JP4765405B2 - Ultrasonic motor drive device - Google Patents
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Description
本発明は、超音波モータの駆動装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic motor driving apparatus.
金属等によって円環状に形成された弾性体の片平面に分極処理が施された圧電素子(電気機械変換素子)を取り付けたものを振動子として有し、圧電素子に一定の位相差を有する交流電界を印加することによって、弾性体の他平面に進行波を励起するように構成された振動波アクチュエータ、いわゆる超音波モータが知られている(特許文献1参照)。 AC that has a piezoelectric element (electromechanical transducer) attached to one plane of an elastic body formed in a ring shape with metal or the like as a vibrator, and has a certain phase difference in the piezoelectric element A so-called ultrasonic motor is known which is a vibration wave actuator configured to excite a traveling wave on the other plane of an elastic body by applying an electric field (see Patent Document 1).
超音波モータにおける振動子の機械的な共振周波数frと、超音波モータが安定して回転する最高回転数となる駆動周波数f1と、超音波モータが回転を始める駆動周波数f0との関係は、一般にfr<f1<f0となる。一方、トランスを使用した超音波モータ駆動回路において、トランスの二次側巻線のインダクタンスLと、超音波モータの振動子の静電容量Cによる共振周波数fcは1/{2π√(LC)}であるが、fc=f0となるようにLとCを整合させることが望ましい。 The relationship between the mechanical resonance frequency fr of the vibrator in the ultrasonic motor, the drive frequency f1 that is the maximum number of rotations at which the ultrasonic motor rotates stably, and the drive frequency f0 at which the ultrasonic motor starts rotating is generally: fr <f1 <f0. On the other hand, in an ultrasonic motor drive circuit using a transformer, the resonance frequency fc due to the inductance L of the secondary winding of the transformer and the capacitance C of the vibrator of the ultrasonic motor is 1 / {2π√ (LC)}. However, it is desirable to match L and C so that fc = f0.
しかしながら、超音波モータの特性によってはf0とf1間の周波数帯域が広くなる場合がある。fc=f0とした場合、駆動周波数をf0から低くしていくとトランスと超音波モータの振動子間で自由振動を起こし、超音波モータの駆動電圧波形が乱れ、入力電力が増大するなどの問題が生じる。さらに、超音波モータの特性によっては、一定以上の駆動電圧を印加しても熱エネルギーとなり、効率が落ちる場合がある。 However, the frequency band between f0 and f1 may be wide depending on the characteristics of the ultrasonic motor. When fc = f0, if the drive frequency is lowered from f0, free vibration occurs between the transducer and the vibrator of the ultrasonic motor, the drive voltage waveform of the ultrasonic motor is disturbed, and the input power increases. Occurs. Furthermore, depending on the characteristics of the ultrasonic motor, even if a driving voltage of a certain level or more is applied, it becomes heat energy and the efficiency may decrease.
本発明は、回路の電力損失を低減し、超音波モータに最適な電力を供給する超音波モータ駆動装置を提供する。 The present invention provides an ultrasonic motor driving device that reduces power loss of a circuit and supplies optimal power to the ultrasonic motor.
請求項1の発明は、振動子と前記振動子に加圧接触され前記振動子の振動により駆動される相対運動部材とを有する超音波モータを駆動する超音波モータ駆動装置であって、1次側巻線に直流電源を接続し、2次側巻線から前記振動子に電圧を供給するトランスと、前記トランスの1次側巻線に流れる電流をオンオフする第1のスイッチング手段と、前記トランスの2次側巻線に流れる電流をオンオフする第2のスイッチング手段と、前記トランスの1次側巻線に流れる電流をオンオフする第3のスイッチング手段と、前記第1のスイッチング手段と前記第2のスイッチング手段と前記第3のスイッチング手段のオンオフを制御し、かつ、前記第1のスイッチング手段をオンしているとき、前記第3のスイッチング手段を所定の期間オフするよう制御するスイッチング制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項9の発明は、振動子と前記振動子に加圧接触され前記振動子の振動により駆動される相対運動部材とを有する超音波モータを駆動する超音波モータ駆動装置であって、1次側巻線に直流電源を接続し、2次側巻線から前記振動子に電圧を供給するトランスと、前記トランスの1次側巻線に流れる電流をオンオフする第1のスイッチング手段と、前記トランスの1次側巻線に流れる電流をオンオフする第2のスイッチング手段と、前記第1のスイッチング手段と前記第2のスイッチング手段のオンオフを制御するスイッチング制御手段とを備え、前記スイッチング制御手段は、前記第1のスイッチング手段を、所定の周期でオンオフすることにより前記超音波モータを駆動するよう制御し、前記所定の周期内で、前記第1のスイッチング手段を第1の所定期間オフした後に、前記第1のスイッチング手段を第2の所定期間オンしているとき、前記第2のスイッチング手段を前記第2の所定期間よりも短い第3の所定期間オフするよう制御することを特徴とする。
The invention according to
The invention according to claim 9 is an ultrasonic motor driving device that drives an ultrasonic motor having a vibrator and a relative motion member that is pressed against the vibrator and driven by the vibration of the vibrator. A transformer for connecting a DC power source to the side winding and supplying a voltage from the secondary winding to the vibrator; first switching means for turning on and off a current flowing through the primary winding of the transformer; and the transformer Second switching means for turning on and off the current flowing through the primary winding, and switching control means for controlling on / off of the first switching means and the second switching means, the switching control means comprising: The first switching means is controlled to drive the ultrasonic motor by turning on and off at a predetermined cycle, and the first switching means is operated within the predetermined cycle. The stage after the first predetermined time period off, when said first switching means is a second predetermined period on, the second short third predetermined time period than the switching means and the second predetermined time period It is characterized by controlling to turn off.
本発明は、以上説明したように構成しているので、トランスの2次側で発生する自由振動を抑え、その結果、電力損失を低減することができ、超音波モータに最適な電力を供給することができる。さらに、自由振動を原因とした誤動作を防ぐこともできる。 Since the present invention is configured as described above, the free vibration generated on the secondary side of the transformer can be suppressed, and as a result, power loss can be reduced and optimum power is supplied to the ultrasonic motor. be able to. Furthermore, malfunctions caused by free vibration can be prevented.
−第1の実施形態−
図1は、本発明の第1の実施の形態である超音波モータ駆動装置の構成を示す図である。本実施の形態の超音波モータ1は、回転型超音波モータであり、円環状の振動子と円環状の相対運動部材(回転子あるいは移動子とも言う)とからなる。円環状の振動子は、円環状の弾性体とこの弾性体に接合された円環状の圧電素子(電気機械エネルギー変換素子)とから構成され、円環状の圧電素子は周回方向に適宜電極が分極されている(例えば12極程度)。
-First embodiment-
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic motor driving apparatus according to a first embodiment of the present invention. The
このように分極された圧電素子に、位相が90度ずれた2つの交流信号を、それらの反転信号と組み合わせて、分極された電極ごとに適宜交互に供給する。これにより圧電素子を振動させ、弾性体に進行波の振動を発生させる。弾性体に加圧接触された相対運動部材は、弾性体に発生した進行波の振動を受けて回転駆動される。 Two alternating current signals whose phases are shifted by 90 degrees are combined with their inverted signals and supplied alternately to the polarized electrodes as appropriate for each polarized electrode. As a result, the piezoelectric element is vibrated to generate a traveling wave vibration in the elastic body. The relative motion member in pressure contact with the elastic body is driven to rotate by receiving the vibration of the traveling wave generated in the elastic body.
図1では、図を簡略化するため、位相が90度ずれた2つの交流信号が2つの圧電素子1a、1bに供給するものとして記載されている。しかし、圧電素子1aは、一方の交流信号およびその反転信号が供給される分極された圧電素子すべてを意味し、圧電素子1bは、他方の交流信号およびその反転信号が供給される分極された圧電素子すべてを意味するものとする。
In FIG. 1, in order to simplify the drawing, two AC signals whose phases are shifted by 90 degrees are described as being supplied to the two
図1において、超音波モータ駆動装置は、直流電源回路2、パルス発生回路3、スイッチング制御回路4、5、駆動回路6、7から構成される。駆動回路6は、トランス11、MOSFET12、13、ダイオード14、15、インバータ16から構成される。駆動回路7は、駆動回路6と同様に、トランス21、MOSFET22、23、ダイオード24、25、インバータ26から構成される。
In FIG. 1, the ultrasonic motor driving device includes a DC
図2は、スイッチング制御回路4の内部の構成を示す図である。スイッチング制御回路4は、図2に示すように、抵抗31、ダイオード32、シュミットトリガバッファ33、抵抗34、コンデンサ35、シュミットトリガインバータ36、インバータ37、フリップフロップ38、NANDゲート39から構成される。スイッチング制御回路4の動作については後述する。スイッチング制御回路5もスイッチング制御回路4と同様な構成である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an internal configuration of the
図3は、超音波モータ1の駆動周波数対回転速度(回転数)特性を示す図である。f0は超音波モータ1が回転を始める駆動周波数であり、f1は制御範囲の最高回転速度となる駆動周波数であり、frは超音波モータ1の振動子に機械的な共振が生じる駆動周波数である。本実施の形態では、制御の安定性等を考え、超音波モータ1の振動子の機械的な共振に対応する駆動周波数frより右肩下がりの特性を使用する。すなわち、駆動周波数f0から駆動周波数を下げることにより超音波モータ1の回転速度を上げていく制御を行う。
FIG. 3 is a diagram showing the drive frequency versus rotational speed (rotational speed) characteristics of the
このように構成された超音波モータ駆動装置において、パルス発生回路3は、超音波モータ1を所望の回転速度Nで回転させるべく、所望の回転速度Nに対応した駆動周波数fの位相が90度ずれた2つのパルス信号P1、P2を出力する。パルス発生回路3から出力されたパルス信号P1、P2は、スイッチング制御回路4、5を経て信号B1、B2となり駆動回路6、7のMOSFET12、22をオンオフする。MOSFET12、22がオンオフ制御されることにより、トランス11、21の2次巻線側にパルス信号と同じ周波数fの昇圧された信号C1、C2が発生する。
In the ultrasonic motor driving apparatus configured as described above, the
2次巻線側に発生する昇圧された信号C1、C2は、圧電素子1a、1bに供給され、圧電素子1a、1bはパルス信号と同じ周波数fで振動する。信号C1、C2は、位相が90度ずれている。圧電素子1aは、前述したように、分極された複数の圧電素子の集合であり、信号C1、信号−C1が供給される圧電素子の集合である。圧電素子1bは、同様に、分極された複数の圧電素子の集合であり、信号C2、信号−C2が供給される圧電素子の集合である。信号−C1、信号−C2は、信号C1、信号C2に対して、グランドと各信号の配線を逆にして配線する信号である。このようにして圧電素子1a、1bに信号C1、C2が供給されると、圧電素子1a、1bに接合された弾性体に進行波が発生する。弾性体に加圧接触された相対運動部材は、弾性体に発生した進行波の振動を受け、駆動周波数fに対応した回転速度Nで回転駆動される。
The boosted signals C1 and C2 generated on the secondary winding side are supplied to the
本実施の形態では、このようにして超音波モータ1が駆動されるとき、駆動周波数fの周期において、トランス11、21の二次側巻線と圧電素子1a、1bとの直列回路上に設けられたMOSFET13、23を一定期間オフすることにより、トランス11、21と圧電素子1a、1b間で発生する自由振動を抑えるようにしている。以下、この制御についてさらに詳細に説明する。
In the present embodiment, when the
図4は、超音波モータ1の駆動のタイミングチャートを示す図である。駆動回路6および駆動回路7で自由振動を抑える動作は同じ原理に基づくものである。従って、代表して駆動回路6での動作、すなわち圧電素子1aへの信号の供給について説明する。
FIG. 4 is a timing chart for driving the
パルス発生回路3は、図4(a)で示すように、所望の周波数(周期t1−t4)のパルス信号P1を出力する。スイッチング制御回路4は、パルス信号P1および駆動回路6のトランス11の1次側からの駆動波形帰還信号を入力して、図4(b)に示す信号B1を出力する。信号B1の生成については後述する。信号B1のt1−t2時間は駆動回路6のトランス11などの回路定数で決まる値であり、外部から制御できない値である。すなわち、トランス11の2次巻線のインダクタンスLと圧電素子1aの静電容量Cの共振周波数fcに依存し、駆動周波数fには依存しない値である。一方、信号B1のt1−t4時間は駆動周波数で決まる時間であり、外部から制御できる値である。従って、t1−t4時間が長くなると、t1−t2時間は一定のため、t2−t4時間は長くなる。
As shown in FIG. 4A, the
図1に示すように信号B1はMOSFET12のゲート端子に入力され、信号B1がロー(Low)の間(t1−t2)MOSFET12はオフし、信号B1がハイ(High)の間(t2−t4)MOSFET12はオンするようスイッチング制御される。一方、信号B1はインバータ16により反転されてMOSFET13のゲート端子に入力され、信号B1がローの間(t1−t2)MOSFET13はオンし、信号B1がハイの間(t2−t4)MOSFET13はオフするようスイッチング制御される。
As shown in FIG. 1, the signal B1 is input to the gate terminal of the
MOSFET12がオンしている間、トランス11の1次巻線には直流電源回路2から電流I1が流れ(図4(c))、トランス11の1次巻線にはエネルギーが蓄えられる。このようにして、MOSFET12がオンオフ制御されることにより、図4(d)に示すような駆動電圧が圧電素子1aに供給される。
While the
圧電素子1aに供給される駆動電圧は、タイミングt2以降に自由振動が発生すると考えられる。しかし、本実施の形態では、タイミングt2以降においてMOSFET13をオフすることにより、この自由振動を抑制している。すなわち、圧電素子1aとトランス11の2次巻線とグランド間の直列回路上に、MOSFET13のスイッチング素子を挿入し、MOSFET12をオフすることにより自由振動の発生を抑制している。
The driving voltage supplied to the piezoelectric element 1a is considered to generate free vibration after timing t2. However, in the present embodiment, this free vibration is suppressed by turning off the
駆動周波数と圧電素子1aに印加される駆動電圧の関係について説明する。図4に示すように、t2からt4の間MOSFET12はオンしているため、その間I1が流れ続け、トランス11に蓄えられるエネルギーが大きくなり、圧電素子1aへ印加される電圧も大きくなる。駆動周波数を変化させた場合、前述したようにt2からt4までの時間が変化することから、駆動周波数を低くするにつれt2からt4までの時間が長くなる。その結果、圧電素子1aへ印加される電圧も大きくなり、圧電素子1aの振幅も大きくなり、超音波モータ1の回転速度が上がる。
The relationship between the drive frequency and the drive voltage applied to the piezoelectric element 1a will be described. As shown in FIG. 4, since the
図5は、図2のスイッチング制御回路4において信号B1が生成される過程のタイミングチャートを示す図である。図5(a)は、駆動回路6からの駆動波形帰還信号を表し、トランス11の1次巻線の直流電源回路2に接続される端子とは反対側の端子での信号波形を示している。駆動波形帰還信号は、抵抗31、ダイオード32を経て、図5(b)のように波形が整形され、さらに、シュミットトリガバッファ33を経て、図5(c)のようなパルス信号が出力される。
FIG. 5 is a timing chart illustrating a process in which the signal B1 is generated in the switching
図5(c)のパルス信号は、抵抗34とコンデンサ35の積分回路を経て図5(d)のような波形になり、シュミットトリガインバータ36からは図5(e)のタイミングのパルス信号が出力される。抵抗34やコンデンサ35の定数は、シュミットトリガインバータ36の出力の立ち上がりがタイミングt2すなわち図5(a)の駆動波形帰還信号の下限点あたりに来るように決定される。
The pulse signal shown in FIG. 5C has a waveform as shown in FIG. 5D through an integrating circuit of a
シュミットトリガインバータ36の出力は、フリップフロップ38のクロック端子(CLK)に入力される。このときフリップフロップ38のD端子は常時グランドである。一方、パルス発生回路3からのパルス信号P1(図5(f))は、インバータ37で反転されてフリップフロップ38のプリセット端子(PRE)に入力される。
The output of the
このような信号が入力されるフリップフロップ38は、図5(g)に示す反転Qの信号を出力し、信号A1として出力する。なお、この信号A1は、本実施の形態では使用しない信号であるが、第2の実施の形態で使用する信号である。一方、非反転信号Qは、インバータ37の出力とNANDゲート39でNANDが取られ、NANDゲート39は、信号B1を出力する。
The flip-
なお、本実施の形態の超音波モータ駆動装置は、MOSFET12をオンしてトランス11の1次側にエネルギーを蓄え、MOSFET12をオフすることによってトランス11の2次側に発生する振動信号(減衰信号)のうち1つ目の波形のみを圧電素子1aの駆動に使用し、それ以降の波形を自由振動として排除するものと言える。スイッチング制御回路4は、この1つ目の波形を有効信号として抽出するものと言える。1つ目の波形とは振動信号の最初の半周期の信号であり、最初の半周期以降の信号が自由振動の信号である。
Note that the ultrasonic motor driving apparatus of the present embodiment turns on the
駆動回路7側およびスイッチング制御回路5の動作についても、図4および図5のタイミングチャートを使用して同様に説明できるので、その説明を省略する。
The operation of the drive circuit 7 side and the switching
以上のように構成された第1の実施の形態の超音波モータ駆動装置は、次のような効果を奏する。
(1)駆動波形帰還が下限点のt2に達してからパルス発生回路3からのパルス信号P1が立ち下がる点のt4までの間、MOSFET12、22をオンし、MOSFET13、23をオフさせるパルス出力B1、B2を生成している。すなわち、MOSFET12、22をオフした後所定時間(t1−t2)経過した後、MOSFET12、22をオンするとともに、MOSFET13、23をオフしている。所定時間(t1−t2)は、前述したようにトランス11の2次側に発生する振動信号の最初の半周期の時間とも言える。このように、(t2−t4)時間でMOSFET13、23をオフさせることにより、圧電素子1a、1bからトランス11、21へ流れる電流を遮断し、トランスの2次側で発生する自由振動を抑える。その結果、駆動回路6、7での電力損失を低減することができ、超音波モータ1に最適な電力を供給することができる。
(2)また、スイッチング制御回路4、5などの自由振動を原因とした誤動作を防ぐこともできる。
The ultrasonic motor driving device according to the first embodiment configured as described above has the following effects.
(1) The pulse output B1 that turns on the
(2) Also, malfunctions caused by free vibration of the switching
−第2の実施形態−
図6は、本発明の第2の実施の形態である超音波モータ駆動装置の構成を示す図である。第2の実施の形態の超音波モータ駆動装置は、直流電源回路2、パルス発生回路3、スイッチング制御回路4、5、駆動回路6a、7aから構成される。駆動回路6aは、トランス11、MOSFET12、13、41、ダイオード14、15、42、43、インバータ16から構成される。駆動回路7aは、駆動回路6aと同様に、トランス21、MOSFET22、23、51、ダイオード24、25、52、53、インバータ26から構成される。
-Second Embodiment-
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic motor driving apparatus according to the second embodiment of the present invention. The ultrasonic motor driving apparatus according to the second embodiment includes a DC
第2の実施の形態では、第1の実施の形態に対し、駆動回路6aにおいて、MOSFET41、ダイオード42、43が、トランス11の1次側回路に追加された点、駆動回路7aにおいて、MOSFET51、ダイオード52、53が、トランス21の1次側回路に追加された点が異なるのみである。第1の実施の形態と同様な構成要素には、同じ符号を付す。
The second embodiment is different from the first embodiment in that the
スイッチング制御回路4、5も第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態で使用しなかった信号A1、A2が第2の実施の形態で追加したMOSFET41、51のゲート端子に入力されている。
The switching
図7は、第2の実施の形態の超音波モータ1の駆動のタイミングチャートを示す図である。第1の実施の形態の図4に対応する。駆動回路6aおよび駆動回路7aの動作は同じ原理に基づくものである。従って、代表して駆動回路6aでの動作、すなわち圧電素子1aへの信号の供給について説明する。
FIG. 7 is a timing chart for driving the
パルス発生回路3は、図7(a)で示すように、所望の周波数(周期t1−t4)のパルス信号P1を出力する。スイッチング制御回路4は、パルス信号P1および駆動回路6のトランス11の1次側からの駆動波形帰還信号を入力して、図7(b)に示す信号B1、図7(c)に示す信号A1を出力する。信号B1、信号A1の生成については第1の実施の形態で説明したとおりである。
As shown in FIG. 7A, the
信号B1はMOSFET12のゲート端子に入力され、信号B1がロー(Low)の間(t1−t2)MOSFET12はオフし、信号B1がハイ(High)の間(t2−t4)MOSFET12はオンするようスイッチング制御される。一方、信号B1はインバータ16により反転されてMOSFET13のゲート端子に入力され、信号B1がローの間(t1−t2)MOSFET13はオンし、信号B1がハイの間(t2−t4)MOSFET13はオフするようスイッチング制御される。
The signal B1 is input to the gate terminal of the
信号A1はMOSFET41のゲート端子に入力され、信号A1がロー(Low)の間(t1−t2、t3−t4)MOSFET41はオンし、信号A1がハイ(High)の間(t2−t3)MOSFET41はオフするようスイッチング制御される。MOSFET12、14はNch−MOSFETであるが、MOSFET41はPch−MOSFETであるので、ゲート信号に対するオンオフの動作は逆になる。
The signal A1 is input to the gate terminal of the
MOSFET12がオンしているt2−t4間、トランス11の1次巻線には直流電源回路2から電流I1が流れようとするが、信号A1によりt2−t3間MOSFET41がオフされ、トランス11の1次巻線には電流が流れない。
While the
第1の実施の形態で説明したように、トランス11の1次巻線には電流が流れるにつれて、トランス11に蓄えられるエネルギーが大きくなり、圧電素子1aへ印加される電圧も大きくなる。しかし、圧電素子1aに印加する電圧は必要以上に大きくしても、熱エネルギーとなるだけで、効率が悪い。そこで、不必要に圧電素子1aに印加する電圧を上昇させないように、信号A1によりMOSFET41をオフして、トランス11の1次巻線には電流が流れないようにしている。
As described in the first embodiment, as current flows through the primary winding of the transformer 11, the energy stored in the transformer 11 increases and the voltage applied to the piezoelectric element 1a also increases. However, even if the voltage applied to the piezoelectric element 1a is increased more than necessary, it only becomes thermal energy and is inefficient. Therefore, in order not to unnecessarily increase the voltage applied to the piezoelectric element 1a, the
図8は、駆動周波数を上げたときの超音波モータ1の駆動のタイミングチャートを示す図である。駆動周波数を上げるにつれ周期t1−t4は短くなる。一方、t1−t2時間はトランスのインダクタンス等の定数により決まるため、一定である。また、t3−t4時間も、パルス発生回路3において予め決められたデューティ比によるもので一定である。従って、駆動周波数が上がり周期が短くなると、最終的には信号A1のオン信号は消滅し、MOSFET41はオフされない。図8は、その様子を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a driving timing chart of the
以上の第2の実施の形態では、MOSFET12をオフした後所定時間(t1−t2)経過後、MOSFET12をオンし(t2−t4)、MOSFET41を所定の時間(t2−t3)オフするよう制御している。この所定の時間(t2−t3)は、周期(t1−t4)から、トランス等の回路定数で決まる時間(t1−t2)と、トランス11の1次巻線に電流を流す必要があると予め決められた時間(t3−t4)とを引いた残りの時間である。なお、本実施の形態では、(t3−t4)の時間は、1/4周期として予め決めている。しかし、トランス11の1次巻線に与えるべきエネルギーが確保できるように適宜決めればよい。
In the second embodiment, the
駆動回路7a側の動作についても、図7および図8のタイミングチャートを使用して同様に説明できるので、その説明を省略する。
The operation on the
以上のように構成された第2の実施の形態の超音波モータ駆動装置は、次のような効果を奏する。
(1)トランス11、21の1次側にMOSFET41、51を設けて、トランス11、21の1次巻線に蓄えるエネルギーを適切に制御するので、不必要に高圧な駆動電圧を圧電素子1a、1bに印加することがない。また、MOSFET12、13、22、23を第1の実施の形態と同様に制御して自由振動の発生を抑えながら、トランス11、21の1次巻線に蓄えるエネルギーを適切に制御している。その結果、第1の実施の形態の効果に加えて、より一層回路の電力損失が低減され、超音波モータのより一層最適な電力を供給することができる。図9は、従来技術と第1の実施の形態と第2の実施の形態の超音波モータ1の入力電力特性の比較図である。
The ultrasonic motor driving device according to the second embodiment configured as described above has the following effects.
(1) Since the
上記実施の形態では、回転型超音波モータの例で説明をしたが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。相対運動部材が直線的に移動するリニア型超音波モータの場合であってもよい。 In the above embodiment, the example of the rotary ultrasonic motor has been described. However, the present invention is not necessarily limited to this content. A linear ultrasonic motor in which the relative motion member moves linearly may be used.
上記実施の形態では、超音波モータにおいて圧電素子を12極に分極する例で説明をしたが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。分極の形態や各分極された圧電素子への信号の供給の形態はどのようなものでもよい。個別の圧電素子を適宜配置するようなものでもよい。また振動子としては圧電素子以外の部材であってもよい。すなわち、振動子とこの振動子に加圧接触され振動子の振動により駆動される相対運動部材とを有する超音波モータ全般に本発明は適用できる。なお、超音波モータは、振動波アクチュエータなどと呼ぶものも含む概念である。 In the above-described embodiment, the example in which the piezoelectric element is polarized to 12 poles in the ultrasonic motor has been described, but it is not necessarily limited to this content. The form of polarization and the form of signal supply to each polarized piezoelectric element may be arbitrary. An individual piezoelectric element may be appropriately disposed. The vibrator may be a member other than the piezoelectric element. That is, the present invention can be applied to all ultrasonic motors having a vibrator and a relative motion member that is pressed against the vibrator and driven by the vibration of the vibrator. The ultrasonic motor is a concept including what is called a vibration wave actuator.
上記実施の形態では、位相が90度ずれた2つの信号を超音波モータの振動子に供給する例で説明をしたが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。位相のずれは異なる値のものでもよく、信号の数も3つ以上のものでもよい。 In the above-described embodiment, an example in which two signals whose phases are shifted by 90 degrees is supplied to the vibrator of the ultrasonic motor has been described. However, the present invention is not necessarily limited to this content. The phase shift may have different values, and the number of signals may be three or more.
上記実施の形態では、スイッチング素子としてMOSFETを使用する例で説明をしたが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。MOSFET以外のトランジスタや他のスイッチング素子であってもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the MOSFET is used as the switching element has been described, but it is not necessarily limited to this content. Transistors other than MOSFETs and other switching elements may be used.
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other embodiments conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.
1 超音波モータ
1a、1b 圧電素子
2 直流電源回路
3 パルス発生回路
4、5 スイッチング制御回路
6、7 駆動回路
11、21 トランス
12、13、21、23、41、51 MOSFET
DESCRIPTION OF
Claims (10)
1次側巻線に直流電源を接続し、2次側巻線から前記振動子に電圧を供給するトランスと、
前記トランスの1次側巻線に流れる電流をオンオフする第1のスイッチング手段と、
前記トランスの2次側巻線に流れる電流をオンオフする第2のスイッチング手段と、
前記トランスの1次側巻線に流れる電流をオンオフする第3のスイッチング手段と、
前記第1のスイッチング手段と前記第2のスイッチング手段と前記第3のスイッチング手段のオンオフを制御し、かつ、前記第1のスイッチング手段をオンしているとき、前記第3のスイッチング手段を所定の期間オフするよう制御するスイッチング制御手段とを備えることを特徴とする超音波モータ駆動装置。 An ultrasonic motor driving device that drives an ultrasonic motor having a vibrator and a relative motion member that is pressed against the vibrator and driven by the vibration of the vibrator,
A transformer for supplying a voltage from the secondary winding to the vibrator, connecting a DC power source to the primary winding;
First switching means for turning on and off the current flowing in the primary winding of the transformer;
Second switching means for turning on and off the current flowing in the secondary winding of the transformer;
Third switching means for turning on and off the current flowing in the primary winding of the transformer;
When the first switching means, the second switching means, and the third switching means are controlled to be turned on and off , and the first switching means is turned on, the third switching means is An ultrasonic motor driving device comprising switching control means for controlling to turn off for a period .
前記スイッチング制御手段は、前記第1のスイッチング手段を、所定の周期でオンオフすることにより前記超音波モータを駆動するよう制御し、前記所定の周期内で、前記第1のスイッチング手段をオフした後所定時間経過後、前記第2のスイッチング手段をオフするよう制御することを特徴とする超音波モータ駆動装置。 The ultrasonic motor driving device according to claim 1,
The switching control means controls the first switching means to drive the ultrasonic motor by turning on and off at a predetermined cycle, and after turning off the first switching means within the predetermined cycle. An ultrasonic motor driving device that controls to turn off the second switching means after a predetermined time has elapsed.
前記スイッチング制御手段は、前記第1のスイッチング手段を、所定の周期でオンオフすることにより前記超音波モータを駆動するよう制御し、前記所定の周期内で、前記第1のスイッチング手段をオフした後所定時間経過後、前記第1のスイッチング手段をオンするとともに前記第2のスイッチング手段をオフするよう制御することを特徴とする超音波モータ駆動装置。 The ultrasonic motor driving device according to claim 1,
The switching control means controls the first switching means to drive the ultrasonic motor by turning on and off at a predetermined cycle, and after turning off the first switching means within the predetermined cycle. An ultrasonic motor driving apparatus, wherein after the predetermined time has elapsed, the first switching means is turned on and the second switching means is turned off.
前記スイッチング制御手段は、前記第1のスイッチング手段をオンにしている間、前記第2のスイッチング手段をオフにするように制御することを特徴とする超音波モータ駆動装置。 In the ultrasonic motor drive device according to any one of claims 1 to 3,
The ultrasonic motor driving apparatus according to claim 1, wherein the switching control unit controls the second switching unit to be turned off while the first switching unit is turned on.
前記スイッチング制御手段は、前記第1のスイッチング手段をオフにしている間、前記第2のスイッチング手段をオンにするように制御することを特徴とする超音波モータ駆動装置。 In the ultrasonic motor drive device according to any one of claims 1 to 4,
The ultrasonic motor driving apparatus according to claim 1, wherein the switching control unit controls the second switching unit to be on while the first switching unit is off.
前記所定の期間は、前記第1のスイッチング手段をオンしている期間よりも短いことを特徴とする超音波モータ駆動装置。 In the ultrasonic motor drive device according to any one of claims 1 to 5,
The ultrasonic motor driving device according to claim 1, wherein the predetermined period is shorter than a period during which the first switching means is on .
前記所定の期間は、前記第1のスイッチング手段をオンしてから所定時間経過後の期間であることを特徴とする超音波モータ駆動装置。 The ultrasonic motor driving device according to claim 6,
The ultrasonic motor driving apparatus according to claim 1, wherein the predetermined period is a period after a predetermined time has elapsed since the first switching unit was turned on.
前記スイッチング制御手段は、前記第1のスイッチング手段をオンしてから所定時間経過後に、前記第1のスイッチング手段をオンにした状態で前記第3のスイッチング手段をオフするよう制御することを特徴とする超音波モータ駆動装置。 In the ultrasonic motor drive device according to any one of claims 1 to 5 ,
Before SL switching control means, the control means controls so as to turn off said third switching means in said first switching means after turned on after a predetermined time has elapsed, while turning on the first switching means An ultrasonic motor driving device.
1次側巻線に直流電源を接続し、2次側巻線から前記振動子に電圧を供給するトランスと、
前記トランスの1次側巻線に流れる電流をオンオフする第1のスイッチング手段と、
前記トランスの1次側巻線に流れる電流をオンオフする第2のスイッチング手段と、
前記第1のスイッチング手段と前記第2のスイッチング手段のオンオフを制御するスイッチング制御手段とを備え、
前記スイッチング制御手段は、前記第1のスイッチング手段を、所定の周期でオンオフすることにより前記超音波モータを駆動するよう制御し、前記所定の周期内で、前記第1のスイッチング手段を第1の所定期間オフした後に、前記第1のスイッチング手段を第2の所定期間オンしているとき、前記第2のスイッチング手段を前記第2の所定期間よりも短い第3の所定期間オフするよう制御することを特徴とする超音波モータ駆動装置。 An ultrasonic motor driving device that drives an ultrasonic motor having a vibrator and a relative motion member that is pressed against the vibrator and driven by the vibration of the vibrator,
A transformer for supplying a voltage from the secondary winding to the vibrator, connecting a DC power source to the primary winding;
First switching means for turning on and off the current flowing in the primary winding of the transformer;
Second switching means for turning on and off the current flowing in the primary winding of the transformer;
Switching control means for controlling on / off of the first switching means and the second switching means,
Said switching control means, said first switching means, and controls to drive the ultrasonic motor by turning on and off at a predetermined period, within said predetermined period, said first switching means a first after a predetermined period of time off, when the first switching means have a second predetermined period on controls to third predetermined time period off shorter than the second of said second predetermined period switching means An ultrasonic motor drive device characterized by that.
前記スイッチング制御手段は、前記第1のスイッチング手段をオンにした時点から、前記第2スイッチング手段を前記第3の所定期間オフすることを特徴とする超音波モータ駆動装置。 In the ultrasonic motor drive device according to claim 9,
The ultrasonic motor driving apparatus characterized in that the switching control means turns off the second switching means for the third predetermined period from the time when the first switching means is turned on .
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