JPH11191978A

JPH11191978A - 超音波モータの駆動回路

Info

Publication number: JPH11191978A
Application number: JP9358913A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Furukoshi; 洋行古越
Original assignee: Asmo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Asmo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、かつスイッチング素子をオン
した時に発生する高周波での発振を抑制して、ラジオノ
イズを低減させることができる超音波モータの駆動回路
を得る。【解決手段】超音波モータの駆動回路における電圧発
生回路において、トランスの１次側コイルと、スイッチ
ング素子と、高周波成分を通過させないフィルタ素子と
を直列に接続する。このため、スイッチング素子がオン
した時に発生する高周波の発振を抑制することができ、
ラジオノイズの発生を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータを駆
動するための超音波モータの駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、超音波振動を駆動力とする超
音波モータが知られている。超音波モータの一種である
進行波型の超音波モータでは、円環状の弾性体に圧電体
が貼付されてステータが形成されており、このステータ
には駆動軸に取り付けられたロータが加圧接触されてい
る。

【０００３】超音波モータの駆動回路は、前記圧電体
に、所定周波数で位相が９０°異なる２相の駆動信号
（ｓｉｎ波及びｃｏｓ波）を供給する。この２相の駆動
信号によって発生する圧電体の機械振動により、弾性体
に、振動の腹及び節が弾性体に沿って円環状に移動する
超音波振動（進行波）が励起される。この進行波によ
り、前記弾性体に加圧接触されたロータ及び駆動軸が回
転される。

【０００４】前記超音波モータは、例えば自動車のステ
アリング装置の所謂チルト機構や、テレスコピック機構
等に用いられた場合には、超音波モータの駆動回路と超
音波モータは、図４に示す如く、共に車両のボディに接
地される。このため、駆動回路、超音波モータ、車両ボ
ディでループを形成してしまい、駆動回路からの電流が
超音波モータを通って車両のボディに流れて駆動回路へ
戻ってしまうので、ラジオのスピーカーからノイズを発
生してしまう。

【０００５】このラジオのスピーカーから発生するノイ
ズを低減するために、図４に示すように、超音波モータ
を車両側に固定する際に、超音波モータをフロートして
電気的に絶縁状態にして固定し、駆動回路からの電流が
超音波モータを通って車両のボディに流れて駆動回路に
戻るのを防ぐことにより、ラジオのスピーカーから発生
するラジオノイズを低減する技術がある。

【０００６】超音波モータには電圧発生回路から駆動電
圧が供給されており、この電圧発生回路としては従来よ
り種々の構成がある。一例として、トランスの１次側コ
イルを流れる電流をオンオフすることによってトランス
の２次側コイルに誘導される交流電圧を全波整流して平
滑し、直流電圧を得る構成の電圧発生回路（所謂スイッ
チング電源）は一般に広く知られている。

【０００７】上記のような構成の電圧発生回路の一例を
図５に示す。図５の電圧発生回路１３０では、トランス
１２０の１次側コイル１２０Ａの中点が、電源線１１８
を介してコンデンサ１１６の一端および図示しない電源
（図ではＶccで示す）に接続されており、コンデンサ１
１６の他端は接地されている。１次側コイル１２０Ａの
両端はＭＯＳＦＥＴ１１０、１１２を介して接地されて
いる。

【０００８】デューティー制御回路１１４からのスイッ
チング信号によってＭＯＳＦＥＴ１１０、１１２を所定
のタイミングでオンオフすると、トランス１２０の２次
側コイル１２０Ｂに交流電圧が誘起される。この交流電
圧をダイオード１２２、１２４で全波整流し、コイル１
２６、コンデンサ１２８によって平滑化して直流電圧を
得る。

【０００９】上記のように、デューティー制御回路１１
４からのスイッチング信号によってＭＯＳＦＥＴ１１
０、１１２をオンオフすることで直流電圧が供給されて
超音波モータが駆動される。

【００１０】ところが、一般にＭＯＳＦＥＴ１１０（ま
たは１１２）は、図６の（ａ）に示すようにキャパシタ
ンス容量を有しているので、実際には図６の（ｂ）に示
すようにトランスの１次側コイル１２０Ａと、コンデン
サ１１６と、ＭＯＳＦＥＴ１１０の有するキャパシタン
スとを直列に接続した等価回路で表され、所謂ＬＣ共振
回路となる。

【００１１】このため、ＭＯＳＦＥＴ１１０（または１
１２）をオンした時に、図８の（ａ）に示すようにＭＯ
ＳＦＥＴ１１０（または１１２）のドレイン電圧が歪ん
で高周波で発振してしまう。この高周波での発振により
駆動回路からの放射ノイズや、駆動回路と超音波モータ
を接続するワイヤーからワイヤー伝導ノイズを発生し、
ラジオのスピーカーからノイズが発生してしまう。この
高周波での発振により発生する放射ノイズやワイヤー伝
導ノイズを低減するためには、駆動回路をシールド化し
たり、全ワイヤーにフィルタを入れる等の方法がある
が、コストがかかるという欠点がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事実を
考慮し、簡単な構成で、かつ高周波での発振を抑制して
ラジオノイズを低減することができる超音波モータの駆
動回路を得ることが目的である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、トランスの１次側コイルにスイッチング素子
を接続し、前記スイッチング素子をオンオフすることで
前記トランスの２次側コイルへ交流電圧を誘起し、前記
交流電圧を整流、平滑化して超音波モータを駆動するた
めの直流電圧を得る電気的に絶縁して被固定部材に固定
された超音波モータの駆動回路において、前記スイッチ
ング素子をオンした時に発生する高周波での発振を抑制
するための発振抑制手段を有することを特徴とする。

【００１４】本発明の請求項２に記載の発明は、前記発
振抑制手段が、前記スイッチング素子に直列に接続さ
れ、高周波成分を通過させないようにするフィルタ素子
であることを特徴とする。

【００１５】請求項１および２に記載の発明によれば、
スイッチング素子にフィルタ素子を直列に接続する。こ
のため、スイッチング素子をオンした時に発生する高周
波をフィルタ素子によって通過するのを防ぐことがで
き、高周波での発振を抑えてラジオノイズを低減するこ
とができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施の形態を詳細に説明する。

【００１７】図２には本実施の形態に係る進行波型の超
音波モータ１０が示されている。超音波モータ１０は銅
合金等から構成される円環状の弾性体１２を備え、この
弾性体１２に圧電体１４が貼付されてステータ２８が形
成されている。

【００１８】圧電体１４は電気信号を機械信号に変換す
る圧電材料から成り、多数の電極により円環状に分割、
配列されて構成されている。一方、駆動軸１６に取り付
けられたロータ１８は、アルミ合金等から成るロータリ
ング２０に円環状のスライダ２２が接着されて形成され
ており、スプリング２４によってスライダ２２が前記弾
性体１２に加圧接触されている。このスライダ２２とし
ては、安定した摩擦力、摩擦係数を得るために、例えば
エンジニアリングプラスチック等が用いられ、これによ
り高効率でロータ１８を駆動することができる。

【００１９】また、弾性体１２には圧電素子２６（図３
参照）が貼付されている。図３に示すように、圧電素子
２６は一端が接地されており、他端が駆動回路３０のバ
ンドパスフィルタ４０の入力端に接続されている。

【００２０】圧電素子２６は弾性体１２の振動を検出
し、該振動に応じた振幅、周期の交流信号（フィードバ
ック信号）を出力する。バンドパスフィルタ４０の出力
端はマイクロコンピュータ３２の一方の入力端に接続さ
れている。バンドパスフィルタ４０は圧電素子２６から
出力されるフィードバック信号を検波してマイクロコン
ピュータ３２に出力する。

【００２１】また、超音波モータ１０には回転センサ４
６が取り付けられており、回転センサ４６の出力端はマ
イクロコンピュータ３２の他方の入力端に接続されてい
る。

【００２２】回転センサ４６は、マグネット（図示省
略）とホール素子（図示省略）等で構成され、マグネッ
ト表面の磁束の変化をホール素子で検出し、ロータ１８
が回転すると、マイクロコンピュータ３２へロータ１８
の回転速度に応じた周期のパルス信号を出力する。

【００２３】マイクロコンピュータ３２の一方の出力端
には発振回路３４が接続されており、他方の出力端には
スイッチング制御回路３６の一方の入力端に接続されて
いる。発振回路３４の出力端は、スイッチング制御回路
３６の他方の入力端に接続されている。発振回路３４は
マイクロコンピュータ３２からの信号に応じた発振周波
数で発振する。

【００２４】スイッチング制御回路３６の一方の出力端
は、駆動信号発生回路４８のＡ相増幅回路４２の一方の
入力端に接続されており、他方の出力端は駆動信号発生
回路４８のＢ相増幅回路４４の一方の入力端に接続され
ている。スイッチング制御回路３６は発振回路３４から
発振された発振周波数に応じて駆動パルスをスイッチン
グしながらＡ相増幅回路４２、Ｂ相増幅回路４４へ出力
する。

【００２５】また、Ａ相増幅回路４２の他方の入力端と
Ｂ相増幅回路４４の他方の入力端は電圧発生回路３８の
出力端に接続されており、前記電圧発生回路３８より電
力が供給される。電圧発生回路３８の回路構成を図１に
示す。

【００２６】図１に示す電圧発生回路３８はトランス６
０を備えており、トランス６０の１次側コイル６０Ａの
中点には電源線７４を介してコンデンサ７２の一端およ
び図示しない電源（図ではＶｃｃで表す）に接続されて
おり、コンデンサ７２の他端は接地されている。

【００２７】トランス６０の１次側コイル６０Ａの一端
は、フィルタ素子としてのフェライトビーズ５４の一端
が接続されており、他端はフェライトビーズ５６の一端
が接続されている。なお、フェライトビーズ５４、５６
は高周波、例えば１０ＭＨｚ以上の周波数成分を通過さ
せないものを使用するものとする。フェライトビーズ５
４の他端はスイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ５０
のドレインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ５０のゲー
トはデューティー制御回路５８の一方の出力端に接続さ
れており、ＭＯＳＦＥＴ５０のソースは接地されてい
る。

【００２８】フェライトビーズ５６の他端はスイッチン
グ素子としてのＭＯＳＦＥＴ５２のドレインに接続され
ている。ＭＯＳＦＥＴ５２のゲートはデューティー制御
回路５８の他方の出力端に接続されており、ＭＯＳＦＥ
Ｔ５２のソースは接地されている。

【００２９】トランス６０の２次側コイル６０Ｂの一端
は整流素子としてのダイオード６２のアノードが接続さ
れており、他端は整流素子としてのダイオード６４のア
ノードが接続されている。また、トランス６０の２次側
コイル６０Ｂの中点は接地されている。

【００３０】ダイオード６２、６４のカソードはインダ
クタンス素子としてのコイル６６の一端に接続されてい
る。コイル６６の他端はコンデンサ６８の一端が接続さ
れており、コンデンサ６８の他端は接地されている。さ
らに、コイル６６の他端はＡ相増幅回路４２、Ｂ相増幅
回路４４の一方の入力端に接続されており、前記入力端
に直流電圧が供給される。

【００３１】Ａ相増幅回路４２は超音波モータ１０の圧
電体１４Ａに接続されており、圧電体１４Ａに正弦波信
号（ｓｉｎ波）を供給する。Ｂ相増幅回路４４は超音波
モータ１０の圧電体１４Ｂに接続されており、圧電体１
４ＢにＡ相増幅回路４２が供給する正弦波信号と９０°
位相が異なる正弦波信号（ｃｏｓ波）を供給する。圧電
体１４Ａ、１４Ｂの他端は接地されている。この圧電体
１４Ａ、１４Ｂによって超音波モータ１０の圧電体１４
が構成される。

【００３２】Ａ相増幅回路４２、Ｂ相増幅回路４４の回
路構成は図９に示すような構成となっている。Ａ相増幅
回路４２はトランス１００を備えており、トランス１０
０の１次側コイル１００Ａの中点には、電源線８４の分
岐された方の一端が接続されており、電源線８４の他端
は前述の電圧発生回路３８の出力端に接続されている。

【００３３】トランス１００の１次側コイル１００Ａの
一端はスイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ９０のド
レインに接続されており、他端はＭＯＳＦＥＴ９２のド
レインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ９０、９２のソ
ースは接地されている。また、トランス１００の２次側
コイル１００Ｂの両端は圧電体１４Ａに接続されてい
る。

【００３４】Ｂ相増幅回路４４はトランス１０２を備え
ており、トランス１０２の１次側コイル１０２Ａの中点
には電源線８４の分岐された方の他端が接続されてい
る。

【００３５】トランス１０２の１次側コイル１０２Ａの
一端はスイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ９４のド
レインに接続されており、他端はＭＯＳＦＥＴ９６のド
レインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ９４、９６のソ
ースは接地されている。また、トランス１０２の２次側
コイル１０２Ｂの両端は圧電体１４Ｂに接続されてい
る。

【００３６】ＭＯＳＦＥＴ９０、９２、９４、９６のゲ
ートは各々スイッチング制御回路３６に接続されてお
り、ＭＯＳＦＥＴ９０、９２、９４、９６の各々はスイ
ッチング制御回路３６から入力されるスイッチング信号
Ａ₁、Ａ₂、Ｂ₁、Ｂ₂に応じてオンオフされる。

【００３７】次に、本発明の実施の形態における作用に
ついて、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００３８】超音波モータ１０を駆動する場合、マイク
ロコンピュータ３２より駆動周波数信号が発振回路３４
へ出力される。発振回路３４はマイクロコンピュータ３
２より指定された駆動周波数で発振を開始する。

【００３９】電圧発生回路３８では、電源Ｖｃｃからト
ランス６０の１次側コイル６０Ａに電圧が供給され、デ
ューティー制御回路５８から所定のタイミングでＭＯＳ
ＦＥＴ５０、５２のゲートへスイッチング信号が入力さ
れて、トランス６０の１次側コイル６０Ａへの電流がオ
ンオフされる。そして、トランス６０の２次側コイル６
０Ｂへ交流電圧が誘起され、この交流電圧をダイオード
６２、６４で全波整流し、トランス６６、コンデンサ６
８で平滑化して直流電圧をＡ相増幅回路４２、Ｂ相増幅
回路４４へ供給する。

【００４０】このとき、前述したように、ＭＯＳＦＥＴ
５０のキャパシタンス、トランス６０の１次側コイル６
０Ａ、コンデンサ７２で共振回路を形成し、高周波（１
０ＭＨｚ程度）で発振してしまい、ラジオノイズを発生
してしまうが、本形態では、フェライトビーズ５４（ま
たは５６）が１０ＭＨｚ以上の周波数成分を通過させな
いため発振が抑えられ、ラジオノイズを発生することが
ない。

【００４１】スイッチング制御回路３６では、Ａ相増幅
回路４２、Ｂ相増幅回路４４のＭＯＳＦＥＴ９０、９
２、９４、９６をオンオフさせるスイッチング信号
Ａ₁、Ａ₂、Ｂ₁、Ｂ₂を出力する。

【００４２】このスイッチング信号は、図１０に示すよ
うに、ＭＯＳＦＥＴ９０、９２、９４、９６のいずれか
１つを所定のデューティー比でオンオフさせ、かつそれ
以外のＭＯＳＦＥＴをオフ状態にすると共に、オンオフ
させるＭＯＳＦＥＴを、駆動開始時の駆動信号の周波数
ｆs の周期の１／４の周期毎に、ＭＯＳＦＥＴ９０、９
４、９２、９６の順に切り替える信号である。これによ
り、トランス１００、１０２の２次側コイル１００Ｂ、
１０２Ｂには各々周波数が駆動開始時の周波数ｆs で、
かつ位相が９０°異なる交流の駆動信号が誘起される。

【００４３】この駆動信号が圧電体１４Ａ、１４Ｂに供
給されることにより、超音波モータ１０の弾性体１２に
進行波が励起され、駆動軸１６およびロータ１８が回転
される。また、弾性体１２の振動は圧電素子２６によっ
て電気信号に変換され、フィードバック信号としてバン
ドパスフィルタを４０を介してマイクロコンピュータ３
２に入力される。さらに、超音波モータ１０に取り付け
られた回転センサ４６から、ロータ１８の回転速度に応
じた回転パルス信号がマイクロコンピュータ３２に入力
される。

【００４４】マイクロコンピュータ３２では、前記フィ
ードバック信号、回転パルス信号をモニタしながら、駆
動信号の周波数が超音波モータ１０の最適駆動周波数に
徐々に近づいて一致し、さらに最適駆動周波数を追従す
るように、オンオフさせるＭＯＳＦＥＴ９０、９２、９
４、９６を切り替えるタイミングを変更して駆動信号の
周波数を制御する。

【００４５】上記のように、電圧発生回路３８のトラン
ス６０の１次側コイル６０ＡとＭＯＳＦＥＴ５０、５２
との間にフェライトビーズ５４、５６を設けることでＭ
ＯＳＦＥＴ５０、５２をオンしたときに発生する高周波
での発振を抑えることができ、ラジオノイズを低減する
ことができる。

【００４６】また、本発明と、前述の超音波モータを取
り付けて固定する際にフロートさせ、超音波モータを電
気的に絶縁状態にして固定してラジオノイズを低減させ
る技術と併用することにより、総合的にラジオノイズを
低減することができる。

【００４７】なお、本形態では電圧発生回路３８に本発
明を適用しているが、Ａ相増幅回路４２、Ｂ相増幅回路
４４も前述したようにスイッチング素子としてのＭＯＳ
ＦＥＴやトランス等を含んで構成されることから、本発
明をＡ相増幅回路４２、Ｂ相増幅回路４４に適用しても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波モータの駆動回路における
電圧発生回路を示す回路図である。

【図２】超音波モータの概略構成を示す一部断面斜視図
である。

【図３】超音波モータの駆動回路の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図４】超音波モータと超音波モータの駆動回路におい
て発生するループ電流を説明するための説明図である。

【図５】従来の超音波モータの駆動回路における電圧発
生回路を示す回路図である。

【図６】（ａ）は従来における実際の電圧発生回路の一
部を説明するための回路図である。（ｂ）は、（ａ）に
示した回路の等価回路図である。

【図７】（ａ）は本発明における実際の電圧発生回路の
一部を説明するための回路図である。（ｂ）は、（ａ）
に示した回路の等価回路図である。

【図８】（ａ）は従来のＭＯＳＦＥＴのドレイン電圧の
波形図である。（ｂ）は本発明におけるＭＯＳＦＥＴの
ドレイン電圧の波形図である。

【図９】駆動信号発生回路の例を示す回路図である。

【図１０】スイッチング制御回路から出力されるスイッ
チング信号と、トランスで誘起される駆動信号を示す線
図である。

【符号の説明】

１０超音波モータ３０駆動回路３２マイクロコンピュータ３４発振回路３６スイッチング制御回路３８電圧発生回路４２Ａ相増幅回路４４Ｂ相増幅回路５０、５２ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）５４、５６フェライトビーズ（発振抑制手段）５８デューティー制御回路６０トランス６２、６４ダイオード６６コイル６８コンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トランスの１次側コイルにスイッチング
素子を接続し、前記スイッチング素子をオンオフするこ
とで前記トランスの２次側コイルへ交流電圧を誘起し、
前記交流電圧を整流、平滑化して超音波モータを駆動す
るための直流電圧を得る電気的に絶縁して被固定部材に
固定された超音波モータの駆動回路において、前記スイッチング素子をオンした時に発生する高周波で
の発振を抑制するための発振抑制手段を有することを特
徴とする超音波モータの駆動回路。
【請求項２】前記発振抑制手段が、前記スイッチング
素子に直列に接続され、高周波成分を通過させないよう
にするフィルタ素子であ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回路。