(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加振手段を有する振動体と、前記加振手段への交流電圧の印加による前記振動体の振動によって該振動体に対して相対移動する移動体と、を備える振動型アクチュエータの振動検出装置であって、
前記振動体の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段から出力される振動検出信号に含まれている前記交流電圧の周波数成分の信号を、該振動検出信号から除去する駆動周波数除去手段と、
を備え、
前記駆動周波数除去手段は、前記振動検出信号の周波数成分を異なる周波数に変換する第１の周波数変換手段と、
第１の周波数変換手段の出力信号から前記交流電圧の周波数のみに起因する周波数成分を除去するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段の出力信号を元の周波数に変換する第２の周波数変換手段と、
を有することを特徴とする振動型アクチュエータの振動検出装置。
【請求項２】
前記第１の周波数変換手段は、
前記交流電圧の周波数の正弦波及び余弦波と、前記振動検出信号と、を乗算する第１の乗算手段及び第２の乗算手段を有することを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの振動検出装置。
【請求項３】
前記第２の周波数変換手段は、
前記交流電圧の周波数の正弦波及び余弦波と、前記フィルタ手段の出力信号と、を乗算する第３の乗算手段及び第４の乗算手段と、
前記第３の乗算手段及び第４の乗算手段の出力を加算する第１の加算手段と、
を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動型アクチュエータの振動検出装置。
【請求項４】
前記フィルタ手段は、前記交流電圧の周波数の２倍の周波数成分と直流成分を除去することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの振動検出装置。
【請求項５】
前記フィルタ手段は、前記交流電圧の周波数の２倍の周波数成分を遮断するノッチフィルタを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの振動検出装置。
【請求項６】
前記フィルタ手段は、入力信号と、該入力信号を前記交流電圧の周期の４分の１周期分の時間遅延した信号と、を加算する第２の加算手段を有することを特徴とする請求項５に記載の振動型アクチュエータの振動検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの振動検出装置と、前記交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、を備えた振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項８】
前記駆動周波数除去手段の出力信号を前記交流電圧生成手段の出力する交流電圧と加算して出力することを特徴とする請求項７に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項９】
前記振動検出手段は、前記振動体の振動速度を検出することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項１０】
前記交流電圧生成手段の出力する交流電圧の周波数によって前記移動体と振動体との相対移動速度を制御することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項１１】
前記加振手段を有する前記振動体と、前記移動体と、を備える前記振動型アクチュエータと、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの振動検出装置と、前記交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
振動型アクチュエータの振動検出装置及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動型アクチュエータは、振動体と移動体を加圧接触させ、振動体に発生させた数ミクロン程度の振動の力を摩擦力を介して移動体に伝え、振動体と移動体間を相対的に移動させるアクチュエータである。
一般に低速で高トルクな性能を有することから、駆動対象をダイレクト駆動する用途に用いられる。このようにダイレクトで駆動するため減速ギアが不要であり、静音化にも貢献している。
一方で、摩擦力を使うため最大効率を５０％以上に上げるのは容易でなく、そのため振動効率を高くする材料や加工技術の開発がなされている。
しかし、振動効率を高めると消費電力を低下させ、昇温を抑制出来る半面、振動体と移動体の接触によって発生する高周波振動等も発生しやすくなる問題がある。この高周波振動は時に可聴音となるため、振動型アクチュエータの重要なセールスポイントである静音化にとって大きな課題となっている。
そこで、これまでは効率を高める要求と、振動を抑制するための減衰性能のバランスを取る形で開発がなされてきた。
しかし、静音化を達成するには十分余裕をみて減衰性能を設定する必要があり、思い切った効率向上策が取れなかった。
【０００３】
このような状況にあって、機械的な減衰性能に頼るのではなく振動をアクティブに制御することにより不要な振動を抑制する提案がいくつかなされている。
例えば、特許文献１では、振動体に振動状態を検出するための振動検出相と、不要な振動を抑制する駆動相とを設け、振動検出相から得られた検出信号とこの検出信号を移相した信号とを合成し、不要な振動成分を検出する手法が提案されている。
また、この手法で得られた不要な振動成分を示す信号を位相調整して上記駆動相に入力することにより、不要な振動を減衰させる駆動装置が提案されている。
また、特許文献２では、バンドパスフィルタを用いて駆動用の周波数と不要な振動成分の周波数を分離し、不要な振動成分を検出する駆動装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−０９３４８０号公報
【特許文献２】特開平２−０２６２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように振動検出信号を位相をずらした信号と合成するものにおいては、つぎのような課題を有している。
すなわち、駆動用の周波数成分を打ち消すことは可能であるが、不要な振動成分の周波数と駆動用の周波数の差に応じて、不要な振動成分の位相遅れ量が大きく変化する。
また、不要な振動成分の周波数が駆動用の周波数と近い場合には位相遅れが大きくなる上、振幅も小さくなってしまう。
そのため、広い周波数範囲で不要な振動を抑制することが出来ず、これを実現するには周波数領域毎に周波数特性を補正する必要があった。
また、特許文献２のものにおいても、同様の課題を有している。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、広い周波数範囲で振幅及び位相特性の変化を少なくして不要振動成分を検出することが可能となる振動型アクチュエータの振動検出装置の提供を目的とする。
また、本発明は、広い周波数範囲の不要な振動を抑え、騒音を抑制することが可能となる振動型アクチュエータの制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の振動型アクチュエータの振動検出装置は、
加振手段を有する振動体と、前記加振手段への交流電圧の印加による前記振動体の振動によって該振動体に対して相対移動する移動体と、を備える振動型アクチュエータの振動検出装置であって、
前記振動体の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段から出力される振動検出信号に含まれている前記交流電圧の周波数成分の信号を、該振動検出信号から除去する駆動周波数除去手段と、
を備え、
前記駆動周波数除去手段は、前記振動検出信号の周波数成分を異なる周波数に変換する第１の周波数変換手段と、
第１の周波数変換手段の出力信号から前記交流電圧の周波数のみに起因する周波数成分を除去するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段の出力信号を元の周波数に変換する第２の周波数変換手段と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の振動型アクチュエータの振動検出装置によれば、広い周波数範囲で振幅及び位相特性の変化を少なくして不要振動成分を検出することが可能となる。また、本発明の振動型アクチュエータの制御装置によれば、広い周波数範囲の不要な振動を抑え、騒音を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１における不要振動を検出する振動検出装置の第１の構成例を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例１における駆動周波数除去手段の動作を説明する周波数特性を示す図。
【図３】本発明の実施例１におけるフィルタの周波数特性を示す図。
【図４】本発明の実施例１におけるバンドストップフィルタの内部構成の例を示すブロック図。
【図５】本発明の実施例１における不要振動を検出する振動検出装置の第２の構成例を示すブロック図。
【図６】本発明の実施例１における圧電素子の電極構造を示す図。
【図７】本発明の実施例１における振動型アクチュエータの構成を示す図。
【図８】本発明の実施例１における不要振動の周波数分布の例を示す図。
【図９】本発明の実施例２における不要振動を検出する振動検出装置の構成例を示すブロック図。
【図１０】本発明の実施例２における動作波形の一例を示す図。
【図１１】本発明の実施例２における動作波形の他の例を示す図。
【図１２】本発明の実施例３における不要振動を検出する振動検出装置の構成例を示すブロック図。
【図１３】本発明の実施例３の第１の構成例における圧電素子の電極及び接続状態を示す図。
【図１４】本発明の実施例３の振動型アクチュエータの構成を示す図。
【図１５】本発明の実施例３の速度制御部の構成を示すブロック図。
【図１６】本発明の実施例３の第２の構成例における不要振動制御装置を示すブロック図。
【図１７】本発明の実施例３の第２の構成例における圧電素子の電極及び接続状態を示す図。
【図１８】本発明の実施例３の第３の構成例における不要振動制御装置を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。
【実施例】
【００１１】
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した不要振動を検出する振動検出装置の構成例について説明する。
振動型アクチュエータは金属やセラミック製の弾性体をその固有振動モードの共振現象を利用して振動させ、弾性体に接触する移動体を相対移動させるアクチュエータであって、今日では様々な原理の振動型アクチュエータが提案されている。
励振するための加振力の発生源としては主に圧電素子が用いられるが原理的にはどのような加振手段を用いても実現可能である。
例えば、磁歪素子、電歪素子、ボイスコイル、静電アクチュエータ等様々なアクチュエータを用いて励振することが出来る。
これらのアクチュエータは加振周波数と同じ周波数の交流電圧又は交流電流を入力することで加振力を発生させることができる。
圧電素子の場合は印加する交流電圧、ボイスコイルなら交流電流が加振力に相当する。以下の実施例では、圧電素子による場合を例に採って説明する。
【００１２】
本実施例の振動検出装置は、つぎのような駆動周波数除去手段を備えている。すなわち、振動検出手段の出力信号の周波数成分に含まれる上記振動型アクチュエータを駆動する交流電圧の周波数を異なる周波数に変換する第１の周波数変換手段を備えている。
そして更に、第１の周波数変換手段の出力信号から上記交流電圧の周波数のみに起因する周波数成分を遮断するフィルタ手段、フィルタ手段の出力する残りの周波数成分を元の周波数成分に戻す第２の周波数変換手段を有している。
これにより、振動検出手段が出力する振動検出信号に含まれる上記交流電圧の周波数成分の信号が、該振動検出信号から除去され、広い周波数範囲で振幅及び位相変化の少ない不要振動波形が検出される。
その具体例として、まず、第１の構成例について図１を用いて説明する。
図１において、１は不図示の振動体に設けられた圧電素子、２は圧電素子１に不図示の指令手段から指定される周波数指令に応じた周波数の交流電圧を発生する交流電圧生成手段である。
３及び５は電流検出手段であり、圧電素子１及び後述するコンデンサ４に流入する電流をそれぞれ計測している。
４は圧電素子１の制動容量とほぼ等しい静電容量のコンデンサである。
６は振動検出手段で、電流検出手段３と電流検出手段５の出力信号の差を求めて出力している。
これは圧電素子１に流入する電流から圧電素子１の制動容量に流れる電流をキャンセルすることで圧電素子１の制動容量以外に流れる成分、つまり不図示の振動体の振動速度に比例する信号を振動検出信号として出力している。
７は上記周波数指令に応じた周波数の正弦波信号を生成する正弦波生成手段であり、８は上記周波数指令に応じた周波数の余弦波信号を生成する余弦波生成手段である。
９は第１の乗算手段であり、１０は第２の乗算手段である。これらにより、上記振動検出信号と上記正弦波信号及び上記振動検出信号と上記余弦波信号とを乗算することで、上記振動検出信号の周波数成分を異なる周波数成分に変換する第１の周波数変換手段を構成している。
【００１３】
ここで、この周波数変換について説明する。
図２の（ａ）及び（ｂ）は、乗算手段９及び１０の周波数変換の動作を説明する図である。横軸が周波数、縦軸が振幅を示している。
以下、図１及び図２を用いて周波数変換の動作を説明する。
上記周波数指令をＦ０とすると、交流電圧生成手段の出力する交流電圧の周波数（以下駆動周波数と呼ぶ）はＦ０である。
従って、圧電素子１に周波数Ｆ０の加振力が加えられ、圧電素子１が設けられた不図示の振動体が振動する。
すると、振動体の振動速度に応じた振動検出信号の主要な周波数成分はＦ０となる。図２（ａ）のＦ０の上に示す実線の成分がこの時の振動の大きさを示している。
ここで、何らかの外力によって不図示の振動体に別の振動が発生したとする。これを不要振動として図２（ａ）に破線で示した。
図２（ａ）に、実線と破線で示した全ての信号が振動検出信号として乗算手段９及び１０に入力される。
この振動検出信号に周波数Ｆ０の正弦波及び余弦波とを乗算すると三角関数の乗法定理から明らかなように周波数領域ではそれぞれの周波数の加算と減算が行われる。
変換の結果を図２（ｂ）に示す。
上記周波数指令Ｆ０の信号については２つのＦ０を加算することによる２倍のＦ０の周波数と差による０（直流）の２つの実線で示される周波数成分に変換される。
つまり、周波数変換によって駆動周波数成分の信号が駆動周波数Ｆ０に起因する周波数である２倍のＦ０と直流成分に変換された事になる。
同様に不要振動成分についてもＦ０との加算及び減算によって２つの破線で示される領域の周波数に変換される。
【００１４】
つぎに、周波数変換の後処理について説明する。
本装置は図２（ａ）の破線の領域のみ検出する事を目的としており、実線の波形を遮断する必要がある。
この処理を上記周波数変換を行った後の信号に対して行うのが本装置の特徴であり、図２（ｂ）の状態の実線で示される信号を遮断して図２（ｃ）の状態にする動作を行う。図１を用いてこの動作を実行するブロックの説明を行う。
１１及び１２はバンドストップフィルタであり、不図示の指令手段からの周波数指令で示される周波数の２倍の周波数成分の信号を遮断するフィルタである。
出来るだけ狭帯域のフィルタが望ましく、Ｑ値の高いノッチフィルタ等で構成される。
１３及び１４はハイパスフィルタで信号に含まれる直流の成分を遮断する。
図２（ｃ）に示すように２倍のＦ０の成分をバンドストップフィルタ１１及び１２でカットすると、２倍のＦ０の周波数近傍の不要振動成分も２倍のＦ０との周波数差が小さいほど振幅が減衰してしまう。
しかし、ハイパスフィルタ１３及び１４で直流成分をカットしても適切にカットオフ周波数を設定すれば不要振動成分への影響を最小限に抑える事が出来る。
これはバンドストップフィルタで５０ｋＨｚをカットした時の４９ｋＨｚの特性とハイパスフィルタで１０Ｈｚをカットした時の１ｋＨｚの特性に大きな差があることに起因している。
つまり、直流側はカットオフ周波数を無限に低くして行く事が出来るのに対し、バンドストップフィルタではこれが出来ないからである。
図３（ａ）はバンドストップフィルタの周波数特性の例を示す図、図３（ｂ）はハイパスフィルタの周波数特性の例を示す図である。
【００１５】
つぎに、図２（ｃ）で２つの周波数領域に分割された不要振動の周波数成分を再度周波数変換して図２（ｅ）の元の周波数成分に戻す際の周波数変換手段（第２の周波数変換手段）の動作について説明する。
図１に示す１５は第３の乗算手段であり、１６は第４の乗算手段である。
図２（ｃ）の２つの破線の領域に分割された周波数成分に対して上記正弦波信号及び上記余弦波信号を乗算手段１５及び乗算手段１６で乗算すると図２（ｄ）のように３つの周波数領域に周波数が変換される。周波数指令Ｆ０の正弦波信号及び余弦波信号と乗算した結果、Ｆ０との周波数の減算によって図２（ｃ）の破線部分が周波数変換された結果が図２（ｄ）の破線領域、Ｆ０との周波数の加算によって変換された結果が図２（ｄ）の点線領域である。
次に３つの周波数領域に分割された状態から不要振動成分のみ取りだす動作について説明する。
図１の１７は加算手段（第１の加算手段）であり、乗算手段１５及び１６の出力を加算して不要振動信号を出力する。
乗算手段１５と乗算手段１６の出力信号の位相特性は相対的に１８０°ずれている領域と同相の領域がある。
図２（ｄ）に点線で示した周波数領域は位相特性が１８０°ずれている領域である。
この特性を利用して乗算手段１５及び１６の出力を加算手段１７で加算することで図２（ｄ）の点線で示した周波数領域をキャンセルしている。
【００１６】
図２（ｅ）は最終的に得られた不要振動信号の周波数成分の分布である。
得られた不要振動信号の振幅及び位相特性は元の特性に対して若干変化するものの、周波数領域を２つに分割してフィルタ処理し再度合成することで変化を少なくすることが可能となった。
すなわち、直流側に分割された周波数成分に対するフィルタ処理が不要振動成分の特性を劣化させない為、従来の振動検出信号に対して直接フィルタ処理する方法と比較して振幅及び位相特性の変化を少なく出来る。
また、ここでは２倍の周波数に周波数変換したがその他の倍率で変換しても良い。
一方の周波数が直流成分であれば、同様の効果が得られる。例えば、４倍にする方法としては一旦２倍の周波数に変換した状態に対して直流成分をハイパスフィルタで遮断する。
すると、２倍の周波数成分と不要振動成分のみになる。この２倍の周波数を新たな駆動周波数と考え、２倍の周波数の正弦波及び余弦波をこれに乗算すれば、駆動周波数の４倍の周波数成分と新たな直流成分に周波数変換する事が出来る。
【００１７】
図４はバンドストップフィルタ１１及び１２の内部構成の例を示す図である。不図示の周波数指令が複数ある場合、周波数に対してバンドストップフィルタ１１及び１２の周波数特性を変更する必要がある。
図４の例は周波数指令が３つに限られる場合の例を示している。１８、１９、２０はそれぞれ予め異なる周波数を遮断するように周波数特性が設定されたバンドストップフィルタである。２１はバンドストップフィルタ１８、１９、２０のどれを使用するかを不図示の指令手段からの周波数指令に応じて切り換える切り換え手段である。
各バンドストップフィルタはその周波数指令に対して２倍の周波数をカットするように調整されている。
本実施例では周波数特性を３つとしたが、連続的に周波数特性を切り換える事が可能なスイッチとキャパシタフィルタや自動的に周波数特性を最も大きな周波数成分に追随する適応型のフィルタ等でも良い。
また、バンドストップフィルタの遮断する周波数を周波数指令の２倍としているがほぼ一致していれば良い。
実際には、上記駆動周波数と振動検出信号の周波数は駆動周波数が変化する場合、完全に一致しない場合がある。計測すべき不要振動の大きさや精度に応じて周波数特性の精度を決めれば良い。
【００１８】
つぎに、本実施例の第２の構成例について、図５を用いて説明する。
図５の構成例は、図１と概ね同じ構成であり、重複する構成の説明は省略する。２２−ａ、２２−ｂ、２２−ｃは、後述するリング状の圧電素子の各電極に対応する圧電区画を示しており以下電極２２−ａ、電極２２−ｂ、電極２２−ｃと呼ぶ。図６に圧電素子２２の電極構成を示す。
図６に示す符号は各電極領域の分極方向を示しており、電極２２−ａ及び電極２２−ｂは複数の分極区画からなっている。
電極２２−ａ及び電極２２−ｂ内の分極区画は電気的に導通しており、所定周波数の交流電圧を加えると極性に応じて圧縮・膨張の振動を繰り返し、リングの周方向に沿って８つの曲げ振動が形成される。
また、電極２２−ａと電極２２−ｂには正弦波生成手段７及び余弦波生成手段８によって９０°位相の異なる交流電圧φＡ及びφＢが印加され、曲げ振動の腹の位置がリングの周方向に連続的に移動する進行性の振動波が形成される。
【００１９】
図７は、リング状の圧電素子を用いた振動型アクチュエータの構成例を示す図である。
図７において、４５は圧電素子２２が接着される振動体、４４は振動体４５の上部に不図示の加圧手段によって加圧接触するロータである。
ロータ４４は振動体４５との接触部に形成される微小な楕円振動によって周方向に回転する。
電極２２−ｃは振動変位を検出するための電極である。２３は電極２２−ｃの出力信号の直流成分のカットを行い振動検出信号を出力する振動検出手段である。振動検出手段２３の出力する振動検出信号は電極２２−ｃが設けられた区画の振動変位に比例した信号である。
振動体４５の接触部には図７に示す様に複数の突起構造が設けられ、ロータ４４との高周波での接触を繰り返している。そのため、接触に起因する高次の振動が自励的に発生する場合がある。
【００２０】
図８は、不要振動が発生している時の振動検出信号の周波数分布の例を示す図である。
図８において、Ｆ８で示す最も大きな振幅の成分は振動型アクチュエータを駆動する駆動周波数成分の振動を示しており、リング状の振動体４５にリングの周上に沿って８つの曲げ振動（８次の曲げ振動）の振幅である。
Ｆ４、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ９で示す周波数はそれぞれ４次、６次、７次、９次の曲げ振動の振幅を示している。
このように実際の不要振動はモード解析で求められる振動形状（波数）の固有振動数の近傍で発生するため、離散的な周波数特性を示す。主駆動次数（本実施例なら８次）の近傍や半分の次数等で不要振動が発生することが多い。
このような不要振動を検出する場合、従来の直接フィルタにより駆動周波数成分を除去する方法では上記Ｆ７、Ｆ９のようにＦ８に近い周波数成分は周波数差が少ないので、振幅や位相特性を犠牲にせずに分離することが難しかった。本方式を用いれば従来より振幅及び位相特性の変化を少なくすることが出来る。
【００２１】
また、上記説明では不要振動信号を検出する装置の例を説明したが、検出結果を利用して不要振動を抑制する方法に関して様々な提案がされている。
例えば、不要振動が発生した際には振動体４５の振動振幅を下げることで回避する方法がある。
不要振動が発生すると、本来可聴域外の周波数で駆動している振動型アクチュエータであるが、不要振動と駆動周波数とのうなり現象等によって可聴音が発生する場合があり、このような対策が取られている。
本実施例で検出した不要振動信号の振幅を求める等して所定以上の振幅なら駆動電圧の振幅を下げたり、圧電素子２２に印加する交流電圧の周波数を高い周波数にシフトする等して振動体４５の振動振幅を下げるよう構成しても良い。
【００２２】
［実施例２］
実施例２として、実施例１と異なる形態の不要振動を検出する振動検出装置の構成例について、図９を用いて説明する。
図９に示す本実施例の実施例１との違いは、ディジタル的な演算により処理している点である。
実施例１と同じ機能を有するブロックは実施例１と同じ番号で記し、説明を省略する。
２４はパルス生成器であり、不図示の指令手段からの周波数指令の１６倍の周波数のクロック信号を出力する。２５は４ビットのカウンタであり、クロック信号をカウントして０から１５までの４ビットのアドレス信号を繰り返し出力する。２６及び２７は４ビットのアドレス信号に対応した正弦波及び余弦波の波形が記憶されたＲＯＭである。
２８は振動検出信号をクロック信号のタイミングでＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段である。
ここで振動検出信号はＡ／Ｄ変換で発生するエリアシングの影響を回避する為にフィルタ処理後の信号であっても良い。
２９及び３０は遅延手段である。入力信号をクロック信号４カウント分遅延させて出力する。３１及び３２は加算手段（第２の加算手段）である。
遅延手段２９と加算手段３１の組み合わせ、及び遅延手段３０と加算手段３２の組み合わせにより、バンドストップフィルタを構成している。
クロック信号４クロック分の遅延によって、入力信号を半周期遅延させて加算手段３１及び３２で加算することでキャンセルする構成となっている。
ここで、ＲＯＭ２６及び２７から出力される正弦波及び余弦波の波形はクロック信号１６クロック分で１周期となるように記憶されている。
従って、４クロックの遅延（記憶された波形の４分の１周期分の時間遅延）でキャンセルされる周波数は上記正弦波の周波数の２倍の周波数となる。
３３及び３４はＤ／Ａ変換手段であり、ＲＯＭ２６及び２７の出力する正弦波及び余弦波をアナログ信号に変換して出力している。出力された信号φＡ及びφＢはそれぞれ不図示の圧電素子に直接又は増幅して印加される。
図９の各部の動作速度は遅延手段２９及び３０以外の動作は遅れを少なくする為にクロック信号のタイミングより高速に動作している。
【００２３】
以下に、各波形を用いて本実施例における振動検出装置の動作について説明する。
図１０及び図１１に、図中に示した各信号名に対応する波形の一例を示す。図１０（ａ）はＶｉｎの波形でありＡ／Ｄ変換手段２８の出力信号である。
波形は階段状になっており、クロック信号のタイミングでＡ／Ｄ変換して出力されたものである。
図１０（ｂ）はＶｃｏｓの波形でありクロック信号のタイミングで出力されるＲＯＭ２７の出力波形を示している。
図１０（ｃ）はＶｃ１の波形を示している。位相の異なる同じ周波数の信号を乗算することによって直流成分と２倍の周波数成分が発生している。
図１０（ｄ）はＶｃ２の波形を示しており、Ｖｃ１の波形をクロック信号４クロック分遅延させて出力している。
図１０（ｅ）はＶｃ３の波形で加算手段３２の出力である。Ｖｃ１とＶｃ２の位相が反転しているため、加算手段３２で加算した結果からＶｉｎの周波数に対してほぼ２倍の周波数成分がキャンセルされ、直流成分と不要振動に起因する成分が出力されている。
図１０（ｆ）はＶｃ４の波形であり、ハイパスフィルタ１４によって直流成分がカットされ不要振動に起因する波形が出力されている。
図９に示したＶｓ１、Ｖｓ２、Ｖｓ３、Ｖｓ４、Ｖｓｉｎについても図１０とほぼ同様の波形が得られる。
【００２４】
つぎに、波形の他の例について、図１１を用いて説明する。
図１１（ａ）はＶｃ４の波形を図１０（ｆ）より広い時間範囲で示した波形である。
図１１（ｂ）はＶｓ４の波形である。図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）はそれぞれＶｃ５、Ｖｓ５の波形を示している。これはＶｃ４及びＶｓ４の波形にＶｃｏｓ及びＶｓｉｎの波形をそれぞれ乗算手段１５及び１６によって乗算した結果である。
図１１（ｅ）はＶｏｕｔの波形であり、不要振動成分の信号が得られている。
このように、クロック信号に同期して各部が動作するため、不図示の指令手段からの周波数指令が変化しても遅延手段と加算手段からなるバンドストップフィルタの遮断特性は駆動周波数の変化に連動して変化する。その為、駆動周波数を連続的に変化させる場合でも振動検出信号から駆動周波数成分の信号を十分に減衰させる事が可能である。
【００２５】
［実施例３］
実施例３として、本発明を適用した不要振動制御装置の構成例について説明する。
図１２は、本実施例の不要振動制御装置の第１の構成例を示すブロック図である。
本実施例は、上記実施例１の振動検出装置で検出された不要振動信号を用い、振動型アクチュエータの不要振動の制御を行うように構成したものである。
３５は後述する速度制御部からの周波数指令に応じた周波数で９０°位相の異なる交流電圧を発生する交流電圧生成手段である。
２相の電圧はφＡとφＢの信号からなる。３６は圧電素子であり、３６−ａ、３６−ｂ、３６−ｃは後述する圧電素子３６に設けられた各電極に対応する圧電区画を示しており、以下電極３６−ａ、電極３６−ｂ、電極３６−ｃと呼ぶ。
【００２６】
図１３は、圧電素子３６の電極及び接続状態を示す図であり、電極３６−ａには交流電圧φＡを、電極３６−ｂには交流電圧φＢが接続される。
図中の符号は圧電素子の分極方向を示している。
交流電圧φＡ及び交流電圧φＢはそれぞれ周上に沿って圧電素子３６の電極に交互に接続されている。
図１２の３７は増幅器であり、電極３６−ｃで検出された振動速度に相当する振動検出信号から得た不要振動信号を反転増幅して出力する。３８はこの反転増幅した不要振動波形を交流電圧φＡに加算して交流電圧φＡ’を出力する加算手段であり、交流電圧φＡ’は電極３６−ｃに印加される。
このように不要振動信号が振動速度に比例する信号である場合これを反転増幅してフィードバックすることによって不要振動に対するダンピング特性が強化され、不要振動の自励的な発生を抑制する。
【００２７】
図１４は、圧電素子３６によって駆動される振動型アクチュエータの構成を示す図である。
圧電素子以外は図７と同じ構成であるので説明を省略する。図１５はこの振動型アクチュエータのロータ４４の回転速度（相対移動速度）を制御するためのの速度制御部の構成を示すブロック図である。
３９はロータ４４の回転速度を検出するためのロータリーエンコーダ等の速度検出手段、４０は不図示の指令手段からの速度指令と速度検出手段３９の出力の差を求める減算手段である。
４１は減算手段４０の出力する速度差を入力して比例積分演算等を行い周波数指令を出力する周波数制御手段である。
周波数制御手段４１は速度検出手段３９の出力が速度指令より遅い場合には周波数指令を下げて行き、逆なら周波数指令を上げるように動作する。
周波数指令を下げると交流電圧生成手段の出力する交流電圧の周波数が振動体４５の共振周波数に近付いて行くため、振動体４５の振動振幅が増加してロータ４４の回転速度が増加する。
【００２８】
つぎに、本実施例の不要振動制御装置の第２の構成例について、図１６を用いて説明する。
この第２の構成例は、実施例１における第２の構成例による不要振動を検出する振動検出装置で検出した不要振動信号を用い、振動型アクチュエータの不要振動の制御を行うように構成したものである。
図１２の例では不要振動信号が振動体４５の振動速度に比例した信号であったのに対して本例では不要振動信号が振動体４５の振動変位に比例した信号であること、それから振動を検出した電極と加振する電極が異なる点が相違している。
４２は圧電素子であり、４２−ａ、４２−ｂ、４２−ｃ、４２−ｄはそれぞれ圧電素子に設けられた後述する各電極に対応する圧電区画を示しており、以下電極４２−ａ、電極４２−ｂ、電極４２−ｃ、電極４２−ｄと呼ぶ。
【００２９】
図１７は、圧電素子４２の電極及び接続状態を示す図であり、電極４２−ａには交流電圧φＡを、電極４２−ｂには交流電圧φＢを接続して加振すると共に、電極４２−ｃから振動変位を検出するよう接続されている。
不要振動を抑制するための加振用電極は４２−ｄとなっておりφＡ’信号が印加される。
４３は移相手段であり、不要振動信号の位相遅れを調整して不要振動の抑制効果が最も高くなるようにしている。
移相手段４３が必要な理由は振動を検出する位置と加振する位置が異なることや、相対振動速度に対して振動変位は９０°位相が遅れるため、そのままの位相ではダンピング特性を高く出来ないからである。
【００３０】
つぎに、本実施例の不要振動制御装置の第３の例の構成例について、図１８を用いて説明する。
この第３の構成例は、実施例２による不要振動を検出する振動検出装置で検出した不要振動信号を用い、振動型アクチュエータの不要振動の制御を行うように構成したものである。
実施例２での同じ番号の説明は省略する。４６及び４７はＤ／Ａ変換手段３３及び３４の出力信号を増幅する増幅器である。
４８は電極３６−ｃの中央付近の振動速度を光学的に非接触で計測する振動速度検出手段である。
加算手段１７の出力する不要振動信号は圧電素子３６の電極３６−ｃの中央付近の振動速度に含まれる不要振動成分となっている。
この信号を増幅器３７で反転増幅し加算手段３８で交流電圧φＡに加算して電極３６−ｃに印加している。
不要な振動の振動速度に応じた信号を検出し、検出した位置の加振電極である電極３６−ｃに反転増幅して印加することによって、図１２で示した例と同様に不要振動に対するダンピング特性が強化され、不要振動の自励的な発生を抑制する。
本実施例の構成によれば、振動検出手段の出力信号の周波数成分に含まれる上記振動型アクチュエータを駆動する交流電圧の周波数を第１の周波数変換手段によって異なる周波数に変換する。そして、フィルタ手段によって上記交流電圧の周波数のみに起因する周波数成分を遮断した後に、残りの周波数成分を第２の周波数変換手段によって元の周波数成分に戻す。
これを制御手段に入力して上記振動体を加振することで、振動型アクチュエータの広い周波数範囲の不要な振動を抑えることができが、騒音の抑制が可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
１：圧電素子
２：交流電圧生成手段
３、５：電流検出手段
４：コンデンサ
６：振動検出手段
７：正弦波生成手段
８：余弦波生成手段
９、１０、１５、１６：乗算手段
１１、１２、：バンドストップフィルタ
１３、１４はハイパスフィルタ
１７：加算手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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