用于驅(qū)動超聲波馬達(dá)的方法、超聲波馬達(dá)和機(jī)械臂的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種驅(qū)動超聲波馬達(dá)的方法、超聲波馬達(dá)和機(jī)械臂。用于驅(qū)動超聲波馬達(dá)的方法包括：設(shè)置上限旋轉(zhuǎn)速度和下限頻率，該上限旋轉(zhuǎn)速度低于預(yù)定工作溫度范圍的最低溫度處的諧振頻率處的旋轉(zhuǎn)速度，并且下限頻率大于或等于在工作溫度范圍的最高溫度處的諧振頻率；并且當(dāng)超聲波馬達(dá)啟動時，超聲波馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度變得低于上限旋轉(zhuǎn)速度，并且以高于下限頻率的驅(qū)動頻率驅(qū)動超聲波馬達(dá)。
【專利說明】用于驅(qū)動超聲波馬達(dá)的方法、超聲波馬達(dá)和機(jī)械臂
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲波馬達(dá)(ultrasonic motor)、用于驅(qū)動超聲波馬達(dá)的電路和使用該電路的驅(qū)動方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在相關(guān)技術(shù)中，已知超聲波馬達(dá)的頻率特性根據(jù)溫度的變化而改變，因此難于準(zhǔn)確地控制這類馬達(dá)的操作。通常，隨著溫度升高，超聲波馬達(dá)的振蕩器的諧振頻率減小，而且，最大旋轉(zhuǎn)速度(即，當(dāng)以諧振頻率驅(qū)動超聲波馬達(dá)時獲得的旋轉(zhuǎn)速度)增加。當(dāng)以低于超聲波馬達(dá)的振蕩器的諧振頻率的頻率驅(qū)動超聲波馬達(dá)時，操作變得不穩(wěn)定，旋轉(zhuǎn)速度明顯降低，并且可控制性劣化。除此之外，在一些情況下，大電流的流動損壞超聲波馬達(dá)或驅(qū)動電路。
[0003]通常，當(dāng)處于靜止?fàn)顟B(tài)的超聲波馬達(dá)開始被驅(qū)動時，首先施加具有比啟動超聲波馬達(dá)的頻率高的驅(qū)動頻率的交流驅(qū)動電壓。然后，驅(qū)動頻率降低以開始旋轉(zhuǎn)超聲波馬達(dá)，并因此調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度。通常，超聲波馬達(dá)的工作溫度范圍被確定并且需要工作溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定操作。
[0004]由此，必須使用某種技術(shù)來處理超聲波馬達(dá)的振蕩器的諧振頻率中的由溫度導(dǎo)致的變化，并且總是以比諧振頻率高的頻率驅(qū)動馬達(dá)。
[0005]作為解決上述缺陷的方法，日本專利公開N0.7-59367公開了一種方法，在該方法中使用了存儲關(guān)于下限頻率fL (下限頻率fL是在高于預(yù)定工作溫度范圍的最低溫度處的諧振頻率的頻率)的數(shù)據(jù)的存儲器以及執(zhí)行控制以使得頻率高于下限頻率的振蕩控制電路。該最低溫度指的是在用戶估計(jì)的工作溫度范圍內(nèi)的下限溫度。
[0006]圖10是示出用于在日本專利公開N0.7-59367中描述的超聲波馬達(dá)的驅(qū)動方法的概念圖。估計(jì)的工作溫度范圍為-20° C到+60° C，并且圖10示出在-20° C、+20° C和+60° C的典型溫度處的驅(qū)動頻率f與旋轉(zhuǎn)速度N之間的關(guān)系。在圖10中示出超聲波馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度和所施加的驅(qū)動頻率之間的關(guān)系的共同示例。如圖中所示，當(dāng)溫度升高時，諧振頻率降低，并且諧振頻率處的旋轉(zhuǎn)速度增大。
[0007]在以下限頻率fL進(jìn)行驅(qū)動的情況下，現(xiàn)假設(shè)在-20° C、+20° C和+60° C處的旋轉(zhuǎn)速度分別為NmUNmM和NmH，并且在-20° C、+20° C和+60° C處的諧振頻率分別為frL、frM和frH。此外，在各個溫度下以諧振頻率進(jìn)行驅(qū)動的情況下，現(xiàn)在假設(shè)旋轉(zhuǎn)速度為NrL, NrM和NrH。術(shù)語最高溫度指的是在由用戶估計(jì)的工作溫度范圍中的上限溫度。
[0008]下限頻率fL被設(shè)置為在以上設(shè)置的最低溫度處穩(wěn)定地獲得與最大旋轉(zhuǎn)速度NrL接近的旋轉(zhuǎn)速度的頻率，并且頻率數(shù)據(jù)被存儲在存儲器中。在該狀態(tài)下，諧振控制電路基于存儲在存儲器中的信息以比下限頻率fL高的頻率執(zhí)行驅(qū)動。當(dāng)使用這樣的方法執(zhí)行驅(qū)動時，驅(qū)動頻率在整個溫度范圍上不會落到比所有諧振頻率frL、frM和frH低的頻率區(qū)域中。
[0009]作為解決上述缺陷的另一方法，日本專利公開N0.6-296378公開了一種方法，在該方法中，基于由在超聲波馬達(dá)附近布置的溫度傳感器檢測的溫度來校正這樣的下限頻率的值。
[0010]圖11是示出在日本專利公開N0.6-296378中描述的要基于溫度而被設(shè)定的下限頻率的改變的示意圖。
[0011]如上所述，因?yàn)槌暡R達(dá)的諧振頻率隨著溫度改變而變化，所以考慮到諧振頻率的溫度依賴性來設(shè)置下限頻率。具體地，在存儲器中存儲圖11中所示的在各溫度處的下限頻率的數(shù)據(jù)。因?yàn)殡S著増加的溫度，諧振頻率偏移到下限頻率側(cè)，下限頻率的值被設(shè)置為根據(jù)該偏移而減小。當(dāng)執(zhí)行控制時，與由溫度傳感器檢測的溫度對應(yīng)的下限頻率被從存儲器讀取并且被設(shè)定。因?yàn)橄孪揞l率被設(shè)定為高于每個溫度處的諧振頻率，所以驅(qū)動頻率不會落到比各溫度條件下的諧振頻率低的頻率區(qū)域中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]在日本專利公開N0.7-59367中描述的超聲波馬達(dá)的驅(qū)動電路和驅(qū)動方法中，超聲波馬達(dá)可以只在比預(yù)定下限頻率fL高的頻率處被驅(qū)動。為此，從圖10看出，最低溫度處的最大旋轉(zhuǎn)速度為NmL，而最高溫度處的最大旋轉(zhuǎn)速度降到NmH。例如，在一些類型的馬達(dá)中或者在ー些工作溫度范圍中，在溫度升高之后獲得的最大旋轉(zhuǎn)速度降到大約在溫度升高之前獲得的最大旋轉(zhuǎn)速度的一半。
[0013]因此，難于對エ業(yè)機(jī)器人等應(yīng)用超聲波馬達(dá)，在エ業(yè)機(jī)器人中，出現(xiàn)因頻繁地重復(fù)旋轉(zhuǎn)的啟動和停止而引起的馬達(dá)溫度的明顯變化，并且不管溫度如何都必須保持恒定的最大旋轉(zhuǎn)速度。
[0014]在日本專利公開N0.6-296378中描述的超聲波馬達(dá)的驅(qū)動方法中，因?yàn)橄孪揞l率根據(jù)因溫度變化導(dǎo)致的諧振頻率的變化而改變，所以最大旋轉(zhuǎn)速度不會降低；然而，檢測溫度的傳感器是必需的，由此導(dǎo)致成本増加。
[0015]本發(fā)明提供一種用于具有較便宜配置的超聲波馬達(dá)的驅(qū)動電路和驅(qū)動方法，在該驅(qū)動電路和驅(qū)動方法中，即使在超聲波馬達(dá)中出現(xiàn)溫度的變化,也可以抑制最大旋轉(zhuǎn)速度的變化，并且驅(qū)動頻率在每個溫度處不會變得低于或等于諧振頻率。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動諧振馬達(dá)的方法中，通過施加交流驅(qū)動電壓來驅(qū)動超聲波馬達(dá)。驅(qū)動方法包括設(shè)置比在預(yù)定工作溫度范圍的最低溫度處的諧振頻率處的旋轉(zhuǎn)速度低的上限旋轉(zhuǎn)速度Ns以及大于或等于在工作溫度范圍的最高溫度處的諧振頻率的下限頻率Fs，并且當(dāng)超聲波馬達(dá)啟動時，超聲波馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度變得低于上限旋轉(zhuǎn)速度Ns并且頻率控制電路輸出高于下限頻率Fs的驅(qū)動頻率。
[0017]根據(jù)參照附圖對示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的更多特征將變清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是示出超聲波馬達(dá)的驅(qū)動電路的示意圖。
[0019]圖2示出在超聲波馬達(dá)的驅(qū)動電路中的兩個驅(qū)動電壓波形。
[0020]圖3是示出超聲波馬達(dá)的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0021]圖4示出超聲波馬達(dá)的溫度特性以及第一實(shí)施例中的上限旋轉(zhuǎn)速度Ns與下限頻率Fs之間的關(guān)系。
[0022]圖5是示出目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的示意圖。[0023]圖6是示出用于超聲波馬達(dá)的驅(qū)動方法的流程圖。
[0024]圖7A、7B和7C分別示出每個溫度處的可用頻率范圍。
[0025]圖8示出使用超聲波馬達(dá)的機(jī)械臂。
[0026]圖9示出第二實(shí)施例中的超聲波馬達(dá)的驅(qū)動狀態(tài)。
[0027]圖10示出在日本專利公開N0.7-59367中描述的超聲波馬達(dá)的溫度特性和可用頻
率范圍。
[0028]圖11是示出在日本專利公開N0.6-296378中描述的基于溫度的下限頻率的變化的概念圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下將參照附圖描述用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
[0030]第一實(shí)施例
[0031]在本實(shí)施例中，基于要使用的超聲波馬達(dá)的特性，通過施加交流驅(qū)動電壓而驅(qū)動的超聲波馬達(dá)的工作溫度范圍被估計(jì)為+10° C到+80° C。
[0032]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)用于驅(qū)動超聲波馬達(dá)的方法的驅(qū)動電路的基本配置的示意圖。
[0033]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)用于驅(qū)動超聲波馬達(dá)的方法的驅(qū)動電路包括頻率生成電路1、驅(qū)動波形生成電路2、超聲波馬達(dá)3、用作旋轉(zhuǎn)檢測設(shè)備的編碼器4、存儲器5和頻率控制電路6。
[0034]頻率生成電路I由以200MHz的時鐘頻率驅(qū)動的11位計(jì)數(shù)器構(gòu)成。當(dāng)下面將描述的具有由頻率控制電路6輸出的驅(qū)動頻率F的信號被輸入到頻率生成電路I時，其輸出具有為驅(qū)動頻率F的四倍的頻率的脈沖信號F’。
[0035]驅(qū)動波形生成電路2由通過使用頻率生成電路I的輸出F’作為時鐘頻率而被驅(qū)動的分頻器和兩個D觸發(fā)器構(gòu)成。如上所述，驅(qū)動波形生成電路2能夠生成相位差為90度的兩個驅(qū)動電壓波形。
[0036]超聲波馬達(dá)3是行波類型的并且包括編碼器4，該編碼器4檢測在開始驅(qū)動之后獲得的與超聲波馬達(dá)3的旋轉(zhuǎn)角相關(guān)的當(dāng)前位置。
[0037]存儲器5存儲上限旋轉(zhuǎn)速度Ns和下限頻率Fs。
[0038]頻率控制電路6通過使用關(guān)于由編碼器4檢測的與超聲波馬達(dá)3的旋轉(zhuǎn)角相關(guān)的當(dāng)前位置的信息，來計(jì)算當(dāng)前旋轉(zhuǎn)速度Nn。然后，頻率控制電路6通過使用關(guān)于當(dāng)前旋轉(zhuǎn)速度Nn和當(dāng)前驅(qū)動頻率Fn的信息，計(jì)算隨后的指令頻率Fe，并且將隨后的指令頻率Fe輸出到頻率生成電路I。將在驅(qū)動方法部分中詳細(xì)描述計(jì)算隨后的指令頻率Fe的方法。圖2示出用于超聲波馬達(dá)3的驅(qū)動電路中的兩個驅(qū)動電壓波形。兩個D觸發(fā)器的輸出彼此相位差為90度，并且輸出驅(qū)動超聲波馬達(dá)3所需的A相位和B相位的兩個驅(qū)動波形。通過頻率控制電路6改變A相位和B相位的驅(qū)動波形的頻率并且以基于驅(qū)動頻率的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)超聲波馬達(dá)3。
[0039]圖3是示出超聲波馬達(dá)3的結(jié)構(gòu)的截面圖。超聲波馬達(dá)3包括轉(zhuǎn)子7、由壓電元件8和彈性體9構(gòu)成的振動體10、軸11和外殼12。轉(zhuǎn)子7和振動體10是環(huán)形組件并且外殼12具有筒形。軸11和轉(zhuǎn)子7彼此連接。通過驅(qū)動電路的輸出使得壓電元件8生成行波并且轉(zhuǎn)子7被驅(qū)動，由此導(dǎo)致軸11的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
[0040]接下來，將描述根據(jù)本實(shí)施例的驅(qū)動方法。圖4示出在某些溫度處的超聲波馬達(dá)3的旋轉(zhuǎn)速度N和驅(qū)動頻率F之間的關(guān)系。在圖4中，Ns表示上限旋轉(zhuǎn)速度，F(xiàn)s表示下限頻率。Frl、Fr2和Fr3分別表示在+10° C、+45° C和+80° C處的諧振頻率。Nrl、Nr2和Nr3表示在各溫度處以諧振頻率進(jìn)行驅(qū)動的情況下的旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)在+10° C、+45° C和+80° C處以高于諧振頻率的頻率驅(qū)動超聲波馬達(dá)3的情況下，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到上限旋轉(zhuǎn)速度Ns時獲得的驅(qū)動頻率分別為Fnsl、Fns2和Fns3。Fnsl是在本實(shí)施例中的與在+10° C到+80° C的工作溫度范圍的最低溫度(這里+10° C)處設(shè)置的上限旋轉(zhuǎn)速度Ns對應(yīng)的驅(qū)動頻率。在以下描述中，根據(jù)需要Fnsl可以被稱為“Fns (低)”。另一方面，F(xiàn)ns3可以被稱為“Fns(高)”，這是因?yàn)槠涫枪ぷ鳒囟确秶淖罡邷囟忍幍闹怠Ｖ劣谙鄬τ谠诿總€溫度處的超聲波馬達(dá)3的驅(qū)動頻率而言的旋轉(zhuǎn)速度的特性，在以比諧振頻率高的頻率執(zhí)行驅(qū)動的情況下，隨著頻率降低，旋轉(zhuǎn)速度增加；然而，在以比諧振頻率低的頻率執(zhí)行驅(qū)動的情況下，隨著頻率降低，旋轉(zhuǎn)速度降低。因?yàn)橥ǔＲ员戎C振頻率高的頻率驅(qū)動超聲波馬達(dá)，所以施加用以停止超聲波馬達(dá)3的高頻率驅(qū)動電壓并且頻率被降低，從而超聲波馬達(dá)3被以期望的旋轉(zhuǎn)速度操作。此時，驅(qū)動頻率沒有一 口氣地變?yōu)榕c目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度對應(yīng)的值，而是逐漸掃過，由此，允許穩(wěn)定的控制。
[0041]為了確定上限旋轉(zhuǎn)速度Ns，首先，在使超聲波馬達(dá)3保持在最低溫度處的情況下，施加以下范圍內(nèi)的頻率:在該范圍中，頻率足夠高于在最低溫度處的諧振頻率Frl以及在該范圍中，超聲波馬達(dá)3沒有被驅(qū)動。然后，在使驅(qū)動頻率F遞減恒定值直到驅(qū)動頻率F到達(dá)諧振頻率Frl的同時驅(qū)動超聲波馬達(dá)3，并且確定當(dāng)驅(qū)動頻率F到達(dá)諧振頻率Frl時獲得的旋轉(zhuǎn)速度Nrl。最后，將上限旋轉(zhuǎn)速度Ns設(shè)置為在諧振頻率Frl處的旋轉(zhuǎn)速度與當(dāng)驅(qū)動超聲波馬達(dá)3時給出的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度No的最大值Nom之間。在本實(shí)施例中，作為目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度No，估計(jì)目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度No的值根據(jù)時間變化所沿的旋轉(zhuǎn)速度的路徑No (t)(參見圖5)。這里，t表示時間，ts和te分別表示控制開始時間和控制結(jié)束時間。在給出圖5所示的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的路徑的情況下，當(dāng)目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度到達(dá)最大水平時獲得的值為Nom。
[0042]在本發(fā)明中，首先，設(shè)置上限旋轉(zhuǎn)速度Ns和下限頻率Fs，上限旋轉(zhuǎn)速度Ns低于預(yù)定工作溫度范圍的最低溫度處的諧振頻率處的旋轉(zhuǎn)速度，并且下限頻率Fs大于或等于在工作溫度范圍的最高溫度處的諧振頻率。然后，可以以超聲波馬達(dá)3的旋轉(zhuǎn)速度低于上限旋轉(zhuǎn)速度Ns的驅(qū)動頻率F (其高于下限頻率Fs)驅(qū)動超聲波馬達(dá)3。在這樣的配置中，即使在超聲波馬達(dá)3中出現(xiàn)溫度變化時,也可以抑制最大旋轉(zhuǎn)速度的變化,在每個溫度處驅(qū)動頻率都不會變得低于或等于諧振頻率，并且可以驅(qū)動具有不太昂貴配置的超聲波馬達(dá)3。
[0043]為了確定下限頻率Fs，首先，在使超聲波馬達(dá)3保持在最高溫度處的情況下，施加在如下范圍內(nèi)的頻率:在該范圍內(nèi)，頻率足以高于在最高溫度處的諧振頻率Fr3，并且在該范圍內(nèi)超聲波馬達(dá)3未被驅(qū)動。然后，在使超聲波馬達(dá)3保持在最高溫度處的情況下，如上所述，施加用以停止超聲波馬達(dá)3的高頻驅(qū)動電壓并且降低驅(qū)動頻率F直到超聲波馬達(dá)3的旋轉(zhuǎn)速度N到達(dá)上限旋轉(zhuǎn)速度Ns。確定當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度N到達(dá)上限旋轉(zhuǎn)速度Ns時獲得的驅(qū)動頻率Fns3 (=Fns (高))的值。下限頻率Fs被設(shè)為落在從諧振頻率Fr3到驅(qū)動頻率Fns3(=Fns (高))的范圍內(nèi)。此時，如果工作溫度范圍的最大值被設(shè)為超聲波馬達(dá)3的溫度升高的極限值，則當(dāng)以下限頻率Fs持續(xù)驅(qū)動時馬達(dá)溫度可能超過極限值。為此，更期望為馬達(dá)溫度的極限值留出余量并且設(shè)置工作溫度范圍的最大值。這樣的設(shè)定的下限頻率Fs可以使得即使在工作溫度范圍內(nèi)的較高溫度處執(zhí)行驅(qū)動時也能有效地抑制旋轉(zhuǎn)速度的降低并且保持最大旋轉(zhuǎn)速度。
[0044]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的超聲波馬達(dá)3的驅(qū)動方法的流程圖。
[0045]首先，上限旋轉(zhuǎn)速度Ns和下限頻率Fs被寫在存儲器5上(步驟S1 )。然后設(shè)定目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度No (步驟S2)。此外，作為初始驅(qū)動頻率Fn，設(shè)定足夠高于最低溫度處的諧振頻率Frl的頻率(步驟S3)。
[0046]隨后，以設(shè)定的驅(qū)動頻率Fn執(zhí)行驅(qū)動，并且檢測當(dāng)前旋轉(zhuǎn)速度Nn (步驟S4)，并且通過使用目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度No和當(dāng)前旋轉(zhuǎn)速度Nn來計(jì)算頻率變化量Λ F (步驟S5)。例如，如果假設(shè)控制旋轉(zhuǎn)速度Ν的方法是Ρ (比例)控制，則AF=kp(Nn-No)(其中kp是比例増益)的關(guān)系有效。這里，頻率改變量ΛF的絕對值I AF|與頻率改變量的預(yù)定上限值A(chǔ)Fo進(jìn)行比較(步驟S6)。如果I AF|的值大于或等于AFo，則執(zhí)行控制以滿足關(guān)系I AF| = AFo(步驟S7)。這里，頻率改變量的上限值ΛFo被設(shè)置為使得該值為比在最低溫度處的與上限旋轉(zhuǎn)速度Ns對應(yīng)的驅(qū)動頻率Fnsl和諧振頻率Frl之間的差的絕對值更小的正值。這可以防止驅(qū)動頻率在每個溫度處變?yōu)樾∮诨虻扔谥C振頻率。此外，當(dāng)頻率變化量小于或等于AFo時，可以在逐漸掃頻的同時執(zhí)行驅(qū)動，由此允許穩(wěn)定的控制。隨后，上限旋轉(zhuǎn)速度Ns被與電流旋轉(zhuǎn)速度Nn比較(步驟S8)。如果當(dāng)前旋轉(zhuǎn)速度Nn小于或等于上限旋轉(zhuǎn)速度Ns，則把通過將AF添加到當(dāng)前驅(qū)動頻率Fn獲得的值設(shè)定為隨后的指令頻率Fc (步驟S9)。如果不是這樣，則檢查頻率變化量AF的符號(步驟S10)。當(dāng)AF的符號為正時，把通過將AF添加到當(dāng)前驅(qū)動頻率Fn獲得的值設(shè)定為指令頻率Fc (步驟S9)，否則，指令頻率Fc被設(shè)置為與當(dāng)前驅(qū)動頻率Fn相同的值(步驟S11)。
[0047]此外，指令頻率Fc被與下限頻率Fs比較(步驟S12)。只有當(dāng)指令頻率Fc小于或等于下限頻率Fs的值時，指令頻率Fc被設(shè)定為與下限頻率Fs相等的值(步驟S13)。最后，把指令頻率Fc的值設(shè)定作為驅(qū)動頻率Fn (步驟S14)。然后，重復(fù)執(zhí)行步驟S4到S14的處理，直到控制結(jié)束時間te (步驟S15)。根據(jù)上述方法驅(qū)動超聲波馬達(dá)3。
[0048]在根據(jù)本實(shí)施例驅(qū)動超聲波馬達(dá)3的情況下，圖7A、7B和7C分別示出在+10° C、+45° C和+80° C處的可用頻率范圍。作為示例，圖7A將被描述。當(dāng)超聲波馬達(dá)3的溫度為+10° C吋，驅(qū)動頻率F不會變得小于或等于諧振頻率Frl，并且可以執(zhí)行穩(wěn)定的驅(qū)動。如圖7B和7C所示，同樣，在+45° C和+80° C的溫度的情況下，驅(qū)動頻率F不會變得小于或等于各個諧振頻率Fr2和Fr3。在所有溫度處，超聲波馬達(dá)3的最大旋轉(zhuǎn)速度可以增加至上限旋轉(zhuǎn)速度Ns，并且可以抑制伴隨著溫度升高的最大旋轉(zhuǎn)速度的減小。
[0049]在上述實(shí)施例中，對于頻率生成電路1和驅(qū)動波形生成電路2，可以使用其它方案。在本實(shí)施例中，工作溫度范圍為+10° C到+80° C，或者可以調(diào)整到較寬的溫度范圍。此外，在計(jì)算頻率變化量AF的方法中，不僅可以使用P控制，還可以使用別的控制方案。此夕卜，給出目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度No的方法可以是另一方法。
[0050]第二實(shí)施例
[0051]省略與第一實(shí)施例中的部分類似的部分的描述，并且將僅主要描述不同部分。
[0052]將使用圖4描述下限頻率Fs的可設(shè)定范圍。
[0053]在第二實(shí)施例中，下限頻率Fs被設(shè)定為從在最高溫度處的與上限旋轉(zhuǎn)速度Ns對應(yīng)的驅(qū)動頻率Fns3 (=Fns (高))之上到在最低溫度處的與上限旋轉(zhuǎn)速度Ns對應(yīng)的驅(qū)動頻率Fnsl (=Fns (低))的范圍內(nèi)的頻率。此時，下限頻率Fs被設(shè)定在圖4中的斜線陰影區(qū)域之外的區(qū)域中。在第一實(shí)施例中，為了即使在最高溫度處也保持最大旋轉(zhuǎn)速度，將下限頻率Fs設(shè)定在斜線陰影區(qū)域中，而在第二實(shí)施例中，為了抑制溫度的升高，下限頻率Fs被設(shè)定在高于斜線陰影區(qū)域的區(qū)域中。
[0054]在第二實(shí)施例中，上述配置防止馬達(dá)溫度到達(dá)工作溫度范圍內(nèi)的上限+80° C。將使用圖9來描述原因。在圖9中，當(dāng)以下限頻率Fs執(zhí)行驅(qū)動時，T1表示旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到上限旋轉(zhuǎn)速度Ns的溫度，T2表示在T1升高微小溫度Λ Τ之后到達(dá)的溫度。溫度Τ1和Τ2分別低于工作溫度范圍內(nèi)的上限+80° C，并且高于工作溫度范圍內(nèi)的下限+10° CoTeq表示在溫度T1與T2之間指定的溫度。在根據(jù)圖6所示的驅(qū)動方法驅(qū)動超聲波馬達(dá)3的情況下，因?yàn)轵?qū)動頻率沒有變得低于下限頻率Fs，所以當(dāng)溫度升高到T2時，最大旋轉(zhuǎn)速度從上限旋轉(zhuǎn)速度Ns減小ΛΝ。旋轉(zhuǎn)速度的減小可以提供允許馬達(dá)的驅(qū)動的保留量，以使得馬達(dá)溫度降低。以此方式，馬達(dá)溫度升高，驅(qū)動頻率到達(dá)下限頻率Fs，由此，最大旋轉(zhuǎn)速度降低，并且然后馬達(dá)溫度降低。重復(fù)這些處理，使得馬達(dá)溫度在溫度Teq處達(dá)到平衡。因?yàn)闇囟萒eq是低于工作溫度范圍內(nèi)的上限值的值，所以抑制了在超過上限溫度的溫度處的超聲波馬達(dá)3的驅(qū)動。
[0055]如上所述，以超過工作溫度范圍的溫度驅(qū)動超聲波馬達(dá)導(dǎo)致特性劣化，其中例如，壓電元件的振動減小。為此，當(dāng)使用第二實(shí)施例時，可以以高溫度穩(wěn)定性和更高安全性驅(qū)動超聲波馬達(dá)。
[0056]第三實(shí)施例
[0057]根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動方法而被驅(qū)動的超聲波馬達(dá)3可以被應(yīng)用于機(jī)械臂，在該機(jī)械臂中，出現(xiàn)因頻繁地重復(fù)旋轉(zhuǎn)的啟動和停止而引起的馬達(dá)的溫度的顯著變化，并且不管溫度如何都必須保持恒定的最大旋轉(zhuǎn)速度。圖8示意性示出機(jī)械臂。在機(jī)械臂13中，多個連接物14被耦合，并且每個連接物14被用作致動器的超聲波馬達(dá)3驅(qū)動。
[0058]在根據(jù)本發(fā)明的用于超聲波馬達(dá)的驅(qū)動電路和驅(qū)動方法中，即使當(dāng)在超聲波馬達(dá)中出現(xiàn)溫度變化，也可以抑制最大旋轉(zhuǎn)速度的變化，驅(qū)動頻率不會在每個溫度處變得小于或等于諧振頻率，并且可以驅(qū)動具有不太昂貴配置的超聲波馬達(dá)。
[0059]雖然參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)被給予最寬的解釋以便包含所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
【權(quán)利要求】
1.一種用于驅(qū)動超聲波馬達(dá)的方法，該超聲波馬達(dá)是通過施加交流驅(qū)動電壓而被驅(qū)動的，所述方法包括: 在存儲器中設(shè)置上限旋轉(zhuǎn)速度和下限頻率，該上限旋轉(zhuǎn)速度低于在預(yù)定工作溫度范圍的最低溫度處的諧振頻率處的旋轉(zhuǎn)速度，并且下限頻率大于或等于在該工作溫度范圍的最高溫度處的諧振頻率；并且 當(dāng)超聲波馬達(dá)啟動時，由旋轉(zhuǎn)檢測設(shè)備檢測到的超聲波馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度變得低于上限旋轉(zhuǎn)速度，并且頻率控制電路輸出高于下限頻率的驅(qū)動頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動超聲波馬達(dá)的方法， 其中，上限旋轉(zhuǎn)速度被設(shè)定為在該工作溫度范圍的最低溫度處的諧振頻率處的旋轉(zhuǎn)速度與當(dāng)驅(qū)動超聲波馬達(dá)時給出的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的最大值之間的速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動超聲波馬達(dá)的方法， 其中，下限頻率被設(shè)定為從在該工作溫度范圍的最高溫度處的諧振頻率到與在該工作溫度范圍的最高溫度處的上限旋轉(zhuǎn)速度相對應(yīng)的驅(qū)動頻率的范圍內(nèi)的頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動超聲波馬達(dá)的方法， 其中，下限頻率被設(shè)定為從與在該工作溫度范圍的最高溫度處的上限旋轉(zhuǎn)速度相對應(yīng)的驅(qū)動頻率之上到與在該工作溫度范圍的最低溫度處的上限旋轉(zhuǎn)速度相對應(yīng)的驅(qū)動頻率的范圍內(nèi)的頻率。
5.一種超聲波馬達(dá)，包括通過施加交流驅(qū)動電壓而被驅(qū)動的振動體和與振動體接觸并被振動體的振動所驅(qū)動的轉(zhuǎn)子，所述超聲波馬達(dá)包括: 頻率生成電路，輸出具有基于輸入信號的頻率的頻率的信號； 驅(qū)動波形生成電路，把接收到的信號調(diào)整成具有相位差為90度的驅(qū)動電壓波形的兩個信號； 編碼器，檢測超聲波馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度； 存儲器，存儲低于在預(yù)定工作溫度范圍的最低溫度處的諧振頻率處的旋轉(zhuǎn)速度的上限旋轉(zhuǎn)速度，以及大于或等于在該工作溫度范圍的最高溫度處的諧振頻率的下限頻率；以及 頻率控制電路，控制頻率生成電路以使得:當(dāng)超聲波馬達(dá)啟動時，基于存儲在存儲器中的上限旋轉(zhuǎn)速度和下限頻率，超聲波馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度變得低于上限旋轉(zhuǎn)速度并且頻率控制電路輸出高于下限頻率的驅(qū)動頻率。
6.ー種機(jī)械臂，在該機(jī)械臂中耦接有多個連接物并且所述連接物被致動器驅(qū)動，其中致動器是根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波馬達(dá)。
【文檔編號】H02N2/10GK103457507SQ201310207881
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月30日
【發(fā)明者】山本裕也 申請人:佳能株式會社