JPH03103082A - 振動波モーターの振動制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は振動波モーターの振動制御方法に関するもので
あり、特に振動体に発生する振動の検出方法に係る。

［従来の技術］ 進行性振動波を利用した振動波モーターの原理的概要は
下記のようである。

全周長がある長さ大の整数倍であるような弾性材料製の
リング状の振動体の片面に、周方向に配列された二群の
複数個の圧電素子を固着したものをステータとする。こ
れらの圧電素子は各群内ではλ／２のピッチ、且つ交互
に逆の伸縮極性となるように配列されており、まｋ両群
間にはえ／４の奇数倍のずれがあるように配置されてい
る。圧電素子の両群には夫々電極膜が施されている。い
ずれかの一群（以下Ａ相と称す）のみに交流電圧を印加
すれば、上記振動体は、該群の各圧電素子の中央点及び
そこからλ／２おきの点が脂の位置、また該腹の位置間
の中央点が節の位置であるような波長λの曲げ振動の定
在波が振動体の全周に亘って発生する。他の一群（以下
Ｂ相と称す）のみに交流電圧を印加すれば同様に定在波
が生ずるが、その腹及び節の位置はＡ相による定在波に
対してλ／４ずれたものとなる。Ａ，Ｂ両相に、周波数
が同じで且つ互いに９０”の時間的位相差を有する交流
電圧を同時に印加すると、両者の定在波の合或の結果、
振動体には周方向に振動する波長λの曲げ振動の進行波
が発生し、このとき、厚みを有する上記多面状の振動体
の各点は一種の楕円運動をする。よって、ロータとして
振動体の各他面に、例えばリング状の移動体を加圧接触
させておけば、該移動体は振動体から周方向の摩擦力を
受け回転駆動される。

また、上記Ａ，Ｂ相の圧電素子群の他に、振動体に振動
検出用の圧電素子（以下Ｓ相と称す）を設け、例えばこ
のＳ相からの出力と、Ａ，Ｂ相の圧電素子群への駆動印
加電圧との位相差を一定にする条件を満たす周波数でＡ
，　　Ｂ相を駆動して、振動体の振動状態を一定に保ち
モーター出力を安定させる駆動方法がとられている。

第９図は従来の振動波モーターの駆動回路、第１０図は
従来の振動波モーターの電極配置図で、リング状振動体
のＡ，Ｂ相及びＳ相の配置並びに分極パターンを示して
いる。

１は振動波モーターのリング状は形成された振動体で、
その片面側にＳ相圧電素子１−３　，　Ａ相圧電素子群
１−１　，　Ｂ相圧電素子群１−２が例えば接着剤で接
着されると共に、これらの圧電素子の共通電極をなすＣ
相電極Ｃが同様に接着されている。

Ａ相圧電素子群１−１及びＢ相圧電素子群１−２は夫々
発振器３、９０”移相器４、増幅器５，６、及びＳ相圧
電素子１−３からの位相差又は振幅情報等に基づき振動
状態を検出する振動検出回路２からなる駆動回路により
駆動制御されるようになっており、発振器３からの交流
信号は一方の増幅器５に直接入力し、また他方の増幅器
６には９０’移相器４を介して時間的位相差が９０”ず
れて入力されて夫々Ａ相圧電素子群１−１及びＢ相圧電
素子群１−２を駆動するようになっており、その際Ｓ相
圧電素子１−３により振動体１上に形成されている進行
性振動波の位相を検出しながら正規の波数でモーターを
駆動するように、振動検出回路２により発振器３を制御
する。

発振器３によりＡ相圧電素子群１−１及びＢ相圧電素子
群１−２に印加する交流信号の周波数は振動体１の固有
振動数により決められ、また振動体１上に形成される進
行性振動波の波数は、振動体１に設けられる例えばＡ相
圧電素子群１−１における分極方向が異なる隣接した圧
電素子の間隔と振動体１の周長によって決められ、第１
０図の場合は８波の進行波が形成されるようにしている
。

［発明が解決しようとしている課題コ 振動波モーターが設計通りの進行性振動波の波数で駆動
されている場合は、その振動波モーターが有している性
能を充分引き出すことができるが、例えば振動波モータ
ーの振動体と移動体間の摩擦力により自励振動が発生し
て、設計値以外の進行性振動波の振ａ（波数も異なる）
が加わった場合には、Ｓ相よりの出力は第１１図（Ｃ）
　に示すような信号が得られる。これは設計値である８
波駆動進行性振勅波のＳ相出力（ａ）　と設計値以外の
７波の振動波のＳ相出力（ｂ）　　とが合成されたもの
で、第１１図は８波の振動周波数をｆ．　＝３　０ｋＨ
ｚ　、７波の振動周波数をｆ　，　＝　２２．５ｋｔ＋
ｚとして作図したものである。第１１図（Ｃ）に示され
るようなＳ相出力が得られた場合、従来行なわれている
ようなＳ相の振幅を一定にするような制御方法では駆動
波である８波に関しては一定振幅の振動が発生している
にもかかわらず（Ｃ）のように時間的に振幅の乱れた振
動が発生していると判断し、これを補正しようとして制
御量（例えば電圧、周波数）を変更し、結果的に制御不
能に陥いるといった問題があった。また、駆動電圧とＳ
相出力の位相差を用いて制御を行う場合も同様であった
。

これらの問題を解決する方法として特開昭６１−２２４
８８５号の開示がある。この方式は第１２図に示すよう
に騒波長の整数倍だけ離れた位置に少なくとも２つのＳ
相を配し（第１２図では２つ）、各Ｓ相の出力信号を加
算あるいは減算して振動体の振動を示す信号を得るもの
であるが、第１２図の構成の場合は先の例のように設計
上の波数が８波で、設計値以外の波数が７である場合に
は充分な効果を有するが、例えば設計上の波数が８で、
設計値以外の波数が６であるような場合には２つのＳ相
上の８波及び６波の振動は共に同相となるので、加算あ
るいは減算を行っても不用な波（６波）の信号を取り除
くことができないという問題があった。

［課題を解決するための千段］ 本発明は従来例の欠点を克服するために、１／２波長の
整数倍離れた２つのＳ相の出力信号から駆動波数（設計
値の波数）の信号を除去し、設計値以外の信号戒分だけ
の信号を作り、第３のＳ相からの信号より上記設計値以
外の侶号戒分を差し引くことにより検出信号への設計値
以外の振動の影響を除去するものである。

［実　施　例］ 第１図は本発明の振動波モーターの電極配置を示す一実
施例、第２図（ａ）は本発明の振動波モーターを駆動す
る回路ブロック図の例である。以下において本発明の動
作の説明を行う。

まず、発振器３からの交流信号は一方の増幅器５に直接
入力し、また、他方の増幅器６には９０゜移相器４を介
して時間的位相差が９０”ずれて入力されて夫々Ａ相圧
電素子群１−１及びＢ相圧電素子群１−２を駆動するよ
うになっている。ここまでは従来と同様である。

ここで第１図のＳ＋，　　２．３３相の波の状Ｓ 態を考えた場合の一例を第３図に示す。第３図（ａ）は
設計値の波である８波を、（ｂ）　，　（ｃ）　，　（
ｄ）は設計値以外の波で各々７，６．４波を示すもので
ある。また説明を簡単にするために３３相の中央に波の
最大位置が存在するものとして示した。第１図の例にお
いてはＳｌ相の中心とＳ２相の中心の間の距離ΔＸは全
周の長さをしとすれば Δｘ　＝　（Ｌ／８）／２　＝　Ｌ／１６と表現できる
。従って基準位置をＳ，相の中心とし、第３図に示した
各ｉ波のＳ１相出力Ｓ　ｌ−１　とＳ２相出力Ｓ　２−
１の和Ｖ，は次のように求められる。

Ｖ　６　＝　Ｓ＋−ｓ＋　５２−１５ Ｖ　７　＝Ｓｒ−ｙ＋　Ｓ２−７ ｙ，＝ｓ．６＋ｓ，６ ？π　　　ΔＸ ＋ＣＯＳ（−■・■＋ωａｔ） λ，　　　２ ？π　　　６λ６ ＝ＣＯＳ＜■・■ λ６　　　　３２ ＋ωａｔ） ？π　　　６人。

＋ＣＯＳ（−■・■　＋ωａｔ） λ６　　　３２ ３ ＝　ｃｏｓ　（　一ｙｃ　＋　（１１　ａｔ）　＋ＣＯ
Ｓ　（−８ ３ 一π＋ωａｔ） ８ ３ ＝２−ｃｏｓ（一π）　Ｉ　ＣＯＳ（ωａｔ）８ Ｖ　４　　＝　ＳＬ−４＋　５２−４ ？π　　　ΔＸ ＝ＣＯＳ（■・■＋ω４ｔ） λ４２ ？π　　ΔＸ ＋ＣＯＳ（−■・■＋ω４ｔ） 入４２ ？π　　　４λ４ ＝ＣＯＳ（■・■　＋ω４１） λ４　　　３２ ？π　　　４λ４ ＋ＣＯＳ（−■・■　＋ω４ｔ） λ４　　　３２ １ｌ ＝ｃｏｓ（一π十ω４ｔ）　＋ｃｏｓ　（−−π＋ω．
＋１）４４ １ ＝２・ｃｏｓ（一π）　・ｃｏｓ（ω４ｔ）４ 波数ｉとするときｉ　＝８（２ｎ−１）　　ｎ　＝　２
　．　３・・・でＶ，＝ｏとなるが設計値以外の波がす
べて設計値以下の波数のときＳ，相出力とＳ２相出力を
加え合わせた結果からは設計値通りの波の信号は除去さ
れ、設計値以外の波の信号のみが残り、かつ得られた信
号はＳｌ相とＳ２相の中間にあるＳ３相の信号の位相と
一致する。５波及び３波についても同様である。従って
Ｓ，相と５２相の和の信号を一定の割合で増幅し、Ｓ３
相の信号より減算してやることにより、設計値以外の波
の信号を検出信号から取り除くことが可能である。例え
ば、第１図の例で、８波で駆動中に設計値以外の波とし
て６波の波が発生したとすると５３相の出力は Ｓ　３−８　＋　３　３−８　＝　００５　（ω６ｔ）
　＋　ＣＯＳ　（ω６ｔ）となり同様にＳ，，Ｓ２相の
出力は 出力の和Ｖ６＋６は Ｖ　ａｈａ　＝　Ｓ＋−ａ＋　Ｓ＋−ａ＋　Ｓ２−ａ＋
　５２−６”　Ｖａ　＋　Ｖ６ であるから ＝　ｃｏｓ　（ωａｔ） となり６波の信号を検出信号から除去することができる
。（但し、第１図の例ではＳ３相の分極がＳ１相及びＳ
，相と逆方向に分極されているので、上で述べている減
算操作は加算操作に置き換えられる）そして、設計値以
外の波を除去した信号に基いてこの振動検出回路にて、
駆動条件を決定するものであるこの場合の回路ブロック
構成の一例は第２図（ａ）に示すとうりであり、第２図
（ｂ）に加算回路の一例を示す。また、設計値以外の波
が複数個同時に発生することはほとんどなく、発生する
波は駆動条件が決まればほぼ１種類に特定できるので、
増幅器のと表現できるが前記の結果よりＳ， Ｓ２相の ゲインは上の方法で求めたゲインとすればよい、例えば
、６波の波が発生するのであれば増幅器のゲインは に設定してやればよい。

もし、万一、複数の設計値以外の波が発生する可能性が
ある場合、例えば６波と４波が発生する場合には４波単
独で考えた場合のゲインｌ １／２・ｃｏｓ　（一π）　＝０．７０７倍４ と６波単独で考えた場合のゲインの間の任意の値を取る
ことにより、両波の完全な除去はできないが、各波の影
響の軽減は可能である。

［他の実施例］ 第４図に本発明の振動波モーターの第２の実施例を示す
。第４図は設計上の波の数を第１図と同様の８波として
示したものであり、この場合３１相と３２相の各々の中
心の間隔を設計上の波長と一致させたものである。上記
の実施例と同様に８３相の中心を基準とするとＳ，相及
びＳ２相の中心間の距離ΔＸは であるから各ｉ波のＳＩ相出力とＳ２相出力の差Ｄ，は ＝　−Ｌｓｉｎｒｃ１ｓｉｎ　（　（＋１　ｓｔ）　　
＝＝　０＝−２・ｓｉｎ（−！−π）ｓｉｎ ８ （ωｙｔ） ＝−２・ｓｉｎ　（ユπ）・ ４ ｓｉｎ（ωａｔ） となり、第４図の例においてはＳ，相出力とＳ２相出力
の差を用いると設計上の波の信号の検出信号からの除去
が可能である。ただ、ここで注意しなければならないこ
とはＳ１相及びＳ２相の信号の差の信号はＳ３相の信号
に対し９０”位相がずれている。従って、この場合に前
記の実施例と同じ効果を得るためには第５図（ａ）の回
路ブロック図に示すように９０”移相器（第５図１２）
を入れる必要がある。

また、第５図中ではＳｌ相とＳ，相の差侶号Ｄと３３相
の信号を加算回路１０に人力しているが、これはＳ３相
の信号と差信号Ｄどの位相関係を考慮し、必要に応じて
減算回路とすることができる。第５図（ｂ）に減算回路
の一例を示す。また、第４図中のＣ相は一部又は全部を
ＧＮＤ相として利用してもよいし逆に全くどこにも接続
しない状態で利用してもよい。

第３のＳ相は必ずしも第１及び第２のＳ相から等しい距
離にある必要はなく、第１３図に示すように３３層がど
ちらかに寄っていてもよい。第１３図の例では第４図の
例と同様、設計上の波の数を８波とし、ｓＩ相と３２相
の各々の中心の間隔を設計上の波長と一致させたもので
ある。第１３図の例のＳｌ相出力とＳ２相出力の差を作
り、さらに３１相とＳ２相の中間にあるＣ相の中心位置
と３３相の中心位置の距離ΔＸ＝λａ　／　４による位
相のずれを考慮すれば第１３図の例においても駆動波以
外の振動の除去は可能である。例として６波の振動の影
響を除去しようとした場合ΔＸによる位相のずれΔφ６
は となり、第５図の回路の移相器１２にて上記の位相のず
れを考慮してやれば第５図の回路ブロックがほぼそのま
まの形で利用できる。

これまでの実施例は第３のＳ相を有するものについて述
べてきたが、第１又は第２のＳ相を用いて第３のＳ相の
かわりを務めさせることも可能であり、この場合の回路
ブロック図を第６図に示す。これは第７図に示した振動
波モーターの電極配置においてＳ３相のかわりをＳ，相
に行なわせた例である。

第６図中の移相器１２の移相量は第７図のＳｌ相と３２
相の間のＣ相の中心と５１相の中心との間の距離ΔＸに
もとづいて決定する必要があり例えば６波の成分に関し
ては全周の長さをＬとして Δｘ＝Ｌ／３２＝　　６λ６／３２ としてやることが必要である。この移相の方法としては
遅延線やＡＤ，ＤＡコンバーター等ヲ用いてデジタル的
に行うなど多くの実現方法が存在するが、実現の際には
ローバスフィルターやハイパスフィルターの位相特性を
利用する方法が比較的便利である。第８図にその一例を
示す。第８図の構成にすれば移相器に増幅器の機能も持
たせることができる。

［発明の効果コ 以上説明してきたように、本発明を用いることにより、
万一、設計値以外の不要な波が発生しても、振動検出相
出力からはその影響をほぼ完全に除去することが可能で
あり、従って、今までのように不要な波の発生によって
引きおこされる制御不能の状態（例えば回転ムラの増加
、回転数の減少や停止）を回避するために用いることが
可能である。

また、本発明を用いることにより発生する設計値以外の
波の波数によらず、電気的な定数であるゲインあるいは
移相量の変更だけで検出波から設計値以外の波を除去す
る操作に対応できるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の振動波モーターの電極配置図、第２図
（ａ）は本発明の振動制御回路の回路ブロック図、（ｂ
）は加算回路の一例、第３図は振動波モーター上に発生
している波の状態を示す図、第４図は本発明の振動波モ
ーターの電極配置図、第５図（ａ）は本発明の振動制御
回路の回路ブロック図、　（ｂ）は減算回路の一例、第
６図は本発明の振動制御回路の回路ブロック図、第７図
は特開昭６１−２２４８８５号にもとづいた振動波モー
ターの電極配置図、第８図は移相器の一例、第９図は従
来の振動波モーターの駆動回路の回路ブロック図、第１
０図は従来の振動波モーターの電極配置図、第１１図は
設計値以外の振動が発生した時のＳ相出力の一例、第１
２図は特開昭６１−２２４８８５号にもとづいた振動波
モーターの電極配置図、第１３図は本発明の振動波モー
タの他の電極配置図である。 １・・・振動波モーター ｉｆ・・・Ａ相、 １−３・・・Ｓ，相、 １−５・・・Ｓ３相、 ３・・・発振器、 ５，６・・・増幅器、 １−２・・・Ｂ相、 １−４・・・Ｓ２相、 ２・・・振動検出回路、 ４・・・移相器、 ７・・・設計値以外の振動除去回路、 ８・・・加算回路、　　　９・・・増幅器、１０・・・
加算回路、　　　１１・・・減算回路、１２・・・移相
器。 他４名 第 １ 図 第 ２ 図 第 ５ 図 第 ２図 ｆｂｌ 第 ８ 図 第 ６ 図 第 ７ 図 第 １１ 図 第 １２ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電気−機械エネルギー変換素子からなる進行性振動
   波を発生させる第１及び第２の駆動用電極相を有する振
   動波モーターにおいて、前記進行性振動波のに波長の整
   数倍の間隔で、少なくとも２つの振動検出相を有し、前
   記２つの振動検出相出力を加算あるいは減算することに
   より前記振動波モーターに発生する進行性振動波以外の
   振動を示す信号を得るように構成することを特徴とする
   振動波モーターの振動制御方法。 ２　前記１／２波長の整数倍だけ離れた２つの振動検出
   相に第３の振動検出相を有し、この第３の振動検出相出
   力と、前記振動波モーターに発生する進行性振動波以外
   の振動を示す信号を移相及び増幅した信号とで、加算あ
   るいは減算を行って前記進行性振動波以外の振動を示す
   信号を除去した検出信号を得るように構成することを特
   徴とする前記請求項１記載の振動波モーターの振動制御
   方法。 ３　前記１／２波長の整数倍だけ離れた２つの振動検出
   相からの距離が等しい位置に第３の振動検出相を有し、
   この第３の振動検出相出力と、前記振動波モーターに発
   生する進行性振動波以外の振動を示す信号を増幅した信
   号とで、加算あるいは減算を行って前記進行性振動波以
   外の振動を示す信号を除去した検出信号を得るように構
   成することを特徴とする前記請求項１記載の振動波モー
   ターの振動制御方法。 ４　前記１／２波長の整数倍だけ離れた２つの振動検出
   相からの距離が等しい位置に第３の振動検出相を有し、
   この第３の振動検出相出力と、前記振動波モーターに発
   生する進行性振動波以外の振動を示す信号を移相及び増
   幅した信号とで、加算あるいは減算を行って、前記進行
   性振動波以外の振動を示す信号を除去した検出信号を得
   るように構成することを特徴とする前記請求項１記載の
   振動波モーターの振動制御方法。 ５　前記第１又は第２の振動検出相を前記第３の振動検
   出相の代用とすることを特徴とする前記請求２項記載の
   振動波モーターの振動制御方法。