專利名稱：振動型驅動器的控制裝置和控制方法
技術領域：
本發明涉及對電氣-機械能量變換元件施加頻率信號而在彈性體上激起振動并相對驅動上述彈性體和與上述彈性體接觸的接觸體的、被稱為超聲波馬達等的振動型驅動器的控制。
背景技術：
已往，有人通過US Patent No.6,100,654等提出了用于降低振動型驅動器的消耗電力的提案。在該提案中，在控制振動型馬達的驅動頻率時，在振動型馬達的驅動速度低的頻帶，通過減小驅動電壓或者輸入到驅動電路的脈沖信號的脈沖寬度來實現效率的改善。
但是，根據頻率的頻帶而在通過控制驅動電壓或者脈沖寬度的上述US Patent No.6100654提出的控制方法中，存在著下述問題1、在速度低的頻帶設定的驅動電壓或者脈沖信號的脈沖寬度，考慮振動型馬達的性能的參差不齊，在驅動速度低的頻帶設定具有余量(驅動不停止)的驅動電壓或脈沖寬度。因此，不能充分減小消耗電力。
2、由于隨著通過振動型馬達驅動的負荷的大小或溫度、濕度等使用環境的變化，以目標速度驅動振動型驅動器所必要的頻率信號的頻率或電壓變化，如果對這些負荷或使用環境的變動設定具有余量的驅動電壓或脈沖寬度，則仍然不能充分減小消費電力。
3、由于由生成施加在振動型馬達上的頻率信號的電路的構成部件(電容或線圈等)的個體差異或使用環境而引起特性的變動，通過該電路生成的頻率信號的電壓(振幅)也變動，因此，通常很難進行高效的驅動。
發明內容
鑒于上述問題的存在，本發明的目的在于提供一種振動型驅動器的控制裝置及控制方法，該控制裝置能夠與振動型驅動裝置的特性、負荷及生成頻率信號的電路的特性變化無關，實現高效的振動型驅動器的驅動，可以極力減小消費電力。
為了解決上述問題，在本發明中，對電氣-機械能量變換元件施加頻率信號而在彈性體上激起振動并相對驅動上述彈性體和與上述彈性體接觸的接觸體的振動型驅動器的控制裝置是具備如下構成的裝置。即，具備生成頻率信號的信號生成單元、檢測彈性體的振動狀態的振動檢測單元、檢測在信號生成單元生成的信號和來自振動檢測單元的輸出信號的相位差的相位差檢測單元、以及控制在信號生成單元生成的頻率信號的頻率和電壓的控制單元，控制單元根據通過相位差檢測單元檢測出的相位差來控制頻率信號的電壓。
另外，為了解決上述問題，在本發明中，對電氣-機械能量變換元件施加頻率信號而在彈性體上激起振動并相對驅動上述彈性體和與上述彈性體接觸的接觸體的振動型驅動器的控制方法是具備如下步驟的方法。即，具有檢測彈性體的振動狀態的步驟、檢測頻率信號或用于生成頻率信號的信號和振動狀態的檢測信號的相位差的步驟、以及控制頻率信號的頻率和電壓的控制步驟，在控制步驟中，根據檢測出的相位差來控制頻率信號的電壓。
本發明的其他特征和優點可以從以下描述中進一步得到明確，在后述的說明中，對相同或相似的部分給與了相同的符號。
圖1是表示作為本發明的實施例1的控制電路進行的控制步驟的流程圖。
圖2是表示實施例1的控制電路的構成的方框圖。
圖3是表示從脈沖生成電路輸出的信號的波形圖。
圖4是表示驅動電路的電路構成的圖。
圖5是表示驅動電路的輸入和輸出的真值表。
圖6是表示振動型馬達的驅動頻率和速度、電力及相位差的特性的圖。
圖7是表示為本發明的實施例2的控制電路的構成的方框圖。
圖8是表示實施例2中的驅動頻率和相位差的特性的圖。
圖9是由實施例2的控制電路進行的控制步驟的流程圖。
圖10是表示作為本發明的實施例3的控制電路進行的控制步驟的流程圖。
圖11是表示作為本發明的實施例4的控制電路進行的控制步驟的流程圖。
圖12是表示作為本發明的實施例5的控制電路進行的控制步驟的流程圖。
圖13A和圖13B是表示振動型馬達中的壓電元件的配置和極化狀態的例子的圖。
具體實施例方式
以下參照附圖對本發明的實施例進行說明。
圖2表示為本發明的實施例1的振動型馬達的控制電路的構成。在圖2中，1是作為負責振動型馬達的控制的控制器的CPU，根據后述的速度信息和相位差信息決定驅動頻率和相當于施加電壓振幅的脈沖寬度。另外，CPU1也進行振動型馬達4的啟動及停止的動作設定。關于在CPU1執行的控制流程在以后詳細說明。
在此，例如圖13A所示的，振動型馬達4由將壓電元件(電氣-機械能量變換元件)15貼付在利用金屬等制作的彈性體(定子)4a上而構成的振動體和通過彈力等壓接在彈性體上的接觸體(轉子)4b構成。那么，通過在壓電元件15上施加多項頻率信號A、B在彈性體4a的表面形成行波，通過該彈性體4a和接觸體4b的摩擦相對驅動兩者。圖13B表示貼付在形成圓環狀的彈性體上的壓電元件的配置和極化狀態的例子。A1是施加A相頻率信號的壓電元件組，B1是施加B相頻率信號的壓電元件組。另外，S1是構成傳感器相(圖13A中的S)的壓電元件。
在圖2中，20是由振動型馬達4驅動的被驅動部件，作為具體的例子，可以舉出攝影透鏡裝置中的透鏡驅動機構或復印機中的感光磁鼓、送紙機構等、機器人手臂等各種各樣的裝置。在圖13A中，示出了振動型馬達4的輸出通過齒輪31、32傳達給作為保持透鏡21的被驅動部件20的透鏡鏡筒，驅動該透鏡鏡筒時的例子。
另外，在圖2中，2是脈沖生成電路，根據從CPU1輸出的驅動頻率設定值及脈沖寬度設定值、啟動停止指令生成如圖3所示的頻率相同的4組脈沖信號。這4組脈沖信號A+、A-、B+、B-被輸入給驅動電路3。
圖4表示驅動電路3的一例。驅動電路3由由開關元件的FET10、11、12、13構成的H橋式電路、升壓用線圈14構成。
在圖4中，15表示振動型馬達4的壓電元件。本實施例中的振動型馬達是使2種振動模式組合來發生行波的方式的馬達。在此，將該2種振動模式稱為A模式和B模式。圖4所示的電路是供給用于使該2種振動模式中的一種模式發生的電壓的電路。因此，實際上，設A模式用驅動電路和B模式用驅動電路兩種驅動電路。
在圖4中，4個FET10、11、12、13的動作根據從脈沖生成電路2輸出的脈沖信號電平進行。
圖5是表示從脈沖生成電路2輸入到驅動電路3的4組脈沖信號的電平和從驅動電路3輸出的信號out1、out2的關系的真值表。在圖5中，左側的2列是輸入的脈沖信號的邏輯值。輸入信號在A模式用電路中成為A+及A-，在B模式用電路中成為B+及B-。在此，假設為A模式時進行說明。
在輸入脈沖信號A+及A-的兩方為L電平時，FET11及FET13成為導通狀態，FET10及FET12成為截止狀態，輸出信號out1和out2都與地連接，成為L電平。
在輸入脈沖信號A+為H電平、A-為L電平時，FET10及FET13成為導通狀態，FET11及FET12成為截止狀態，因此，輸出信號out1成為H電平、out2成為L電平，對壓電元件15施加電壓。
在輸入信號A+為L電平、A-為H電平時，FET11及FET12成為導通狀態，FET10及FET13成為截止狀態，因此，輸出信號out1成為L電平，out2成為H電平，與上述相反方向的電壓施加在壓電元件15上。而且，在脈沖生成電路2，輸入脈沖信號A+及A-不能同時成為H電平的狀態。
在如上述構成中，通過改變從脈沖生成電路2輸入到驅動電路3的4組脈沖信號的脈沖寬度，可以改變對振動型馬達4的壓電元件15輸出的頻率信號的電壓振幅(以下簡稱電壓)。
另外，為了由振動型馬達4的壓電元件15所具有靜電電容和與該壓電元件15連接的線圈14構成的電路的串聯共振頻率與頻率信號的頻率(以下簡稱驅動頻率)相近，通過選擇線圈14的電感，向壓電元件15施加被升壓的電壓。
在本實施例中，在壓電元件上安裝有多組電極。在此，將A模式用的電極稱為MA+、MA-，將B模式用的電極稱為MB+、MB-。為了使A模式的振動發生，對電極MA+和MA-施加電壓，為了使B模式的振動發生，對電極MB+和MB-施加電壓。對電極MA+施加A模式用驅動電路的輸出信號out1，對電極MA-施加out2。同樣，對電極MB+施加B模式用驅動電路的輸出信號out1，對電極MB-施加out2。
作為評價振動型馬達4的驅動頻率在多大程度上與共振頻率相近的方法，在本實施例中，計測施加電壓(頻率信號)和從傳感器相壓電元件得到的表示彈性體的振動狀態的信號的相位差。
具體地講，為了在由數字電路構成的相位差檢測電路9計測上述相位差，利用比較器7和比較器8將施加電壓和彈性體的振動狀態變換成脈沖信號。此時，在比較器7及比較器8的反相輸入端輸入為基準信號的電極MA-的電壓。在相位差檢測電路9，計測從將施加電壓脈沖化的信號的上升沿到將振動狀態脈沖化的信號的上升沿的時間。將計測的相位差信息輸入給CPU1。
如圖2所示，在振動型馬達4上安裝有用于檢測其速度或位置的編碼器5。從編碼器5輸出與振動型馬達4的轉動相應的脈沖信號。圖13A表示由與齒輪31一體旋轉的脈沖板5a、具有夾著脈沖板5a而配置的投光部和受光部的光斷續器5b構成的編碼器5的例子。
速度檢測電路6通過計測從編碼器5輸出的脈沖信號的周期來檢測振動型馬達的速度(轉速)。計測的速度信息被輸入給CPU1。
CPU1根據從相位差檢測電路9得到的相位差信息和從速度檢測電路得到的速度信息，控制驅動頻率和脈沖寬度(即頻率信號的電壓)。
在此，圖6表示以脈沖寬度為參數時的振動型馬達4的驅動頻率和速度的關系。如圖6所示，振動型馬達4的速度成為以共振頻率下的速度為峰值的曲線。在頻率比共振頻率低的一側，相對驅動頻率的變化速度的變化大，因此，一般在比共振頻率高的頻帶(在圖中表示為「可設定頻率范圍」)進行控制。另外，如果使脈沖寬度增加(使振動型馬達的振動位移增加)，則有若干共振頻率降低的傾向。
另外，在與脈沖寬度的關系中，脈沖寬度越小(即電壓越低)最高速度變得越小。
接著，將以脈沖寬度為參數時的驅動頻率和消費電力的關系也表示在圖6中。從該圖可以看出，脈沖寬度越大(即電壓越高)消費電力變得越大。特別是，從驅動頻率和消費電力的關系可以看出，在驅動頻率高的低速區域，如果脈沖寬度大，則無用消費的電力增大。因此，減小脈沖寬度而驅動振動型馬達4，可以減小消費電力，提高效率。特別是，在驅動頻率高的低速區域，其效果顯著。
在圖6中，進一步表示將脈沖寬度作為參數時的驅動頻率和從相位差檢測電路9得到的相位差的關系。驅動頻率和相位差的關系與脈沖寬度的大小無關，呈幾乎同樣的特性，通過觀察相位差可以看到驅動頻率在多大程度上與共振頻率接近。如圖所示的，相位差在非驅動狀態成為0°，在共振頻率(共振驅動狀態)成為90°。
從以上特性出發，在通過驅動速度進行頻率控制的同時，通過根據從相位差檢測電路9得到的相位差控制脈沖寬度，即使由于振動型馬達的特性不同、負荷狀態的變化、驅動電路3內的線圈14的特性不同等而引起的頻率信號的電壓不同，也可以進行高效的驅動。以下參照圖1的流程圖對CPU1為實現上述控制而進行的控制內容進行說明。
在圖1中，在Step1開始本流程后，CPU1在Step2對脈沖生成電路2設定啟動時的驅動頻率f1和啟動時的脈沖寬度P1(頻率信號的第1電壓)。在此，啟動時的驅動頻率f1采用比振動型馬達4的共振頻率充分高的值。這是為了如以上所述的，以在振動型馬達4的頻率控制中使用比共振頻率高的頻帶為前提，因此，即使溫度等條件變化也可靠地以比共振頻率高的頻率啟動。
另外，啟動時的脈沖寬度P1設定盡可能小的值。脈沖寬度P1也可以是即使以共振頻率驅動振動型馬達4，驅動速度也不能達到最終的目標速度那么小的脈沖寬度。這是為了盡可能減小振動型馬達4的消費電力。特別是，由于從驅動頻率高的狀態啟動，因此，通過減小此時的脈沖寬度可以大幅度降低消費電力。
接著，在Step2，對脈沖生成電路2輸出振動型馬達4的啟動指令。
接著，在Step4，從速度檢測電路6讀入振動型馬達4的驅動速度信息。然后，根據該速度信息在Step5決定驅動頻率。
在本實施例中，以將對驅動速度和目標速度的差乘以規定的控制增益的值加算到驅動頻率的方法決定驅動頻率。
假設決定前的驅動頻率為fc、目標速度為Vp、檢測出的驅動速度為Vc、控制增益為G，那么，通過下式求新設定的驅動頻率fn。
Fn＝fc+G·(Vc-Vp)接著，在Step6，從相位差檢測電路9讀入相位差信息。然后，在Step7，判斷該相位差信息是否在規定值(第1相位差)Pdh以上。在此，如圖6所示，在以比共振頻率稍高的頻率驅動振動型馬達4時，Pdh為從相位差檢測電路9得到的值。即，Pdh是表示比振動型馬達4的非驅動狀態更接近共振驅動狀態的驅動狀態的相位差。
根據該判斷結果，可以檢測振動型馬達4是否在共振頻率附近被驅動。在共振頻率附近被驅動的情況下(即相位差是表示比Pdh更接近共振驅動狀態的低頻驅動狀態的值時)，相對用于以目標速度驅動的頻率的上升，振動型馬達4在余量少(驅動頻率幾乎達到可設定范圍的下限值)的狀態下被驅動。
在判斷為該余量少的情況下，在Step8，將對脈沖生成電路2的設定脈沖寬度從到此為止的脈沖寬度P1增加規定脈沖寬度。然后，在Step9，對脈沖生成電路2設定在Step8決定的脈沖寬度和在Step5決定的驅動頻率。通過該方式提高頻信號的電壓。
如圖6所示，由于脈沖寬度(電壓)增加，所以振動型馬達4的最高轉速在更高的狀態下驅動。因此，共振頻率若干降低，相對驅動頻率的上升產生余量。而且，脈沖寬度的上限是占空比為50％。
另外，在Step7判斷為相位差信息比Pdh低的情況下(即，相位差是表示與Pdh相比從共振狀態偏離的高頻驅動狀態的值時)，由于不是在共振頻率附近的驅動，因此，前進到Step9，對脈沖生成電路2設定在Step2、5決定的脈沖寬度P1和驅動頻率。
在Step10，從設在CPU1外部的圖中沒有示出的電路或CPU1內部的其他程序(例如，CPU1兼作以振動型馬達4為驅動源的裝置的主控制器的情況下)檢測振動型馬達4的停止指令是否已發出。如果馬達停止指令還沒有發出，前進到Step11。由于在本實施例中使用CPU1的時間中斷按一定周期進行控制而構成，所以，在Step11，使動作暫時停止直到下一個時間中斷的時刻。如果在Step10已發出馬達停止指令，在Step12，使振動型馬達4停止。
由于通過以上說明的控制可以在馬達啟動時以比較小的脈沖寬度即頻率信號的電壓啟動振動型馬達4，所以，可以降低特別是在低速區域的無用的電力消費。另外，通過計測施加在壓電元件上的頻率信號和從傳感相壓電元件得到的表示彈性體的振動狀態的信號的相位差，即使振動型馬達的特性不同、負荷增大或升壓用線圈14的電感不同，也可以正確判斷振動型馬達是否是共振驅動狀態。進一步，對于馬達啟動時的脈沖寬度，由于在即使使驅動頻率降低到能夠設定的下限頻率也不能將驅動速度提高到目標速度的情況下，通過使脈沖寬度增加來使頻率信號的電壓增加，因此，可以以最佳脈沖寬度驅動振動型馬達4。而且，計測相位差的結果，由于只有在判斷為不能使頻率電壓的頻率進一步降低的情況下才使脈沖寬度增加，因此，可以將頻率信號的電壓值抑制在極小的值。
在本實施例中，通過CPU存儲的軟件進行驅動頻率和脈沖寬度的控制，但是，本發明不限于此，只要是能夠實現上述控制內容的構成，可以采用任何構成。例如也可以進行如下復合控制，即，通過數字電路等硬件進行速度控制，通過軟件進行相位差的檢測和脈沖寬度的控制。另外，也可以全部通過數字電路進行。
另外，在本實施例中，在檢測振動型馬達的驅動狀態(彈性體的振動狀態)時，使用頻率信號和從振動型馬達的傳感相壓電元件輸出的信號的相位差，但是，本發明不限于此，也可以使用振動型馬達的頻率信號中的電壓和電流各自的信號的相位差。此時，將檢測該電流值的電流檢測器作為本發明的振動檢測裝置使用，檢測來自該電流檢測器的信號和作為通過信號生成裝置生成的信號的電壓信號的相位差即可。
圖7表示為本發明的實施例2的振動型馬達的控制電路。另外，在本實施例中，對于與實施例1共通的構成要素給與相同的符號省略其說明。
本實施例是改良在上述的實施例1中說明的圖2的電路技術，廢除用于將向壓電元件15施加的電壓脈沖化的比較器7，代之以將從脈沖生成電路2輸出的脈沖信號A+用于相位差檢測，在這一點上與實施例1不同。另外，為了使從比較器8輸出的脈沖信號的極性與實施例1相反，改變比較器8的輸入端子的關系。通過采用這樣的構成，與實施例1相比，電路構成變得簡單。關于將脈沖信號的極性倒過來的目的以后敘述。
圖8是表示通過圖7所示的電路構成檢測相位差時的驅動頻率和相位差的關系的圖表。在實施例1那樣的構成的電路中，如圖6所示，與脈沖寬度的大小無關，對驅動頻率的相位差幾乎呈同一特性，但是，在本實施例中，由于使用從脈沖生成電路2輸出的脈沖信號，計測與頻率信號的相位差，因此，在相位差信息中，也包含在驅動電路3的相位延遲。驅動電路3中的相位延遲根據脈沖寬度而不同，因此，如圖8所示，相位差特性根據脈沖寬度而變化。
另外，在圖8所示的特性中，相位差在120°(非驅動狀態)～300°(共振驅動狀態)，如以上所述，這是為了使比較器8的輸入信號的極性與實施例1相反。如果不這樣將極性倒過來，相位差特性有可能出現在360°上下，相位差檢測電路9會出現誤動作。
這樣，在本實施例中，由于相位差特性根據設定的脈沖寬度而不同，因此，在檢測相位差并進行判別時，有必要根據設定的脈沖寬度改變成為檢測相位差的判斷基準的閾值。為了實現該動作，可以在CPU1的內部或者外部的存儲器(圖中沒有示出)中預先存儲脈沖寬度和相位差的閾值對應的表數據。例如，可以如以下存儲對于小的脈沖寬度，作為第1相位差存儲Pd1；對于中間的脈沖寬度，存儲Pd2；對于大的脈沖寬度，存儲Pd3。
圖9是表示在本實施例中的CPU1的控制內容的流程圖。而且，在本流程圖中，對于與實施例1相同內容的步驟，也給與了與實施例1同樣的符號。
在圖9中，在Step1開始本流程的執行后，CPU1在Step2對脈沖生成電路2設定啟動時的驅動頻率f1和脈沖寬度P1。啟動時的驅動頻率f1和脈沖寬度P1的決定方法與實施例1同樣。
接著，在Step3，對脈沖生成電路2進行振動型馬達4的啟動指令。然后，在Step4，從速度檢測電路6讀入振動型馬達4的速度信息，并根據該速度信息在Step5決定驅動頻率。驅動頻率的決定方法與實施例1同樣。接著，在Step6，從相位差檢測電路9讀入相位差信息。
在此，在Step14，從存儲器內的表數據取得與此時的脈沖寬度對應的相位差閾值Pdx(例如x＝1～3)。接著，在Step7，比較在Step14取得的閾值Pdx和在Step6讀入的相位差信息，如果相位差信息在閾值Pdx以上(即，如果相位差是表示與Pdx相比更接近共振驅動狀態的低頻驅動狀態的值)，在Step8，使脈沖寬度增加規定的脈沖寬度。在此，與實施例1同樣，脈沖寬度的上限是占空比為50％。然后前進到Step9，對脈沖生成電路2設定該增加后的脈沖寬度和在Step5決定的驅動頻率。
如果相位差比閾值Pdx小(即，如果相位差是表示與Pdx相比遠離共振驅動狀態的高頻驅動狀態的值)，直接前進到Step9，對脈沖生成電路2設定在Step2、5決定的脈沖寬度P1和驅動頻率。
然后，在Step10，檢測是否從外部的操作電路發出馬達的停止指令。如果馬達停止指令還沒有發出，前進到Step11。由于在本實施例中，與實施例1同樣，使用CPU1的時間中斷按一定周期進行控制而構成，所以，在Step11，使動作暫時停止直到下一個時間中斷的時刻。如果在Step10已發出馬達停止指令，在Step12，使振動型馬達4停止。
如以上說明，根據實施例2，即使在采用隨脈沖寬度(頻率信號的電壓)而相位差特性不同那樣的電路構成的情況下，也可以得到與實施例1同樣的效果。另外，在本實施例中，在圖9的Step14，對于使用將相當于其時點的脈沖寬度的相位差的閾值Pdx存儲在存儲器中的表數據進行決定的情況進行了說明，但是，本發明不限于此，也可以根據脈沖寬度的值利用計算式決定閾值Pdx。
在上述實施例中，說明了在啟動時較小地設定脈沖寬度，根據檢測出的相位差使脈沖寬度增加的控制。但是，如果在馬達驅動中負荷減少，則試圖維持在目標速度的頻率控制的結果，驅動頻率增高。此時，如果繼續使脈沖寬度保持在大的狀態，則無用的電力消費有可能增大。因此，在本實施例中，為了解決上述問題，對實施例1進行進一步改善。由于控制電路的構成與實施例1中圖2所示的構成相同，因此，對于同樣的構成要素付加與實施例1同樣的符號進行說明。在此，僅對通過CPU1進行的控制內容參照圖10進行說明。
圖10的流程圖從振動型馬達4達到規定的速度(目標速度)后進行恒速控制的狀態開始。恒速控制以CPU1的時間中斷的間隔進行，因此，對從時間中斷發生到中斷處理結束的流程進行說明。
在Step101，時間中斷發生后，CPU1在Step102從速度檢測電路6讀入速度信息。然后，根據該速度信息在Step103決定驅動頻率。驅動頻率的決定方法與實施例1同樣。另外，在此時的脈沖寬度如實施例1說明的、是與啟動時的脈沖寬度P1相比增高了的脈沖寬度(頻率信號的第2電壓)。
在Step104，從相位差檢測電路9讀入相位差信息。然后，在Step105，判斷該相位差信息是否在規定值(第1相位差)Pdh以上。在此，相位差Pdh與在實施例1說明的同樣，如在圖6所示的，是以比共振頻率稍高的頻率進行驅動時的相位差，是與表示非驅動狀態的相位差相比更接近表示共振驅動狀態的相位差的值。
如果在Step105判斷為相位差在Pdh以上，則在Step106使脈沖寬度增加規定脈沖寬度，前進到Step109。在Step105判斷為相位差小于Pdh時，前進到Step107。
在Step107判斷相位差是否在Pd1(第二相位差)以下。在此，如圖6所示的，相位差Pd1是設定為與相位差Pdh相比在高頻驅動狀態側的值，是以即使使驅動頻率增加使驅動速度減少消費電力也不會大幅度減少的傾向開始出現的頻率驅動時的相位差。
如果在Step107判斷為相位差在Pd1以下(是與Pd1相比表示高頻驅動狀態的值)，則在Step108使脈沖寬度減小規定脈沖寬度。此時決定的脈沖寬度可以與在實施例1說明的啟動時的脈沖寬度P1相同，也可以是與此不同的脈沖寬度。然后，前進到Step109。另外，在Step107判斷為相位差不在Pd1以下時，直接前進到Step109。
在Step109，對脈沖生成電路2設定在Step103決定的驅動頻率和在Step106、108決定的或者原本設定脈沖寬度。
之后，繼續以決定的驅動頻率和脈沖寬度驅動直到在Step110中斷動作結束下一個實踐中斷發生。
如以上說明的，在本實施例中，可以在馬達的啟動結束進行恒速控制期間，在馬達的負荷狀態變化時調整脈沖寬度。即，在相對負荷馬達的輸出有余量時減少脈沖的寬度，在沒有余量時增加驅動脈沖。根據馬達的負荷狀態抑制消費電力。
另外，對于本實施例中的規定值Pd1，與實施例2同樣，也可以根據脈沖的寬度(頻率信號的電壓)進行變更。
在以上說明的實施例中，對在根據振動型馬達4的驅動速度決定驅動頻率后，根據檢測出的相位差決定脈沖寬度的情況進行了說明。此時，在負荷大幅度增大的情況下，或者由于振動型馬達4的輸出性能惡化而不能以希望的目標速度進行驅動的情況下，有可能給與振動型馬達的驅動頻率變得比共振頻率還低，驅動速度降低。
本實施例是為了解決上述問題而對實施例3加以改進的技術。控制電路的構成與實施例3(實施例1)相同，因此省略其說明，在此只對在CPU1執行的控制內容參照圖11所示的流程圖進行說明。另外，在本流程圖中，對于相同內容的步驟給與了與實施例3同樣的符號。
在圖11中，在Step101中斷發生后，CPU1在Step2從相位差檢測電路9讀入相位差信息。
接著，在Step121，判斷讀入的相位差信息是否在90°以下。如以上所述，在以共振頻率驅動振動型馬達4時，相位差成為90°，在相位差比90°大時，即使使振動型馬達4的驅動頻率減少，振動型馬達4的驅動速度也不增加。因此，在相位差比90°大時，在Step122使驅動頻率增加，設定驅動頻率使其比共振頻率高。然后，前進到Step105。
另一方面，在Step121判斷為相位差在90°以下時，在Step123從速度檢測電路6讀入速度信息，在Step124根據該速度信息決定驅動頻率。驅動頻率的決定方法與實施例3(實施例1)同樣。然后，前進到Step105。
在Step105，判斷相位差是否在規定值Pdh以上。如果在Pdh以上，在Step106使脈沖寬度增加規定脈沖寬度，前進到Step109。如果相位差不在Pdh以上，前進到Step107。
在Step107，判斷相位差是否在Pd1以下。如果在Pd1以下，在Step108使脈沖寬度減小規定脈沖寬度，前進到Step109。而且，規定值Pdh以及Pd1與實施例3同樣。另外，在相位差不在Pd1以下時，直接前進到Step109。
在Step109，對脈沖生成電路2設定在Step122或者124決定的驅動頻率和在Step106、108決定的或者原本設定的脈沖寬度。之后，在Step110結束中斷動作。
如以上說明的，在本實施例中，判斷在決定驅動頻率之前相位差是否成為90°以下，如果大于90°(如果與共振驅動狀態相比在低頻驅動狀態側)，使驅動頻率增加，如果在90°以下(如果與共振驅動狀態相比在高頻驅動狀態側)決定與驅動速度相應的驅動頻率。因此，即使在負荷大幅度增大或振動型馬達4的輸出性能惡化的情況下，振動型馬達4也不會停止，而是以與此時能夠輸出的最大速度接近的速度進行驅動。
另外，在本實施例中，采用在相位差大于90°時在Step122一律使驅動頻率增加的構成，但是，也可以不改變驅動頻率而保持驅動頻率(即禁止或限制驅動頻率的降低)。
參照圖12的流程圖對在振動型馬達4的驅動中減少設定目標速度時的CPU1的動作進行說明。在本實施例中，對與實施例1中說明的加速控制相反的減速控制進行說明。由于控制電路的構成與實施例1同樣，因此省略其詳細說明。
在圖12中，在Step301時間中斷發生后，CPU1在Step302從速度檢測電路6讀入速度信息，在Step303根據該速度信息決定驅動頻率。驅動頻率的決定方法與實施例1同樣。然后，前進到Step304。
在Step304，從相位差檢測電路9讀入相位差信息。然后，在Step305，判斷讀入的相位差是否在規定值Pdh以上。如果在規定值Pdh以上，則在Step306使脈沖寬度減小規定的脈沖寬度，前進到Step307。如果相位差不在Pdh以上，則前進到Step307。
在Step307，對脈沖生成電路2設定在Step303決定的驅動頻率和在Step306決定的或原本設定的脈沖寬度。之后，在Step308結束中斷動作。
綜上所述，在本實施例中，在振動型馬達4的驅動中減少設定目標速度時，由于在相位差為規定值Pdh以上時使脈沖寬度減小，所以能降低電力消耗。
權利要求
1.一種振動型驅動器的控制裝置，對電氣-機械能量變換元件施加頻率信號而在彈性體上激起振動并相對驅動上述彈性體和與上述彈性體接觸的接觸體，其特征在于，具備生成上述頻率信號的信號生成單元；檢測上述彈性體的振動狀態的振動檢測單元；檢測在上述信號生成單元中生成的信號和來自上述振動檢測單元的輸出信號的相位差的相位差檢測單元；和控制在上述信號生成單元中生成的上述頻率信號的頻率和電壓的控制單元；其中，上述控制單元根據由上述相位差檢測單元檢測出的相位差來控制上述頻率信號的電壓。
2.如權利要求1所述的振動型驅動器的控制裝置，其特征在于，上述控制單元控制上述頻率信號的頻率，并且，當上述檢測出的相位差與第1相位差相比是更能表示高頻驅動狀態的值時，將上述頻率信號的電壓設定為第1電壓，當上述檢測出的相位差與上述第1相位差相比是更能表示低頻驅動狀態的值時，提高上述頻率信號的電壓。
3.如權利要求2所述的振動型驅動器的控制裝置，其特征在于，上述第1相位差是表示與非驅動狀態相比更接近共振驅動狀態的驅動狀態的相位差。
4.如權利要求2所述的振動型驅動器的控制裝置，其特征在于，上述控制單元為了使上述振動型驅動器的驅動速度接近目標速度而進行控制；上述第1電壓是即使上述振動型驅動器通過具有該電壓的上述頻率信號而成為共振驅動狀態，上述振動型驅動器的驅動速度也不能達到上述目標速度的電壓。
5.如權利要求2所述的振動型驅動器的控制裝置，其特征在于，上述控制單元根據上述頻率信號的電壓來改變上述第1相位差的值。
6.如權利要求2所述的振動型驅動器的控制裝置，其特征在于，上述控制單元在上述頻率信號的電壓被設定為第2電壓的狀態下，在上述檢測出的相位差成為比與上述第1相位差不同的第2相位差更能表示高頻驅動狀態的值時，使上述頻率信號的電壓低于上述第2電壓。
7.如權利要求6所述的振動型驅動器的控制裝置，其特征在于，上述第2相位差與上述第1相位差相比是更能表示高頻驅動狀態的相位差。
8.如權利要求6所述的振動型驅動器的控制裝置，其特征在于，上述控制單元根據上述頻率信號的電壓來改變上述第2相位差的值。
9.如權利要求1所述的振動型驅動器的控制裝置，其特征在于，上述控制單元在上述檢測出的相位差是表示上述振動型驅動器的共振狀態的值時，限制上述頻率信號的頻率減少或者使其增加。
10.如權利要求1所述的振動型驅動器的控制裝置，其特征在于，上述信號生成單元具有生成脈沖信號的脈沖生成部和利用上述脈沖信號來生成上述頻率信號的驅動部；上述控制單元通過使上述脈沖信號的脈沖寬度增減來控制上述頻率信號的電壓。
11.如權利要求2所述的振動型驅動器的控制裝置，其特征在于，上述控制單元只在上述檢測出的相位差與第1相位差相比是更能表示低頻驅動狀態的值時，提高上述頻率信號的電壓。
12.一種使用振動型驅動器的裝置，其特征在于，具有權利要求1～11中任意1項所述的控制裝置；將由上述控制裝置控制的振動型驅動器作為驅動源。
13.一種振動型驅動器的控制方法，對電氣-機械能量變換元件施加頻率信號而在彈性體上激起振動并相對驅動上述彈性體和與上述彈性體接觸的接觸體，其特征在于，具備檢測上述彈性體的振動狀態的步驟；檢測上述頻率信號或用于生成上述頻率信號的信號與上述振動狀態的檢測信號的相位差的步驟；和控制上述頻率信號的頻率和電壓的控制步驟；其中，在上述控制步驟中，根據上述檢測出的相位差來控制上述頻率信號的電壓。
14.如權利要求13所述的振動型驅動器的控制方法，其特征在于，在上述控制步驟中，控制上述頻率信號的頻率，并且，當上述檢測出的相位差與第1相位差相比是更能表示高頻驅動狀態的值時，將上述頻率信號的電壓設定為第1電壓，當上述檢測出的相位差與第1相位差相比是更能表示低頻驅動狀態的值時，提高上述頻率信號的電壓。
15.如權利要求14所述的振動型驅動器的控制方法，其特征在于，上述第1相位差是表示與非驅動狀態相比更接近共振驅動狀態的驅動狀態的相位差。
16.如權利要求14所述的振動型驅動器的控制方法，其特征在于，在上述控制步驟中，為了使上述振動型驅動器的驅動速度接近目標速度而進行控制；上述第1電壓是即使上述振動型驅動器通過具有該電壓的上述頻率信號而成為共振驅動狀態，上述振動型驅動器的驅動速度也不能達到上述目標速度的電壓。
17.如權利要求14所述的振動型驅動器的控制方法，其特征在于，在上述控制步驟中，根據上述頻率信號的電壓來改變上述第1相位差的值。
18.如權利要求14所述的振動型驅動器的控制方法，其特征在于，在上述控制步驟中，在上述頻率信號的電壓被設定為第2電壓的狀態下，當上述檢測出的相位差成為比與上述第1相位差不同的第2相位差更能表示高頻驅動狀態的值時，使上述頻率信號的電壓低于上述第2電壓。
19.如權利要求18所述的振動型驅動器的控制方法，其特征在于，上述第2相位差與上述第1相位差相比是更能表示高頻驅動狀態的相位差。
20.如權利要求18所述的振動型驅動器的控制方法，其特征在于，在上述控制步驟中，根據上述頻率信號的電壓來改變上述第2相位差的值。
21.如權利要求13所述的振動型驅動器的控制方法，其特征在于，在上述控制步驟中，當上述檢測出的相位差是表示上述振動型驅動器的共振狀態的值時，限制上述頻率信號的頻率減少或使其增加。
22.如權利要求14所述的振動型驅動器的控制方法，其特征在于，在上述控制步驟中，只在上述檢測出的相位差與第1相位差相比是更能表示低頻驅動狀態的值時，提高上述頻率信號的電壓。
全文摘要
本發明提供一種振動型驅動器的控制裝置及控制方法，該方法具有檢測驅動器中的彈性體的振動狀態的步驟；檢測施加到驅動器上的頻率信號或者用于生成頻率信號的信號和振動狀態的檢測信號的相位差的步驟；以及控制頻率信號的頻率和電壓的控制步驟；其中，在控制步驟中，根據檢測出的相位差來控制頻率信號的電壓。能夠與振動型驅動裝置的特性、負荷及生成頻率信號的電路的特性變化無關，以低電力消耗來實現高效驅動。
文檔編號H01L41/04GK1601879SQ200410011718
公開日2005年3月30日 申請日期2004年9月24日 優先權日2003年9月25日
發明者山本新治 申請人:佳能株式會社