JPH0833368A - 超音波モータの駆動制御装置 - Google Patents

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が減算器１８によって基
準値Ｔｒから減算され、その減算結果Ａが制御部２３へ
出力される。制御部２３は、減算結果Ａが正のときスイ
ッチ１４、１５を端子１４ｃ、１５ｃ側に接続し、スイ
ッチ２０をオンさせるとともに、同期切替器２２に非供
給時間データを設定する。同期切替器２２は、スイッチ
２１を、非供給時間データに対応した時間をはさんで、
移相回路１３から出力される２相の信号の一方の信号の
一周期分ずつ間欠的にオンさせて、超音波モータ１の一
対の圧電体２ａ、２ｂに同時に且つ間欠的に交流信号を
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、所定周波数の同相の
交流信号を前記超音波モータの複数の圧電体に同時に且
つ間欠的に供給する間欠供給手段を設けたことを特徴と
している。

【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、所定周波数の同相の交流信号
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
同時に且つ間欠的に供給され、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を内部でディジタル
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、後述する制御部２３
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のいず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、１５ｂ
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温度を常温に保持
するための信号として、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を減算器１８に出力する。

【００１８】減算器１８は、この実施例の演算手段を構
成するもので、基準温度設定器１９に設定されている基
準値Ｔｒから温度センサ１７の出力信号Ｔを減じて、そ
の算出結果Ａ（＝Ｔｒ−Ｔ）を制御部２３へ出力する。

【００１９】基準温度設定器１９には、超音波モータ１
を安定に起動できる基準温度（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。

【００２０】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２
０、２１を介してスイッチ１４、１５の端子１４ｃ、１
５ｃに入力されている。スイッチ２０は制御部２３によ
ってオンオフ制御され、スイッチ２１は、同期切替器２
２によってオンオフ制御される。

【００２１】同期切替器２２は、スイッチ１４、１５、
２０、２１および制御部２３とともに、この実施例の間
欠供給手段を構成するものであり、信号φ１に同期して
スイッチ２１をその信号φ１の一周期間だけオンさせて
から、制御部２３によって設定されている非供給時間デ
ータに対応した時間だけスイッチ２１をオフさせるとい
う動作を繰り返し行い、スイッチ２１を間欠的にオンさ
せる。

【００２２】制御部２３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のオンオフ状態に応
じてスイッチ１４、１５、２０の切替えを行なうスイッ
チ切替処理と、減算器１８の出力Ａに応じて、モータの
停止期間中に供給する交流信号の供給時間と非供給時間
との比を可変設定する供給時間比可変処理とを行なう。

【００２３】この制御部２３は、駆動停止期間中に超音
波モータ１へ間欠的に供給される交流信号の非供給時間
データをメモリ２３ａに例えばＮ１〜Ｎ３まで記憶して
おり、そのなかから最適な非供給時間を選択して同期切
替器２２へ設定することによって、供給時間（信号φ１
の一周期間に固定）に対する非供給時間の比を可変させ
る。

【００２４】なお、非供給時間データＮ１〜Ｎ３は、例
えば、信号φ１の一周期をαとしたとき、順にα、２・
α、３・αとなるように設定されているものとする。

【００２５】図２は、この制御部２３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。

【００２６】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、制御部２３はス
イッチ１４、１５を端子１４ｃ、１５ｃ側に接続し、ス
イッチ２０をオフ状態に初期設定し、減算器１８の出力
Ａを初期温度差Ａ₀ として記憶する（Ｓ１〜３）。

【００２７】そして、この初期温度差Ａ₀ が正か否か、
およびＡ₀ が５（°Ｃ）以上か否かが判定される（Ｓ
４、５）。

【００２８】ここで、Ａ₀ が正で且つ５以上の場合に
は、モータの周囲温度が基準温度よりかなり低いものと
して、最も短い非供給時間データＮ１を同期切替器２２
へ設定し、スイッチ２０をオンさせる（Ｓ６、７）。

【００２９】この処理によって、スイッチ１４、１５の
端子１４ａ、１５ａには、信号φ１が、その一周期間分
の停止期間をはさんで一周期分ずつ同時に出力されるこ
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を増幅した同相の交流信号Ｈ
１、Ｈ２が、一周期間隔（α時間間隔）で同時に出力さ
れることになる。

【００３０】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、定在波が間欠的
に生じ、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。

【００３１】そして、温度センサ１７の出力信号Ｔが増
加して、減算器１８の出力Ａが５より小さくなると、中
間の非供給時間データＮ２が同期切替器２２に設定され
る（Ｓ８、９）。

【００３２】この処理によって、スイッチ１４、１５の
端子１４ａ、１５ａには、信号φ１が、その二周期分の
停止期間２・αをはさんで一周期分ずつ同時に出力され
ることになり、超音波モータ１には、図４の（ａ）、
（ｂ）に示すように、信号φ１を増幅した同相の交流信
号Ｈ１、Ｈ２が同時に且つ間欠的に出力されることにな
る。

【００３３】また、初期温度差Ａ₀ が正で且つ５より小
の場合には、最初に中間の非供給時間データＮ２が同期
切替器２２に設定されてから、スイッチ２０がオン状態
になる（Ｓ１０、１１）。この場合には、最初から図４
に示したように、二周期分の停止期間をはさんで一周期
分ずつ交流信号が同時に超音波モータの一対の圧電体２
ａ、２ｂに供給されて、モータの温度が上昇する。

【００３４】なお、このように、モータの温度が基準温
度に近づいたときに、その交流信号の供給時間に対して
非供給時間を増大させることによって、モータの温度が
基準温度を大きく越えてしまうことを防止している。即
ち、モータの内部の温度が既に基準温度に達していて
も、実際に温度センサ１７が基準温度になるまでには時
間がかかる。この遅れ時間の間に、非供給時間の短い交
流信号を与え続けると、温度センサ１７が基準温度を検
知したときには、超音波モータ１の温度が、基準温度を
大きく越えてしまい、モータの共振特性が大きく変化し
てしまう恐れがある。このために、上記のように、温度
センサ１７の出力が基準温度から所定範囲内まで近づい
た段階で、非供給時間を長くすることで、緩やかにモー
タの温度を上昇させて、モータ自身の温度が極端に高く
ならないようにしている。

【００３５】また、減算器１８の出力Ａが５以上の範囲
では、モータの温度を早く基準温度まで上昇させるため
に最短の非供給時間データＮ１を用いて、温度上昇に必
要な時間の短縮と、モータの過熱の防止とを両立させて
いる。

【００３６】このようにして、同相の交流信号が超音波
モータ１の一対の圧電体２ａ、２ｂに間欠的に且つ同時
に供給されて、モータの温度が上昇し、減算器１８の出
力Ａが零以下になると、スイッチ２０はオフ状態とな
り、駆動要求信号がオン状態になるか否かが判定され、
駆動要求信号がオフ状態のときには、減算器１８の出力
Ａが正になるか否かが判定される（Ｓ１２〜１５）。

【００３７】ここで、駆動要求信号がオン状態になる
と、スイッチ１４、１５が端子１４ｂ、１５ｂ側に接続
され、２相の信号φ１、φ２がそのまま電力増幅器１６
によって増幅されて、超音波モータ１の固定子の一対の
圧電体２ａ、２ｂに、図５の（ａ）、（ｂ）に示すよう
に９０度位相差をもつ駆動信号Ｄ１、Ｄ２が供給される
（Ｓ１６）。

【００３８】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。

【００３９】このとき、モータは基準温度に近い温度状
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。

【００４０】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側に接続され
て処理Ｓ１３へ戻る（Ｓ１７、１８）。

【００４１】この駆動によって、モータの温度は上昇す
るので、この駆動直後の減算器１８の出力は駆動前より
大きくなっている。

【００４２】そして、駆動要求信号のオフ状態がしばら
く続くと、モータの温度は低下していく。この温度の低
下速度は、装置の周囲温度、即ち、電源投入時に温度セ
ンサ１７で検出される温度に応じて変化する。即ち、装
置の周囲温度が非常に低いときには、モータの温度も直
ぐに低下し、装置の周囲温度が基準温度より僅かに低い
場合には、モータの温度もゆっくりと低下することにな
る。

【００４３】したがって、この制御部２３では、処理Ｓ
１５で減算器１８の出力Ａが正になると、電源投入時に
記憶した初期温度差Ａ₀ が、どの温度範囲にあるかを判
定し、その範囲に応じて非供給時間データを選択して同
期切替器２２に設定し、スイッチ２０をオン状態にする
（Ｓ１９〜２４）。

【００４４】例えば、初期温度差Ａ₀ が１０°Ｃ以上の
ときには、最短の非供給時間データＮ１を同期切替器２
２へ設定して、図３で示したように同相の交流信号をそ
の供給時間と非供給時間とが同一となるように間欠的に
与えて、放熱によって急速に低下するモータの温度を基
準温度に維持させる。また、初期温度差Ａ₀ が５°Ｃ以
下のときには、最長の非供給時間データＮ３を設定し
て、同相の交流信号をその非供給時間が供給時間の３倍
（３・α）となる（図示せず）ように間欠的にモータに
与えて、モータの僅かな温度低下を補うようにして、必
要以上にモータの温度を上昇させないようにする。ま
た、初期温度差Ａ₀ が１０°Ｃ〜５°Ｃの間のときに
は、その中間の非供給時間データＮ２を設定して、図４
に示したように同相の交流信号をその非供給時間が供給
時間の２倍（２・α）となるように間欠的にモータに与
える。

【００４５】なお、このようにモータに間欠的に交流信
号を供給している間に、駆動要求信号がオン状態になる
と、前述した駆動処理（Ｓ１６〜１８）をこの間欠的な
交流信号の供給に優先して行なう。

【００４６】このようにして、駆動停止期間中にモータ
の温度はほぼ常温に維持されることになる。そして、モ
ータの駆動停止期間中において、そのモータの温度が基
準温度以上のときには、固定子の一対の圧電体２ａ、２
ｂに対して交流信号は供給されず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、一対の圧電体２ａ、
２ｂに間欠的に交流信号を供給しているときでも、一対
の圧電体に定在波が発生していない期間が間欠的に発生
する。この定在波が発生しない期間（非供給時間）は、
装置の機械的な動作速度に比べてはるかに速い間隔で発
生するので、常時定在波が発生している場合に比べて大
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。

【００４７】また、モータの温度を保持するために、一
対の圧電体２ａ、２ｂに間欠的に交流流信号を供給して
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。

【００４８】

【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、間欠的に供給する交流信号の供給時間に対
して非供給時間を可変していたが、逆に非供給時間を固
定とし、供給時間を可変させるようにしてもよく、供給
時間と非供給時間をともに可変するようにしてもよい。

【００４９】また、前記実施例では、供給時間と非供給
時間の切替わりタイミングを交流信号に同期させ、且つ
その時間を一周期の整数倍にしていたが、切替わりタイ
ミングを交流信号に非同期なタイミングにしたり、供給
時間および非供給時間を交流信号の周期と無関係に任意
の時間に設定してもよい。

【００５０】また、モータの駆動停止期間中に交流信号
を間欠的に供給する方法には、この実施例に示したもの
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。

【００５１】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
弦波に限らず三角波や矩形波でもよい）を、固定子の一
対の圧電体に間欠的に供給するようにしてもよい。

【００５２】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、駆動停止期間中に間欠的
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
波の振幅を駆動時の進行波の振幅より小さくしてもよ
い。

【００５３】また、前記実施例では、演算手段として、
温度センサの出力と基準値との差を算出する減算器を用
いていたが、温度センサの出力と基準値との比を算出す
る除算器を用いてもよい。

【００５４】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、前記減算器１８、基準温度設定器１９、同期切替器
２２および制御部２３と同一の処理を行なうようにすれ
ばよい。

【００５５】また、前記実施例では、一対の圧電体で固
定子が構成されている超音波モータを駆動する例につい
て説明したが、より多くの圧電体で構成された固定子を
もつ超音波モータに多相の駆動信号を供給して駆動する
駆動制御装置についても本発明を適用できる。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。

【００５６】

【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、モータの駆動停止期間に、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
周波数の同相の交流信号を同時に且つ間欠的に供給し
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、複数の圧電体に常時交流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】モータ停止時にモータへ供給される信号を示す
図

【図５】駆動時にモータへ供給される信号を示す図

【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 減算器 １９ 基準温度設定器 ２０、２１ スイッチ ２２ 同期切替器 ２３ 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５】

【図１】

【図２】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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、所定周波数の同
   相の交流信号を前記超音波モータの複数の圧電体に同時
   に且つ間欠的に供給する間欠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。
2. 【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の
   差または比を算出する演算手段と、 前記間欠供給手段によって間欠的に供給される交流信号
   の供給時間と非供給時間との比を、前記演算手段の演算
   結果に応じて変化させる供給時間比可変手段とを備えた
   請求項１記載の超音波モータの駆動制御装置。