(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用のバッテリー電源から供給される電圧により駆動力を得る超音波モータであって、前記超音波モータに設けられた回転センサから出力される回転パルス信号をカウントし、カウントした値が所定位置に対応するカウント値になるまで前記超音波モータを駆動することにより、所定機器を前記所定位置まで駆動させる超音波モータの駆動回路において、エンジンのオンオフの影響により前記電圧が不安定になる場合において、
前記車両用のバッテリー電源から供給される電圧が、第１の所定しきい値以上になった場合には、前記超音波モータを駆動するとともに、前記回転パルス信号をカウントし、前記車両用のバッテリー電源から供給される電圧が、第２の所定しきい値以下になった場合には、前記超音波モータの駆動を停止するとともに、前記回転パルス信号のカウントを停止するように制御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】
前記第１の所定しきい値が、前記第２の所定しきい値よりも高い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。
【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】
前記超音波モータの駆動は、図７に示すように駆動開始時には、まず可聴音発生帯域よりも十分高い周波数の駆動信号を供給した後に、駆動信号の周波数を可聴音発生帯域よりも若干高い駆動周波数帯域内まで徐々に低下させ、前記周波数を駆動周波数帯域内に維持させて駆動する。
【０００５】
前記超音波モータを駆動する駆動回路は、マイクロコンピュータ、発振回路、スイッチング制御回路、駆動信号発生回路、バンドパスフィルタ等から構成され、発振回路から出力される発振周波数に応じた交流電圧を駆動信号発生回路で発生させ、前記交流電圧を超音波モータの圧電体に供給することで超音波モータを駆動させる。
【０００６】
また、超音波モータには回転センサが取り付けられ、前記回転センサから出力される回転パルス信号を、前記マイクロコンピュータでカウントすることで、所定機器を所定の位置まで駆動させることができる。
【０００７】
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る場合が考えられる。このような場合には、前記超音波モータは、車両用のバッテリー電源（例えば１２Ｖ）から電力を供給されて動作する。図３に前記自動車のステアリング装置の主要部の概略を示す。
【０００８】
ステアリング装置９０は、車輪（図示省略）を転舵するためのステアリングギヤボックス（図示省略）を備えており、このステアリングギヤボックスにステアリングシャフト９４の一端が連結されている。
【０００９】
また、ステアリングシャフト９４の他端はステアリングホイール９２に連結されている。さらに、ステアリングシャフト９４の一部は、ステアリングコラム９６で覆われており、このステアリングコラム９６内には、ステアリングホイール９２を上下方向に移動させるための前記チルト機構（図示省略）や、ステアリングホイール９２をステアリングシャフト９４の軸方向へ移動させるための前記テレスコピック機構（図示省略）が搭載されている。
【００１０】
前記チルト機構や前記テレスコピック機構は、操作者の操作により、前記超音波モータの駆動力を得て、ステアリングホイール９２を上下方向に移動したり、ステアリングシャフト９４の軸方向へ移動させたりすることができる。
【００１１】
また、前記ステアリングホイール９２の位置を記憶しておき、キーが抜かれた時にはステアリングホイール９２を初期位置まで移動させ、キーが差された時にはステアリングホイール９２を記憶していた位置まで移動させることもできる。このような場合には、前記ステアリングホイール９２を記憶していた位置まで駆動する場合には、前記超音波モータに取り付けられた回転センサから出力される回転パルス信号を、マイクロコンピュータでカウントして記憶していた位置までの距離を演算することで記憶していた位置まで駆動させることができる。
【００１２】
ところが、車両用のバッテリー電源が、エンジンのオンオフ等の影響により電圧が不安定になった場合には、回転センサに供給される電圧も不安定になるので回転パルス信号が乱れてしまい、正確に回転パルス信号をカウントすることができず、前記ステアリングホイール９２を正確に記憶していた位置まで移動させることができないという問題がある。
【００１３】
【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、超音波モータに供給される電圧が下がった場合でも、超音波モータによって駆動される所定機器を正確に所定位置まで移動させ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。
【００１４】
【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、車両用のバッテリー電源から供給される電圧により駆動力を得る超音波モータであって、前記超音波モータに設けられた回転センサから出力される回転パルス信号をカウントし、カウントした値が所定位置に対応するカウント値になるまで前記超音波モータを駆動することにより、所定機器を前記所定位置まで駆動させる超音波モータの駆動回路において、エンジンのオンオフの影響により前記電圧が不安定になる場合において、前記車両用のバッテリー電源から供給される電圧が、第１の所定しきい値以上になった場合には、前記超音波モータを駆動するとともに、前記回転パルス信号をカウントし、前記車両用のバッテリー電源から供給される電圧が、第２の所定しきい値以下になった場合には、前記超音波モータの駆動を停止するとともに、前記回転パルス信号のカウントを停止するように制御することを特徴とする。
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、車両用のバッテリー電源から供給される電圧を監視して、前記電圧が第１の所定しきい値以上の場合には、前記超音波モータを駆動させるとともに、前記回転パルス信号をカウントする。前記電圧が第２の所定しきい値以下になった場合には、前記超音波モータの駆動を停止するとともに、前記回転パルス信号のカウントを停止する。そして、前記電圧が第１の所定しきい値以上に復帰した場合には再び前記超音波モータの駆動を開始するとともに前記回転パルス信号のカウントを開始し、カウントした値が所定位置に対応するカウント値になるまで超音波モータを駆動することにより、所定機器を所定位置まで移動させる。このため、車両用のバッテリー電源から供給される電圧が不安定になっても、所定機器を所定位置まで正確に移動させることができる。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、前記第１の所定しきい値が、前記第２の所定しきい値よりも高いことを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、第１の所定しきい値を、前記第２の所定しきい値よりも高くすることで、より正確に所定機器を所定位置まで移動させることができる。
【００１８】
【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。
【００１９】
図２には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。
【００２０】
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。
【００２１】
また、弾性体１２には圧電素子２６（図１参照）が貼付されている。図１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。
【００２２】
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（振動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の一方の信号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から出力される振動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。
【００２３】
また、超音波モータ１０には回転センサ４６が取り付けられている。回転センサ４６の出力端はマイクロコンピュータ３２の他方の信号入力端に接続されており、回転センサ４６の入力端はバッテリー電源３１の分岐した出力端が接続されている。
【００２４】
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。
【００２５】
マイクロコンピュータ３２の電源入力端は、バッテリー電源３１の分岐した出力端に接続されており、バッテリー電源３１が出力する電圧レベルを監視する。また、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からの駆動周波数信号に応じた発振周波数で発振する。
【００２６】
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。
【００２７】
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いる。前記電圧発生回路３８は、バッテリー電源３１から供給される直流電圧を所定の交流電圧に昇圧し、さらに整流、平滑化して所定の直流電圧に昇圧してＡ相増幅回路４２、Ｂ相増幅回路４４へ電力を供給する。
【００２８】
電圧発生回路３８の回路構成は図４に示すような構成となっている。
電圧発生回路３８はトランス１２０を備えており、トランス１２０の１次側コイル１２０Ａの中点には電源線１１８を介してコンデンサ１１６の一端およびバッテリー電源３１（図ではＶｃｃで表す）に接続されており、コンデンサ１１６の他端は接地されている。
【００２９】
トランス１２０の１次側コイル１２０Ａの一端は、スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ１１０のドレインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１１０のゲートはデューティー制御回路１１４の一方の出力端に接続されており、ＭＯＳＦＥＴ１１０のソースは接地されている。
【００３０】
トランス１２０の１次側コイル１２０Ａの他端は、スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ１１２のドレインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１１２のゲートはデューティー制御回路１１４の他方の出力端に接続されており、ＭＯＳＦＥＴ１１２のソースは接地されている。
【００３１】
トランス１２０の２次側コイル１２０Ｂの一端は整流素子としてのダイオード１２２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１２４のアノードが接続されている。また、トランス１２０の２次側コイル１２０Ｂの中点は接地されている。
【００３２】
ダイオード１２２、１２４のカソードはインダクタンス素子としてのコイル１２６の一端に接続されている。コイル１２６の他端はコンデンサ１２８の一端が接続されており、コンデンサ１２８の他端は接地されている。さらに、コイル１２６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、前記入力端に電圧発生回路３８より直流電圧が供給される。
【００３３】
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１４Ｂ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。
【００３４】
Ａ相増幅回路４２、Ｂ相増幅回路４４の回路構成は図５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１００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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
超音波モータ１０により所定機器を所定位置まで駆動させる際には、まず、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３２より指定された駆動周波数で発振を開始する。
【００４１】
電圧発生回路３８では、バッテリー電源３１（図ではＶｃｃで表す）からトランス１２０の１次側コイル１２０Ａに電圧が供給され、デューティー制御回路１１４から所定のタイミングでＭＯＳＦＥＴ１１０、１１２のゲートへスイッチング信号が入力されて、トランス１２０の１次側コイル１２０Ａへの電流がオンオフされる。そして、トランス１２０の２次側コイル１２０Ｂへ交流電圧が誘起され、この交流電圧をダイオード１２２、１２４で全波整流し、コイル１２６、コンデンサ１２８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。
【００４２】
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、９２、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。
【００４３】
このスイッチング信号は、図６に示す如く、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、９４、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。
【００４４】
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、振動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３２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。
【００４５】
マイクロコンピュータ３２では、前記振動フィードバック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、９４、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。
【００４６】
また、マイクロコンピュータ３２では、バッテリー電源３１から出力される電圧レベルが第２の所定しきい値（一例として８Ｖとする）以下になったか否かを監視しながら前記回転パルス信号をカウントして、このカウントした値が、前記所定位置に対応するカウント値になるまで超音波モータ１０を駆動させる。前記電圧レベルが前記第２の所定しきい値以下になった場合には、超音波モータ１０の駆動を停止させるとともに、回転パルス信号のカウントも停止させる。
【００４７】
そして、前記電圧レベルが第１の所定しきい値（一例として１０Ｖ）以上になった場合には、再び超音波モータ１０の駆動を開始するとともに、回転パルス信号のカウントを開始して、回転パルス信号が所定カウント値になるまで超音波モータ１０を駆動させ、所定機器を所定位置まで移動させる。
【００４８】
上記の電圧監視の制御を、図８に示すフローチャートに従って説明する。
まず、ステップ５０で停止フラグをオフにしてステップ５２へ進み、バッテリー電源３１から出力される電圧の電圧レベルを取り込む。次にステップ５４で電圧レベルが８Ｖ以下になったか否かを比較し、肯定判定の場合にはステップ５６ヘ進み、否定判定の場合にはステップ６２へ進む。
【００４９】
ステップ５６では超音波モータ１０の駆動を停止して、ステップ５８で回転パルス信号のカウントを停止する。そして、ステップ６０で停止フラグをオンにしてステップ５２へ戻る。
【００５０】
ステップ６２では停止フラグがオンか否かを判定し、肯定判定の場合にはステップ６４へ進み、否定判定の場合にはステップ５２へ戻る。ステップ６４では、電圧レベルが１０Ｖ以上であるか否かを比較し、肯定判定の場合にはステップ６６へ進み、否定判定の場合にはステップ５２へ戻る。
【００５１】
ステップ６６では超音波モータ１０の駆動停止を解除して、ステップ６８で回転パルス信号のカウントの停止を解除する。そしてステップ７０で停止フラグをオフにしてステップ５２へ戻る。
【００５２】
上記のように制御して超音波モータ１０を駆動させ、所定機器を所定位置まで移動させる。
【００５３】
このように、バッテリー電源３１が出力する電圧が第２の所定しきい値以下になった場合には、超音波モータ１０の駆動を停止するとともに、回転パルス信号のカウントを停止するので、バッテリー電源３１が出力する電圧が不安定になって回転パルス信号に乱れが生じても、所定機器を所定位置まで正確に移動させることができる。また、第１の所定しきい値を第２の所定しきい値よりも高く設定しているので、より正確に所定機器を所定位置まで移動させることができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、第１の所定しきい値を第２の所定しきい値よりも高く設定しているが、これに限らず、例えば同じ値にしてもよく、それぞれ自由に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波モータと、超音波モータ駆動回路の概略構成を示すブロック図である。
【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】ステアリング装置の主要部を示す概略構成図である。
【図４】超音波モータ駆動回路における電圧発生回路を示す回路図である。
【図５】駆動信号発生回路の例を示す回路図である。
【図６】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。
【図７】超音波モータの駆動周波数の変化に伴う超音波モータのインピーダンスの変化、共振周波数、可聴音発生帯域、駆動周波数帯域等を示す線図である。
【図８】マイクロコンピュータにおける電圧監視制御を行うプログラムの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０    超音波モータ
３０        駆動回路
３１        バッテリー電源
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
４０        バンドパスフィルタ
４２        Ａ相増幅回路
４４        Ｂ相増幅回路
４６        回転センサ
【図１】
0003609596.tif 000002
【図２】
0003609596.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003609596.tif 000005
【図５】
0003609596.tif 000006
【図６】
0003609596.tif 000007
【図７】
0003609596.tif 000008
【図８】
0003609596.tif 000009