JPH03159583A - 超音波モータの駆動方法及びその装置 - 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、超音波モータの駆動方法及び駆動装置に関す
る． 『従来の技術及びその問題点Ｊ 従来、超音波モータを駆動する方法としては、該モータ
にそれ自身の共振周波数の信号を印加する方法が一般的
であった（特開昭６２−８５６８４号公報、及び特開昭
６２−９２７８１号公報｝．すなわち、前者は、超音波
モータの駆動状態を検知するためのモニター用電極を圧
電体に設け、該電極からのモニター信号と超音波モータ
を駆動するために圧電体に印加される駆動用の周波電圧
との位相差を検知して前記位相差が常に共振状態時の位
相差となるように前記周波電圧の周波数を決定する方法
であった．また、後者は、可変範囲内で駆動体の共振周
波数が存在するようにした可変発振器の出力を２分割し
、一方は９０゜移和した後、他方はそのまま増幅して圧
電体に印加し、前記いずれか一方の信号の電圧波形と電
流波形の位相比較をして、その位相差を設定レベル以下
にすることにより、常に駆動体の共振周波数近傍で超音
波モータを駆動する方法であった． しかしながら、前記両従来方法のごとく超音波モータを
共振周波数で駆動すると該モータが可聴音を発生する欠
点があった． このため、特開昭６２−２０３５７５号公報においては
、弾性体及び圧電体からなるステータの共振周波数より
も高い周波数領域において、モニター電圧が前記共振周
波数で得られる最大のモニター電圧より低い所定の電圧
値になるように入力電源周波数を制御するモータが開示
されている．しかし、この所定のモニター電圧値を用い
た駆動周波数の追尾方法では、負荷の変化に対する追従
性が悪いため、超音波モータが可聴音を発生する．また
、この従来の超音波モータはモニター電圧を固定された
所定の電圧値になるように保つため、温度変化及びｎ荷
変化等によるモータ特性の変化に対応できず、超音波モ
ータの出力を充分に取り出すことができない．更に、従
来のモータではモータの拘束時には、駆動周波数が許容
範囲を逸脱して共振周波数以下の駆動となり、回路の電
力増幅部分を焼損する恐れがある等の欠点があった．そ
のた約、超音波モータの自動車への応用展開を図るうえ
において、低騒音で小形軽量という超音波モータのメリ
ットが活かされないという問題を生じていた． 『発明が解決しようとする課題」 本発明の目的は、温度変化及び負荷変化に対応して可聴
音を発生することなく超音波モータの最適な駆動周波数
を追尾することができる駆動方法を提供することである
． 本発明の他の目的は、超音波モータの拘束時においても
駆動周波数が許容範囲を逸脱することがなく、拘束］・
ルクに近い大きな出力で超音波モータを駆動することが
できる駆動方法を提供することである． 本発明の他の目的は、超音波モータの駆動周波数を、簡
単な回！！８横成により正確にかつ常に安定に追尾する
ことができ、しかも電力増幅回路を焼損することがない
ため安全なる駆動装置を提供することである． 「課題を解決するための手段及び作用」本発明の目的を
達成する駆動方法は、駆動用圧電体に共振点よりも十分
高い周波数の駆動電圧を１ｉ−えることにより超音波モ
ータを駆動し、弾性体に設けた振動検知用圧電体の出力
信号に波形乱れが発生しない時は、駆動周波数を下げ、
前記振動検知用圧電体の出力信号に波形乱れが発生する
時は、駆動周波数を上げることを特徴とする．「作用」 上記構成によれば、振動検知用圧電体の出力信号に波形
乱れが発生しない時は駆動周波数を下げ、波形乱れが発
生する時は駆動周波数を上げるから、駆動周波数は振動
検知用圧電体の出力信号に波形乱れが発生する値に環境
変化に追尾して常に変化される． 超音波モータのインピーダンスは、第４図に示すような
特性を有しており、共振点ではインピーダンスが低く、
その近傍の周波数ではインピーダンスが高く、全体とし
ては周波数が高くなるに従ってインピーダンスが低くな
る．ステータの弾性体にはロータが加圧されて摩擦接触
しており、共振点及びその近傍の周波数ではステータの
振幅が過大となり、２　０　Ｋ　Ｈ　ｚ程度の耳障りな
可聴音を発生したり、駆動用圧電体の破損を起こすため
、これより少し高い円滑回転域の周波数で超音波モータ
を駆動する必要がある．一方、電気的な効率而からはな
るべく共振点に近い周波数が望ましい．可聴音を発生し
ない範囲で最も共振点に近い最適な駆動周波数で、実用
できる回転数及びトルクが最大となる． しかして、この最適な駆動周波数は駆動環境に応じて変
化する（第５図参照〉．つまり、温度が高くなるにつれ
て最適な駆動周波数は低くなり（第５図〈ａ〉）、負荷
が増加するに従って最適な駆動周波数は高くなる（第５
図（ｂ　＞＞．このように最適な駆動周波数が変化する
原因は不明であるが、ステータの弾性体と駆動用圧電体
との間の接着層が温度上昇により軟化するのが原因の一
つであると本発明者は推定する。また、本発明者は、可
聴音を発生する直前及び超音波モータの拘束時に振動検
知用圧電体の出力信号に波形乱れが発生することを見出
した． 本発明方法は、振動検知用圧電体に発生する出力信号の
波形乱れにより可聴音が発生する直前の状態を検知し、
波形乱れが発生する最適な駆動周波数で駆動用圧電体を
作動させる方法であるから、温度の上昇により最適な駆
動周波数が低くなるとこの最適な駆動周波数を自動的に
追尾することが可能となり、また、負荷の上昇による最
適な駆動周波数の上昇に対しても自動的に追尾すること
が可能となる．更に、超音波モータの拘束時には、波形
乱れの発生を検出することにより、駆動周波数をさらに
上昇させ発生トルクを増加させる．本発明の他の目的を
達成する駆動装置は、振動検知用圧電体に発生する出力
信号の波形乱れをしきい値をもって検知する波形乱れ検
知手段と、前記波形乱れ検知手段により波形乱れが検知
されない時は、発振手段の発振周波数を第１の周波数変
化幅で下げ、前記波形乱れ検知手段により波形乱れが検
知された時は、前記ＱＳ手段の発振周波数を第ｌの周波
数変化幅とは異なる第２の周波数変化幅で上げる周波数
追尾手段と、を備えることを特徴とする． この横成によれば、波形乱れ検出手段が振動検知用圧電
体に発生する出力信号の波形乱れを検知しなければ、周
波数追尾手段が発生手段の発振周波数を第１の周波数変
化幅で下げ、波形乱れを検知した時は、発振周波数を第
１の周波数変化幅とは異なる第２の周波数変化幅で上げ
るから、超音波モータの最適な駆動周波数を自動的にか
つ常に安定に追尾することができる． また、超音波モータの拘束時においても波長の変化が起
こるため、超音波モータの拘束時をも良好に検出して、
駆動周波数を上昇させることにより駆動周波数が許容範
囲を逸脱しないようにすることができる．電力増幅回路
は、共振周波数近傍で効率を最大にする様に作られてお
り、共振周波数から前記駆動周波数が外れるほど、損失
が大きくなって，電力増幅回路が焼損し易くなるが、本
発明は超音波面モータの拘束時に駆動周波数が許容範囲
を逸脱しないようにしているので、電力増幅回路の焼損
を防止することができる． 『実施例」 次に、本発明方法により最適な駆動周波数を自動的に追
尾する駆動装置の実施例を第１図から第３図（ａ）およ
び第３図（ｂ）について具体的に説明する． 第１図は、最適な駆動周波数を自動的に追尾するための
制御フローを示す．ステップ１０１では、共振点よりも
十分高い周波数で超音波モータを駆動する．ステップ１
０２では、駆動周波数を徐々に下げる．ステップ１０３
では、波形乱れが発生したか否かをしきい値をもって判
定する．ステップ１０３で波形乱れが発生しなければ、
ステップ１０４で更に駆動周波数を第１の周波数変化幅
で下げる．ステップ１０３で波形乱れが発生していれば
、ステップ１０５で駆動周波数を第ｌの周波数変化幅よ
り大きい第２の周波数変化幅で上げる．以後の波形乱れ
は、ステップ１０３にフィードバックされる． 第１６図に示されるごとく、超音波モータは弾性体４１
に該弾性体４１を励振する圧電体４２を固設してステー
タ４０が横戒され、弾性体４１にはロータ５０が図示し
ない強力な皿ばねにより摩擦接触された構造を有する．
圧電体４２には電極が設けられ、後述の駆動用圧電体と
振動検知用圧電体に区分されている． 波形乱れを検知するためには、第２図に示すごとく、駆
動用圧電体１ａ，ｌｂの間の入力電圧が印加されていな
い部分に振動検知用圧電体２を設ける．この振動検知用
圧電体２の出力信号Ｓの波形は、円滑な回転時には第３
図（ａ）に示すごとく、正電圧部分の第１波の周期Ｔ１
と第２波の周期Ｔ２が等しい（Ｔ，＝Ｔ．）。しかし、
可聴音発生時及びその直前には、振動検知用圧電体２の
出力信号の波形は、駆動周波数ｆｄに可聴音の源となる
成分が合戒され、第３図（ｂ）に示されるように波形乱
れが発生する，そして、正電圧部分の第１波の周期Ｔ，
と第２波の周期Ｔ２が等しくなくなる（Ｔ１≠Ｔ２〉．
従って、第１波の周期Ｔ，と第２波の周期Ｔ２を比較す
ることにより波形乱れを検知する．（第２実施例） 本発明方法を実施するための駆動装置を第２実施例とし
て第６図に示す．第６図に示す駆動装置は、超音波モー
タＭの振動検知用圧電体２に発生する出力信号をフィー
ドバック態様で波形整形回路３に加え、周期差検出回路
４で第１波と第２波の正電圧部分の周期差をしきい値を
もって検出し、その周期差に応じた電圧信号を発生し周
波数制御同路５に加える。周波数制御回路５は積分回路
により楕成されている．そして、周波数制御回１５が発
生する電圧信号により電圧制御発振回路６の発振周波数
を変化させている．電圧制御発振回路６の信号は周期差
検出回路４にクロック信号として加えられ、また分周回
路７で分周され、電力増幅回路８で電力増幅してＡ相の
駆動用圧電体１ａに印加されている．また、分周回路７
の信号は移相回路９により略９０゜移相され、電力増幅
回路｛０で電力増幅されて、Ｂ相の駆動用圧電体１ｂに
印加されて、いる． 第６図図示の駆動装置によれば、振動検知用圧電体２の
出力信号に波形乱れが発生しない時は、波形整形回ｎ３
の出力信号には周期差が含まれていないため、周期差検
出回路４の出力信号が無く、周波数制御回路５の出力信
号が低下することにより電圧制御発振回路６の発振周波
数が下げられる．従って、振動検知用圧電体２の出力信
号に波形乱れが発生しない状態が続く間は、電圧制御発
振回路６の発振周波数が徐々に低下する。振動検知用圧
電体２の出力信号に波形乱れが発生する時は、波形整形
回ｎ３の出力信号に周期差が含まれるため、周期差検出
回路４から出力信号が発生し、周波数制御回路５の出力
信号が＾増加することにより電圧制御発振回路６の発振
周波数が上げられる．そして、温度及び負荷などの環境
変化に応じて、波形乱れが発生しない時は発振周波数が
下がり、波形乱れが允生ずる時は発振周波数が上がるこ
とにより、超音波モータＭへの駆動周波数が最適に制御
される。第２実施例の駆動装置によれば、デジタル的に
周期差検出が行われるので、簡単な回路横１友により正
確な駆動周波数の自動追尾ができるという利点がある． （第３実施例） 振動検知用圧電体２の出力信号を第７図（ａ）および第
７［Ｋ（ｂ）に示す．超音波モータが円滑な回転をして
いる時は、第７図（ａ）に示すように出力信号がほぼ正
弦波をなしており、正の電圧値を示す周期（Ｔ．〉と負
の電圧値を示す周期（Ｔ−）がほぼ等しいのに対して、
波形乱れ発生時〈可聴音発生時及びその直前〉には可聴
音の振動戒分が正弦波に加わるため、正の電圧値を示す
周期（Ｔ．〉と負の電圧値を示す周期（Ｔ−〉とは等し
くなくなる（Ｔ．≠Ｔ−〉．第３実施例では、この周期
Ｔ．とＴ一による波形乱れをモニターし、第１図図示の
制御フローに従い、電子演算制御装ｉｆ（ＥＣＵ）を用
いて第１実施例と同様に駆動周波数の自動的追尾を行う
． また、第８図に示す駆動装置によっても、周期Ｔ．とＴ
−による駆動周波数の自動的追尾を行うことができる． 第８図に示す駆動装置は、超音波モータＭの振動検知用
圧電体２に発生する出力信号をフィードバック態様で波
形整形回路３に加え、周期測定回路１１で正の電圧値を
示す周期Ｔ．と負の電圧値を示す周期Ｔ一を測定し、そ
の周期に応じたパルス幅信号を発生し、周期比較回路ｌ
２に加える．周期比較回路１２は周期差が生じた時に信
号を発生する．そして、積分回路よりなる周波数制御回
路５が発生する信号により電圧制御発振回路６の発振周
波数を変化させている．電圧制御発振回路６の信号は移
相回路９により９０”移相され、電力増幅回路８．１０
で電力増幅されて、Ａ相及びＢ相の駆動用圧電体１ａ及
びｌｂにそれぞれ印加されている． 第８図図示の駆動装置によれば、振動検知用圧電体２の
出力信号に波形乱れが発生しない時は、波形整形回路３
のパルス信号には周期差が含まれていないため、周期測
定回路１１のパルス幅信号には周期差がないことにより
、周期比較回・路１２の周期判定信号により周波数制御
回路５の出力信号が低下され、電圧制御発振回路６の発
振周波数が下げられる．従って、振動検知用圧電体２の
出力信号に波形乱れが発生しない状態が続く間は、発振
回路６の発振周波数が徐々に低下する．振動検知用圧電
体２の出力信号に波形乱れが発生する時は、波形整形回
路３のパルス信号に周期差が含まれるため、周期測定回
路１１のパルス幅信号に応じて周期比較回ｒ８１２から
周期判定信号が発生し、周波数制御回路５の出力信号に
より電圧制御発振回路６の発振周波数が上げられる，そ
して、温度及び負荷などの環境変化に応じて、波形乱れ
が発生しない時は発振周波数が下がり、波形乱れが発生
する時は発振周波数が上がることにより、超音波モータ
Ｍへの駆動周波数が最適に制御される．第３実施例の駆
動回路によれば、デジタル的に周期測定及び周期比較が
行われるので、簡単な回路楕戒により正確な駆動周波数
の自動追尾ができるという利点がある． （第４実施例） 振動検知用圧電体２の出力信号を第９図（ａ）および第
９図（ｂ）に示す．超音波モータが円滑な回転をしてい
る時は、第９［Ａ（ａ）に示すように出力信号がほぼ正
弦波をなしており、第１波と第２波の正の電圧値Ｖ　＋
　，　Ｖ　２がほぼ等しいのに対して、波形乱れ発生時
（可聴音発生時及びその直前〉には可聴音の振動或分が
正弦波に加わるため、第９図（ｂ）に示すように第１波
の正の電圧値Ｖ，と第２波の正の電圧値ｖ２とは等しく
なくなる（Ｖ．≠Ｖ２）。第４実施例では、この電圧値
■１とＶ２をモニターし、第１図図示の制御フローに従
い、電子演算制御装置（ＥＣＵ）を用いて第１実施例と
同様に駆動周波数の自動的追尾を行う。

第４実施例の駆動装置は，第８図図示の駆動装置におけ
る周期測定回路ｌ１及び周期比較回路１２を，第１０図
に示すごとく電圧測定回路３１及び電圧比較回路３２に
替えることにより実施可能である． （第５実施例〉 振動検知用圧電体２の出力信号を第１１図（ａ）および
第１１図＜ｂ）に示す．Ｉｆ！音波モータが円滑な回転
をしている時は、第１１図（ａ＞に示すように出力信号
がほぼ正弦波をなしており、正の電圧値を示す周期（Ｔ
，〉と負の電圧値を示す周期（Ｔ２）がほぼ等しく、電
圧値もほぼ同じである．しかしながら、可聴音発生時及
びその直前等の波形乱れ発生時には可聴音の振動戒分が
正弦波に加わるため、正の電圧値を示す周期（Ｔ，）と
負の電圧値を示す周期（Ｔ２〉とは等しくなくなり（Ｔ
．≠Ｔ２）．かつ出力信号の周波数も相違する．第５実
施例では、この波形乱れによる周波数成分を検出し、第
１図図示の制御フローに従い、電子演算制御装置（ＥＣ
ＬＩ）を用いて第１実施例と同様に駆動周波数の自動的
追尾を行う． また、第５実施例においては、第１２図及び第１３図に
示す駆動装置によっても、乱れ周波数成分を検出して駆
動周波数の自動的追尾を行う．第１２図は第５実施例の
駆動装置の全体を示すブロック図であり、第１３図はそ
の周波数追尾回路２０の部分の回路図である．波形乱れ
検出回路を含むバンドパスフィルタ１５は、演算増幅器
ＯＰＩとコンデンサＣ１、Ｃ２と抵抗ｒｌ〜ｒ５よりな
る．増幅回路１６は演算増幅器ＯＰ２と抵抗ｒ６〜ｒ９
よりなる．周波数制御回路５はダイオードＤＩと抵抗ｒ
ｌＯ，ｒｌｌコンデンサＣ３よりなる積分回路である， 第１２図及び第１３図に示す駆動装置は、超音波モータ
Ｍの振動検知用圧電体２に発生する波形乱れ信号をフィ
ードバック態様で波形乱れ検出回路を含むバンドパスフ
ィルタ１５で波形乱れによる周波数成分を検出する．バ
ンドパスフィルタ１５を通過した波形乱れの周波数成分
に応じた電圧信号は増幅回路１６に加えられる．そして
、増幅回路１６で増幅された整形された電圧信号は積分
回路よりなる周波数制御回路５で積分され、該回路が発
生するコントロール信号により電圧制御発振回路６の発
振周波数を変化させている．電圧制御発振回路６の信号
は電力増幅回ｎ８で電力増幅してＡ相の駆動用圧電体１
ａに印加されている．また、電圧制御発振回路６の信号
は移相回路９により略９０゜移相され、電力増幅回路１
０で電力増幅されて、Ｂ相の駆動用圧電体１ｂに印加さ
れている． 第１２図及び第１３図に示す駆動装置によれば、振動検
知用圧電体２の出力信号に波形乱れが発生しない時は、
波形乱れ検出回路ｌ４の出力信号に可聴音の周波数或分
が含まれていないため、波形乱れ検出回路を含むバンド
パスフィルタ１５及び増幅回路１６の出力信号が無く、
周波数制御回路５の出力信号の減少により電圧制御発振
回路６の発振周波数が下げられる．従って、振動検知用
圧電体２の出力信号に波形乱れが発生しない状態が続く
間は、電圧制御発振回路６の発振周波数が徐々に低下す
る．振動検知用圧電体２の出力信号に波形乱れが発生す
る時は、該出力信号に過聴音の周波数或分が含まれるた
め、バンドパスフィルタ１５により乱れ周波数成分が検
出され、増幅器１６から出力信号が発生し、波形数制御
回路５の出力信号の増加により電圧制御発振回路６の発
振周波数が急速に上げられる． そして、温度及び負荷などの環境変化に応じて、波形乱
れが発生しない時は発振周波数が徐々に下がり、波形乱
れが発生ずる時は発振周波数が急速に上がることにより
、超音波モータＭへの駆動周波数が最適に制御される．
第５実施例の駆動回路によれば、アナログ的に乱れ周波
数戒分の検出が行われるので、最も簡単な回路横成によ
り駆動周波数の自動追尾ができるという利点がある．（
第６実施例） 第６実施例には全ての状態において、最適な駆動周波数
を検出するため、振動検知用圧電体の出力信号を利用し
サンプリングクロックによって波長を求め、前回の波長
と今回の波長を比較する．超音波モータの出力が最大と
なり、可聴音が発生ずる直前には、振動検知用圧電体の
出力信号の波長が波形乱れ発生により変化する現象があ
るため、発生乱れ発生時の周波数で超音波モータを駆動
すれば、可聴音を発生することなく、該モータの出力を
有効に取り出すことが可能になる．また、超音波モータ
の拘束時においても、振動検知用圧電体の出力信号に波
長の変化つまり波形乱れが起こるため、この波長変化が
起こった時に駆動周波数を上げれば、駆動周波数の範囲
を逸脱することはない．　第１４図は第６実施例の駆動
装置を示し、第　１５図はその駆動装置のタイミングチ
ャートである．第１４図において、波形整形回路３は、
振動検知用圧電体２からの出力信号のノイズを除去し、
デジタル信号”に変換する．発振回路２２はサンプリン
グクロックを発生する．アップカウント回路２３は、波
形整形回路３からのデジタル信号と、発振回路２２から
のサンプリングクロックと，タイミング回路２６からの
タイミングパルスとを入力され、前記デジタル信号の波
長を積算計数する．ラッチ回路２４は、アップカウント
回路２３からのアップカウント信号とタイミング回路２
６のタイミングパルスを入力され、アップカウント回路
２３で求めた波長の長さを記憶する．不一致検出回路２
５は、ラッチ回路２４に記憶された前回の波長と、アッ
プカウント回路２３で検出した今回の波長の長さを比較
して不一致検出信号を発生する．タイミング回路２６は
、ＡＮＤゲート回路　２７と、前記アップカウント回路
２３及びラッチ回ｒＩＩ２４にタイミングパルスを送り
これらの回路２７．２３．２４の動作を制御する，ＡＮ
Ｄゲート回路２７は、前記不一致検出回路２５からの不
一致検出信号と、タイミング回路２６からのタイミング
パルスとを入力され、波長の乱れ（波長変化〉を検出す
る回路である．周波数制御回路５は積分回路よりなり、
ＡＮＤゲート２７の検出信号を積分する．電圧制御発振
回路（Ｖ．Ｃ．０）６は、周波数制御回路５で積分され
たＡＮＤゲート２７からの検出信号の積分値に基づいて
発振周波数を変化する．前記波形整形回路３、発振回！
＠２２、アップカウント回路２３、ラッチ回路２４、不
一致検出回路２５、タイミング回路２６及びＡＮＤゲー
ト回路２７により周波数追尾回路２０が構成されている
．移相回路９は、電圧制御発振回路６の出力を入力され
超音波モータＭの弾性体に進行波を発生させるのに必要
な位相差を生じさせる．電力増幅回路８及び１０は゛電
圧制御発振回路６の出力及び移相同路９の出力を超音波
モータＭを駆動するのに必要な電力に増幅する回路であ
る．超音波モータＭは、その駆動用圧電体１ａに電力増
幅回路８からの電力を入力され、駆動用圧電体１ｂに電
力増幅回路１０からの電力を入力されている． 次に第６実施例の作動を第１４図及び第１５図について
説明する． 第６実施例は、超音波モータＭの最適駆動を行うため、
周波数追尾回路２０によるフィードバックループを設け
ている．先ず、波形整形回ｌｉ′８３により振動検知用
圧電体２の出力信号（第１５図図示のフィードバック信
号ｂ）からノイズを除去し、該出力信号の波長を検出す
るためデジタル信号（Ｃ）に変換する． 次に、波形整形回路３のデジタル信号（ｃ）と、発振回
路２２のサンプリングクロック（ａ）とがアップカウン
ト回路２３に入力され、デジタル信号（ｃ）の前回の立
下がりから今回の立下がりまでのカウント値によりデジ
タル信号の波長の長さが求められる．波形整形回路３か
らのデジタル信号（Ｃ〉と、発振回路２２のサンプリン
グクロック　（ａ）とはタイミング回路２６にも入力さ
れ、デジタル信号（ｃ）の立下がり時及びカウント終了
時にタイミング回路２６からタイミングパルス（ｆ，ｈ
）が発生し、このタイミングパルスがラッチ回路　２４
及びＡＮＤゲート回路２７とアップカウント回路２３と
にそれぞれ入力される． アップカウント回路２３により求められた今回の波長の
長さは、ラッチ回路２４に記憶されると共に、予めラッ
チ回路２４に記憶された前回の波長の長さと今回の波長
の長さとは不一致検出回路２５で比較される。そして、
不一致検出回路２５が前回と今回の波長の長さの不一致
を検出した時は、ＡＮＤゲート回１２７に不一致検出信
号（ｅ）を出力する，ＡＮＤゲート回路２７は、不一致
検ｌｊ回路２５からの不一致検出信号（ｅ）と、タイミ
ング回路２６からのタイミングパルス（ｆ）との論理積
をとり、波長変化検出信号（ｇ）を出力する．そして、
周波数制御回路５は波長変化検出信号（ｇ〉が入力され
ると出力信号レベルが増加するため、電圧制御発振回路
６は発振周波数を上昇させ、この波長変化検出信号が周
波数制御回路５に人力されない時は電圧制御発振回路６
が発振周波数を下降させることにより、駆動周波数を追
尾し最適値に変化させる． 第６実施例によれば、周波数追尾回路２０を設けること
によって、可聴音を発生することなく超音波モータＭを
駆動することができる．また、モータ拘束時においても
波長の変化が起こるため、この波長変化に基いて駆動周
波数を上昇させることにより増加させ、拘束トルクに近
い大きな出力で超音波モータを安全に運転することがで
きる。

さらに、モータ拘束時の駆動周波数の上昇により共振周
波数以下の駆動になることがないので回路損失の増加を
抑え、電力増幅回路の焼損を防止することができる．従
って、本発明の第６実施例によれば、超音波モータが低
回転高トルクであるため減速歯車を必要とせず低騒音で
小形軽量であるというメリットを充分に生かすことがで
きるという優れた効果がある． 「発明の効果」 以上述べたように、本発明の超音波モータ駆動方法は、
駆動用圧電体に共振点よりも十分高い周波数の駆動電圧
を与えることにより超音波モータを駆動し、弾性体に設
けた振動検知用圧電体の出力信号に波形乱れが発生しな
い時は、駆動周波数を下げ、前記振動検知用圧電体の出
力信号に波形乱れが発生ずる時は、駆動周波数を上げる
から、可聴音が発生する直前の駆動周波数により、耳障
りな可聴音を発生させることなく、温度変化及び負荷変
化に対応して変化する最適な駆動周波数を追尾すること
ができるという優れた効果がある．また、超音波モータ
の拘束時においても波長の変化が起こるため、超音波モ
ータの拘束時をも良好に検出して、駆動周波数を上昇さ
せることにより共振周波数以下の駆動になることがない
ので回路損失の増加を抑え、電力増幅回路の焼損を防止
することができ、超音波モータが低回転高トルクである
ため減速歯車を必要とせず低騒音で小形軽量であるとい
うメリットを充分に生かすことができるという優れた効
果がある． また、本発明の駆動装置は、振動検知用圧電体に発生す
る出力信号の波形乱れをしきい値をもって検知する波形
乱れ検知手段と、前記波形乱れ検知手段により波形乱れ
が検知されない時は、発振手段の発振周波数を第１の周
波数変化幅で下げ、前記波形乱れ検知手段により波形乱
れが検知された時は、発振手段の発振周波数を第１の周
波数変化幅とは異なる第２の周波数変化幅で上げる周波
数追尾手段とを備えるから、絶えず最適駆動周波数を検
知し，超盲波モータを常に安定に駆動することができる
という優れた効果がある．さらに、周波数追尾を、積分
回路よりなる周波数制御回路と電圧制御発振凹路で行う
ときは最も簡単な回路構成にすることができるという優
れた効果がある．

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は第１実施例の制御フローを示すフローチャート
、第２図は駆動用圧電体と振動検知用圧電体の配置を示
す正面図、第３図（ａ）．（ｂ）は波形乱れの発生の有
無により振動検知用圧電体の出力信号の正電圧につき第
１波と第２波に周期差が生じる様子をそれぞれ示す波形
図、第４図は超音波モータの周波数とインピーダンスの
関係を示す特性図、第５図（ａ＞，（ｂ）は温度及び負
荷に関する最適な駆動周波数の軌跡をそれぞれ示す特性
図、第６図は第２実施例の駆動装置を示すブロック図、
第７図（ａ）．（ｂ＞は波形乱れ発生の有無により振動
検知用圧電体の出力信号が正の電圧値を示す周期と負の
電圧値を示す周期に差を生じる様子を示す波形図、第８
図は第３実施例の駆動装置を示すブロック図、第９図（
ａ），（ｂ）は波形乱れ発生の有無により振動検知用圧
電体の出力信号の第１波と第２波の正の電圧値が等しく
なくなる様子を示す波形図、第１０図は第４実施例の駆
動装置を示すブロック図、第１１図（ａ），（ｂ）は前
記出力信号の波形乱れ発生の有無により周波数が変化す
る様子を示す波形図、第１２図は第５実施例の駆動装置
を示すブロック図、第１３図は第５実施例その周波数追
尾回路部分の回路図、第１４ｒ！ｉｌは第６実施例の駆
動装置を示すブロック図、第１５図は第６実施例その駆
動装置のタイミングチャート、第１６図は超音波モータ
の楕造を示す斜視図である． １ａ．１ｂ．．．駆動用圧電体、　２、，．振動検知用
圧電体、　３．，．波形整形回路、　４．．．周期差検
出回路、　５，．．周波数制御回路、　６、．．電圧制
御発振回路、　ｌ　１　．．．周期測定回路、　１２．
．周期比較回路、　　１５．．．バンドパスフィルタ、
２３　．．アップカウント回路、　２　４　．．．ラッ
チ回路、　２　５　．．．不一致検出回路、　３　１　
．．．電圧測定回路、　３２．．．電圧比較回路、　４
０．．．．ステータ、　４　１　．．．弾性体、　４２
．．．圧電体、５０．．．ロータ． 第 ２ 図 第 ５ 図 第 ３ 図 第 ６ 図 第 ７ 図 （｛目ｆ２） 第 １２ 図 第 １５ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）弾性体と、該弾性体を励振させる駆動用圧電体と
   弾性体の振動を検知する振動検知用圧電体とを設けたス
   テータ、及び前記弾性体との摩擦接触により回転される
   ロータを備えた超音波モータの駆動方法であって、 前記駆動用圧電体に共振点よりも十分高い周波数の駆動
   電圧を与えることにより超音波モータを駆動し、 前記弾性体に設けた振動検知用圧電体の出力信号に波形
   乱れが発生しない時は、駆動周波数を下げ、 前記振動検知用圧電体の出力信号に波形乱れが発生する
   時は、駆動周波数を上げることを特徴とする超音波モー
   タの駆動方法。
2. （２）弾性体と、該弾性体を発振手段の出力に基づいて
   励振させる駆動用圧電体と、弾性体の振動を検知する振
   動検知用圧電体とを設けたステータ、及び前記弾性体と
   の摩擦接触により回転されるロータを備える超音波モー
   タの駆動装置であつて、 前記振動検知用圧電体に発生する出力信号の波形乱れを
   しきい値をもって検知する波形乱れ検知手段と、 前記波形乱れ検知手段により波形乱れが検知されない時
   は、前記発振手段の発振周波数を第１の周波数変化幅で
   下げ、前記波形乱れ検知手段により波形乱れが検知され
   た時は、前記発振手段の発振周波数を第１の周波数変化
   幅とは異なる第２の周波数変化幅で上げる周波数追尾手
   段と、 を備えることを特徴とする超音波モータの駆動装置。 ３、弾性体と、該弾性体を励振させる駆動用圧電体と、
   弾性体の振動を検知する振動検知用圧電体とを設けたス
   テータ、及び前記弾性体との摩擦接触により回転される
   ロータを備える超音波モータの駆動装置であって、 前記振動検知用圧電体に発生する出力信号の波形乱れを
   しきい値をもって検知する波形乱れ検知手段と、 前記波形乱れ検知手段の検知信号を積分する積分回路よ
   りなり、前記波形乱れ検知手段からの検知信号がない時
   は、出力信号レベルを第１の変化幅で減少させ、前記波
   形乱れ検知手段からの検知信号がある時は、出力信号レ
   ベルを第１の変化幅とは異なる第２の変化幅で増加させ
   る周波制御回路と、 前記周波数制御回路の出力信号レベルに応して発信周波
   数を変化する電圧制御発信回路と、を備えることを特徴
   とする超音波モータの駆動装置。 ４、前記波形乱れ検知手段は、前記振動検知用圧電体の
   出力信号の正電圧につき第１波と第２波の周期を比較す
   ることにより、波形乱れを検知する周期差検出回路を包
   含することを特徴とする請求項２または請求項３に記載
   の超音波モータの駆動装置。 ５、前記波形乱れ検知手段は、前記振動検知用圧電体の
   出力信号の正の電圧値を示す周期と負の電圧値を示す周
   期を測定してパルス幅信号を発生する周期測定回路と、
   そのパルス幅信号の周期を比較して周期判定信号を発生
   する周期比較回路とを包含することを特徴とする請求項
   ２または請求項３に記載の超音波モータの駆動装置。 ６、前記波形乱れ検知手段は、前記振動検知用圧電体の
   出力信号の正の電圧値をモニタし、正の電圧値が等しく
   なくなった時に波形乱れ発生状態と判定する判定手段で
   あることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の
   超音波モータの駆動装置。 ７、前記波形乱れ検知手段は、前記振動検知用圧電体の
   出力信号から駆動周波数の略二分の一となる乱れ周波数
   成分を検出するバンドパスフィルタを包含することを特
   徴とする請求項２または請求項３に記載の超音波モータ
   の駆動装置。 ８、前記波形乱れ検出手段は、前記振動検知用圧電体の
   出力信号からノイズを除去しデジタル信号に変換する波
   形整形回路と、該波形整形回路からのデジタル信号を入
   力されて前記デジタル信号の波長を検出するアップカウ
   ント回路と、この検出された波長を記憶するラッチ回路
   と、前回検出の波長と今回検出の波長とを比較して波長
   の変化を検出する不一致検出回路とを包含することを特
   徴とする請求項２または請求項３に記載の超音波モータ
   の駆動装置。