JPH0426382A - 超音波モータの駆動方法 - Google Patents
超音波モータの駆動方法Info
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- JPH0426382A JPH0426382A JP2127287A JP12728790A JPH0426382A JP H0426382 A JPH0426382 A JP H0426382A JP 2127287 A JP2127287 A JP 2127287A JP 12728790 A JP12728790 A JP 12728790A JP H0426382 A JPH0426382 A JP H0426382A
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- Japan
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- drive
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- driving
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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
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明（よ 振動体に弾性波を励振することにより駆動
力を発生する超音波モータの駆動方法に関すム 従来の技術 以下、図面を参照しながら超音波モータとその駆動方法
の従来技術について説明を行う。
力を発生する超音波モータの駆動方法に関すム 従来の技術 以下、図面を参照しながら超音波モータとその駆動方法
の従来技術について説明を行う。
第５図ζ表 円環形超音波モータの切り欠き斜視図であ
り、円環形の弾性基板１の円環面の一方に圧電体として
円環形圧電セラミック２を貼合せて振動体３を構成して
いム ４は耐磨耗性材料の摩擦材、 ５は弾性体であり
、互いに貼合せられて移動体６を構成していも 移動体
６は摩擦材４を介して図示しない加圧手段により振動体
３と加圧接触して設置されも 第６図は圧電体２に形成された駆動電極構造であり、
１／４波長だけ位置的にずれた２組の駆動電極ＡとＢが
形成されていも 駆動電極ＡとＢはそれぞれ１／２波長
相当の長さを持つ小電極群がらなっていも 電極ＣとＤ
はそれぞれ３／４波長と１／４波長相当の長さを時板
駆動電極ＡとＢに１／４波長の位置的なずれを作るため
に形成していも 駆動電極ＡとＢ圏 それぞれ９０度位
相の異なる２つの交流電圧を印加すると、第７図に示す
ような径方向の変位分布を有する径方向１次・周方向３
次以上の撓み振動の進行波が振動体３に励振されも こ
の進行波の波頭の横方向成分により、移動体６は摩擦駆
動され回転運動をする。
り、円環形の弾性基板１の円環面の一方に圧電体として
円環形圧電セラミック２を貼合せて振動体３を構成して
いム ４は耐磨耗性材料の摩擦材、 ５は弾性体であり
、互いに貼合せられて移動体６を構成していも 移動体
６は摩擦材４を介して図示しない加圧手段により振動体
３と加圧接触して設置されも 第６図は圧電体２に形成された駆動電極構造であり、
１／４波長だけ位置的にずれた２組の駆動電極ＡとＢが
形成されていも 駆動電極ＡとＢはそれぞれ１／２波長
相当の長さを持つ小電極群がらなっていも 電極ＣとＤ
はそれぞれ３／４波長と１／４波長相当の長さを時板
駆動電極ＡとＢに１／４波長の位置的なずれを作るため
に形成していも 駆動電極ＡとＢ圏 それぞれ９０度位
相の異なる２つの交流電圧を印加すると、第７図に示す
ような径方向の変位分布を有する径方向１次・周方向３
次以上の撓み振動の進行波が振動体３に励振されも こ
の進行波の波頭の横方向成分により、移動体６は摩擦駆
動され回転運動をする。
振動体は圧電体単体の時と同様に駆動端子からみると共
振・反共振特性を示し 共振周波数近傍で低インピーダ
ンスになるので、共振周波数近傍で駆動すれば低電圧で
効率よく駆動することができも 従って、超音波モータ
の駆動（よ 振動体の共振周波数近傍で如何に安定に駆
動するかが重要であム 発明が解決しようとする課題 以上説明した様随 従来の超音波モータ（よ 振動体の
共振周波数近傍で駆動している。しかし第８図に示すよ
う＆ミ 超音波モータの振動体は非線形効果によりアド
ミッタンスは特有の周波数特性を示す。すなわち第８図
中に矢印で示す様Ｃニ駆動周波数の掃引方向でアドミッ
タンスがヒステリシスを示す不安定動作領域（共振周波
数近傍のｆ２からｆＩで示す領域）があり、この周波数
領域で超音波モータを駆動すると動作が不安定になると
言う課題を有してい九 また 超音波モータの起動時に駆動周波数が上記の不安
定領域を通過する様に駆動を開始すると起動時に移動体
が移動しなかったり、速度が安定しない等の課題があっ
た 課題を解決するための手段 上記課題を解決する為の手段は 圧電体の２組の駆動電
極のうち少なくとも一方に流入する駆動電流を、駆動電
圧の周波数を制御して、前記振動体の共振周波数以上の
周波数領域において所定のの設定値になるように駆動電
圧の周波数を制御することであム また 超音波モータの起動時に１よ 振動体の共振周波
数より高い周波数から駆動電圧の周波数の掃引を開始り
、２組の駆動電極のうち少なくても一方に流入する駆動
電流が所定の設定値になった時に駆動電圧の周波数の掃
引を停止して前記駆動電流を前記の所定値になるように
駆動電圧の周波数を制御することであム 作用 上記手段によれば モータの起臥 運転は この不安定
領域を避けて行なわれると共に 駆動電極に流れる電流
が安定し 安定したモータの起動・運転が可能となるの
である。
振・反共振特性を示し 共振周波数近傍で低インピーダ
ンスになるので、共振周波数近傍で駆動すれば低電圧で
効率よく駆動することができも 従って、超音波モータ
の駆動（よ 振動体の共振周波数近傍で如何に安定に駆
動するかが重要であム 発明が解決しようとする課題 以上説明した様随 従来の超音波モータ（よ 振動体の
共振周波数近傍で駆動している。しかし第８図に示すよ
う＆ミ 超音波モータの振動体は非線形効果によりアド
ミッタンスは特有の周波数特性を示す。すなわち第８図
中に矢印で示す様Ｃニ駆動周波数の掃引方向でアドミッ
タンスがヒステリシスを示す不安定動作領域（共振周波
数近傍のｆ２からｆＩで示す領域）があり、この周波数
領域で超音波モータを駆動すると動作が不安定になると
言う課題を有してい九 また 超音波モータの起動時に駆動周波数が上記の不安
定領域を通過する様に駆動を開始すると起動時に移動体
が移動しなかったり、速度が安定しない等の課題があっ
た 課題を解決するための手段 上記課題を解決する為の手段は 圧電体の２組の駆動電
極のうち少なくとも一方に流入する駆動電流を、駆動電
圧の周波数を制御して、前記振動体の共振周波数以上の
周波数領域において所定のの設定値になるように駆動電
圧の周波数を制御することであム また 超音波モータの起動時に１よ 振動体の共振周波
数より高い周波数から駆動電圧の周波数の掃引を開始り
、２組の駆動電極のうち少なくても一方に流入する駆動
電流が所定の設定値になった時に駆動電圧の周波数の掃
引を停止して前記駆動電流を前記の所定値になるように
駆動電圧の周波数を制御することであム 作用 上記手段によれば モータの起臥 運転は この不安定
領域を避けて行なわれると共に 駆動電極に流れる電流
が安定し 安定したモータの起動・運転が可能となるの
である。
実施例
以下、図面に従って本発明の実施例について詳細な説明
を行う。
を行う。
第１図は本発明の超音波モータの駆動方法の一実施例に
おける制御ブロック図であり、第２図は超音波モータを
定電圧駆動した時の１つの駆動端子に流入する駆動電流
の周波数特性である。
おける制御ブロック図であり、第２図は超音波モータを
定電圧駆動した時の１つの駆動端子に流入する駆動電流
の周波数特性である。
第１図において、 ７は電圧制御発振器でありコントロ
ール端子Ｃの制御電圧により発振周波数を制御できも
８は電圧制御発振器７の出力交流信号を、所定の位相差
を有する２つの駆動信号に分割する分割回路である。分
割回路８の出力は電力増幅器９および１０によって、超
音波モータ１１を駆動するに充分なレベルにまで増幅さ
れ 超音波モータ１１の２つの駆動端子にそれぞれ印加
されも 一方の駆動端子に流入する電流は抵抗】５と電
流検出器１２によって検出される。 １３は電圧制御発
振器７の発振周波数を制御する発振制御器であム 第２図は振動体のアドミッタンスの周波数特性に対応す
る駆動電流の周波数特性であり、駆動電流は振動体の共
振周波数近傍で大きくなム超音波モータの速度（よ 振
動振幅に比例つまり駆動電流に比例するので、超音波モ
ータを効率よく安定に駆動するには 振動体の非線形現
象に伴う不安定動作領域（同図中のｒ２からｆ３で示す
領域）を除いた共振周波数よりも高い共振周波数近傍の
動作領域で常に駆動する必要があａ本実施例で（よ こ
の駆動を以下の様にして達成すも 先ず、超音波モータの動作速度を決定すム 超音波モー
タの動作速度が決まれば 上記の駆動領域において対応
する駆動電流の第１の設定値（第２図のｉ＋）が決まる
と共にこの電流値を流すために必要な駆動電圧が決まる
。
ール端子Ｃの制御電圧により発振周波数を制御できも
８は電圧制御発振器７の出力交流信号を、所定の位相差
を有する２つの駆動信号に分割する分割回路である。分
割回路８の出力は電力増幅器９および１０によって、超
音波モータ１１を駆動するに充分なレベルにまで増幅さ
れ 超音波モータ１１の２つの駆動端子にそれぞれ印加
されも 一方の駆動端子に流入する電流は抵抗】５と電
流検出器１２によって検出される。 １３は電圧制御発
振器７の発振周波数を制御する発振制御器であム 第２図は振動体のアドミッタンスの周波数特性に対応す
る駆動電流の周波数特性であり、駆動電流は振動体の共
振周波数近傍で大きくなム超音波モータの速度（よ 振
動振幅に比例つまり駆動電流に比例するので、超音波モ
ータを効率よく安定に駆動するには 振動体の非線形現
象に伴う不安定動作領域（同図中のｒ２からｆ３で示す
領域）を除いた共振周波数よりも高い共振周波数近傍の
動作領域で常に駆動する必要があａ本実施例で（よ こ
の駆動を以下の様にして達成すも 先ず、超音波モータの動作速度を決定すム 超音波モー
タの動作速度が決まれば 上記の駆動領域において対応
する駆動電流の第１の設定値（第２図のｉ＋）が決まる
と共にこの電流値を流すために必要な駆動電圧が決まる
。
そして、超音波モータ１１の起動時には スタート信号
が掃引指示器１４に入力され 掃引指示器１４は発振制
御器１３を介して電圧制御発振器７を制御すム 電圧制
御発振器７（友 第２図の不安定周波数領域より充分高
し＼ 例えば同図中の周波数ｆ−で発振を開始する。そ
して、その後、低駆動周波数の方向へ掃引するように
発振制御器１３は電圧制御発振器７のコントロール端子
Ｃの制御電圧を制御する。
が掃引指示器１４に入力され 掃引指示器１４は発振制
御器１３を介して電圧制御発振器７を制御すム 電圧制
御発振器７（友 第２図の不安定周波数領域より充分高
し＼ 例えば同図中の周波数ｆ−で発振を開始する。そ
して、その後、低駆動周波数の方向へ掃引するように
発振制御器１３は電圧制御発振器７のコントロール端子
Ｃの制御電圧を制御する。
電流検出器１２の出力が通常の動作電流である第１の駆
動電流の設定値１１に等しくなったら、掃引指示器１４
は掃引停止信号を発振制御器１３に送り、発振制御器１
３は駆動周波数の掃引を停止すム そして、電流検出器
１２の出力が常に設定電流１１に等しくなるように 発
振制御器１３は電圧制御発振器７を制御すム 従って、本実施例で（よ 常に共振周波数よりも高い共
振周波数近傍の動作領域で安定に駆動されも な耘 超音波モータに急激な過負荷がかかった時は 振
動体の駆動端子からみたインピーダンスが急激に大きく
なり駆動電流が低下して停止すもこの場合、駆動電流が
第２の設定値１１より小さくなったことを掃引指示器１
４が検知すれ（′Ｌ 掃引指示器１４は掃引開始信号を
発振制御器１３に送り、電圧制御発振器７（友 不安定
周波数領域より充分高い周波数で発振し 低い方へ駆動
周波数を掃引すム そして電流検出器１２の出力が通常
の動作電流である第１の駆動電流の設定値１１に等しく
なった収 掃引指示器１４は発振制御器１３を介して駆
動周波数の掃引を停止すム そして、電流検出器１２の
出力が常に第２の設定電流１１に等しくなるようく 発
振制御器１３は電圧制御発振器７を制御すム 以上の様（二 本実施例では 常に共振周波数よりも高
い共振周波数近傍の動作領域で安定に駆動されるもので
あム な耘 超音波モータ１１の特性は第２図において破線で
示すように 温度や負荷の変動により変化すも この様
な場合には 使用環境・使用温度の変動に応じて、これ
らの変動で生じる不安定周波数領域の最も高い値よりも
充分高く、かつ駆動周波数の掃引開始をする第２の駆動
電流の設定値１ｍに対応する最も高い周波数よりも高い
周波数にｆｌを設定してやればよ１℃ この時、温度や負荷の変動により超音波モータの特性が
第２図の点線で示す特性の様に変化してＬ 駆動周波数
はｆｌからｆ＋ａに変化され 結紙駆動電流は一定値１
１に保たれ何等の問題も発生しなし− 上記の実施例は電流として、振動体を構成する圧電体の
駆動電極に流れる全電流を採用した力（同様に機械腕電
流を採用することも容易であａ第３図は共振周波数近傍
における振動体の駆動端子からみた等価回路である。同
図において、電気腕におけるＣＩは容量素子であり、機
械腕におけるＣ１、Ｌｌ、Ｒ１はそれぞれ弾性 質ｌ
損失を表す等価素子であム 駆動端子に駆動電圧を印加
すると、電流ｌが駆動端子に流入すム この電流ｌは電
気腕の電流ｉ書と機械腕の電流ｉ−に分かれも振動体の
振動振幅は機械腕の電流ｌ・に比例するので、機械腕電
流ｉ、を一定に制御すればより精度の高い超音波モータ
が実現できも そこで、第４図のように超音波モータ１
１の駆動端子に抵抗２１を接続し 差動増幅器１６で電
流ｌを検出する。
動電流の設定値１１に等しくなったら、掃引指示器１４
は掃引停止信号を発振制御器１３に送り、発振制御器１
３は駆動周波数の掃引を停止すム そして、電流検出器
１２の出力が常に設定電流１１に等しくなるように 発
振制御器１３は電圧制御発振器７を制御すム 従って、本実施例で（よ 常に共振周波数よりも高い共
振周波数近傍の動作領域で安定に駆動されも な耘 超音波モータに急激な過負荷がかかった時は 振
動体の駆動端子からみたインピーダンスが急激に大きく
なり駆動電流が低下して停止すもこの場合、駆動電流が
第２の設定値１１より小さくなったことを掃引指示器１
４が検知すれ（′Ｌ 掃引指示器１４は掃引開始信号を
発振制御器１３に送り、電圧制御発振器７（友 不安定
周波数領域より充分高い周波数で発振し 低い方へ駆動
周波数を掃引すム そして電流検出器１２の出力が通常
の動作電流である第１の駆動電流の設定値１１に等しく
なった収 掃引指示器１４は発振制御器１３を介して駆
動周波数の掃引を停止すム そして、電流検出器１２の
出力が常に第２の設定電流１１に等しくなるようく 発
振制御器１３は電圧制御発振器７を制御すム 以上の様（二 本実施例では 常に共振周波数よりも高
い共振周波数近傍の動作領域で安定に駆動されるもので
あム な耘 超音波モータ１１の特性は第２図において破線で
示すように 温度や負荷の変動により変化すも この様
な場合には 使用環境・使用温度の変動に応じて、これ
らの変動で生じる不安定周波数領域の最も高い値よりも
充分高く、かつ駆動周波数の掃引開始をする第２の駆動
電流の設定値１ｍに対応する最も高い周波数よりも高い
周波数にｆｌを設定してやればよ１℃ この時、温度や負荷の変動により超音波モータの特性が
第２図の点線で示す特性の様に変化してＬ 駆動周波数
はｆｌからｆ＋ａに変化され 結紙駆動電流は一定値１
１に保たれ何等の問題も発生しなし− 上記の実施例は電流として、振動体を構成する圧電体の
駆動電極に流れる全電流を採用した力（同様に機械腕電
流を採用することも容易であａ第３図は共振周波数近傍
における振動体の駆動端子からみた等価回路である。同
図において、電気腕におけるＣＩは容量素子であり、機
械腕におけるＣ１、Ｌｌ、Ｒ１はそれぞれ弾性 質ｌ
損失を表す等価素子であム 駆動端子に駆動電圧を印加
すると、電流ｌが駆動端子に流入すム この電流ｌは電
気腕の電流ｉ書と機械腕の電流ｉ−に分かれも振動体の
振動振幅は機械腕の電流ｌ・に比例するので、機械腕電
流ｉ、を一定に制御すればより精度の高い超音波モータ
が実現できも そこで、第４図のように超音波モータ１
１の駆動端子に抵抗２１を接続し 差動増幅器１６で電
流ｌを検出する。
また 超音波モータ１１の電気腕の容量素子Ｃｓの値に
等しい容量素子１７Ｆ 抵抗２１に値の等しい抵抗１
８を直列接続して、差動増幅器１９で電気腕の電流ｉ・
を検出し 差動増幅器２０で電流ｌから電流ｉ拳を差し
引いて機械腕の電流ｉ−を検出すも 第４図の機械腕電
流の検出器を第１図のブロック図の電流検出器１２に使
えばより精度の高い超音波モータが同様に実現できも 鑞 駆動電極（よ 実施例では２組であった力丈２組以
上であってもよく、その場合においても少なくとも１つ
の電極に流入する電流について実施例と同様な制御を行
なうことで超音波モータの良好な動作を実現出来も 発明の効果 以上述べたようＥ 本発明の駆動方法によれば不安定
領域より充分高い駆動周波数から起動し常に振動体の特
性の安定した周波数領域の駆動周波数で超音波モータを
駆動ま しかも一定電流で駆動することにより、起動並
びに運転中の動作が安定した高効率の超音波モータを提
供できる。
等しい容量素子１７Ｆ 抵抗２１に値の等しい抵抗１
８を直列接続して、差動増幅器１９で電気腕の電流ｉ・
を検出し 差動増幅器２０で電流ｌから電流ｉ拳を差し
引いて機械腕の電流ｉ−を検出すも 第４図の機械腕電
流の検出器を第１図のブロック図の電流検出器１２に使
えばより精度の高い超音波モータが同様に実現できも 鑞 駆動電極（よ 実施例では２組であった力丈２組以
上であってもよく、その場合においても少なくとも１つ
の電極に流入する電流について実施例と同様な制御を行
なうことで超音波モータの良好な動作を実現出来も 発明の効果 以上述べたようＥ 本発明の駆動方法によれば不安定
領域より充分高い駆動周波数から起動し常に振動体の特
性の安定した周波数領域の駆動周波数で超音波モータを
駆動ま しかも一定電流で駆動することにより、起動並
びに運転中の動作が安定した高効率の超音波モータを提
供できる。
第１図は本発明の駆動方法を実現した１実施例の駆動回
路のブロック＠ 第２図は超音波モータ機械腕電流の検
出回路の１例を示す回路は 第５７・・・電圧制御発振
盪 ８・・・分割回路 ９・・・電力増幅器 ｌＯ・・
・電力増幅器 １１・・・超音波モー久１２・・・電流
検出器 １３・・・発振側＃器 １４・・・掃引指示器
１５・・・抵抗 １６・・・差動増幅器１７・・・コ
ンデンサ、 １８・・・抵抗 １９・・・差動増幅器２
０・・・差動増幅器 ２１・・・抵扼代理人の氏名 弁
理士 粟野重孝 はか１名第 図 ｑ＠が増幅器 スタート１翼号 第 図 ＩＩ！ 濠散 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 ｉｓ 黒 ：Ｘ ９
路のブロック＠ 第２図は超音波モータ機械腕電流の検
出回路の１例を示す回路は 第５７・・・電圧制御発振
盪 ８・・・分割回路 ９・・・電力増幅器 ｌＯ・・
・電力増幅器 １１・・・超音波モー久１２・・・電流
検出器 １３・・・発振側＃器 １４・・・掃引指示器
１５・・・抵抗 １６・・・差動増幅器１７・・・コ
ンデンサ、 １８・・・抵抗 １９・・・差動増幅器２
０・・・差動増幅器 ２１・・・抵扼代理人の氏名 弁
理士 粟野重孝 はか１名第 図 ｑ＠が増幅器 スタート１翼号 第 図 ＩＩ！ 濠散 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 ｉｓ 黒 ：Ｘ ９
Claims (3)
- （１）振動体と、前記振動体に加圧接触する移動体と、
前記振動体に形成された複数個の駆動電極を具備し、前
記駆動電極に位相差を持った駆動電圧を印加して前記振
動体に進行波を励振し、前記移動体を移動させる超音波
モータの駆動方法であって、前記複数個の駆動電極のう
ち少なくとも一つに流入する駆動電流を、駆動電圧の周
波数を制御して、前記振動体の共振周波数以上の周波数
領域において第１の設定値になるように駆動電圧の周波
数を制御することを特徴とする超音波モータの駆動方法
。 - （２）超音波モータの起動時には、振動体の共振周波数
より高い周波数から駆動電圧の周波数の掃引を開始し、
複数個の駆動電極のうち少なくても一つに流入する駆動
電流が第１の設定値になった時に駆動電圧の周波数の掃
引を停止して前記駆動電流が第１の設定値になるように
駆動電圧の周波数を制御することを特徴とする請求項１
記載の超音波モータの駆動方法。 - （３）駆動電流について第１の設定値よりも小さい第２
の設定値を設け、駆動電流が前記第２の設定値以下にな
った時に、再び振動体の共振周波数より高い周波数から
駆動電圧の周波数の掃引を開始し、複数個の駆動電極の
うち少なくても一つに流入する駆動電流が第１の設定値
になった時に駆動周波数の掃引を停止して前記電流が第
１の設定値になるように駆動電圧の周波数を制御するこ
とを特徴とする請求項１記載の超音波モータの駆動方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2127287A JPH0426382A (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 超音波モータの駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2127287A JPH0426382A (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 超音波モータの駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0426382A true JPH0426382A (ja) | 1992-01-29 |
Family
ID=14956239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2127287A Pending JPH0426382A (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 超音波モータの駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0426382A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003021779A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Nidec Copal Corp | カメラ装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6356178A (ja) * | 1986-08-26 | 1988-03-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モ−タ駆動方法 |
| JPH01148080A (ja) * | 1987-12-03 | 1989-06-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータの制御装置 |
| JPH01198282A (ja) * | 1988-01-29 | 1989-08-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータの駆動方法 |
-
1990
- 1990-05-16 JP JP2127287A patent/JPH0426382A/ja active Pending
Patent Citations (3)
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