JPS6356179A - 超音波モ−タ駆動方法 - Google Patents

超音波モ−タ駆動方法

Info

Publication number
JPS6356179A
JPS6356179A JP61199634A JP19963486A JPS6356179A JP S6356179 A JPS6356179 A JP S6356179A JP 61199634 A JP61199634 A JP 61199634A JP 19963486 A JP19963486 A JP 19963486A JP S6356179 A JPS6356179 A JP S6356179A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
driving
frequency
voltage
driving body
ultrasonic motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP61199634A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0710187B2 (ja
Inventor
Osamu Kawasaki
修 川崎
Katsu Takeda
克 武田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP61199634A priority Critical patent/JPH0710187B2/ja
Priority to KR1019870009216A priority patent/KR900007413B1/ko
Priority to US07/089,334 priority patent/US4853579A/en
Priority to DE3751767T priority patent/DE3751767T2/de
Priority to EP87307559A priority patent/EP0261810B1/en
Publication of JPS6356179A publication Critical patent/JPS6356179A/ja
Publication of JPH0710187B2 publication Critical patent/JPH0710187B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/14Drive circuits; Control arrangements or methods
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

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
の駆動方法に関する。
従来の技術 近年圧電セラミック等の圧電体を用いた駆動体に弾性振
動を励振し、これを駆動力とした超音波モータが注目さ
れている。
以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術につ
いて説明を行う。
第4図は従来の超音波モータの斜視図であり、円環形の
弾性体1の円環面の一方に圧電体として円環形圧電セラ
ミック2を貼合せて圧電駆動体3を構成している。4は
耐磨耗性材料のスライダ、5は弾性体であり、互いに貼
合せられて移動体6を構成している。移動体6はスライ
ダ4を介して駆動体3と接触している。圧電体2に電界
を印加すると駆動体3の周方向に曲げ撮動の進行波が励
起され、移動体6を駆動する。尚、同図中の矢印は移動
体6の回転方向を示す。
第5図は第4図の超音波モータに使用した圧電セラミッ
ク2の電極構造の一例を示している。同図では円周方向
に9波長の弾性波がのるようにしである。同図において
、A、Bはそれぞれ2分の1波長相当の小領域から成る
電極で、Cは4分の3波長、Dは4分の1波長の長さの
電極である。
従って、Aの電極とBの電極とは位置的に4分の1波長
(−90度)の位相ずれがある。電極A1B内の隣り合
う小電極部は互いに反対に厚み方向に分極されている。
圧電セラミック2の弾性体1との接着面は第5図に示め
された面と反対の面であり、電極はベタ電極である。使
用時には電極群A、Bは第5図に斜線で示されたように
、それぞれ短絡して用いられる。
以上のよう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。前記圧電体2の電極Aに V−Vl xsin(ωt)         −−−
(1)で表される電圧を印加するとくただしvlは電圧
の瞬時値、ωは角周波数、tは時間)、駆動体3は円周
方向に曲げ振動をする。
第6図は第4図の超音波モータの駆動体を直線近似した
時の斜視図であり、同図(a)は圧電体2に電圧を印加
していない時、同図(b)は圧電体2に電圧を印加した
時の様子を示す。
第7図は移動体6と駆動体3の接触状況を拡大して描い
たものである。前記圧電体2の電極AにVl xsin
(ωt)、他の電極BにVl xcos(ωt)の互い
に位相がπ/2だけずれた電圧を印加すれば、駆動体3
の円周方向に曲げ振動の進行波を作ることができる。一
般に進行波は振幅をξとすればξ−ξ1 xcos(ω
t−kx)       −−−(2)ただし ξ1 
:波の大きさの瞬時値 k :波数(2π/λ) λ:波長 X :位置 で表せる。(2)式は ξ−ξI X(CO5(ωt)xcos(kx)+5i
n(ωt)xsin(kx))   −−−(3)と書
き直せ、(3)式は進行波が時間的にπ/2だけ位相の
ずれた波C05(ωt)と5in(ωt)、および位置
的にπ/2だけ位相のずれたcos(kx)と5in(
kX〉との、それぞれの積の和で得られることを示して
いる。前述の説明より、圧電体2は互いに位置的にπ/
2(−λ/4)だけ位相のずれた電極群A、Bを持って
いるので、駆動体3の共振周波数に等しい周波数出力を
持つ発振器の出力から、それぞれに時間的に位相のπ/
2だけずれた交流電圧を作り、前記電極群に印加すれば
駆動体3に曲げ振動の進行波を作れる。
第7図は駆動体のA点が進行波の励起によって、長軸2
 W %短軸2uの楕円運動をしている様子を示し、駆
動体3上に置かれた移動体6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V−ω×uの速度
で運動する様子を示している。即ち移動体6は任意の静
圧で駆動体3に押し付けられて、駆動体3の表面に接触
し、移動体6と駆動体3との摩擦力で波の進行方向と逆
方向に速度Vで駆動される。
上記の楕円の短軸(進行方向)は、波の振幅に比例して
いるので、速度を太き(するためには波の振幅を太き(
しなければならない。また、波の振幅を低電圧で太き(
するためには駆動体の共振周波数近傍で駆動しなければ
ならない。ところが駆動体の共振周波数は温度や負荷の
変動によって変化するので、従来のように一定周波数で
駆動したのでは、駆動周波数と共振周波数の相対的関係
が変化して超音波モータの特性が変化してしまう。
発明が解決しようとする問題点 以上、説明した様に従来の超音波モータは、時間的に位
相がπ/2だけ異なる一定周波数の2つの交流電圧を駆
動信号として用いていた。そのため温度や負荷が変動し
て駆動体の共振周波数が変化すると、共振周波数と駆動
周波数の関係が変化して、モータの特性が急激に変わっ
てしまうという問題点−があった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、温度や負荷
が変化しても、常に安定な動作をする超音波モータを提
供することを目的としている。
問題点を解決するための手段 駆動体の共振周波数がその範囲内に含まれるように設定
された周波数可変範囲内を、交流駆動電圧の周波数を低
いほうから高いほうへ掃引して、該駆動体の共振周波数
を検知し、駆動体を構成する圧電体に印加する交流駆動
電圧の駆動周波数が、駆動体の反共振周波数より低(共
振周波数より高くなるように設定する。
作用 交流駆動電圧の周波数を低いほうから高いほうへ掃引し
て、駆動体の共振周波数を検知することにより、駆動体
の非線形性による共振周波数のヒステリシスの最大値を
求め、駆動体を構成する圧電体に印加する交流駆動電圧
の駆動周波数が、駆動体の反共振周波数より低(共振周
波数より高くなるように設定することにより、温度や負
荷が変動して駆動体の共振周波数が変化しても、その変
化に対応して駆動周波数を適切な周波数に変えられるの
で、常に安定な動作をする超音波モータを提供すること
ができる。
実施例 以下、図面に従って本発明の一実施例について詳細な説
明を行う。
第1図は本発明の超音波モータの駆動方法を実現する具
体回路のブロック図である。この回路が動作を開始する
と、掃引制御器12が制御電圧発生器13に電圧を掃引
させる。この掃引電圧は、電圧制御発振器7の制御端子
Tに入力される。すると、電圧制御発振器7の出力周波
数は福引電圧に従って掃引される。ここで掃引電圧は駆
動体の共振周波数が必ず掃引範囲内に入るように設定す
る。電圧制御発振器7の出力は2つに分けられ、一方は
90度位相器8を通して電力増幅器9に、他方はそのま
ま電力増幅器10にそれぞれ入力されて、駆動体3を駆
動するのに必要な値にまで増幅される。電力増幅器9.
10の出力は、超音波モータの駆動体3を構成する圧電
体2にそれぞれ印加されて、駆動体3を駆動する。
駆動体3の入力端子には抵抗11が接続されており、駆
動体3に流れる電流を抵抗11の両端電圧により、電流
検出器14で検出する。また、電圧検出器15は駆動体
3に印加される駆動電圧を検出する。位相差検出器16
は電流検出器14と電圧検出器15の出力から、電流電
圧の位相差に比例した電圧を発生する。位相差検出器1
6の出力は、位相範囲比較器17の1人力と記憶器18
にそれぞれ入力される。記憶器18には最小値判別器1
9が接続され、電流電圧の位相差の最小値を判別して、
その時の駆動周波数を駆動周波数制御器20に記憶させ
る。共振周波数の検知が終わると駆動周波数制御器20
は既に記憶した共振周波数より、駆動周波数を共振周波
数と反共振周波数の間の値になるように駆動周波数を設
定し、その周波数に対応する電圧を制御電圧発生器13
に発生させる。
位相範囲比較器17の残りの1入力端子には、位相差の
許容範囲に相当する設定電圧Pが入力される。温度や負
荷の変動により駆動体の共振周波数が変化して、上記に
より設定した駆動周波数での位相差に対応する電圧が設
定電圧Pの分よりもはずれれば、つまり電流電圧の位相
差が設定された位相差からずれて位相差の許容範囲外に
なれば、論理的Hを出力する。この出力は掃引制御器1
2の制御端子Cに入力され、再び駆動周波数の掃引を開
始して、上記に述べた駆動周波数の設定をする。
第2図は駆動体を一定電圧で駆動したときの電流値、電
圧電流の位相差および移動体の回転数の周波数特性図で
ある。また、第3図は駆動周波数を下から掃引したとき
、および上から掃引したときに示す駆動体の非線形性に
起因するアドミッタンスのヒステリシス曲線である。
第2図より、移動体の回転数は駆動体の共振周波数f1
近傍で大きくなるので、超音波モータはこの共振周波数
近傍で駆動するのがよい。しかし、第3図における駆動
周波数を下から掃引したときの共振周波数f1と、上か
ら掃引したときの共振周波数f2の間の周波数領域、お
よびそれらの周波数の極近傍では、駆動体のアドミッタ
ンスが急激に変化するジャンプ現象により動作が非常に
不安定になるので、駆動周波数はこの領域外でなれけば
ならない。この領域より低い周波数では回転数が急に低
下するので、駆動体の駆動周波数はこの領域より高い周
波数で、反共振周波数fsより低い周波数領域を使用す
る。
第2図の周波数f3からf4の範囲で、駆動周波数を上
から掃引し、電圧電流の位相差の設定値を同図のPtに
し、許容位相差範囲の設定値をPtにすれば、移動体の
回転数が同図中のN!の回転数になったときの周波数に
駆動周波数が設定される。ここで電圧電流の位相差の設
定値Plおよび許容位相差範囲の設定値P2は設定後の
駆動周波数が駆動体の共振周波数f1より高いように決
めている。また、温度あるいは負荷が変動して、駆動体
の共振周波数が変化し、その結果、位相差が設定値P1
からずれて許容範囲P2から飛び出たら、再び駆動周波
数の掃引を開始する。従って、移動体の回転数は図中の
N1を中心にN2の範囲に制御される。
尚、本実施例では電圧電流の位相差の検知で制御を行っ
ているが、回転数NlおよびN2に対応した電流値、ま
たは回転数自身を採用しても同様である。しかし、回転
数の採用時には、回転数を検出するセンサが必要になる
本実施例の駆動回路によれば、温度や負荷が変動しても
常に超音波モータをあらかじめ設定した範囲の回転数で
安定に駆動できる。
発明の効果 以上述べたように、本発明では温度や負荷が変動しても
、安定な動作をする超音波モータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の超音波モータの駆動方法を実現する具
体回路のブロック図、第2図は駆動体を一定電圧で駆動
した時の、駆動電流、電圧電流の位相差および移動体の
回転数の周波数特性図、第3図は駆動体のアドミッタン
スの非線形特性図、第4図は従来の超音波モータの斜視
図、第5図は第4図に用いられている圧電体の形状と電
極構造を示す平面図、第6図は超音波モータの駆動体部
の振動状態を示すモデル図、第7図は超音波モータの原
理の説明図である。 7・・・・・・電圧制御発振器、8・・・・・・90度
位相器、9.10・・・・・・電力増幅器、11・・・
・・・抵抗、12・・・・・・掃引制御器、13・・・
・・・制御電圧発生器、14・・・・・・電流検出器、
15・・・・・・電圧検出器、16−・・・・・位相差
検出器、17・・・・・・位相範囲比較器、18・・・
・・・記憶器、19・・・・・・最小値判別器、20・
・・・・・駆動周波数制御器。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか1名菓 1 図 q t77櫓幅器 第 2 図 第3図 周 ンI1.  舷 第 4 図 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  圧電体を交流電圧で駆動して、該圧電体と弾性体とか
    ら構成される駆動体に弾性進行波を励振することにより
    、該駆動体上に接触して設置された移動体を移動させる
    超音波モータにおいて、少なくても前記駆動体の共振周
    波数がその範囲内に含まれるように設定された周波数可
    変範囲内を、前記交流駆動電圧の周波数を低いほうから
    高いほうへ掃引して、該駆動体の共振周波数を検知し、
    前記圧電体に印加する交流駆動電圧の駆動周波数が、該
    駆動体の反共振周波数より低く該共振周波数より高くな
    るように設定することを特徴とする超音波モータ駆動方
    法。
JP61199634A 1986-08-26 1986-08-26 超音波モ−タ駆動方法 Expired - Lifetime JPH0710187B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61199634A JPH0710187B2 (ja) 1986-08-26 1986-08-26 超音波モ−タ駆動方法
KR1019870009216A KR900007413B1 (ko) 1986-08-26 1987-08-24 초음파 모우터구동 방법
US07/089,334 US4853579A (en) 1986-08-26 1987-08-25 Drive method for ultrasonic motor providing enhanced stability of rotation
DE3751767T DE3751767T2 (de) 1986-08-26 1987-08-26 Antriebsverfahren eines Ultraschallmotors, das zu einer verbesserten Rotationsstabilität führt
EP87307559A EP0261810B1 (en) 1986-08-26 1987-08-26 Drive method for ultrasonic motor providing enhanced stability of rotation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61199634A JPH0710187B2 (ja) 1986-08-26 1986-08-26 超音波モ−タ駆動方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6356179A true JPS6356179A (ja) 1988-03-10
JPH0710187B2 JPH0710187B2 (ja) 1995-02-01

Family

ID=16411109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61199634A Expired - Lifetime JPH0710187B2 (ja) 1986-08-26 1986-08-26 超音波モ−タ駆動方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0710187B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01291678A (ja) * 1988-05-17 1989-11-24 Olympus Optical Co Ltd 振動波モータ駆動回路
US6288473B1 (en) * 2000-03-31 2001-09-11 Sandia Corporation Frequency modulation drive for a piezoelectric motor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01291678A (ja) * 1988-05-17 1989-11-24 Olympus Optical Co Ltd 振動波モータ駆動回路
US6288473B1 (en) * 2000-03-31 2001-09-11 Sandia Corporation Frequency modulation drive for a piezoelectric motor

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0710187B2 (ja) 1995-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR900007413B1 (ko) 초음파 모우터구동 방법
JPS6356178A (ja) 超音波モ−タ駆動方法
JP2663380B2 (ja) 圧電型超音波リニアモータ
JPS622869A (ja) 超音波モ−タ駆動装置
JPS6356179A (ja) 超音波モ−タ駆動方法
JP2574293B2 (ja) 超音波モ−タの駆動方法
JP2548248B2 (ja) 超音波モータの制御装置
JP2583904B2 (ja) 超音波モータ駆動方法
JPH072022B2 (ja) 超音波モータ駆動方法
JP2558709B2 (ja) 超音波モ−タ駆動装置
JP2604731B2 (ja) 超音波モータ駆動装置
JP2506895B2 (ja) 超音波モ―タの制御装置
JP2636280B2 (ja) 超音波モータの駆動法
JPH01136575A (ja) 超音波モータ駆動装置
JPS6292782A (ja) 超音波モ−タ装置
JPS61124274A (ja) 超音波モ−タ装置
JP2563351B2 (ja) 超音波モ−タ駆動方法
JPS63299788A (ja) 超音波モ−タ駆動装置
JPS6292781A (ja) 超音波モ−タ装置
JP2551412B2 (ja) 超音波モ−タ駆動方法
JP3141525B2 (ja) 超音波モータの駆動制御方法
JPH04322179A (ja) 超音波モータの駆動方法
JP2577485B2 (ja) 超音波モータの駆動方法
JPS63117672A (ja) 超音波モ−タ駆動法
JP2817992B2 (ja) 振動波モータの起動方法

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term