JPH0515156B2 - - Google Patents

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JPH0515156B2
JPH0515156B2 JP59032220A JP3222084A JPH0515156B2 JP H0515156 B2 JPH0515156 B2 JP H0515156B2 JP 59032220 A JP59032220 A JP 59032220A JP 3222084 A JP3222084 A JP 3222084A JP H0515156 B2 JPH0515156 B2 JP H0515156B2
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JP
Japan
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osc
bat2
bat1
voltage
transformers
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JP59032220A
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English (en)
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JPS60176471A (ja
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Kazuhiro Izukawa
Ichiro Okumura
Takayuki Tsukimoto
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Canon Inc
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Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH0515156B2 publication Critical patent/JPH0515156B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/14Drive circuits; Control arrangements or methods
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/14Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/142Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. speed, torque, starting, stopping, reversing
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は進行性振動波により移動体を摩擦駆動
する振動波モータの駆動回路に関するものであ
る。 最近実用化されつつある、進行性振動波によつ
て駆動する振動波モータの実施例の概略図が第1
図に示してある。同図で、1は電気−機械エネル
ギー変換素子としての電歪素子で例えばPZT(チ
タン酸ジルコン鉛)で、2は振動体で弾性物質か
らなり、電歪素子1を接着してある。振動体2は
電歪素子1と共にステータ(不図示)側に保持さ
れている。3は移動体で振動体2に対し押圧接触
されていてロータを形成する。電歪素子1は複数
個接着されており、そのうちの一群の電歪素子に
対し、もう一群の電歪素子は振動波の波長λの1/
4波長分だけずれたピツチで配置される。各群内
での各電歪素子1は1/2波長のピツチで、相隣り
合うものの極性が逆になるように配置されてい
る。また各電歪素子1の表裏には図示を省略した
が、夫々電極膜が設けられて、各電歪素子1に電
圧が印加できるようになつている。 このような構成の振動波モータで一群の電歪素
子にV0Sinωtの交流電圧を印加し、もう一方群の
電歪素子にV0Cosωtの交流電圧を印加する。従
つて各電歪素子は相隣り合うものどうし極性が逆
向きで二つの群どうし90°位相のずれた交流電圧
が印加されて伸縮振動をする。この振動が伝えら
れて振動体2は電歪素子1の配置ピツチに従つて
曲げ振動をする。振動体2が一つおきの電歪素子
の位置で出つ張ると、他の一つおきの電歪素子の
位置が引つ込む。一方、前記の如く一群の電歪素
子は他の群の電歪素子に対し、1/4波長ずれた位
置にあるため曲げ振動が進行する。交流電圧が印
加されている間、次々と振動が励起されて、進行
性曲げ振動波となつて振動体2を伝わつてゆく。 このときの波の進行状態が第2図a,b,c,
dに示してある。いま、進行性曲げ振動波が矢示
X1方向に進むとする。0を静止状態に於ける振
動体の中心面とすると振動状態では鎖線示の状態
となり、この中立面6は曲げによる応力が拮抗し
ている。中立面6と直交する断面71についてみ
ると、これら二面の交線51では応力がかからず
上下振動しているだけである。同時に断面71
交線51を中心として左右の振り子振動している。
断面72又は73についても同じように交線52
は53を中心として左右の振り子振動する。 同図aに示す状態では断面71と振動体2の移
動体3側の表面との交線上の点P1は左右振動の
右死点となつており上方向運動だけしている。こ
の振り子振動は交線51,52又は53が波の正側
では(中心面0の上側にあるとき)左方向(波の
進行方向X1と逆方向)の応力が加わり、波の負
側(同じく下側にあるとき)右方向の応力が加わ
る。即ち同図aに於て、交線52と断面72が前者
のときの状態で、点P2は矢示方向の応力が加わ
る。交線53と断面73が後者のときの状態で、点
P3は矢示方向の応力が加わる。波が進行し、b
に示すように波の正側に交線51がくると点P1
左方向の運動をすると同時に上方向の運動をす
る。cで点P1は上下振動の上死点で左方向の運
動だけする。dで点P1は左方向の運動と下方向
運動をする。さらに波が進行し、右方向と下方向
の運動、右方向と上方向の運動を経てaの状態に
戻る。この一連の運動を合成すると点P1は回転
楕円運動をしている。一方、移動体3は振動体2
に加圧接触しており、同図cに示すように、振動
体2上の点P1の回転楕円運動が移動体3をX2
向に摩擦駆動する。点P2,P3及びその他振動体
2上の全ての点が点P1と同じように移動体3を
摩擦駆動する。 このように従来の振動波モータではV0Sinωtな
る駆動電圧を印加するために交流電源を用意しな
ければならないという不便がある。またモータの
駆動速度を調整するには、交流電源の電圧を調整
しなければならない。 本発明は、上記の事実に鑑みなされたもので、
効率的に且つ安定に動作する振動波モータの駆動
方式を提供することを目的とするものである。 この目的を達成するため本発明は、制御回路
Bat1,Q,T1,;Bat2,OSC,Q3,T2,
を有する超音波モータ用駆動装置であつて、 超音波モータは、振動体2と、それを励振する
電気−機械エネルギー変換素子1とからなる振動
子2,1と、振動子2,1と相対移動する対象物
3とを有し、 制御回路Bat1,Q,T1,;Bat2,OSC,Q
3,T2,は、直流電圧源Bat1,Bat2と、パ
ルス発生回路OSCと、半導体スイツチング手段
Q,Q3と、トランスT1,T2とを有し、直流
電圧源Bat1,Bat2が、半導体スイツチング手
段Q,Q3を介してトランスT1,T2の1次巻
線に接続され、トランスT1,T2の2次巻線
が、電気−機械エネルギー変換素子1 に接続され、パルス発生回路OSCが半導体スイ
ツチング手段Q,Q3をオン・オフさせてトラン
スT1,T2の2次巻線に誘導起電力を発生さ
せ、2次巻線の誘導起電力が電気−機械エネルギ
ー変換素子1に与えられて振動体2を励振させ
る。 超音波モータ用駆動装置を提供するものであ
る。 以下本発明の実施例を詳細に説明する。 第3図は本発明を適用する回路の実施例であ
る。同図で、1は前記(第1図参照)の電歪素
子、Bat1は直流電圧源としてのは電源電池、T
1は一次側と二次側のインダクタンス成分を電歪
素子1に対して合せたトランス、Qは半導体スイ
ツチング手段としてのスイツチングトランジスタ
である。 このような回路で、トランジスタQのベースに
発振器(図示省略)から、第4図aに示されたよ
うなパルス信号を与えて、トランスT1の一次側
をスイツチングする。このときのパルス周波数
は、電歪素子1の共振周波数にする。すると同図
bに示された波形の電圧がトランスT1の二次側
に誘導起電して、電歪素子1に駆動電圧として印
加される。このとき、パルス巾を制御すれば、駆
動電力が制御され、駆動速度が制御できる。なお
電歪素子1の振動周波数を検知して、発振器にフ
イードバツクさせ、パルス周波数を電歪素子1の
共振周波数に同期させてもよい。 第5図・第6図は、別な実施例の回路を示すも
の、第7図はその信号波形図である。第5図・第
6図に於て、OSCは発振器、F/Vは周波数−
電圧変換器,CP1,CP2は比較増巾器、IN1〜
IN3はインバータ、AND1〜AND4はアンド
ゲート、ON1,ON2はシユミツト・トリガ回
路、FF1,FF2はフリツプフロツプ、R1〜R
8は固定抵抗、VR1〜VR3は可変抵抗、C1
〜C5はコンデンサ、D1〜D6はダイオード、
Q1〜Q7はトランジスタ、T2,T3はトラン
ス、Bat2は電池である。LEDは発光ダイオー
ド、PTはフオトトランジスタで、移動体3上の
マーク9を読取るフオトインタラプタ10であ
る。P1〜P5は第5図の回路と第6図の回路を
連結する接続点で、その各点に於る信号波形が第
7図に示してある。 この回路に於て、発振器OSCの発振信号P1
(第7図a参照)で、トランジスタQ3によりト
ランスT2の一次側がオン・オフされ、二次側に
第4図bのような起電力がでる。フオトインタラ
プタ10の駆動速度情報を変換器F/Vでアナロ
グ電圧値に変換して、比較増巾器CP1,CP2に
出力する。可変抵抗VR1はこのときの電圧レベ
ルを調整するものである。比較増巾器CP2に入
力したアナログ電圧値は、可変抵抗VR3で外部
(例えば手動)から設定される速度に対応する電
圧値と、比較される。比較増巾器CP2でも同じ
ように比較される。発振信号P1の立上りでハイ
になるアンドゲートAND2の出力信号P3は、
比較増巾器CP2の出力が逆転するまで、維持さ
れる。即ち、可変抵抗VR3で速度設定すること
は、信号P3のパルス巾を調整することを意味す
る。信号P3のハイ出力で、トランジスタQ6が
オンになり、実線矢示方向の電圧が電歪素子1に
印加される。出力信号P3の立下りから、発振信
号P1の立下りまで維持されるアンドゲート
AND4の出力信号R4のハイ出力で、トランジ
スタQ4がオンになる。トランジスタQ6は既に
オフになつており、電歪素子1に電荷がチヤージ
しているから、その電荷が放電し、トランスT3
の一次側に実線矢示方向の電流が流れる。一方、
アンドゲートAND1に入力するP1信号はイン
バータIN1で反転するから、発振信号P1の立
下りで動作し、電歪素子1に点線矢示方向の電圧
を印加するときの信号P2を出すことになる。ア
ンドゲートAND3の出力P5でトランスT3の
一次側に点線矢示方向の電流が流れる。 従つて、電歪素子1には第7図fの波形の電圧
が印加されることになる。そして電歪素子1の放
電電流がトランスT3流れて起電し、その電流
は、ダイオードD3〜D6のブリツジで整流さ
れ、電池Bat2を充電する。従つて、チヤージ電
荷が無駄に放電されることがない。 なお、スイツチングトランジスタの代りに、サ
イリスタ、トライアツクなどでもよい。 以上説明したように、本発明を適用した駆動回
路は、交流電源を必要としないため便利である。
パルス巾制御をすれば、駆動速度を制御できる。
パルス巾制御は電圧制御に比べて回路が簡単であ
るから、安価に生産することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は振動波モータの主要部の概略図、第2
図は振動波モータの駆動原理を説明する図、第3
図は本発明を適用する駆動回路の一実施例を示す
図、第4図はその回路による波形図、第5図・第
6図は別の実施例の回路図、第7図はその波形図
である。 1……電気−機械エネルギー変換素子、2……
振動体、3……対象物(移動体)、Bat1,Bat2
……直流電圧源、OSC……パルス発生回路(発
振器)、Q,Q3……半導体スイツチング手段、
T1,T2……トランス。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 制御回路Bat1,Q,T1,;Bat2,OSC,
    Q3,T2,を有する超音波モータ用駆動装置で
    あつて、 超音波モータは、振動体2と、それを励振する
    電気−機械エネルギー変換素子1とからなる振動
    子2,1と、振動子2,1と相対移動する対象物
    3とを有し、 制御回路Bat1,Q,T1,;Bat2,OSC,Q
    3,T2,は、直流電圧源Bat1,Bat2と、パ
    ルス発生回路OSCと、半導体スイツチング手段
    Q,Q3と、トランスT1,T2とを有し、直流
    電圧源Bat1,Bat2が、半導体スイツチング手
    段Q,Q3を介してトランスT1,T2の1次巻
    線に接続され、トランスT1,T2の2次巻線
    が、電気−機械エネルギー変換素子1に接続さ
    れ、パルス発生回路OSCが半導体スイツチング
    手段Q,Q3をオン・オフさせてトランスT1,
    T2の2次巻線に誘導起電力を発生させ、2次巻
    線の誘導起電力が電気−機械エネルギー変換素子
    1に与えられて振動体2を励振させる 超音波モータ用駆動装置。
JP59032220A 1984-02-21 1984-02-21 超音波モータ用駆動装置 Granted JPS60176471A (ja)

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JPS60176471A JPS60176471A (ja) 1985-09-10
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