JPH0583961A - 複合振動子型超音波モータの駆動回路 - Google Patents
複合振動子型超音波モータの駆動回路Info
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- JPH0583961A JPH0583961A JP3146331A JP14633191A JPH0583961A JP H0583961 A JPH0583961 A JP H0583961A JP 3146331 A JP3146331 A JP 3146331A JP 14633191 A JP14633191 A JP 14633191A JP H0583961 A JPH0583961 A JP H0583961A
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 本発明は、無負荷状態に浪費する入力パワー
を少なくできるようにして超音波モータの発熱を抑え、
熱破壊のおそれをなくした駆動回路を提供することを目
的とする。 【構成】 本発明は、ねじり振動子２，３および縦振動
子を備えたステータと、ロータとを具備してなる超音波
モータを駆動する回路において、ねじり振動子２，３に
トランス１３を介して高周波発振回路１５と直流電源１
４とを並列接続し、トランス１３と直流電源１４との間
に、ねじり振動子２，３に印加される電流を一定にする
する定電流供給手段１６を組み込んでなるものである。 【効果】 無負荷時において定電流供給手段が電流を一
定化することで超音波モータには過大な入力パワーが連
続的に入力されることがなくなる。
を少なくできるようにして超音波モータの発熱を抑え、
熱破壊のおそれをなくした駆動回路を提供することを目
的とする。 【構成】 本発明は、ねじり振動子２，３および縦振動
子を備えたステータと、ロータとを具備してなる超音波
モータを駆動する回路において、ねじり振動子２，３に
トランス１３を介して高周波発振回路１５と直流電源１
４とを並列接続し、トランス１３と直流電源１４との間
に、ねじり振動子２，３に印加される電流を一定にする
する定電流供給手段１６を組み込んでなるものである。 【効果】 無負荷時において定電流供給手段が電流を一
定化することで超音波モータには過大な入力パワーが連
続的に入力されることがなくなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気ひずみ振動子を用い
た複合振動子型超音波モータに関する。
た複合振動子型超音波モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の超音波モータの一構造例
として、図３に示す構造の超音波モータが知られてい
る。図３に示す超音波モータＡは、ボトムナット１と環
状のねじり振動子２、３と中空のホルダー４と環状の縦
振動子５と中空のヘッド６と摩擦材８とロータ９を備
え、これらを中心軸１０により一体化して構成されてい
る。なお、前記構成において、ボトムナット１とねじり
振動子２、３とホルダー４と縦振動子５とヘッド６によ
りステータ７が構成されるようになっている。また、中
心軸１０には、ばね部材１１が装着されてロータ９をヘ
ッド７に摩擦材８を介して押圧するとともに、ロータ９
における中心軸１０の貫通部分には、ベアリング１２が
組み込まれている。
として、図３に示す構造の超音波モータが知られてい
る。図３に示す超音波モータＡは、ボトムナット１と環
状のねじり振動子２、３と中空のホルダー４と環状の縦
振動子５と中空のヘッド６と摩擦材８とロータ９を備
え、これらを中心軸１０により一体化して構成されてい
る。なお、前記構成において、ボトムナット１とねじり
振動子２、３とホルダー４と縦振動子５とヘッド６によ
りステータ７が構成されるようになっている。また、中
心軸１０には、ばね部材１１が装着されてロータ９をヘ
ッド７に摩擦材８を介して押圧するとともに、ロータ９
における中心軸１０の貫通部分には、ベアリング１２が
組み込まれている。
【０００３】前記構成の超音波モータＡにおいては、ね
じり振動子２、３がロータ９の回転駆動力を発生させ、
縦振動子５はステータ７とロータ９との接触制御を行な
うようになっている。即ち、ばね部材１１のばね力によ
ってヘッド６とロータ９が押圧触されている状態でねじ
り振動子２、３に電圧を印加すると、ねじり振動子２、
３のねじり力によって両者がその周方向に位置ずれを起
こしてロータ９は微小角度回転する、回転後に縦振動子
６でロータ９のヘッド６に対する押圧力を少なくする
と、ねじり振動子２、３の間のねじり量は相殺されて消
失する。ここで再びねじり振動子２、３に電圧を印加す
るとロータ９は再び微小角度回転することになる。以上
のような作用を繰り返し行なうことで、ロータ９を一定
の方向に回転させることができ、この構造の超音波モー
タは、低速で高トルクが容易に得られ、運転音が静かな
特徴を有している。
じり振動子２、３がロータ９の回転駆動力を発生させ、
縦振動子５はステータ７とロータ９との接触制御を行な
うようになっている。即ち、ばね部材１１のばね力によ
ってヘッド６とロータ９が押圧触されている状態でねじ
り振動子２、３に電圧を印加すると、ねじり振動子２、
３のねじり力によって両者がその周方向に位置ずれを起
こしてロータ９は微小角度回転する、回転後に縦振動子
６でロータ９のヘッド６に対する押圧力を少なくする
と、ねじり振動子２、３の間のねじり量は相殺されて消
失する。ここで再びねじり振動子２、３に電圧を印加す
るとロータ９は再び微小角度回転することになる。以上
のような作用を繰り返し行なうことで、ロータ９を一定
の方向に回転させることができ、この構造の超音波モー
タは、低速で高トルクが容易に得られ、運転音が静かな
特徴を有している。
【０００４】前記のように構成された複合振動子型超音
波モータＡの駆動回路の一構造例を図４に示す。図４に
おいて２、３はねじり振動子を示し、これらの振動子
２、３にはトランス１３の一次側が電気的に接続され、
トランス１３の２次側にはＦＥＴを介して直流電源１４
と高周波発振回路１５が接続されている。なお、図面で
は超音波モータＡの縦振動子６の駆動回路を省略した
が、実際には縦振動子６にも所望の電圧を印加できるよ
うに電源が接続されている。
波モータＡの駆動回路の一構造例を図４に示す。図４に
おいて２、３はねじり振動子を示し、これらの振動子
２、３にはトランス１３の一次側が電気的に接続され、
トランス１３の２次側にはＦＥＴを介して直流電源１４
と高周波発振回路１５が接続されている。なお、図面で
は超音波モータＡの縦振動子６の駆動回路を省略した
が、実際には縦振動子６にも所望の電圧を印加できるよ
うに電源が接続されている。
【０００５】前記構成の駆動回路を備えた複合振動子型
超音波モータにあっては、縦振動子６およびねじり振動
子２、３にそれぞれ数１００Ｖ〜１０００Ｖの交流電圧
を約２０ｋＨｚの周波数で印加して駆動している。ここ
で前記構成の超音波モータのねじり振動子２、３に対す
る入力パワー（Ｗ）とトルク（ｋｇ・ｃｍ）との関係を
図５に示す。図５から明らかなように、ねじり素子２、
３に入力されるパワーは、トルク＝０の時に最大とな
り、トルクが上昇するにつれて少なくて済むことにな
る。従って一定の電圧を印加する駆動回路の場合、トル
ク＝０の時に、即ち、超音波モータに対する負荷が無い
時に最大の電流が流れていることになり、極めてロスが
多いものである。
超音波モータにあっては、縦振動子６およびねじり振動
子２、３にそれぞれ数１００Ｖ〜１０００Ｖの交流電圧
を約２０ｋＨｚの周波数で印加して駆動している。ここ
で前記構成の超音波モータのねじり振動子２、３に対す
る入力パワー（Ｗ）とトルク（ｋｇ・ｃｍ）との関係を
図５に示す。図５から明らかなように、ねじり素子２、
３に入力されるパワーは、トルク＝０の時に最大とな
り、トルクが上昇するにつれて少なくて済むことにな
る。従って一定の電圧を印加する駆動回路の場合、トル
ク＝０の時に、即ち、超音波モータに対する負荷が無い
時に最大の電流が流れていることになり、極めてロスが
多いものである。
【０００６】ここで例えば、超音波モータの全ての動作
状態で超音波モータを十分に満足に動作させるための駆
動回路を製作する場合、トルク＝０の場合の最大パワー
を十分に駆動できる容量の駆動回路を作らなければなら
ない。しかしながら図５に示すように、例えば、８ｋｇ
・ｃｍのトルクを必要とするものを超音波モータで駆動
する場合は、最大パワーの半分以下のパワーで良いため
に、最大入力パワー用の駆動回路では、明らかに出力過
剰な回路となるので、その分の製造コストが高くなる問
題がある。しかし逆に、８ｋｇ・ｃｍ用の駆動回路を設
計した場合に、何等かの原因で超音波モータが無負荷の
状態で連続駆動された場合（例えば、超音波モータのロ
ータの接続が外れて自由な状態になって空回りされた場
合）、最大入力パワーが連続的に入力される結果、駆動
回路のヒューズが切れたり、最悪の場合は駆動回路のト
ランジスタなどの電子部品の破壊を引き起こす可能性が
ある。
状態で超音波モータを十分に満足に動作させるための駆
動回路を製作する場合、トルク＝０の場合の最大パワー
を十分に駆動できる容量の駆動回路を作らなければなら
ない。しかしながら図５に示すように、例えば、８ｋｇ
・ｃｍのトルクを必要とするものを超音波モータで駆動
する場合は、最大パワーの半分以下のパワーで良いため
に、最大入力パワー用の駆動回路では、明らかに出力過
剰な回路となるので、その分の製造コストが高くなる問
題がある。しかし逆に、８ｋｇ・ｃｍ用の駆動回路を設
計した場合に、何等かの原因で超音波モータが無負荷の
状態で連続駆動された場合（例えば、超音波モータのロ
ータの接続が外れて自由な状態になって空回りされた場
合）、最大入力パワーが連続的に入力される結果、駆動
回路のヒューズが切れたり、最悪の場合は駆動回路のト
ランジスタなどの電子部品の破壊を引き起こす可能性が
ある。
【０００７】また、無負荷の時は超音波モータに最大の
パワーが入力されているにもかかわらず、超音波モータ
は仕事をしていないわけであるから、入力パワーのほと
んどは熱に変わり、超音波モータが過熱する原因となっ
て超音波モータ自身の劣化あるいは破壊につながるおそ
れがある。
パワーが入力されているにもかかわらず、超音波モータ
は仕事をしていないわけであるから、入力パワーのほと
んどは熱に変わり、超音波モータが過熱する原因となっ
て超音波モータ自身の劣化あるいは破壊につながるおそ
れがある。
【０００８】本願発明は前記課題に鑑みてなされたもの
で、無負荷状態に浪費する入力パワーを少なくできるよ
うにして超音波モータの発熱を抑え、熱破壊のおそれを
なくした複合駆動型超音波モータの駆動回路を提供する
ことを目的とする。
で、無負荷状態に浪費する入力パワーを少なくできるよ
うにして超音波モータの発熱を抑え、熱破壊のおそれを
なくした複合駆動型超音波モータの駆動回路を提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は前
記課題を解決するために、ねじり振動子および縦振動子
を備えたステータと、ロータとを具備してなり、ねじり
振動子に高周波電流を印加してロータに回転力を生じさ
せ、縦振動子に所定電圧を印加してステータとロータと
の接触制御を行なう複合振動子型超音波モータを駆動す
る回路において、ねじり振動子にトランスを介して高周
波発振回路と直流電源とが並列接続され、トランスと直
流電源との間に、ねじり素子に印加される電流を一定に
保持する定電流供給手段が組み込まれてなるものであ
る。
記課題を解決するために、ねじり振動子および縦振動子
を備えたステータと、ロータとを具備してなり、ねじり
振動子に高周波電流を印加してロータに回転力を生じさ
せ、縦振動子に所定電圧を印加してステータとロータと
の接触制御を行なう複合振動子型超音波モータを駆動す
る回路において、ねじり振動子にトランスを介して高周
波発振回路と直流電源とが並列接続され、トランスと直
流電源との間に、ねじり素子に印加される電流を一定に
保持する定電流供給手段が組み込まれてなるものであ
る。
【００１０】
【作用】本願発明の構成において超音波モータには、従
来と同様にトルクに反比例する入力パワーが電源から供
給される。しかし、何等かの原因により超音波モータが
無負荷状態となって最大パワーが連続的に入力されるよ
うな状態になった場合でも一定の電流が供給される。よ
って超音波モータには最大パワーが連続的に入力される
ことがなくなり、駆動回路に無理がかからないととも
に、超音波モータ自身の過熱や損傷は起こらない。
来と同様にトルクに反比例する入力パワーが電源から供
給される。しかし、何等かの原因により超音波モータが
無負荷状態となって最大パワーが連続的に入力されるよ
うな状態になった場合でも一定の電流が供給される。よ
って超音波モータには最大パワーが連続的に入力される
ことがなくなり、駆動回路に無理がかからないととも
に、超音波モータ自身の過熱や損傷は起こらない。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本願発明の駆動回路の一実施例を示
すものである。この例の駆動回路において、図４に示す
従来の駆動回路の構成要素と同等の構成要素には、同一
符号を付してそれらの説明は省略する。この実施例にお
いて従来例と異っているのは、直流電源１４とトランス
１３との間に定電流供給手段１６を直列に組み込んだ点
である。そして、この実施例の駆動回路も従来の駆動回
路と同様に図３に示す構成の複合駆動型超音波モータＡ
に接続されて使用されるようになっている。
て説明する。図１は本願発明の駆動回路の一実施例を示
すものである。この例の駆動回路において、図４に示す
従来の駆動回路の構成要素と同等の構成要素には、同一
符号を付してそれらの説明は省略する。この実施例にお
いて従来例と異っているのは、直流電源１４とトランス
１３との間に定電流供給手段１６を直列に組み込んだ点
である。そして、この実施例の駆動回路も従来の駆動回
路と同様に図３に示す構成の複合駆動型超音波モータＡ
に接続されて使用されるようになっている。
【００１２】前記定電流供給手段１６は、超音波モータ
Ａに許容値以上のトルクが負荷された場合に直流電源１
４が負荷する電流を一定にするものであり、超音波モー
タに接続された電流検出手段Ｉの出力信号をフィート゛
バックして定電流駆動するようになっている。図２に定
電流供給手段１６の電気回路構成例を示す。この回路例
では、トランジスタＴＲ1、ＴＲ2、ＴＲ3とオペアンプ
ＯＰＡｍｐと積分器と抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、
Ｒ6を備えて構成され、電流検出手段として検出用抵抗
Ｉ’を用いている。この例の回路構成によれば、トラン
ジスタＴＲ1がＯＮのとき、オペアンプの＋入力に一定
電圧が入力される。一方、オペアンプの−入力には超音
波モータ電流検出用抵抗Ｉ’により超音波モータ電流が
電圧に変換され、積分器を介して入力される。オペアン
プにて＋側と−側の差が増幅され、超音波モータ電流
（−側に入力）が設定電圧（＋側に入力）を超えるとオ
ペアンプの出力はＬｏｗになり、ＴＲ3、ＴＲ2、ＴＲ1
の順にオフになり超音波モータへの電流は遮断される。
これにより積分器の入力はゼロになるため、一定の時定
数により出力は減少し、オペアンプがＯＮになってＴＲ
3、ＴＲ2、ＴＲ1がＯＮになって超音波モータが駆動さ
れる。このようにして超音波モータは一定電流にて駆動
される。
Ａに許容値以上のトルクが負荷された場合に直流電源１
４が負荷する電流を一定にするものであり、超音波モー
タに接続された電流検出手段Ｉの出力信号をフィート゛
バックして定電流駆動するようになっている。図２に定
電流供給手段１６の電気回路構成例を示す。この回路例
では、トランジスタＴＲ1、ＴＲ2、ＴＲ3とオペアンプ
ＯＰＡｍｐと積分器と抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、
Ｒ6を備えて構成され、電流検出手段として検出用抵抗
Ｉ’を用いている。この例の回路構成によれば、トラン
ジスタＴＲ1がＯＮのとき、オペアンプの＋入力に一定
電圧が入力される。一方、オペアンプの−入力には超音
波モータ電流検出用抵抗Ｉ’により超音波モータ電流が
電圧に変換され、積分器を介して入力される。オペアン
プにて＋側と−側の差が増幅され、超音波モータ電流
（−側に入力）が設定電圧（＋側に入力）を超えるとオ
ペアンプの出力はＬｏｗになり、ＴＲ3、ＴＲ2、ＴＲ1
の順にオフになり超音波モータへの電流は遮断される。
これにより積分器の入力はゼロになるため、一定の時定
数により出力は減少し、オペアンプがＯＮになってＴＲ
3、ＴＲ2、ＴＲ1がＯＮになって超音波モータが駆動さ
れる。このようにして超音波モータは一定電流にて駆動
される。
【００１３】前記定電流供給手段１６を組み込んだ駆動
回路によって超音波モータＡを駆動するならば、何等か
の原因によって仮に超音波モータＡが無負荷状態になっ
て超音波モータＡに直流電源１４から大きなパワーが入
力される状態になろうとした場合、所定のパワー値で定
電流供給手段１６が作動し、直流電源１４からねじり振
動子２、３に負荷される電流をその値以上大きくしな
い。即ち、超音波モータＡに加わるパワー値は所定値よ
り大きくなることがない。よって超音波モータＡに無理
なパワーが入力されることがなく、超音波モータＡの異
常発熱が起こらないとともに、駆動回路の電子部品並び
に超音波モータＡの部品に負荷をかけることがない。従
って超音波モータが無負荷状態になっても駆動回路の故
障や部品の破壊が起こることはなくなり、超音波モータ
自身が過熱して損傷することもなくなる。また、駆動回
路の設計時において、超音波モータＡの最大負荷に合わ
せて駆動回路の設計ができるので、余裕を見込んだ無駄
な容量の回路設計を行なわなくとも良くなり、このよう
な無駄の無い回路を用いても超音波モータＡの劣化や破
壊を引き起こすことがない。
回路によって超音波モータＡを駆動するならば、何等か
の原因によって仮に超音波モータＡが無負荷状態になっ
て超音波モータＡに直流電源１４から大きなパワーが入
力される状態になろうとした場合、所定のパワー値で定
電流供給手段１６が作動し、直流電源１４からねじり振
動子２、３に負荷される電流をその値以上大きくしな
い。即ち、超音波モータＡに加わるパワー値は所定値よ
り大きくなることがない。よって超音波モータＡに無理
なパワーが入力されることがなく、超音波モータＡの異
常発熱が起こらないとともに、駆動回路の電子部品並び
に超音波モータＡの部品に負荷をかけることがない。従
って超音波モータが無負荷状態になっても駆動回路の故
障や部品の破壊が起こることはなくなり、超音波モータ
自身が過熱して損傷することもなくなる。また、駆動回
路の設計時において、超音波モータＡの最大負荷に合わ
せて駆動回路の設計ができるので、余裕を見込んだ無駄
な容量の回路設計を行なわなくとも良くなり、このよう
な無駄の無い回路を用いても超音波モータＡの劣化や破
壊を引き起こすことがない。
【００１４】
【発明の効果】本発明による超音波モータには、従来の
超音波モータと同様にトルクに反比例する入力パワーが
電源から供給される。しかし、何等かの原因により超音
波モータが無負荷状態となって最大パワーが連続的に入
力されるおそれがある場合であっても、定電流供給手段
が作動して入力パワーを制限する。このため超音波モー
タには過大な入力パワーが連続的に入力されることがな
くなる。よって無負荷時において、超音波モータに付属
する電子部品はもとより、駆動回路に付属する電子部品
も熱により損傷することがなくなり、超音波モータ自身
の過熱や損傷を防止することができる。また、過大電流
を考慮しないで回路設計できるので、回路に用いる電子
部品のコストも少なくすることができる。
超音波モータと同様にトルクに反比例する入力パワーが
電源から供給される。しかし、何等かの原因により超音
波モータが無負荷状態となって最大パワーが連続的に入
力されるおそれがある場合であっても、定電流供給手段
が作動して入力パワーを制限する。このため超音波モー
タには過大な入力パワーが連続的に入力されることがな
くなる。よって無負荷時において、超音波モータに付属
する電子部品はもとより、駆動回路に付属する電子部品
も熱により損傷することがなくなり、超音波モータ自身
の過熱や損傷を防止することができる。また、過大電流
を考慮しないで回路設計できるので、回路に用いる電子
部品のコストも少なくすることができる。
【図１】図１は本願発明の一実施例を示す回路図であ
る。
る。
【図２】図２は本願発明に係る定電流供給手段の一例を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図３】図３は超音波モータの一例の断面図である。
【図４】図４は従来の駆動回路の一構成例を示す回路図
である。
である。
【図５】図５は超音波モータに加える入力パワーとトル
クの関係を示すグラフである。
クの関係を示すグラフである。
Ａ 超音波モータ ２、３ ねじり振動子 ５ 縦素子 ７ ステータ ９ ロータ １０ 中心軸 １３ トランス １４ 直流電源 １５ 高周波発振回路 １６ 定電流供給手段
Claims (1)
- 【請求項１】 ねじり振動子および縦振動子を備えたス
テータと、ロータとを具備してなり、ねじり振動子に高
周波電流を印加してロータに回転力を生じさせ、縦振動
子に所定電圧を印加してステータとロータとの接触制御
を行なう複合振動子型超音波モータを駆動する回路にお
いて、 ねじり振動子に出力信号をフィート゛バックして定電流
駆動を行なう電流検出手段とトランスを介して高周波発
振回路と直流電源とが並列接続され、トランスと直流電
源との間に、ねじり振動子に印加される電流値を一定に
保持する定電流供給手段が組み込まれてなることを特徴
とする複合振動子型超音波モータの駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3146331A JP2882907B2 (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | 複合振動子型超音波モータの駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3146331A JP2882907B2 (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | 複合振動子型超音波モータの駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0583961A true JPH0583961A (ja) | 1993-04-02 |
| JP2882907B2 JP2882907B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=15405273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3146331A Expired - Fee Related JP2882907B2 (ja) | 1991-06-18 | 1991-06-18 | 複合振動子型超音波モータの駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2882907B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007236605A (ja) * | 2006-03-08 | 2007-09-20 | Hitachi Medical Corp | 超音波診断装置 |
| EP3107201A1 (en) | 2015-06-19 | 2016-12-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration drive device capable of generating click feeling and image pickup apparatus |
| US10639065B2 (en) | 2015-07-21 | 2020-05-05 | Canon U.S.A., Inc. | Medical assist device |
-
1991
- 1991-06-18 JP JP3146331A patent/JP2882907B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2007236605A (ja) * | 2006-03-08 | 2007-09-20 | Hitachi Medical Corp | 超音波診断装置 |
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| JP2882907B2 (ja) | 1999-04-19 |
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