JPH0678571A

JPH0678571A - 超音波モータの駆動回路

Info

Publication number: JPH0678571A
Application number: JP4227044A
Authority: JP
Inventors: Morihiko Ogasawara; 守彦小笠原
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1994-03-18
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: JP2866534B2

Abstract

(57)【要約】【目的】超音波モータを低速駆動する際にロータのス
リップ音を低減できる駆動回路を提供する。【構成】位相が互いに９０゜異なる超音波モータの駆
動電流を発生するためにパルス発振回路４と電力増幅回
路７とから構成された第１駆動電流発生回路と、９０゜
移相器５と電力増幅回路８とから構成された第２駆動電
流発生回路に、微少な駆動時間と休止時間とを交互に設
定し、両駆動電流発生回路からの駆動電流を駆動時間に
のみ発生させるタイマ回路２を接続する。また、駆動電
流の周波数を、各間欠駆動時における起動側と停止側が
超音波モータ９の共振周波数よりも低い値となり、且つ
その中間時が超音波モータ９の共振周波数と大略等しい
値となるように変調する周波数変調回路として、スイー
プ回路３を両駆動電流発生回路に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータを低速で
駆動するための電気回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、リング状の進行波型超音波モー
タは、電磁モータに比較して低速・高トルクが得られる
という特徴を有している。超音波モータは、種々の分野
でその特性を生かした形での実用化が図られており、例
えばカメラの分野では、撮影レンズ駆動の駆動源として
既に実用化されている。

【０００３】これに対し、このリング状進行波型超音波
モータを、例えば、自動車の格納式ドアミラーでミラー
本体を保持するミラーハウジングを車体に対して起立し
た姿勢と格納した姿勢との間で回転駆動するための機構
の駆動源として用いる場合、モータ直結ではミラーハウ
ジングの動作が急速になりすぎ、実用に適さないという
問題が生じる。

【０００４】このように、電磁モータに比較して低速回
転が得られるという超音波モータを用いても、用途によ
っては被駆動物の動作速度が速くなりすぎる場合があ
る。このような場合に、超音波モータの出力側に減速機
構を設けるのは、装置の大型化やコストアップを招き、
超音波モータの特性を生かせないことになるため好まし
くない。そこで、このような機構的な手法をとらず、微
小時間毎に休止時間のある交流電流を発生するように回
路制御を行って超音波モータを間欠駆動し、超音波モー
タを見かけ上低速で回転駆動する方法が提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、リング状の
進行波型超音波モータは、弾性リングの裏面に圧電素子
を貼着してなるステータと、ステータの表面に圧接する
ロータとから構成され、圧電素子に分割して設けた対向
電極に互いに９０゜位相の異なる電圧を印加することに
よってステータの表面に進行波を発生させ、この進行波
発生時にロータを摩擦力で回転駆動するようになってい
る。しかし、このようにロータの駆動力を摩擦力から得
ているので、起動時と停止時には、ロータに対して急激
に慣性モーメントが働いてロータがステータに対して滑
る場合がある。そのため、超音波モータを間欠駆動する
と、ロータがステータに対して起動と停止を繰り返すた
めにロータのスリップが連続して生じ、スリップ音が発
生するという問題が生じる。

【０００６】したがって、本発明の解決すべき技術的課
題は、超音波モータを低速駆動する回路であって、スリ
ップ音を低減できる駆動回路を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上述の技
術的課題を解決するため、本発明に係る超音波モータの
駆動回路は、駆動電流として、サイン波カーブの交流電
流を発生する第１駆動電流発生回路と、このサイン波電
流に対して位相が９０゜異なるコサイン波カーブの交流
電流を発生する第２駆動電流発生回路とを有する超音波
モータの駆動回路であって、以下のように構成されたこ
とを特徴としている。

【０００８】すなわち、第１及び第２駆動電流発生回路
に連結されるとともに、微少な駆動時間と休止時間とを
交互に設定し、第１及び第２駆動電流発生回路からの駆
動電流を駆動時間にのみ発生させるタイマ回路を有して
いる。そして、第１及び第２駆動電流発生回路に連結さ
れるとともに、駆動電流の周波数を、各間欠駆動時にお
ける起動側と停止側が超音波モータの共振周波数よりも
低い値となり、且つその中間時が超音波モータの共振周
波数と大略等しい値となるように変調する周波数変調回
路を備えている。なお、間欠駆動時における駆動電流の
起動側と停止側の中間時の周波数は、超音波モータの共
振周波数よりも僅かに高い値であることが好ましい。

【０００９】上記構成においては、タイマ回路により設
定された駆動時間にのみ、サイン波カーブの交流電流と
コサイン波カーブの交流電流が、それぞれ超音波モータ
の駆動電流として第１、第２駆動電流発生回路から発さ
れる。この駆動電流は、周波数が変調されて、各間欠駆
動時における起動側と停止側の周波数が超音波モータの
共振周波数よりも低く、その中間時が超音波モータの共
振周波数と大略等しくなっている。

【００１０】このように、各間欠駆動時の起動時と停止
時の駆動電流の周波数が超音波モータの共振周波数より
も低い値に定められているので、起動時及び停止時に
は、超音波モータのロータに対してステータから急激に
強いトルクが伝えられることはなく、従来の駆動回路で
はこの時に発生していたロータのスリップが抑えられ
る。したがって、超音波モータを間欠駆動してもスリッ
プ音の発生が低減できる。また、起動時と停止時の中間
時には、駆動電流の周波数が超音波モータの共振周波数
とほぼ等しい値となるので、ロータに対してステータか
ら十分に強いトルクが伝達される。特に、この中間時の
駆動電流の周波数を超音波モータの共振周波数よりも僅
かに高い値に設定した場合には、ロータを確実に最大ト
ルクで回転させ、超音波モータとしての十分な駆動トル
クを保障できる。

【００１１】また、上記構成においては、第１、第２駆
動電流発生回路に、駆動電流の低周波数領域の振幅、す
なわち電圧を減衰させる振幅変調回路を設けることが好
ましい。このように構成すれば、各間欠駆動時の起動側
と停止側においてのみ、ステータからロータに伝達され
る駆動トルクをさらに低減できるから、ロータのスリッ
プによる音の発生をさらに確実に低減できる。

【００１２】

【実施例】以下に、図１及び図２に示した本発明の一実
施例に係る超音波モータの駆動回路について詳細に説明
する。

【００１３】図１は、この駆動回路を示すブロック図、
図２は図１に示した各回路からの出力信号を示すタイム
チャートである。この駆動回路では、図１に示すよう
に、バッテリーＢが、安定した電圧を得るための定電圧
回路１と、電力増幅回路７,８とに接続されている。定
電圧回路１は、タイマ回路２、スイープ回路３、パルス
発振回路４及び９０゜移相器５のそれぞれと接続され、
各回路２,３,４,５に安定した電圧を印加する。

【００１４】タイマ回路２は、出力側がスイープ回路
(周波数変調回路)３の入力側と接続され、スイープ回路
３は、出力側がパルス発振回路４の入力側と接続されて
いる。パルス発振回路４は、出力側が第１の電力増幅回
路７と９０゜移相器５の各入力側と接続され、９０゜移相
器５は、出力側が第２の電力増幅回路８の入力側と接続
されている。パルス発振回路４と第１電力増幅回路７に
より、第１の駆動電流発生回路が構成され、９０゜移相
器５と第２の電力増幅回路８により、第２の駆動電流発
生回路が構成されている。そして、両駆動電流発生回路
の出力側、つまり両電力増幅回路７,８の出力側が、超
音波モータ９の圧電素子が有する対向電極に接続されて
いる。なお、上記各回路のうち破線で囲った部分６は、
マイクロコンピュータや、マイクロコンピュータを内蔵
したプログラマブル発振器などで構成することができ
る。

【００１５】次に、この回路による超音波モータ９の動
作について、図２に示したタイムチャートを用いて説明
する。各信号Ａ〜Ｅは、図１の各回路に付した符号Ａ〜
Ｅと対応している。まず、タイマ回路２は、駆動時間t₁
と休止時間t₂とからなる微少な単位時間Ｔを繰り返し設
定して、超音波モータ９を間欠駆動するために、駆動時
間t₁のみハイレベルとなるパルス信号Ｃを発生し、この
信号Ｃをスイープ回路３に送り込む。スイープ回路３で
は、このパルス信号Ｃがハイレベルのときに、駆動時間
t₁の前半に電圧が直線的に増加し、後半に直線的に低下
する直流電流が信号Ａとして出力される。そして、この
信号Ａがパルス発振回路４に印加されることにより、パ
ルス発振回路４から、時間t₁の両側、つまり起動側と停
止側ほど周波数が低く、且つ幅が広く変調されたパルス
信号Ｂが出力される。

【００１６】この信号Ｂが電力増幅回路７に入力され、
電力増幅回路７からは、このパルスに対応して、時間t₁
の両側部分ほど周波数の低くなったサイン波カーブの交
流電流Ｄが出力されて、その電圧が、超音波モータ９の
圧電素子が有する第１の電極に印加される。また、パル
ス発振回路４からの出力パルスＢは９０゜移相器５にも
入力される。９０゜移相器５には正逆信号が送られてお
り、そこで得られた出力パルス(パルスＢと位相が９０゜
異なる)が第２の電力増幅回路８に入力される。そし
て、この電力増幅回路８では、第１の電力増幅回路７か
らの出力信号と位相が９０゜異なるコサイン波カーブの
交流電流Ｅが出力され、その電圧が超音波モータ９の圧
電素子が有する第２の電極に印加される。

【００１７】電力増幅回路７,８で発生した電流は、時
間t₁の両側部分の周波数fminが超音波モータ９の共振周
波数(以下f₀とする)よりも低く、時間t₁の中央部分の周
波数fmaxがその共振周波数f₀よりも僅かに高い値に設定
されている。したがって超音波モータ９のステータは、
駆動電流の周波数が共振周波数f₀に達するまではロータ
を最大トルクで回すことはせず、共振周波数f₀に達した
ときに、最大トルクでロータを回転させる。また、共振
周波数f₀を過ぎた後はトルクが一旦僅かに低下するが、
駆動電流の周波数が再び共振周波数と一致したときにト
ルクが最大値となり、その後、トルクが徐々に低下しな
がら休止時間t₂になったときにロータの回転が停止す
る。

【００１８】以上の動作が微少時間Ｔ内に行なわれ、こ
の動作が時間Ｔを１単位として繰り返されるので、ロー
タは、見かけ上は低速でほぼ連続回転する。従来の方法
では、超音波モータを間欠駆動した場合、駆動電流の周
波数が超音波モータの共振周波数とほぼ一致していたた
めに、起動と停止の切り換え時にステータからロータに
対して瞬時に最大トルクが加えられ、その結果生じる滑
りによりスリップ音が発生していたが、本実施例では、
動作の切り換え時の駆動電流の周波数が共振周波数f₀よ
りも小さな値に定められていて、ロータに対して強いト
ルクが急激に加えられるのを防止するようにしているの
で、スリップ音の発生を低減できる。また、本実施例の
構成では、超音波モータを構成する圧電素子や弾性体に
製造誤差が生じたり、周囲温度などの環境の変化が生じ
たりして共振周波数f₀が変化しても、予めその共振周波
数をカバーできる範囲を見込んで駆動電流の周波数を設
定しておけば、それらの誤差を吸収できる。

【００１９】また、上記構成においては、図１に破線で
示すように、電力増幅段に、出力信号を例えばローパス
フィルタなどを介してフィードバックするフィードバッ
ク回路１０を設けることが好ましい。このフィードバッ
ク回路１０を設けることにより、駆動電流Ｄ及びＥを、
図２に示すように駆動時間t₁の起動側と停止側で振幅
(電圧)の小さな駆動電流Ｄ'及びＥ'に変換できる。した
がって、起動時と停止時にステータに加えられるトルク
をより小さくしてロータの滑りを抑えられるから、間欠
駆動時のスリップ音の発生をさらに確実に低減できる。

【００２０】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、互いに９０゜位相差のある交流電流を発生
する第１、第２の駆動電流発生回路４,５,７,８と、駆
動電流の発生時間と停止時間を設定するためのタイマー
回路２と、周波数変調回路３とを備えていれば、各回路
自体は、従来公知の回路を用いて種々変更することがで
きる。

【００２１】例えば、上記実施例では、スイープ回路３
からの出力信号によって周波数と幅とを変調したパルス
信号Ｂを発生させているが、パルス幅は必ずしも変調す
る必要はなく、その場合、パルス周波数変調のような従
来より一般的に用いられている方法で周波数のみを変調
すればよい。また、上記実施例では駆動電流発生回路
４,５,７,８にパルス発振回路４を用いたディジタル的
な手法をとっているが、アナログ的な手法で周波数変調
を行い、時間t₁の起動側と停止側の周波数の低い駆動電
流を発生させてもよい。さらに、駆動電流の振幅を変調
するのは、フィードバック回路１０を設ける以外にも、
パルス発振回路４に従来公知のパルス振幅変調回路を接
続して、その出力パルスを電力増幅回路７,８に入力す
るように構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る超音波モータの駆動
回路を示すブロック図である。

【図２】この駆動回路の出力信号を示すタイムチャー
トである。

【符号の説明】

１定電圧回路２タイマ回路３スイープ回路４パルス発振回路５９０゜移相器６マイクロコンピュ
ータ７,８電力増幅回路９超音波モータ１０フィードバック回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波モータ(9)の駆動電流としてサイ
ン波カーブの交流電流を発生する第１駆動電流発生回路
(4,7)と、該サイン波電流に対して位相が９０゜異なるコ
サイン波カーブの交流電流を発生する第２駆動電流発生
回路(5,8)とを有する超音波モータの駆動回路におい
て、上記第１及び第２駆動電流発生回路(4,7,5,8)に連結さ
れるとともに、微少な駆動時間(t₁)と休止時間(t₂)とを
交互に設定し、該第１及び第２駆動電流発生回路(4,7,
5,8)から駆動電流を該駆動時間(t₁)にのみ発生させるタ
イマ回路(2)と、上記第１及び第２駆動電流発生回路(4,7,5,8)に連結さ
れるとともに、上記駆動電流の周波数を、各間欠駆動時
における起動側と停止側が上記超音波モータ(9)の共振
周波数よりも低い値となり、且つその中間時が該超音波
モータ(9)の共振周波数と大略等しい値となるように変
調する周波数変調回路(3)とを備えたことを特徴とする
超音波モータの駆動回路。
【請求項２】上記第１、第２駆動電流発生回路(7,8)
は、上記駆動電流の低周波数領域の振幅を減衰させる振
幅変調回路(10)を備えたことを特徴とする請求項１記載
の超音波モータの駆動回路。