JPH0710192B2 - 超音波モータの駆動電源装置 - Google Patents
超音波モータの駆動電源装置Info
- Publication number
- JPH0710192B2 JPH0710192B2 JP2202376A JP20237690A JPH0710192B2 JP H0710192 B2 JPH0710192 B2 JP H0710192B2 JP 2202376 A JP2202376 A JP 2202376A JP 20237690 A JP20237690 A JP 20237690A JP H0710192 B2 JPH0710192 B2 JP H0710192B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic motor
- switching
- stator
- voltage
- driving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術分野） 本発明は、超音波振動による進行波を利用した超音波モ
ータを駆動するための駆動電源装置に関するものであ
る。
ータを駆動するための駆動電源装置に関するものであ
る。
（従来技術とその問題点） まず超音波モータの基本構成について説明する。
第１図は超音波モータの構造の概要を示す斜視図であ
る。図において、101は回転する部分のロータであり、1
02は弾性体により形成されたステータである。103は圧
電素子であり、リング状圧電体3bにアース用電極3aと駆
動用交流電圧を印加するための電極3cが設けられてい
る。駆動電圧を印加する電極3cは２つに分割されてい
る。ステータ102とアース用電極3aとは接着剤等により
固着されている。アース電極3aと２つに分割された電極
3cとの間にはそれぞれ静電容量が存在しこれを制動容量
と呼んでいる。この２つに分割された電極3cの両端子
D1,D2と電極3aの接地端子Ｅとの間に、ステータ102の機
械的共振周波数に等しい周波数で互いにπ/2（rad）の
位相差を有する２つの交流電圧をそれぞれ印加すると、
ステータ102は共振して進行波が発生する。そのためス
テータ102に圧接されているロータ101は波が物体を運ぶ
ような力を受けて軸104を中心にして回転する。この回
転はロータ101に固定されている軸104により外部へ伝達
される。
る。図において、101は回転する部分のロータであり、1
02は弾性体により形成されたステータである。103は圧
電素子であり、リング状圧電体3bにアース用電極3aと駆
動用交流電圧を印加するための電極3cが設けられてい
る。駆動電圧を印加する電極3cは２つに分割されてい
る。ステータ102とアース用電極3aとは接着剤等により
固着されている。アース電極3aと２つに分割された電極
3cとの間にはそれぞれ静電容量が存在しこれを制動容量
と呼んでいる。この２つに分割された電極3cの両端子
D1,D2と電極3aの接地端子Ｅとの間に、ステータ102の機
械的共振周波数に等しい周波数で互いにπ/2（rad）の
位相差を有する２つの交流電圧をそれぞれ印加すると、
ステータ102は共振して進行波が発生する。そのためス
テータ102に圧接されているロータ101は波が物体を運ぶ
ような力を受けて軸104を中心にして回転する。この回
転はロータ101に固定されている軸104により外部へ伝達
される。
このようた超音波モータを駆動するための駆動電源装置
には、Ａ級やＢ級の増幅器が使用されることはなく、そ
の効果を高めるため直流をスイッチングすることにより
所定の駆動用交流電圧を得るインバータ方式の電源装置
が使用される。
には、Ａ級やＢ級の増幅器が使用されることはなく、そ
の効果を高めるため直流をスイッチングすることにより
所定の駆動用交流電圧を得るインバータ方式の電源装置
が使用される。
第２図は従来の電源装置の回路構成例を示す回路図であ
る。この例は、４個のスイッチング素子により２組のプ
ッシュプル回路を構成した方式の例である。図におい
て、１は所定の周波数の交流電圧を発生す発振器であ
る。２は、発振器２からの交流電圧を所定のタイミング
の４種類のスイッチングパルスに交換して出力するスイ
ッチング信号発生器である。スイッチング信号発生器２
の端子21,22からは、スイッチング素子である２つのト
ランジスタ3,3′を交互にON−OFF制御するスイッチング
パルスが出力される。また、端子23,24からも同様に２
つのトランジスタ4,4′を交互にON−OFF制御するスイッ
チングパルスが出力される。ただし、これらの２組のプ
ッシュプル回路の出力は、出力トランス6,6′の出力端
子61,62から得られる２つの交流電圧の位相差がπ/2（r
ad）になるようにスイッチングパルスのタイミングが設
定されている。
る。この例は、４個のスイッチング素子により２組のプ
ッシュプル回路を構成した方式の例である。図におい
て、１は所定の周波数の交流電圧を発生す発振器であ
る。２は、発振器２からの交流電圧を所定のタイミング
の４種類のスイッチングパルスに交換して出力するスイ
ッチング信号発生器である。スイッチング信号発生器２
の端子21,22からは、スイッチング素子である２つのト
ランジスタ3,3′を交互にON−OFF制御するスイッチング
パルスが出力される。また、端子23,24からも同様に２
つのトランジスタ4,4′を交互にON−OFF制御するスイッ
チングパルスが出力される。ただし、これらの２組のプ
ッシュプル回路の出力は、出力トランス6,6′の出力端
子61,62から得られる２つの交流電圧の位相差がπ/2（r
ad）になるようにスイッチングパルスのタイミングが設
定されている。
出力トランス6,6′からの交流電圧は、それぞれ超音波
モータ７の２つの端子D1,D2に印加される。５は出力ト
ランス6,6′の中間タップからトランジスタ3,3′と4,
4′に直流電圧を印加する直流電源接続線である。
モータ７の２つの端子D1,D2に印加される。５は出力ト
ランス6,6′の中間タップからトランジスタ3,3′と4,
4′に直流電圧を印加する直流電源接続線である。
このような従来の回路構成では、スイッチング素子とな
るトランジスタが４個必要であり、またスイッチングパ
ルスが４種類も必要であるため、回路が複雑になり、小
形化が困難であり経済性を改善することが困難である。
るトランジスタが４個必要であり、またスイッチングパ
ルスが４種類も必要であるため、回路が複雑になり、小
形化が困難であり経済性を改善することが困難である。
（発明の目的） 本発明は、これらの欠点を解決し、超音波モータを駆動
するための小形で経済的な駆動電源装置を提供すること
が目的である。
するための小形で経済的な駆動電源装置を提供すること
が目的である。
（発明の構成および作用） 第３図は本発明の実施例を示す回路図である。図におい
て、９は発振器であり、所定の周波数の交流電圧が出力
される。10はスイッチング信号発生器であり、発振器９
からの交流電圧を所定のタイミングの２種類のスイッチ
ングパルスに変換して出力する。すなわち、スイッチン
グ信号発生器10の端子31,32からは、スイッチング素子
である２つのトランジスタ11,12を互いに1/4周期の差で
ON−OFF制御するスイッチングパルスが出力される。14,
14′は出力トランスであり、１次側がトランジスタ11,1
2の負荷として接続されている。この場合にも前述と同
様に出力トランス14,14′の出力端子15,15′から得られ
る２つの交流電圧の位相差がπ/2（rad）になるように
２つのスイッチングパルスのタイミングが設定されてい
る。この交流電圧は超音波モータ７の圧電素子の２つの
端子D1,D2に駆動電圧として各々印加される。13は出力
トランス14,14′の１次側巻線を介してトランジスタ11,
12のコレクタに直流電圧を印加する直流電源接続線であ
り、プッシュプル構成でないので、従来のトランスのよ
うな中間タップは必要としない。
て、９は発振器であり、所定の周波数の交流電圧が出力
される。10はスイッチング信号発生器であり、発振器９
からの交流電圧を所定のタイミングの２種類のスイッチ
ングパルスに変換して出力する。すなわち、スイッチン
グ信号発生器10の端子31,32からは、スイッチング素子
である２つのトランジスタ11,12を互いに1/4周期の差で
ON−OFF制御するスイッチングパルスが出力される。14,
14′は出力トランスであり、１次側がトランジスタ11,1
2の負荷として接続されている。この場合にも前述と同
様に出力トランス14,14′の出力端子15,15′から得られ
る２つの交流電圧の位相差がπ/2（rad）になるように
２つのスイッチングパルスのタイミングが設定されてい
る。この交流電圧は超音波モータ７の圧電素子の２つの
端子D1,D2に駆動電圧として各々印加される。13は出力
トランス14,14′の１次側巻線を介してトランジスタ11,
12のコレクタに直流電圧を印加する直流電源接続線であ
り、プッシュプル構成でないので、従来のトランスのよ
うな中間タップは必要としない。
次に、詳細な動作説明を行う。第４図は第３図の回路の
各部の波形を示す波形図である。図において、（ａ）は
発振器９の出力波形であり、例えば超音波モータの駆動
周波数の４倍の周波数である。（ｂ），（ｃ），（ｄ）
はスイッチング信号発生器10の内部のディジタル処理の
経過を示す波形であり、（ｂ）は（ａ）を1/2分周した
波形で（ｃ）は逆位相の波形である。これはフリップフ
ロップ１段で簡単に得ることができる。（ｄ）は（ｂ）
を更に1/2分周した波形である。ここで、波形（ｂ）及
び（ｃ）と波形（ｄ）とそれぞれANDをとるとスイッチ
ング信号発生器10の出力としてスイッチングパルス
（ｅ）と（ｆ）が出力端子31と32に現れる。この２つの
スイッチングパルス（ｅ），（ｆ）は1/4周期のパルス
幅を有し、かつ所望の２つの駆動電圧すなわち出力トラ
ンス14,14′の出力波形（ｇ），（ｈ）が互いにπ/2（r
ad）の位相差となるようなタイミングでトランジスタ1
1,12をON−OFF制御する。
各部の波形を示す波形図である。図において、（ａ）は
発振器９の出力波形であり、例えば超音波モータの駆動
周波数の４倍の周波数である。（ｂ），（ｃ），（ｄ）
はスイッチング信号発生器10の内部のディジタル処理の
経過を示す波形であり、（ｂ）は（ａ）を1/2分周した
波形で（ｃ）は逆位相の波形である。これはフリップフ
ロップ１段で簡単に得ることができる。（ｄ）は（ｂ）
を更に1/2分周した波形である。ここで、波形（ｂ）及
び（ｃ）と波形（ｄ）とそれぞれANDをとるとスイッチ
ング信号発生器10の出力としてスイッチングパルス
（ｅ）と（ｆ）が出力端子31と32に現れる。この２つの
スイッチングパルス（ｅ），（ｆ）は1/4周期のパルス
幅を有し、かつ所望の２つの駆動電圧すなわち出力トラ
ンス14,14′の出力波形（ｇ），（ｈ）が互いにπ/2（r
ad）の位相差となるようなタイミングでトランジスタ1
1,12をON−OFF制御する。
このように従来のようなプッシュプル動作を用いないで
１石形インバータによって駆動用交流電圧を得ることは
本発明の主要な特徴である。
１石形インバータによって駆動用交流電圧を得ることは
本発明の主要な特徴である。
さらに、超音波モータ７を駆動するための２つの入力端
子には、内部のステータ102に固着されている圧電素子1
03の制動容量（Cd）がそれぞれ並列に形成されており、
この制動容量と出力トランス14,14′の出力側インダク
タンスとにより形成される並列共振回路の電気的共振周
波数が各々超音波モータのステータ102に発生させる進
行波の機械的共振周波数とほぼ一致するようにトランス
14,14′の出力側インダクタンスの値が設定されてい
る。すなわち、第４図の波形（ｇ）と（ｈ）がステータ
102の機械的共振周波数と同じ周期になるようにトラン
ジスタ11,12をON−OFFさせる。
子には、内部のステータ102に固着されている圧電素子1
03の制動容量（Cd）がそれぞれ並列に形成されており、
この制動容量と出力トランス14,14′の出力側インダク
タンスとにより形成される並列共振回路の電気的共振周
波数が各々超音波モータのステータ102に発生させる進
行波の機械的共振周波数とほぼ一致するようにトランス
14,14′の出力側インダクタンスの値が設定されてい
る。すなわち、第４図の波形（ｇ）と（ｈ）がステータ
102の機械的共振周波数と同じ周期になるようにトラン
ジスタ11,12をON−OFFさせる。
第３図には図示を省略したが、超音波モータ７の制動容
量Cdのばらつきを補正し、かつ周囲温度に対する並列共
振周波数の変化を補償するためのコンデンサを並列に付
加することにより安定度を向上することができる。
量Cdのばらつきを補正し、かつ周囲温度に対する並列共
振周波数の変化を補償するためのコンデンサを並列に付
加することにより安定度を向上することができる。
（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明を実施することによ
り、スイッチング素子が４個も必要とする従来のプッシ
ュプル方式の装置に比較しその半分の２個で構成され、
さらにスイッチング信号発生器から出力するスイッチン
グパルスの種類も半分で済むため、著しい小形化を実現
することができ経済的効果も極めて大きい。
り、スイッチング素子が４個も必要とする従来のプッシ
ュプル方式の装置に比較しその半分の２個で構成され、
さらにスイッチング信号発生器から出力するスイッチン
グパルスの種類も半分で済むため、著しい小形化を実現
することができ経済的効果も極めて大きい。
第１図は超音波モータの概要を示す斜視図、第２図は従
来の回路例図、第３図は本発明の実施例を示す回路図、
第４図は第３図の回路の各部の波形例図である。 1,9……発振器、2,10……スイッチング信号発生器、3,
3′,4,4′,11,12……トランジスタ、5,13……直流電源
接続線、6,6′,14,14′……出力トランス、７……超音
波モータ、15,15′,21,22,23,24,31,32,61,62……端
子、101……ロータ、102……ステータ、103……圧電素
子、104……軸。
来の回路例図、第３図は本発明の実施例を示す回路図、
第４図は第３図の回路の各部の波形例図である。 1,9……発振器、2,10……スイッチング信号発生器、3,
3′,4,4′,11,12……トランジスタ、5,13……直流電源
接続線、6,6′,14,14′……出力トランス、７……超音
波モータ、15,15′,21,22,23,24,31,32,61,62……端
子、101……ロータ、102……ステータ、103……圧電素
子、104……軸。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−69271（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−176471（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−139178（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−179282（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−60491（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−60492（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】ステータに固着された圧電素子に２つの交
流駆動電圧を与えることによって該ステータに進行波を
発生させ該ステータに圧接されたロータを回転させる超
音波モータを駆動するために、 所定の周波数の交流電圧を出力する発振器と、 該発振器からの交流電圧を前記２つの交流駆動電圧が互
いにπ/2ラジアンの位相差となるような位相差を有する
とともにそれぞれ1/4周期のパルス幅を有する２つのス
イッチングパルスに変換して出力するスイッチング信号
発生器と、 該２つのスイッチングパルスによってそれぞれパルスが
あるときにオンとなるようにオン・オフ制御される２つ
のスイッチング素子と、 該２つのスイッチング素子の出力側のそれぞれの負荷と
なる１次側巻線と、該１次側巻線に流れる電流によって
誘起される電圧が前記超音波モータの圧電素子に供給さ
れる駆動電圧として出力されるとともに前記超音波モー
タの前記圧電素子の制動容量とによってそれぞれ並列共
振回路が形成されるようなインダクタンス値の２次側巻
線とを有する２つの出力トランスと を備えて、前記並列共振回路の電気的共振周波数が前記
ステータの機械的共振周波数にほぼ一致するように設定
された超音波モータの駆動電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2202376A JPH0710192B2 (ja) | 1990-08-01 | 1990-08-01 | 超音波モータの駆動電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2202376A JPH0710192B2 (ja) | 1990-08-01 | 1990-08-01 | 超音波モータの駆動電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0488891A JPH0488891A (ja) | 1992-03-23 |
| JPH0710192B2 true JPH0710192B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=16456474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2202376A Expired - Lifetime JPH0710192B2 (ja) | 1990-08-01 | 1990-08-01 | 超音波モータの駆動電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0710192B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60176471A (ja) * | 1984-02-21 | 1985-09-10 | Canon Inc | 超音波モータ用駆動装置 |
| JPS631379A (ja) * | 1986-06-03 | 1988-01-06 | Toshio Sashita | 超音波モ−タ用駆動回路 |
| JPH03139178A (ja) * | 1989-10-23 | 1991-06-13 | Canon Inc | 振動波モータの駆動回路 |
-
1990
- 1990-08-01 JP JP2202376A patent/JPH0710192B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0488891A (ja) | 1992-03-23 |
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