JPH07131987A - 超音波モータの駆動制御回路 - Google Patents
超音波モータの駆動制御回路Info
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- JPH07131987A JPH07131987A JP5276857A JP27685793A JPH07131987A JP H07131987 A JPH07131987 A JP H07131987A JP 5276857 A JP5276857 A JP 5276857A JP 27685793 A JP27685793 A JP 27685793A JP H07131987 A JPH07131987 A JP H07131987A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 超音波モータの駆動時において、安定かつ効
率よく超音波モータを駆動する。 【構成】 移動体の機械腕電流,センサ電極出力,外部
センサ出力等の回転速度情報と速度設定値を差動増幅器
52で差動増幅処理し、増幅処理後の値を積分器55で積算
処理し、加算器54で前記差動増幅処理した値と積算処理
した値を加算処理し、この値で超音波モータの駆動周波
数を調整して速度を制御することにより、信号の増幅度
を大きくする必要がなくなり、この結果、回転速度情報
にインパルス的なノイズの影響が出ても、安定かつ効率
よく超音波モータを回転させることができる。
率よく超音波モータを駆動する。 【構成】 移動体の機械腕電流,センサ電極出力,外部
センサ出力等の回転速度情報と速度設定値を差動増幅器
52で差動増幅処理し、増幅処理後の値を積分器55で積算
処理し、加算器54で前記差動増幅処理した値と積算処理
した値を加算処理し、この値で超音波モータの駆動周波
数を調整して速度を制御することにより、信号の増幅度
を大きくする必要がなくなり、この結果、回転速度情報
にインパルス的なノイズの影響が出ても、安定かつ効率
よく超音波モータを回転させることができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電体により励振され
た弾性振動を駆動力とする超音波モータの駆動制御回路
に関するものである。
た弾性振動を駆動力とする超音波モータの駆動制御回路
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、圧電セラッミク等の圧電体、及び
金属等の弾性基板により構成された振動体を交流電圧で
駆動して弾性振動を励振し、これを駆動力とする超音波
モータが注目されている。
金属等の弾性基板により構成された振動体を交流電圧で
駆動して弾性振動を励振し、これを駆動力とする超音波
モータが注目されている。
【0003】図3は超音波モータの縦断面図であり、1
は弾性基板であって、この弾性基板1の一面に圧電体2
を貼り合わせて振動体3を構成し、さらに弾性基板1の
他方の面に突起体1aが設置されている。4は弾性体、
5は耐摩耗性材料よりなる摩擦材であり、弾性体4と摩
擦材5とを貼り合わせて移動体6を構成している。7
は、外部に移動体6の回転力を伝達する出力伝達軸であ
り、移動体6の回転を安定に効率よく伝達するために突
起部7aが設けられており、出力取出部7bより外部に回
転を取り出すことが可能である。
は弾性基板であって、この弾性基板1の一面に圧電体2
を貼り合わせて振動体3を構成し、さらに弾性基板1の
他方の面に突起体1aが設置されている。4は弾性体、
5は耐摩耗性材料よりなる摩擦材であり、弾性体4と摩
擦材5とを貼り合わせて移動体6を構成している。7
は、外部に移動体6の回転力を伝達する出力伝達軸であ
り、移動体6の回転を安定に効率よく伝達するために突
起部7aが設けられており、出力取出部7bより外部に回
転を取り出すことが可能である。
【0004】8は、出力伝達軸7の異常振動等を吸収補
正し、移動体6の回転を安定に効率よく出力伝達軸7に
伝えるために設置された摩擦係数の大きな弾性部材であ
る。9は振動体3の振動を阻害することなく振動体3を
支持する支持部材、10はベアリング、11は皿バネであ
る。12は加圧力調整手段であって、この加圧力調整手段
12によって移動体6が摩擦材5を介して振動体3に皿バ
ネ11により加圧接触させられている。13は超音波モー
タ全体を支持するベース部である。ベアリング10は、こ
のベース部13に設置されており、出力伝達軸7の位置規
制を行っている。
正し、移動体6の回転を安定に効率よく出力伝達軸7に
伝えるために設置された摩擦係数の大きな弾性部材であ
る。9は振動体3の振動を阻害することなく振動体3を
支持する支持部材、10はベアリング、11は皿バネであ
る。12は加圧力調整手段であって、この加圧力調整手段
12によって移動体6が摩擦材5を介して振動体3に皿バ
ネ11により加圧接触させられている。13は超音波モー
タ全体を支持するベース部である。ベアリング10は、こ
のベース部13に設置されており、出力伝達軸7の位置規
制を行っている。
【0005】図4は前記超音波モータにおける圧電体2
の電極構造の一例を示す説明図であって、周方向に4波
の曲げ振動を励振するように構成している。同図におい
て、A0,B0は、それぞれ励振される進行波の2分の1
の波長相当の小領域からなる駆動電極である。C0は4
分の1の波長相当、D0は4分の3の波長相当の長さの
電極である。したがって、A0の駆動電極とB0の駆動電
極とは互いに、位置的に4分の1波長(=90度)の位相差
を持つ。
の電極構造の一例を示す説明図であって、周方向に4波
の曲げ振動を励振するように構成している。同図におい
て、A0,B0は、それぞれ励振される進行波の2分の1
の波長相当の小領域からなる駆動電極である。C0は4
分の1の波長相当、D0は4分の3の波長相当の長さの
電極である。したがって、A0の駆動電極とB0の駆動電
極とは互いに、位置的に4分の1波長(=90度)の位相差
を持つ。
【0006】また、駆動電極A0,B0内の隣り合う2分
の1波長相当の各小電極部は、厚みの方向に交互に反対
に分極されている。圧電体2の弾性基板1との接着面は
図4に示された面と反対側の面であり、電極は全面電極
である。使用時には斜線で示したように、A0の駆動電
極とB0の駆動電極を構成する小領域は、それぞれ短絡
して用いられる。この駆動電極A0,B0に(数1)、(数
2)で表される電圧V1及びV2をそれぞれ印加すれば、
振動体3には(数3)で表される円周方向に進行する曲げ
振動の進行波が励振される。
の1波長相当の各小電極部は、厚みの方向に交互に反対
に分極されている。圧電体2の弾性基板1との接着面は
図4に示された面と反対側の面であり、電極は全面電極
である。使用時には斜線で示したように、A0の駆動電
極とB0の駆動電極を構成する小領域は、それぞれ短絡
して用いられる。この駆動電極A0,B0に(数1)、(数
2)で表される電圧V1及びV2をそれぞれ印加すれば、
振動体3には(数3)で表される円周方向に進行する曲げ
振動の進行波が励振される。
【0007】
【数1】V1=V0sin(ωt)
【0008】
【数2】V2=V0cos(ωt)
【0009】
【数3】ξ=ξ0cos(ωt−kx) ただし、V0は電極に印加される電圧の最大値、ωは角
周波数、tは時間、ξは曲げ振動の振幅値、ξ,ξ0は
曲げ振動の振幅の最大値、kは波数、xは位置を示す。
周波数、tは時間、ξは曲げ振動の振幅値、ξ,ξ0は
曲げ振動の振幅の最大値、kは波数、xは位置を示す。
【0010】図5は前記超音波モータの動作状態を説明
する説明図であり、同図は、前記振動体3に進行波を励
振することによって、振動体3の表面のA点が長軸w,
単軸uの楕円運動をし、振動体3に加圧して設置された
移動体6が、摩擦材5を介して振動体3の表面の任意の
点の描く楕円の頂点A近傍で接触し、摩擦力により波の
進行方向とは逆方向に(数4)で表される速度vで運動す
る様子を示している。
する説明図であり、同図は、前記振動体3に進行波を励
振することによって、振動体3の表面のA点が長軸w,
単軸uの楕円運動をし、振動体3に加圧して設置された
移動体6が、摩擦材5を介して振動体3の表面の任意の
点の描く楕円の頂点A近傍で接触し、摩擦力により波の
進行方向とは逆方向に(数4)で表される速度vで運動す
る様子を示している。
【0011】
【数4】v=ω×w 図6は前記振動体3の駆動端子からみた等価回路であ
り、電気的容量(Ce)14、電気系−機械系変換トランス
(変換係数N)15、機械的弾性定数(Cm)16、質量(Lm)1
7、機械的損失(Rm)18とで表され、力Fとして出力され
る。圧電体2に電圧Vを印加すると、その周波数,絶対
値に応じた総電流(i)19が流れる。この総電流(i)19
は、圧電体2の電気的容量(Ce)14に流れる電流である
電気腕電流(ie)20と電気系−機械系変換トランス15に
流れる電流である機械腕電流(im)21とからなる。この
機械腕電流(im)21が、電気系−機械系変換トランス15
により(数5)で表される変位速度vdに変換される。
り、電気的容量(Ce)14、電気系−機械系変換トランス
(変換係数N)15、機械的弾性定数(Cm)16、質量(Lm)1
7、機械的損失(Rm)18とで表され、力Fとして出力され
る。圧電体2に電圧Vを印加すると、その周波数,絶対
値に応じた総電流(i)19が流れる。この総電流(i)19
は、圧電体2の電気的容量(Ce)14に流れる電流である
電気腕電流(ie)20と電気系−機械系変換トランス15に
流れる電流である機械腕電流(im)21とからなる。この
機械腕電流(im)21が、電気系−機械系変換トランス15
により(数5)で表される変位速度vdに変換される。
【0012】
【数5】vd=dξ/dt したがって、総電流(i)19、あるいは機械腕電流(im)2
1によって、変位ξを求めることができる。
1によって、変位ξを求めることができる。
【0013】これらのことより、移動体6の回転速度
は、振動体3の曲げ振動の振幅の瞬時値に比例し、曲げ
振動の振幅の瞬時値は、振動体3を構成する圧電体2に
流れる機械腕電流(im)21に比例する。そこで、この機
械腕電流(im)21を検出し、これを移動体6の回転速度
情報として利用することにより、移動体6の回転速度を
安定に制御することができる。
は、振動体3の曲げ振動の振幅の瞬時値に比例し、曲げ
振動の振幅の瞬時値は、振動体3を構成する圧電体2に
流れる機械腕電流(im)21に比例する。そこで、この機
械腕電流(im)21を検出し、これを移動体6の回転速度
情報として利用することにより、移動体6の回転速度を
安定に制御することができる。
【0014】図7は従来の超音波モータの駆動制御回路
であり、電圧制御発振器22から移動体6の目標回転速度
に対応する周波数の駆動信号が発生される。この駆動信
号は2分割され、一方の信号は90度位相器23を通り、電
力増幅器24によって電力増幅される。また他方の信号は
電力増幅器25に直接印加されて電力増幅される。
であり、電圧制御発振器22から移動体6の目標回転速度
に対応する周波数の駆動信号が発生される。この駆動信
号は2分割され、一方の信号は90度位相器23を通り、電
力増幅器24によって電力増幅される。また他方の信号は
電力増幅器25に直接印加されて電力増幅される。
【0015】さらに電力増幅器24から発せられた信号
は、コイル26を通って圧電体2上の2組の駆動電極の一
方の駆動電極27に印加されるとともに、この駆動電極27
の下の圧電体2の静電容量と等価な静電容量を有するキ
ャパシタ28に印加される。同様に電力増幅器25から発せ
られた信号は、コイル29を通って圧電体2上の2組の駆
動電極の他方の駆動電極30に印加されるとともに、この
駆動電極30の下の圧電体2の静電容量と等価な静電容量
を有するキャパシタ31に印加される。
は、コイル26を通って圧電体2上の2組の駆動電極の一
方の駆動電極27に印加されるとともに、この駆動電極27
の下の圧電体2の静電容量と等価な静電容量を有するキ
ャパシタ28に印加される。同様に電力増幅器25から発せ
られた信号は、コイル29を通って圧電体2上の2組の駆
動電極の他方の駆動電極30に印加されるとともに、この
駆動電極30の下の圧電体2の静電容量と等価な静電容量
を有するキャパシタ31に印加される。
【0016】このとき、図3にて説明した振動体3上に
周方向に進行する曲げ振動が励振され、摩擦材5と振動
体3の突起体1aの間に作用する摩擦力により、移動体
6が進行波の進行方向と逆向きに駆動される。また圧電
体2には、前述したように駆動電圧の周波数と、その絶
対値に応じた総電流(i)19が流れ、この総電流(i)19
は、抵抗32により電圧信号に変換され、差動増幅器33の
一方の入力に印加される。
周方向に進行する曲げ振動が励振され、摩擦材5と振動
体3の突起体1aの間に作用する摩擦力により、移動体
6が進行波の進行方向と逆向きに駆動される。また圧電
体2には、前述したように駆動電圧の周波数と、その絶
対値に応じた総電流(i)19が流れ、この総電流(i)19
は、抵抗32により電圧信号に変換され、差動増幅器33の
一方の入力に印加される。
【0017】前記キャパシタ28とキャパシタ31にも印加
電圧の絶対値、及びその周波数に応じた圧電体2上の2
組の駆動電極27,30を流れる電気腕電流(ie)20と等価
な電流が流れ、それぞれを加え合わせたものが抵抗34に
より電圧信号に変換され、差動増幅器33の他方の入力端
に入力される。差動増幅器33の出力は、総機械腕電流に
比例した電圧値であって、前述したように、移動体6の
回転速度に比例したものである。この後、差動増幅器33
の出力は、整流器35により直流電圧に変換された後に、
差動増幅器36により速度設定値37と比較処理される。差
動増幅器36の出力は、電圧制御発振器22の周波数制御端
子に印加され、移動体6の回転速度が一定となるように
超音波モータの駆動周波数を調整する。ここで、差動増
幅器36の出力は(数6)のようになる。
電圧の絶対値、及びその周波数に応じた圧電体2上の2
組の駆動電極27,30を流れる電気腕電流(ie)20と等価
な電流が流れ、それぞれを加え合わせたものが抵抗34に
より電圧信号に変換され、差動増幅器33の他方の入力端
に入力される。差動増幅器33の出力は、総機械腕電流に
比例した電圧値であって、前述したように、移動体6の
回転速度に比例したものである。この後、差動増幅器33
の出力は、整流器35により直流電圧に変換された後に、
差動増幅器36により速度設定値37と比較処理される。差
動増幅器36の出力は、電圧制御発振器22の周波数制御端
子に印加され、移動体6の回転速度が一定となるように
超音波モータの駆動周波数を調整する。ここで、差動増
幅器36の出力は(数6)のようになる。
【0018】
【数6】Vout=K1(V1-V2) Voutは、差動増幅器36の出力、V1は速度設定値37、V
2は整流器35より得られる移動体6の回転速度信号、K1
は比例定数であって差動増幅器36の増幅度に対応してい
る。
2は整流器35より得られる移動体6の回転速度信号、K1
は比例定数であって差動増幅器36の増幅度に対応してい
る。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7に
示すような超音波モータの従来の駆動制御回路では、移
動体6の回転速度情報と速度設定値を比較して、その差
を増幅処理して超音波モータの速度制御を行っており、
また超音波モータの形状が小さくなるに従い回転速度情
報である機械腕電流も小さくなるため比較処理をする差
動増幅器の増幅度を大きくする必要があるとともに、目
標回転速度に対して実際の回転速度には偏差が存在し、
また回転速度情報にノイズの影響が生じると増幅度が大
きいために超音波モータが不安定な状態になり易いとい
う問題を有していた。
示すような超音波モータの従来の駆動制御回路では、移
動体6の回転速度情報と速度設定値を比較して、その差
を増幅処理して超音波モータの速度制御を行っており、
また超音波モータの形状が小さくなるに従い回転速度情
報である機械腕電流も小さくなるため比較処理をする差
動増幅器の増幅度を大きくする必要があるとともに、目
標回転速度に対して実際の回転速度には偏差が存在し、
また回転速度情報にノイズの影響が生じると増幅度が大
きいために超音波モータが不安定な状態になり易いとい
う問題を有していた。
【0020】また、超音波モータの低速駆動時には、振
動体,移動体の加工精度の影響により移動体の動作が不
安定となり、再起動が不安定になり安定回転させること
ができないという問題も有していた。
動体,移動体の加工精度の影響により移動体の動作が不
安定となり、再起動が不安定になり安定回転させること
ができないという問題も有していた。
【0021】本発明の目的は、前記問題を解決し、安定
かつ効率よく超音波モータを駆動できる超音波モータの
駆動制御回路を提供することにある。
かつ効率よく超音波モータを駆動できる超音波モータの
駆動制御回路を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は圧電体に2組の電極群を配置し、これらの
電極群に各々交流電圧を印加し、前記圧電体と弾性体と
から構成される振動体に弾性進行波を励振することによ
り、前記振動体上に加圧接触して設置された移動体を回
転させる超音波モータの駆動制御回路において、駆動信
号を出力する駆動信号発生回路と、超音波モータの回転
速度信号と目標回転速度信号の差を増幅処理する差動増
幅器と、この差動増幅器の出力を積算処理する積分器
と、前記差動増幅器の出力と前記積分器の出力を加算処
理する加算器とを備えたことを特徴とする。
め、本発明は圧電体に2組の電極群を配置し、これらの
電極群に各々交流電圧を印加し、前記圧電体と弾性体と
から構成される振動体に弾性進行波を励振することによ
り、前記振動体上に加圧接触して設置された移動体を回
転させる超音波モータの駆動制御回路において、駆動信
号を出力する駆動信号発生回路と、超音波モータの回転
速度信号と目標回転速度信号の差を増幅処理する差動増
幅器と、この差動増幅器の出力を積算処理する積分器
と、前記差動増幅器の出力と前記積分器の出力を加算処
理する加算器とを備えたことを特徴とする。
【0023】また前記超音波モータの駆動制御回路にお
いて、駆動信号を出力する駆動信号発生回路と、超音波
モータの回転速度信号と目標回転速度信号を比較処理す
る差動増幅器と、前記目標回転速度信号を一定時間間隔
で一定時間、高速回転側に移行させる目標速度調整回路
とを備えたことを特徴とする。
いて、駆動信号を出力する駆動信号発生回路と、超音波
モータの回転速度信号と目標回転速度信号を比較処理す
る差動増幅器と、前記目標回転速度信号を一定時間間隔
で一定時間、高速回転側に移行させる目標速度調整回路
とを備えたことを特徴とする。
【0024】さらに前記回転速度信号として、機械腕電
流、あるいはセンサ電極出力、あるいは外部センサ出力
を用いることを特徴とする。
流、あるいはセンサ電極出力、あるいは外部センサ出力
を用いることを特徴とする。
【0025】
【作用】前記構成の超音波モータの駆動制御回路では、
移動体の機械腕電流,センサ電極出力,外部センサ出力
等の回転速度情報と速度設定値を差動増幅処理し、増幅
処理後の値を、積算処理し、差動増幅処理した値と積算
処理した値を加算処理し、この値で超音波モータの駆動
周波数を調整して速度を制御することにより、信号の増
幅度を大きくする必要がなくなり、この結果、回転速度
情報にインパルス的なノイズの影響が出ても、安定かつ
効率よく超音波モータを回転させることができる。
移動体の機械腕電流,センサ電極出力,外部センサ出力
等の回転速度情報と速度設定値を差動増幅処理し、増幅
処理後の値を、積算処理し、差動増幅処理した値と積算
処理した値を加算処理し、この値で超音波モータの駆動
周波数を調整して速度を制御することにより、信号の増
幅度を大きくする必要がなくなり、この結果、回転速度
情報にインパルス的なノイズの影響が出ても、安定かつ
効率よく超音波モータを回転させることができる。
【0026】また、ある時間間隔で、設定時間,速度設
定値を確実に移動体の起動が可能な回転速度に移行する
ことにより、超音波モータの低速回転時に振動体,移動
体の加工精度の影響で停止状態になっても、確実に超音
波モータを再起動させて回転させることができる。
定値を確実に移動体の起動が可能な回転速度に移行する
ことにより、超音波モータの低速回転時に振動体,移動
体の加工精度の影響で停止状態になっても、確実に超音
波モータを再起動させて回転させることができる。
【0027】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、超音波モータとしては、図3に基づいて説
明した構成のものを使用するものとする。
する。なお、超音波モータとしては、図3に基づいて説
明した構成のものを使用するものとする。
【0028】図1は本発明の第1実施例である超音波モ
ータの駆動制御回路のブロック図であり、電圧制御発振
器38の出力は2分割されて、一方は直接電力増幅器39
に、他方は90度位相器40を介して電力増幅器41に接続さ
れている。電力増幅器39の出力は、コイル42を通って圧
電体2上の2組の駆動電極の一方の駆動電極43に印加さ
れるとともに、この駆動電極43の下の圧電体2の静電容
量と等価な静電容量を有するキャパシタ44に印加され
る。電力増幅器41の出力は、コイル45を通って圧電体2
上の2組の駆動電極の他方の駆動電極46に印加されると
ともに、この駆動電極46の下の圧電体2の静電容量と等
価な静電容量を有するキャパシタ47に印加される。
ータの駆動制御回路のブロック図であり、電圧制御発振
器38の出力は2分割されて、一方は直接電力増幅器39
に、他方は90度位相器40を介して電力増幅器41に接続さ
れている。電力増幅器39の出力は、コイル42を通って圧
電体2上の2組の駆動電極の一方の駆動電極43に印加さ
れるとともに、この駆動電極43の下の圧電体2の静電容
量と等価な静電容量を有するキャパシタ44に印加され
る。電力増幅器41の出力は、コイル45を通って圧電体2
上の2組の駆動電極の他方の駆動電極46に印加されると
ともに、この駆動電極46の下の圧電体2の静電容量と等
価な静電容量を有するキャパシタ47に印加される。
【0029】キャパシタ44の出力側と、キャパシタ47の
出力側は抵抗48の一端に接続されており、抵抗48の他端
は接地されている。また、圧電体2の出力側は抵抗49に
接続されており、抵抗49の他端は接地されている。抵抗
48と抵抗49の抵抗値は互いに等しい。さらに抵抗48のキ
ャパシタ44とキャパシタ47に接続されている側は、差動
増幅器50の一方の入力端に接続されるとともに、抵抗49
の圧電体2の出力端に接続されている側が差動増幅器50
の他方の入力端に接続されている。差動増幅器50の出力
は整流器51に接続され、整流器51の出力は差動増幅器52
の一方の入力端子に接続されており、差動増幅器52の他
方の入力端には速度設定値53が接続されている。
出力側は抵抗48の一端に接続されており、抵抗48の他端
は接地されている。また、圧電体2の出力側は抵抗49に
接続されており、抵抗49の他端は接地されている。抵抗
48と抵抗49の抵抗値は互いに等しい。さらに抵抗48のキ
ャパシタ44とキャパシタ47に接続されている側は、差動
増幅器50の一方の入力端に接続されるとともに、抵抗49
の圧電体2の出力端に接続されている側が差動増幅器50
の他方の入力端に接続されている。差動増幅器50の出力
は整流器51に接続され、整流器51の出力は差動増幅器52
の一方の入力端子に接続されており、差動増幅器52の他
方の入力端には速度設定値53が接続されている。
【0030】差動増幅器52の出力は2分割され、一方は
加算器54の一方の入力端子に、他方は積分器55に接続さ
れており、積分器55の出力は加算器54の他方の入力端子
に接続されている。また、加算器54の出力は電圧制御発
振器38の周波数制御端子に接続されている。
加算器54の一方の入力端子に、他方は積分器55に接続さ
れており、積分器55の出力は加算器54の他方の入力端子
に接続されている。また、加算器54の出力は電圧制御発
振器38の周波数制御端子に接続されている。
【0031】以上のように構成された超音波モータの駆
動制御回路について、以下にその動作を説明する。
動制御回路について、以下にその動作を説明する。
【0032】電圧制御発振器38、移動体(図3参照)6の
目標回転速度に対応する周波数の駆動信号を発生する。
この駆動信号は2分割されて、一方は、90度位相器40を
通って90度移相されてから、電力増幅器41によって超音
波モータを駆動するのに必要な電力を有する信号に増幅
され、他方は電力増幅器39によって超音波モータを駆動
するのに必要な電力を有する信号に増幅される。
目標回転速度に対応する周波数の駆動信号を発生する。
この駆動信号は2分割されて、一方は、90度位相器40を
通って90度移相されてから、電力増幅器41によって超音
波モータを駆動するのに必要な電力を有する信号に増幅
され、他方は電力増幅器39によって超音波モータを駆動
するのに必要な電力を有する信号に増幅される。
【0033】さらに電力増幅器41から発せられた電圧
は、コイル45を通って圧電体2上に設けられた駆動電極
46に印加されるとともに、この駆動電極46下の圧電体2
の静電容量と等価な静電容量を有するキャパシタ47に印
加される。同様に電力増幅器39から発せられた電圧は、
コイル42を通って圧電体2上に設けられた他方の駆動電
極43に印加されるとともに、この駆動電極43下の静電容
量と等価な静電容量を有するキャパシタ44に印加され
る。
は、コイル45を通って圧電体2上に設けられた駆動電極
46に印加されるとともに、この駆動電極46下の圧電体2
の静電容量と等価な静電容量を有するキャパシタ47に印
加される。同様に電力増幅器39から発せられた電圧は、
コイル42を通って圧電体2上に設けられた他方の駆動電
極43に印加されるとともに、この駆動電極43下の静電容
量と等価な静電容量を有するキャパシタ44に印加され
る。
【0034】このとき圧電体2には、2組の駆動電極4
3,46上に印加された電圧の絶対値、及びその周波数に
応じた総電流(図6参照)19が流れ、抵抗49により、この
総電流19は電圧信号に変換され差動増幅器50の一方の入
力端に入力される。
3,46上に印加された電圧の絶対値、及びその周波数に
応じた総電流(図6参照)19が流れ、抵抗49により、この
総電流19は電圧信号に変換され差動増幅器50の一方の入
力端に入力される。
【0035】前記キャパシタ44とキャパシタ47にも印加
電圧の絶対値、及びその周波数に応じた圧電体2上の2
組の駆動電極43,46を流れる電気腕電流(図6参照)20と
等価な電流が流れ、それぞれを加え合わせたものが抵抗
48により電圧信号に変換され、差動増幅器50の他方の入
力端に入力される。
電圧の絶対値、及びその周波数に応じた圧電体2上の2
組の駆動電極43,46を流れる電気腕電流(図6参照)20と
等価な電流が流れ、それぞれを加え合わせたものが抵抗
48により電圧信号に変換され、差動増幅器50の他方の入
力端に入力される。
【0036】差動増幅器50の出力は、圧電体2に流れる
前記総電流19より得られる電圧値から、キャパシタ44と
キャパシタ47より得られる圧電体2を流れる電気腕電流
20と等価な電流より得られる電圧値を差し引いたもの
で、これは圧電体2を流れる総機械腕電流に比例した電
圧値であり、移動体6の回転速度に比例した信号であ
る。
前記総電流19より得られる電圧値から、キャパシタ44と
キャパシタ47より得られる圧電体2を流れる電気腕電流
20と等価な電流より得られる電圧値を差し引いたもの
で、これは圧電体2を流れる総機械腕電流に比例した電
圧値であり、移動体6の回転速度に比例した信号であ
る。
【0037】差動増幅器50の出力は、整流器51により整
流され直流電圧信号に変換され、差動増幅器52により速
度設定値53と比較増幅処理される。その後、差動増幅器
52の出力は加算器54と積分器55の入力端子に印加され
る。積分器55は差動増幅器52の出力を時間的に積分処理
し、その出力が加算器54の他方の入力端子に印加され、
加算器54により差動増幅器52と積分器55の出力が加算さ
れ、電圧制御発振器38の周波数制御端子に印加される。
ここで加算器55の出力は(数7)のように表現することが
できる。
流され直流電圧信号に変換され、差動増幅器52により速
度設定値53と比較増幅処理される。その後、差動増幅器
52の出力は加算器54と積分器55の入力端子に印加され
る。積分器55は差動増幅器52の出力を時間的に積分処理
し、その出力が加算器54の他方の入力端子に印加され、
加算器54により差動増幅器52と積分器55の出力が加算さ
れ、電圧制御発振器38の周波数制御端子に印加される。
ここで加算器55の出力は(数7)のように表現することが
できる。
【0038】
【数7】Vout=K1(V1−V2)+∫K2(V1−V2)dt Voutは加算器55の出力、V1は速度設定値、V2は整流
器51より得られる移動体6の回転速度信号、K1,K2は
比例定数であり、それぞれ差動増幅器52,積分器55の増
幅度に対応している。このようにすることにより、従来
の超音波モータの駆動制御回路と異なり、比例定数を小
さく抑えることができるとともに、回転速度情報にノイ
ズが出ても、安定で効率よく超音波モータを駆動制御す
ることができる。
器51より得られる移動体6の回転速度信号、K1,K2は
比例定数であり、それぞれ差動増幅器52,積分器55の増
幅度に対応している。このようにすることにより、従来
の超音波モータの駆動制御回路と異なり、比例定数を小
さく抑えることができるとともに、回転速度情報にノイ
ズが出ても、安定で効率よく超音波モータを駆動制御す
ることができる。
【0039】図2は本発明の第2実施例である超音波モ
ータの駆動制御回路のブロック図であり、電圧制御発振
器56の出力は2分割されて、一方は直接電力増幅器57
に、他方は90度位相器58を介して電力増幅器59に接続さ
れている。電力増幅器57の出力は、コイル60を通って圧
電体2上の2組の駆動電極の一方の駆動電極61に印加さ
れるとともに、この駆動電極61の下の圧電体2の静電容
量と等価な静電容量を有するキャパシタ62に印加され
る。電力増幅器59の出力は、コイル63を通って圧電体2
上の2組の駆動電極の他方の駆動電極64に印加されると
ともに、この駆動電極64の下の圧電体2の静電容量と等
価な静電容量を有するキャパシタ65に印加される。
ータの駆動制御回路のブロック図であり、電圧制御発振
器56の出力は2分割されて、一方は直接電力増幅器57
に、他方は90度位相器58を介して電力増幅器59に接続さ
れている。電力増幅器57の出力は、コイル60を通って圧
電体2上の2組の駆動電極の一方の駆動電極61に印加さ
れるとともに、この駆動電極61の下の圧電体2の静電容
量と等価な静電容量を有するキャパシタ62に印加され
る。電力増幅器59の出力は、コイル63を通って圧電体2
上の2組の駆動電極の他方の駆動電極64に印加されると
ともに、この駆動電極64の下の圧電体2の静電容量と等
価な静電容量を有するキャパシタ65に印加される。
【0040】キャパシタ62の出力側と、キャパシタ65の
出力側は抵抗66の一端に接続されており、抵抗66の他端
は接地されている。圧電体2の出力側は抵抗67に接続さ
れており、抵抗67の他端は接地されている。また、抵抗
66と抵抗67の抵抗値は互いに等しい。さらに抵抗66のキ
ャパシタ62とキャパシタ65に接続されている側は、差動
増幅器68の一方の入力端に接続されるとともに、抵抗67
の圧電体2の出力端に接続されている側は差動増幅器68
の他方の入力端に接続されている。
出力側は抵抗66の一端に接続されており、抵抗66の他端
は接地されている。圧電体2の出力側は抵抗67に接続さ
れており、抵抗67の他端は接地されている。また、抵抗
66と抵抗67の抵抗値は互いに等しい。さらに抵抗66のキ
ャパシタ62とキャパシタ65に接続されている側は、差動
増幅器68の一方の入力端に接続されるとともに、抵抗67
の圧電体2の出力端に接続されている側は差動増幅器68
の他方の入力端に接続されている。
【0041】差動増幅器68の出力は整流器69に接続さ
れ、整流器69の出力は差動増幅器70の一方の入力端子に
接続されている。また、速度設定値71は差動増幅器72の
一方の入力端に接続されており、他方には一定の周波
数、一定のデューティ比で発振する発振器73が接続され
ている。また、差動増幅器72の出力は差動増幅器70の他
方の入力端子に接続されており、差動増幅器70の出力は
電圧制御発振器56の周波数制御端子に接続されている。
れ、整流器69の出力は差動増幅器70の一方の入力端子に
接続されている。また、速度設定値71は差動増幅器72の
一方の入力端に接続されており、他方には一定の周波
数、一定のデューティ比で発振する発振器73が接続され
ている。また、差動増幅器72の出力は差動増幅器70の他
方の入力端子に接続されており、差動増幅器70の出力は
電圧制御発振器56の周波数制御端子に接続されている。
【0042】以上のように構成された超音波モータの駆
動制御回路について、以下にその動作を説明する。
動制御回路について、以下にその動作を説明する。
【0043】電圧制御発振器56から、移動体(図3参照)
6の目標回転速度に対応する周波数の駆動信号が発生さ
れる。ここで前記信号は2分割されて、一方は、90度位
相器58を通って電力増幅器59によって超音波モータを駆
動するのに必要な電力を有する信号に増幅され、他方
は、電力増幅器57によって超音波モータを駆動するのに
必要な電力を有する信号に増幅される。
6の目標回転速度に対応する周波数の駆動信号が発生さ
れる。ここで前記信号は2分割されて、一方は、90度位
相器58を通って電力増幅器59によって超音波モータを駆
動するのに必要な電力を有する信号に増幅され、他方
は、電力増幅器57によって超音波モータを駆動するのに
必要な電力を有する信号に増幅される。
【0044】さらに電力増幅器59から発せられた電圧
は、コイル63を通って圧電体2上に設けられた駆動電極
64に印加されるとともに、この駆動電極64下の圧電体2
の静電容量と等価な静電容量を有するキャパシタ65に印
加される。同様に電力増幅器57から発せられた電圧は、
コイル60を通って圧電体2上に設けられた他方の駆動電
極61に印加されるとともに、この駆動電極61下の静電容
量と等価な静電容量を有するキャパシタ62に印加され
る。
は、コイル63を通って圧電体2上に設けられた駆動電極
64に印加されるとともに、この駆動電極64下の圧電体2
の静電容量と等価な静電容量を有するキャパシタ65に印
加される。同様に電力増幅器57から発せられた電圧は、
コイル60を通って圧電体2上に設けられた他方の駆動電
極61に印加されるとともに、この駆動電極61下の静電容
量と等価な静電容量を有するキャパシタ62に印加され
る。
【0045】このとき圧電体2上には、2組の駆動電極
61,64上に印加された電圧の絶対値、及びその周波数に
応じた総電流19(図6参照)が流れ、抵抗67により、この
総電流19は電圧信号に変換され差動増幅器68の一方の入
力端に入力される。
61,64上に印加された電圧の絶対値、及びその周波数に
応じた総電流19(図6参照)が流れ、抵抗67により、この
総電流19は電圧信号に変換され差動増幅器68の一方の入
力端に入力される。
【0046】前記キャパシタ62とキャパシタ65にも印加
電圧の絶対値、及びその周波数に応じた圧電体2上の2
組の駆動電極61,64を流れる電気腕電流(図6参照)20と
等価な電流が流れ、それぞれを加え合わせたものが抵抗
66により電圧信号に変換され差動増幅器68の他方の入力
端に入力される。差動増幅器68の出力は、圧電体2に流
れる前記総電流19より得られる電圧値から、キャパシタ
62とキャパシタ65より得られる圧電体2を流れる電気腕
電流20と等価な電流より得られる電圧値を差し引いたも
ので、これは圧電体2を流れる総機械腕電流に比例した
電圧値であり、移動体6の回転速度に比例した信号であ
る。
電圧の絶対値、及びその周波数に応じた圧電体2上の2
組の駆動電極61,64を流れる電気腕電流(図6参照)20と
等価な電流が流れ、それぞれを加え合わせたものが抵抗
66により電圧信号に変換され差動増幅器68の他方の入力
端に入力される。差動増幅器68の出力は、圧電体2に流
れる前記総電流19より得られる電圧値から、キャパシタ
62とキャパシタ65より得られる圧電体2を流れる電気腕
電流20と等価な電流より得られる電圧値を差し引いたも
ので、これは圧電体2を流れる総機械腕電流に比例した
電圧値であり、移動体6の回転速度に比例した信号であ
る。
【0047】差動増幅器68の出力は、整流器69により整
流され直流電圧信号に変換される。また速度設定値71は
作動増幅器72に印加されており、ある時間間隔で設定時
間だけ発振器73のパルスが差動増幅器72の他方の入力端
子に印加されることにより、差動増幅器72の出力は、あ
る時間間隔の設定時間の間、移動体6の目標回転速度を
安定に起動かつ回転できる領域の回転数とする。これに
より、目標回転速度が低速で振動体3,移動体6の加工
精度の影響により移動体6が停止状態になることがあっ
ても、確実に再起動し回転させることができる。
流され直流電圧信号に変換される。また速度設定値71は
作動増幅器72に印加されており、ある時間間隔で設定時
間だけ発振器73のパルスが差動増幅器72の他方の入力端
子に印加されることにより、差動増幅器72の出力は、あ
る時間間隔の設定時間の間、移動体6の目標回転速度を
安定に起動かつ回転できる領域の回転数とする。これに
より、目標回転速度が低速で振動体3,移動体6の加工
精度の影響により移動体6が停止状態になることがあっ
ても、確実に再起動し回転させることができる。
【0048】以上のように本発明の超音波モータの駆動
制御回路によって、安定に効率よく超音波モータを駆動
できるとともに、低速回転時に振動体,移動体の加工精
度により停止状態となっても、確実に再起動でき回転状
態に移行させていくことができる超音波モータの駆動制
御回路を提供できる。
制御回路によって、安定に効率よく超音波モータを駆動
できるとともに、低速回転時に振動体,移動体の加工精
度により停止状態となっても、確実に再起動でき回転状
態に移行させていくことができる超音波モータの駆動制
御回路を提供できる。
【0049】なお、前記実施例では超音波モータの回転
速度情報として機械腕電流を用いる場合について説明し
たが、回転速度情報としてセンサ出力,エンコーダ出力
等を用いる場合にも有効であることは勿論である。
速度情報として機械腕電流を用いる場合について説明し
たが、回転速度情報としてセンサ出力,エンコーダ出力
等を用いる場合にも有効であることは勿論である。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波モ
ータの駆動制御回路は、請求項1〜8記載の構成によれ
ば、超音波モータの駆動時に不安定な状態になることな
く、また振動体,移動体の加工精度の影響により低速駆
動時に超音波モータが不安定になることを防止すること
ができる。
ータの駆動制御回路は、請求項1〜8記載の構成によれ
ば、超音波モータの駆動時に不安定な状態になることな
く、また振動体,移動体の加工精度の影響により低速駆
動時に超音波モータが不安定になることを防止すること
ができる。
【図1】本発明の超音波モータの駆動制御回路の第1実
施例のブロック図である。
施例のブロック図である。
【図2】本発明の超音波モータの駆動制御回路の第2実
施例のブロック図である。
施例のブロック図である。
【図3】超音波モータの縦断面図である。
【図4】超音波モータの圧電体の電極構造を示す平面図
である。
である。
【図5】超音波モータの動作原理図である。
【図6】振動体の等価回路図である。
【図7】従来の超音波モータの駆動制御回路のブロック
図である。
図である。
2…圧電体、 3…振動体、 4…弾性体、 6…移動
体、 7…出力伝達軸、38,56…電圧制御発振器、 3
9,41,57,59…電力増幅器、 40,58…90度位相器、
42,45,60,63,…コイル、 43,46,61,64…駆動
電極、 44,47,62,65…キャパシタ、 48,49,66,
67…抵抗、 50,52,68,70,72…差動振幅器、 51,
69…整流器、 53,71…速度設定値、 54…加算器、
55…積分器、73…発振器。
体、 7…出力伝達軸、38,56…電圧制御発振器、 3
9,41,57,59…電力増幅器、 40,58…90度位相器、
42,45,60,63,…コイル、 43,46,61,64…駆動
電極、 44,47,62,65…キャパシタ、 48,49,66,
67…抵抗、 50,52,68,70,72…差動振幅器、 51,
69…整流器、 53,71…速度設定値、 54…加算器、
55…積分器、73…発振器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西倉 孝弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 川▲崎▼ 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 武田 克 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 今田 勝己 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (8)
- 【請求項1】 圧電体に2組の電極群を配置し、これら
の電極群に各々交流電圧を印加し、前記圧電体と弾性体
とから構成される振動体に弾性進行波を励振することに
より、前記振動体上に加圧接触して設置された移動体を
回転させる超音波モータの駆動制御回路において、駆動
信号を出力する駆動信号発生回路と、超音波モータの回
転速度信号と目標回転速度信号の差を増幅処理する差動
増幅器と、この差動増幅器の出力を積算処理する積分器
と、前記差動増幅器の出力と前記積分器の出力を加算処
理する加算器とを備えたことを特徴とする超音波モータ
の駆動制御回路。 - 【請求項2】 回転速度信号として、機械腕電流を用い
ることを特徴とする請求項1記載の超音波モータの駆動
制御回路。 - 【請求項3】 回転速度信号として、センサ電極出力を
用いることを特徴とする請求項1記載の超音波モータの
駆動制御回路。 - 【請求項4】 回転速度信号として、外部センサ出力を
用いることを特徴とする請求項1記載の超音波モータの
駆動制御回路。 - 【請求項5】 圧電体に2組の電極群を配置し、これら
の電極群に各々交流電圧を印加し、前記圧電体と弾性体
とから構成される振動体に弾性進行波を励振することに
より、前記振動体上に加圧接触して設置された移動体を
回転させる超音波モータの駆動制御回路において、駆動
信号を出力する駆動信号発生回路と、超音波モータの回
転速度信号と目標回転速度信号を比較処理する差動増幅
器と、前記目標回転速度信号を一定時間間隔で一定時
間、高速回転側に移行させる目標速度調整回路とを備え
たことを特徴とする超音波モータの駆動制御回路。 - 【請求項6】 回転速度信号として、機械腕電流を用い
ることを特徴とする請求項5記載の超音波モータの駆動
制御回路。 - 【請求項7】 回転速度信号として、センサ電極出力を
用いることを特徴とする請求項5記載の超音波モータの
駆動制御回路。 - 【請求項8】 回転速度信号として、外部センサ出力を
用いることを特徴とする請求項5記載の超音波モータの
駆動制御回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5276857A JPH07131987A (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 超音波モータの駆動制御回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5276857A JPH07131987A (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 超音波モータの駆動制御回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07131987A true JPH07131987A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17575382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5276857A Pending JPH07131987A (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | 超音波モータの駆動制御回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07131987A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6100622A (en) * | 1997-12-12 | 2000-08-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving apparatus of vibration type actuator |
| JP2001352767A (ja) * | 2000-06-07 | 2001-12-21 | Toshiba Corp | 電力変換器用パワーユニット |
-
1993
- 1993-11-05 JP JP5276857A patent/JPH07131987A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6100622A (en) * | 1997-12-12 | 2000-08-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving apparatus of vibration type actuator |
| JP2001352767A (ja) * | 2000-06-07 | 2001-12-21 | Toshiba Corp | 電力変換器用パワーユニット |
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