JP2890484B2

JP2890484B2 - 超音波モータの駆動装置

Info

Publication number: JP2890484B2
Application number: JP1153114A
Authority: JP
Inventors: 亮一菅沼
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-06-15
Filing date: 1989-06-15
Publication date: 1999-05-17
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JPH0318282A; DE69024855T2; EP0403298B1; EP0403298A2; US5625263A; DE69024855D1; EP0403298A3

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本発明は、電気機械変換素子により弾性体に発生した
振動によって相対運動部材を駆動する超音波モータの駆
動装置に関する。

B.従来の技術進行性振動波を利用した超音波モータは、特開昭59−
111609号公報にも開示されているように、圧電体に交流
電圧を印加して該圧電体に屈曲振動を生じさせて圧電体
が貼付けられた弾性体に進行性振動波を生じさせ、この
弾性体に回転子を加圧接触させて摩擦駆動するモータで
ある。

従来、このような超音波モータの駆動速度は、圧電体
に設けたモニタ電極からの出力電圧が所定値となるよう
に、印加交流電圧の周波数を制御したり、モニタ電極の
出力と印加交流電圧との位相差が一定となるように印加
交流電圧の周波数を制御している。

C.発明が解決しようとする課題しかしながら、上記いずれの方式において、モニタ電
圧あるいは位相差を一定とするように周波数を制御して
も、負荷変動、環境条件の変化、上記加圧力の変動など
に起因して所望の速度が得られないことがある。

ところで、DCモータにおいては、所望の回転速度を安
定して得るためにフェーズロックループ（PLL）により
回転数制御を行うことが知られている（例えば、「DCモ
ータの制御回路設計」CQ出版株式会社、昭和60年５月20
日発行、p63〜p65）。しかしながら、超音波モータの駆
動メカニズムはDCモータと異なり、DCモータにおけるPL
L回路をそのまま超音波モータに適用できない。

本発明の技術的課題は、超音波モータに適したフェー
ズロックループ方式の速度制御回路を実現して、周囲環
境などに影響を受けることなく超音波モータの駆動速度
を安定させることにある。

D.課題を解決するための手段実施例を示す第１図により本発明を説明すると、請求
項１に記載の発明は、超音波モータ８の所定回転速度に
応じて決定される周波数の基準パルスを発振する基準パ
ルス発振手段１と、相対運動部材の移動量に比例したパ
ルスを出力する移動量検出手段９と、基準パルス発振手
段１が出力する基準パルスと移動量検出手段９が出力す
る出力パルスとの位相差に応じた信号を出力する位相差
信号発生手段２と、この位相差信号を積分して出力する
積分手段３と、積分手段３の出力に応じた周波数のパル
ス信号を出力するパルス発生手段４と、このパルス信号
に基づいて超音波モータ８に印加する駆動信号を形成す
る駆動信号形成手段５、6a、6bとを備えたことにより、
上述の技術的課題を解決する。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の
発明において、パルス発生手段４は、超音波モータ８に
固有の上限周波数と下限周波数の範囲内でパルス信号を
出力するように構成する。

また、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の
発明において、下限周波数を超音波モータ８の最高駆動
速度に対応する値に、上限周波数を超音波モータ８の最
低駆動速度に対応する値にそれぞれ設定する。

また、請求項４に記載の発明では、超音波モータの駆
動装置が、超音波モータ８の所定回転速度に応じて決定
される周波数の基準パルスと、相対運動部材の移動量に
比例して出力されるパルスとを比較して超音波モータ８
に印加する駆動信号を生成することで、上述の技術的課
題を解決する。

E.作用請求項１に記載の発明は、相対運動部材の移動量に比
例するパルスを移動量検出手段９で形成し、基準パルス
と移動量検出手段９の出力パルスとの位相差に応じた信
号を得、位相差信号を積分する。そして、その積分信号
に応じた周波数のパルスを形成し、この周波数の駆動信
号を超音波モータ８に入力する。したがって、周囲環境
や加圧力などの条件が変化しても、超音波モータ８は所
定の回転速度で回転される。

請求項２に記載の発明では、パルス発生手段４が、超
音波モータ８に固有の上限周波数と下限周波数の範囲内
でパルス信号を出力する。したがって、周囲環境や加圧
力などの条件が変化しても超音波モータはこの上限周波
数と下限周波数とによって決まる回転速度で回転され
る。

請求項３に記載の発明では、下限周波数が超音波モー
タ８の最高駆動速度に対応する値に、上限周波数が超音
波モータ８の最低駆動速度に対応する値にそれぞれ設定
されている。したがって、周囲環境や加圧力などの条件
が変化しても、超音波モータは最高駆動速度と最低駆動
速度との間の所定の回転速度で回転される。

請求項４に記載の発明では、超音波モータ８の駆動装
置が、超音波モータ８の所定回転速度に応じて決定され
る周波数の基準パルス、相対運動部材の移動量に比例し
て出力されるパルスとを比較する。そして、その結果に
基づいて駆動信号を生成し、超音波モータに入力する。
したがって、周囲環境や加圧力などの条件が変化して
も、超音波モータは所定の回転速度で回転される。

F.実施例 −第１の実施例− 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図
（ａ）は超音波モータの概略構成を示す断面図、第２図
（ｂ）は圧電体と弾性体とで構成される振動体の斜視図
である。

まず、第２図（ａ），（ｂ）の超音波モータについて
先に説明すると、弾性体81の片側表面には圧電体82が貼
付られており、これら弾性体81と圧電体82とによって振
動体83を構成している。また、圧電体82の片側表面には
スライド84を介してロータ85が加圧接触しており、これ
らスライダ84とロータ85とによって回転子86を構成して
いる。

圧電体82は第２図（ｂ）に示すように、その表面に４
つの電極82a,82b,82c,82dが設けられており、電極82aと
82bには相互にπ/2だけ位相の異なる交流電圧が印加さ
れ、電極82cは接地されている。電極82dはモニタ信号を
取り出すために使用される。これらの構成および動作に
ついては日経メカニカル1983.2.28号などにより周知で
あるため、ここではその説明を省略する。

この種の超音波モータは、第３図に実線C1あるいは、
破線C2で示すような駆動周波数−駆動速度特性をもって
いる。すなわち、駆動周波数が共振周波数f_Mより高い場
合には駆動周波数が低くなると回転速度が速くなる。共
振周波数f_Mより低い場合には駆動周波数が低くなると回
転速度が遅くなる。一般には、共振周波数f_Mよりも高い
最高周波数f_Hと最低周波数f_Lとの間で速度制御が可能と
される。なお、第１図のVCO4の発振帯域の下限周波数f_L
は、負荷の変動、環境変化、加圧力の変化等によって共
振周波数f_Mが変動した場合でも、f_L＞f_Mとなるように設
定する。最高周波数f_Hは超音波モータの回転速度が最低
値を示す値であり、また所望の回転速度よりも十分に低
い回転速度が得られるような周波数である。最低周波数
f_Lは超音波モータの回転速度が最高値を示す値であり、
所望回転速度で超音波モータが回転しているときに負荷
変動などがあっても共振周波数よりも高い周波数であ
る。ここで、実線C1は、ある周囲環境条件（第１の駆動
条件とする）における超音波モータ８の駆動周波数−回
転速度特性を示し、破線C2は、その周囲環境条件と異な
る環境条件（第２の駆動条件とする）における駆動周波
数−回転速度特性を示す。

また第４図に示すように、この実施例では、ロータ85
に軸85aを突設し、ギア87,88を介して軸85aをロータリ
エンコーダ９と連結している。したがって、ロータリエ
ンコーダ９は、ロータ85の回転数に比例した周波数のパ
ルスを出力する。

次に第１図において、１は、後述する回転速度N1に対
応する周波数の基準パルスを出力する基準パルス発振
器、２は、エンコーダ９からの出力パルスと基準パルス
の位相を比較して両者の位相差に相応する信号を出力す
る位相比較器である。３は、ループフィルタと呼ばれ位
相比較器２の出力信号を積分する積分器、４はこの積分
器３の出力電圧に相応した周波数のパルスを出力する電
圧制御発振器（以下、VCO）である。５は、VCO4からの
一対のパルス信号を４分周するとともに互いにπ/2位相
のづれた信号とする分周移相回路、6a,6bは、分周移相
回路５の出力信号を増幅して超音波モータ８の圧電体82
の電極82a,82bに印加する周知の電力増幅器である。ス
イッチ７は、超音波モータ８への入力の接断を制御する
とともに、回転方向の切換えを行い、開放状態では超音
波モータが停止する。

位相比較器２と積分器３の詳細を第５図により説明す
る。

位相比較器２は、エンコーダ９からのパルスと、基準
パルスとがそれぞれ入力されるJKフリップフロップ21A,
21Bと、ナンドゲート22と、ノアゲート23,24と、インバ
ータ25〜27と、MOSFET28A,28Bとから成り、コンプリメ
ンタリ出力を有する。これは位相周波数型比較器と呼ば
れる周知のものであり、詳細な説明は省略する。また、
積分器３はラグフィルタを構成し、抵抗31とコンデンサ
32とから成る。

第６図により位相比較器２と積分器３の動作を説明す
る。

第６図（ａ）は基準パルス発振器１の基準パルス波
形、（ｂ）はエンコーダ９の出力波形、（ｃ）は位相比
較器２の出力波形、（ｄ）はループィルタ３の出力波形
をそれぞれ示している。

区間イに示すように、基準パルスの波形に対してエン
コーダ出力パルス波形の位相が遅れている場合には、
（ｃ）に示すように、基準パルスの立上がりからエンコ
ーダ出力パルスの立上がりまで、つまり、遅れ位相差に
相当する時間だけMOSFET28Bがオンして位相比較器２の
出力は０となる。エンコーダ出力パルスが立ち上がる
と、MOSFET28A,28Bはオフ状態となり、位相比較器２の
出力は、第６図（ｃ）における１点鎖線部のようにハイ
インピーダンス状態となる。第６図（ｄ）に示すように
MOSFET28Bのオンに伴いループフィルタ３の出力は下降
し、MOSFET28Bがオフして位相比較器２の出力がハイイ
ンピーダンス状態となると、ループフィルタ３の出力電
圧はその時点の値が保持される。

区間ロでは、基準パルスとエンコーダ出力パルスとが
同位相であるため、MOSFET28A,28Bはオフ状態を維持
し、ループフィルタ３の出力は（ｄ）のように変化しな
い。

区間ハでは、基準パルスがエンコーダ出力パルスに対
して遅れ位相となるため、エンコーダ出力パルスの立上
がりから基準パルスの立ち下がりまでの間はMOSFET28A
がオンし、位相比較器２は（ｃ）に示すように電圧Vcc
を出力する。そのため、ループフィルタ３の出力電圧が
上昇する。

区間ニでは、エンコーダ出力パルスが基準パルスより
も低周波数となっており、ループフィルタ３の出力は下
降する。

区間ホでは、エンコーダ出力パルスが基準パルスより
も高周波数となっており、ループフィルタ３の出力は上
昇する。

すなわち、基準パルスがエンコーダ出力パルスよりも
位相が進むか、あるいは高周波数の場合にはループフィ
ルタ３の出力が下降し、逆に、基準パルスがエンコーダ
出力パルスよりも位相が遅れるか、あるいは低周波数の
場合にはルールフィルタ３の出力が上昇する。また、基
準パルスとエンコーダ出力パルスとが同位相、同周波数
の場合にはループフィルタ３の出力は変化しない。

次に、VCO4の入力電圧と出力周波数との関係を第７図
に示す。ここで、VCO4の入力電圧はループフィルタ３の
出力電圧である。ループフィルタ３出力電圧が最小の0V
のときは４×f_Lで示す周波数が出力され、ループフィル
タ３の出力電圧が最大のVccVのときには４×f_Hで示す周
波数が出力される。

分周移相回路５は第８図に示すように、２つのＤ形フ
リップフロップ51と52で構成され、フリップフロップ51
のセット出力Ｑがフリップフロップ52のデータ入力Ｄに
接続され、フリップフロップ52の反転セットが出力が
フリップフロップ51のデータ入力Ｄに接続されている。
したがって、この分周移相回路５は、第９図のタイムチ
ャートに示すように、VCO4の出力周波数を1/4に分周す
ると共に、相互にπ/2の位相差を有する信号を出力す
る。

以下、本発明に係る超音波モータの駆動装置の動作を
説明する。

第３図に示す曲線C1による第１の駆動条件下において
駆動周波数f1の交番電圧が超音波モータ８の圧電体に印
加され、回転速度N1で超音波モータ８が駆動されている
とき、曲線C2による第２の駆動条件に変化すると、超音
波モータ８の回転速度は、特性C2に従ってN2になってし
まう。

そこで本発明は、PLL方式で速度制御を行うことによ
り、第１の駆動条件から第２の駆動条件に変化しても超
音波モータ８の回転速度をN1（r.p.m.）一定に保持する
ものである。

超音波モータ８の回転速度をN1（r.p.m.）とすると
き、超音波モータ８とエンコーダ９とが1:1で回転して
いるとすれば、エンコーダ９の１回転当たりの出力パル
ス数をFEとすると、エンコーダ出力パルスの周波数は、で表される。

そこで、基準パルス発振器１の基準パルスの周波数を
（１）式で求まる値に設定する。

今、スイッチ７が第１図に示すように中立位置にあ
り、超音波モータ８が停止していると、エンコーダ９の
出力パルスの周波数は0Hzである。このとき、位相比較
器２には基準パルスが入力されループフィルタ３の出力
電圧は時間とともに下降して所定時間経過後は0Vとな
る。このため、VCO4の出力は第７図に示すように４×f_L
となる。この状態でスイッチ７を正逆いずれかに閉じる
と、分周移相回路５のフリップフロップ51,52のセット
出力Ｑからは、第９図（ｂ），（ｃ）に示すように、VC
O4からの入力信号の1/4倍の周波数を有し、かつ互いに
π/2の位相差を持った信号が出力される。その結果、超
音波モータ８には周波数f_Lの交番電圧が印加され最高回
転速度となるべく回転を始める。

超音波モータ８は徐々にその回転速度を上昇するが、
その速度がN1よりも低速のときは、エンコーダ出力パル
スの周波数が基準パルスの周波数より低いから、上述し
たように位相比較器２はループフィルタ３の出力電圧を
下降させる。そのため、ループフィルタ３の出力電圧が
ほぼ0Vとなるので、VCO4の出力周波数が４×f_Lとなって
最大回転速度に対応する駆動周波数f_Lの交番電圧が超音
波モータ８に印加される。これにより、超音波モータ８
の回転速度は時間の経過とともに上昇する。N1を越える
と、エンコーダ出力パルスの周波数が基準パルスの周波
数より高くなるから、上述のように位相比較器２はルー
プフィルタ３の出力電圧を増加させる。その結果、VCO4
の出力周波数が高くなり、駆動周波数も高くなって超音
波モータ８の回転速度が低下する。このような動作を繰
り返すことにより、超音波モータ８は目標とする回転速
度N1が得られる駆動周波数f₁に収斂する。収斂の具合に
ついては前記ループフィルタの時定数によって調整すれ
ば良い。

次に、負荷変動や加圧力の変動などにより第１の駆動
条件から第２の駆動条件に変化すると、超音波モータ８
の駆動周波数−回転速度の特性は第３図のC1からC2に移
行し、駆動周波数f₁での回転速度はN2（＞N1）に向けて
上昇する。このため、基準パルスに対してエンコーダ出
力パルスの周波数が大きくなり、位相比較器２はループ
フィルタ３の出力電圧を上昇させる。その結果、VCO4の
出力周波数は高周波数側に移行し、駆動周波数は最高周
波数f_Hに向かって変化する。このような動作により超音
波モータ８の回転速度は低下し回転速度f₁が得られる駆
動周波数f₂に収斂する。

以上のように、本発明に係るPLL速度制御回路によ
り、周囲環境や加圧力などの駆動条件が変化しても超音
波モータ８の回転速度は所定の値に保持される。

以上の実施例の構成において、基準パルス発振器１が
基準パルス発振手段を、位相比較器２が位相差信号発生
手段を、ループフィルタ３が積分手段を、VCO4がパルス
発生手段を、分周位相回路５と電力増幅器6a,6bが交番
電圧信号形成手段をそれぞれ構成する。

なおループフィルタ３は、ラグフィルタを用いて説明
したが、ラグリードフィルタ，アクティブフィルタ等で
構成してもよい。また、位相比較器についてはＪ−Ｋフ
リップフロップを用いた例を記載したが、双方向シフト
レジスタを用いた位相比較器等を用いてもよい。さらに
エンコーダは、移動子の速度に応じたパルスを発生する
ものであれば、その方式，構造を問うものではない。

以上の実施例で説明したVCO4は、それ自身の特性とし
て、入力電圧0Vに対して４×f_Lの周波数のパルス信号を
出力し、入力電圧VccVに対して４×f_Hの周波数のパルス
信号を出力するようにしたが、VCO4それ自身がこのよう
な特性を有していない場合には、次のような回路構成か
ら成る電圧制御発振回路により４×f_L〜４×f_H範囲内で
発振させることができる。

〔１〕ループフィルタ３の出力電圧を制御する方式：第10図はループフィルタ３の出力電圧を制御して発振
周波数の上下限を制御する電圧制御発振回路の一実施例
を示し、400Aが、VCO401とその発振周波数を制限する周
辺回路から成る電圧制御発振回路（パルス発生手段）を
示す。VCO401は、それ自身では入力電圧0Vに対して４×
f_Lよりも低い周波数のパルス信号を出力し、入力電圧Vc
cVに対して４×f_Hよりも高い周波数のパルス信号を出力
する。402は高周波数弁別器であり、VCO401が４×f_Hよ
りも高い周波数を出力するときにハイレベル信号を出力
し、４×f_H以下の周波数を出力するときにローレベル信
号を出力する。403は低周波数弁別器であり、VCO401が
４×f_Lよりも低い周波数を出力するときにハイレベル信
号を出力し、４×f_L以上の周波数を出力するときにロー
レベル信号を出力する。404はアナログスイッチであ
り、上記高周波数弁別器402と低周波数弁別器403の出力
信号にしたがって、VCO401が４×f_L〜４×f_Hの範囲内の
周波数を出力するときに閉成され、４×f_L〜４×f_Hの範
囲外の周波数を出力するときに開放される。405は周知
の電圧フォロア、406は、高低両周波数弁別器402,403の
出力信号の論理和をとりアナログスイッチ404の制御端
子に入力するオアゲート、407は低周波数弁別器403の出
力を反転するインバータである。408は、抵抗R1とコン
デンサＣで構成され、ループフィルタ３の時定数よりも
十分に小さい時定数を有するローパスフィルタ、409
は、低周波数弁別器403の出力信号により、VCO401が４
×f_Lよりも低い周波数を出力するときにインバータ407
の反転信号によりオンするトランジスタ、410は、高周
波数弁別器402の出力信号により、VCO401が４×f_Hより
も高い周波数を出力するときにオンするトランジスタ。
R2〜R5は抵抗である。

このようなVCO401と周辺回路とからなる電圧制御発振
回路400Aの動作を説明する。

超音波モータ８の動作時、VCO401が４×f_L〜４×f_Hの
範囲内の周波数で発振しているときは、アナログスイッ
チ404が閉成し、トランジスタ409,410がともにオフであ
るから、電圧フォロア405を通って入力されるループフ
ィルタ３からの積分信号はローパスフィルタ408を介し
てVCO401に入力される。このときVCO401は、その入力電
圧にしたがった周波数のパルスを出力する。

この状態でループフィルタ３からの出力電圧が上昇し
VCO401の発振周波数が４×f_Hよりも高くなると、高周波
数弁別器402の出力がハイレベルとなり、アナログスイ
ッチ404が開放されて電圧フォロア405の出力信号が遮断
されるとともに、トランジスタ410がオンする。トラン
ジスタ409はオフしているから、コンデンサＣは抵抗R5
により放電されてVCO401の入力電圧が下降して、VCO401
の発振周波数が低下する。VCO401の出力周波数が４×f_H
よりも低くなると、高周波数弁別器402の出力が反転し
てローレベルとなりアナログスイッチ404が閉成し、ト
ランジスタ410がオフする。そのため、電圧フォロア405
の出力電圧によりコンデンサＣが抵抗R1を介して充電さ
れる。これにより、VCO401の発振周波数は上昇を開始
し、再び４×f_Hを越えると上述したように４×f_H以下と
なるように制御される。

一方、ループフィルタ３の出力電圧が低くVCO401の発
振周波数が４×f_Lよりも低いときには、低周波数弁別器
403の出力がハイレベルとなりアナログスイッチ404が開
放されるとともに、トランジスタ409がオンする。トラ
ンジスタ410はオフしているため、コンデンサＣが抵抗R
3を介して充電され、VCO401の入力電圧が上昇して発振
周波数が高くなる。その発振周波数が４×f_L以上になる
と、低周波数弁別器403の出力がローレベルとなりアナ
ログスイッチ404が閉じるとともにトランジスタ409がオ
フするので、電圧フォロア405の出力電圧がコンデンサ
Ｃを充電し、VCO401の入力電圧は引き続き上昇傾向を示
すから、その発振周波数が４×f_L以上に保持される。

このような周辺回路を付加した電圧制御発振回路400A
により、VCO401それ自身の発振周波数帯域が４×f_L〜４
×f_Hを逸脱するような場合でも、発振周波数を４×f_L〜
４×f_Hの範囲内に制御することができる。

以上説明した第10図の実施例では、超音波８の駆動回
路の起動とスイッチ７の投入とが同時に行なわれる場
合、モータ起動時のVCO401の発振周波数は４×f_Lとな
り、超音波モータ８は最高回転速度となる周波数で起動
されて徐々に目標の回転速度に制御されるが、最低回転
速度で起動する場合には第11図に示すように電圧制御発
振回路400Bを構成すればよい。第10図と同様な箇所には
同様な符号を付して相異点を主に説明する。

スイッチ411は、第１図に示したスイッチ７に連動す
るもので、超音波モータ８の停止時には中立位置にあ
る。マルチプレクサ412は、インバータ407の出力または
高周波数弁別器402の出力信号を選択してトランジスタ4
09のベースに入力するものである、スイッチ411が中立
時には抵抗R6を介してマルチプレクサ412の制御端子に
ハイレベル信号が入力され、マルチプレクサ412は高周
波数弁別器402の出力を選択し、スイッチ411がオン時に
はマルチプレクサ412の制御端子にローレベルが入力さ
れ，マルチプレクサ412はインバータ407の出力信号を選
択する。また、413は、スイッチ411と高低の周波数弁別
器402,403の出力を入力とする３入力端子を有するオア
ゲートであり、その出力がアナログスイッチ404の制御
端子に入力されている。

スイッチ７がオフして超音波モータ８が停止している
ときには、スイッチ411側から得られるハイレベル信号
がオアゲート413を介してアナログスイッチ404の制御端
子に印加され、アナログスイッチ404は開放している。
一方、そのハイレベル信号によりマルチプレクサ412が
高周波数弁別器402を選択している。このとき、VCO401
の発振周波数が４×f_Hより高い場合には、高周波数弁別
器402がハイレベルを出力するからトランジスタ409はオ
フし、トランジスタ410はオンする。その結果、コンデ
ンサＣは抵抗R5に放電され、VCO401の入力電圧が減少し
てその発振周波数は低周波数側に下降していく。そし
て、４×f_H以下になると高周波数弁別器402の出力がロ
ーレベルとなりトランジスタ409がオンし、トランジス
タ410がオフしてコンデンサＣが抵抗R3により充電され
る。これにより、VCO401の入力電圧が上昇してその発振
周波数も上昇する。再び４×f_Hを越えると周波数弁別器
402の出力が反転し上述したように低周波数側に下降す
る。このような動作を繰り返すことにより超音波モータ
８の停止時にはVCO401は４×f_Hで発振する。

この状態で、スイッチ７をいずれかの方向にオンする
とスイッチ411もオンしてスイッチ411側の信号がローレ
ベルとなり、マルチプレクサ412の制御端子電圧がロー
レベルとなり、マルチプレクサ412はインバータ407の出
力、すなわち、低周波数弁別器403の出力を選択する。
また、オアゲート413の３入力のうちスイッチ411からの
入力がローレベルとなるから、高低の周波数弁別器402,
403のいずれか一方の出力がハイレベルになったときに
第10図で説明したと同様な動作を行い、VCO401の発振周
波数は４×f_L〜４×f_Hの範囲内の所定回転速度に対応す
る周波数に制御される。

〔２〕ループフィルタ３の入力電圧を制御する方式：第12図は、ループフィルタ３の入力電圧を制御する方
式の第10図に対応する電圧制御発振回路400Cの実施例で
あり、同様な箇所には同一の符号を付して説明する。

第10図の回路から電圧フォロア405とローパスフィル
タ408を除いた各素子をループフィルタ３の入力側に第1
2図に示すように挿入して電圧制御発振回路400Cが構成
される。

VCO401の発振周波数が４×f_Hよりも高くなると、アナ
ログスイッチ404が開放されるとともに、トランジスタ4
10がオンしてコンデンサ32が抵抗R5を介して放電され、
VCO401の入力電圧が減少してその発振周波数が下降す
る。４×f_H以下になるとアナログスイッチ404が閉成さ
れるとともに、トランジスタ410がオフするから、位相
比較器２の出力電圧でコンデンサＣが充電されVCO401の
入力電圧が再び上昇してその発振周波数が上昇する。こ
のような動作を繰り返すことによりVCO401の発振周波数
が４×f_Hになるように制御される。

VCO401が４×f_L以下の周波数で発振するときは、低周
波数弁別器403の出力信号により同様に各素子が制御さ
れ、VCO401の発振周波数が４×f_Lに制御される。

第13図は第11図に対応する実施例であり、同様な箇所
には同様な符号を付して相異点を説明する。

第11図の回路から電圧フォロア405とローパスフィル
タ408を除いた各素子をループフィルタ３の入力側に第1
3図に示すように挿入して電圧制御発振回路400Dが構成
される。

スイッチ７のオフ時はスイッチ411側からの信号がハ
イレベルとなり、アナログスイッチ404は開放されると
ともに、マルチプレクサ412は高周波数弁別器402を選択
する。周波数弁別器402の出力がローレベルならば、ト
ランジスタ409はオンしトランジスタ410はオフする。そ
のため、ループフィルタ３のコンデンサ32が抵抗R3を介
して充電され、VCO401の入力電圧が上昇する。VCO401の
発振周波数が４×f_Hを越えると上述したと同様にトラン
ジスタ409がオフ、トランジスタ410がオンしてコンデン
サ32が抵抗R5を介して放電され、VCO401の入力電圧が減
少し、４×f_H以下になると再びコンデンサ32が充電さ
れ、VCO401の入力電圧が上昇して発振周波数が上昇す
る。このような動作を繰り返すことにより、超音波モー
タ８の停止時には、VCO401の発振周波数が４×f_Hに制御
され、スイッチ７のオン時には、超音波モータ８が最低
回転速度で起動される。

なお、本発明はリニア形超音波モータにも適用できる
ことは言うまでもない。

G.発明の効果以上説明したように、請求項１から請求項４までに記
載された発明は、いずれも超音波モータをPLL方式の速
度制御で制御することができる。そのため、周囲環境や
加圧力が変化しても、超音波モータを所定の回転速度で
安定して制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波モータの駆動装置の一実施
例を示すブロック図、第２図（ａ），（ｂ）は超音波モ
ータの概略構成を示す断面図および斜視図、第３図は超
音波モータの駆動周波数と駆動速度との関係を示す特性
曲線図、第４図はエンコーダの取り付け状態を示す図、
第５図は位相比較器とループフィルタの詳細を示す図、
第６図は第５図の各部の入出力信号のタイムチャート、
第７図はVCOの入力電圧と出力周波数との関係を示すグ
ラフ、第８図は分周移相回路の詳細を示す図、第９図は
その各部信号のタイムチャートである。第10図〜第13図は超音波モータの最低駆動周波数〜最高
駆動周波数を逸脱する周波数帯域を有するVCOを用いる
電圧制御発振回路の一例を示すブロック図である。 1:基準パルス発振器、2:位相比較器 3:ループフィルタ、4:電圧制御発振器 5:分周移相回路、6a,6b:電力増幅器 7:スイッチ、8:超音波モータ 9:ロータリエンコーダ 51:弾性体、52:圧電体 82a〜82d:電極 83:振動体、84:スライダ 85:ロータ、86:回転子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】振動子と、該振動子との間で相対運動を行
う相対運動部材とを備えた超音波モータの駆動装置にお
いて、前記超音波モータの所定回転速度に応じて決定される周
波数の基準パルスを発振する基準パルス発振手段と、前記相対運動部材の移動量に比例したパルスを出力する
移動量検出手段と、前記基準パルス発振手段が出力する基準パルスと前記移
動量検出手段が出力する出力パルスとの位相差に応じた
信号を出力する位相差信号発生手段と、前記位相差信号を積分して出力する積分手段と、該積分手段の出力に応じた周波数のパルス信号を出力す
るパルス発生手段と、前記パルス信号に基づいて前記超音波モータに印加する
駆動信号を形成する駆動信号形成手段とを具備すること
を特徴とする超音波モータの駆動装置。
【請求項２】前記パルス発生手段は、前記超音波モータ
に固有の上限周波数と下限周波数の範囲内でパルス信号
を出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波モ
ータの駆動装置。
【請求項３】前記下限周波数は、前記超音波モータの最
高駆動速度に対応する値であり、前記上限周波数は、前
記超音波モータの最低駆動速度に対応する値であること
を特徴とする請求項２に記載の超音波モータの駆動装
置。
【請求項４】振動子と該振動子との間で相対運動を行う
相対運動部材とを備えた超音波モータの駆動装置におい
て、前記超音波モータの所定回転速度に応じて決定される周
波数の基準パルスと、前記相対運動部材の移動量に比例
して出力されるパルスとを比較して前記超音波モータに
印加する駆動信号を生成することを特徴とする超音波モ
ータの駆動装置。