JP3140237B2 - 超音波モータ駆動回路 - Google Patents
超音波モータ駆動回路Info
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- JP3140237B2 JP3140237B2 JP05021510A JP2151093A JP3140237B2 JP 3140237 B2 JP3140237 B2 JP 3140237B2 JP 05021510 A JP05021510 A JP 05021510A JP 2151093 A JP2151093 A JP 2151093A JP 3140237 B2 JP3140237 B2 JP 3140237B2
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- JP
- Japan
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- ultrasonic motor
- signal
- phase difference
- frequency
- circuit
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータ駆動回
路、詳しくは、超音波モータの最適駆動を行う超音波モ
ータ駆動回路に関する。
路、詳しくは、超音波モータの最適駆動を行う超音波モ
ータ駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超音波モータの駆動回路は種々提
案されていて、たとえば、特開昭５９−２０４４７７号
公報には、超音波モータに配設されたモニタ電極からの
出力信号（モニタ信号）の電圧値が超音波モータの振動
体の共振周波数で最大となることを利用して、該モニタ
信号の電圧値をモニタし、この電圧値に基づいて該共振
周波数、または、同共振周波数よりもやや高周波の領域
で超音波モータを駆動する技術手段が開示されている。
案されていて、たとえば、特開昭５９−２０４４７７号
公報には、超音波モータに配設されたモニタ電極からの
出力信号（モニタ信号）の電圧値が超音波モータの振動
体の共振周波数で最大となることを利用して、該モニタ
信号の電圧値をモニタし、この電圧値に基づいて該共振
周波数、または、同共振周波数よりもやや高周波の領域
で超音波モータを駆動する技術手段が開示されている。
【０００３】また、特開昭６１−２５１４９０号公報に
は、上記モニタ信号の、駆動電圧に対する位相が共振周
波数付近で大きく変化することを利用して、該モニタ信
号の位相をモニタし、その位相にもとづいて共振周波
数、または、該共振周波数よりもやや高周波の領域で超
音波モータを駆動する技術手段が開示されている。
は、上記モニタ信号の、駆動電圧に対する位相が共振周
波数付近で大きく変化することを利用して、該モニタ信
号の位相をモニタし、その位相にもとづいて共振周波
数、または、該共振周波数よりもやや高周波の領域で超
音波モータを駆動する技術手段が開示されている。
【０００４】一方、特開昭６２−９２７８１号公報に
は、超音波モータの駆動電極に印加されている駆動信号
の電圧と電流との位相差をモニタすることにより該超音
波モータの最適駆動周波数を決定する技術手段が開示さ
れている。
は、超音波モータの駆動電極に印加されている駆動信号
の電圧と電流との位相差をモニタすることにより該超音
波モータの最適駆動周波数を決定する技術手段が開示さ
れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特開昭
５９−２０４４７７号公報および特開昭６１−２５１４
９０号公報に示される技術手段は、超音波モータに特別
にモニタ電極を配設する必要があり、製作上、手間がか
かると共にコストの増大を招くことになり好ましくな
い。
５９−２０４４７７号公報および特開昭６１−２５１４
９０号公報に示される技術手段は、超音波モータに特別
にモニタ電極を配設する必要があり、製作上、手間がか
かると共にコストの増大を招くことになり好ましくな
い。
【０００６】一方、上記特開昭６２−９２７８１号公報
に示された技術手段では、モニタ電極が不要となり、上
記特開昭５９−２０４４７７号公報および特開昭６１−
２５１４９０号公報に示される技術手段に係る問題点は
解消される。しかしながら、図６に示すように、超音波
モータに負荷がかかった場合（図中、負荷時）は、その
負荷によって位相差の変化の様子が無負荷時に対して大
幅に変化する。このため、該技術手段を撮影レンズで全
体を繰り出すような負荷変化の大きなレンズを有するカ
メラに適用すると、使用時の姿勢差等により大幅に負荷
が変化してしまい、最適駆動周波数の追尾が困難になる
という問題点があった。
に示された技術手段では、モニタ電極が不要となり、上
記特開昭５９−２０４４７７号公報および特開昭６１−
２５１４９０号公報に示される技術手段に係る問題点は
解消される。しかしながら、図６に示すように、超音波
モータに負荷がかかった場合（図中、負荷時）は、その
負荷によって位相差の変化の様子が無負荷時に対して大
幅に変化する。このため、該技術手段を撮影レンズで全
体を繰り出すような負荷変化の大きなレンズを有するカ
メラに適用すると、使用時の姿勢差等により大幅に負荷
が変化してしまい、最適駆動周波数の追尾が困難になる
という問題点があった。
【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、特別なモニタ電極を配設することなく、か
つ、広い負荷範囲にわたって最適駆動周波数を追尾可能
な超音波モータ駆動回路を提供することを目的とする。
のであり、特別なモニタ電極を配設することなく、か
つ、広い負荷範囲にわたって最適駆動周波数を追尾可能
な超音波モータ駆動回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による第１の超音波モータ駆動回路は、コイ
ルに流れる電流をスイッチング素子によりスイッチング
する際に発生する誘導起電力に基づいて交流信号を発生
し、該交流信号を超音波モータの電気−機械エネルギー
変換素子に印加することにより超音波モータを駆動す
る、超音波モータ駆動回路において、上記スイッチング
素子に印加されるスイッチング信号と上記交流信号との
位相差を検出する位相差検出手段と、上記超音波モータ
固有の最適位相差を記憶している記憶手段と、上記位相
差検出手段の出力及び上記記憶手段の出力に基づき上記
交流信号の周波数を制御する周波数制御手段と、を具備
したことを特徴とする。
めに本発明による第１の超音波モータ駆動回路は、コイ
ルに流れる電流をスイッチング素子によりスイッチング
する際に発生する誘導起電力に基づいて交流信号を発生
し、該交流信号を超音波モータの電気−機械エネルギー
変換素子に印加することにより超音波モータを駆動す
る、超音波モータ駆動回路において、上記スイッチング
素子に印加されるスイッチング信号と上記交流信号との
位相差を検出する位相差検出手段と、上記超音波モータ
固有の最適位相差を記憶している記憶手段と、上記位相
差検出手段の出力及び上記記憶手段の出力に基づき上記
交流信号の周波数を制御する周波数制御手段と、を具備
したことを特徴とする。
【０００９】また、上記の目的を達成するために本発明
による第２の超音波モータ駆動回路は、上記第１の超音
波モータ駆動回路において、上記記憶手段は、電源電圧
に応じた超音波モータ固有の最適位相差を複数記憶して
いることを特徴とする。
による第２の超音波モータ駆動回路は、上記第１の超音
波モータ駆動回路において、上記記憶手段は、電源電圧
に応じた超音波モータ固有の最適位相差を複数記憶して
いることを特徴とする。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
する。
【００１１】図１は、本発明の第１実施例を示す超音波
モータ駆動回路の電気回路図である。
モータ駆動回路の電気回路図である。
【００１２】この第１実施例の超音波モータ駆動回路
は、２つの電極５Ａ，５Ｂを有する公知の超音波モータ
５に所定の２相交流信号を印加し、さらに該交流信号を
モニタして該超音波モータ５の駆動制御を行うものであ
る。
は、２つの電極５Ａ，５Ｂを有する公知の超音波モータ
５に所定の２相交流信号を印加し、さらに該交流信号を
モニタして該超音波モータ５の駆動制御を行うものであ
る。
【００１３】すなわち、該駆動回路は、超音波モータ５
に印加する交流駆動信号の約４倍の周波数を有するパル
ス信号φＯＲＧを生成並びに出力する発振回路１と、該
発振回路１から出力された上記パルス信号φＯＲＧを４
相のパルス信号φ１〜φ４に分周して出力するパルス変
換回路２と、該パルス変換回路２から出力される上記パ
ルス信号φ１〜φ４にそれぞれ対応してスイッチング動
作を行うスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４と、１次
側の中間タップにＤＣ電源１０のプラス電圧が供給さ
れ、上記スイッチングトランジスタＱ１およびＱ２のス
イッチング動作によって１次側がオンし、これに伴い２
次側にＡ相の交流信号ＶＡを出力するトランスＴ１と、
同じく上記スイッチングトランジスタＱ３およびＱ４の
スイッチング動作によって１次側がオンし、２次側にＢ
相の交流信号ＶＢを出力するトランスＴ２と、上記トラ
ンスＴ１出力の一端（Ａ相側）に接続され、上記交流信
号ＶＡを所定のディジタル信号に変換する波形整形回路
４と、該波形整形回路４のディジタル出力信号と上記パ
ルス変換回路２からのパルス信号φ２とを入力し、該２
つの信号の位相を比較してこの結果、すなわち、該２つ
の信号の位相の位相差を上記発振回路１に送出する位相
比較器３とで主要部が構成されている。
に印加する交流駆動信号の約４倍の周波数を有するパル
ス信号φＯＲＧを生成並びに出力する発振回路１と、該
発振回路１から出力された上記パルス信号φＯＲＧを４
相のパルス信号φ１〜φ４に分周して出力するパルス変
換回路２と、該パルス変換回路２から出力される上記パ
ルス信号φ１〜φ４にそれぞれ対応してスイッチング動
作を行うスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４と、１次
側の中間タップにＤＣ電源１０のプラス電圧が供給さ
れ、上記スイッチングトランジスタＱ１およびＱ２のス
イッチング動作によって１次側がオンし、これに伴い２
次側にＡ相の交流信号ＶＡを出力するトランスＴ１と、
同じく上記スイッチングトランジスタＱ３およびＱ４の
スイッチング動作によって１次側がオンし、２次側にＢ
相の交流信号ＶＢを出力するトランスＴ２と、上記トラ
ンスＴ１出力の一端（Ａ相側）に接続され、上記交流信
号ＶＡを所定のディジタル信号に変換する波形整形回路
４と、該波形整形回路４のディジタル出力信号と上記パ
ルス変換回路２からのパルス信号φ２とを入力し、該２
つの信号の位相を比較してこの結果、すなわち、該２つ
の信号の位相の位相差を上記発振回路１に送出する位相
比較器３とで主要部が構成されている。
【００１４】上記超音波モータ５は、圧電素子を備えた
公知の進行波型超音波モータであり、上述したように２
つの電極５Ａ，５Ｂを備えている。すなわち、該電極５
Ａ，５Ｂには、互いに位相が約９０°ずれた上記２相
（Ａ相，Ｂ相）の交流信号ＶＡ，ＶＢが印加されるよう
になっており、この２相の交流信号によって回転駆動が
なされるようになっている。
公知の進行波型超音波モータであり、上述したように２
つの電極５Ａ，５Ｂを備えている。すなわち、該電極５
Ａ，５Ｂには、互いに位相が約９０°ずれた上記２相
（Ａ相，Ｂ相）の交流信号ＶＡ，ＶＢが印加されるよう
になっており、この２相の交流信号によって回転駆動が
なされるようになっている。
【００１５】上記波形整形回路４は、図２に示すように
電流低減用の抵抗Ｒ１，クランプダイオードＤ１，Ｄ２
およびヒステリシスを有したインバータＩＶ１と通常の
インバータＩＶ２とで構成されている。上記電流低減用
抵抗Ｒ１の入力端は上記トランスＴ１の出力端に接続し
ており、これにより該トランスＴ１にて生成・出力され
る上記交流信号ＶＡは超音波モータ５に入力されると共
に該波形整形回路４にも入力されるようになっている。
そして、この波形整形回路４に入力された交流信号ＶＡ
は、クランプダイオードＤ１，Ｄ２によって整流され、
さらに２つのインバータＩＶ１，ＩＶ２によってディジ
タル信号に整形されて位相比較器３に入力される。
電流低減用の抵抗Ｒ１，クランプダイオードＤ１，Ｄ２
およびヒステリシスを有したインバータＩＶ１と通常の
インバータＩＶ２とで構成されている。上記電流低減用
抵抗Ｒ１の入力端は上記トランスＴ１の出力端に接続し
ており、これにより該トランスＴ１にて生成・出力され
る上記交流信号ＶＡは超音波モータ５に入力されると共
に該波形整形回路４にも入力されるようになっている。
そして、この波形整形回路４に入力された交流信号ＶＡ
は、クランプダイオードＤ１，Ｄ２によって整流され、
さらに２つのインバータＩＶ１，ＩＶ２によってディジ
タル信号に整形されて位相比較器３に入力される。
【００１６】次に、本第１実施例の動作について説明す
る。
る。
【００１７】本出願人の測定によれば、図４に示すよう
に、Ａ相の交流信号ＶＡの整形波形とパルス変換回路２
からの出力パルス信号φ２との位相差をΔφとしたと
き、該位相差Δφと駆動周波数（Ａ相の交流信号ＶＡの
周波数に当たる）とは、図３のような関係になってい
る。この図３に示されるように、位相差Δφを、たとえ
ば３゜に保つように駆動周波数を上下させて調整すれ
ば、最適駆動周波数の追尾が可能となる。
に、Ａ相の交流信号ＶＡの整形波形とパルス変換回路２
からの出力パルス信号φ２との位相差をΔφとしたと
き、該位相差Δφと駆動周波数（Ａ相の交流信号ＶＡの
周波数に当たる）とは、図３のような関係になってい
る。この図３に示されるように、位相差Δφを、たとえ
ば３゜に保つように駆動周波数を上下させて調整すれ
ば、最適駆動周波数の追尾が可能となる。
【００１８】具体的には、発振回路１において予想され
る最適駆動周波数よりやや高めの４４ＫＨｚより発振を
開始し、上記位相差Δφを監視しながら徐々に該駆動周
波数を下げて該位相差Δφが３゜になるように調整す
る。すなわち、該位相差Δφが３°よりも大きくなれば
駆動周波数を上げ、小さくなれば同駆動周波数を下げる
ように発振周波数を変化させる。
る最適駆動周波数よりやや高めの４４ＫＨｚより発振を
開始し、上記位相差Δφを監視しながら徐々に該駆動周
波数を下げて該位相差Δφが３゜になるように調整す
る。すなわち、該位相差Δφが３°よりも大きくなれば
駆動周波数を上げ、小さくなれば同駆動周波数を下げる
ように発振周波数を変化させる。
【００１９】このような動作により、モニタ電極がな
く、負荷変動が大である超音波モータの最適駆動周波数
の追尾が可能となる。
く、負荷変動が大である超音波モータの最適駆動周波数
の追尾が可能となる。
【００２０】また、本第１実施例によれば上述した波形
整形回路を安価な部品で構成することができ、上記電流
低減抵抗Ｒ１を大きくとればＡ相の交流信号ＶＡのパワ
ーロスもほとんど発生しない。さらに、Ａ相の交流信号
ＶＡおよびパルス信号φ２は共にディジタル信号である
ので、上述したような信号処理も極めて容易に実現でき
る。
整形回路を安価な部品で構成することができ、上記電流
低減抵抗Ｒ１を大きくとればＡ相の交流信号ＶＡのパワ
ーロスもほとんど発生しない。さらに、Ａ相の交流信号
ＶＡおよびパルス信号φ２は共にディジタル信号である
ので、上述したような信号処理も極めて容易に実現でき
る。
【００２１】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。
る。
【００２２】図５は、上記第２実施例の超音波モータ駆
動回路を示した電気回路図である。
動回路を示した電気回路図である。
【００２３】この第２実施例の超音波モータ駆動回路
は、構成は上記第１実施例とほぼ同一であり、発振回路
１にメモリ６が付加されている点のみが異なっている。
は、構成は上記第１実施例とほぼ同一であり、発振回路
１にメモリ６が付加されている点のみが異なっている。
【００２４】ところで、一般に、超音波モータは製作上
の寸法等のばらつきにより特性が微妙に変化する。この
ため、各超音波モータには固有の最適位相差、すなわ
ち、上述したようなＡ相の交流信号ＶＡの整形波形とパ
ルス変換回路２からの出力パルス信号φ２との最適な位
相差Δφを有することになる。本第２実施例では、この
各超音波モータが固有の最適位相差を有することに着目
してなされたものであり、該最適位相差Δφをメモリ６
に記憶した上で、上記第１実施例と同様の周波数制御を
行うものである。
の寸法等のばらつきにより特性が微妙に変化する。この
ため、各超音波モータには固有の最適位相差、すなわ
ち、上述したようなＡ相の交流信号ＶＡの整形波形とパ
ルス変換回路２からの出力パルス信号φ２との最適な位
相差Δφを有することになる。本第２実施例では、この
各超音波モータが固有の最適位相差を有することに着目
してなされたものであり、該最適位相差Δφをメモリ６
に記憶した上で、上記第１実施例と同様の周波数制御を
行うものである。
【００２５】本第２実施例によれば、各超音波モータの
製作上のばらつきを補正し、より正確に最適駆動周波数
の追尾が可能となる。
製作上のばらつきを補正し、より正確に最適駆動周波数
の追尾が可能となる。
【００２６】なお、本第２実施例において、メモリ６内
に複数の位相差Δφを記憶させておき、電源電圧等に基
づいて該複数の位相差Δφを選択して用いることも可能
である。
に複数の位相差Δφを記憶させておき、電源電圧等に基
づいて該複数の位相差Δφを選択して用いることも可能
である。
【００２７】また、上記第１および第２実施例におい
て、発振回路１はＶＣＯやディジタル分周発振等の何れ
の発振手段を用いても構成でき、さらに、４倍の周波数
でなくとも位相ずらし回路等を用いれば上述したパルス
信号φ１〜φ４を生成することが可能である。一方、波
形整形回路４はコンパレータ等を用いて構成してもよ
い。さらに、超音波モータ５は、進行波型以外でも周波
数等によってインピーダンスが変化するもので位相差Δ
φに変化を生じるものならば何れも利用することが可能
である。
て、発振回路１はＶＣＯやディジタル分周発振等の何れ
の発振手段を用いても構成でき、さらに、４倍の周波数
でなくとも位相ずらし回路等を用いれば上述したパルス
信号φ１〜φ４を生成することが可能である。一方、波
形整形回路４はコンパレータ等を用いて構成してもよ
い。さらに、超音波モータ５は、進行波型以外でも周波
数等によってインピーダンスが変化するもので位相差Δ
φに変化を生じるものならば何れも利用することが可能
である。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、特
にモニタ電極を具備しない安価な超音波モータであって
も最適駆動周波数を追尾でき、負荷変動の影響も小さい
超音波モータ駆動回路を提供できる。
にモニタ電極を具備しない安価な超音波モータであって
も最適駆動周波数を追尾でき、負荷変動の影響も小さい
超音波モータ駆動回路を提供できる。
【図１】本発明の第１実施例を示す超音波モータ駆動回
路の電気回路図である。
路の電気回路図である。
【図２】上記第１実施例の超音波モータ駆動回路におけ
る波形整形回路の構成を示す電気回路図である。
る波形整形回路の構成を示す電気回路図である。
【図３】上記第１実施例の超音波モータ駆動回路におい
て、交流信号ＶＡの整形波形とパルス変換回路からの１
出力パルス信号との位相差をΔφとしたとき、該位相差
Δφと駆動周波数との関係を示した線図である。
て、交流信号ＶＡの整形波形とパルス変換回路からの１
出力パルス信号との位相差をΔφとしたとき、該位相差
Δφと駆動周波数との関係を示した線図である。
【図４】上記第１実施例の超音波モータ駆動回路におい
て、交流信号ＶＡ，該交流信号ＶＡの整形波形およびパ
ルス変換回路からの出力パルス信号等の関係を示したタ
イミングチャートである。
て、交流信号ＶＡ，該交流信号ＶＡの整形波形およびパ
ルス変換回路からの出力パルス信号等の関係を示したタ
イミングチャートである。
【図５】本発明の第２実施例を示す超音波モータ駆動回
路の電気回路図である。
路の電気回路図である。
【図６】従来の超音波モータにおいて、負荷時と無負荷
時とにおける駆動信号の電流−電圧位相差と、駆動周波
数との関係を示した線図である。
時とにおける駆動信号の電流−電圧位相差と、駆動周波
数との関係を示した線図である。
１…発振回路 ２…パルス変換回路 ３…位相比較器 ４…波形整形回路 ５…超音波モータ １０…ＤＣ電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−112379（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−112378（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−145976（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−273876（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−183283（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 2/16
Claims (2)
- 【請求項１】コイルに流れる電流をスイッチング素子に
よりスイッチングする際に発生する誘導起電力に基づい
て交流信号を発生し、該交流信号を超音波モータの電気
−機械エネルギー変換素子に印加することにより超音波
モータを駆動する、超音波モータ駆動回路において、上記スイッチング素子に印加される スイッチング信号と
上記交流信号との位相差を検出する位相差検出手段と、上記超音波モータ固有の最適位相差を記憶している記憶
手段と、 上記位相差検出手段の出力及び上記記憶手段の出力に基
づき 上記交流信号の周波数を制御する周波数制御手段
と、 を具備したことを特徴とする超音波モータ駆動回路。 - 【請求項２】上記記憶手段は、電源電圧に応じた超音波
モータ固有の最適位相差を複数記憶していることを特徴
とする請求項１に記載の超音波モータ駆動回路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05021510A JP3140237B2 (ja) | 1993-02-09 | 1993-02-09 | 超音波モータ駆動回路 |
| US08/437,521 US5563464A (en) | 1993-02-09 | 1995-05-09 | Circuit for rotating ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05021510A JP3140237B2 (ja) | 1993-02-09 | 1993-02-09 | 超音波モータ駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06237583A JPH06237583A (ja) | 1994-08-23 |
| JP3140237B2 true JP3140237B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=12056974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05021510A Expired - Fee Related JP3140237B2 (ja) | 1993-02-09 | 1993-02-09 | 超音波モータ駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3140237B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6265809B1 (en) * | 1998-09-16 | 2001-07-24 | Takata Corporation | Drive circuit for ultrasonic motor |
| DE10158584A1 (de) * | 2001-11-29 | 2003-07-03 | Philips Intellectual Property | Piezoelektrische Antriebsvorrichtung und ein Regelverfahren für eine piezoelektrische Antriebsvorrichtung |
| CN101420190B (zh) * | 2007-10-26 | 2011-02-16 | 博立码杰通讯(深圳)有限公司 | 超声电机的驱动方法 |
| US8896182B2 (en) * | 2012-04-05 | 2014-11-25 | General Electric Corporation | System for driving a piezoelectric load and method of making same |
-
1993
- 1993-02-09 JP JP05021510A patent/JP3140237B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06237583A (ja) | 1994-08-23 |
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