JPH04140077A - 超音波モータの駆動制御装置 - 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】 く本発明の産業上の利用分野〉 本発明は、超音波モータの駆動１１Ｊ　ＩＩ　Ｉ置に関
する。

く従来技術〉 近年、従来の直流モータに代えて、小型でトルクが大き
く、磁気発生のない超音波モータが多く利用されている
。

超音波モータは、第４図に示すように、中心に回転軸１
を有する円板状の回転子２ど、環状に配列された複数の
圧電体３１〜３ｎ　、’！１１〜４ｎ、５および圧電セ
ンサ６の上面に弾性体７が接着された固定子８とによっ
て構成されている。

圧電体３１〜３ｎ　、４１〜４ｎは、極性が互い違いと
なるように並んでおり、第５図に示すように、左側の圧
電体３１〜３ｎと右側の圧電体４１〜４ｎに対して、圧
電体の共振周波数に近い周波数で９０度位相が興なる交
流信号を電極９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂより印加する
と、圧電体３】〜３ｎ　、４１〜４ｎは円周方向に屈曲
振動し、左右の波が中間の圧電体５を介して干渉し、第
６図に示すように、弾性体７の表面には、円周方向に沿
って進行する弾性波が生じる。

このため、弾性体７に上方から圧接している回転子２は
、弾性波の進行する方向と反対の方向に回転駆動される
。

なお、回転子２０回転速度は、弾性波の振幅が大きい程
、弾性波の進行速度に対する理れが少なくなって速くな
り、弾性波の振幅は、第７図に示すように、印加される
交流信号の周波数が圧電体３１〜３ｎ１４１〜４ｎの共
振周波数ｆＯに近い程大きくなる。

したがって、第８図に示す駆動制御装置のように、可変
抵抗器１１の電圧Ｖｃに比例した周波数で発振する電圧
制御発振器（ＶＣＯ）１２からの信号を、移相１１３で
９０度位相が異なる交流信号にして超音波モータＭの圧
電体３１〜３ｎ、４１〜４ｎに印加するように構成すれ
ば、電圧Ｖｃの値に応じた回転速度で超音波モータＭを
回転させることができる。

なお、超音波モータＭに印加される交流信号の周波数は
、一般に第７図の共振周波数ｆＯより高い方のｆｊ”ｆ
２の周波数範囲が用いられており。

電圧ＶＣを高くすると交流信号の周波数が高くなってモ
ータの回転速度は遅くなり、逆に電圧ＶＣを低くすれば
回転速度は速くなる。

く解決しようとする課題〉 しかしながら、前記のような駆動制御［ＩＨ置で超音波
モータＭを起動する場合、定常周波数の回転速度に対応
した電圧でいきなり起動させることは、モータ寿命を知
かくし、モータに駆動される機械系の円滑な動きを妨げ
る場合がある。

このため、モータ起動時には、電圧ＶＣを高い値から低
い値へ変化させて、超音波モータＭを遅い回転速度で起
動して、徐々に速くしていく方法が考えられる。

ところが、超音波モータＭは、前述したように回転子２
が固定子８に圧接しているため、回転子２が弾性体７表
面にくい込んでしまう状態がケじ、この状態からモータ
起動した場合、印加する交流信号の周波数変化の速度に
対するモータ回転速度の追従が極端に遅れてしまう。

このため、印加する交流信号の周波数が圧電体の共振周
波数ｆ、以下となる範囲まで電圧ＶＣの可変がなされて
しまい、モータを起動させることができなくなる。

この場合、再び交流信号の周波数を、共振周波数ｆＯよ
り高い所定周波数へ戻して、起動をやり直すという煩雑
な作業や制御が必要となる。

本発明は、この課題を解決した超音波モータの駆動制御
装置を提供することを目的としている。

＜１！題を解決するための手段〉 前記課題を解決するため、本発明の超音波モータの駆動
制御＠置は、 圧電体に印加される交流信号で生じた弾性波により回転
駆動され、弾性波振動を検出する圧電センサを有する超
音波モータを、周波数が可変できる交流信号で駆動する
超音波モータの駆動制御装置において、 超音波モータの起！ｌＪ時に、交流信号の周波数を圧電
体の共振周波数方向に掃引する起動掃引手段と、 圧電センサからの信号レベルを検出するレベル検出器と
、 レベル検出器で検出された信号レベルが、交流信号の掃
引中に所定値より大きくなったことを検知する比較器と
、 比較器からの検知信号を受け、起動線引手段による交流
信号の周波数の究明を視制する線引規制手段とを備えて
いる。

く作用〉 したがって、モータ起動時に、印加される交流信号の周
波数が、圧電体の共振周波数方向に掃引され、この掃引
中に、圧電センサから検出された信号レベルが、所定値
より大きくなると、この揺引が短詞される。

〈本発明の実施例〉 以下、図面に基づいて、本発明の一実施例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例の超音波モータの駆動側ｗ
Ｊ装＠（以下、駆動制御ｌ装置と略記する）２ｏの構成
を示すブロック図である。

第１図において、２１は、超音波モータＭの起動後の回
転速度を設定するスピード設定回路であり、設定速度に
対応した電圧Ｖａを出力する。

２２は起動掃引回路であり、起動信号を受けると“Ｈ”
レベルのタイマ信号を所定時間■出力する起動タイマ２
３と、伴用制御スイッチ２５を介してタイマ信号を受け
ている間、所定のスタート電圧ＶＳから所定速度で低下
する掃引電圧ｖｂを出力する電圧掃引回路２４で構成さ
れている。

このスタート電圧Ｖｓは、印加する交流信号の周波数が
第７図に示した周波数ｆ２より高い周波数ｆｓとなる電
圧に予め設定されている。

２６は、スピード設定回路２１の電圧Ｖａと電圧掃引回
路２４の掃引電圧ｖｂのいずれかを、■ｃｏ３ｏに対す
る制ｗＪ電圧ＶＣとして選択する切換スイッチであり、
タイマ信号が“Ｈ″レベル間は、出力電圧ｖｂを選択し
、“Ｌ″レベル間は、出力電圧Ｖａを選択する。

ＶＣＯ３０は、入力される制御ｉｐ雷電圧ａの変化に比
例して周波数変化するパルス信号を移相回路３１へ出力
する。

移相回路３１は、入力されたパルス信号を１／４分周す
ることにより、９０度位相の興なる２相信号を出力する
。

３２．３３は、２相信号によってトランス３４．３５の
一次コイル３４ａ、３５ａを電流駆動するドライバであ
り、トランス３４．３５の２次コイル３４ｂ、３５ｂで
所定の電圧まで電圧された２相の交流信号は、超音波モ
ータＭの各圧電体３１〜３ｎ、４１〜４ｎに出力されて
いる。

４ｏは、超音波モータＭの圧電センサ６で検出される信
号のレベルを検出するレベル検出回路、４１は、レベル
検出回路４０で検出されるレベルが所定の基準電圧Ｖ「
より大きいとき、“Ｈ″レベル信号を出力するコンパレ
ータである。

このコンパレータ４１の“Ｈ″レベル出力、起動掃引回
路２２の掃引制卸スイッチ２５をオフさせ、電圧掃引回
路２４の掃引を停止させる。

４２は、コンパレータ４１に基準電圧Ｖｒを出力する基
準電圧発生器であり、超音波モータＭが、スピード設定
回路２１から出力される電圧Ｖａに対応した移相器３１
の出力周波数で定常回転しているときのレベル検出回路
４０の出力レベルより、僅かに高い基準電圧Ｖｒを常に
出力する。

次にこの駆動制御１装置の動作について説明する。

第２図の（ａ）に示す起動信号がｔ１時に入力されると
、起動タイマ２３の出力が同図の（ｂ）に示すように１
時間“Ｈルーベルとなる。

このため、ＶＯＣ３０には、同図の（Ｃ）に示すように
、スタート電圧ＶＳの掃引電圧が電圧掃引回路２４から
入力され、超音波モータＭに印加される交流信号の周波
数も、この電圧罫引に対応して、同図の（ｄ）に示すよ
うに周波数ｆｓから共振周波数方向へ掃引される。

この周波数掃引にともなって、超音波モータＭの弾性波
振幅は増大し、圧電センサ６からの検出信号のレベルも
同図の（ｅ）に示すように増大する。

このレベル増大に対して、実際のモータ回転速度は、回
転子２と固定子８の圧接状態により、同図の（ｆ）に示
すように緩慢に増加するが、ｔ２時に圧電センサ６から
の検出信号のレベルが基準電圧Ｖ「を越えると、起動掃
引回路２４の掃引が停止し、ＶＣＯ３０に入力される電
圧ＶＣは、■ｐで保持され、超音波モータＭに印加され
る交流信号の周波数もｆｐで保持される。

この状態は、起動タイマ２２のタイマ時間中継続するが
、この間に、超音波モータＭの回転速度は、交流信号の
周波数ｆｐに対応した速度Ｓｐに遠し、タイマ時間が終
了する１３時には、スピード設定回路２１からの電圧■
ａに対応した周波数（ｆｐより優かに高い周波数）の交
流信号が印加される。

したがって、超音波モータＭの回転速度は、優かに遅く
なり、電圧■ａに対応した速度Ｓａとなる。

このように定常回転している状態でスピード設定回路２
１の出力型Ｅを可変すれば、モータ回転速度は、この電
圧の可変に追従して円滑に変化する。

なお、定常回転に移行したときは、常に超音波モータＭ
の回転速度が優かに遅くなるため、レベル検出回路４０
からのレベルが基準電圧■「を越えることがなく、起動
状態に戻る恐れはない。

く本発明の他の実施例〉 なお、前記実施例では、定常回転時のモータ回転速度を
可変できる駆動制′ａ装置について説明したが、定常時
のモータ回転速度が固定である場合は、基準電圧■「を
スピード設定回路２１の設定電圧に連動させる必要はな
い。

また、前記実施例では、起動タイマにより起動時間を設
定するようにしていたが、第３図に示すように、コンパ
レータ４１への基準電圧■「として、所望の定常回転速
度時の検出レベルに等しい電圧Ｖｒ−をスピード設定口
Ｍ２１’から出力させ、起動信号でセットされるフリッ
プフロップ４５の出力により電圧掃引回路２４の掃引を
制縄するようにしてもよい。

この場合、前記実施例のように定常回転中に速度の変更
はできないが、コンパレータ４１出力の立上りでフリッ
プフロップ４５をリセットするように構成すれば、交流
信号の周波数は、所望の回転速度を与える周波数まで掃
引されて固定されるため、回転子の回転起動が極端に遅
い場合にも対応することができる。

く本発明の効果〉 本発明の超音波モータの駆動側′ａ装置は、前記説明の
ように、モータ起動時に、印加する交流信号の周波数を
、圧電体の共振周波数に近づけるように掃引し、この掃
引中に圧電センサからの検出信号のレベルが所定値より
大きくなると、この掃引を規制するように構成されてい
るため、掃引過剰によるモータ起動の失敗がなく、常に
円滑な起動を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は、一実施例の動作を説明するためのタイミング
図、第３図は、本発明の他の実施例の構成を示すブロッ
ク図である。 第４図は、超音波モータの構成を示す斜視図、第５図は
、超音波モータの要部の正面図、第６図は、超音波モー
タの動作を説明するための概略図、第７図は、超音波モ
ータの印加周波数に対する弾性波振幅の変化を示す特性
図、第８図は、従来装置の構成を示すブロック図である
。 Ｍ・・・・・・超音波モータ、３３〜３ｎ、４ｒ〜４ｎ
・・・・・・圧電体、６・・・・・・圧電センサ、７・
・・・・・弾性体、２ｏ・・・・・・超音波モータの駆
動制御ｌ装置、２１・・・・・・スピード設定回路、２
２・・・・・・起動掃引回路、２３・・・・・・起動タ
イマ、２４・・・・・・電圧掃引回路、２５・・・・・
・掃引制御スイッチ、２６・・・・・・切換スイッチ、
３０・・・・・・■Ｃ０１３１・・・・・・移相回路、
４０・・・・・・レベル検出回路、４１・・・・・・コ
ンパレータ、４２・・・・・・１準電圧発生器。 第４ 図 第５図 第６図 第７図 第８ 図 手続補正書（自発） 平成２年１２月３日 特許庁長官　柚　松　　　敏　殿 １、事件の表示 平成２年　特許願　第２６１８７２号 ２、発明の名称　　超音波モータの駆動制御装置３、補
正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都港区南麻布５丁目１０番２７号名称　（０
５７）アンリツ株式会社 代表者　　菅　居　紳　至 ４、代理人〒１４１　　電話４９０−４５１６住所　東
京部品用区大崎１−１７−５ ６、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　圧電体に印加される交流信号で生じた弾性波により回
   転駆動され、前記弾性波振動を検出する圧電センサを有
   する超音波モータを、周波数が可変できる交流信号で駆
   動する超音波モータの駆動制御装置において、 前記超音波モータの起動時に、前記交流信号の周波数を
   前記圧電体の共振周波数方向に掃引する起動掃引手段と
   、 前記圧電センサからの信号レベルを検出するレベル検出
   器と、 前記レベル検出器で検出された信号レベルが、前記交流
   信号の掃引中に所定値より大きくなつたことを検知する
   比較器と、 前記比較器からの検知信号を受け、前記起動掃引手段に
   よる前記交流信号の周波数の掃引を規制する掃引規制手
   段とを備えたことを特徴とする超音波モータの駆動制御
   装置。