JPH0833367A

JPH0833367A - 超音波モータの駆動制御装置

Info

Publication number: JPH0833367A
Application number: JP6186445A
Authority: JP
Inventors: Hideo Tomioka; 英雄富岡; Koshi Takasugi; 幸志高杉
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1994-07-15
Filing date: 1994-07-15
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】静止トルクが得られる状態で超音波モータの
駆動停止期間中の温度の低下を防ぐ。【構成】温度センサ１７は、超音波モータ１の周囲の
温度を検出し、その検出信号Ｔが温度比較１８によって
基準値Ｔｒと比較され、その比較結果がスイッチ制御２
５へ出力される。スイッチ制御部２５は、ＴｒよりＴが
小のときスイッチ１４、１５を端子１４ｃ、１５ｃ側に
接続するとともに、スイッチ２０をオンさせる。同期切
替器２２は、スイッチ２１を、移相回路１３から出力さ
れる２相の信号の一方の信号の一周期分ずつ交互に切替
えて、超音波モータ１の一対の圧電体２ａ、２ｂに交互
に交流信号を供給して、超音波モータ１の温度を上昇さ
せる。

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】

【従来の技術】例えば、磁気カードに対する情報の読み
取り、書き込みを行う各種のカード処理装置では、カー
ド搬送やヘッド移動の駆動源として、従来の直流モータ
に代わって、磁気発生がなく、小型でも大きなトルクが
得られる超音波モータが利用されつつある。

【０００３】超音波モータは、一般的に、それぞれが複
数の圧電素子からなる一対の圧電体で構成された固定子
と、固定子の表面に配置された可動子とからなり、固定
子の一対の圧電体に９０度の位相差をもつ２相の交流の
信号が供給されると、固定子の表面に進行波が発生し、
この進行波によって可動子が所定方向に移動する。

【０００４】このような超音波モータを駆動するための
駆動制御装置は、モータの駆動が必要なときのみ、超音
波モータの固定子に９０度位相差のある２相の駆動信号
を供給している。

【０００５】ところが、超音波モータの固定子を構成し
ている圧電体は、常温（１５°Ｃ程度）では大きな振幅
の進行波が得られるが、低温（０°Ｃ程度）時には大き
な振幅が得られず、周囲温度が低い環境で安定した動作
が期待できない。

【０００６】これを解決するための技術として、特開平
２−１１４８６９には、モータの停止期間中、位相差の
ない同相の交流信号を超音波モータに常時供給して、モ
ータの温度の低下を防ぐ技術が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに停止期間中、同相の交流信号を常時供給する方法で
は、その停止期間中に超音波モータの固定子の表面のほ
ぼ全体に定在波が常時発生し、この定在波によって固定
子と移動子との間の摩擦力がなくなってしまい、モータ
の静止トルクを種々の規制力（例えば、カードやヘッド
のオーバランを規制する力等）として利用できなくなっ
てしまう。

【０００８】また、このように停止期間中、同相の交流
信号を常時供給する方法では、消費電力が増大するとと
もに、モータの寿命が極端に短くなってしまうという問
題があった。

【０００９】本発明は、この問題を解決し、モータの静
止トルクが利用でき、消費電力が少なくて済み、モータ
の寿命を極端に短縮することなく、低温時のモータの安
定駆動が可能な超音波モータの駆動制御装置を提供する
ことを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の超音波モータの駆動制御装置は、超音波モー
タの固定子を構成している複数の圧電体に対して、位相
差のある多相の駆動信号を供給して、前記超音波モータ
を駆動する超音波モータの駆動制御装置において、前記
超音波モータの駆動停止期間中に、所定周波数の交流信
号を前記超音波モータの複数の圧電体に所定期間ずつ順
番に供給する交流信号供給手段を設けている。

【００１１】

【作用】このようにしたため、本発明の超音波モータの
駆動制御装置では、超音波モータの駆動停止期間に、多
相の駆動信号の代わりに、所定周波数の交流信号が超音
波モータの固定子を構成している複数の圧電体に所定期
間ずつ順番に供給され、この信号供給によって、超音波
モータの温度の低下が防止される。

【００１２】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。図１は、カード処理装置のカードや磁気ヘッド
の駆動源として用いられる回転式の超音波モータ１を駆
動制御する一実施例の駆動制御装置１０の構成を示して
いる。

【００１３】この駆動制御装置１０は、超音波モータ１
に２相の駆動信号を供給するために、周波数制御部１
１、電圧制御発振器１２、移相回路１３および電力増幅
器１６を有している。周波数制御部１１は、速度指定信
号に対応した大きさの制御電圧を電圧制御発振器１２へ
出力する。

【００１４】電圧制御発振器１２は、周波数制御部１１
から出力される制御電圧に対応した周波数の信号を移相
回路１３へ出力する。移相回路１３は、電圧制御発振器
１２から出力される信号を受けて、この信号の周波数に
対応した周波数の９０度位相差のある２相の信号φ１、
φ２を出力する。なお、移相回路１３は、例えば、電圧
制御発振器１２から出力される信号内部でディジタル的
に分周して、９０度位相差のある２相の交流信号を出力
するように構成されている。

【００１５】移相回路１３から出力される２相の信号
は、スイッチ１４、１５を介して、電力増幅器１６へ入
力される。スイッチ１４、１５は、後述するスイッチ制
御部２５からの制御によって連動して、電力増幅器１６
に接続されている端子１４ａ、１５ａを、端子１４ｂ、
１５ｂと端子１４ｃ、１５ｃの何れか一方側に接続する
もので、移相回路１３から出力される２相の信号φ１、
φ２は、それぞれスイッチ１４、１５の端子１４ｂ、１
５ｂに接続されている。

【００１６】電力増幅器１６によってそれぞれ増幅され
た信号は、駆動信号あるいはモータの保温のための信号
として超音波モータ１の固定子を構成している１対の圧
電体２ａ、２ｂへそれぞれ供給される。

【００１７】超音波モータ１には温度センサ１７が近接
配置されている。温度センサ１７は超音波モータ１の周
囲の温度に対応した信号Ｔを温度比較器１８に出力す
る。

【００１８】温度比較器１８は、この実施例の温度比較
手段を構成するもので、基準温度設定器１９に予め設定
されている基準値Ｔｒと、温度センサ１７からの出力信
号Ｔとの大小を比較して、その比較結果を後述するスイ
ッチ制御部２５へ出力する。基準温度設定器１９には、
例えば、温度１５°Ｃのときに温度センサ１７から出力
される信号の大きさと同じ値が、基準値Ｔｒとして予め
設定されている。

【００１９】また、移相回路１３から出力される２相の
信号φ１、φ２のうちの一方の信号φ１は、スイッチ制
御部２５によって開閉されるスイッチ２０を介してスイ
ッチ２１の端子２１ａに入力されている。スイッチ２１
の端子２１ｂ、２１ｃは、スイッチ１４、１５の端子１
４ｃ、１５ｃにそれぞれ接続されており、端子２１ａ
は、後述する同期切替器２２によって、端子２１ｂ、２
１ｃへ交互に接続されて、信号φ１を、スイッチ１４、
１５の端子１４ｃ、１５ｃへ交互に出力する。

【００２０】同期切替器２２は、スイッチ１４、１５、
２０、２１および後述するスイッチ制御部２５ととも
に、この実施例の交流信号供給手段を構成するものであ
り、信号φ１に同期して、その信号φ１の一周期（α）
毎にスイッチ２１の切り替えを行なう。

【００２１】スイッチ制御部２５は、外部（カード処理
装置内の他の制御部等）からの駆動要求信号および温度
比較器１８の比較結果を受けて、スイッチ１４、１５お
よびスイッチ２０の制御を行なう。

【００２２】図２は、このスイッチ制御部２５の処理手
順を示すフローチャートである。以下、このフローチャ
ートに基づいて一実施例の駆動制御装置１０の動作を説
明する。

【００２３】カード処理装置の電源がオンされ、この駆
動制御装置１０の電源がオンされると、スイッチ制御部
２５は、スイッチ１４、１５を端子１４ｃ、１５ｃ側に
接続するとともに、スイッチ２０をオフ状態に初期設定
してから、温度比較器１８の比較結果の判定を行う（Ｓ
１〜３）。ここで、超音波モータ１の周囲温度が、１５
°Ｃより低くて、ＴがＴｒより小と判定された場合に
は、スイッチ２０をオンさせる（Ｓ４）。

【００２４】このスイッチ２０のオン制御によって、ス
イッチ１４、１５の端子１４ａ、１５ａには、信号φ１
が、その一周期（α）ずつ順番（この場合には交互）に
出力されることになり、超音波モータ１には、図３の
（ａ）、（ｂ）に示すように、信号φ１を増幅した交流
信号Ａ１、Ａ２が、その一周期ずつ交互に出力されるこ
とになる。

【００２５】このため、超音波モータ１の固定子を構成
している一対の圧電体２ａ、２ｂには、それぞれ交互に
定在波が生じ、この定在波によってモータが発熱し、温
度センサ１７の出力も上昇する。

【００２６】スイッチ２０のオン状態は、温度センサ１
７の出力信号Ｔが基準値Ｔｒに達するまで維持され、出
力信号ＴがＴｒに達すると、スイッチ２０がオフ状態と
なり、駆動要求信号のオンが判定され、駆動要求信号が
オフ状態のときには、Ｔが基準値Ｔｒより低いか否かが
判定される（Ｓ５〜７）。

【００２７】そして、Ｔが基準値Ｔｒより低くなるとス
イッチ２０がオンされて、超音波モータ１の温度は、ほ
ぼ基準温度１５°Ｃに維持される（Ｓ８）。

【００２８】また、Ｔが基準値Ｔｒ以上のとき、あるい
は、スイッチ２０がオンされて超音波モータ１に交流信
号が交互に供給されているときに、駆動要求信号がオン
状態になると、スイッチ制御部２５は、スイッチ１４、
１５を端子１４ｂ、１５ｂ側に切り替えて、移相回路１
３からの２相の信号φ１、φ２を電力増幅器１６へその
まま入力させ、超音波モータ１の固定子の一対の圧電体
２ａ、２ｂに、図４の（ａ）、（ｂ）に示すように９０
度位相差をもつ駆動信号Ｄ１、Ｄ２を供給する（Ｓ
９）。

【００２９】この駆動信号の供給によって、超音波モー
タ１の固定子の表面に、進行波が発生し、この進行波に
よって可動子（図示せず）が回転して、カードの搬送や
磁気ヘッドの移動がなされる。

【００３０】このとき、モータは十分温度の高い状態か
ら駆動されるので、安定した搬送動作を行なうことがで
きる。

【００３１】この駆動は、駆動要求信号がオフ状態にな
るまで行なわれ、駆動要求信号がオフ状態になるとスイ
ッチ１４、１５が端子１４ｃ、１５ｃ側に切り替わり
（Ｓ１０、１１）、処理Ｓ５へ戻る。そして、次の駆動
要求信号がオン状態になるか、あるいはモータの温度が
低下するまで、超音波モータ１に対する信号の供給が停
止される。

【００３２】この駆動停止直後のモータの温度は、その
駆動によって基準温度以上に上昇しているので、モータ
に信号が供給されない状態がしばらく続き、その間に駆
動要求信号がオン状態にならないと、モータの温度が基
準温度より低くなり、再びスイッチ２０がオンして（Ｓ
８）、交流信号の交互供給がなされ、モータの温度を基
準温度に維持させる。

【００３３】このように、モータへの信号の供給が停止
されている期間は、モータの固定子と移動子の間に強い
摩擦力が発生して、大きな静止トルクを得ることができ
るのは勿論であるが、モータの温度を保持するために一
対の圧電体２ａ、２ｂに交互に交流信号を供給している
ときでも、常に一方の圧電体には定在波が発生していな
いので、比較的大きな静止トルクが得られる。したがっ
て、この静止トルクによって駆動停止後のカードやヘッ
ドの移動を規制することができる。

【００３４】また、モータの温度を保持するために、一
対の圧電体２ａ、２ｂに交互に交流信号を供給している
ので、その消費電力も少なくて済み、モータの寿命が大
幅に短縮されることも防ぐことができる。

【００３５】

【他の実施例】前記実施例では、モータ停止時の温度維
持のために、モータを駆動するための２相の信号の一方
をモータの一対の圧電体に所定期間ずつ順番に供給して
いたが、これは、本発明を限定するものでなく、例え
ば、図５に示すように、移相回路１３と電力増幅器１６
との間にそれぞれ独立して開閉可能な２つのスイッチ３
１、３２を設け、交流信号供給制御部３３によって、２
つのスイッチ３１、３２を同時オフ状態、同時オン状
態、および交互オン状態に切り替えるようにしてもよ
い。

【００３６】また、モータの駆動停止期間中に交流信号
を交互に供給する方法には、この実施例や図５に示した
ものだけでなく、電力増幅器の出力側にスイッチを設け
たり、あるいは移相回路内でゲート回路を用いて行なっ
たり種々の方法を用いることができる。

【００３７】また、前記実施例のように交流信号を一周
期ずつ交互に供給するだけでなく、全ての圧電体に交流
信号を供給しない非供給時間をその切替えの間に毎回設
けてもよい。

【００３８】また、モータを駆動するための２相の信号
φ１、φ２以外の別の信号を基に生成した交流信号（正
弦波だけでなく三角波や矩形波でもよい）を、固定子の
一対の圧電体に供給するようにしてもよい。

【００３９】また、前記実施例では、温度保持のために
信号φ１を増幅した交流信号を、その信号φ１に同期し
てその一周期分ずつ供給していたが、信号φ１（または
φ２）の複数周期分ずつ供給したり、タイマ回路を利用
して、信号φ１と非同期なタイミングで信号の切り替え
を行なうようにしてもよい。

【００４０】また、前記実施例では、モータの駆動時に
供給する駆動信号の周波数と、駆動停止時に供給する交
流信号の周波数が同一であったが、超音波モータの固定
子表面に発生する進行波や定在波の振幅は、供給信号の
周波数に依存しているので、駆動停止期間中に周波数制
御部１１から出力される制御電圧を駆動時と異なる電圧
にして、この駆動停止期間に発生する定在波の振幅が駆
動時の進行波の振幅より小さくなるようにしてもよい。

【００４１】また、前記実施例では、周波数制御部１
１、電圧制御発振器１２、移相回路１３および電力増幅
器１６によって、２相の駆動信号を超音波モータへ供給
するようにしていたが、マイクロコンピュータによって
２相の信号を直接発生させて電力増幅器１６へ出力する
ように構成してもよく、この場合には、温度センサ１７
の出力をＡ／Ｄ変換器によってディジタル値に変換し、
このディジタル値をそのマイクロコンピュータへ入力し
て、前記温度比較器１８、基準温度設定器１９、同期切
替器２２およびスイッチ制御部２５と同一の処理を行な
うようにすればよい。

【００４２】また、前記実施例では、２つ（１対）の圧
電体で固定子が構成されている回転式の超音波モータ
に、交流信号を交互に圧電体に供給していたが、３つ以
上の圧電体で構成された固定子をもつ超音波モータを駆
動する駆動制御装置の場合でも、交流信号を例えば一周
期ずつ順番に複数の圧電体へ供給すれば、前記同様の効
果が得られる。また、可動子が直線移動するような超音
波モータを駆動制御する装置にも本発明を同様に適用で
きる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波モ
ータの駆動制御装置は、超音波モータの固定子を構成し
ている複数の圧電体に、所定期間ずつ順番に交流信号を
供給して、モータの停止期間中の温度の低下を防止して
いるので、複数の圧電体に同時に信号を供給する場合に
比べて、格段に大きな静止トルクが得られ、この静止ト
ルクによって機器のオーバラン等を規制することがで
き、また、消費電力も少なくて済み、モータの寿命の極
端な短縮も防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図

【図２】一実施例の要部の処理手順を示すフローチャー
ト

【図３】モータ停止時にモータへ供給される信号を示す
図

【図４】駆動時にモータへ供給される信号を示す図

【図５】本発明の他の実施例を説明するための要部ブロ
ック図

【符号の説明】

１超音波モータ２ａ、２ｂ圧電体１０駆動制御装置１１周波数制御部１２電圧制御発振器１３移相回路１４、１５スイッチ１６電力増幅器１７温度センサ１８温度比較器１９基準温度設定器２０、２１スイッチ２２同期切替器２５スイッチ制御部

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【手続補正書】

【提出日】平成６年９月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【図４】

【図１】

【図２】

【図５】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波モータの固定子を構成している複数
の圧電体に対して、位相差のある多相の駆動信号を供給
して、前記超音波モータを駆動する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駆動停止期間中に、所定周波数の交
流信号を前記超音波モータの複数の圧電体に所定期間ず
つ順番に供給する交流信号供給手段を設けたことを特徴
とする超音波モータの駆動制御装置。
【請求項２】前記超音波モータの温度を検出する温度セ
ンサと、前記温度センサで検出される温度と所定の基準温度とを
比較する温度比較手段とを備え、前記交流信号供給手段は、前記温度比較手段の比較結果
を受け、前記超音波モータの温度が前記基準温度に達す
るまでの間、所定周波数の交流信号を前記超音波モータ
の複数の圧電体に所定期間ずつ順番に供給することを特
徴とする請求項１記載の超音波モータの駆動制御装置。