JP2506896B2

JP2506896B2 - 超音波モ―タ駆動装置

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Publication number: JP2506896B2
Application number: JP63038166A
Authority: JP
Inventors: 博義野村; 勝中濱; 那一小沢
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-02-19
Filing date: 1988-02-19
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPH01214275A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モー
タの駆動装置に関する。

従来の技術近年圧電セラミック等の圧電体を用いた振動体に弾性
振動を励振し、これを駆動力とした超音波モータが注目
されている。

以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術に
ついて説明を行う。

第10図は円環型超音波モータの斜視図であり、円環型
の弾性体20に円環型の圧電体21を張り合わせて振動体22
を構成している。23は耐摩擦性材料の摩擦材、24は弾性
体であり、互いに張り合わせられて移動体25を構成して
いる。移動体25は摩擦材23を介して振動体22と接触して
いる。圧電体21に電界を印加すると振動体22の周方向に
曲げ振動の進行波が励振され、移動体25を駆動する。
尚、同図中の振動体22には、機械出力取り出し用の突起
体26が設置されている。

第11図は第10図の超音波モータに使用した圧電体21の
電極構造の一例を示している。同図では円周方向に９波
の弾性波がのるようにしてある。同図に於て,AおよびＢ
はそれぞれ２分の１波長相当の小領域Ｅからなる電極群
（図面中ハッチング部分）で、Ｃは４分の３波長、Ｄは
４分の１波長相当の電極である。電極ＣおよびＤは電極
群ＡとＢに位置的に４分の１波長（＝90度）の位相差を
作っている。電極群ＡとＢ内の小領域Ｅの電極は圧電体
21を分極する際に用いる電極で、圧電体21は電極群Ａと
Ｂ内の小領域電極群Ｅに対応して、交互に、反対に厚み
方向に分極されている。使用時には、電極群ＡおよびＢ
は第11図のハッチングにより示されたように、それぞれ
短絡して用いられる。圧電体21の弾性体20との接着面
は、第11図に示された面と反対の面であり、その面の電
極は全面電極である。

以上のように構成された超音波モータ７の圧電体21の
電極ＡおよびＢに V₁＝V₀・SIN（ωｔ） ……（１） V₂＝V₀・COS（ωｔ） ……（２）ただし、 V₀:電圧の瞬時値 ω：角周波数 t:時間で表される電圧V₁およびV₂をそれぞれ印加すれば、振動
体22には ξ＝ξ_０・（COS（ωｔ）・COS（kx）＋SIN（ωｔ）・SIN（kx））＝ξ_０・COS（ωｔ−kx） ……（３）ただし、 ξ：曲げ振動の振幅値 ξ₀:曲げ振動の瞬時値 k:波数（２π／λ） λ：波長 x:位置で表せる円周方向に進行する曲げ振動が励起される。

第12図は振動体22の表面のＡ点が進行波の励起によっ
て、長軸2w、短軸2uの楕円運動をし、振動体22上に加圧
して設置された移動体25が、楕円の頂点近傍で接触する
ことにより、摩擦力により波の進行方向とは逆方向にｖ
＝ω×ｕの速度で回転運動する様子を示している。矢印
Ｂは移動体25の進行方向を示し、矢印Ｃは進行波の進行
方向を示す。

以上のように構成された超音波モータ７の等価回路を
示すと第13図のようになる。

C₀は振動体22の電気的な静電容量であり、C₁、L₁、R₁
はそれぞれ振動体22のコンプライアンス、質量、制御係
数に相当するものである。またR_Lは負荷に相当する。こ
のC₁,L₁,R₁,R_Lで構成された回路を機械腕と呼び、この
機械腕に流れる電流I_mを機械腕電流と呼ぶ。この機械腕
電流I_mは、振動体22の振動状態に対応した量となり、超
音波モータ７の回転速度にほぼ比例することが知られて
いる。また、この機械腕電流I_mに対して、圧電体に供給
される電流Ｉを総電流と呼ぶ。

第14図は駆動周波数を掃引したときの機械腕電流I_mの
周波数特性である。

図からわかるように、駆動周波数を掃引して行くとあ
る周波数で急激に電流値が変化するような現象が現れ
る。（この現象はジャンプ現象と呼ばれている。）この
ようなジャンプ現象が起こったときは、機械腕電流I_mと
超音波モータの回転速度はほぼ比例するので、超音波モ
ータ７の回転速度は激変する。また、図より機械腕電流
が極大値を取るときの周波数は掃引方向によって異な
り、ヒステリシス特性をもつことがわかる。

超音波モータ７をできるだけ低電圧で効率よく駆動し
ようとすると、第14図に示される電流値が極大値となる
周波数で駆動しなければならない。しかし、この共振周
波数のごく近傍においては、ジャンプ現象を起こす周波
数が不規則に変化するため特性が非常に不安定であり、
このような点で超音波モータ７を駆動することは出来な
い。したがって、超音波モータの最適駆動周波数つま
り、安定でかつ低電圧、高効率で駆動できる周波数は、
例えば、図のＡ領域のような、不安定な周波数領域を除
いた周波数領域にする必要がある。

ところで、振動体22の共振周波数は、温湿度や、振動
体22と摩擦材23の接触状態や、超音波モータ７にかかる
外部の負荷の状態の変化によって、広範囲に渡り変動す
る。従って、この最適駆動周波数も、この共振周波数に
追従して変動することになる。このため、超音波モータ
を起動する場合、最初は、どの周波数が最適であるかわ
からないので、駆動装置は先ず最初に最適駆動周波数を
捜すような動作をしなければならない。

このような機能を実現する従来の超音波モータ駆動装
置としては、例えば特願昭62−164541号に提案されてい
る。

第15図はこのような従来装置のブロック図を示すもの
である。図中の30は振動体の共振周波数がその動作範囲
にある電圧制御発振器、31は２分割された電圧制御発振
器の一方の出力信号の位相を他方に対して90゜遅らせる
ための90゜移相器、32、33は電圧制御発振器30、と90゜
移相器31の出力信号を超音波モータ７を駆動するに十分
なレベルにまで増幅する電力増幅器、34は圧電体21に流
れる電流を検出する電流検出器、35は圧電体21に印加さ
れる交流電圧を検出する電圧検出器、36はこの電圧と電
流の位相差を検出する位相差検出器、37はこの位相差検
出器36の出力と動作設定値P₁と動作範囲値P₂を比較し、
その差に応じて制御信号を出力する位相比較器、38はこ
の位相比較器37の出力により駆動周波数の掃引制御信号
を出力する制御器、39は初期設定値０と制御器38の出力
を加え、その出力を電圧制御発振器に出力する加算器で
ある。

以上のように構成された従来の超音波モータ駆動装置
では、以下のような動作を行う。まず、この回路が動作
を開始すると、電圧制御発振器30は制御端子C₁に入力さ
れた制御電圧に従って発振する。このときの制御電圧は
加算器39により、初期設定値０がそのまま出力される。
電圧制御発振器30の出力は２分割され、一方は90度移相
器31を通して電力増幅器32に、他方はそのまま電力増幅
器33にそれぞれ入力されて、振動体22を駆動するのに必
要な値までそれぞれ増幅される。電力増幅器32、33の出
力は圧電体21にそれぞれ印加されて、超音波モータの振
動体22を駆動する。圧電体21の一方の入力端子には抵抗
Ｒが接続されており、圧電体21に流れる電流を抵抗Ｒの
両端電圧により検出する。また、電圧検出器35は圧電体
21に印加される駆動電圧を検出する。位相差検出器36は
電流検出器34と電圧検出器35の出力から、電流・電圧の
位相差に比較した電圧を発生する。位相比較器37は、位
相差検出器36の出力と動作設定値P₁と動作範囲値P₂を比
較し、その差に応じて制御信号を出力する。この制御信
号は制御器38に入力され、制御器38は駆動周波数の掃引
制御信号を出力する。加算器39には設定電圧０と上記掃
引制御信号が入力され、電圧制御発振器30の出力周波数
を制御する。回路の動作開始時には、あらゆる条件下に
おける振動体22の共振周波数より初期駆動周波数が高く
なるように、初期設定値０を設定している。この駆動周
波数での電流・電圧の位相差が、動作設定値P₁よりも動
作範囲値P₂以上にずれていれば、電圧制御発振器30は、
制御器38により低い方へ出力周波数を掃引する。電圧制
御発振器30は、駆動時の位相差が作動設定値P₁と設定範
囲値P₂以内の差になるまで、周波数の掃引を続ける。ま
た、位相比較器37は現在の位相差と一つ前の駆動周波数
での位相差を比較し、その変化率より周波数の掃引のス
テップを決め、制御器38を介して電圧制御発振器を制御
する。第16図は、第15図の具体回路の動作説明のための
移動体の速度と、駆動電圧と電流の位相差の周波数特性
である。同図に於て、実線は移動体の速度の特性を表
し、点線は駆動電圧と電流の位相差の特性を表してい
る。f₀はある環境下における振動体22の共振周波数であ
り、f₁は動作設定値P₁に対する動作周波数である。ま
た、f₂は設定電圧０に対応する超音波モータの起動時の
駆動周波数であり、f₃,f₄,……、f_nはそれぞれ掃引周波
数である。

このような動作を行うことにより共振周波数近傍で超
音波モータ７を駆動することが可能である。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記のような構成では、回路の動作開始
時の初期駆動周波数が、あらゆる条件下における振動体
の共振周波数より高い周波数となるため、上記のような
掃引手段を取っても、超音波モータの速度の立ち上がり
時間をあまり短縮することが出来ないと言う問題を有し
ていた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、回転速度
の立ち上がり時間が短く、かつ、常時安定で高効率な駆
動の行える超音波モータ駆動装置を提供することを目的
としている。

課題を解決するための手段本発明は、起動時の振動体の動作点探索における探索
周波数を記憶しておく探索周波数記憶手段と、振動体の
振動状態を検出する振動状態検出手段と、探索周波数記
憶手段からの出力または振動状態検出手段の出力の少な
くとも一方により駆動周波数を変化させる駆動周波数変
化手段と、駆動周波数を振動体の共振周波数よりも十分
高い周波数にする駆動周波数設定手段と、駆動周波数を
駆動周波数変化手段により設定される周波数と駆動周波
数設定手段により設定される周波数とに交互に切り換え
ながら動作点を探索していく動作点探索手段と、動作点
探索手段による動作点探索時に振動状態検出手段を用い
て振動体の振動状態を検出し、その振動状態検出手段の
出力が所定の値なるか、もしくは所定の範囲に入ったと
きの周波数またはその周波数近傍を動作点とする動作点
決定手段を備えた構成となっている。

作用本発明は前記した構成により、まず、記憶装置に、最
適駆動周波数になる確率が高い順に周波数を記憶させて
おく。そして、起動時つまり駆動回路の動作開始時に、
次々と記憶装置から駆動周波数を読みだし、最適駆動周
波数になる確率の高い順に周波数を変えて振動体を駆動
していく。その際、超音波モータのヒステリシス特性を
防ぐために、振動体の共振周波数よりも十分高い周波数
と上記の記憶装置に格納されている周波数を交互に切り
換える。そして、その記憶装置に格納されている周波数
それぞれのときの振動体の振動状態を検出し、その値が
所定の範囲に入るときの周波数近傍を最適駆動周波数と
する。

実施例第１図は本発明の実施例における超音波モータの駆動
装置を実現する具体回路のブロック図を示すものであ
る。同図に於て、１は振動体22の振動状態を示す機械腕
電流を読み込み、駆動周波数を制御するためのマイクロ
コンピュータであり、このマイクロコンピュータ１内の
ROMには最適駆動周波数になる確率の高い順に周波数が
格納されている。２はマイクロコンピュータ１の周波数
設定のためのディジタル信号出力をアナログ信号に変換
するためのD/Aコンバータ、３はこのアナログ信号に対
応した周波数の信号を出力する電圧制御発振回路、４は
入力信号に対して90度移相した信号を出力する移相回
路、５、６は超音波モータ７を駆動するに十分なレベル
にまで入力信号の電力を増幅する電力増幅回路、７は、
超音波モータ、８は振動体22の振動状態を示す量である
機械腕電流を検出する機械腕電流検出回路、９は電流検
出回路の出力信号の振幅値を出力するピークホルダー、
10は、ピークホルダー９のアナログ出力値をマイクロコ
ンピュータ１に入力するためにディジタル信号に変換す
るA/Dコンバータ、11は機械腕電流検出回路８の出力と
印加電圧の位相の大きさとその値の正負（機械腕電流の
印加電圧に対する位相の進みまたは遅れ）を検出する位
相検出回路、12は位相検出回路の出力値の一つである位
相の大きさのアナログ出力値をディジタル量に変換する
A/Dコンバータである。

以上のように構成された本実施例の超音波モータ駆動
装置について、以下その動作を第２図、第３図のフロー
チャートで説明する。第２図のフローチャートは起動か
ら動作点の決定までを示し、第３図のフローチャート
は、印加電圧と供給電流の位相が所定の値になるように
駆動周波数を制御する位相制御を示す。

超音波モータ７の起動時もしくは、超音波モータの回
転が負荷等の変動によって停止し再起動させる時には、
まず、第２図のフローチャートに示されるような動作を
行う。第２図のフローチャートのステップs1では、マイ
クロコンピュータ１内のROMには最適駆動周波数になる
確率の高い順に周波数が格納されているので、初期設定
として、その最初の格納番地つまり最も最適周波数にな
る確率が高い周波数が格納されている番地ＡをＩに代入
する。ステップ２では、振動体22の共振周波数よりも十
分高い周波数f₀で振動体22を駆動する。これは、次のス
テップs3の駆動に際して、掃引方向の違いによる機械腕
電流の周波数特性の違い（ヒステリシス）が起きないよ
うにするために行うものである。後で述べるように、こ
のステップs1からs6迄の動作は、ステップs3における駆
動周波数の時の機械腕電流を検出して動作点を決定する
動作を行う。したがって、つぎのステップs3での駆動点
をいつでも第14図の駆動周波数を高い方から低い方へ掃
引したときの周波数特性上にのるようにしなければなら
ない。このためにはステップs3の駆動の直前の駆動周波
数を、ステップs3の駆動周波数より高くしなければなら
ないが、最適駆動周波数になる確率の高い順に駆動して
いく方式では、周波数の大小関係は、不規則になってい
て、ステップs3の直前の周波数をいつでもステップs3の
駆動周波数より大きくしておくことが出来ない。したが
って、この掃引方向の違いによるヒステリシス現象を防
ぐために、ステップs2の動作をいれておき、いつでも、
ステップs3の駆動点が第14図の周波数を高い方から低い
方への掃引したときの周波数特性上にのるようにする。
この駆動に関する動作を第１図のブロック図で説明する
と、まず、マイクロコンピュータ１から駆動周波数f₀に
対応したディジタル信号を出力する。この信号はD/Aコ
ンバータ２によりアナログ信号に変換され、電圧制御発
振回路３によりこのアナログ信号に対応した周波数を持
つ信号が出力される。この出力信号は２分割され一方は
移相回路４に入力され90度移相されたのちそれぞれ電力
増幅回路７、８に入力される。ここでは超音波モータ７
を駆動するに十分なレベル迄に入力信号を増幅する。そ
して電力増幅回路５、６の出力は、それぞれ超音波モー
タ７に入力され、超音波モータ７を駆動する。次の、ス
テップs3では、Ｉ番地に格納されている周波数ｆで圧電
体21を駆動する。動作は、ステップs2と同様である。Ｉ
番地に格納されている周波数ｆはＩ番目に最適駆動周波
数になる確率が高い周波数を示し、動作開始時の、この
周波数は最も最適周波数になる確率が高い周波数になっ
ている。ステップs4では、機械腕電流検出回路８により
機械腕電流を検出する。第４図は、機械腕電流検出回路
８の実施例であり、この回路は、位相の異なった二つの
印加電圧のうち少なくともどちらか一方につけられ、超
音波モータ７への印加電圧はトランスを介して超音波モ
ータ７に印加される。機械腕電流検出回路８は同図のよ
うにトランスとトランスの２次側に接続された電流検出
抵抗ＲとコンデンサC₀′より構成される。ここでコンデ
ンサC₀′を第13図の等価回路のC₀と等しくし、トランス
19の巻線比を1:1にすると抵抗R₀に流れる電流I_Rは I_R＝（1/（２・Ｒ・C₀′・Ｓ＋１））・I_m となるが、この式の右辺の第１項の折点周波数は数MHz
であり、それに比べ駆動周波数は数10KHzであるので上
式は I_R＝I_m と近似できる。したがって、出力である電流検出抵抗Ｒ
両端の電位差V_mは機械腕電流に比例したものとなる。

V_m＝Ｒ・I_m この様にして検出された機械腕電流をピークホールダー
９に入力し振幅値を検出する。ピークホールダー９の実
施例を第５図に示す。この回路は、周知のピークホール
ダー回路であり、図のように、ダイオード、抵抗R_P、コ
ンデンサC_Pとオペアンプから構成されている。この値を
A/Dコンバータに入力することによりディジタル値に変
換しマイクロコンピュータ１に読み込ませる。つぎのス
テップs5では、機械腕電流I_mの振幅値が範囲Ｐ（I₀,
I₁）に入っているかどうかを調べる。I₀,I₁は第14図に
示すように、それぞれ最適駆動を示す周波数領域Ａに対
応する機械腕電流の振幅値の最小値、最大値である。第
14図からもわかるように、共振周波数近傍では機械腕電
流の振幅値は大きくなる。このようなことより、もし、
機械腕電流I_mが、範囲Ｐにはいってなければ、それは、
現在の駆動周波数が最適駆動周波数からはなれているこ
とを意味するので、ステップs6に進みＩの値を１増やし
ステップs2からs4までの動作を、検出された機械腕電流
I_mが範囲Ｐにはいるまで繰り返す。このような動作によ
り、駆動周波数を最適駆動周波数にすることができる。

つぎのステップs7からs11まででは、より精密な動作
点の決定を行う。上にも述べたようにステップs1からs6
までは、駆動周波数を最適な駆動の行える周波数範囲に
いれるのみの動作を行う。したがって、第３図のフロー
チャートに示される位相制御の基準位相とステップs6迄
で決定された駆動周波数時の機械腕電流の位相は異な
る。従って、この基準位相に機械腕電流の位相を合わせ
るように駆動周波数を微調整しなければならないが、こ
の動作を位相制御動作のみで行わせると、機械腕電流の
位相と基準位相が等しくなるのに、かなりの時間を要す
るので、この動作を、次のステップs7からs11迄の手順
で高速に行わせる。

まず、ステップs7では、機械腕電流の位相を検出す
る。この値は、上記した機械腕電流検出回路８の出力と
印加電圧を位相検出回路11に入力し、その位相検出回路
11の出力である位相の絶対値とその符号情報をマイクロ
コンピュータ１に読み込ませる。但し、位相検出回路11
の出力である位相の絶対値はアナログ値であるので、A/
Dコンバータ12を用いる。この位相検出回路の実施例を
第６図に示す。この回路は、周知の位相検出回路11であ
り、図のように、コンパレータ13、14、EX−OR15、抵抗
とコンデンサで構成されるローパスフィルタ16、Ｄフリ
ップフロップ17で構成されている。この中のEX−OR15と
ローパスフィルタ16は位相の絶対値を、Ｄフリップフロ
ップ17は位相の符号を検出している。この位相検出回路
11の動作を説明するために位相検出回路11の各部の波形
を次の第７図に示す。コンパレータ13、14に入力される
機械腕電流と圧電体に印加される電圧の信号をそれぞれ
第７図の（ａ）、（ｂ）とすると、コンパレータ後の信
号V_a、V_bは第７図の（ｃ）、（ｄ）の様になる。この信
号をEX−OR15に入力することによりEX−OR15の出力V_Cは
第７図の（ｅ）の様になり、この信号のパルス幅もしく
は各パルスの面積が入力である印加電圧と機械腕電流の
位相に比例することになる。従って、この信号（ｅ）を
ローパスフィルタ16によって平滑化することによって、
印加電圧と機械腕電流の位相の大きさに比例した出力電
圧V_Oを得ることが出来る。しかし、図からもわかるよう
にEX−OR15の出力は位相の方向（進みまたは遅れ）に関
係せず、位相の大きさの絶対値のみしか示していない。
このため、この位相の方向を検出するために、Ｄフリッ
プフロップ17を用いる。第７図の（ａ）、（ｂ）で表さ
れるような入力信号の場合、このＤフリップフロップの
出力は第７図の（ｆ）のような波形となり、位相の方向
を表していることがわかる。また、この回路に入力され
る印加電圧信号は第４図の機械腕電流検出回路のトラン
スの２次側における超音波モータ７の印加電圧を検出し
ている。次のステップs8では、この検出された位相ψと
基準位相ψ_０とを比較する。検出された位相ψが基準位
相ψ_０と等しいときは、駆動周波数が最適駆動点に有る
ことを意味するので、次のステップs12に進む。また、
検出された位相ψが基準位相ψ_０でないときには、即ち
駆動周波数が最適駆動点よりも離れているということを
意味するので、まず、次のステップs9に進み、ψの大き
さによりΔｆを決定する。本実施例では、ψの変化範囲
である−90度から90度までを64等分しその各々の位相に
ついての周波数変化幅Δｆをマイクロコンピュータ１内
のROMに格納しておき、ψの値に基づいてΔｆをROMから
読み出すようにしている。次おステップs10では、駆動
周波数をΔｆだけ小さくし、ステップs11に進み、この
周波数ｆで圧電体21を駆動し、ステップs6に戻る。この
様なステップs7からステップs11までの動作を、検出さ
れた位相ψがψ_０に等しくなるまで繰り返す。この様な
動作により、精密に最適動作点を求めることが出来る。
また、ステップs6までの動作により決定された駆動周波
数時の機械腕電流の位相を基準位相ψ_０とし、このステ
ップs7からs11までを省略して動作させても同等の効果
は得られる。

次に、第３図のフローチャートにより最適動作点に対
応した基準位相ψ_０と検出された電流と電圧の位相を等
しくするように駆動周波数を変化させる部分について説
明する。この部分は、超音波モータ７にかかる温湿度の
変動や負荷の変動等による、最適動作点の変動に対し
て、いつでも最適動作になるように駆動周波数を変化さ
せる動作を行う。

この部分の動作は第８図に示されるような位相比較回
路、補償フィルタ、電圧制御発振回路で構成された周知
のPLL回路の基本動作と同じである。本実施例の場合
は、第８図のＡの部分（位相比較、補償フィルタ）は、
マイクロコンピュータ１上のソフトウェアで構成されて
いる。まず、ステップs12により、ステップs7で検出さ
れたψから基準位相ψ_０を引算しその演算結果をΔψと
する。このΔψを次のステップ13でフィルタ演算し、ス
テップs14でフィルタ演算の出力を駆動周波数ｆとしス
テップs2と同様に超音波モータを駆動する。フィルタ演
算は第９図（ａ）のような構成であり、第９図（ｂ）の
ような、ゲイン特性を有する。また、このフィルタ演算
は、第８図のPLL回路のブロック図の補償フィルタに相
当し、系の安定化を図るものである。このステップs14
のあとはステップs15によりステップs7と同様に機械腕
電流の位相ψをもとめステップs12にもどり同様の動作
を繰り返す。これらの動作により、設定された基準位相
と機械腕電流と印加電圧の位相が常に等しくなるように
駆動周波数が変化する。このため、負荷や温度等の変動
に対して、広い速度範囲で安定でかつ低電圧な超音波モ
ータの駆動が行われる。

以上のように、本実施例によれば、起動時に最適駆動
周波数になる確率が最も高い周波数の順に駆動を行い、
振動体の振幅を示す量である機械腕電流の振幅値により
最適駆動周波数に近い周波数を検出する。次に、この機
械腕電流の位相値により、最適駆動点をより正確に決定
する。そして、機械腕電流と圧電体への印加電圧の位相
を所定の値に保つ様に駆動周波数を変化させることによ
り、負荷や温度の変動に対して、常に安定、高効率で、
かつ速度立ち上がり時間の短い駆動が実現できる。

なお、上記の実施例では、振動体22の振動状態を機械
腕電流の振幅値及び位相で検出したが、特開昭62−8568
4号公報で述べられているように振動体22上にモニタ電
極を設けこれによって機械腕電流の代わりに振動状態を
検出しその出力を利用しても本発明の目的は達成され
る。

発明の効果以上説明したように、本発明によれば、記憶装置に、
最適駆動周波数になる確率が高い順に周波数を記憶させ
ておき、起動時つまり駆動回路の動作開始時に、次々と
記憶装置から駆動周波数を読みだし、最適駆動周波数に
なる確率の高い順に周波数を変えて振動体を駆動してい
き、その各々の周波数のときの振動体の振動状態を検出
し、その値が所定範囲にはいるときの周波数を最適駆動
周波数とすることにより、負荷や温度などの変動に対し
て、いつでも安定、高効率で、速度立ち上がり時間の短
い駆動を行うことができ、その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における実施例の超音波モータの駆動装
置のブロック図、第２図、第３図は実施例の動作を示す
フローチャート、第４図は同機械腕電流検出回路を示す
回路図、第５図は同ピークホールダー回路の回路図、第
６図は同位相検出回路の回路図、第７図は同位相検出回
路の動作を示す波形図、第８図はPLL回路のブロック
図、第９図ａはフィルタのブロック図、第９図ｂは同特
性図、第10図は円環型超音波モータの切り欠き斜視図、
第11図は第10図の超音波モータに用いた圧電体の形状と
電極構造を示す平面図、第12図は超音波モータの動作原
理図、第13図は超音波モータの等価回路図、第14図a,b
は機械腕電流の周波数特性図、第15図は超音波モータ駆
動装置の従来例のブロック図、第16図は第15図に示す従
来例の動作説明のための特性図である。１……マイクロコンピュータ、２……D/Aコンバータ、
３……電圧制御発振回路、４……移相回路、５、６……
電力増幅回路、７……超音波モータ、８……機械腕電流
検出回路、９……ピークホールダ、10……A/Dコンバー
タ、11……位相検出回路、12……A/Dコンバータ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電体を周波電圧で駆動して、前記圧電体
と弾性体から構成される振動体に弾性波を励振すること
により、前記移動体上に接触して設置された移動体を移
動させる超音波モータと、起動時の振動体の動作点探索
における探索周波数を記憶しておく探索周波数記憶手段
と、前記振動体の振動状態を検出する振動状態検出手段
と、前記探索周波数記憶手段からの出力または前記振動
状態検出手段の出力の少なくとも一方により前記周波電
圧の周波数を変化させる駆動周波数変化手段と、前記周
波電圧の周波数を前記圧電体の共振周波数よりも十分高
い周波数に設定する駆動周波数設定手段と、起動時、前
記周波電圧の周波数を前記駆動周波数変化手段により設
定される周波数と前記駆動周波数設定手段により設定さ
れる周波数とに交互に切り換えながら動作点を探索して
いく動作点探索手段と、前記動作点探索手段による動作
点探索時に前記振動状態検出手段を用いて前記振動体の
振動状態を検出し、その前記振動状態検出手段の出力が
所定の値になるか、もしくは所定の範囲に入ったときの
周波数またはその周波数近傍を動作点とする動作点決定
手段を備えたことを特徴とする超音波モータ駆動装置。