(57)【要約】【課題】超音波モータに対する制御の精度を高める。【解決手段】本発明に係る超音波モータの駆動装置は、出力部と、制御部とを備える。出力部は、スイッチング素子を含み、当該スイッチング素子のスイッチングに応じた信号を超音波モータへ出力する。制御部は、出力部から出力された信号に対するサンプリングの結果に基づいてスイッチング素子のスイッチングのタイミングを決定する。制御部は、スイッチング素子のスイッチングによって発生するノイズが減衰しているタイミングでサンプリングが行なわれるように、サンプリングのタイミングを決定する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波モータの駆動装置であって、
スイッチング素子を含み、当該スイッチング素子のスイッチングに応じた信号を前記超音波モータへ出力する出力部と、
前記出力部から出力された信号に対するサンプリングの結果に基づいて前記スイッチング素子のスイッチングのタイミングを決定する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記スイッチング素子のスイッチングによって発生するノイズが減衰しているタイミングで前記サンプリングが行なわれるように、前記サンプリングのタイミングを決定する、超音波モータの駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記スイッチング素子のスイッチングのタイミングから第１の時間だけ遡ったタイミングで前記サンプリングが行なわれるように、前記サンプリングのタイミングを決定する、請求項１に記載の超音波モータの駆動装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記スイッチング素子のスイッチングのタイミングから、前記第１の時間とは異なる第２の時間だけ遡ったタイミングでも前記サンプリングが行なわれるように、前記サンプリングのタイミングを決定し、
前記サンプリングの結果の平均値に基づいて前記スイッチング素子のスイッチングのタイミングを決定する、請求項２に記載の超音波モータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィードバック制御を行なうことにより、モータを精度よく制御する駆動装置が知られている。特開２００９−１４２００７号公報（特許文献１）には、可動部材の変位値をサンプリングし、サンプリングの結果に基づいて可動部材を設定した位置に移動させるように駆動回路を制御する位置決め装置が開示されている。この位置決め装置は、可動部材の変位値のサンプリングを駆動回路のスイッチングと異なるタイミングで行なう。このことにより、この位置決め装置は、駆動回路のスイッチングによる電磁ノイズがないときに変位値のサンプリングを行なうため、可動部材を正確に位置決めできる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４２００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
当業者の間では周知であるように、圧電素子を備える超音波モータは容量性負荷であり、駆動中のインピーダンスの変動が大きい。たとえば、駆動中の超音波モータのインピーダンスは、最小値と最大値との差が２倍以上となるような変化をし得る。その結果、駆動装置から超音波モータへの出力信号も大きく変動し得る。超音波モータへの出力信号が大きく変動すると、駆動装置は超音波モータを精度よく制御することができない。超音波モータへの出力信号の変動を抑制するためには、出力信号をサンプリングした結果に基づき、出力信号をフィードバック制御する必要がある。
【０００５】
また、容量性負荷である超音波モータを高効率で駆動するためには、その駆動装置（駆動回路）にはスイッチング方式の増幅器を設けることが必要となる。しかし、超音波モータの駆動装置がスイッチング素子を含む場合、超音波モータへの出力信号にはスイッチング素子がスイッチングしたときに発生するノイズ（以下ではスイッチングノイズともいう。）が含まれる場合がある。スイッチングノイズを含み得る出力信号をサンプリングして、そのサンプリング結果に基づいて超音波モータへの出力信号をフィードバック制御した場合、超音波モータを精度よく制御することができない可能性がある。
【０００６】
このような問題の解決手段として、特開２００９−１４２００７号公報（特許文献１）に開示されている位置決め装置のように、スイッチング素子のスイッチングと異なるタイミングで、超音波モータへの出力信号のサンプリングを行なうことが考えられる。
【０００７】
スイッチングノイズはスイッチングのタイミングからしばらく残存する。スイッチング素子のスイッチングのタイミングとサンプリングのタイミングをずらすだけでは、スイッチングノイズが残存するタイミングでサンプリングが行なわれる可能性を排除できず、超音波モータを精度よく制御することができない可能性がある。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、超音波モータに対する制御の精度を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る超音波モータの駆動装置は、出力部と、制御部とを備える。出力部は、スイッチング素子を含む。出力部は、スイッチング素子のスイッチングに応じた信号を超音波モータへ出力する。制御部は、出力部から出力された信号に対するサンプリングの結果に基づいてスイッチング素子のスイッチングのタイミングを決定する。制御部は、スイッチング素子のスイッチングによって発生するノイズが減衰しているタイミングでサンプリングが行なわれるように、サンプリングのタイミングを決定する。
【００１０】
好ましくは、制御部は、スイッチング素子のスイッチングのタイミングから第１の時間だけ遡ったタイミングでサンプリングが行なわれるように、サンプリングのタイミングを決定する。
【００１１】
好ましくは、制御部は、スイッチング素子のスイッチングのタイミングから、第１の時間とは異なる第２の時間だけ遡ったタイミングでもサンプリングが行なわれるように、サンプリングのタイミングを決定する。制御部は、サンプリングの結果の平均値に基づいてスイッチング素子のスイッチングのタイミングを決定する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スイッチングノイズが減衰しているタイミングでサンプリングを行なうことにより、超音波モータへの出力信号のサンプリングの結果におけるスイッチングノイズの影響を抑制することができる。その結果、本発明に係る超音波モータの駆動装置は、超音波モータに対する制御の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】超音波モータの駆動装置の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図２】超音波モータへの出力信号にスイッチングノイズが重畳している様子を示す図である。
【図３】比較例における出力信号の電圧値の時間経過を示す図である。
【図４】制御部が出力信号のサンプリングのタイミングを決定する処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図５】出力信号のサンプリングのタイミングを示す図である。
【図６】出力信号の電圧値の時間経過を示す図である。
【図７】制御部が出力信号のサンプリングのタイミングを決定する処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図８】出力信号のサンプリングのタイミングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１５】
図１は、第１の実施の形態に従う超音波モータ１００の駆動装置１の機能を説明するための機能ブロック図である。図１に示されるように、駆動装置１は、制御部１１と、超音波モータ１００へ出力信号を出力する出力部１２とを備える。出力部１２は、スイッチング素子を有するスイッチ部１２１と、フィルタ部１２２とを含む。スイッチ部１２１が有するスイッチング素子は、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal  Oxide  Semiconductor）トランジスタ、あるいは電力用バイポーラトランジスタを含む。フィルタ部１２２は、たとえばローパスフィルタを含む。
【００１６】
制御部１１は、スイッチ部１２１へスイッチングタイミングを指示する。たとえば、制御部１１は、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御信号をスイッチ部１２１へ出力する。
【００１７】
スイッチ部１２１は、制御部１１から指示されたタイミングでスイッチングを行なって信号を生成する。スイッチ部１２１は生成した信号をフィルタ部１２２へ出力する。たとえば制御部１１からＰＷＭ制御信号を受ける場合、スイッチ部１２１はＰＷＭ制御信号に従ってスイッチングを行ない、ＰＷＭ信号を生成する。
【００１８】
フィルタ部１２２は、スイッチ部１２１から受けた信号の高域の周波数成分を減衰させて、正弦波状の出力信号を超音波モータ１００に送信する。
【００１９】
制御部１１は、出力部１２から超音波モータ１００へ出力された出力信号をサンプリングする。制御部１１は、たとえばＡＤ変換器を用いてサンプリングを行なう。制御部１１は、サンプリング結果を用いて、超音波モータへの出力信号をフィードバック制御する。具体的には、制御部１１は、目標値よりもサンプリング結果が大きい場合には出力信号が小さくなるようにスイッチングタイミングを決定してスイッチ部１２１へ指示する。制御部１１は、目標値よりもサンプリング結果が小さい場合には出力信号が大きくなるようにスイッチングタイミングを決定してスイッチ部１２１へ指示する。
【００２０】
超音波モータ１００への出力信号には、スイッチ部１２１のスイッチングしたときに起因してスイッチングノイズが重畳する。図２は、超音波モータ１００への出力信号にスイッチングノイズが重畳している様子を示す図である。図２に示されるように、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングでスイッチングノイズが発生していることがわかる。
【００２１】
スイッチングノイズが重畳している出力信号をサンプリングした場合、本来の出力信号より大きい値、あるいは小さい値をサンプリングすることになる。このようなサンプリング結果に基づいてフィードバック制御を行なうと、制御部１１は、出力信号を大きくすべきときに小さくしたり、あるいは小さくすべきときに大きくしたりする可能性がある。その結果、超音波モータ１００への出力信号は安定しなくなる。
【００２２】
図３は、比較例における超音波モータ１００への出力信号の電圧値の時間経過を示す図である。比較例においては、スイッチングノイズを考慮せずにサンプリングを行なう。図３に示されるように、出力信号の電圧値の振幅が一定でないことがわかる。すなわち、スイッチングノイズを考慮せずに出力信号をサンプリングした結果に基づいてフィードバック制御を行なうと、超音波モータ１００を精度よく制御することができない可能性がある。
【００２３】
上記の問題に鑑み、第１の実施の形態においては、制御部１１は、超音波モータ１００への出力信号のサンプリングを、スイッチングノイズが減衰しているタイミングで行なう。具体的には、制御部１１は、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングから時間Ｔ１だけ遡ったタイミングでサンプリングを行なう。
【００２４】
スイッチングノイズは、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングで発生し、時間が経過するほど減衰する。したがって、次のスイッチングのタイミングの直前ほどその前のスイッチングのタイミングで発生したスイッチングノイズが減衰しているといえる。制御部１１は、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングから時間Ｔ１だけ遡ったタイミングで超音波モータ１００への出力信号のサンプリングを行なう。このことにより、スイッチングノイズが減衰しているタイミングでサンプリングを行なうことができる。
【００２５】
このようなタイミングでサンプリングを行なうことにより、制御部１１は、出力信号のサンプリングの結果におけるスイッチングノイズの影響を抑制することができる。
【００２６】
図４は、制御部１１が出力信号のサンプリングのタイミングを決定する処理の流れを説明するためのフローチャートである。図４に示されるように、制御部１１は、ステップＳ１１１において超音波モータ１００への出力信号のサンプリング結果と目標値とを比較し、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングを決定する。その後、制御部１１は、ステップＳ１１２において、超音波モータ１００への出力信号のサンプリングを、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングから時間Ｔ１だけ遡ったタイミングで行なうことを決定し処理を終了する。
【００２７】
図５は、出力信号のサンプリングのタイミングを示す図である。図５に示されるように、制御部１１は、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングから時間Ｔ１だけ遡ったタイミングでサンプリングを行なう。サンプリングのタイミングにおいては、スイッチングノイズが十分に減衰していることがわかる。
【００２８】
図６は、図５に示されるタイミングでサンプリングしてフィードバック制御を行なった場合の出力信号の電圧値の時間経過を示す。図６に示されるように、出力信号の電圧値の振幅がほぼ一定であることがわかる。
【００２９】
以上より、超音波モータ１００の駆動装置１によれば、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングから所定の時間Ｔ１だけ遡ったタイミングでサンプリングを行なうことにより、出力信号のサンプリングの結果におけるスイッチングノイズの影響を抑制することができる。その結果、駆動装置１は、超音波モータ１００に対する制御の精度を高めることができる。
【００３０】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、スイッチ部１２１のスイッチングとその次のスイッチングとの間に、１回のサンプリングを行なう場合について説明した。スイッチングとその次のスイッチングとの間に行なわれるサンプリングの回数は１回に限られない。第２の実施の形態では、スイッチングとその次のスイッチングとの間に２回のサンプリングを行なう場合について説明する。
【００３１】
既に説明したように、スイッチングノイズは、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングで発生し、時間が経過するほど減衰する。したがって、スイッチ部１２１の次のスイッチングのタイミングの直前ほどその前のスイッチングのタイミングで発生したスイッチングノイズが減衰しているといえる。そこで、第１の実施の形態においては、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングから第１の時間Ｔ１だけ遡った第１のタイミングで超音波モータ１００への出力信号のサンプリングを行なう。
【００３２】
しかし、第１のタイミングにおいて、スイッチングノイズが十分に減衰していない場合がある。そこで、第２の実施の形態においては、制御部１１は、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングから第２の時間Ｔ２（＞Ｔ１）だけ遡った第２のタイミングにおいてもサンプリングを行なう。
【００３３】
制御部１１は、第１のタイミングと第２のタイミングとで行なったそれぞれのサンプリングの結果の平均値に基づき、フィードバック制御を行なう。このように複数のサンプリング結果の平均をとることにより、スイッチングノイズの影響を緩和または相殺し得る。すなわち、そのような平均値を用いてフィードバック制御を行なうことにより、超音波モータ１００への出力信号のサンプリングの結果におけるスイッチングノイズの影響を抑制することができる。
【００３４】
第２の実施の形態において第１の実施の形態と異なる点は、制御部１１において行なわれるサンプリングのタイミングを決定する処理である。すなわち、第２の実施の形態においては、図４のフローチャートが図７のフローチャートに置き換わる。それ以外の点については第１の実施の形態と同様のため説明を繰り返さない。
【００３５】
図７は、制御部１１が出力信号のサンプリングのタイミングを決定する処理の流れを説明するためのフローチャートである。図７に示されるように、制御部１１は、ステップＳ２１１において超音波モータ１００への出力信号の複数のサンプリング結果の平均値と目標値とを比較し、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングを決定する。その後、制御部１１は、ステップＳ２１２において、超音波モータ１００への出力信号のサンプリングを、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングから第１の時間Ｔ１および第２の時間Ｔ２だけ遡ったタイミングでそれぞれ行なうことを決定し処理を終了する。
【００３６】
図８は、出力信号のサンプリングのタイミングを示す図である。図８に示されるように、制御部１１は、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングから第１の時間Ｔ１および第２の時間Ｔ２だけ遡ったタイミングでそれぞれサンプリングを行なう。サンプリングのタイミングにおいては、スイッチングノイズが十分に減衰していない。しかし、これらのサンプリング結果の平均値を算出することにより、スイッチングノイズの影響を緩和または相殺し得えた値を得ることができる。
【００３７】
以上より、第２の実施の形態に従う超音波モータの駆動装置によれば、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングから第１の時間Ｔ１および第２の時間Ｔ２だけ遡ったタイミングでそれぞれ行なった複数のサンプリングの結果の平均値を用いてフィードバック制御を行なう。このことにより、スイッチ部１２１のスイッチングのタイミングの直前においてスイッチングノイズが十分に減衰していない場合であっても、超音波モータ１００への出力信号のサンプリングの結果におけるスイッチングノイズの影響を抑制することができる。その結果、第２の実施の形態に従う超音波モータの駆動装置は、超音波モータに対する制御の精度を高めることができる。
【００３８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３９】
１  駆動装置、１１  制御部、１２  出力部、１００  超音波モータ、１２１  スイッチ部、１２２  フィルタ部。
【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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