JP2586082B2 - 超音波モータの電源周波数最適化装置 - Google Patents
超音波モータの電源周波数最適化装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/142—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. speed, torque, starting, stopping, reversing
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波振動を利用した超音波モータの電源
周波数最適化装置に関する。
周波数最適化装置に関する。
［従来技術］ 従来、この種の電源周波数最適化装置としては、例え
ば特開昭59−204477号のものが知られている。
ば特開昭59−204477号のものが知られている。
この装置にあっては、超音波モータの共振曲線が励振
周波数（電源周波数）に１対１に対応するという前提の
もとに、超音波モータの弾性体を励振させる圧電体のう
ち、弾性体の励振に直接寄与しない圧電体の部分を利用
して弾性体の励振周波数に応じたモニタ電圧を検出し、
このモニタ電圧を最適周波数に対応した設定電圧と比較
し、両者の偏差を無くすように電源周波数を制御して超
音波モータに対する電源周波数を最適化を計っている。
周波数（電源周波数）に１対１に対応するという前提の
もとに、超音波モータの弾性体を励振させる圧電体のう
ち、弾性体の励振に直接寄与しない圧電体の部分を利用
して弾性体の励振周波数に応じたモニタ電圧を検出し、
このモニタ電圧を最適周波数に対応した設定電圧と比較
し、両者の偏差を無くすように電源周波数を制御して超
音波モータに対する電源周波数を最適化を計っている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、その後、本願発明者等が行なった実験
によれば、超音波モータのステータ・ロータ間の加圧力
等の設定条件により、超音波モータの共振曲線は強いヒ
ステリシス現象を示すことが発見された。
によれば、超音波モータのステータ・ロータ間の加圧力
等の設定条件により、超音波モータの共振曲線は強いヒ
ステリシス現象を示すことが発見された。
従って、前述した如き電源周波数の最適化技術にあっ
ては、動作点が超音波モータの駆動中等にヒステリシス
曲線の所望以外の側に移動してしまった場合には、電源
周波数の最適化が不可能になると共に、モータからの機
械的出力も無皆になってしまうという問題があった。
ては、動作点が超音波モータの駆動中等にヒステリシス
曲線の所望以外の側に移動してしまった場合には、電源
周波数の最適化が不可能になると共に、モータからの機
械的出力も無皆になってしまうという問題があった。
本発明は、このような従来の問題点らに鑑みてなされ
たもので、動作点がヒステリシス曲線の所望以外の側に
移動してしまった場合にも、速やかに所望の側に復帰さ
せ、本来の性能を出力させうるようにした超音波モータ
の電源周波数最適化装置を提供することを目的とする。
たもので、動作点がヒステリシス曲線の所望以外の側に
移動してしまった場合にも、速やかに所望の側に復帰さ
せ、本来の性能を出力させうるようにした超音波モータ
の電源周波数最適化装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ この目的を達成するため本発明にあっては、超音波モ
ータの電源周波数が所定の周波数を超えたか否かを検出
する検出手段と、この検出手段により電源周波数が所定
の周波数を超えたことが検出されると、電源周波数が所
定の周波数よりも高い周波数となるように制御し、この
高い周波数から最適周波数に収束させるように動作する
電源周波数設定手段とを設けたことを特徴とする。ここ
で、電源周波数設定手段での比較基準となる所定の周波
数は、超音波モータのほぼ共振周波数である。また検出
手段としては、電源周波数と基準周波数とを比較する第
一比較手段と、超音波モータの駆動状態を示すモニタ電
圧と基準電圧とを比較する第二比較手段とを有し、第一
及び第二比較手段の両出力に基づき電源周波数が所定の
周波数を超えたか否かを検出する。
ータの電源周波数が所定の周波数を超えたか否かを検出
する検出手段と、この検出手段により電源周波数が所定
の周波数を超えたことが検出されると、電源周波数が所
定の周波数よりも高い周波数となるように制御し、この
高い周波数から最適周波数に収束させるように動作する
電源周波数設定手段とを設けたことを特徴とする。ここ
で、電源周波数設定手段での比較基準となる所定の周波
数は、超音波モータのほぼ共振周波数である。また検出
手段としては、電源周波数と基準周波数とを比較する第
一比較手段と、超音波モータの駆動状態を示すモニタ電
圧と基準電圧とを比較する第二比較手段とを有し、第一
及び第二比較手段の両出力に基づき電源周波数が所定の
周波数を超えたか否かを検出する。
［作用］ このような本発明による超音波モータの電源周波数最
適化装置によれば、電源周波数が所定の周波数を越えた
ことを検出し、その際に高い周波数に制御することで、
超音波モータの動作がヒステリシス曲線の所望以外の側
に移動してしまった場合でも、容易に最適周波数に速か
に復帰させることができ、ヒステリシステ現象による不
都合を解消できる。
適化装置によれば、電源周波数が所定の周波数を越えた
ことを検出し、その際に高い周波数に制御することで、
超音波モータの動作がヒステリシス曲線の所望以外の側
に移動してしまった場合でも、容易に最適周波数に速か
に復帰させることができ、ヒステリシステ現象による不
都合を解消できる。
［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示した回路ブロック図で
ある。
ある。
まず構成を説明すると、１は超音波モータを駆動する
ための電源手段であり、電源手段１は高周波信号発生器
２を備え、高周波信号発生器１の出力は２つに分岐さ
れ、一方は増幅器４に、他方は移相器３に各々入力され
る。移相器３は超音波モータ６の回転の所望方向により
位相を＋π/2もしくは−π/2のいずれかへずらせた後に
増幅器５に入力する。
ための電源手段であり、電源手段１は高周波信号発生器
２を備え、高周波信号発生器１の出力は２つに分岐さ
れ、一方は増幅器４に、他方は移相器３に各々入力され
る。移相器３は超音波モータ６の回転の所望方向により
位相を＋π/2もしくは−π/2のいずれかへずらせた後に
増幅器５に入力する。
超音波モータ６のステータの圧電体表面は、図示のよ
うに、6L,6R,6G,6Mの４つの電極が設けられている。電
極6L,6Rには各々増幅器4,5の出力が入力されるように結
線され、また電極6Gは設置されるように結線されてい
る。これらの電極の超音波モータにおける位置関係や電
極下の分電状態等に関しては、日経メカニカル1983.2.2
8号第44〜49頁をはじめとする多くの文献や、本願出願
人による特開昭59−204476号等により公知であるため、
ここではその説明を省略する。
うに、6L,6R,6G,6Mの４つの電極が設けられている。電
極6L,6Rには各々増幅器4,5の出力が入力されるように結
線され、また電極6Gは設置されるように結線されてい
る。これらの電極の超音波モータにおける位置関係や電
極下の分電状態等に関しては、日経メカニカル1983.2.2
8号第44〜49頁をはじめとする多くの文献や、本願出願
人による特開昭59−204476号等により公知であるため、
ここではその説明を省略する。
尚、ここで電極6L,6Rに電源手段４から入力される電
圧の周波数を電源周波数と呼ぶものとする。
圧の周波数を電源周波数と呼ぶものとする。
更に電極6Mは入力電圧が印加されていない部分であっ
て、この部分の圧電素子からはステータの振動振幅に対
応した電圧（以下「モニタ電圧」と呼ぶ）を検出するこ
とができる。これは圧電素子の圧電現象によるもので、
詳細は本願出願人による特開昭59−204477号に開示して
いる。
て、この部分の圧電素子からはステータの振動振幅に対
応した電圧（以下「モニタ電圧」と呼ぶ）を検出するこ
とができる。これは圧電素子の圧電現象によるもので、
詳細は本願出願人による特開昭59−204477号に開示して
いる。
モニタ電圧検出手段７は電極6Mよりモニタ電圧Vmを検
出し、その出力を周波数比較手段８に入力する。
出し、その出力を周波数比較手段８に入力する。
周波数比較手段８は、モニタ電圧検出手段の出力と、
電源周波数設定手段９の出力とから電源周波数fxと超音
波モータ６の共振周波数fGとの大小関係を演算し、その
比較出力を電源周波数設定手段９に入力する。
電源周波数設定手段９の出力とから電源周波数fxと超音
波モータ６の共振周波数fGとの大小関係を演算し、その
比較出力を電源周波数設定手段９に入力する。
電源周波数設定手段９は、周波数比較手段８とモニタ
電圧検出手段７との出力により後の説明で明らかにする
所定のアルゴリズムに従って最適な電源周波数を演算
し、高周波信号発生器１に入力する。
電圧検出手段７との出力により後の説明で明らかにする
所定のアルゴリズムに従って最適な電源周波数を演算
し、高周波信号発生器１に入力する。
次に上記の実施例の作用を説明する。
第２図は超音波モータ６の共振特性を示した図であ
り、横軸に周波数ｆ、縦軸にモニタ電圧Vmをとってい
る。
り、横軸に周波数ｆ、縦軸にモニタ電圧Vmをとってい
る。
第２図において、共振曲線は、周波数fA,fC間におい
て、本来超音波モータの駆動に用いる所望の曲線点Ａ−
点Ｇ−点Ｃと、所望以外の曲線点Ａ−点Ｂ−点Ｃとの２
値をとるヒステリシス現象を示している。なお、点Ｇは
共振点である。
て、本来超音波モータの駆動に用いる所望の曲線点Ａ−
点Ｇ−点Ｃと、所望以外の曲線点Ａ−点Ｂ−点Ｃとの２
値をとるヒステリシス現象を示している。なお、点Ｇは
共振点である。
そして、電源周波数fxを変化させた時、点Ｇ−点Ａ間
に限り点Ｇから点Ａに向かう位置方向に対してのみしか
動作点の移動を行なうことができない。その為に実際に
は、電源周波数fxが点Ｇを越えて周波数の低い側に位置
した場合には、共振曲線全体が一時的に高周波側に逃
げ、この結果、共振曲線の移動と共にＡ点が移動した位
置まで動作点が落ちてしまい、その後に共振曲線が元の
位置に復帰することにより、動作点は点Ａと点Ｂの間の
点Ａの近傍で安定状態になってしまう。
に限り点Ｇから点Ａに向かう位置方向に対してのみしか
動作点の移動を行なうことができない。その為に実際に
は、電源周波数fxが点Ｇを越えて周波数の低い側に位置
した場合には、共振曲線全体が一時的に高周波側に逃
げ、この結果、共振曲線の移動と共にＡ点が移動した位
置まで動作点が落ちてしまい、その後に共振曲線が元の
位置に復帰することにより、動作点は点Ａと点Ｂの間の
点Ａの近傍で安定状態になってしまう。
従って、いま点Ｆにおいて駆動しているときに、急激
なトルク変動等により共振週数が動いて電源周波数より
も高くなってしまった場合、もしくは電気的な外乱等に
より電源周波数が動いて共振周波数よりも低くなってし
まった場合等には、超音波モータの駆動が急激に停止
し、復帰しなくなってしまう欠点があった。
なトルク変動等により共振週数が動いて電源周波数より
も高くなってしまった場合、もしくは電気的な外乱等に
より電源周波数が動いて共振周波数よりも低くなってし
まった場合等には、超音波モータの駆動が急激に停止
し、復帰しなくなってしまう欠点があった。
この欠点を解決するために、本発明による電源周波数
の最適化装置にあっては、共振曲線の所望の側での電源
周波数の最適化は言うに及ばず、所望以外の側に移動し
てしまった場合にも、前記のような上から速やかに離脱
し、電源周波数の最適化を計ることができるように構成
されている。
の最適化装置にあっては、共振曲線の所望の側での電源
周波数の最適化は言うに及ばず、所望以外の側に移動し
てしまった場合にも、前記のような上から速やかに離脱
し、電源周波数の最適化を計ることができるように構成
されている。
そこで、第３図のフローチャートを参照して電源最適
化のためのアルゴリズムを説明すると次のようになる。
化のためのアルゴリズムを説明すると次のようになる。
いま、理想動作点が共振点Ｇよりも僅かに周波数の高
い点Ｆであるとする。この理想動作点Ｆは例えば共振周
波数の１％程度高い周波数となる。
い点Ｆであるとする。この理想動作点Ｆは例えば共振周
波数の１％程度高い周波数となる。
初期動作点が点Ｄ、点Ｇ間にある場合； 電源周波数fxにおけるモニタ電圧ＶXをブロック10で
入力し、このモニタ電圧ＶXは闘値ＶDよりも大きいの
で、判別ブロック12からブロック14に進む。ブロック14
では理想動作点における周波数fFと現行電源周波数fxと
のズレ量を、理想動作点におけるモニタ電圧ＶFと現行
電源周波数におけるモニタ電圧Vxとの差に定数ｋを乗じ
て換算し、現行周波数fxに加算して、理想動作点もしく
はそれに近い点の周波数を算出する。
入力し、このモニタ電圧ＶXは闘値ＶDよりも大きいの
で、判別ブロック12からブロック14に進む。ブロック14
では理想動作点における周波数fFと現行電源周波数fxと
のズレ量を、理想動作点におけるモニタ電圧ＶFと現行
電源周波数におけるモニタ電圧Vxとの差に定数ｋを乗じ
て換算し、現行周波数fxに加算して、理想動作点もしく
はそれに近い点の周波数を算出する。
尚、定数ｋは上記説明によって明らかなように、共振
曲線の点Ｄ、点Ｇ間の平均的傾きに相当する。
曲線の点Ｄ、点Ｇ間の平均的傾きに相当する。
そして、以上の動作は動作点が理想動作点Ｆの所定近
傍以内に収まるまで繰り返し続けられる。
傍以内に収まるまで繰り返し続けられる。
初期動作点が点Ｄより高周波側にある場合； この場合、Vx＜ＶDなので、判別ブロック12から判別
ブロック20に進む。共振曲線はトルク変動等により周波
数軸方向に動くが、最大量動いた場合にもfF,fD間にあ
って且つ、fF,fDと緩衝しない周波数fEを設定した場合
に、電源周波数fxはfEよりも小さくないので、判別ブロ
ック20からブロック22に進む。ブロック22においては、
電源周波数fxは周波数fEに設定される。そして、その後
は前記のケースとなり、理想動作点Ｆに漸近してゆ
く。
ブロック20に進む。共振曲線はトルク変動等により周波
数軸方向に動くが、最大量動いた場合にもfF,fD間にあ
って且つ、fF,fDと緩衝しない周波数fEを設定した場合
に、電源周波数fxはfEよりも小さくないので、判別ブロ
ック20からブロック22に進む。ブロック22においては、
電源周波数fxは周波数fEに設定される。そして、その後
は前記のケースとなり、理想動作点Ｆに漸近してゆ
く。
初期動作点が前記，の領域にない場合； 前述した如く、この場合の動作点は点Ａもしくはその
近傍に位置する。そして、点Ａから点H,点Ｇを経由して
点Ｆに至る経路は、ヒステリシス現象により実現されな
い。したがつて、所定周波数点Ｃを経由して点Ｆに至る
アルゴリズムが組まれている。
近傍に位置する。そして、点Ａから点H,点Ｇを経由して
点Ｆに至る経路は、ヒステリシス現象により実現されな
い。したがつて、所定周波数点Ｃを経由して点Ｆに至る
アルゴリズムが組まれている。
いまＶX＜ＶDなので、判別ブロック12から20に進む。
更に、fX＜fEなので判別ブロック20からブロック24に進
む。従って、周波数比較手段８は判別ブロック12に示す
ように、モニタ電圧を用いて間接的に共振周波数と電源
周波数との大小関係を比較していることになる。
更に、fX＜fEなので判別ブロック20からブロック24に進
む。従って、周波数比較手段８は判別ブロック12に示す
ように、モニタ電圧を用いて間接的に共振周波数と電源
周波数との大小関係を比較していることになる。
ブロック24では電源周波数fxはfcに設定されて出力さ
れる。そして再び判別ブロック12で比較され、このとき
Vx＜ＶDなので判別ブロック20に進む。ここで、fx＞fE
なのでブロック22に進み、電源周波数fxはfEに設定され
る。そして、その後は前記のケースとなリ、理想動作
点Ｆに漸近してゆく。
れる。そして再び判別ブロック12で比較され、このとき
Vx＜ＶDなので判別ブロック20に進む。ここで、fx＞fE
なのでブロック22に進み、電源周波数fxはfEに設定され
る。そして、その後は前記のケースとなリ、理想動作
点Ｆに漸近してゆく。
尚、上記の実施例においては、共振周波数と電源周波
数との比較や理想動作点への収束にモニタ電圧を用いた
が、本発明はモニタ電圧に限定されるものではなく、例
えば超音波モータに入力される電圧と電流の位相差を用
いるようにしても全くさしつかえない。
数との比較や理想動作点への収束にモニタ電圧を用いた
が、本発明はモニタ電圧に限定されるものではなく、例
えば超音波モータに入力される電圧と電流の位相差を用
いるようにしても全くさしつかえない。
第４図は超音波モータに入力される電圧と電流の位相
差Δθを縦軸に、周波数を横軸にとって示した超音波モ
ータの共振曲線であり、位相差Δθをモニタした場合に
も、第２図のモニタ電圧の場合と同様、ヒステリシス現
象をもった共振曲線を得ることができ、前述の実施例に
おけるモニタ電圧検出器を位相差検出器に置き換えるこ
とで、全く同様な電源周波数の最適化を計ることができ
る。
差Δθを縦軸に、周波数を横軸にとって示した超音波モ
ータの共振曲線であり、位相差Δθをモニタした場合に
も、第２図のモニタ電圧の場合と同様、ヒステリシス現
象をもった共振曲線を得ることができ、前述の実施例に
おけるモニタ電圧検出器を位相差検出器に置き換えるこ
とで、全く同様な電源周波数の最適化を計ることができ
る。
次に、第５図及び第６図を用いて、更に詳細に説明す
る。第５図は、第１図のブロック図を更に詳細にしたブ
ロック図であり、第６図は、第３図のフローチャートを
更に詳細にしたフローチャートである。
る。第５図は、第１図のブロック図を更に詳細にしたブ
ロック図であり、第６図は、第３図のフローチャートを
更に詳細にしたフローチャートである。
まず構成を説明すると、100は超音波モータを駆動す
るための電源手段であり、電源手段10は入力電圧に応答
して制御される周波数の高周波信号を出力する電圧制御
発振器200を備え、発振器200の出力は２つに分岐され、
一方は増幅器400に、他方は移相器300を経て増幅器500
に各々入力される。移相器300は超音波モータ600の回転
の所望方向により位相を＋π/2もしくは−π/2のいずれ
かへずらせた後に増幅器500に入力する。
るための電源手段であり、電源手段10は入力電圧に応答
して制御される周波数の高周波信号を出力する電圧制御
発振器200を備え、発振器200の出力は２つに分岐され、
一方は増幅器400に、他方は移相器300を経て増幅器500
に各々入力される。移相器300は超音波モータ600の回転
の所望方向により位相を＋π/2もしくは−π/2のいずれ
かへずらせた後に増幅器500に入力する。
超音波モータ６のステータの圧電体表面は、図示のよ
うに、6L,6R,6G,6Mの４つの電極が設けられている。電
極6L,6Rには各々増幅器400,500の出力が入力されるよう
に結線され、また電極6Gは接地されるように結線されて
いる。これらの電極の位置関係や電極下の分電状態等に
関しては、日経メカニカル1983.2.28号第44〜49頁をは
じめとする多くの文献や、本願出願人による特開昭59−
204477号等により公知であるため、ここではその説明を
省略する。
うに、6L,6R,6G,6Mの４つの電極が設けられている。電
極6L,6Rには各々増幅器400,500の出力が入力されるよう
に結線され、また電極6Gは接地されるように結線されて
いる。これらの電極の位置関係や電極下の分電状態等に
関しては、日経メカニカル1983.2.28号第44〜49頁をは
じめとする多くの文献や、本願出願人による特開昭59−
204477号等により公知であるため、ここではその説明を
省略する。
尚、ここで電極6L,6Rに電源手段１から入力される電
圧の周波数を電源周波数と呼ぶものとする。
圧の周波数を電源周波数と呼ぶものとする。
更に電極6Mは入力電圧が印加されていない部分であっ
て、この部分の圧電素子からはステータの振動振幅に対
応した電圧（以下「モニタ電圧」と呼ぶ）を検出するこ
とができる。これは圧電素子の圧電現象によるもので、
詳細は本願出願人による特開昭59−204477号に開示して
いる。
て、この部分の圧電素子からはステータの振動振幅に対
応した電圧（以下「モニタ電圧」と呼ぶ）を検出するこ
とができる。これは圧電素子の圧電現象によるもので、
詳細は本願出願人による特開昭59−204477号に開示して
いる。
比較手段800は、比較器800d（第一比較手段）と比較
器800e（第二比較手段）とを有し、この比較器800dで
は、周波数検出器800aによってモニターされる発振器20
0の高周波出力の周波数（又は、電極6Mに発生するモニ
タ電圧の周波数と、基準周波数発生器800bによって作ら
れる基準周波数とを比較し、また比較器800eでは、モニ
タ電圧検出手段700によってモニターされるモニタ電圧
と、基準電圧発生器800cによって作られる基準電圧とを
比較する。
器800e（第二比較手段）とを有し、この比較器800dで
は、周波数検出器800aによってモニターされる発振器20
0の高周波出力の周波数（又は、電極6Mに発生するモニ
タ電圧の周波数と、基準周波数発生器800bによって作ら
れる基準周波数とを比較し、また比較器800eでは、モニ
タ電圧検出手段700によってモニターされるモニタ電圧
と、基準電圧発生器800cによって作られる基準電圧とを
比較する。
周波数設定手段900は、比較器800d,800eの各出力を入
力して後述する所定のアルゴリズムに従って超音波モー
タに入力すべき最適の周波数を決定し、該最適周波数に
対応する電圧出力を電圧制御発振器200に送る。
力して後述する所定のアルゴリズムに従って超音波モー
タに入力すべき最適の周波数を決定し、該最適周波数に
対応する電圧出力を電圧制御発振器200に送る。
上記手段700〜900は、ディスクリートな回路によって
構成されてもよいが、マイクロコンピュータを用いるこ
とによってより簡単に達成することができる。
構成されてもよいが、マイクロコンピュータを用いるこ
とによってより簡単に達成することができる。
次に上記の実施例の作用を説明する。
第２図は超音波モータ６の共振特性を示した図であ
り、横軸に周波数ｆ、縦軸にモニタ電圧Vmをとってい
る。
り、横軸に周波数ｆ、縦軸にモニタ電圧Vmをとってい
る。
第２図において、共振曲線は、周波数fA,fC間におい
て、本来超音波モータの駆動に用いる所望の曲線点Ａ−
点Ｇ−点Ｃと、所望以外の曲線点Ａ−点Ｂ−点Ｃとの２
値をとるヒステリシス現象を示している。なお、点Ｇは
共振点である。
て、本来超音波モータの駆動に用いる所望の曲線点Ａ−
点Ｇ−点Ｃと、所望以外の曲線点Ａ−点Ｂ−点Ｃとの２
値をとるヒステリシス現象を示している。なお、点Ｇは
共振点である。
そして、電源周波数fxを変化させた時、点Ｇ−点Ａ間
に限り点Ｇから点Ａに向かう方向に対してのみしか動作
点の移動を行なうことができない。その為に実際には、
電源周波数fxが点Ｇを越えて周波数の低い側に変化した
場合には、共振曲線全体が一時的に高周波側にシフト
し、この結果、共振曲線の移動と共にＡ点が移動した位
置まで動作点が落ちてしまい、その後に共振曲線が元の
位置に復帰することにより、動作点は点Ａと点Ｂの間の
点Ａの近傍で安定状態になってしまう。
に限り点Ｇから点Ａに向かう方向に対してのみしか動作
点の移動を行なうことができない。その為に実際には、
電源周波数fxが点Ｇを越えて周波数の低い側に変化した
場合には、共振曲線全体が一時的に高周波側にシフト
し、この結果、共振曲線の移動と共にＡ点が移動した位
置まで動作点が落ちてしまい、その後に共振曲線が元の
位置に復帰することにより、動作点は点Ａと点Ｂの間の
点Ａの近傍で安定状態になってしまう。
従って、いま点Ｆにおいて駆動しているときに、急激
なトルク変動等により共振周波数が変化して電源周波数
よりも高くなってしまった場合、もしくは電気的な外乱
等により電源周波数が動いて共振周波数よりも低くなっ
てしまった場合等には、モータの駆動が急激に停止し、
復帰しなくなる。
なトルク変動等により共振周波数が変化して電源周波数
よりも高くなってしまった場合、もしくは電気的な外乱
等により電源周波数が動いて共振周波数よりも低くなっ
てしまった場合等には、モータの駆動が急激に停止し、
復帰しなくなる。
そこで本実施例では、第６図のフローチャートに示さ
れるアルゴリズムに従って第５図の回路を操作する。
れるアルゴリズムに従って第５図の回路を操作する。
動作の開始に応答して周波数検出器800a及びモニタ電
圧検出器700は電源周波数fX及びモニタ電圧ＶXをそれぞ
れ入力する（ステップS1）。比較器800eは、ステップS2
においてモニタ電圧ＶXを基準電圧発生回路800cの基準
電圧ＶDと比較する。
圧検出器700は電源周波数fX及びモニタ電圧ＶXをそれぞ
れ入力する（ステップS1）。比較器800eは、ステップS2
においてモニタ電圧ＶXを基準電圧発生回路800cの基準
電圧ＶDと比較する。
いま、理想動作点が共振点Ｇよりも僅かに周波数の高
い点Ｆであるとする。この理想動作点Ｆは例えば共振周
波数の１％程度高い周波数fFとなる。
い点Ｆであるとする。この理想動作点Ｆは例えば共振周
波数の１％程度高い周波数fFとなる。
上記基準電圧ＶDは、理想動作点Ｆにおけるモニタ電
圧ＶFより低い値で、ＶFの1/3〜1/2程度の値に設定され
る。
圧ＶFより低い値で、ＶFの1/3〜1/2程度の値に設定され
る。
ｉ）初期動作点が区間Ｄ−Ｇ内にある場合； モニタ電圧ＶXは基準電圧ＶDより大きいので、ステッ
プS3に進む。このステップS3では周波数設定手段900に
よる決定動作が実行される。即ち、設定手段900は周波
数fFと現行の電源周波数fxとのズレ量を、電圧ＶFと現
行の電源周波数におけるモニタ電圧Vxとの差に定数ｋを
乗じて換算し、現行の周波数fxに加算して、理想動作点
もしくはそれに近い点の周波数を決定する。
プS3に進む。このステップS3では周波数設定手段900に
よる決定動作が実行される。即ち、設定手段900は周波
数fFと現行の電源周波数fxとのズレ量を、電圧ＶFと現
行の電源周波数におけるモニタ電圧Vxとの差に定数ｋを
乗じて換算し、現行の周波数fxに加算して、理想動作点
もしくはそれに近い点の周波数を決定する。
尚、定数ｋは上記説明によって明らかなように、共振
曲線の点Ｄ、点Ｇ間の平均的傾きに相当する。
曲線の点Ｄ、点Ｇ間の平均的傾きに相当する。
この間に周波数設定手段900は決定された周波数に対
応する電圧を発振器200に出力する。従って、発振器200
は決定された周波数を発生する（ステップS4）。以上の
動作は動作点が理想動作点Ｆの所定近傍以内に収まるま
で繰り返し続けられる。
応する電圧を発振器200に出力する。従って、発振器200
は決定された周波数を発生する（ステップS4）。以上の
動作は動作点が理想動作点Ｆの所定近傍以内に収まるま
で繰り返し続けられる。
ii）初期動作点が点Ｄより高周波側にある場合； モニタ電圧ＶXは基準電圧ＶDより小さいので、判別ス
テップS2からステップS5に進む。このステップS5では電
源周波数fXが基準周波数fEに対して比較される。共振曲
線はトルク変動等により周波数軸の方向にシフトする。
基準周波数fEは、この共振曲線のシフトにかかわらず常
に周波数fFとfDとの間にあって且つ、fF及びfDと緩衝し
ない値に定められている。従って、電源周波数fxはfEよ
りも低くないので、ステップS5からステップS6に進み、
周波数設定手段900による決定動作が実行される。この
場合、設定手段900は電源周波数fXとして周波数fEを決
定する。そして、ステップS4において発振器200は周波
数fEを出力し、再びステップS1に戻る。その後はステッ
プ２からステップS3を通るループを繰り返して理想動作
点Ｆに漸近してゆく。
テップS2からステップS5に進む。このステップS5では電
源周波数fXが基準周波数fEに対して比較される。共振曲
線はトルク変動等により周波数軸の方向にシフトする。
基準周波数fEは、この共振曲線のシフトにかかわらず常
に周波数fFとfDとの間にあって且つ、fF及びfDと緩衝し
ない値に定められている。従って、電源周波数fxはfEよ
りも低くないので、ステップS5からステップS6に進み、
周波数設定手段900による決定動作が実行される。この
場合、設定手段900は電源周波数fXとして周波数fEを決
定する。そして、ステップS4において発振器200は周波
数fEを出力し、再びステップS1に戻る。その後はステッ
プ２からステップS3を通るループを繰り返して理想動作
点Ｆに漸近してゆく。
iii）初期動作点が前記ｉ）,ii）の領域にない場合； 前述した如く、この場合の動作点は点Ａもしくはその
近傍に位置する。そして、点Ａから点H,点Ｇを経由して
点Ｆに至る経路は、ヒステリシスにより実現されない。
したがつて、所定周波数点Ｃを経由して点Ｆに至るアル
ゴリズムが組まれている。
近傍に位置する。そして、点Ａから点H,点Ｇを経由して
点Ｆに至る経路は、ヒステリシスにより実現されない。
したがつて、所定周波数点Ｃを経由して点Ｆに至るアル
ゴリズムが組まれている。
いまＶX＜ＶDなので、ステップS2からステップS5に進
む。更に、fX＜fEなのでステップS5からステップS7に進
む。
む。更に、fX＜fEなのでステップS5からステップS7に進
む。
ステップS7において、周波数設定手段900をfCに決定
する。周波数fCで駆動されるモータからのモニタ電圧
は、基準電圧ＶDより小さいので、ステップS2での再度
の比較の結果、ステップS5に進む。ここで、fx＞fEなの
でステップS6に進み、電源周波数fxはfEに設定される。
そして、その後は前記ｉ）のケースとなり、理想動作点
Ｆに漸近してゆく。
する。周波数fCで駆動されるモータからのモニタ電圧
は、基準電圧ＶDより小さいので、ステップS2での再度
の比較の結果、ステップS5に進む。ここで、fx＞fEなの
でステップS6に進み、電源周波数fxはfEに設定される。
そして、その後は前記ｉ）のケースとなり、理想動作点
Ｆに漸近してゆく。
本発明は、電源周波数が共振周波数より低い値である
時に、電源周波数を一度共振周波数より高い値に制御
し、その後に最適周波数に調節することを要旨としてい
る。従って、共振周波数を知っていれば該共振周波数に
対して電源の周波数を比較すればよいので上記実施例は
より簡単に構成できる。
時に、電源周波数を一度共振周波数より高い値に制御
し、その後に最適周波数に調節することを要旨としてい
る。従って、共振周波数を知っていれば該共振周波数に
対して電源の周波数を比較すればよいので上記実施例は
より簡単に構成できる。
前述したように共振周波数は外的条件によって変化す
る。前述の特開昭59−204477号のように電源周波数を共
振周波数に制御する場合及び本実施例のように電源周波
数を共振周波数と異なる値に制御する場合にかかわら
ず、共振周波数そのものを直接検出するためには、別に
複雑な構成を必要とし、実用的ではない。
る。前述の特開昭59−204477号のように電源周波数を共
振周波数に制御する場合及び本実施例のように電源周波
数を共振周波数と異なる値に制御する場合にかかわら
ず、共振周波数そのものを直接検出するためには、別に
複雑な構成を必要とし、実用的ではない。
上記実施例において、準備された第５図のブロック70
0及び800を含む構成は、モニタ電圧と電源周波数とを用
いて共振周波数と電源周波数との関係を間接的に比較す
ることにより、直接比較と同等の効果を実現している。
0及び800を含む構成は、モニタ電圧と電源周波数とを用
いて共振周波数と電源周波数との関係を間接的に比較す
ることにより、直接比較と同等の効果を実現している。
［発明の効果］ 以上説明してきたように本発明によれば、電源周波数
が所定の周波数を越えたことを検出し、その際に高い周
波数に制御することで、超音波モータの動作がヒステリ
シス曲線の所望以外の側に移動してしまった場合でも、
容易に最適周波数に速やかに復帰させることができ、ヒ
ステリシステ現象による不都合を解消できる。
が所定の周波数を越えたことを検出し、その際に高い周
波数に制御することで、超音波モータの動作がヒステリ
シス曲線の所望以外の側に移動してしまった場合でも、
容易に最適周波数に速やかに復帰させることができ、ヒ
ステリシステ現象による不都合を解消できる。
第１図は本発明の一実施例を示した回路ブロック図、第
２図はモニタ電圧による超音波モータの共振曲線を示し
た図、第３図は電源周波数最適化のアルゴリズムを示し
たフローチャート図、第４図は位相差による超音波モー
タの共振曲線を示した図、第５図は第１図のブロック図
を詳細にしたブロック図、第６図は第３図のフローチャ
ートを詳細にしたフローチャート図である。 （主要部分の符号の説明） 1:電源手段 2:発振器 3:移相器 4,5:増幅器 6:超音波モータ 7:モニタ電圧検出手段 8:比較手段 9:電源周波数設定手段
２図はモニタ電圧による超音波モータの共振曲線を示し
た図、第３図は電源周波数最適化のアルゴリズムを示し
たフローチャート図、第４図は位相差による超音波モー
タの共振曲線を示した図、第５図は第１図のブロック図
を詳細にしたブロック図、第６図は第３図のフローチャ
ートを詳細にしたフローチャート図である。 （主要部分の符号の説明） 1:電源手段 2:発振器 3:移相器 4,5:増幅器 6:超音波モータ 7:モニタ電圧検出手段 8:比較手段 9:電源周波数設定手段
Claims (4)
- 【請求項１】超音波モータの駆動状態を示すモニタ電圧
を用いて該超音波モータの電源周波数が所定の周波数を
超えたか否かを検出する検出手段と、 前記検出手段により前記電源周波数が前記所定の周波数
を超えたことが検出されると、前記電源周波数が前記所
定の周波数よりも高い周波数となるように制御し、その
後、該高い周波数から最適周波数に収束させるように動
作する電源周波数設定手段と、を有することを特徴とす
る超音波モータの電源周波数最適化装置。 - 【請求項２】前記所定の周波数は、前記超音波モータの
ほぼ共振周波数であることを特徴とする請求項（１）に
記載の超音波モータの電源周波数最適化装置。 - 【請求項３】前記検出手段は、前記電源周波数と基準周
波数とを比較する第一比較手段と、前記超音波モータの
駆動状態を示すモニタ電圧と基準電圧とを比較する第二
比較手段とを有し、前記第一及び第二比較手段の両出力
に基づき前記電源周波数が前記所定の周波数を超えたか
否かを検出することを特徴とする請求項（１）に記載の
超音波モータの電源周波数最適化装置。 - 【請求項４】前記検出手段は、入力電圧が印加されてい
ない部分から前記モニタ電圧を検出することを特徴とす
る請求項１記載の超音波モータの電源周波数最適化装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2777187 | 1987-02-09 | ||
| JP62-27771 | 1987-02-09 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6013425A Division JP2697597B2 (ja) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | 超音波モータの電源周波数制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6434185A JPS6434185A (en) | 1989-02-03 |
| JP2586082B2 true JP2586082B2 (ja) | 1997-02-26 |
Family
ID=12230242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63028208A Expired - Lifetime JP2586082B2 (ja) | 1987-02-09 | 1988-02-09 | 超音波モータの電源周波数最適化装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4914337A (ja) |
| JP (1) | JP2586082B2 (ja) |
Families Citing this family (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5061882A (en) * | 1987-02-09 | 1991-10-29 | Nikon Corporation | Power supply frequency regulating device for vibration wave driven motor |
| JPH0736710B2 (ja) * | 1988-01-29 | 1995-04-19 | 松下電器産業株式会社 | 超音波モータの駆動方法 |
| US5146143A (en) * | 1988-07-26 | 1992-09-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave driven motor |
| US5625246A (en) * | 1988-10-19 | 1997-04-29 | Nikon Corporation | Driving control device for vibration wave motor |
| US5247221A (en) * | 1988-10-21 | 1993-09-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave driven actuator |
| JPH02119586A (ja) * | 1988-10-27 | 1990-05-07 | Seiko Instr Inc | 超音波モータ装置 |
| US5023526A (en) * | 1988-10-31 | 1991-06-11 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Vibratory motor |
| US5134348A (en) * | 1989-04-07 | 1992-07-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave motor |
| JP2890484B2 (ja) * | 1989-06-15 | 1999-05-17 | 株式会社ニコン | 超音波モータの駆動装置 |
| US6005328A (en) * | 1989-06-15 | 1999-12-21 | Nikon Corporation | Driving device and method for ultrasonic wave motor |
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| JPH04200282A (ja) * | 1990-11-29 | 1992-07-21 | Nikon Corp | 超音波モータの駆動装置 |
| US5130619A (en) * | 1990-12-26 | 1992-07-14 | Kubota Corporation | Drive control apparatus for an ultrasonic motor |
| DE4134781A1 (de) * | 1991-10-22 | 1993-04-29 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur regelung der frequenz eines wanderwellenmotors und regeleinrichtung hierzu |
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| JPH11136967A (ja) * | 1997-10-29 | 1999-05-21 | Canon Inc | 振動型駆動装置および振動型モータ装置 |
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| TWI478472B (zh) * | 2012-05-11 | 2015-03-21 | Delta Electronics Inc | 電源轉換裝置 |
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| JPS59204477A (ja) * | 1983-05-04 | 1984-11-19 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 超音波モーターの駆動制御回路 |
| JPH0640744B2 (ja) * | 1984-02-10 | 1994-05-25 | キヤノン株式会社 | 振動波モ−タ |
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| US4727276A (en) * | 1985-03-26 | 1988-02-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving circuit for vibration wave motor |
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-
1988
- 1988-02-09 JP JP63028208A patent/JP2586082B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-05-30 US US07/361,744 patent/US4914337A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6434185A (en) | 1989-02-03 |
| US4914337A (en) | 1990-04-03 |
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