JPH0670559A - 超音波モータの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波モータに温度検出器を設けずに温度変
化による回転数の変動を抑制する。 【構成】 超音波モータ１の圧電体１ａの静電容量を検
出する検出手段３と、この検出手段３で検出された静電
容量に基づいて駆動信号の周波数および電圧を設定する
制御手段４と、その駆動信号を超音波モータ１に印加し
て駆動する駆動手段２を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波モータの駆動制御
装置に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】温度変化による回転数の変動
を抑制するために、超音波モータの動作温度を検出して
駆動電圧の周波数を変化させる超音波モータの駆動制御
装置が知られている（例えば、実開平２−８８４８２号
公報参照）。この駆動制御装置では、超音波モータの振
動子に温度検出器を設け、検出温度に基づいて駆動周波
数を制御している。

【０００３】しかしながら、このような従来の駆動制御
装置では、超音波モータに温度検出器を設置しているの
で弾性体に不正振動などが発生して超音波モータの回転
数が変動するという問題がある。

【０００４】本発明の目的は、超音波モータに温度検出
器を設けずに温度変化による回転数の変動を抑制するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】一実施例の構成を示す図
１に対応づけて請求項１の発明を説明すると、請求項１
の発明は、超音波モータ１に駆動信号を印加して駆動す
る駆動手段２を備えた超音波モータの駆動制御装置に適
用され、超音波モータ１の圧電体１ａの静電容量を検出
する検出手段３と、この検出手段３で検出された静電容
量に基づいて駆動信号の周波数および電圧を設定する制
御手段４とを備え、これにより、上記目的を達成する。
また、一実施例の構成を示す図８に対応づけて請求項２
の発明を説明すると、超音波モータの駆動制御装置の制
御回路４は、検出手段３に所定の時間間隔で静電容量の
検出を行わせる測定間隔制御手段４ｂと、種々の温度に
おける圧電体の静電容量に対する駆動信号の周波数およ
び電圧のデータを記憶する記憶手段４ａとを含み、所定
の時間間隔で検出手段３により検出された静電容量とデ
ータとに基づいて駆動信号の周波数および電圧を設定す
るようにしたものである。

【０００６】

【作用】予め超音波モータ１の温度を変化させて試験を
行い、種々の温度における圧電体の静電容量に対する駆
動信号の周波数および電圧のデータを採取しておき、運
転時に所定の時間間隔で検出された圧電体の静電容量と
データとに基づいて駆動信号の周波数および電圧を設定
し、その駆動信号を超音波モータ１に印加して駆動す
る。これによって、超音波モータに温度検出器を設けず
に温度変化による回転数変動を抑制することができる。

【０００７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段および作用の項では、本発明を分り
やすくするために実施例の図を用いたが、これにより本
発明が実施例に限定されるものではない。

【０００８】

【実施例】図１は一実施例の構成を示す。この実施例で
は、回転型超音波モータを例に上げて説明する。回転型
超音波モータ１は、圧電体１ａおよびこの圧電体１ａの
励振によって進行性振動波を発生する不図示の弾性体か
ら成るステータと、このステータに加圧接触され、進行
性振動波によって回転駆動される不図示のロータとから
構成される。また、超音波モータ１の駆動制御装置は、
駆動信号を発生して圧電体１ａに設けられた入力電極１
ｂ，１ｃに印加する駆動回路２と、超音波モータ１の圧
電体１ａの静電容量を検出する静電容量計測回路３と、
検出された静電容量に基づいて超音波モータ１に印加す
る駆動信号の電圧および周波数を設定し、駆動回路２へ
制御信号を出力する制御回路４とを備える。

【０００９】駆動回路２は、図２に示すように、制御回
路４の制御信号に従って周波信号を発生する発振器２ａ
と、その周波信号の位相を変える移相器２ｂと、発振器
２ａからの周波信号と移相器２ｂを介して得られた異な
る位相の周波信号とをそれぞれ増幅して駆動信号を出力
する増幅器２ｃ，２ｄとから構成され、駆動信号を超音
波モータ１の入力電極１ｂ，１ｃに印加する。

【００１０】図３は静電容量計測回路３の構成を示す。
この静電容量計測回路３は、充放電法により静電容量を
計測する回路であり、シュミットトリガ回路３ａと、カ
ウンタ３ｂと、パルス発生回路３ｃとから構成される。
シュミットトリガ回路３ａは超音波モータ１の圧電体１
ａと抵抗器Ｒとによって非安定マルチバイブレータを構
成し、圧電体１ａの静電容量Ｃおよび抵抗器Ｒの抵抗値
により決まる周波数で発振し、周波信号をカウンタ３ｂ
に出力する。カウンタ３ｂは、パルス発生回路３ｃから
入力するクロックパルス信号の所定時間間隔ごとに周波
信号をカウントし、圧電体１ａの静電容量Ｃを示すカウ
ント値を制御回路４へ出力する。

【００１１】図４は静電容量計測回路の他の実施例を示
す。この静電容量計測回路３Ａは反転増幅回路の変形回
路であり、増幅器Ａ１と交流電源Ｇ１とから構成され
る。交流電源Ｇ１により所定の周波数の電圧を超音波モ
ータ１に印加すると、静電容量計測回路３Ａは圧電体１
ａの静電容量Ｃに応じた電圧を発生し、制御回路４へ出
力する。図５〜７に示す静電容量計測回路３Ｂ〜３Ｄ
は、ＤＣ成分を除去して測定精度を上げるように図４に
示す静電容量計測回路３Ａを改良したものである。

【００１２】図８は制御回路４の構成を示す。制御回路
４は、図９，１０に示す圧電体１ａの静電容量Ｃに対す
る駆動周波数ｆｖおよび駆動電圧Ｖの関係を記憶する記
憶回路４ａと、静電容量計測回路３に静電容量Ｃの計測
を行わせる時間間隔を制御する測定間隔制御回路４ｂ
と、記憶回路４ａの記憶内容を参照して静電容量計測回
路３で計測された静電容量Ｃに対応する駆動周波数ｆｖ
および駆動電圧Ｖを演算する演算回路４ｃとを備え、駆
動回路２へ駆動周波数ｆｖと駆動電圧Ｖの制御信号を出
力する。なお、測定間隔制御回路４ｂは一般的なインタ
ーバルタイマーを使用すればよい。また、測定間隔を温
度に依存する形式で行う場合は、回転許容誤差より求め
られる許容温度変動量と、超音波モータの熱容量から求
めた測定間隔で静電容量測定を行わせるように計測間隔
を設定するとよい。

【００１３】ここで、超音波モータの温度Ｔと、圧電体
の静電容量Ｃ、駆動周波数ｆｖおよび駆動電圧Ｖとの関
係について説明する。図１１は超音波モータの動作温度
Ｔと圧電体の静電容量Ｃとの関係を示し、図１２は超音
波モータの駆動周波数ｆｖに対する回転数Ｎの出力特性
を示し、図１３は超音波モータの駆動電圧Ｖに対する回
転数Ｎの出力特性を示す。超音波モータはその温度が変
化すると、図１１に示すように圧電体の静電容量Ｃが変
化する。今、超音波モータの温度がＴ１からＴ２、Ｔ３
の順に高くなると、静電容量もＣ１、Ｃ２、Ｃ３の順に
高くなるとともに、超音波モータの回転数Ｎが変動す
る。設定回転数Ｎ１を維持するためには、温度変化Ｔ１
〜Ｔ３に応じて図１２に示すように駆動周波数ｆｖをｆ
１からｆ３に変化させるとともに、図１３に示すように
駆動電圧ＶをＶ１からＶ３に変化させなければならな
い。

【００１４】そこで、予め超音波モータの温度を変化さ
せて試験を行い、図９，１０に示すように静電容量Ｃに
対する駆動周波数ｆｖおよび駆動電圧Ｖのデータを求め
ておき、静電容量計測回路３で計測された静電容量Ｃに
対応する駆動周波数ｆｖおよび駆動電圧Ｖを設定すれ
ば、温度変化による回転数変動を抑制することができ、
予め設定した回転数Ｎ１で超音波モータを安定に駆動す
ることができる。

【００１５】次に、図１４を参照して実施例の動作を説
明する。制御回路４に駆動命令信号および回転数Ｎ１の
回転数信号が供給されると、ステップＳ１で測定間隔制
御回路４ｂをリセットし、続くステップＳ２で静電容量
計測回路３で圧電体１ａの静電容量Ｃを計測する。計測
された静電容量ＣはステップＳ３で制御回路４へ送出さ
れる。制御回路４はステップＳ４で静電容量Ｃを受理す
ると、ステップＳ５で記憶回路４ａに記憶されている図
９，１０に示すデータを参照し、計測された静電容量Ｃ
に対応する駆動周波数ｆｖおよび駆動電圧Ｖを算出す
る。

【００１６】ステップＳ６で、制御回路４は算出した駆
動周波数ｆｖおよび駆動電圧Ｖの制御信号を駆動回路２
へ出力し、ステップＳ７で、駆動回路２は制御信号に基
づいて駆動信号を生成し、超音波モータ１の入力電極１
ｂ，１ｃに印加して駆動する。ステップＳ８において、
不図示の回転数検出器で検出された超音波モータ１の回
転数Ｎが設定回転数Ｎ１か否かを判別し、超音波モータ
１の駆動状態が指示どおりであればステップＳ１１へ進
み、そうでなければステップＳ９へ進む。ステップＳ９
では、測定間隔制御回路４ｂにより静電容量Ｃを計測す
べき時刻か否かを判別し、再計測時刻であればステップ
Ｓ１へ戻り、そうでなければステップＳ１０へ進む。ス
テップＳ１０では、演算回路４ｃで超音波モータ１の回
転数Ｎが設定値Ｎ１となるように駆動周波数ｆｖおよび
駆動電圧Ｖを算出し、ステップＳ６へ進む。一方、ステ
ップＳ１１では駆動命令信号が供給されているか否か、
すなわち駆動制御を終了するか否かを判別し、終了であ
れば超音波モータ２の駆動制御を停止し、終了でなけれ
ばステップＳ９へ戻る。

【００１７】このように、予め超音波モータの温度を変
化させて試験を行い、静電容量に対する駆動周波数およ
び駆動電圧のデータを採取しておく。そして、駆動時に
計測して得られた静電容量に対応する駆動周波数および
駆動電圧を設定し、超音波モータを駆動するようにした
ので、超音波モータに温度検出器を設けずに温度変化に
よる回転数変動を抑制することができ、予め設定した回
転数で超音波モータを安定に駆動することができる。

【００１８】なお、上記実施例では超音波モータの回転
数を制御量としたが、出力トルク、あるいは駆動信号と
圧電体上に設けられた検出電極の出力電圧との位相差を
制御量としてもよい。

【００１９】また、上記実施例では計測した圧電体の静
電容量に基づいて駆動周波数および駆動電圧を設定した
が、駆動電圧を一定にして検出静電容量に基づいて駆動
周波数だけを設定するようにしてもよい。

【００２０】以上の実施例の構成において、駆動回路２
が駆動手段を、静電容量計測回路３〜３Ｄが検出手段
を、制御回路４が制御手段を、記憶回路４ａが記憶手段
を、測定間隔制御回路４ｂが測定間隔制御手段をそれぞ
れ構成する。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
音波モータの圧電体の静電容量を検出し、検出された静
電容量に基づいて超音波モータに印加する駆動信号の周
波数および電圧を設定するようにしたので、超音波モー
タに温度検出器を設けずに温度変化による回転数変動を
抑制することができ、予め設定した設定回転数で超音波
モータを安定に駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の構成を示すブロック図。

【図２】駆動回路の構成を示すブロック図。

【図３】静電容量計測回路の構成を示すブロック図。

【図４】他の静電容量計測回路の構成を示すブロック
図。

【図５】他の静電容量計測回路の構成を示すブロック
図。

【図６】他の静電容量計測回路の構成を示すブロック
図。

【図７】他の静電容量計測回路の構成を示すブロック
図。

【図８】制御回路の構成を示すブロック図。

【図９】超音波モータの圧電体の静電容量に対する駆動
周波数を示す図。

【図１０】超音波モータの圧電体の静電容量に対する駆
動電圧を示す図。

【図１１】超音波モータの圧電体の温度と静電容量との
関係を示す図。

【図１２】超音波モータの駆動周波数に対する回転数を
示す図。

【図１３】超音波モータの駆動電圧に対する回転数を示
す図。

【図１４】実施例の動作を示すフローチャート。

【符号の説明】

１ 超音波モータ １ａ 圧電体 １ｂ，１ｃ 入力電極 ２ 駆動回路 ２ａ 発振器 ２ｂ 移相器 ２ｃ，２ｄ，Ａ１，Ａ２ 増幅器 ３，３Ａ〜３Ｄ 静電容量計測回路 ３ａ シュミットトリガ回路 ３ｂ カウンタ ３ｃ パルス発生回路 ４ 制御回路 ４ａ 記憶回路 ４ｂ 測定間隔制御回路 ４ｃ 演算回路 Ｇ１ 交流電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波モータに駆動信号を印加して駆動
   する駆動手段を備えた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圧電体の静電容量を検出する検出手
   段と、 この検出手段で検出された静電容量に基づいて前記駆動
   信号の周波数および電圧を設定する制御手段とを備える
   ことを特徴とする超音波モータの駆動制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波モータの駆動制
   御装置において、 前記制御手段は、前記検出手段に所定の時間間隔で静電
   容量の検出を行わせる測定間隔制御手段と、種々の温度
   における前記圧電体の静電容量に対する駆動信号の周波
   数および電圧のデータを記憶する記憶手段とを含み、前
   記所定の時間間隔で前記検出手段により検出された静電
   容量と前記データとに基づいて前記駆動信号の周波数お
   よび電圧を設定することを特徴とする超音波モータの駆
   動制御装置。