JPH0322879A - 超音波モータ装置 - 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」二の利川分野） この発明は、複数の超音波モータを同時に駆動させる超
音波モータ装置に関する。

《従来の技術｝ 従来、この種の装置としては、例えば特開昭６１−１３
９２７８号公報に記載のものが知られており、圧電セラ
ミック等の圧電体を用いて超音波振動を励振し、これに
よって回転運動が得られるよう構成されている。

第７図は、従来の超音波モータの断面図であるが、円環
型の弾性体１の円環面の一方に圧電体２を貼り合わせて
圧電駆動体３を構戊している。４は耐摩耗利料のスライ
ダで、５は弾性体であり、互いに貼り合わせられて回転
子６を構成している。

回転子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に聞げ振動
の進行波が励起されて、これにより回転子６が回転する
。

一方、第８図には、第７図の超音波モータに使用した圧
電体２の形状と電極構造が示されている。

同図に示す如く、圧電体２上には円周方向に萌げ振動が
９波長のるようにしてある。Ａ，Ｂはそれぞれ１／２波
長相当の８個の小領域からなる電極群で、Ｃは３７４波
長、Ｄは１／４波長の長さの電極である。従って、Ａの
電極群とＢの電極群とは位置的に１／４波長（９０”）
の位相のずれがある。

第９図は、上記の如き超音波モータを駆動させるための
電気的ハードウエア構成を示すブロック図である。

同図において、１７４波長分だけ位置的に位相の異なる
２つの電極群Ａ，　　Ｂのうち、一方の電極群Ａには常
時信号電圧を印加し、他方の電極群Ｂにはバースト信号
を印加して、バースト比率を変えることにより速度制御
をしている。

駆動体３を構戊する圧電体２の図示しない裏而｛Ｉ１１
１はアースに接続されている。Ｒは圧電体２に直列に接
続された帰還用抵抗器で、圧電体２に流入した電流に比
例した電圧を端子間に発生する。抵抗器Ｒの端子間電圧
は、バンドパスフィルタ増幅器７に入力されるとともに
、さらに電力増幅器８を介して増幅され、駆動体３に所
定レベルの振動を発生させている。なお、この例ではこ
のループにより、自励発振回路を構成している。９は９
０゜位相器で、バンドパスフィルタ増幅器７の出力が入
力されて、９０゛位相をずらせている。１０は電力増幅
器で、電力増幅器８と同様に駆動体３の振動波を所定レ
ベルまで増幅している。１１はタイマ回路で、スイッチ
Ｓ１を動作させるための信号を出力している。スイッチ
Ｓ１が閉じれば、バンドパスフィルタ増幅器７の出力は
９０゜位相器９に入力されて、駆動体３中に進行波を作
り、スイッチＳ１が開いていれば駆動体３中には定常波
だけが立つ。従って、スイッチＳ，によって駆動体３上
に置かれた動体６は動いたり、動かなかったりする。

《発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の如き従来装置にあり（では、バー
スト信号により超音波モ・一夕を駆動しているものの、
上記自励発振回路では１つの超音波モータしか駆動でき
ないので、複数個の超音波モータを順次駆動する時には
、超音波モータ毎に自励発振回路を用意するか、１つの
回路により駆動周波数を自動追尾させて、最適の状態に
して超音波モータを駆動する必要がある。前者について
はコス１・高になり、また後者については超音波モータ
の駆動効率を上げようとすると超音波モータの切換え周
期が長くなる。また切換え周期を短くするとモータ立上
り時の周波数選定が不十分となり、駆動効率が悪くなっ
てモータの回転が不安定になるという問題点があった。

この発明は、上記課題に鑑み、安価で、かつ複数個の超
音波モータをあたかも同時に駆動しているかの如く回転
させることのできる超音波モータ装置を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するために、この発明は、超音波モータ
毎の駆動周波数データが入力され、該駆動周波数により
複数の超音波モータを所定時間毎順次駆動する駆動手段
と、 各超音波モータの駆動期間中、その駆動周波数を当該超
音波モータの八振周波数に近付けていく追尾手段と、 各超音波モータ駆動期間中における最終駆動周波数デー
タを記憶する記憶手段と、 当該超音波モータの前回駆動時における最終駆動周波数
データを上記駆動手段に出力する駆動周波数指令手段と
、を有するにことを特徴とする。

《実施例の説明》 次に、本発明の好適な実施例を図面に基いて説叩する。

第１図は本発明の第１実施例のブロック図である。

なお、この実施例は、同時に２一）の超音波モータを駆
動しようとするものであるが、各超音波モ・一夕自体の
構或は第７図および第８図に示した従来例のものと同一
であるので、同一構戊部分には同一符号を付しその詳細
説明は省略する。

第１図において、３１および３２は超音波モータであり
、超音波モータ３１はＡ，　　Ｂ，　　Ｃ，．Ｄの電極
、超音波モータ３２はＡ”，Ｂ−，Ｃ−，Ｄ′の各電極
を備えている。

ところで、この実施例では、１７４波長分だけ位置的に
位相の異なる２つの電極群Ａ，　ＢおよびＡ＝，Ｂ”を
備えた各超音波モータ３１．３２において、一方の電極
群Ｂ，Ｂ−には常時信号電圧を印加し、他方の電極群Ａ
，Ａ”に印加する電圧をスイッチング回路２２により切
換えている。

なお、各超音波モータ３１．３２についてみると、後述
するように電極群Ａ，Ａ−にはそれぞれバースト比率５
０のバースト信号が印加されるよう構成されている。

各超音波モータ３１，３２の圧電駆動体３，３′を構成
する圧電体２，２′の図示しない裏面側はアースに接続
されている。

一方、この例では、電極Ｄ，Ｄ−は駆動体３．３′の振
動状態をモニタするモニタ電極とされており、圧電体２
，２゛に励振された振動数に対応した交流電圧をＣＰＵ
２０に出ノノしている。

ところで、この実施例では、２つの超音波モータ３１．
３２は、所定時間毎交互に駆動されている。そして、各
モータ３１．３２の駆動期間中は、その駆動周波数を当
該超音波モータの共振周波数に近付けていくよう逐次フ
ィードバック制御されている。従って、ＣＰＵ２０では
、各モータの駆動期間中、上記交流電圧をフィードバッ
ク信号として、当該モータの共振周波数に近付けるべく
制御してその駆動信号を逐次周波数発振器２１に出力し
ている。そして、周波数発振器２１から出力された発振
信号は、移送器２３に入力され、周波数発振器２１から
出力した発振信号の位相を９０゜もしくは２７０゜ずら
している。

一方、２７は電力増幅器で、他の２つの電力増幅器２５
および２６と同様、圧電駆動体３．３゛を所定のレベル
で振動させるべく増幅している。

これにより、圧電駆動体３．３′に所定レベルの進行波
を作ることができることになる。

また、２４はクロック回路で、スイッチング回路２２を
動作させるための信号をＣＰＵ２０に出力し、該信号に
よりＣＰＵ２０はスイッチング回路２２を作動させる。

スイッチング回路２２により電極ｉＡ，Ａ−には、電圧
が印加されたり、されなかったりするので、回転子６，
６′は動いたり動かなかったりする。

なお、２８はメインスイッチである。

ところで、この実施例では、上記の如く、２つの超音波
モータ３１．３２を所定時間毎交互に駆動するとともに
、各超音波モータの駆動期間中は、その駆動周波数を当
該超音波モータの共振周波数に近付けていくよう構成さ
れているが、一方、各超音波モータの駆動期間中におけ
る最終駆動周波数データはＣＰＵ２０に記憶され、次に
当該超音波モータの駆動が再開されるときには、当該超
音波モータの前回駆動時における最終駆動周波数データ
に基いて、駆動を再開するよう構戊されている。

このため、２つの超音波モータ３１，３２の駆動が交互
に繰り返されるに従って、その駆動周波数は各モータの
共振周波数に近付いていき、ついには各モータの共振周
波数または共振周波数近傍の駆動周波数で各モータ３１
．３２が駆動されるよう構成されている。

第２図は、第１の実施例における各部の信号波形図であ
る。同図において、Ｂ，Ｂ’は電極群Ｂ，Ｂ′に印加さ
れる信号波形であり、Ｓはスイッチング回路２２のスイ
ッチング状態を示す。また、Ａ，Ａ”は、電極群Ａ，Ａ
′に印加されれる信号波形であり、周波数発振器２１に
より電極群Ｂ，Ｂ゛に印加される信号を９０゜　（また
は２７０゜）移送したものを搬送波とするバースト信号
となっている。同図において、時間ｔ１の間は超音波モ
ータ３１の回転子６は回転し、超音波モータ３２の回転
子６′は停止している。一方、ｔ２の間は逆になってい
る。なお、この実施例ではバース１・比率は５０とされ
て、ｔ１とｔ２は等しく設定されているが、ｔ，とｔ２
の比率を変えて使用しても何等問題はない。

本実施例は、上記の如く、２つの超音波モータ３１．３
２を所定時間毎交互に駆動し、各超音波モータの駆動期
間中は、その駆動周波数を当該超音波モータの共振周波
数に近付けていくとともに、各超音波モータ駆動朋間中
における最終駆動周波数データは一旦ＣＰＵ２０内に記
憶し、次回に当該モータを駆動するときには、ＣＰＵ２
０内に記憶された前回駆動時の周波数データに基いて、
各モータの共振周波数に近イリけるべく駆動信号を発振
し、これら発振信号に基いて各超音波モータ駆動信号が
それぞれの超音波モータ３１．３２に人力されるよう構
戊されている。このため、２つの超音波モータ３１．３
２を同時にしかも応答性良く駆動できることになる。

なお、１つの発振器によって２つの超音波モータを同時
に駆動できるよう、２つの超音波モータの共振周波数を
等しくするよう設計することも考えられるが、製造時の
ばらつき、使用中の経時変化、モータのある場所の温度
差等により２つのモータ間の駆動周波数は異なってくる
。このため、２つのモータに同時に交流電圧を印加して
も両方ともスムーズに回転するとは限らず、また、単に
順次スイッチを切り替えて駆動しても、スイッチ切り替
え時の２つのモータの駆動開始時期が異なり、本実施例
のような効果は得られない。

一方、モータの正転および反転は、例えば回転方向スイ
ッチあるいはリミットスイッチ等を設けることにより制
御でき、この場合、回転方向信号をＣＰＵ２０に入力し
、これにより移送器２３を制御すると良い。なお、この
実施例では、９０゜位相をずらすと正転し、２７０゜位
相をずらすと反転するよう構成されている。

次に、本発明の第２の実施例を第３図および第４図に基
いて説明する。

第３図は、第２の実施例のブロック図であるが、この第
２の実施例が第１の実施例と異なるのは、移送器２３の
後方に第２のスイッチング回路４２走設けたこと、およ
び電力増幅器２９．３０を新たに設けたことである。従
って、その他の構成部分は第１の実施例と同一なので、
同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する
。

ところで、この第２の実施例では、スイッチング回路２
２に加えて第２のスイッチング回路４２を設けたので、
２つのモータ３１，３２の電極群Ａ，　　ＢおよびＡ”
，Ｂ−に印加する電圧を同時にＯＮ，ＯＦＦできること
になる。

第４図は、第２の実施例における各部の信号波形図であ
る。

同図に示す如く、時間ｔ，の間は電極群Ａ，　　Ｂには
それぞれ９０゜位相のずれた信号が入力され、Ａ′，Ｂ
”には信号は入力されていない。従って、超音波モータ
３１の圧電駆動体３には萌げ振動の進行波が励起され、
圧電駆動体３上の回転子６が目転する。そして、この間
超音波モータ３２は完全に静止している。

一方、時間ｔ２の間は、電極群Ａ−，Ｂ−にそれぞれ９
０’位相のずれた信号が人力され、Ａ，Ｂには信号は入
力されていない。従って、この間は超音波モータ３１は
完全に静止し、超音波モータ３２だけが駆動している。

ところで、この第２の実施例では、モータ停止中では定
在波が立っていないため、第１の実施例に比し消費電力
が小さくなるという効果を有することになる。一方、こ
の例では、常時定在波が立っていないので応答速度が遅
くなるという欠点がある。

なお、−１，一記各実施例においては、いずれも駆動さ
れる超音波モータは２個としたが、３個以上でも同様の
構成で駆動できることは勿論である。

次に、本発明の第３の実施例を第５図および第６図に基
いて説明する。

第５図は第３の実施例の概略構戊を示すブロック図であ
るが、この例では、制御回路５０により３１，３２．３
３の３つの超音波モータを同時に駆動できるよう構成さ
れている。同図において、Ｓ，〜Ｓ６は、３つの超音波
モータ３１，　　３２．３３の正転，反転を制御するリ
ミットスイッチで、リミットスイッチＳ　ｌ　ｒ　ｓ，
　ｌ　　ｓ５により正転方向の規制がなされ、リミット
スイッチＳ２＋３４＋８６により反転方向の規制がなさ
れている。

なお、制御回路５０は、第２の実施例に示したタイプの
ものであるので、以下第２の実施列に使用した部祠名称
を必要に応じて使用しつつ、本実施例の動作を説明する
。

第６図は第３の実施例の処理手順を示すフローチャート
であるが、今、第６図（ａ）に示す如く、メインスイッ
チ２８をＯＮすることによりプログラムがスタートする
と、各モータ３１，３２，．３３の駆動周波数ｆおよび
回転方向ＣＮに初期値が与えられる（ステップ１００）
。

この初期値の設定は、各モータ３１．　　３２，．　　
３３の正転方向の駆動周波数をｆ，，ｆ２，ｆ，、反転
方向の駆動周波数をｆｌ　−＋　　ｆ２−，ｆ３として
、 モータ３１においては、ｆ，−ｆ，”−ｆ。、モータ３
２においては、ｆ２　””２　−＝ｆＯ　ｓモータ３３
においては、ｆ３＝ｆ３−−ｆＯ．，と設定される（但
し〔０は定数）。

また、各モータ３１．３２．３３の回転方向をＣＮＩ，
ＣＮ２．ＣＮ３とすると、ＣＮ１＝Ｏ．ＣＮ２−０，Ｃ
Ｎ３−０　（但し、０は正転、１は反転を示す）と、設
定される。

こうして各モータ３１．３２．３３の駆動周波数および
回転方向についての初朋値が設定されると、次にクロッ
ク回路２４の初期処理が行われ、経過時間ｔとして１＝
０がセットされるとともに、モータの回転方向ＣＮとし
て最初に駆動されるモータ３１の初期値ＣＮＩが与えら
れる（ステップ１０２）。

なお、この実施例では、後述する如く　（ステップ１２
４，２２４．３２４参照）、３つのモータ３１．３２．
３３の駆動時間はともにｔ１と設定したが、各モータに
よって駆動時間を異ならせても良い。

こうして、クロック回路２４がセットされ、モータの回
転方向が設定されると、スイッチング回路２２，および
第２のスイッチング回路４２により、最初に駆動するモ
ータ３１を選ぶ（ステップ１０４）。

次に、ステップ１０６においては、モータ３１の回転方
向ＣＮを調べ、ＣＮ＝Ｏでモータ正転なら（ステップ１
０６でＹＥＳ）　、移送器２３において９０゜位相をず
らす（ステップ１０８）。一方、モータ反転なら（ステ
ップ１０６でＮＯ）、移送器２３において２７０゜位相
をずらす（ステップ１３２）。

こうして、以下モータ正転ならステップ１１０以下の処
理、モータ反転ならステップ１３４以下の処理がなされ
ることになる。

すなわち、モータ正転の場合、ステップ１１０において
モータの駆動周波数ｆとしてモータ３１の正転方向駆動
周波数ｆ１を選択し、次にモータ３１の正転方向を規制
するリミットスイッチＳ↑がＯＮ状態か否かを調べる（
ステップ１１２）。

ここで、リミットスイッチＳ，がＯＮ状態の場合（ステ
ップ１１２でＹＥＳ）、プログラムがスタートしてから
の経過時間ｔがモータ３１の第１回目の駆動時間．であ
るｔ，を越えているか盃かが調べられ（ステップ１２４
Ｌｔ＜ｔ，なら（ステップ１２４でＹＥＳ），モータを
反転させモータ３１の駆動周波数ｆとして初期値ｆｏを
選択する（ステップ１２６，１２８）。そして、以ｆス
テップ１３８以下の処理に進むことになる。

一方、リミットスイッチＳ，がＯＦＦの場合（ステップ
１１２でＮＯ）　、ステップ１１４〜ステップ１２０の
フィードバック処理により駆動周波数ｆをモータ３１の
共振周波数または共振周波数近傍の値に近付けていく。

すなわち、周波数ｆを」二げるようフィードバック処理
する場合（ステップ１１４でＹＥＳ）、ｆ＝ｆ＋Δｆ の処理が繰り返される（ステップ１１６）とともに、周
波数ｆを下げるようフィードバック処理する場合（ステ
ップ１１８でＹＥＳ）、ｆ−ｆ−Δｆ の処理が繰り返される（ステップ１２０）。

そして、ステップ１２２では、モータ３１の駆動時間ｔ
が調べられ、１＜１，なら（ステップ１２２でＹＥＳ）
　、さらにステップ１１２以下の処理が繰り返されると
ともに、１＞１，なら（ステップ１２２でＮＯ）、次に
モータ３２の駆動に移行する（第６図（ｂ）参照）。

なお、次のモータ３２の駆動に移行するに際しては、モ
ータ３２の駆動に移行する直前のモータ３１の正転方向
の駆動周波数」、初朋値として設定された反転方向の駆
動周波数ｆｏおよびモータ３１の回転方同情１１１（Ｃ
Ｎ１＝Ｏ）が記憶される（ステップ１３０）。

なお、ステップ１３０の処理において、反転方向の駆動
周波数ｆ１　′として初朋値として設定された値ｆｏを
記憶するのは、回転方向によってモータの最適駆動周波
数が異なり、逆方向のそれまで利川していた周波数情報
を利用することができないためである。

従って、モータの回転方向が変わる場合は、改めて初期
設定された周波数ｆｏでフィードバック処理を開始する
（ステップ１２８，，１５２参照）。

一方、ステップ１３２〜ステップ１５４にはモータ反転
時におけるフィードバック制御の処理手順が示されてい
るが、回転方向が逆になること以外は既に述べたステッ
プ１０８〜ステップ１３０の処理手順と同一なので、説
川は省略する。

こうして、装置駆動開始後１，の間はモータ３１の駆動
が行われるとともに、その間逐次モータ３１の最適な共
振周波数に近付けるべく駆動周波数のフィードバック処
理が繰り返される。

そして、ｔ１時間経過後は、次にモータ３２の駆動が同
様に行われるとともに、さらにｔ，時間経過後はモータ
３３の駆動が同様に行われる。

こうして、ｔ１時間経過毎に３つのモータ３１，３２．
３３が順次駆動され、各モータの駆動朋間中は、予め装
置側に記憶された前回駆動時の最終周波数データに基い
て駆動を再開し、さらに当該モータの最適周波数に近付
けるべくフィードバック処理を繰り返す。

なお、」二記の如きモータ３２の駆動処理乎順が第６図
（ｂ）のステップ２００〜２５４に、モータ３３の駆動
処理手順が第６図（Ｃ）のステ・ノブ３０２〜３５４に
示されているが、この場合の処理手順はモータ３１の駆
動処理手順を示す第６図（ａ）のステップ１０２〜１５
４の処理手順と全く同一なので説叩は省略する。

以−１二、各実施例で述べてきたように、この発門では
、一定時間経過毎複数の超音波モータを順次駆動させる
とともに、次のモータの駆動に移行する場合は、それま
で駆動されていたモータの駆動周波数信号をＣＰＵに記
憶し、この記憶された駆動周波数信号を次回の当該モー
タの駆動開始周波数とする。そして、各モータ駆動期間
中は逐次その駆動周波数を共振周波数に近付けることに
よりそれぞれの超音波モータを駆動するよう摺成したの
で、安価な装置で、かつ複数個の超音波モータを、あた
かも同時に駆動しているかの如く、しかち応答性良く回
転させることができることになる。

特に、エアコンの車室内ふき出し口の制御などに本案を
適用すると、ふき出し口をほぼ同時に同方向に制御でき
るので、車室内にみだれの少ない対流を作ることができ
る。

（発四の効果） 本発明に係わる超音波モータ装置は、」二記の如く、超
音波モータ毎の駆動周波数データが入力され、該駆動周
波数データにより複数の超音波モータを所定時間毎順次
駆動する駆動手段と、各超音波モータの駆動期間中、そ
の駆動周波数を当該超音波モータの共振周波数に近付け
ていく追尾手段と、各超音波モータ駆動期間中における
最終駆動周波数データを記憶する記憶乎段と、当該超音
波モータの前回駆動時における最終駆動周波数データを
上記駆動手段に出力する駆動周波数指令手段とにより構
成したので、複数個の超音波モータをあたかも同時に駆
動しているかの如く凹転させることができる等の効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発四が適用された第１の実施例のブロック図
、第２図は第１の実施１’ＦＩ１の信号波形図、第３図
は本発明が適用された第２の実施（７）１のブロック図
、第４図は第２の実施例の信号波形図、第５図は本発四
が適用された第３の実施例のブロック図、第６図（ａ）
，（ｂ）．　　（Ｃ）は第３の実施例の処理手順を示す
フローチャート、第７図は従来例における超音波モータ
の断面図、第８図は第７図の超音波モータの電梅構造の
平而図、第９図は従来例における超音波モータのブロッ
ク図である。 Ｊ，５・・・弾性体 ２・・・圧電体 ３・・・圧電駆動体 ４・・・スライダ ６・・・回転子 ２０・・・ＣＰＵ ２１・・・周波数発振器 ２２・・・スイッチング回路 ２３・・・移送器 ２４・・・クロツク回路 ２５，２６，２７，２９．３０・・・電力増幅器３１，
３２．３３・・・超音波モータ ４２・・・第２のスイッチング回路 ５０・・・制御回路 ８１〜Ｓ６・・・リミットスイッチ 特許出廟人　日産自動車株式会社 代　理　人　　弁理士　和　１目　成　則第２図 第４図 第 ７ 図 第 ８ 図 第９図 ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波モータ毎の駆動周波数データが入力され、該
   駆動周波数により複数の超音波モータを所定時間毎順次
   駆動する駆動手段と、 各超音波モータの駆動期間中、その駆動周波数を当該超
   音波モータの共振周波数に近付けていく追尾手段と、 各超音波モータ駆動期間中における最終駆動周波数デー
   タを記憶する記憶手段と、 当該超音波モータの前回駆動時における最終駆動周波数
   データを上記駆動手段に出力する駆動周波数指令手段と
   、 を有することを特徴とする超音波モータ装置。