JPH03253276A - 超音波モータの駆動回路 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、超音波モータの駆動回路に関するものである
。

Ｂ、従来の技術 第９図により超音波モータの構造を簡単に説明する。

第９図は超音波モータの断面図であり、互いに接着され
ているロータ１００−１と摺動材１００−２により移動
子を形成し、同様に互いに接着されている弾性体１００
−３と圧電体１００−４により固定子を形成している。

この移動子と固定子は図示しない加圧機構により加圧接
触されて用いられる。

第１０図は、圧電体１００−４の電極の配置を示した図
面である。電極１００−４ａ、１００−４ｂは入力電極
であり、相互にπ／２の位相差を持った周波電圧が印加
される。電極１００−４ｃはアースに接続される共通電
極、電極１００−４ｄは弾性体の励振には寄与しない電
極で、モニタ電圧を取り出すのに用いられる。

以上のようにロータ、摺動材１弾性体、圧電体により超
音波モータが構成され、圧電体電極１００−４ａ、１０
０−４ｂに位相のずれた駆動電圧を入力することにより
圧電体１００−４を励振して弾性体１００−３に進行性
振動波を発生せしめ、固定子に加圧接触された移動子を
駆動する。このような超音波モータの構成および動作に
ついては、日経メカニカル　１９８３．２．２８号、本
出願人による特願昭５８−７７３８０号などにより周知
である。

このような超音波モータにあっては、入力電極に高電圧
を印加する必要があり、従来から以下の■〜■のような
種々の方式で高電圧を発生する駆動回路が知られている
。例えば、■正弦波を増幅して入力電極に印加するもの
、■トランスによりその１次側の電圧を昇圧して入力電
極に印加するもの、■方形波を誘導性素子を介して入力
電極に供給するものなどである。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 しかしながら、正弦波を増幅して入力電極に印加する■
の場合においては、増幅器の構成が複雑となり、また、
増幅器に供給する電源に高電圧が必要となり、電源の供
給源から見た睨動効率は低くなるといった問題があった
。

トランスを用いる■の場合においては、その超音波モー
タに合ったトランスを作る必要があり汎用性に欠けるこ
と、場合によっては、トランスを駆動する回路の駆動素
子に多くの素子が必要となるといった問題があった。

また、方形波を誘導性素子を介して入力電極に供給する
■の場合においても、方形波を出力する電力増幅器の構
成が複雑になるなどの問題点があった・ 第１１図は上記■による周知の駆動回路の１例である。

入力信号は超音波モータの駆動周波数を有する方形波で
あり、この方形波に応答して出力トランジスタ１０８，
１０９を駆動するため、入力信号を増幅することが必要
となる。したがって。

図に示すような入力信号の増幅回路が不可欠で。

回路素子が増加して回路構成が複雑となる欠点を持って
いる。なお第１１図において、１０１，１０３．１０５
は抵抗、１０２，１０４，１０７゜１０９はトランジス
タ、１１０，１１１はダイオード、１１２は誘導性素子
である。

また、この駆動回路においては、入力電極の自己容量と
誘導性素子１１２による直列共振現象によって、駆動回
路に供給される直流電源電圧を昇圧するとともに、出力
トランジスタの出力電圧波形である方形波を正弦波に近
似した電圧波形にすることが可能である。しかし、本出
願人の実験によれば、誘導性素子と上記自己容量との直
列共振周波数が超音波モータの共振周波数近辺に設定さ
れるようにその誘導性素子の値を決定する必要があるか
ら、誘導性素子、の値を任意の値に設定することができ
なかった。

ここで、駆動電圧は、超音波モータの駆動周波数と、上
記自己容量と、上記直流電源電圧とによって定まる。こ
のため、上記直流、電源が電池などで構成され、駆動回
路に低電圧の周波電圧しか供給されないような場合、駆
動周波数が高く誘導性素子の値も大きくせざるを得ない
条件の下では、超音波モータを駆動するのに必要な駆動
電圧となるまで電源電圧を昇圧できない。このため、上
記直列共振現象にて十分に駆動電圧を昇圧できない場合
、あるいは超音波モータを十分に駆動するために高電圧
の駆動電圧が必要な場合には、高圧電源を用いたり、あ
るいは電源となる電池などの出力電圧を昇圧して高電圧
にする昇圧回路が必要となる。さらに、駆動電圧を可変
にする必要のある場合には、駆動回路に供給する直流電
源の電圧値を可変にする必要もあった。

本発明の技術的課題は、高圧電源を用いることなく、ま
た複雑な回路を構成することなく入力信号を十分に昇圧
して高電圧な周波電圧信号を生成することにある。

９３課題を解決するための手段 一実施例を示す第１図あるいは第４図に対応付けて本発
明を説明す、ると、本発明は、圧電体の励振により弾性
体に進行性振動波を発生する固定子と、前記固定子に加
圧接触されて前記進行性振動波により駆動される移動子
とから成る超音波モータの駆動回路に適用され、上述の
技術的課題はつぎの構成で達成される。

請求項１の発明は第↓図に示すように、電源と超音波モ
ータの各入力電極１００−４ａ、１００−４ｂとの間に
挿入される各誘導性素子１１と、前記入力電極に接続さ
れる誘導性素子１１の一端側Ａとアースの間に接続され
、超音波モータの駆動周波数でスイッチングするスイッ
チング素子１２とを特徴する 請求項２の発明は第４図に示すように、電源と超音波モ
ータの入力電極１００−４ａ、１００−４ｂとの間に互
いに直列接続されて挿入される第１および第２の誘導性
素子１３．１５と、第↓および第２の誘導性素子１３．
１５の接続点Ｂとアースの間に接続され、超音波モータ
の駆動周波数でスイッチングするスイッチング素子１２
と、このスイッチング素子、１２と並列に接続される容
量性素子１４とを具備する。

Ｅ０作用 請求項１の発明にあっては、誘導性素子１１の入力電極
側をスイッチング素子１２により超音波モータの駆動周
波数にてスイッチングすると、超音波モータの入力電極
が有している自己容量と誘導性素子１１のインダクタに
よる直列共振によって高電圧の周波電圧が生成される。

この周波電圧を駆動電圧として圧電体の入力電極１００
　４ａ。

１００−４ｂに印加すると超音波モータが駆動される。

請求項２の発明にあっては、第１および第２の誘導性素
子１３．１５の接続点Ｂをスイッチング素子１２により
超音波モータの駆動周波数でスイッチングすると、第１
の誘導性素子１３と容量性素子１４の共振効果により接
続点Ｂに昇圧された周波数電圧が現れる。この周波電圧
はさらに、超音波モータの自己容量と第２の誘導性素子
１５の共振効果により第２の誘導性素子１５の入力電極
側に正弦波に近似し、たより高い周波電圧となって現れ
る。

Ｆ、実施例 一第１の実施例− 第１図は第１の実施例を示し、駆動周波数設定回路１と
、移相回路２と、駆動回路３Ａとで超音波モータの駆動
装置を構成している。駆動周波数設定回路１の出力は周
波信号であり、その周波信号の周波数は超音波モータの
駆動周波数と対応している。移相回路２は、駆動周波数
設定回路１の出力を相互にπ／２だけ位相の異なった周
波信号として駆動回路３に出力する。駆動回路３は、ダ
イオード１０と、誘導性素子１１と、スイッチング素子
１２により構成されている。移相回路２の出力はスイッ
チング素子１２の駆動信号として用いられる。スイッチ
ング素子１２としてＭＯＳＦＥＴを用いているが他の素
子でも良い。

駆動回路３の等価回路を第２図に示す。点線で囲んだ部
分が超音波モータ１００の等価回路である。ＣＯは自己
容量であり、Ｌ、Ｃ，Ｒで形成される直列共振回路は超
音波モータの駆動に関与していると考えられる。誘導性
素子１１は等価的にＬＯ，ｒで示される。ここで、ｒは
誘導性素子の内部抵抗である。図中のスイッチ１２はス
イッチング素子１２を等価的に記述したものである。

等価回路において上述の直列共振回路を負荷と考えれば
、誘導性素子１１と、スイッチ１２と、上記自己容量Ｃ
Ｏとにより周知の昇圧回路を構成することになり、スイ
ッチをオンしている間にＬＯに蓄えられたエネルギーは
スイッチをオフすることにより自己容量ＣＯに放出され
、超音波モータの入力電極であるＡ点に高電圧を発生さ
せることができ１周期的にスイッチ１２を断続すること
により高電圧の周波電圧を発生させることができる。

第１図に示す駆動回路の各部の動作波形を第３図に示す
。

移相回路２の出力がハイレベルのとき、スイッチング素
子１２は導通状態となり、第１図におけるＡ点の電位は
Ｏｖとなる。これにより、誘導性素子１１に電源から電
流が流れ始めると共に、入力電極に蓄積されているエネ
ルギーも放電する。

次ぎに、移相回路２の出力がローレベルに反転すると、
スイッチング素子１２は非導通となる。

すると、スイッチング素子１２が導通状態のときに誘導
性素子１１に蓄えられたエネルギーが入力電極の自己容
量に入力されるため、Ａ点の電位は上昇していく。一方
で超音波モータを駆動するため、エネルギーが消費され
るためある時点からＡ点の電位は下降する。移相回路２
の出力が再びハイレベルとなると、スイッチング素子１
２は導通状態となり、再び誘導性素子１１に電流が流れ
、上述した動作を繰り返すこととなり、高電圧の周波電
圧が超音波モータの入力電極に印加されて超音波モータ
の駆動が行われる。

なお、ダイオード１０は整流素子であり、電源への電流
の逆流を防止するが、Ａ点と誘導性素子１１の間に接続
しても良いし、廃止しても良い場合もある。

ここで、誘導性素子１１の値は実験的に求めれば良い。

また、このようにして求められた値を有する誘導性素子
１１が得られない場合には、第２図におけるＡ点とアー
スの間に容量性素子を接続して調節しても良い。

以上のように第１の実施例によれば、市販されている僅
かな部品で超音波モータの駆動回路を簡単に構成するこ
とができる。また、誘導性素子の値を変更するのみで、
駆動周波数の異なる他の超音波モータの駆動回路に流用
できる汎用性の高い駆動回路を提供できる。さらに、第
１１図に示す従来例と異なり誘導性素子の値を変更する
ことが可能であり、超音波モータの入力電極に印加され
る駆動電圧を簡単に可変設定でき、誘導性素子の値を小
さくすれば、容易に駆動電圧をより高電圧に昇圧するこ
とが可能である。

一第２の実施例− 次に、第２の実施例を第４図を用いて説明する。

第１図と同様の箇所には同一の符号を付して相異点を説
明する。駆動周波数設定回路１と移相回路２は第１の実
施例の場合と同じである。駆動回路３Ｂは、第１の誘導
性素子１３と、スイッチング素子１２と、容量性素子１
４と、第２の誘導性素子１５と、ダイオード１０とで構
成される。スイッチング素子１２は、移相回路２の出力
を駆動信号としている。

この駆動回路においては、第１の誘導性素子１３と、ス
イッチング素子１２と、容量性素子１４とにより、第１
の実施例において誘導性素子１１゜スイッチング素子１
２および入力電極の自己容量から成る昇圧回路と同様な
昇圧回路を形成する。

そして、図におけるＢ点に発生する高電圧の周波電圧を
第２の誘導性素子１５を介して超音波モータの入力電極
１００−４ａ、１００−４ｂに加えることにより、第２
の誘導性素子１３と入力電極の自己容量による直列共振
により、Ｂ点に発生した周波電圧はさらに高電圧となり
、また、その電圧波形は正弦波に近い波形となる。

これらの波形図を第５図に示す。なお、第４図における
電源が十電源であるため、第５図に示す駆動電圧波形は
＋側にオフセットした波形となるが、このオフセット値
がとくに問題となるような高電圧とならなければ問題は
ない。また、このオフセット値を無くすには、第２の誘
導性素子１５と入力電極の間に容量性素子を直列に接続
して交流結合とすれば良い。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）圧電体の励振により弾性体に進行性振動波を発生す
   る固定子と、前記固定子に加圧接触されて前記進行性振
   動波により駆動される移動子とから成る超音波モータの
   駆動回路において、 電源と前記超音波モータの入力電極との間に挿入される
   誘導性素子と、 前記の入力電極に接続される前記誘導性素子の一端側と
   アースとの間に接続され、前記超音波モータの駆動周波
   数でスイッチングするスイッチング素子とを具備するこ
   とを特徴とする超音波モータの駆動回路。 ２）圧電体の励振により弾性体に進行性振動波を発生す
   る固定子と、前記固定子に加圧接触されて前記進行性振
   動波により駆動される移動子とから成る超音波モータの
   駆動回路において、 電源と前記超音波モータの入力電極との間に互いに直列
   接続されて挿入される第１および第２の誘導性素子と、 前記第１および第２の誘導性素子の接続点とアースとの
   間に接続され、前記超音波モータの駆動周波数でスイッ
   チングするスイッチング素子と、前記スイッチング素子
   と並列に接続される容量性素子とを具備することを特徴
   とする超音波モータの駆動回路。