JPH04222477A - 超音波モータの電源回路 - Google Patents
超音波モータの電源回路Info
- Publication number
- JPH04222477A JPH04222477A JP2406412A JP40641290A JPH04222477A JP H04222477 A JPH04222477 A JP H04222477A JP 2406412 A JP2406412 A JP 2406412A JP 40641290 A JP40641290 A JP 40641290A JP H04222477 A JPH04222477 A JP H04222477A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic motor
- duty cycle
- power supply
- frequency
- inverter circuit
- Prior art date
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- Pending
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、弾性体とその弾性体を
励振する圧電体でなる振動体を備えた進行波型の超音波
モータの前記圧電体に高周波電力を供給するインバータ
回路を設けてある超音波モータの電源回路に関する。
励振する圧電体でなる振動体を備えた進行波型の超音波
モータの前記圧電体に高周波電力を供給するインバータ
回路を設けてある超音波モータの電源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の超音波モータの電源回路
は、超音波モータを温度や負荷の変動に係わらず安定駆
動するために、圧電体に印加する電圧を可変に制御する
スイッチング素子、ダイオード、インダクタンス等で構
成されるチョッパ回路と、圧電体に印加する電圧の周波
数や位相差を可変に制御するスイッチング素子や容量等
で構成されるインバータ回路をカスケード接続して構成
していた。
は、超音波モータを温度や負荷の変動に係わらず安定駆
動するために、圧電体に印加する電圧を可変に制御する
スイッチング素子、ダイオード、インダクタンス等で構
成されるチョッパ回路と、圧電体に印加する電圧の周波
数や位相差を可変に制御するスイッチング素子や容量等
で構成されるインバータ回路をカスケード接続して構成
していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】超音波モータは低速・
高トルク駆動であるため駆動伝達機構が不要であるとい
う特徴と、振動体と移動体が加圧接触しているためそれ
ら間の摩擦力により停止時の保持トルクが大であるとい
う特徴を生かして、各種の小型アクチュエータに用いら
れているが、実装上、モータのみならず電源回路等付属
部品に対しても小型化、低価格化が望まれている。しか
し、超音波モータを温度や負荷の変動に係わらず安定駆
動するためには、上述した機能が必要不可欠であり、容
易に小型化、低価格化が図れないという問題があった。 本発明の目的は上述した従来欠点を解消する点にある。
高トルク駆動であるため駆動伝達機構が不要であるとい
う特徴と、振動体と移動体が加圧接触しているためそれ
ら間の摩擦力により停止時の保持トルクが大であるとい
う特徴を生かして、各種の小型アクチュエータに用いら
れているが、実装上、モータのみならず電源回路等付属
部品に対しても小型化、低価格化が望まれている。しか
し、超音波モータを温度や負荷の変動に係わらず安定駆
動するためには、上述した機能が必要不可欠であり、容
易に小型化、低価格化が図れないという問題があった。 本発明の目的は上述した従来欠点を解消する点にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
、本発明による超音波モータの電源回路の特徴構成は、
インバータ回路の出力パルスのデューティサイクルを可
変に制御するデューティサイクル制御手段を設けてある
ことにある。デューティサイクル制御手段は、前記振動
体の振動状態を検出する振動状態検出手段の出力に基づ
いて可変に制御するものであることが好ましい。
、本発明による超音波モータの電源回路の特徴構成は、
インバータ回路の出力パルスのデューティサイクルを可
変に制御するデューティサイクル制御手段を設けてある
ことにある。デューティサイクル制御手段は、前記振動
体の振動状態を検出する振動状態検出手段の出力に基づ
いて可変に制御するものであることが好ましい。
【０００５】
【作用】図４に示すように、インバータ回路の出力パル
スのデューティサイクルを可変に制御すると、圧電体に
印加する電圧値は一定であるが、印加時間、即ち供給電
力量を可変に制御することになり、電圧値を可変に制御
することで供給電力量を可変に制御するのと実質上同様
の効果が得られる。例えば、図４イに示すように、モー
タの駆動速度が低下すればデューティサイクルを上げて
供給電力量を増やし、図４ハに示すように、モータの駆
動速度が上昇すればデューティサイクルを下げて供給電
力量を減らす。デューティサイクルを、前記振動体の振
動状態を検出する振動状態検出手段の出力に基づいて可
変に制御することで負荷変動に対しても安定駆動できる
。
スのデューティサイクルを可変に制御すると、圧電体に
印加する電圧値は一定であるが、印加時間、即ち供給電
力量を可変に制御することになり、電圧値を可変に制御
することで供給電力量を可変に制御するのと実質上同様
の効果が得られる。例えば、図４イに示すように、モー
タの駆動速度が低下すればデューティサイクルを上げて
供給電力量を増やし、図４ハに示すように、モータの駆
動速度が上昇すればデューティサイクルを下げて供給電
力量を減らす。デューティサイクルを、前記振動体の振
動状態を検出する振動状態検出手段の出力に基づいて可
変に制御することで負荷変動に対しても安定駆動できる
。
【０００６】
【発明の効果】チョッパ回路が不要となり、電源回路の
小型化、低価格化が図れるようになった。
小型化、低価格化が図れるようになった。
【０００７】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２及び図３に示すように、超音波モータＭは、
圧電体１に弾性体２を固着して超音波の進行波を発生さ
せる振動体３としての固定子３と、その固定子３に加圧
接触して回転する移動体としての回転子４とで構成して
ある。前記圧電体１は、周方向に二つの領域の圧電体群
Ａ，Ｂに分割してあり、各領域Ａ，Ｂは、波長λの二分
の一の間隔で隣合う区分を交互に厚み方向に分極処理す
るとともに、それら領域Ａ，Ｂ間を四分の三波長ずらせ
て配置してある。前記領域Ａ，Ｂに９０°位相の異なる
高周波電圧を印加することにより、領域Ａ，Ｂに対応す
る固定子３に発生する定在波が相互に干渉を起こし、合
成されて進行波となる。即ち、前記回転子４は、前記固
定子３に発生する進行波に基づく前記固定子３との摩擦
力により回転する。前記高周波電圧の位相を２７０°と
することで、回転方向を切り替えることができる。
する。図２及び図３に示すように、超音波モータＭは、
圧電体１に弾性体２を固着して超音波の進行波を発生さ
せる振動体３としての固定子３と、その固定子３に加圧
接触して回転する移動体としての回転子４とで構成して
ある。前記圧電体１は、周方向に二つの領域の圧電体群
Ａ，Ｂに分割してあり、各領域Ａ，Ｂは、波長λの二分
の一の間隔で隣合う区分を交互に厚み方向に分極処理す
るとともに、それら領域Ａ，Ｂ間を四分の三波長ずらせ
て配置してある。前記領域Ａ，Ｂに９０°位相の異なる
高周波電圧を印加することにより、領域Ａ，Ｂに対応す
る固定子３に発生する定在波が相互に干渉を起こし、合
成されて進行波となる。即ち、前記回転子４は、前記固
定子３に発生する進行波に基づく前記固定子３との摩擦
力により回転する。前記高周波電圧の位相を２７０°と
することで、回転方向を切り替えることができる。
【０００８】前記超音波モータＭの電源回路５は、図１
に示すように、前記圧電体１に高周波の電力を供給する
インバータ回路６と、インバータ回路６の出力周波数を
可変に制御する周波数制御手段７と、インバータ回路６
の出力パルスのデューティサイクルを可変に制御するデ
ューティサイクル制御手段８とで構成してある。前記イ
ンバータ回路６は電源分割形ハーフブリッジインバータ
を二組組み合わせて、位相がずれた二相の方形波を出力
するもので、それぞれ昇降用のトランスを介して前記領
域Ａ，Ｂに最大約１００ボルト前後で周波数約４０ｋＨ
ｚの電圧を印加すべく接続してある。前記振動体３には
、その振動状態を検出する圧電体でなる振動状態検出手
段９を貼着してあり、前記周波数制御手段７は、前記振
動状態検出手段９の出力電圧と前記圧電体１への印加電
圧の位相差が設定値になるようにインバータ回路６の出
力周波数を可変に制御し、前記デューティサイクル制御
手段８は、前記振動状態検出手段９の出力電圧が設定値
になるようにインバータ回路６の出力パルスのデューテ
ィサイクルを可変に制御する。つまり、前記周波数制御
手段７は、前記振動体３の温度変化による機械的共振周
波数の変動に起因する駆動速度の変動を補正すべく、前
記インバータ回路６の出力周波数を前記振動体３の共振
周波数から一定の値だけずれた関係に維持するように制
御する。一方、前記デューティサイクル制御手段８は、
負荷外乱に対する駆動速度の変動を補正するものである
。詳述すると、前記周波数制御手段７は、前記振動状態
検出手段９の出力電圧と前記圧電体１への印加電圧の位
相差を比較する位相比較器ＰＣと、位相比較器ＰＣの出
力を低周波数帯の通過可能なローパスフィルタＬＰＦと
、ローパスフィルタＬＰＦの出力に応じて発振周波数が
変化する方形波を出力する電圧制御発振器ＶＣＯとから
構成してある。前記デューティサイクル制御手段８は、
前記振動状態検出手段９の出力電圧を全波整流し平滑す
る絶対値回路８ａと、モータＭの駆動速度を設定する速
度設定回路８ｂと、それら電圧の差に応じて前記周波数
制御手段７から入力された方形波のパルス幅を可変にす
る変調器８ｃとから構成してある。前記デューティサイ
クル制御手段８の出力信号で前記インバータ回路６の周
波数可変スイッチＳ１…Ｓ４を切り替える。
に示すように、前記圧電体１に高周波の電力を供給する
インバータ回路６と、インバータ回路６の出力周波数を
可変に制御する周波数制御手段７と、インバータ回路６
の出力パルスのデューティサイクルを可変に制御するデ
ューティサイクル制御手段８とで構成してある。前記イ
ンバータ回路６は電源分割形ハーフブリッジインバータ
を二組組み合わせて、位相がずれた二相の方形波を出力
するもので、それぞれ昇降用のトランスを介して前記領
域Ａ，Ｂに最大約１００ボルト前後で周波数約４０ｋＨ
ｚの電圧を印加すべく接続してある。前記振動体３には
、その振動状態を検出する圧電体でなる振動状態検出手
段９を貼着してあり、前記周波数制御手段７は、前記振
動状態検出手段９の出力電圧と前記圧電体１への印加電
圧の位相差が設定値になるようにインバータ回路６の出
力周波数を可変に制御し、前記デューティサイクル制御
手段８は、前記振動状態検出手段９の出力電圧が設定値
になるようにインバータ回路６の出力パルスのデューテ
ィサイクルを可変に制御する。つまり、前記周波数制御
手段７は、前記振動体３の温度変化による機械的共振周
波数の変動に起因する駆動速度の変動を補正すべく、前
記インバータ回路６の出力周波数を前記振動体３の共振
周波数から一定の値だけずれた関係に維持するように制
御する。一方、前記デューティサイクル制御手段８は、
負荷外乱に対する駆動速度の変動を補正するものである
。詳述すると、前記周波数制御手段７は、前記振動状態
検出手段９の出力電圧と前記圧電体１への印加電圧の位
相差を比較する位相比較器ＰＣと、位相比較器ＰＣの出
力を低周波数帯の通過可能なローパスフィルタＬＰＦと
、ローパスフィルタＬＰＦの出力に応じて発振周波数が
変化する方形波を出力する電圧制御発振器ＶＣＯとから
構成してある。前記デューティサイクル制御手段８は、
前記振動状態検出手段９の出力電圧を全波整流し平滑す
る絶対値回路８ａと、モータＭの駆動速度を設定する速
度設定回路８ｂと、それら電圧の差に応じて前記周波数
制御手段７から入力された方形波のパルス幅を可変にす
る変調器８ｃとから構成してある。前記デューティサイ
クル制御手段８の出力信号で前記インバータ回路６の周
波数可変スイッチＳ１…Ｓ４を切り替える。
【０００９】これにより、前記超音波モータＭを、超音
波モータＭ自体の温度・負荷変動特性による機械的共振
周波数の変動等にかかわらず、電気・機械エネルギー変
換効率のよい電源周波数で、しかも一定の安定した速度
を得る出力電圧値に制御する。
波モータＭ自体の温度・負荷変動特性による機械的共振
周波数の変動等にかかわらず、電気・機械エネルギー変
換効率のよい電源周波数で、しかも一定の安定した速度
を得る出力電圧値に制御する。
【００１０】以上の実施例では、振動状態検出手段９を
振動体３に設けた圧電体で構成しているが、振動状態検
出手段９としては、圧電体１に印加する電圧と電流の位
相差を検出する手段であってもよい。インバータ回路６
の出力パルスを、そのスイッチング周波数よりも大なる
周波数でパルス幅変調することで、高速応答性をさらに
改善することができる。つまり、インバータ回路６の出
力パルスのＯＮ時間を数パルスに可変に分割することに
なる。前記圧電体群Ａ，Ｂに印加する電圧や周波数はこ
れに限定するものではなく、モータの特性に応じて任意
に設定できる。インバータ回路６は先の実施例に限定す
るものではなく任意である。尚、特許請求の範囲の項に
図面との対照を便利にする為に符号を記すが、該記入に
より本発明は添付図面の構成に限定されるものではない
。
振動体３に設けた圧電体で構成しているが、振動状態検
出手段９としては、圧電体１に印加する電圧と電流の位
相差を検出する手段であってもよい。インバータ回路６
の出力パルスを、そのスイッチング周波数よりも大なる
周波数でパルス幅変調することで、高速応答性をさらに
改善することができる。つまり、インバータ回路６の出
力パルスのＯＮ時間を数パルスに可変に分割することに
なる。前記圧電体群Ａ，Ｂに印加する電圧や周波数はこ
れに限定するものではなく、モータの特性に応じて任意
に設定できる。インバータ回路６は先の実施例に限定す
るものではなく任意である。尚、特許請求の範囲の項に
図面との対照を便利にする為に符号を記すが、該記入に
より本発明は添付図面の構成に限定されるものではない
。
【図１】電源回路の概略構成図
【図２】超音波モータの動作原理を説明する概略平面図
【図３】超音波モータの動作原理を説明する概略側面図
【図４】圧電体に印加する電圧の波形図
１ 圧電体
２ 弾性体
３ 振動体
６ インバータ回路
８ デューティサイクル制御手段
Claims (2)
- 【請求項１】 弾性体（２）とその弾性体（２）を励
振する圧電体（１）でなる振動体（３）を備えた進行波
型の超音波モータの前記圧電体（１）に高周波電力を供
給するインバータ回路（６）を設けてある超音波モータ
の電源回路であって、前記インバータ回路（６）の出力
パルスのデューティサイクルを可変に制御するデューテ
ィサイクル制御手段（８）を設けてある超音波モータの
電源回路。 - 【請求項２】 前記デューティサイクル制御手段（８
）は、前記振動体（３）の振動状態を検出する振動状態
検出手段（９）の出力に基づいて可変に制御するもので
ある請求項１記載の超音波モータの電源回路。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2406412A JPH04222477A (ja) | 1990-12-26 | 1990-12-26 | 超音波モータの電源回路 |
| US07/652,414 US5130619A (en) | 1990-12-26 | 1991-02-07 | Drive control apparatus for an ultrasonic motor |
| DE4107802A DE4107802A1 (de) | 1990-12-26 | 1991-03-11 | Antriebsregeleinheit fuer einen ultraschallmotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2406412A JPH04222477A (ja) | 1990-12-26 | 1990-12-26 | 超音波モータの電源回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04222477A true JPH04222477A (ja) | 1992-08-12 |
Family
ID=18516029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2406412A Pending JPH04222477A (ja) | 1990-12-26 | 1990-12-26 | 超音波モータの電源回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04222477A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5955964A (en) * | 1995-07-13 | 1999-09-21 | Nec Corporation | Selective-calling radio receiver capable of vibration warning |
| US6483226B1 (en) | 1999-03-30 | 2002-11-19 | Minolta Co., Ltd. | Impact actuator and equipment using the impact actuator |
| JP2010260054A (ja) * | 2010-08-25 | 2010-11-18 | Konica Minolta Holdings Inc | 駆動装置 |
| US10270371B2 (en) | 2013-12-26 | 2019-04-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibrating-element driving circuit, vibration-type actuator, image pickup apparatus, image generation apparatus, and dust removal apparatus |
-
1990
- 1990-12-26 JP JP2406412A patent/JPH04222477A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5955964A (en) * | 1995-07-13 | 1999-09-21 | Nec Corporation | Selective-calling radio receiver capable of vibration warning |
| US6483226B1 (en) | 1999-03-30 | 2002-11-19 | Minolta Co., Ltd. | Impact actuator and equipment using the impact actuator |
| JP2010260054A (ja) * | 2010-08-25 | 2010-11-18 | Konica Minolta Holdings Inc | 駆動装置 |
| US10270371B2 (en) | 2013-12-26 | 2019-04-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibrating-element driving circuit, vibration-type actuator, image pickup apparatus, image generation apparatus, and dust removal apparatus |
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