異なるようにして分極を行なう０この結
果、第４図において示すように互い違いにプラス極性あ
るいはマイナス極性を有する領域からなる８極、４組の
強制励振振動子が形成される。電極は分極後は分割され
ている必要はなく、一括して電圧を印加できるように接
続できる。

円板形状の圧電体１８も圧電体１３と同様の構造であシ
、互い違いにプラス極性あるいはマイナス極性を有する
８極、４組の強制励振振動子が形成される。

以上の様に構成された圧電体１３．１８は、固定子基体
２６に同心円上に重ね合わせて貼シ付けられ、第６図に
おいて示す駆動体２６として用いる０駆動体２６の上に
は移動体１が当接している。

移動体１は、耐摩耗性材料等からなるスライダ２７と回
転軸２８をもった弾性体２９よりなる。

以上の様に構成された超音波モータについてその動作を
以下に説明する。第６図に示すように駆動体２６によシ
定まる強性励振駆動周波数にて発振器１０によシ発生さ
れた出力信号を増幅器１１を介して圧電体１３の電極に
。

Ｖ　＝　Ｖｏｓｉｎ　ｗｔ　　　　−・・−＝・（１）
で表せる電圧Ｖを印加し定在波を励振させる。

一方、発振器１ｏから９０°移相器１６で位相シフトし
た信号を増幅器１６で増幅させた後、圧電体１８の電極
に。

’ｉ　＝　Ｔｏ　（ＸＩＳ　ｗｔ　　　　山・・山・・
−−（２）で表せる圧電体１３に加える電圧Ｖとは時間
的にπ／またけ異なる電圧を印加すれば駆動体２６の円
周方間に曲げ振動の進行波が作られる。何故なら、一般
に進行波は撮幅をξとすれば、ξ＝ξ０Ｑ）Ｓ　（ｗｔ
　−ｋｘ）　　−・・・（３）で表せる。体）式は、 ξ＝ξｏ　（ｃｏｓＷｔｃａｓｋＸ　−４−ｓｉｎｗｔ
ｓｉｎｋｘ　）　−・・（４）と書き直せ、←）式は進
行波が時間的にπ／２だけ位相のずれた波ｃｏｓ　ｗ　
ｔとｓｉｎｗｔ、及び位置的にπ／２だけ位相のずれた
Ｃｍ）ＬＸと５ｉｎｋｘ　　とのそれぞれの積の和で得
られることを示している。

前述の説明よシ、圧電体１３．１８は互いに位置的にπ
／２だけ位相のずれた電極群を有しておシ、それぞれに
時間的にπ／２だけ位相のずれた電圧を印加すれば駆動
体２６に曲げ振動の進行波が作れる。

第６図は駆動体２６の人点が進行波によって長軸２Ｗ、
短＠２ｕの楕円運動をしている様子を示し、駆動体２６
上に置かれた移動体１が楕円の頂点で接触することによ
り、波の進行方向とは逆方向に。

マ＝Ｗ　　−Ｕ　　　　　　　　・・・・・・す・・・
・・　（５）の速匿で運動する様子を示している。即ち
、移動体１は任意の静圧で駆動体２６に押しつけられて
駆動体２６と移動体１の間の摩擦力で波の進行方向とは
逆方向に速度Ｖで駆動される。両者の間に滑シがあると
きは速度がＶより小さくなる。

発明が解決しようとする問題点 第６図において駆動体２６の人魚の楕円運動の短軸２ｕ
は。

ｕｃｅξ。匡工　　　　・・・・・・・・・・・・（６
）となシ、移動体１の速度マは、 ｖｃｃξｏｃｃ工　　　・・・・・・・・・・・・・　
（７）となる。即ち、移動体１の回転速度は、進行波の
振幅最大値ξ。に比例し、この最大値ξ０は圧電体１３
．１８に流れる電流値工に比例する。圧電体１３．１８
への機械的負荷が一定ならば、圧電体１３．１８からみ
た電気インピーダンスは同一で一定とな９、同一電圧を
印加すれば同一の電流が流れ移動体１の速度は一定であ
る。しかし実際には、圧電体１３．１８部での機械的負
荷が変化したシ、温度上昇が起きたりして圧電体１３．
１８からみた電気インピーダンスが変化すれば、同一電
圧全印加しても同一電流とならず移動体の回転速度は変
化してしまう。又、モータ一定時間回転後駆動電圧をオ
フにして、移動体１の回転を止めた場合の移動体１の慣
性による回転角も一定では７１Ａｏ従って開ループでの
移動体１の正確な位置決めは困難である。

本発明では上記の問題点を解決し、超音波モータの駆動
電圧を与えない時でも静止保持力が大きく、立上シ、停
止特性が優れているという特徴を生かし、モータの速度
変動に対しても影響を受けない位置決め機能を有する超
音波モータ駆動装置を提供することを目的とする。

問題点を解決するだめの手段 本発明では、固定子基体及び圧電体とからなる駆動体と
この駆動体に加圧接触して配置された移動体とを有し、
かつ前記圧電体に位相の異なる２つの駆動電圧を印加し
て前記駆動体に弾性進行波を励振し、前記移動体を移動
せしめる超音波モータにおいて、モータ始動時に始動時
方向判別回路によって前記移動体の移動方向を決定し、
始動指令信号入力時に、前記駆動電圧を印加して前記移
動体を目的位置方向に移動させ、一致検出回路が目的位
置信号と現在位置信号の一致を検出したら前記駆動電圧
をオフにするとともに位相反転器に反転信号を出力する
ことによシ前記移動体の移動方向を反転させ、前記移動
体の行きすぎによシ前記一致検出回路が不一致を検出し
たら再び前記駆動電圧を印加して前記移動体を前記目的
位置方向に移動させ、以下これを繰り返し、前記移動体
を常に前記目的位置方向に移動させ、目的位置に収束、
停止させ、速度信号を検出することなく位置制御を行な
うものである。

作用 超音波モータは、前述の様に移動体が駆動体に圧着され
ているため移動体は駆動電圧の無い状態でも大きな保持
力を持つ。さらに、移動体と駆動体間の摩擦力で回転し
ているために、立上シ、停止特性が優れている。例えば
、一定速度で移動体が回転している時に、駆動電圧をオ
フすれば、移動体と駆動体間の摩擦力がブレーキ力とな
シ移動体は速やかに停止する。又、一定速度で移動体が
回転している時に、２つの駆動電圧の一方を反転するこ
とによ見す速く移動体の回転方向が反転する。

以上の様に、超音波モータは、制御性に優れているが、
駆動電圧を一定時間印加しても移動体の回転角度は必ず
しも一定にはならない。又、駆動電圧全オフにして移動
体の回転を止めた場合の移動体の慣性による回転角は小
さいが一定ではない。

本発明では、目的位置に到達しだら駆動電圧をオフにし
て移動体の回転を止め、移動体の持っている慣性力によ
って目的位置よシも回転し過ぎた場合は、逆回転して再
び目的位置に戻すという制御を行ない目的位置に停止さ
せるものである。前述の様に、超音波モータは、立上シ
、停止特性に優れているため本発明の正回転→停止→逆
回転の動きは短時間に行なうことができ、速やかに目的
位置に収束、停止させることができる。

実施例 以下、本発明の一実施例の構成について図面とともに説
明する。第１図は本発明の第１の実施例の超音波モータ
駆動装置のブロック図である。移動体１の外周９０’毎
に３点が区別出来る様な配置に磁石２を埋め込み、２つ
のホールＩＣｓで検出する。

次にモータの動きを説明する。一致検出回路４及び始動
時方向判別回路５に外部から目的位置信号６が入力され
ると、始動時方向判別回路６から位相反転器７に方向信
号８が出方され移動体１の回転方向が決定される。さら
に始動指令信号９が一致検出回路４に入力されると、発
振器１Ｑの信号を増幅器１１で増幅した駆動電圧１２と
圧電体１３間のスイッチ１４と、発振器１ｏの信号を９
０’位相器１６と位相反転器７を介した後増幅器１６で
増幅した駆動電圧１７と圧電体１８間のスイッチ１９を
同時にオンあるいはオフにするオン／オフ信号２０をオ
ンにしてモータの圧電体１３゜１８に駆動電圧１２．１
了を加え、移動体１を目的位置方向に回転させる。回転
中は、一致検出回路４は、現在位置信号２２と目的位置
信号９を常に比較し、一致を検出したらオン／オフ信号
２０をオフにし、移動体１の回転を停止させると同時に
位相反転器７に反転信号２１を出力し、移動体１の回転
方向を反転する。もし移動体１の過回転によシ一致検出
回路４が、現在位置信号２２と目的位置信号６の不一致
を検出したら、再びオン／オフ信号２０をオンにし移動
体１を目的位置方向に回転させる。以下これをくシ返す
。つまシ、移動体１の回転位置が目的位置ゾーン内にあ
る時のみ移動体１の回転は停止され、目的位置ゾーン外
では目的位置方向に収束するように移動体１は回転し、
最終的には目的位置ゾーン内に停止する０この動きを模
式的に第３図に示す０以上の様な方式でモータの位置決
めを実現する。

本発明の第２の実施例のブロック図を第２図に示す０＃
動体１の外周にＳ極、Ｎ極交互に着磁を行なう０この間
隔が狭い根分解能は上がシ細かなステップ応答が実現出
来る。本実施例では２４０極の着磁を行っておシ、１．
５°毎のステップ応答が可能である。この信号を人、Ｂ
両相が検出できるＭＲ素子２３で検知し、増幅回路２４
で増幅し現在位置信号２２として一数構出回絡４及び始
動時方向判別回路６に入力される。移動体１の動きは実
施例１と同様である◇ なお本実施例では１回転する超音波モータに関するもの
であるが、同様な原理で直線運動させる超音波モータに
も適用できる。

発明の効果 以上述べた様に本発明は、目的位置に到達したら駆動電
圧をオフにして移動体の移動を止め、移動体の持ってい
る慣性力によって目的位置よりも移動し過ぎた場合は、
逆移動して再び目的位置に戻すという制御を行ない、超
音波モータの立上り停止特性が優れ、駆動力無しの状態
でも移動体は大きな保持力を持つという特長を生かして
、速度信号を検出することなしに速やかに目的位置に停
止させることができる０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における超音波モータ駆
動装置を示すブロック図、第２図は本発明の第２の実施
例における超音波モータ駆動装置を示すブロック図、第
３図は本発明を用いたモータ挙動を表わす模式図、第４
図は超音波モータ駆動体の分解斜視図、第６図は超音波
モータの概要と従来の駆動回路を示すブロック図、第６
図は移動体の動きを示す模式図である０ １・・・・・・移動体、４・・・・・・一致検出回路、
６・・・・・・始動時方向判別回路、６・・・・・・目
的位置信号、７・・・・・・位相反転器、８・・・・・
・方向信号、９・・・・・・始動指令信号、１０・・・
・・・発振器、１１．１６・・・・・・増幅器、１２．
１７・・・・・・駆動電圧、１３．１８・・・・・・圧
電体。 １４．１９・・・・・・スイッチ、１５・・・・・・９
００移相器、２ｏ・・・・・・オン／オフ信号、２１・
・・・・・反転信号、２２・・・・・・現在位置信号。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名／−
−１φシ！グイネ ？−−−砥石 ３−ホールＩＣ ２θ−−−オン／オフ４盲号 第３図 第４図　　　　　２−５−圓叉千基Ａ ／−澗１引本 お−一一駈動体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　固定子基体及び圧電体とからなる駆動体とこの
   駆動体に加圧接触して配置された移動体とを有しかつ前
   記圧電体に位相の異なる２つの駆動電圧を印加して前記
   駆動体に弾性進行波を励振し前記移動体を移動せしめる
   超音波モータと、前記移動体の位置を検出する位置検出
   器と、前記駆動電圧の周波数を決定する発振器と、この
   発振器からの信号を９０°移相する移相器と、この位相
   器からの信号を同位相、又は逆位相で出力する位相反転
   器と、この位相反転器からの信号及び前記発振器からの
   信号を増幅する２つの増幅器と、モータ始動時に外部か
   ら指令される目的位置信号及び前記位置検出器の現在位
   置信号から前記移動体の移動方向を判別し前記位相反転
   器に方向信号を出力する始動時方向判別回路と、前記目
   的位置信号と前記現在位置信号を比較し前記２つの駆動
   電圧と前記圧電体間のオン／オフ信号及び前記位相反転
   器に反転信号を出力する一致検出回路とを有することを
   特徴とする超音波モータ駆動装置。
2. （２）　モータ始動時に、前記始動時方向判別回路によ
   って前記移動体の移動方向を決定し、始動指令信号入力
   時に前記一致検出回路からのオン／オフ信号をオンにし
   、前記移動体を前記目的位置方向に移動させた後、前記
   一致検出回路が一致を検出したら前記オン／オフ信号の
   オフ信号と前記位相反転器に反転信号を出力し前記移動
   体の移動方向を逆にし、前記移動体の行き過ぎにより前
   記一致検出回路が不一致を検出したら再び前記オン／オ
   フ信号のオン信号を出力し、前記移動体を前記目的位置
   方向に移動させ、以下これを繰り返し、前記移動体を常
   に前記目的位置方向に移動させ、目的位置に収束、停止
   させる位置制御を行なうことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の超音波モータ駆動装置。