專利名稱：振動(dòng)型致動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用振動(dòng)型致動(dòng)裝置進(jìn)行位置控制或者速度控制的控制裝置。
關(guān)于這樣的振動(dòng)型致動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)裝置，有控制驅(qū)動(dòng)頻率的方式、控制驅(qū)動(dòng)電壓的方式、控制上述2相的交變信號(hào)的相位的方式的現(xiàn)有技術(shù)，例如日本專利申請(qǐng)公開特開平06-197566號(hào)公報(bào)記載了下述技術(shù)，對(duì)頻率進(jìn)行控制使得在設(shè)于壓電元件上的振動(dòng)檢測(cè)用的元件部得到的振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)和施加在壓電元件的驅(qū)動(dòng)部的作為一方的驅(qū)動(dòng)用的交變信號(hào)的施加電壓的相位差成為預(yù)定的值。
這樣的控制方式，由于根據(jù)上述振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)與施加電壓的相位差來設(shè)定驅(qū)動(dòng)電壓的頻率，所以響應(yīng)很慢，在驅(qū)動(dòng)電壓的1周期或者半周期水平的時(shí)間內(nèi)不能改善振動(dòng)的響應(yīng)，因此，加減速很慢的同時(shí)不適合急劇的負(fù)荷變化，當(dāng)驅(qū)動(dòng)頻率在共振頻率附近時(shí)，有時(shí)會(huì)急劇停止。
該發(fā)明的一個(gè)方案在于提供一種振動(dòng)型致動(dòng)裝置，通過將多相驅(qū)動(dòng)電壓分別施加在不同的驅(qū)動(dòng)用電機(jī)械能量變換元件部來使振動(dòng)體激振而得到驅(qū)動(dòng)力，包括檢測(cè)振動(dòng)體之振動(dòng)的振動(dòng)檢測(cè)電路，該電路根據(jù)振動(dòng)狀態(tài)形成表示周期性變化的信號(hào)；控制電路，該電路根據(jù)上述檢測(cè)電路的檢測(cè)輸出信號(hào)的周期性變化的定時(shí)控制向上述能量變換元件部施加上述驅(qū)動(dòng)電壓的定時(shí)。
該發(fā)明的另一個(gè)方案在于提供一種振動(dòng)型致動(dòng)裝置，通過將多相驅(qū)動(dòng)電壓分別施加在不同的驅(qū)動(dòng)用電機(jī)械能量變換元件部來使振動(dòng)體激振而得到驅(qū)動(dòng)力，包括檢測(cè)振動(dòng)體的振動(dòng)并形成與振動(dòng)位移相應(yīng)的波形信號(hào)的檢測(cè)電路；控制電路，該控制電路使上述驅(qū)動(dòng)電壓以相對(duì)來自上述檢測(cè)電路的信號(hào)波形偏離預(yù)定的相位的相位施加到上述能量變換元件部。
該發(fā)明的另一個(gè)方案在于提供通過將多相驅(qū)動(dòng)電壓分別施加在不同的驅(qū)動(dòng)用電機(jī)械變換元件部來使振動(dòng)體激振而得到驅(qū)動(dòng)力的振動(dòng)型致動(dòng)裝置，該裝置包括根據(jù)振動(dòng)體的振動(dòng)位移的定時(shí)來決定對(duì)上述振動(dòng)體進(jìn)行激振的定時(shí)的電路。
該發(fā)明的另一個(gè)方案在于提供振動(dòng)型致動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述振動(dòng)型致動(dòng)裝置通過將多相驅(qū)動(dòng)電壓分別施加在不同的驅(qū)動(dòng)用電機(jī)械變換元件部來使振動(dòng)體激振而得到驅(qū)動(dòng)力，包含如下步驟檢測(cè)出振動(dòng)體的振動(dòng)，根據(jù)振動(dòng)狀態(tài)形成表示周期性變化的信號(hào)的步驟；根據(jù)該信號(hào)的周期性變化的定時(shí)，控制向上述能量變換元件部施加上述驅(qū)動(dòng)電壓的定時(shí)的步驟。
該發(fā)明的另一個(gè)方案在于提供振動(dòng)型致動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述振動(dòng)型致動(dòng)裝置通過將多相驅(qū)動(dòng)電壓分別施加在不同的驅(qū)動(dòng)用電機(jī)械變換元件部來使振動(dòng)體激振而得到驅(qū)動(dòng)力，包含如下步驟根據(jù)振動(dòng)體的振動(dòng)位移的定時(shí)來決定對(duì)上述振動(dòng)體進(jìn)行激振的定時(shí)的步驟。
本發(fā)明的其他目的通過以下利用附圖進(jìn)行說明的實(shí)施例會(huì)更加明了。


圖1是第1實(shí)施例的方框圖。
圖2是第1實(shí)施例的各部分的波形的時(shí)序圖。
圖3是第1實(shí)施例的變化例的方框圖。
圖4是圖3的各部分的波形的時(shí)序圖。
圖5是第1實(shí)施例的伴隨翻轉(zhuǎn)的各部分的波形的時(shí)序圖。
圖6是第2實(shí)施例的方框圖。
圖7是第3實(shí)施例的方框圖。
圖8是表示振動(dòng)型致動(dòng)裝置的例的概略圖。
圖9是表示振動(dòng)型致動(dòng)裝置的壓電元件的電極構(gòu)造的圖。
圖10是第2實(shí)施例的各部分的波形的時(shí)序圖。
圖11是第3實(shí)施例的各部分的波形的時(shí)序圖。
圖中，1及2是作為構(gòu)成振動(dòng)型致動(dòng)裝置中的振動(dòng)體的為用于驅(qū)動(dòng)而設(shè)置的電-機(jī)械能量變換元件的壓電元件，在此，通過施加交流電壓使圖中未示出的彈性體發(fā)生2個(gè)駐在性振動(dòng)，使壓接在該彈性體上的圖中未示出的接觸體(移動(dòng)體)和上述振動(dòng)體相對(duì)移動(dòng)，從而構(gòu)成振動(dòng)型致動(dòng)裝置。上述振動(dòng)體可以采用以下方式而形成，例如通過粘接劑將形成為圓環(huán)狀的壓電元件粘接固定在形成為圓環(huán)狀的金屬制的彈性體的一面。
壓電元件1及壓電元件2構(gòu)成如下，即，以時(shí)間性相位相差90°的交流電壓施加在壓電元件1及壓電元件2上，使該彈性體發(fā)生相位相差90°的振動(dòng)，使得該彈性體上發(fā)生進(jìn)行性振動(dòng)波。
3是用于檢測(cè)上述振動(dòng)體的振動(dòng)的壓電元件，將其配置在上述彈性體上以便檢測(cè)由于將交流電壓施加在壓電元件1上而在該彈性體上形成的駐在性振動(dòng)。4是發(fā)生用于驅(qū)動(dòng)上述振動(dòng)型致動(dòng)裝置的交流信號(hào)(脈沖信號(hào))的驅(qū)動(dòng)脈沖控制裝置，在驅(qū)動(dòng)時(shí)，以預(yù)定的周期輸出相位相差90°的2相脈沖信號(hào)直到上述振動(dòng)體的振動(dòng)振幅超過預(yù)定的值。
5、6是用于將上述2相的脈沖信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)上述振動(dòng)型致動(dòng)裝置的電壓振幅的波形的半橋式電路，分別按照來自圖中未示出的電源裝置的電壓將數(shù)10V的電壓施加在壓電元件1、2上。
7是用于檢測(cè)檢測(cè)上述振動(dòng)體的振動(dòng)的壓電元件3的輸出電流的電流檢測(cè)放大器，其輸出與上述振動(dòng)體的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度成比例的波形。由于振動(dòng)速度的振幅也與形成在彈性體的振動(dòng)的振幅成比例，因此，也可以將其作為振動(dòng)振幅利用。另外，構(gòu)成為，電流檢測(cè)放大器7的輸出與預(yù)定的偏置電壓重疊。
8是將振動(dòng)速度信號(hào)變換成脈沖信號(hào)的施密特觸發(fā)輸入的反相器，其檢測(cè)上述振動(dòng)速度的相位信息。
9是用于檢測(cè)振動(dòng)速度信號(hào)的振幅的AC-DC變換裝置，其檢測(cè)上述振動(dòng)體的振動(dòng)振幅。
10是將為AC-DC變換裝置9的輸出信號(hào)的振動(dòng)振幅信號(hào)與從圖中未示出的指令裝置發(fā)出的振動(dòng)振幅指令進(jìn)行比較的比較裝置，11是將比較裝置10的比較結(jié)果進(jìn)行PID(比例積分微分)運(yùn)算并輸出給驅(qū)動(dòng)脈沖控制裝置的PID運(yùn)算裝置。
在此，對(duì)電流檢測(cè)放大器7的輸出信號(hào)的特性進(jìn)行簡(jiǎn)單的說明。振動(dòng)檢測(cè)用的壓電元件3檢測(cè)出的信號(hào)，表示在圖中未示出的彈性體上激起的振動(dòng)中的由于壓電元件1激振而形成在該彈性體上的駐在性振動(dòng)的狀態(tài)。由于該駐在型振動(dòng)在壓電元件3的貼付面上發(fā)生變形，在壓電元件3的電極上發(fā)生與變形的量成比例的電荷。該變形的量與圖中未示出的振動(dòng)體的振動(dòng)振幅相對(duì)應(yīng)，若與變形的量成比例的電荷對(duì)壓電元件3的等價(jià)電容進(jìn)行充電的結(jié)果，通常作為壓電元件3的輸出取出電壓波形的話，可以取出由于壓電元件1的激振而激起的駐在性振動(dòng)的振動(dòng)位移信號(hào)。
但是，在本實(shí)施例中，用電流檢測(cè)放大器7檢測(cè)從振動(dòng)檢測(cè)用的壓電元件3輸出的電流。因此，壓電元件3的輸出電壓被固定在由電流檢測(cè)放大器7即由電阻R1、R2及電源電壓Vcc決定的直流的預(yù)定電壓，將由發(fā)生在壓電元件3的電荷而引起的電流以由電阻R3決定的放大系數(shù)變換成電壓并輸出。通過這種方式，可以檢測(cè)出與上述駐在性振動(dòng)而引起的變形的變化相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。因此，對(duì)于以電壓檢測(cè)壓電元件3的輸出的場(chǎng)合，在檢測(cè)出相位超前90°的信號(hào)的同時(shí)，該振幅成為與上述駐在性振動(dòng)的振幅相對(duì)應(yīng)的值。
在圖8中示出了這樣的振動(dòng)型致動(dòng)裝置。
在圖8中，100是由金屬材料形成的多個(gè)彈性部件構(gòu)成的彈性體，101是通過圖中未示出的加壓裝置與彈性體100加壓接觸的轉(zhuǎn)動(dòng)體，102是粘接在彈性體100上并且挾在彈性體100和轉(zhuǎn)動(dòng)體101之間的摩擦材料，103是連接在轉(zhuǎn)動(dòng)體中心的旋轉(zhuǎn)軸，104是粘接在彈性體100上的壓電體。壓電體104形成為如圖9所示的圓環(huán)形狀，表面分割成多個(gè)電極。另外，假設(shè)在共振頻率的波長(zhǎng)為λ的話，該電極由間隔(1/4)λ的間隔而配置，各電極的間隔為(1/2)λ的2個(gè)驅(qū)動(dòng)用電極組(104a、104b)和1個(gè)傳感器電極部(104c)構(gòu)成，以下分別稱104a為A相、104b為B相、104c為S相，這些成為振動(dòng)檢測(cè)用壓電元件。104d是空電極，具有(1/4)λ的間隔，通常與GND連接。S相104c配制成檢測(cè)A相的振動(dòng)，具有(1/2)λ的間隔。A相及B相驅(qū)動(dòng)用電極組104a、104b，配置成各個(gè)極化方向不同的電極交互配置。
圖8所示的振動(dòng)型致動(dòng)裝置構(gòu)成如下，即，通過將時(shí)間性相位差為90°的交流電壓施加在該A相和B相上來使彈性體100發(fā)生前進(jìn)性振動(dòng)波，通過摩擦力將該振動(dòng)的力傳達(dá)給經(jīng)摩擦材料102與彈性體100加壓接觸的轉(zhuǎn)動(dòng)體101，以旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)體101。這樣的振動(dòng)型致動(dòng)裝置通過施加2個(gè)交流電壓使轉(zhuǎn)動(dòng)體101、與具有彈性體100、壓電元件104的振動(dòng)體相對(duì)地旋轉(zhuǎn)。
下面，利用圖1對(duì)在最短的時(shí)間內(nèi)將圖中未示出的振動(dòng)體的振動(dòng)振幅控制在所希望的振幅以及在最短的時(shí)間內(nèi)使振動(dòng)停止的動(dòng)作進(jìn)行說明。首先對(duì)在最短的時(shí)間內(nèi)將振動(dòng)體的振動(dòng)振幅控制在所希望的振幅的情況進(jìn)行說明。
為了進(jìn)行激振以便在最短的時(shí)間內(nèi)增大振動(dòng)振幅，只要相對(duì)振動(dòng)位移以超前90°的相位施加激振力就可以了。于是，利用電流檢測(cè)裝置7的輸出信號(hào)(電流)在通過壓電元件1進(jìn)行激振時(shí)是相對(duì)上述駐在性振動(dòng)的振動(dòng)位移相位滯后90°的信號(hào)，來進(jìn)行激振。另外，由于本實(shí)施例的放大器7是反相輸入放大器，因此，如以上所述相對(duì)振動(dòng)位移相位滯后90°，但是在利用正相輸入放大器的場(chǎng)合成為相位超前90°。
驅(qū)動(dòng)脈沖控制裝置4根據(jù)反相器8的輸出信號(hào)檢測(cè)出該信號(hào)的相位信息，根據(jù)PID運(yùn)算裝置11的輸出信號(hào)輸出該信號(hào)相位信息，使脈沖的定時(shí)發(fā)生變化并經(jīng)一方的半橋式電路5將脈沖電壓供給壓電元件1。作為上述反相器8的輸出，成為相對(duì)振動(dòng)位移相位超前90°的信號(hào)。
在此，對(duì)起動(dòng)時(shí)的動(dòng)作進(jìn)行說明。PID運(yùn)算裝置11的輸出由于在起動(dòng)時(shí)的初期在上述振動(dòng)體的實(shí)際振幅為0，因此，AC-DC變換裝置9的輸出為0。因此，在比較裝置10與所希望的振動(dòng)振幅(振動(dòng)振幅指令)進(jìn)行比較后，PID運(yùn)算裝置11的輸出信號(hào)逐漸變大。
在此，在驅(qū)動(dòng)脈沖控制裝置4，計(jì)算相當(dāng)于從PID運(yùn)算裝置11的輸出減去與預(yù)定的時(shí)間T1對(duì)應(yīng)的值的值的時(shí)間，該計(jì)算結(jié)果為負(fù)的場(chǎng)合，產(chǎn)生相位從反相器8的輸出信號(hào)的相位(A-A’)滯后該時(shí)間的信號(hào)。但是，在減去預(yù)定的時(shí)間T1的結(jié)果為正的場(chǎng)合，直接輸出反相器8的輸出信號(hào)。
因此，在起動(dòng)時(shí)，由于實(shí)際的振動(dòng)振幅和目標(biāo)振動(dòng)振幅的差很大，所以，減去與預(yù)定時(shí)間T1對(duì)應(yīng)的值的結(jié)果成為正值，以反相器8的輸出信號(hào)的相位進(jìn)行激振，可以高速地增大振動(dòng)振幅。
接下來，AC-DC變換裝置9的輸出信號(hào)逐漸接近上述所希望的振動(dòng)振幅后，PID運(yùn)算裝置11的輸出信號(hào)逐漸變小，減去上述預(yù)定的時(shí)間T1的結(jié)果成為負(fù)值，相對(duì)反相器8的輸出信號(hào)的相位滯后與該負(fù)值的大小對(duì)應(yīng)的時(shí)間的信號(hào)被輸出給半橋式電路5。伴隨接近上述所希望的振動(dòng)振幅，振動(dòng)振幅的增加率逐漸降低，最終控制上述振動(dòng)振幅達(dá)到上述所希望的值。若將PID運(yùn)算裝置11的運(yùn)算參數(shù)選擇為最合適的值的話，可以在短時(shí)間內(nèi)將振動(dòng)振幅控制在所希望的振動(dòng)振幅。
接下來參照?qǐng)D2所示的時(shí)序圖對(duì)在短時(shí)間內(nèi)從該狀態(tài)將振動(dòng)振幅降低為0的場(chǎng)合的動(dòng)作進(jìn)行說明。
首先，要在短時(shí)間內(nèi)減小振動(dòng)振幅的話，使激振力相對(duì)振動(dòng)位移滯后90°的話就可以了。因此，利用反相器8的輸出信號(hào)的信號(hào)緣中上述的超前90°的信號(hào)緣的下一個(gè)信號(hào)緣(B-B’)的話可以得到滯后90°的信號(hào)。利用該方式，構(gòu)成為，在驅(qū)動(dòng)脈沖控制裝置4使相位滯后量的極限為反相器8的信號(hào)緣以便使信號(hào)相位不能滯后90°以上。
在此，從以上述所希望的振動(dòng)振幅振動(dòng)的狀態(tài)使振動(dòng)振幅指令為0的話，比較裝置10的輸出信號(hào)成為負(fù)值。然后，PID運(yùn)算裝置11的輸出逐漸減小，減去與上述預(yù)定的時(shí)間T1對(duì)應(yīng)的值的結(jié)果逐漸減小，驅(qū)動(dòng)脈沖控制裝置4的輸出信號(hào)的相位逐漸從反相器8的輸出信號(hào)的相位滯后。然后，很快滯后到作為滯后量的極限的反相器8的輸出信號(hào)的B-B’。然后，成為相對(duì)上述駐在性振動(dòng)的振動(dòng)位移的相位滯后90°的激振，振動(dòng)振幅急劇地減小。
上述過程一直進(jìn)行到AC-DC變換裝置9的輸出成為預(yù)定的振幅以下，最終振動(dòng)振幅逐漸接近0。對(duì)于上述的A-A’和B-B’，信號(hào)PA的相位超前側(cè)的極限稱為A-A’，滯后側(cè)的極限定為B-B’。這樣，信號(hào)PA的脈沖緣，時(shí)間性偏離每次被控制在A-A’和B-B’之間。
另外，對(duì)于壓電元件2，施加以相對(duì)施加在壓電元件1上的脈沖電壓相位滯后T1的信號(hào)為基準(zhǔn)制作的信號(hào)，根據(jù)壓接在圖中未示出的振動(dòng)型致動(dòng)裝置上的移動(dòng)部件的移動(dòng)方向切換是否翻轉(zhuǎn)滯后時(shí)間T1的信號(hào)。因此，由壓電元件2激起的駐在性振動(dòng)的振幅也與上述的由壓電元件1激起的駐在性振動(dòng)同樣進(jìn)行增大、衰減。
圖2是各部分的信號(hào)波形的時(shí)序圖。
相對(duì)于由圖中未示出的振動(dòng)體的壓電元件1激起的駐在性振動(dòng)的振動(dòng)振幅位移AO，電流檢測(cè)放大器7的輸出IO成為翻轉(zhuǎn)相位超前90°的信號(hào)的波形(相位滯后90°的波形)。另外，直流偏置分量重疊到電流檢測(cè)放大器7的輸出信號(hào)上，成為可以在反相器8檢測(cè)出電流檢測(cè)放大器7的輸出信號(hào)的交流信號(hào)的相位的狀態(tài)。PO是反相器8的輸出信號(hào)，成為翻轉(zhuǎn)了電流檢測(cè)放大器7的輸出信號(hào)的相位的脈沖信號(hào)。
信號(hào)PA、PB是脈沖控制裝置4的輸出信號(hào)，輸出信號(hào)PB成為相對(duì)輸出信號(hào)PA滯后時(shí)間T1的信號(hào)，時(shí)間T1被規(guī)定為相當(dāng)于大約90°的相位差。
VA是通過半橋5將輸出信號(hào)PA放大的信號(hào)(施加到壓電元件1的交變信號(hào))?？梢钥吹皆谄饎?dòng)初期輸出信號(hào)PA與反相器8的輸出信號(hào)PO幾乎同期。這是因?yàn)槟繕?biāo)振幅比實(shí)際振幅大，即使從PID運(yùn)算裝置11的輸出減去相當(dāng)于時(shí)間T1的值也不會(huì)成為負(fù)值，相對(duì)輸出信號(hào)PO的相位滯后為0。因此，進(jìn)行相對(duì)圖中未示出的振動(dòng)體的振動(dòng)位移相位大約超前90°的激振，通過該方式，在短時(shí)間內(nèi)振動(dòng)振幅增大，在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)的振動(dòng)振幅。
在逐漸接近目標(biāo)振幅后，從PID運(yùn)算裝置11的輸出減去相當(dāng)于預(yù)定的時(shí)間T1的值的結(jié)果成為負(fù)值，信號(hào)PA的相位相對(duì)反相器8的輸出信號(hào)PO逐漸滯后，振動(dòng)振幅被控制在目標(biāo)振幅。
另外，在振動(dòng)振幅為0時(shí)，相位進(jìn)一步滯后，最終到達(dá)滯后量的極限，信號(hào)PA大致成為翻轉(zhuǎn)了信號(hào)PO的波形。
另外，這時(shí)在振動(dòng)振幅比預(yù)定的振幅小的場(chǎng)合，信號(hào)PA及信號(hào)PB的信號(hào)電平被固定(在本實(shí)施例中同為高電平)，之后就不再激振。這是因?yàn)檎駝?dòng)振幅變小后，在使振動(dòng)衰減的時(shí)刻進(jìn)行激振，有時(shí)會(huì)越過衰減反過來振動(dòng)增大的緣故。
另外，在本實(shí)施例中，通過使信號(hào)PA的相位相對(duì)反相器8的信號(hào)PO的相位滯后來進(jìn)行振動(dòng)振幅的控制，但是，可以變更圖1的脈沖控制裝置4的動(dòng)作，使相位超前來進(jìn)行相同的控制。這通過翻轉(zhuǎn)信號(hào)PO使其為信號(hào)nPO并控制該信號(hào)使其滯后的形式來實(shí)現(xiàn)。例如，為了使驅(qū)動(dòng)電壓的相位相對(duì)彈性體的振動(dòng)位移超前30°，采用將翻轉(zhuǎn)了信號(hào)PO使其超前180°的信號(hào)nPO滯后150°的形式。在圖3的方框圖中示出了該變形例的電路構(gòu)成。
在圖3中，以緩沖器12代替圖1所示的反相器8，緩沖器12輸出圖1的信號(hào)PO的翻轉(zhuǎn)信號(hào)nPO。圖4是該場(chǎng)合的各部的波形的時(shí)序圖。
在這種場(chǎng)合，構(gòu)成如下，即，在起動(dòng)時(shí)的PID運(yùn)算裝置11的輸出信號(hào)為正的狀態(tài)下，使信號(hào)nPO的相位滯后相當(dāng)于加上與預(yù)定的時(shí)間TI對(duì)應(yīng)的值的值的量。在以最短的時(shí)間增大振幅的場(chǎng)合，信號(hào)nPO的信號(hào)緣成為極限。因此，能夠在短時(shí)間內(nèi)增大振幅并且在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)的振動(dòng)振幅。接近目標(biāo)振幅后，信號(hào)PA的相位逐漸前移，振動(dòng)振幅被控制在目標(biāo)振動(dòng)振幅。
在振動(dòng)振幅為0時(shí)，相對(duì)緩沖器12的信號(hào)nPO的相位滯后逐漸減小，最終信號(hào)PA成為與信號(hào)nPO同相位的信號(hào)，在最短的時(shí)間內(nèi)振動(dòng)衰減。
另外，如以上所述，振動(dòng)振幅變得比預(yù)定的振幅小時(shí)，信號(hào)PA及信號(hào)PB的信號(hào)電平被固定(在本實(shí)施例中信號(hào)PA為高電平、信號(hào)PB為低電平)，之后不再激振。
另外，圖5是利用圖3的方框圖的控制電路，切換用圖中未示出的振動(dòng)型致動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的圖中未示出的移動(dòng)體的移動(dòng)方向時(shí)的動(dòng)作的時(shí)序圖。在切換方向時(shí)，進(jìn)行使振動(dòng)振幅暫且為0的動(dòng)作，振動(dòng)振幅減小到比預(yù)定的振動(dòng)振幅小后，翻轉(zhuǎn)信號(hào)PB，再次將振動(dòng)振幅控制在目標(biāo)振幅。
(第2實(shí)施例)圖6是第2實(shí)施例的方框圖。
在圖6中，13是PI運(yùn)算裝置，該裝置對(duì)在比較裝置10對(duì)來自圖中未示出的指令裝置的速度指令和來自后述的回轉(zhuǎn)式編碼器14的速度信息進(jìn)行比較的結(jié)果進(jìn)行PI運(yùn)算，14是用于檢測(cè)圖中未示出的移動(dòng)體的移動(dòng)速度的回轉(zhuǎn)式編碼器，所述的移動(dòng)體依靠圖中未示出的通過在壓電元件1、2上施加交流電壓而動(dòng)作的振動(dòng)型致動(dòng)裝置而移動(dòng)(旋轉(zhuǎn))。以下利用方框圖對(duì)其動(dòng)作進(jìn)行說明。
在上述的第1實(shí)施例中，從圖中未示出的指令裝置，使其對(duì)圖中未示出的振動(dòng)體的振動(dòng)振幅發(fā)生指令，但是，在本實(shí)施例中，使其發(fā)生速度指令。為了高速地進(jìn)行加速動(dòng)作，有必要高速增大振動(dòng)體的振動(dòng)振幅直到與目標(biāo)速度對(duì)應(yīng)的振動(dòng)振幅。
因此，根據(jù)直接速度差控制振動(dòng)來縮短加速時(shí)間是本實(shí)施例的目標(biāo)。
另外，在上述的第1實(shí)施例中，采用PID運(yùn)算，與此相對(duì)照，在本實(shí)施例中采用PI運(yùn)算，但是，根據(jù)特性，除了PID運(yùn)算、PD運(yùn)算、基于模糊控制的運(yùn)算等以外，也可以采用單純利用數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)變換裝置。另外，與第1實(shí)施例不同，在本實(shí)施例中，以半橋式電路5、6的輸出經(jīng)電感元件L1、L2向壓電元件1、2供給驅(qū)動(dòng)電壓，進(jìn)一步，通過二極管D1、D2、D3、D4驅(qū)動(dòng)電壓被電平限幅電壓在VDD和GND之間。這是為了通過電感元件L1、L2抑制沖擊電流減輕半橋式電路5、6的負(fù)擔(dān)的同時(shí)，通過以二極管限制電壓來抑制驅(qū)動(dòng)力的大小的變動(dòng)。
在此，由于插入電感元件存在一個(gè)問題。即，信號(hào)PA、PB和電壓VA、VB間的相位的滯后問題。在上述的第1實(shí)施例中，沒有電感元件L1、L2，因此，可以以電流檢測(cè)放大器7的輸出信號(hào)的相位為基準(zhǔn)直接控制驅(qū)動(dòng)電壓的相位，但是，在本實(shí)施例中，有必要考慮上述電感元件的使相位滯后來設(shè)定信號(hào)PA、PB的相位。
進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，不使用電流檢測(cè)放大器而直接將壓電元件3的輸出電壓輸入給緩沖器12，與在第1實(shí)施例中檢測(cè)出振動(dòng)位移的變化不同，在本實(shí)施例中檢測(cè)出振動(dòng)位移本身，因此，相對(duì)第1實(shí)施例信號(hào)nPO成為滯后90°的信號(hào)。因此，加上由上述的電感元件L1、L2引起的相位滯后，必須考慮信號(hào)nPO的90°滯后部分。因此，有必要使信號(hào)前進(jìn)這些滯后部分。由于使信號(hào)前進(jìn)的量低于180°，所以，將信號(hào)nPO翻轉(zhuǎn)，使相位前進(jìn)180°，通過從此使其滯后來進(jìn)行。
另外，對(duì)于由于電感元件L1、L2引起的滯后，通過直接檢測(cè)出電壓VA、VB的相位檢測(cè)出實(shí)際的滯后量的話，能夠避免電感元件L1、L2或者壓電元件1、2的特性的可變性的影響。即，計(jì)算出電壓VA的相位的相對(duì)的偏離量，通過使信號(hào)PA沿同方向偏離與上述偏離量相同的量可以消除電感元件L1、L2的滯后量的影響。另外，對(duì)于相當(dāng)于振動(dòng)位移和其變化之間的90°相位的時(shí)間T1，檢測(cè)出驅(qū)動(dòng)電壓周期，并將其四分之一定為90°的時(shí)間的話，雖然至少產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓的1個(gè)周期的時(shí)間的滯后，但是，可以反映實(shí)際的振動(dòng)特性的變化。
在圖10中示出了各部分的信號(hào)波形。由于電感元件L2的影響，信號(hào)(電壓)VA成為相對(duì)信號(hào)PA時(shí)間上滯后的信號(hào)。另外，信號(hào)VA成為梯形的波形，波形通過二極管D3、D4被限幅。
(第3實(shí)施例)圖7是第3實(shí)施例的方框圖。
在上述的第2實(shí)施例中，將PI運(yùn)算裝置13的輸出信號(hào)直接輸入給脈沖控制裝置4，設(shè)定信號(hào)PA相對(duì)作為振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)的信號(hào)nPO的時(shí)間性偏離。與此相對(duì)照，以PI運(yùn)算裝置13的輸出信號(hào)為振動(dòng)振幅指令，在比較裝置15比較由AC-DC變換裝置9檢測(cè)出的壓電元件3的輸出信號(hào)的振幅信息，根據(jù)該比較結(jié)果設(shè)定PA信號(hào)相對(duì)作為振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)的信號(hào)nPO的時(shí)間性偏離。
另外，在第2實(shí)施例中，以4個(gè)二極管D1、D2、D3、D4將驅(qū)動(dòng)電壓的波形限幅成梯形，但是，在本實(shí)施例中，省略了二極管D1、D3，使驅(qū)動(dòng)電壓波形成為半波整流波形。包含上述的第2實(shí)施例在內(nèi)，插入二極管后，具有以下效果。
由于電感元件L1、L2和壓電元件1、2的靜電電容的濾波效果，具有如下問題，即，在將任意相位的脈沖波形輸入給電感元件L1、L2時(shí)，電壓VA、VB的電壓振幅不穩(wěn)定，不能供給壓電元件1、2所希望的激振力，但是，由于連接二極管后驅(qū)動(dòng)波形變得穩(wěn)定，對(duì)于急劇的相位變化也容易預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)電壓的變化，所以，容易控制激振力。但是，由于省略了二極管D2、D4，取決于信號(hào)PA、信號(hào)PB的脈沖寬度信號(hào)(電壓)VA、信號(hào)(電壓)VB的電壓振幅變化，所以，激振力也發(fā)生變化。因此，不僅要考慮激振時(shí)間，也有必要考慮激振力。
但是，在本實(shí)施例中，電壓振幅的變動(dòng)與不加入二極管的場(chǎng)合相比較少，所以，預(yù)先找出脈沖寬度和激振力的關(guān)系的話可以進(jìn)行校正。從另外的觀點(diǎn)看，通過本方式，由于可以控制電壓振幅和使電壓發(fā)生的定時(shí)兩者，可以說能夠進(jìn)行靈活的控制。
另外，由于這樣高速地控制振動(dòng)振幅，所以，對(duì)于AC-DC變換裝置9，要求其具有高速性。為此，也可以采用在輸入電壓的正負(fù)最大值的定時(shí)發(fā)生峰值保持電路或者取樣保持電路的定時(shí)信號(hào)并檢測(cè)出輸入信號(hào)的正負(fù)峰值的方法，或者，將預(yù)定的多個(gè)閾值與輸入電壓進(jìn)行比較的結(jié)果作為脈沖信號(hào)，綜合這些脈沖寬度求出振幅。
另外，也可以采用在起動(dòng)初期逐漸加寬脈沖的寬度或者逐漸增大電源電壓的方式來降低起動(dòng)時(shí)的沖擊聲。另外，也可以在起動(dòng)初期的振動(dòng)振幅小時(shí)，以預(yù)定的頻率的驅(qū)動(dòng)電壓連續(xù)進(jìn)行激振直到振動(dòng)振幅達(dá)到預(yù)定的振動(dòng)振幅，在振動(dòng)振幅達(dá)到預(yù)定的振動(dòng)振幅后，控制信號(hào)PA相對(duì)振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)nPO的時(shí)間性偏離量。
另外，在上述的第2實(shí)施例中，振動(dòng)檢測(cè)用壓電元件3檢測(cè)由壓電元件1進(jìn)行激振而引起的駐在性振動(dòng)，但是，采用如下構(gòu)成的話，即，檢測(cè)出由于電感元件L1、L2而引起的信號(hào)PA、PB和信號(hào)VA、VB之間的時(shí)間性偏離而導(dǎo)致的振動(dòng)的相位偏離的位置的振動(dòng)，可以消除電感元件L1、L2的影響。例如，在圖9中，在以S相104-c作為振動(dòng)檢測(cè)用壓電元件的場(chǎng)合，檢測(cè)出在A相104a激振而引起的振動(dòng)，但是，利用空電極104d作為振動(dòng)檢測(cè)用的話，可以檢測(cè)出相對(duì)在A相104a激振而引起的駐在性振動(dòng)的相位偏離了45°的振動(dòng)。這樣，通過將振動(dòng)檢測(cè)用壓電元件配置在振動(dòng)體上的什么位置，可以選擇對(duì)于振動(dòng)的時(shí)間上的相位。
在圖11中示出了各部分的波形。信號(hào)VA的峰值是根據(jù)信號(hào)PA的脈沖寬度而變化的，信號(hào)VA的波形由于二極管D4，下側(cè)的波形被限幅。另外，由于電感元件L2的影響，相對(duì)信號(hào)PA，信號(hào)VA成為在時(shí)間上滯后的波形。
權(quán)利要求
1.一種振動(dòng)型致動(dòng)裝置，通過將多相驅(qū)動(dòng)電壓分別施加在不同的驅(qū)動(dòng)用電機(jī)械能量變換元件部來使振動(dòng)體激振而得到驅(qū)動(dòng)力，包括檢測(cè)振動(dòng)體之振動(dòng)的振動(dòng)檢測(cè)電路，該電路根據(jù)振動(dòng)狀態(tài)形成表示周期性變化的信號(hào)；控制電路，該電路根據(jù)上述檢測(cè)電路的檢測(cè)輸出信號(hào)的周期性變化的定時(shí)控制向上述能量變換元件部施加上述驅(qū)動(dòng)電壓的定時(shí)。
2.如權(quán)利要求1所述的振動(dòng)型致動(dòng)裝置，其特征在于上述振動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)電路根據(jù)振動(dòng)體的振動(dòng)位移，形成以與該位移的定時(shí)相應(yīng)的定時(shí)變化的信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的振動(dòng)型致動(dòng)裝置，其特征在于上述控制電路在相對(duì)振動(dòng)體的振動(dòng)位移的定時(shí)相位超前90°的定時(shí)將上述驅(qū)動(dòng)電壓施加在能量變換元件部。
4.如權(quán)利要求1所述的振動(dòng)型致動(dòng)裝置，其特征在于上述控制電路在相對(duì)振動(dòng)體的振動(dòng)位移的定時(shí)相位滯后90°的定時(shí)將上述驅(qū)動(dòng)電壓施加在能量變換元件部。
5.如權(quán)利要求1所述的振動(dòng)型致動(dòng)裝置，其特征在于上述控制電路以振動(dòng)體的振動(dòng)位移的定時(shí)為基準(zhǔn)，在相對(duì)該定時(shí)偏離預(yù)定時(shí)間的定時(shí)將上述驅(qū)動(dòng)電壓施加在能量變換元件部。
6.一種振動(dòng)型致動(dòng)裝置，通過將多相驅(qū)動(dòng)電壓分別施加在不同的驅(qū)動(dòng)用電機(jī)械能量變換元件部來使振動(dòng)體激振而得到驅(qū)動(dòng)力，包括檢測(cè)振動(dòng)體的振動(dòng)并形成與振動(dòng)位移相應(yīng)的波形信號(hào)的檢測(cè)電路；控制電路，該控制電路使上述驅(qū)動(dòng)電壓以相對(duì)來自上述檢測(cè)電路的信號(hào)波形偏離預(yù)定的相位的相位施加到上述能量變換元件部。
7.如權(quán)利要求6所述的振動(dòng)型致動(dòng)裝置，其特征在于上述控制電路使上述驅(qū)動(dòng)電壓以相對(duì)上述信號(hào)波形滯后90°的相位施加到能量變換元件部。
8.如權(quán)利要求6所述的振動(dòng)型致動(dòng)裝置，其特征在于上述控制電路使上述驅(qū)動(dòng)電壓以相對(duì)上述信號(hào)波形超前90°的相位施加到能量變換元件部。
9.一種振動(dòng)型致動(dòng)裝置，通過將多相驅(qū)動(dòng)電壓分別施加在不同的驅(qū)動(dòng)用電機(jī)械變能量換元件部來使振動(dòng)體激振而得到驅(qū)動(dòng)力的，包括根據(jù)振動(dòng)體的振動(dòng)位移的定時(shí)來決定對(duì)上述振動(dòng)體進(jìn)行激振的定時(shí)的電路。
10.振動(dòng)型致動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述振動(dòng)型致動(dòng)裝置通過將多相驅(qū)動(dòng)電壓分別施加在不同的驅(qū)動(dòng)用電機(jī)械變換元件部來使振動(dòng)體激振而得到驅(qū)動(dòng)力，包含如下步驟檢測(cè)出振動(dòng)體的振動(dòng)，根據(jù)振動(dòng)狀態(tài)形成表示周期性變化的信號(hào)的步驟；根據(jù)該信號(hào)的周期性變化的定時(shí)，控制向上述能量變換元件部施加上述驅(qū)動(dòng)電壓的定時(shí)的步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于上述形成信號(hào)的步驟根據(jù)振動(dòng)體的振動(dòng)位移形成以與該位移的定時(shí)相應(yīng)的定時(shí)變化的信號(hào)。
12.如權(quán)利要求10所述的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于上述控制施加的定時(shí)的步驟在相對(duì)振動(dòng)體的振動(dòng)位移的定時(shí)相位超前90°的定時(shí)將上述驅(qū)動(dòng)電壓施加在能量變換元件部。
13.如權(quán)利要求10所述的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于上述控制施加的定時(shí)的步驟在相對(duì)振動(dòng)體的振動(dòng)位移的定時(shí)相位滯后90°的定時(shí)將上述驅(qū)動(dòng)電壓施加在能量變換元件部。
14.振動(dòng)型致動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述振動(dòng)型致動(dòng)裝置通過將多相驅(qū)動(dòng)電壓分別施加在不同的驅(qū)動(dòng)用電機(jī)械變換元件部來使振動(dòng)體激振而得到驅(qū)動(dòng)力，包含如下步驟根據(jù)振動(dòng)體的振動(dòng)位移的定時(shí)來決定對(duì)上述振動(dòng)體進(jìn)行激振的定時(shí)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及振動(dòng)型致動(dòng)裝置，提供一種可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入高速驅(qū)動(dòng)狀態(tài)或者使其急速停止的裝置。本發(fā)明的振動(dòng)型致動(dòng)裝置，通過將多相驅(qū)動(dòng)電壓分別施加在不同的驅(qū)動(dòng)用電機(jī)械能量變換元件部來使振動(dòng)體激振而得到驅(qū)動(dòng)力，包括檢測(cè)振動(dòng)體之振動(dòng)的振動(dòng)檢測(cè)電路，該電路根據(jù)振動(dòng)狀態(tài)形成表示周期性變化的信號(hào)；控制電路，該電路根據(jù)上述檢測(cè)電路的檢測(cè)輸出信號(hào)的周期性變化的定時(shí)控制向上述能量變換元件部施加上述驅(qū)動(dòng)電壓的定時(shí)。
文檔編號(hào)H02P25/02GK1405966SQ02143200
公開日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2002年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月19日
發(fā)明者片岡健一 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社