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JP5972026B2 - Vibration detection device and control device for vibration actuator - Google Patents
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JP5972026B2 - Vibration detection device and control device for vibration actuator - Google Patents

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健一 片岡
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Description

振動型アクチュエータの振動検出装置及び制御装置に関する。   The present invention relates to a vibration detection device and a control device for a vibration type actuator.

振動型アクチュエータは、振動体と移動体を加圧接触させ、振動体に発生させた数ミクロン程度の振動の力を摩擦力を介して移動体に伝え、振動体と移動体間を相対的に移動させるアクチュエータである。
一般に低速で高トルクな性能を有することから、駆動対象をダイレクト駆動する用途に用いられる。このようにダイレクトで駆動するため減速ギアが不要であり、静音化にも貢献している。
一方で、摩擦力を使うため最大効率を50%以上に上げるのは容易でなく、そのため振動効率を高くする材料や加工技術の開発がなされている。
しかし、振動効率を高めると消費電力を低下させ、昇温を抑制出来る半面、振動体と移動体の接触によって発生する高周波振動等も発生しやすくなる問題がある。この高周波振動は時に可聴音となるため、振動型アクチュエータの重要なセールスポイントである静音化にとって大きな課題となっている。
そこで、これまでは効率を高める要求と、振動を抑制するための減衰性能のバランスを取る形で開発がなされてきた。
しかし、静音化を達成するには十分余裕をみて減衰性能を設定する必要があり、思い切った効率向上策が取れなかった。
The vibration type actuator pressurizes the vibrating body and the moving body, transmits the vibration force of several microns generated on the vibrating body to the moving body through the frictional force, and relatively moves between the vibrating body and the moving body. The actuator to be moved.
Since it generally has a low-speed and high-torque performance, it is used for direct drive of a drive target. Since it is directly driven in this way, a reduction gear is not required, which contributes to noise reduction.
On the other hand, since the frictional force is used, it is not easy to increase the maximum efficiency to 50% or more. Therefore, materials and processing techniques that increase the vibration efficiency have been developed.
However, when the vibration efficiency is increased, the power consumption can be reduced and the temperature rise can be suppressed. On the other hand, there is a problem that high-frequency vibration generated by the contact between the vibrating body and the moving body is likely to occur. Since this high-frequency vibration sometimes becomes audible sound, it is a major issue for noise reduction, which is an important selling point of the vibration type actuator.
So far, development has been made in a form that balances the demand for increasing efficiency and the damping performance for suppressing vibration.
However, in order to achieve noise reduction, it is necessary to set the damping performance with a sufficient margin, and a drastic improvement in efficiency cannot be taken.

このような状況にあって、機械的な減衰性能に頼るのではなく振動をアクティブに制御することにより不要な振動を抑制する提案がいくつかなされている。
例えば、特許文献1では、振動体に振動状態を検出するための振動検出相と、不要な振動を抑制する駆動相とを設け、振動検出相から得られた検出信号とこの検出信号を移相した信号とを合成し、不要な振動成分を検出する手法が提案されている。
また、この手法で得られた不要な振動成分を示す信号を位相調整して上記駆動相に入力することにより、不要な振動を減衰させる駆動装置が提案されている。
また、特許文献2では、バンドパスフィルタを用いて駆動用の周波数と不要な振動成分の周波数を分離し、不要な振動成分を検出する駆動装置が提案されている。
Under such circumstances, some proposals have been made to suppress unnecessary vibrations by actively controlling vibrations rather than relying on mechanical damping performance.
For example, in Patent Document 1, a vibration detection phase for detecting a vibration state and a drive phase for suppressing unnecessary vibration are provided in a vibrating body, and a detection signal obtained from the vibration detection phase and the detection signal are phase-shifted. There has been proposed a method of detecting unnecessary vibration components by synthesizing these signals.
In addition, there has been proposed a drive device that attenuates unnecessary vibrations by phase-adjusting a signal indicating an unnecessary vibration component obtained by this method and inputting the signal to the drive phase.
Patent Document 2 proposes a driving device that detects an unnecessary vibration component by separating a driving frequency and an unnecessary vibration component using a band-pass filter.

特開平3−093480号公報JP-A-3-093480 特開平2−026284号公報JP-A-2-026284

しかしながら、特許文献1のように振動検出信号を位相をずらした信号と合成するものにおいては、つぎのような課題を有している。
すなわち、駆動用の周波数成分を打ち消すことは可能であるが、不要な振動成分の周波数と駆動用の周波数の差に応じて、不要な振動成分の位相遅れ量が大きく変化する。
また、不要な振動成分の周波数が駆動用の周波数と近い場合には位相遅れが大きくなる上、振幅も小さくなってしまう。
そのため、広い周波数範囲で不要な振動を抑制することが出来ず、これを実現するには周波数領域毎に周波数特性を補正する必要があった。
また、特許文献2のものにおいても、同様の課題を有している。
However, as described in Patent Document 1, the combination of the vibration detection signal and the signal whose phase is shifted has the following problems.
That is, although it is possible to cancel the frequency component for driving, the phase delay amount of the unnecessary vibration component changes greatly according to the difference between the frequency of the unnecessary vibration component and the driving frequency.
Further, when the frequency of the unnecessary vibration component is close to the driving frequency, the phase delay increases and the amplitude also decreases.
For this reason, unnecessary vibrations cannot be suppressed in a wide frequency range, and in order to realize this, it is necessary to correct the frequency characteristics for each frequency region.
Moreover, the thing of patent document 2 also has the same subject.

本発明は、上記課題に鑑み、広い周波数範囲で振幅及び位相特性の変化を少なくして不要振動成分を検出することが可能となる振動型アクチュエータの振動検出装置の提供を目的とする。
また、本発明は、広い周波数範囲の不要な振動を抑え、騒音を抑制することが可能となる振動型アクチュエータの制御装置の提供を目的とする。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a vibration detection device for a vibration type actuator that can detect an unnecessary vibration component by reducing changes in amplitude and phase characteristics over a wide frequency range.
It is another object of the present invention to provide a control device for a vibration type actuator that can suppress unnecessary vibration in a wide frequency range and suppress noise.

本発明の振動型アクチュエータの振動検出装置は、
加振手段を有する振動体と、前記加振手段への交流電圧の印加による前記振動体の振動によって該振動体に対して相対移動する移動体と、を備える振動型アクチュエータの振動検出装置であって、
前記振動体の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段から出力される振動検出信号に含まれている前記交流電圧の周波数成分の信号を、該振動検出信号から除去する駆動周波数除去手段と、
を備え、
前記駆動周波数除去手段は、前記振動検出信号の周波数成分を異なる周波数に変換する第1の周波数変換手段と、
第1の周波数変換手段の出力信号から前記交流電圧の周波数のみに起因する周波数成分を除去するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段の出力信号を元の周波数に変換する第2の周波数変換手段と、
を有することを特徴とする。
The vibration detection device of the vibration type actuator of the present invention comprises:
A vibration detection device for a vibration type actuator, comprising: a vibrating body having a vibrating means; and a moving body that moves relative to the vibrating body by vibration of the vibrating body due to application of an alternating voltage to the vibrating means. And
Vibration detecting means for detecting vibration of the vibrating body;
Drive frequency removing means for removing, from the vibration detection signal, the signal of the frequency component of the AC voltage contained in the vibration detection signal output from the vibration detection means;
With
The drive frequency removing means includes first frequency conversion means for converting a frequency component of the vibration detection signal into a different frequency;
Filter means for removing a frequency component caused only by the frequency of the AC voltage from the output signal of the first frequency conversion means;
Second frequency conversion means for converting the output signal of the filter means to the original frequency;
It is characterized by having.

本発明の振動型アクチュエータの振動検出装置によれば、広い周波数範囲で振幅及び位相特性の変化を少なくして不要振動成分を検出することが可能となる。また、本発明の振動型アクチュエータの制御装置によれば、広い周波数範囲の不要な振動を抑え、騒音を抑制することが可能となる。   According to the vibration detection device of the vibration type actuator of the present invention, it is possible to detect unnecessary vibration components by reducing changes in amplitude and phase characteristics over a wide frequency range. Further, according to the control device for the vibration type actuator of the present invention, it is possible to suppress unnecessary vibration in a wide frequency range and to suppress noise.

本発明の実施例1における不要振動を検出する振動検出装置の第1の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the 1st structural example of the vibration detection apparatus which detects the unnecessary vibration in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における駆動周波数除去手段の動作を説明する周波数特性を示す図。The figure which shows the frequency characteristic explaining the operation | movement of the drive frequency removal means in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1におけるフィルタの周波数特性を示す図。The figure which shows the frequency characteristic of the filter in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1におけるバンドストップフィルタの内部構成の例を示すブロック図。The block diagram which shows the example of the internal structure of the band stop filter in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における不要振動を検出する振動検出装置の第2の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the 2nd structural example of the vibration detection apparatus which detects the unnecessary vibration in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における圧電素子の電極構造を示す図。The figure which shows the electrode structure of the piezoelectric element in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における振動型アクチュエータの構成を示す図。The figure which shows the structure of the vibration type actuator in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における不要振動の周波数分布の例を示す図。The figure which shows the example of the frequency distribution of the unnecessary vibration in Example 1 of this invention. 本発明の実施例2における不要振動を検出する振動検出装置の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the vibration detection apparatus which detects the unnecessary vibration in Example 2 of this invention. 本発明の実施例2における動作波形の一例を示す図。The figure which shows an example of the operation | movement waveform in Example 2 of this invention. 本発明の実施例2における動作波形の他の例を示す図。The figure which shows the other example of the operation | movement waveform in Example 2 of this invention. 本発明の実施例3における不要振動を検出する振動検出装置の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the vibration detection apparatus which detects the unnecessary vibration in Example 3 of this invention. 本発明の実施例3の第1の構成例における圧電素子の電極及び接続状態を示す図。The figure which shows the electrode and connection state of a piezoelectric element in the 1st structural example of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3の振動型アクチュエータの構成を示す図。The figure which shows the structure of the vibration type actuator of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3の速度制御部の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the speed control part of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3の第2の構成例における不要振動制御装置を示すブロック図。The block diagram which shows the unnecessary vibration control apparatus in the 2nd structural example of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3の第2の構成例における圧電素子の電極及び接続状態を示す図。The figure which shows the electrode and connection state of a piezoelectric element in the 2nd structural example of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3の第3の構成例における不要振動制御装置を示すブロック図。The block diagram which shows the unnecessary vibration control apparatus in the 3rd structural example of Example 3 of this invention.

本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。   The mode for carrying out the present invention will be described with reference to the following examples.

[実施例1]
実施例1として、本発明を適用した不要振動を検出する振動検出装置の構成例について説明する。
振動型アクチュエータは金属やセラミック製の弾性体をその固有振動モードの共振現象を利用して振動させ、弾性体に接触する移動体を相対移動させるアクチュエータであって、今日では様々な原理の振動型アクチュエータが提案されている。
励振するための加振力の発生源としては主に圧電素子が用いられるが原理的にはどのような加振手段を用いても実現可能である。
例えば、磁歪素子、電歪素子、ボイスコイル、静電アクチュエータ等様々なアクチュエータを用いて励振することが出来る。
これらのアクチュエータは加振周波数と同じ周波数の交流電圧又は交流電流を入力することで加振力を発生させることができる。
圧電素子の場合は印加する交流電圧、ボイスコイルなら交流電流が加振力に相当する。以下の実施例では、圧電素子による場合を例に採って説明する。
[Example 1]
As a first embodiment, a configuration example of a vibration detection apparatus that detects unnecessary vibration to which the present invention is applied will be described.
A vibration actuator is an actuator that vibrates an elastic body made of metal or ceramic using the resonance phenomenon of its natural vibration mode and relatively moves a moving body that contacts the elastic body. Actuators have been proposed.
A piezoelectric element is mainly used as a generation source of the excitation force for excitation, but in principle, any excitation means can be used.
For example, it can be excited using various actuators such as a magnetostrictive element, an electrostrictive element, a voice coil, and an electrostatic actuator.
These actuators can generate an excitation force by inputting an AC voltage or an AC current having the same frequency as the excitation frequency.
In the case of a piezoelectric element, an alternating voltage to be applied, and in the case of a voice coil, an alternating current corresponds to an excitation force. In the following embodiments, a case using a piezoelectric element will be described as an example.

本実施例の振動検出装置は、つぎのような駆動周波数除去手段を備えている。すなわち、振動検出手段の出力信号の周波数成分に含まれる上記振動型アクチュエータを駆動する交流電圧の周波数を異なる周波数に変換する第1の周波数変換手段を備えている。
そして更に、第1の周波数変換手段の出力信号から上記交流電圧の周波数のみに起因する周波数成分を遮断するフィルタ手段、フィルタ手段の出力する残りの周波数成分を元の周波数成分に戻す第2の周波数変換手段を有している。
これにより、振動検出手段が出力する振動検出信号に含まれる上記交流電圧の周波数成分の信号が、該振動検出信号から除去され、広い周波数範囲で振幅及び位相変化の少ない不要振動波形が検出される。
その具体例として、まず、第1の構成例について図1を用いて説明する。
図1において、1は不図示の振動体に設けられた圧電素子、2は圧電素子1に不図示の指令手段から指定される周波数指令に応じた周波数の交流電圧を発生する交流電圧生成手段である。
3及び5は電流検出手段であり、圧電素子1及び後述するコンデンサ4に流入する電流をそれぞれ計測している。
4は圧電素子1の制動容量とほぼ等しい静電容量のコンデンサである。
6は振動検出手段で、電流検出手段3と電流検出手段5の出力信号の差を求めて出力している。
これは圧電素子1に流入する電流から圧電素子1の制動容量に流れる電流をキャンセルすることで圧電素子1の制動容量以外に流れる成分、つまり不図示の振動体の振動速度に比例する信号を振動検出信号として出力している。
7は上記周波数指令に応じた周波数の正弦波信号を生成する正弦波生成手段であり、8は上記周波数指令に応じた周波数の余弦波信号を生成する余弦波生成手段である。
9は第1の乗算手段であり、10は第2の乗算手段である。これらにより、上記振動検出信号と上記正弦波信号及び上記振動検出信号と上記余弦波信号とを乗算することで、上記振動検出信号の周波数成分を異なる周波数成分に変換する第1の周波数変換手段を構成している。
The vibration detection apparatus of this embodiment includes the following drive frequency removing means. That is, the first frequency conversion means for converting the frequency of the AC voltage for driving the vibration type actuator included in the frequency component of the output signal of the vibration detection means into a different frequency is provided.
Further, a filter means for cutting off the frequency component caused only by the frequency of the AC voltage from the output signal of the first frequency conversion means, and a second frequency for returning the remaining frequency component output from the filter means to the original frequency component. It has conversion means.
As a result, the frequency component signal of the AC voltage included in the vibration detection signal output from the vibration detection means is removed from the vibration detection signal, and an unnecessary vibration waveform with small amplitude and phase change is detected in a wide frequency range. .
As a specific example, first, a first configuration example will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a piezoelectric element provided on a vibrating body (not shown), and 2 denotes an AC voltage generating means for generating an AC voltage having a frequency corresponding to a frequency command designated by a command means (not shown) on the piezoelectric element 1. is there.
Reference numerals 3 and 5 denote current detection means for measuring currents flowing into the piezoelectric element 1 and a capacitor 4 described later, respectively.
Reference numeral 4 denotes a capacitor having an electrostatic capacity substantially equal to the braking capacity of the piezoelectric element 1.
Reference numeral 6 denotes vibration detection means for obtaining and outputting a difference between output signals of the current detection means 3 and the current detection means 5.
This cancels the current flowing into the braking capacity of the piezoelectric element 1 from the current flowing into the piezoelectric element 1, and vibrates a component that flows outside the braking capacity of the piezoelectric element 1, that is, a signal proportional to the vibration speed of a vibrating body (not shown) It is output as a detection signal.
7 is a sine wave generating means for generating a sine wave signal having a frequency corresponding to the frequency command, and 8 is a cosine wave generating means for generating a cosine wave signal having a frequency corresponding to the frequency command.
9 is a first multiplication means, and 10 is a second multiplication means. Thus, by multiplying the vibration detection signal and the sine wave signal and the vibration detection signal and the cosine wave signal, a first frequency conversion means for converting the frequency component of the vibration detection signal into a different frequency component. It is composed.

ここで、この周波数変換について説明する。
図2の(a)及び(b)は、乗算手段9及び10の周波数変換の動作を説明する図である。横軸が周波数、縦軸が振幅を示している。
以下、図1及び図2を用いて周波数変換の動作を説明する。
上記周波数指令をF0とすると、交流電圧生成手段の出力する交流電圧の周波数(以下駆動周波数と呼ぶ)はF0である。
従って、圧電素子1に周波数F0の加振力が加えられ、圧電素子1が設けられた不図示の振動体が振動する。
すると、振動体の振動速度に応じた振動検出信号の主要な周波数成分はF0となる。図2(a)のF0の上に示す実線の成分がこの時の振動の大きさを示している。
ここで、何らかの外力によって不図示の振動体に別の振動が発生したとする。これを不要振動として図2(a)に破線で示した。
図2(a)に、実線と破線で示した全ての信号が振動検出信号として乗算手段9及び10に入力される。
この振動検出信号に周波数F0の正弦波及び余弦波とを乗算すると三角関数の乗法定理から明らかなように周波数領域ではそれぞれの周波数の加算と減算が行われる。
変換の結果を図2(b)に示す。
上記周波数指令F0の信号については2つのF0を加算することによる2倍のF0の周波数と差による0(直流)の2つの実線で示される周波数成分に変換される。
つまり、周波数変換によって駆動周波数成分の信号が駆動周波数F0に起因する周波数である2倍のF0と直流成分に変換された事になる。
同様に不要振動成分についてもF0との加算及び減算によって2つの破線で示される領域の周波数に変換される。
Here, this frequency conversion will be described.
2A and 2B are diagrams for explaining the frequency conversion operation of the multiplication means 9 and 10. FIG. The horizontal axis indicates frequency and the vertical axis indicates amplitude.
Hereinafter, the frequency conversion operation will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
If the frequency command is F0, the frequency of the AC voltage output from the AC voltage generating means (hereinafter referred to as the drive frequency) is F0.
Therefore, an excitation force having a frequency F0 is applied to the piezoelectric element 1, and a vibrating body (not shown) provided with the piezoelectric element 1 vibrates.
Then, the main frequency component of the vibration detection signal corresponding to the vibration speed of the vibrating body is F0. The solid line component shown above F0 in FIG. 2A indicates the magnitude of vibration at this time.
Here, it is assumed that another vibration is generated in a vibrating body (not shown) by some external force. This is indicated by a broken line in FIG.
In FIG. 2A, all signals indicated by solid lines and broken lines are input to the multiplication means 9 and 10 as vibration detection signals.
When this vibration detection signal is multiplied by a sine wave and a cosine wave having the frequency F0, the respective frequencies are added and subtracted in the frequency domain, as is apparent from the multiplication theorem of the trigonometric function.
The result of the conversion is shown in FIG.
The signal of the frequency command F0 is converted into a frequency component indicated by two solid lines of F0 frequency and 0 (DC) due to the difference by adding two F0s.
In other words, the signal of the driving frequency component is converted into the double F0 and the direct current component that are the frequency caused by the driving frequency F0 by the frequency conversion.
Similarly, the unnecessary vibration component is also converted into a frequency in a region indicated by two broken lines by addition and subtraction with F0.

つぎに、周波数変換の後処理について説明する。
本装置は図2(a)の破線の領域のみ検出する事を目的としており、実線の波形を遮断する必要がある。
この処理を上記周波数変換を行った後の信号に対して行うのが本装置の特徴であり、図2(b)の状態の実線で示される信号を遮断して図2(c)の状態にする動作を行う。図1を用いてこの動作を実行するブロックの説明を行う。
11及び12はバンドストップフィルタであり、不図示の指令手段からの周波数指令で示される周波数の2倍の周波数成分の信号を遮断するフィルタである。
出来るだけ狭帯域のフィルタが望ましく、Q値の高いノッチフィルタ等で構成される。
13及び14はハイパスフィルタで信号に含まれる直流の成分を遮断する。
図2(c)に示すように2倍のF0の成分をバンドストップフィルタ11及び12でカットすると、2倍のF0の周波数近傍の不要振動成分も2倍のF0との周波数差が小さいほど振幅が減衰してしまう。
しかし、ハイパスフィルタ13及び14で直流成分をカットしても適切にカットオフ周波数を設定すれば不要振動成分への影響を最小限に抑える事が出来る。
これはバンドストップフィルタで50kHzをカットした時の49kHzの特性とハイパスフィルタで10Hzをカットした時の1kHzの特性に大きな差があることに起因している。
つまり、直流側はカットオフ周波数を無限に低くして行く事が出来るのに対し、バンドストップフィルタではこれが出来ないからである。
図3(a)はバンドストップフィルタの周波数特性の例を示す図、図3(b)はハイパスフィルタの周波数特性の例を示す図である。
Next, post-processing of frequency conversion will be described.
The purpose of this apparatus is to detect only the broken line area in FIG. 2A, and it is necessary to block the solid line waveform.
This process is performed on the signal after the above frequency conversion, and the characteristic of this apparatus is that the signal indicated by the solid line in the state of FIG. 2B is cut off to the state of FIG. To perform the operation. A block for executing this operation will be described with reference to FIG.
Reference numerals 11 and 12 denote band stop filters which cut off a signal having a frequency component twice the frequency indicated by a frequency command from a command means (not shown).
A filter with a narrow band as much as possible is desirable, and is constituted by a notch filter having a high Q value.
Reference numerals 13 and 14 denote high-pass filters that block DC components included in the signal.
As shown in FIG. 2C, when the double F0 component is cut by the band stop filters 11 and 12, the unnecessary vibration component in the vicinity of the double F0 frequency also has a smaller amplitude as the frequency difference from the double F0 is smaller. Will be attenuated.
However, even if the DC component is cut by the high-pass filters 13 and 14, if the cutoff frequency is set appropriately, the influence on the unnecessary vibration component can be minimized.
This is due to the large difference between the 49 kHz characteristic when 50 kHz is cut by the band stop filter and the 1 kHz characteristic when 10 Hz is cut by the high-pass filter.
In other words, the DC side can make the cut-off frequency infinitely low, while the band stop filter cannot do this.
FIG. 3A is a diagram illustrating an example of the frequency characteristics of the band stop filter, and FIG. 3B is a diagram illustrating an example of the frequency characteristics of the high-pass filter.

つぎに、図2(c)で2つの周波数領域に分割された不要振動の周波数成分を再度周波数変換して図2(e)の元の周波数成分に戻す際の周波数変換手段(第2の周波数変換手段)の動作について説明する。
図1に示す15は第3の乗算手段であり、16は第4の乗算手段である。
図2(c)の2つの破線の領域に分割された周波数成分に対して上記正弦波信号及び上記余弦波信号を乗算手段15及び乗算手段16で乗算すると図2(d)のように3つの周波数領域に周波数が変換される。周波数指令F0の正弦波信号及び余弦波信号と乗算した結果、F0との周波数の減算によって図2(c)の破線部分が周波数変換された結果が図2(d)の破線領域、F0との周波数の加算によって変換された結果が図2(d)の点線領域である。
次に3つの周波数領域に分割された状態から不要振動成分のみ取りだす動作について説明する。
図1の17は加算手段(第1の加算手段)であり、乗算手段15及び16の出力を加算して不要振動信号を出力する。
乗算手段15と乗算手段16の出力信号の位相特性は相対的に180°ずれている領域と同相の領域がある。
図2(d)に点線で示した周波数領域は位相特性が180°ずれている領域である。
この特性を利用して乗算手段15及び16の出力を加算手段17で加算することで図2(d)の点線で示した周波数領域をキャンセルしている。
Next, frequency conversion means (second frequency) when the frequency component of the unnecessary vibration divided into the two frequency regions in FIG. 2C is frequency-converted again and returned to the original frequency component in FIG. The operation of the conversion means) will be described.
Reference numeral 15 shown in FIG. 1 denotes third multiplication means, and 16 denotes fourth multiplication means.
When the sine wave signal and the cosine wave signal are multiplied by the multiplying means 15 and the multiplying means 16 with respect to the frequency component divided into the two broken line areas in FIG. 2C, three frequency components are obtained as shown in FIG. The frequency is converted to the frequency domain. As a result of multiplication with the sine wave signal and cosine wave signal of the frequency command F0, the result of frequency conversion of the broken line portion of FIG. 2C by subtraction of the frequency with F0 is the broken line region of FIG. The result converted by the addition of the frequency is the dotted line region in FIG.
Next, an operation for extracting only unnecessary vibration components from the state divided into three frequency regions will be described.
Reference numeral 17 in FIG. 1 denotes an adding means (first adding means), which adds the outputs of the multiplying means 15 and 16 and outputs an unnecessary vibration signal.
The phase characteristics of the output signals of the multiplication unit 15 and the multiplication unit 16 have a region in phase with a region that is relatively shifted by 180 °.
A frequency region indicated by a dotted line in FIG. 2D is a region where the phase characteristics are shifted by 180 °.
By using this characteristic, the outputs of the multiplication means 15 and 16 are added by the addition means 17 to cancel the frequency region indicated by the dotted line in FIG.

図2(e)は最終的に得られた不要振動信号の周波数成分の分布である。
得られた不要振動信号の振幅及び位相特性は元の特性に対して若干変化するものの、周波数領域を2つに分割してフィルタ処理し再度合成することで変化を少なくすることが可能となった。
すなわち、直流側に分割された周波数成分に対するフィルタ処理が不要振動成分の特性を劣化させない為、従来の振動検出信号に対して直接フィルタ処理する方法と比較して振幅及び位相特性の変化を少なく出来る。
また、ここでは2倍の周波数に周波数変換したがその他の倍率で変換しても良い。
一方の周波数が直流成分であれば、同様の効果が得られる。例えば、4倍にする方法としては一旦2倍の周波数に変換した状態に対して直流成分をハイパスフィルタで遮断する。
すると、2倍の周波数成分と不要振動成分のみになる。この2倍の周波数を新たな駆動周波数と考え、2倍の周波数の正弦波及び余弦波をこれに乗算すれば、駆動周波数の4倍の周波数成分と新たな直流成分に周波数変換する事が出来る。
FIG. 2E shows the distribution of the frequency components of the unnecessary vibration signal finally obtained.
Although the amplitude and phase characteristics of the obtained unwanted vibration signal slightly change with respect to the original characteristics, it is possible to reduce the change by dividing the frequency domain into two, filtering and synthesizing again. .
That is, since the filtering process for the frequency component divided to the DC side does not deteriorate the characteristic of the unnecessary vibration component, the change in the amplitude and phase characteristics can be reduced as compared with the conventional method of directly filtering the vibration detection signal. .
In addition, although the frequency is converted to a double frequency here, it may be converted at other magnifications.
If one frequency is a DC component, the same effect can be obtained. For example, as a method of quadrupling, a direct current component is blocked by a high-pass filter with respect to a state once converted to a double frequency.
Then, there are only twice as many frequency components and unnecessary vibration components. Considering this double frequency as a new drive frequency, if this is multiplied by a sine wave and cosine wave of double frequency, the frequency can be converted into a frequency component that is four times the drive frequency and a new DC component. .

図4はバンドストップフィルタ11及び12の内部構成の例を示す図である。不図示の周波数指令が複数ある場合、周波数に対してバンドストップフィルタ11及び12の周波数特性を変更する必要がある。
図4の例は周波数指令が3つに限られる場合の例を示している。18、19、20はそれぞれ予め異なる周波数を遮断するように周波数特性が設定されたバンドストップフィルタである。21はバンドストップフィルタ18、19、20のどれを使用するかを不図示の指令手段からの周波数指令に応じて切り換える切り換え手段である。
各バンドストップフィルタはその周波数指令に対して2倍の周波数をカットするように調整されている。
本実施例では周波数特性を3つとしたが、連続的に周波数特性を切り換える事が可能なスイッチとキャパシタフィルタや自動的に周波数特性を最も大きな周波数成分に追随する適応型のフィルタ等でも良い。
また、バンドストップフィルタの遮断する周波数を周波数指令の2倍としているがほぼ一致していれば良い。
実際には、上記駆動周波数と振動検出信号の周波数は駆動周波数が変化する場合、完全に一致しない場合がある。計測すべき不要振動の大きさや精度に応じて周波数特性の精度を決めれば良い。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of the band stop filters 11 and 12. When there are a plurality of frequency commands (not shown), it is necessary to change the frequency characteristics of the band stop filters 11 and 12 with respect to the frequency.
The example of FIG. 4 shows an example when the frequency command is limited to three. Reference numerals 18, 19 and 20 denote band stop filters whose frequency characteristics are set in advance so as to cut off different frequencies. Reference numeral 21 denotes switching means for switching which of the band stop filters 18, 19, 20 is used according to a frequency command from a command means (not shown).
Each band stop filter is adjusted to cut twice the frequency with respect to its frequency command.
In this embodiment, three frequency characteristics are used. However, a switch and a capacitor filter that can continuously switch the frequency characteristics, an adaptive filter that automatically follows the largest frequency component, or the like may be used.
Further, the frequency to be cut off by the band stop filter is set to be twice as high as the frequency command.
Actually, the drive frequency and the frequency of the vibration detection signal may not completely match when the drive frequency changes. What is necessary is just to determine the precision of a frequency characteristic according to the magnitude | size and precision of the unnecessary vibration which should be measured.

つぎに、本実施例の第2の構成例について、図5を用いて説明する。
図5の構成例は、図1と概ね同じ構成であり、重複する構成の説明は省略する。22−a、22−b、22−cは、後述するリング状の圧電素子の各電極に対応する圧電区画を示しており以下電極22−a、電極22−b、電極22−cと呼ぶ。図6に圧電素子22の電極構成を示す。
図6に示す符号は各電極領域の分極方向を示しており、電極22−a及び電極22−bは複数の分極区画からなっている。
電極22−a及び電極22−b内の分極区画は電気的に導通しており、所定周波数の交流電圧を加えると極性に応じて圧縮・膨張の振動を繰り返し、リングの周方向に沿って8つの曲げ振動が形成される。
また、電極22−aと電極22−bには正弦波生成手段7及び余弦波生成手段8によって90°位相の異なる交流電圧φA及びφBが印加され、曲げ振動の腹の位置がリングの周方向に連続的に移動する進行性の振動波が形成される。
Next, a second configuration example of the present embodiment will be described with reference to FIG.
The configuration example of FIG. 5 is substantially the same as that of FIG. 1, and a description of the overlapping configuration is omitted. Reference numerals 22-a, 22-b, and 22-c denote piezoelectric sections corresponding to respective electrodes of a ring-shaped piezoelectric element to be described later, and are hereinafter referred to as electrodes 22-a, electrodes 22-b, and electrodes 22-c. FIG. 6 shows the electrode configuration of the piezoelectric element 22.
The code | symbol shown in FIG. 6 has shown the polarization direction of each electrode area | region, and electrode 22-a and electrode 22-b consist of several polarization divisions.
The polarization sections in the electrode 22-a and the electrode 22-b are electrically connected, and when an alternating voltage of a predetermined frequency is applied, the vibration of compression / expansion is repeated according to the polarity, and 8 along the circumferential direction of the ring. Two bending vibrations are formed.
Further, AC voltages φA and φB having a phase difference of 90 ° are applied to the electrodes 22-a and 22-b by the sine wave generating means 7 and the cosine wave generating means 8, and the antinodes of the bending vibration are positioned in the circumferential direction of the ring. A progressive vibration wave that continuously moves is formed.

図7は、リング状の圧電素子を用いた振動型アクチュエータの構成例を示す図である。
図7において、45は圧電素子22が接着される振動体、44は振動体45の上部に不図示の加圧手段によって加圧接触するロータである。
ロータ44は振動体45との接触部に形成される微小な楕円振動によって周方向に回転する。
電極22−cは振動変位を検出するための電極である。23は電極22−cの出力信号の直流成分のカットを行い振動検出信号を出力する振動検出手段である。振動検出手段23の出力する振動検出信号は電極22−cが設けられた区画の振動変位に比例した信号である。
振動体45の接触部には図7に示す様に複数の突起構造が設けられ、ロータ44との高周波での接触を繰り返している。そのため、接触に起因する高次の振動が自励的に発生する場合がある。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a vibration type actuator using a ring-shaped piezoelectric element.
In FIG. 7, reference numeral 45 denotes a vibrating body to which the piezoelectric element 22 is bonded, and 44 denotes a rotor that is in pressure contact with an upper portion of the vibrating body 45 by a pressing means (not shown).
The rotor 44 rotates in the circumferential direction by minute elliptical vibration formed at the contact portion with the vibrating body 45.
The electrode 22-c is an electrode for detecting vibration displacement. Reference numeral 23 denotes vibration detection means for cutting the DC component of the output signal of the electrode 22-c and outputting a vibration detection signal. The vibration detection signal output from the vibration detection means 23 is a signal proportional to the vibration displacement of the section provided with the electrode 22-c.
As shown in FIG. 7, a plurality of protruding structures are provided at the contact portion of the vibrating body 45, and contact with the rotor 44 at high frequency is repeated. For this reason, high-order vibrations caused by contact may be generated by self-excitation.

図8は、不要振動が発生している時の振動検出信号の周波数分布の例を示す図である。
図8において、F8で示す最も大きな振幅の成分は振動型アクチュエータを駆動する駆動周波数成分の振動を示しており、リング状の振動体45にリングの周上に沿って8つの曲げ振動(8次の曲げ振動)の振幅である。
F4、F6、F7、F9で示す周波数はそれぞれ4次、6次、7次、9次の曲げ振動の振幅を示している。
このように実際の不要振動はモード解析で求められる振動形状(波数)の固有振動数の近傍で発生するため、離散的な周波数特性を示す。主駆動次数(本実施例なら8次)の近傍や半分の次数等で不要振動が発生することが多い。
このような不要振動を検出する場合、従来の直接フィルタにより駆動周波数成分を除去する方法では上記F7、F9のようにF8に近い周波数成分は周波数差が少ないので、振幅や位相特性を犠牲にせずに分離することが難しかった。本方式を用いれば従来より振幅及び位相特性の変化を少なくすることが出来る。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a frequency distribution of a vibration detection signal when unnecessary vibration occurs.
In FIG. 8, the component with the largest amplitude indicated by F8 indicates the vibration of the drive frequency component that drives the vibration type actuator. Eight bending vibrations (eighth-order vibrations) are caused on the ring-shaped vibrating body 45 along the circumference of the ring. (Bending vibration).
The frequencies indicated by F4, F6, F7, and F9 indicate the amplitudes of the fourth, sixth, seventh, and ninth bending vibrations, respectively.
As described above, the actual unnecessary vibration is generated in the vicinity of the natural frequency of the vibration shape (wave number) obtained by the mode analysis, and thus shows a discrete frequency characteristic. Unnecessary vibration often occurs in the vicinity of the main drive order (8th order in the present embodiment) or a half order.
In the case of detecting such unnecessary vibration, since the frequency component close to F8 such as F7 and F9 has a small frequency difference in the conventional method of removing the drive frequency component by the direct filter, the amplitude and phase characteristics are not sacrificed. It was difficult to separate. If this method is used, changes in amplitude and phase characteristics can be reduced as compared with the prior art.

また、上記説明では不要振動信号を検出する装置の例を説明したが、検出結果を利用して不要振動を抑制する方法に関して様々な提案がされている。
例えば、不要振動が発生した際には振動体45の振動振幅を下げることで回避する方法がある。
不要振動が発生すると、本来可聴域外の周波数で駆動している振動型アクチュエータであるが、不要振動と駆動周波数とのうなり現象等によって可聴音が発生する場合があり、このような対策が取られている。
本実施例で検出した不要振動信号の振幅を求める等して所定以上の振幅なら駆動電圧の振幅を下げたり、圧電素子22に印加する交流電圧の周波数を高い周波数にシフトする等して振動体45の振動振幅を下げるよう構成しても良い。
Moreover, although the example of the apparatus which detects an unnecessary vibration signal was demonstrated in the said description, various proposals regarding the method of suppressing an unnecessary vibration using a detection result are made.
For example, there is a method of avoiding unnecessary vibration by reducing the vibration amplitude of the vibration body 45 when unnecessary vibration occurs.
When unnecessary vibration occurs, it is a vibration type actuator that is driven at a frequency outside the audible range, but audible sound may be generated due to the beating phenomenon between the unnecessary vibration and the drive frequency. ing.
If the amplitude of the unwanted vibration signal detected in the present embodiment is greater than a predetermined value, for example, the amplitude of the drive voltage is lowered, or the frequency of the AC voltage applied to the piezoelectric element 22 is shifted to a higher frequency, etc. You may comprise so that the vibration amplitude of 45 may be lowered | hung.

[実施例2]
実施例2として、実施例1と異なる形態の不要振動を検出する振動検出装置の構成例について、図9を用いて説明する。
図9に示す本実施例の実施例1との違いは、ディジタル的な演算により処理している点である。
実施例1と同じ機能を有するブロックは実施例1と同じ番号で記し、説明を省略する。
24はパルス生成器であり、不図示の指令手段からの周波数指令の16倍の周波数のクロック信号を出力する。25は4ビットのカウンタであり、クロック信号をカウントして0から15までの4ビットのアドレス信号を繰り返し出力する。26及び27は4ビットのアドレス信号に対応した正弦波及び余弦波の波形が記憶されたROMである。
28は振動検出信号をクロック信号のタイミングでA/D変換するA/D変換手段である。
ここで振動検出信号はA/D変換で発生するエリアシングの影響を回避する為にフィルタ処理後の信号であっても良い。
29及び30は遅延手段である。入力信号をクロック信号4カウント分遅延させて出力する。31及び32は加算手段(第2の加算手段)である。
遅延手段29と加算手段31の組み合わせ、及び遅延手段30と加算手段32の組み合わせにより、バンドストップフィルタを構成している。
クロック信号4クロック分の遅延によって、入力信号を半周期遅延させて加算手段31及び32で加算することでキャンセルする構成となっている。
ここで、ROM26及び27から出力される正弦波及び余弦波の波形はクロック信号16クロック分で1周期となるように記憶されている。
従って、4クロックの遅延(記憶された波形の4分の1周期分の時間遅延)でキャンセルされる周波数は上記正弦波の周波数の2倍の周波数となる。
33及び34はD/A変換手段であり、ROM26及び27の出力する正弦波及び余弦波をアナログ信号に変換して出力している。出力された信号φA及びφBはそれぞれ不図示の圧電素子に直接又は増幅して印加される。
図9の各部の動作速度は遅延手段29及び30以外の動作は遅れを少なくする為にクロック信号のタイミングより高速に動作している。
[Example 2]
As a second embodiment, a configuration example of a vibration detection device that detects unnecessary vibration in a form different from that of the first embodiment will be described with reference to FIG.
The difference between the present embodiment shown in FIG. 9 and the first embodiment is that processing is performed by digital calculation.
Blocks having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same numbers as those in the first embodiment, and description thereof is omitted.
A pulse generator 24 outputs a clock signal having a frequency 16 times the frequency command from a command means (not shown). Reference numeral 25 denotes a 4-bit counter that counts clock signals and repeatedly outputs 4-bit address signals from 0 to 15. Reference numerals 26 and 27 denote ROMs in which waveforms of sine waves and cosine waves corresponding to 4-bit address signals are stored.
Reference numeral 28 denotes A / D conversion means for A / D converting the vibration detection signal at the timing of the clock signal.
Here, the vibration detection signal may be a signal after filtering in order to avoid the influence of aliasing generated by A / D conversion.
Reference numerals 29 and 30 denote delay means. The input signal is output after being delayed by 4 clock signals. Reference numerals 31 and 32 denote addition means (second addition means).
The combination of the delay unit 29 and the addition unit 31 and the combination of the delay unit 30 and the addition unit 32 constitute a band stop filter.
The input signal is delayed by a half cycle by a delay of 4 clock signals and added by the adding means 31 and 32 to cancel the input signal.
Here, the waveforms of the sine wave and cosine wave output from the ROMs 26 and 27 are stored so as to be one cycle for 16 clock signals.
Therefore, the frequency canceled with a delay of 4 clocks (a time delay corresponding to a quarter period of the stored waveform) is twice the frequency of the sine wave.
Reference numerals 33 and 34 denote D / A conversion means for converting sine waves and cosine waves output from the ROMs 26 and 27 into analog signals and outputting them. The output signals φA and φB are applied directly or amplified to a piezoelectric element (not shown).
The operation speed of each part in FIG. 9 is higher than the timing of the clock signal in order to reduce the delay in the operations other than the delay means 29 and 30.

以下に、各波形を用いて本実施例における振動検出装置の動作について説明する。
図10及び図11に、図中に示した各信号名に対応する波形の一例を示す。図10(a)はVinの波形でありA/D変換手段28の出力信号である。
波形は階段状になっており、クロック信号のタイミングでA/D変換して出力されたものである。
図10(b)はVcosの波形でありクロック信号のタイミングで出力されるROM27の出力波形を示している。
図10(c)はVc1の波形を示している。位相の異なる同じ周波数の信号を乗算することによって直流成分と2倍の周波数成分が発生している。
図10(d)はVc2の波形を示しており、Vc1の波形をクロック信号4クロック分遅延させて出力している。
図10(e)はVc3の波形で加算手段32の出力である。Vc1とVc2の位相が反転しているため、加算手段32で加算した結果からVinの周波数に対してほぼ2倍の周波数成分がキャンセルされ、直流成分と不要振動に起因する成分が出力されている。
図10(f)はVc4の波形であり、ハイパスフィルタ14によって直流成分がカットされ不要振動に起因する波形が出力されている。
図9に示したVs1、Vs2、Vs3、Vs4、Vsinについても図10とほぼ同様の波形が得られる。
Below, operation | movement of the vibration detection apparatus in a present Example is demonstrated using each waveform.
10 and 11 show examples of waveforms corresponding to the signal names shown in the drawings. FIG. 10A shows a waveform of Vin and an output signal of the A / D conversion means 28.
The waveform is stepped and is output after A / D conversion at the timing of the clock signal.
FIG. 10B shows the output waveform of the ROM 27 which is a Vcos waveform and is output at the timing of the clock signal.
FIG. 10C shows the waveform of Vc1. A DC component and a double frequency component are generated by multiplying signals of the same frequency with different phases.
FIG. 10D shows the waveform of Vc2, and the waveform of Vc1 is delayed by 4 clock signals and output.
FIG. 10E shows the output of the adding means 32 with a waveform of Vc3. Since the phases of Vc1 and Vc2 are inverted, a frequency component almost twice the frequency of Vin is canceled from the result of addition by the adding means 32, and a component caused by a DC component and unnecessary vibration is output. .
FIG. 10F shows a waveform of Vc4, in which a DC component is cut by the high pass filter 14 and a waveform resulting from unnecessary vibration is output.
For Vs1, Vs2, Vs3, Vs4, and Vsin shown in FIG. 9, substantially the same waveforms as in FIG. 10 are obtained.

つぎに、波形の他の例について、図11を用いて説明する。
図11(a)はVc4の波形を図10(f)より広い時間範囲で示した波形である。
図11(b)はVs4の波形である。図11(c)及び図11(d)はそれぞれVc5、Vs5の波形を示している。これはVc4及びVs4の波形にVcos及びVsinの波形をそれぞれ乗算手段15及び16によって乗算した結果である。
図11(e)はVoutの波形であり、不要振動成分の信号が得られている。
このように、クロック信号に同期して各部が動作するため、不図示の指令手段からの周波数指令が変化しても遅延手段と加算手段からなるバンドストップフィルタの遮断特性は駆動周波数の変化に連動して変化する。その為、駆動周波数を連続的に変化させる場合でも振動検出信号から駆動周波数成分の信号を十分に減衰させる事が可能である。
Next, another example of the waveform will be described with reference to FIG.
FIG. 11A shows the waveform of Vc4 in a wider time range than FIG. 10F.
FIG. 11B shows the waveform of Vs4. FIG. 11C and FIG. 11D show the waveforms of Vc5 and Vs5, respectively. This is the result of multiplying the waveforms of Vc4 and Vs4 by the multiplication means 15 and 16 with the waveforms of Vcos and Vsin, respectively.
FIG. 11E shows a waveform of Vout, and an unnecessary vibration component signal is obtained.
As described above, since each unit operates in synchronization with the clock signal, even if the frequency command from the command unit (not shown) changes, the cutoff characteristic of the band stop filter composed of the delay unit and the addition unit is interlocked with the change of the drive frequency. And change. Therefore, even when the driving frequency is continuously changed, the signal of the driving frequency component can be sufficiently attenuated from the vibration detection signal.

[実施例3]
実施例3として、本発明を適用した不要振動制御装置の構成例について説明する。
図12は、本実施例の不要振動制御装置の第1の構成例を示すブロック図である。
本実施例は、上記実施例1の振動検出装置で検出された不要振動信号を用い、振動型アクチュエータの不要振動の制御を行うように構成したものである。
35は後述する速度制御部からの周波数指令に応じた周波数で90°位相の異なる交流電圧を発生する交流電圧生成手段である。
2相の電圧はφAとφBの信号からなる。36は圧電素子であり、36−a、36−b、36−cは後述する圧電素子36に設けられた各電極に対応する圧電区画を示しており、以下電極36−a、電極36−b、電極36−cと呼ぶ。
[Example 3]
As a third embodiment, a configuration example of an unnecessary vibration control device to which the present invention is applied will be described.
FIG. 12 is a block diagram illustrating a first configuration example of the unnecessary vibration control apparatus according to the present embodiment.
In this embodiment, the unnecessary vibration signal detected by the vibration detection apparatus of the first embodiment is used to control the unnecessary vibration of the vibration type actuator.
Reference numeral 35 denotes AC voltage generating means for generating AC voltages having a phase difference of 90 ° at a frequency corresponding to a frequency command from a speed control unit described later.
The two-phase voltage consists of φA and φB signals. Reference numeral 36 denotes a piezoelectric element. Reference numerals 36-a, 36-b, and 36-c denote piezoelectric sections corresponding to the respective electrodes provided on the piezoelectric element 36 to be described later. Hereinafter, the electrodes 36-a and 36-b are shown. , Referred to as electrode 36-c.

図13は、圧電素子36の電極及び接続状態を示す図であり、電極36−aには交流電圧φAを、電極36−bには交流電圧φBが接続される。
図中の符号は圧電素子の分極方向を示している。
交流電圧φA及び交流電圧φBはそれぞれ周上に沿って圧電素子36の電極に交互に接続されている。
図12の37は増幅器であり、電極36−cで検出された振動速度に相当する振動検出信号から得た不要振動信号を反転増幅して出力する。38はこの反転増幅した不要振動波形を交流電圧φAに加算して交流電圧φA’を出力する加算手段であり、交流電圧φA’は電極36−cに印加される。
このように不要振動信号が振動速度に比例する信号である場合これを反転増幅してフィードバックすることによって不要振動に対するダンピング特性が強化され、不要振動の自励的な発生を抑制する。
FIG. 13 is a diagram showing electrodes and connection states of the piezoelectric element 36, in which an AC voltage φA is connected to the electrode 36-a, and an AC voltage φB is connected to the electrode 36-b.
The symbol in the figure indicates the polarization direction of the piezoelectric element.
The AC voltage φA and the AC voltage φB are alternately connected to the electrodes of the piezoelectric element 36 along the circumference.
Reference numeral 37 in FIG. 12 denotes an amplifier which inverts and amplifies an unnecessary vibration signal obtained from a vibration detection signal corresponding to the vibration speed detected by the electrode 36-c. Reference numeral 38 denotes an adding means for adding the inverted and amplified unnecessary vibration waveform to the AC voltage φA and outputting the AC voltage φA ′. The AC voltage φA ′ is applied to the electrode 36-c.
Thus, when the unnecessary vibration signal is a signal proportional to the vibration speed, the damping characteristic against the unnecessary vibration is strengthened by inverting and amplifying the signal, and self-excitation of the unnecessary vibration is suppressed.

図14は、圧電素子36によって駆動される振動型アクチュエータの構成を示す図である。
圧電素子以外は図7と同じ構成であるので説明を省略する。図15はこの振動型アクチュエータのロータ44の回転速度(相対移動速度)を制御するためのの速度制御部の構成を示すブロック図である。
39はロータ44の回転速度を検出するためのロータリーエンコーダ等の速度検出手段、40は不図示の指令手段からの速度指令と速度検出手段39の出力の差を求める減算手段である。
41は減算手段40の出力する速度差を入力して比例積分演算等を行い周波数指令を出力する周波数制御手段である。
周波数制御手段41は速度検出手段39の出力が速度指令より遅い場合には周波数指令を下げて行き、逆なら周波数指令を上げるように動作する。
周波数指令を下げると交流電圧生成手段の出力する交流電圧の周波数が振動体45の共振周波数に近付いて行くため、振動体45の振動振幅が増加してロータ44の回転速度が増加する。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a vibration type actuator driven by the piezoelectric element 36.
Except for the piezoelectric element, the configuration is the same as that shown in FIG. FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of a speed control unit for controlling the rotational speed (relative movement speed) of the rotor 44 of this vibration type actuator.
Reference numeral 39 denotes speed detection means such as a rotary encoder for detecting the rotational speed of the rotor 44, and reference numeral 40 denotes subtraction means for obtaining a difference between a speed command from a command means (not shown) and the output of the speed detection means 39.
Reference numeral 41 denotes a frequency control means for inputting a speed difference output from the subtracting means 40, performing a proportional integration calculation, etc., and outputting a frequency command.
The frequency control means 41 operates so as to decrease the frequency command when the output of the speed detection means 39 is slower than the speed command, and increase the frequency command if the output is reverse.
When the frequency command is lowered, the frequency of the AC voltage output from the AC voltage generating means approaches the resonance frequency of the vibrating body 45, so that the vibration amplitude of the vibrating body 45 increases and the rotation speed of the rotor 44 increases.

つぎに、本実施例の不要振動制御装置の第2の構成例について、図16を用いて説明する。
この第2の構成例は、実施例1における第2の構成例による不要振動を検出する振動検出装置で検出した不要振動信号を用い、振動型アクチュエータの不要振動の制御を行うように構成したものである。
図12の例では不要振動信号が振動体45の振動速度に比例した信号であったのに対して本例では不要振動信号が振動体45の振動変位に比例した信号であること、それから振動を検出した電極と加振する電極が異なる点が相違している。
42は圧電素子であり、42−a、42−b、42−c、42−dはそれぞれ圧電素子に設けられた後述する各電極に対応する圧電区画を示しており、以下電極42−a、電極42−b、電極42−c、電極42−dと呼ぶ。
Next, a second configuration example of the unnecessary vibration control device of this embodiment will be described with reference to FIG.
This second configuration example is configured to control the unnecessary vibration of the vibration type actuator using the unnecessary vibration signal detected by the vibration detection device that detects the unnecessary vibration in the second configuration example in the first embodiment. It is.
In the example of FIG. 12, the unnecessary vibration signal is a signal proportional to the vibration speed of the vibrating body 45, whereas in this example, the unnecessary vibration signal is a signal proportional to the vibration displacement of the vibrating body 45, The difference is that the detected electrode and the vibrating electrode are different.
Reference numeral 42 denotes a piezoelectric element, and 42-a, 42-b, 42-c, and 42-d denote piezoelectric sections corresponding to electrodes described later provided on the piezoelectric element. They are referred to as electrode 42-b, electrode 42-c, and electrode 42-d.

図17は、圧電素子42の電極及び接続状態を示す図であり、電極42−aには交流電圧φAを、電極42−bには交流電圧φBを接続して加振すると共に、電極42−cから振動変位を検出するよう接続されている。
不要振動を抑制するための加振用電極は42−dとなっておりφA’信号が印加される。
43は移相手段であり、不要振動信号の位相遅れを調整して不要振動の抑制効果が最も高くなるようにしている。
移相手段43が必要な理由は振動を検出する位置と加振する位置が異なることや、相対振動速度に対して振動変位は90°位相が遅れるため、そのままの位相ではダンピング特性を高く出来ないからである。
FIG. 17 is a diagram showing the electrodes of the piezoelectric element 42 and the connection state. The AC voltage φA is connected to the electrode 42-a and the AC voltage φB is connected to the electrode 42-b. Connected to detect vibration displacement from c.
The excitation electrode for suppressing unnecessary vibration is 42-d, and the φA ′ signal is applied.
Reference numeral 43 denotes a phase shift means that adjusts the phase delay of the unnecessary vibration signal so that the effect of suppressing unnecessary vibration is maximized.
The reason why the phase shift means 43 is necessary is that the vibration detection position and the vibration excitation position are different, and the vibration displacement is delayed by 90 ° with respect to the relative vibration speed. Because.

つぎに、本実施例の不要振動制御装置の第3の例の構成例について、図18を用いて説明する。
この第3の構成例は、実施例2による不要振動を検出する振動検出装置で検出した不要振動信号を用い、振動型アクチュエータの不要振動の制御を行うように構成したものである。
実施例2での同じ番号の説明は省略する。46及び47はD/A変換手段33及び34の出力信号を増幅する増幅器である。
48は電極36−cの中央付近の振動速度を光学的に非接触で計測する振動速度検出手段である。
加算手段17の出力する不要振動信号は圧電素子36の電極36−cの中央付近の振動速度に含まれる不要振動成分となっている。
この信号を増幅器37で反転増幅し加算手段38で交流電圧φAに加算して電極36−cに印加している。
不要な振動の振動速度に応じた信号を検出し、検出した位置の加振電極である電極36−cに反転増幅して印加することによって、図12で示した例と同様に不要振動に対するダンピング特性が強化され、不要振動の自励的な発生を抑制する。
本実施例の構成によれば、振動検出手段の出力信号の周波数成分に含まれる上記振動型アクチュエータを駆動する交流電圧の周波数を第1の周波数変換手段によって異なる周波数に変換する。そして、フィルタ手段によって上記交流電圧の周波数のみに起因する周波数成分を遮断した後に、残りの周波数成分を第2の周波数変換手段によって元の周波数成分に戻す。
これを制御手段に入力して上記振動体を加振することで、振動型アクチュエータの広い周波数範囲の不要な振動を抑えることができが、騒音の抑制が可能となる。
Next, a configuration example of a third example of the unnecessary vibration control apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG.
This third configuration example is configured to control unnecessary vibration of the vibration type actuator using the unnecessary vibration signal detected by the vibration detecting device for detecting unnecessary vibration according to the second embodiment.
Description of the same numbers in the second embodiment is omitted. Reference numerals 46 and 47 denote amplifiers that amplify the output signals of the D / A conversion means 33 and 34.
Reference numeral 48 denotes a vibration speed detecting means for optically measuring the vibration speed near the center of the electrode 36-c in a non-contact manner.
The unnecessary vibration signal output from the adding means 17 is an unnecessary vibration component included in the vibration speed near the center of the electrode 36-c of the piezoelectric element 36.
This signal is inverted and amplified by the amplifier 37, added by the adding means 38 to the AC voltage φA, and applied to the electrode 36-c.
By detecting a signal corresponding to the vibration speed of the unnecessary vibration and applying it to the electrode 36-c which is the excitation electrode at the detected position after being inverted and amplified, the damping against the unnecessary vibration is performed as in the example shown in FIG. The characteristic is strengthened and self-excited generation of unnecessary vibration is suppressed.
According to the configuration of the present embodiment, the frequency of the AC voltage that drives the vibration type actuator included in the frequency component of the output signal of the vibration detection means is converted to a different frequency by the first frequency conversion means. Then, after the frequency component caused only by the frequency of the AC voltage is cut off by the filter means, the remaining frequency component is returned to the original frequency component by the second frequency conversion means.
By inputting this to the control means and vibrating the vibrating body, unnecessary vibration in a wide frequency range of the vibration type actuator can be suppressed, but noise can be suppressed.

1:圧電素子
2:交流電圧生成手段
3、5:電流検出手段
4:コンデンサ
6:振動検出手段
7:正弦波生成手段
8:余弦波生成手段
9、10、15、16:乗算手段
11、12、:バンドストップフィルタ
13、14はハイパスフィルタ
17:加算手段
1: Piezoelectric element 2: AC voltage generation means 3, 5: Current detection means 4: Capacitor 6: Vibration detection means 7: Sine wave generation means 8: Cosine wave generation means 9, 10, 15, 16: Multiplication means 11, 12 ,: Band stop filters 13 and 14 are high-pass filters 17: addition means

Claims (11)

加振手段を有する振動体と、前記加振手段への交流電圧の印加による前記振動体の振動によって該振動体に対して相対移動する移動体と、を備える振動型アクチュエータの振動検出装置であって、
前記振動体の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段から出力される振動検出信号に含まれている前記交流電圧の周波数成分の信号を、該振動検出信号から除去する駆動周波数除去手段と、
を備え、
前記駆動周波数除去手段は、前記振動検出信号の周波数成分を異なる周波数に変換する第1の周波数変換手段と、
第1の周波数変換手段の出力信号から前記交流電圧の周波数のみに起因する周波数成分を除去するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段の出力信号を元の周波数に変換する第2の周波数変換手段と、
を有することを特徴とする振動型アクチュエータの振動検出装置。
A vibration detection device for a vibration type actuator, comprising: a vibrating body having a vibrating means; and a moving body that moves relative to the vibrating body by vibration of the vibrating body due to application of an alternating voltage to the vibrating means. And
Vibration detecting means for detecting vibration of the vibrating body;
Drive frequency removing means for removing, from the vibration detection signal, the signal of the frequency component of the AC voltage contained in the vibration detection signal output from the vibration detection means;
With
The drive frequency removing means includes first frequency conversion means for converting a frequency component of the vibration detection signal into a different frequency;
Filter means for removing a frequency component caused only by the frequency of the AC voltage from the output signal of the first frequency conversion means;
Second frequency conversion means for converting the output signal of the filter means to the original frequency;
A vibration detection device for a vibration type actuator comprising:
前記第1の周波数変換手段は、
前記交流電圧の周波数の正弦波及び余弦波と、前記振動検出信号と、を乗算する第1の乗算手段及び第2の乗算手段を有することを特徴とする請求項1に記載の振動型アクチュエータの振動検出装置。
The first frequency conversion means includes
2. The vibration type actuator according to claim 1, further comprising a first multiplying unit and a second multiplying unit that multiply the sine wave and cosine wave of the frequency of the AC voltage by the vibration detection signal. Vibration detection device.
前記第2の周波数変換手段は、
前記交流電圧の周波数の正弦波及び余弦波と、前記フィルタ手段の出力信号と、を乗算する第3の乗算手段及び第4の乗算手段と、
前記第3の乗算手段及び第4の乗算手段の出力を加算する第1の加算手段と、
を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の振動型アクチュエータの振動検出装置。
The second frequency converting means includes
Third and fourth multiplication means for multiplying the sine wave and cosine wave of the frequency of the alternating voltage by the output signal of the filter means;
First addition means for adding the outputs of the third multiplication means and the fourth multiplication means;
The vibration detection device for a vibration type actuator according to claim 1, wherein
前記フィルタ手段は、前記交流電圧の周波数の2倍の周波数成分と直流成分を除去することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの振動検出装置。   4. The vibration detection apparatus for a vibration type actuator according to claim 1, wherein the filter unit removes a frequency component and a DC component that are twice the frequency of the AC voltage. 5. 前記フィルタ手段は、前記交流電圧の周波数の2倍の周波数成分を遮断するノッチフィルタを有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの振動検出装置。   5. The vibration detection device for a vibration type actuator according to claim 1, wherein the filter unit includes a notch filter that cuts off a frequency component that is twice the frequency of the AC voltage. 6. 前記フィルタ手段は、入力信号と、該入力信号を前記交流電圧の周期の4分の1周期分の時間遅延した信号と、を加算する第2の加算手段を有することを特徴とする請求項5に記載の振動型アクチュエータの振動検出装置。   The said filter means has a 2nd addition means which adds an input signal and the signal which delayed this input signal for the period of the quarter of the period of the said alternating voltage. The vibration detection device of the vibration type actuator according to 1. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの振動検出装置と、前記交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、を備えた振動型アクチュエータの制御装置。 A vibration type actuator control device comprising: the vibration type detection device for a vibration type actuator according to any one of claims 1 to 6; and an AC voltage generation unit that generates the AC voltage . 前記駆動周波数除去手段の出力信号を前記交流電圧生成手段の出力する交流電圧と加算して出力することを特徴とする請求項7に記載の振動型アクチュエータの制御装置。   8. The vibration type actuator control device according to claim 7, wherein an output signal of the drive frequency removing unit is added to an AC voltage output from the AC voltage generating unit and output. 前記振動検出手段は、前記振動体の振動速度を検出することを特徴とする請求項7または請求項8に記載の振動型アクチュエータの制御装置。   9. The vibration type actuator control device according to claim 7, wherein the vibration detecting means detects a vibration speed of the vibrating body. 前記交流電圧生成手段の出力する交流電圧の周波数によって前記移動体と振動体との相対移動速度を制御することを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの制御装置。   The control of the vibration type actuator according to any one of claims 7 to 9, wherein a relative moving speed of the moving body and the vibrating body is controlled by a frequency of the AC voltage output from the AC voltage generating means. apparatus. 前記加振手段を有する前記振動体と、前記移動体と、を備える前記振動型アクチュエータと、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の振動型アクチュエータの振動検出装置と、前記交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、を備える装置。 The vibration type actuator comprising the vibration body having the vibration means and the moving body, the vibration detection device of the vibration type actuator according to any one of claims 1 to 6, and the AC voltage. An AC voltage generating means for generating .
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