(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波モータに供給される電源電流を検出する検出手段と、
所定のヒステリシス特性を有し、前記検出手段により検出した電流波形をデジタル波形に変換する波形整形手段と、
超音波モータの駆動周波数を決定する駆動周波数制御手段と、
を有し、
前記駆動周波数制御手段は、前記デジタル波形が駆動周波数の２ｎ倍（ｎは正の整数）となる周期から外れている場合には、可聴音又は過電流の発生と判断して前記駆動周波数を上昇修正する事を特徴とする超音波モータ駆動回路。
【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させるための制御回路に関し、さらに詳しくは、電歪素子、圧電素子、磁歪素子等の電気−機械エネルギー変換素子に、機械的振動波を利用する超音波モータの制御回路に関する。
【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。圧電体に発生する機械振動の振幅は、駆動信号の周波数が共振周波数のとき最大となるが、共振周波数を含む所定周波数帯域では、弾性体に可聴音の異常振動が発生し、ロータの回転速度及び、超音波モータの効率が低下する場合がある。このため、超音波モータの駆動は、まず可聴音発生帯域よりも高い周波数帯域で超音波モータを駆動する必要がある。
【０００３】
ところで、超音波モータの可聴音発生帯域及び、駆動周波数帯域は個々の超音波モータ、超音波モータの周囲温度、超音波モータに加わる負荷の大きさに応じて変動する。従って、駆動信号の適切な周波数は一定ではなく、個々のモータや周囲温度、負荷等に応じて変化させる必要がある。
【０００４】
可聴音の検知手段の一例として、特開平３−１５９５８３号公報には、圧電素子から出力された検出信号の波形の乱れを監視し、波形が乱れていない場合には駆動周波数の周波数を低下させ、波形が乱れた場合には駆動信号の周波数が可聴音発生帯域に入ったと判断して周波数を上昇させる技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平３−１５９５８３号公報に示される技術手段は、超音波モータの圧電素子に波形検出用のモニタ電極を配置する必要があり、製作上手間がかかると共にコスト増大を招く。
【０００６】
また、モニタ電極から検出する電圧波形の振幅は、駆動信号の周波数によって大きく変化するため、波形の乱れを検知するのは回路が複雑となり困難である。
【０００７】
また、可聴音が発生しない超音波モータの場合、モニタ電極からの検出波形は乱れないため、共振周波数を超えて駆動周波数を低下させ、急激にロータの回転速度を低下させる恐れがある。また過電流によって超音波モータ及び、超音波モータ駆動回路の構成部品を破壊する恐れがある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明による超音波モータ駆動回路では、電流波形の検出手段と、検出した電流波形をデジタル信号に変換する波形整形手段と、この波形整形手段の出力に基づいて駆動周波数を制御する周波数制御手段とを具備する事により、電流波形の乱れから可聴音の発生を検知する事で、モニタ電極の配置を不要とし、駆動信号の周波数による振幅の変化も無視できる。
【０００９】
また、可聴音の発生しない超音波モータにおいては電流波形も乱れないが、共振点に近づくにつれて電流量が増加してくるため、波形整形回路で所定のしきい値を設定する事によって、波形整形回路の出力の周期を検知する事により、特別な素子を用いる事なく過電流を検知できる。
【００１０】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施例を示す超音波モータ駆動回路の回路図である。図において、１がマイクロコンピュータで、波形整形部５の出力に応じて超音波モータ８の駆動周波数を決定し、周波数設定部２によって発振部３の出力の周波数を設定する。発振部３から出力された信号をパルス制御部４によってスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４をスイッチングする制御信号φ１〜φ４を発生させる。
【００１２】
この超音波モータ駆動回路は２つの電極８ａ、８ｂを有する公知の超音波モータ８に、９０度位相差があるＡ相、Ｂ相の２相交流信号を印加する。
【００１３】
φ１とφ２、φ３とφ４はそれぞれ１８０度位相差があり、φ１とφ３、φ２とφ４はそれぞれ９０度の位相差があるパルス信号で、φ１〜φ４はスイッチング動作を行うスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４にそれぞれ対応している。トランスＴ１、Ｔ２の一次側の中間タップにＤＣ電源７のプラス電圧が供給され、上記スイッチングトランジスタＱ１とＱ２のスイッチング動作によってトランスＴ１の一次側がオンし、これに伴い二次側にＡ相の交流信号を出力する。同じく上記スイッチングトランジスタＱ３とＱ４のスイッチング動作によってトランスＴ２の一次側がオンし、これに伴い２次側にＢ相の交流信号を出力する。抵抗ＲｓはＤＣ電源７とトランスＴ１、Ｔ２の一次側に直列に接続され、抵抗Ｒｓの両端の電位差を得る事で電流波形を検出している。抵抗Ｒｓの両端の電位差は微小であるため電流波形検出部６内の差動増幅回路によって増幅をしている。差動増幅回路からの出力信号は所定のデジタル信号に変換する波形整形部５と、該波形整形部５のデジタル出力信号の周期が特定の周期になった際にマイクロコンピュータ１により駆動周波数を制御する構成となっている。
【００１４】
図２はパルス制御部のタイミングチャート図で、φ１〜φ４はスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４をスイッチングする制御信号である。
【００１５】
図３は正常回転時の電流波形検出部６と波形整形部５の出力波形である。電流波形検出部６の出力は検出抵抗Ｒｓによって検出された電流波形である。この波形はスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４がトランスＴ１，Ｔ２の１次側巻線に印加されているＤＣ電源１をオン・オフしたときの電流波形となる。波形整形部５の出力は電流波形検出部６の検出波形をデジタル信号に整形した波形である。この波形はスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のスイッチング波形の周期となるため、駆動周波数の４倍の周期となる。
【００１６】
図４は可聴音発生時の電流波形検出部６と波形整形部５の出力波形である。電流波形検出部６の出力は検出抵抗Ｒｓによって検出された電流波形である。波形整形部５の出力は電流波形検出部６の検出波形をデジタル信号に整形した波形である。この波形が駆動周波数の４倍の周期から大きくずれた際に電流波形の乱れとマイクロコンピュータ１により判断する。
【００１７】
次に一実施例の動作について説明する。
【００１８】
電流波形検出部６内の差動増幅回路から出力される波形は、図２に示すＱ１〜Ｑ４のスイッチング波形であり、すなわち駆動周波数の４倍の周波数となる。検出した波形はヒステリシス特性を有した波形整形部５でデジタル信号に整形して、整形されたデジタル信号から周期を求める。検出結果が駆動周波数の４倍の周波数から大きく変わった周期となった際に波形の乱れと判断して、可聴音の発生と判断し駆動周波数を上昇修正させる。また、所定以上の電流量となった際も電流量の増加によって波形整形部５の出力で周期が変わるため、過電流と判断し駆動周波数を上昇修正させる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、特にモニタ電極を具備しない超音波モータであっても可聴音の発生を検知する事ができる。また、可聴音の発生しない超音波モータでも同時に過電流を検知する事ができ、過電流によるモータ及び回路の構成部品の破壊等を防ぐ事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した超音波モータ駆動回路の回路図である。
【図２】パルス制御部のタイミングチャート図である。
【図３】正常時の電流波形検出部と波形整形部の出力を示す出力波形図である。
【図４】可聴音発生時の電流波形検出部と波形整形部の出力を示す出力波形図である。
【符号の説明】
１  マイクロコンピュータ
２  周波数設定部
３  発信部
４  パルス制御部
５  波形整形部
６  電流波形検出部
７  ＤＣ電源
８  超音波モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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