JP7520686B2 - Vibration type driving device and driving method for a vibration type driving device - Google Patents
Vibration type driving device and driving method for a vibration type driving device Download PDFInfo
- Publication number
- JP7520686B2 JP7520686B2 JP2020177103A JP2020177103A JP7520686B2 JP 7520686 B2 JP7520686 B2 JP 7520686B2 JP 2020177103 A JP2020177103 A JP 2020177103A JP 2020177103 A JP2020177103 A JP 2020177103A JP 7520686 B2 JP7520686 B2 JP 7520686B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- driving device
- amplitude
- vibrator
- waveform
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
超音波振動を利用したアクチュエータの駆動装置に関するものである。 This relates to a drive device for an actuator that uses ultrasonic vibration.
電気-機械エネルギー変換素子(圧電素子、電歪素子等)によって加振される振動体を使った振動型アクチュエータにおいて、印加電圧を計測して振動体の断線等の不具合を検知する方法は知られている。例えば特許文献1にはインダクタを介して振動体に印加する交流電圧の高周波成分の発生の検出によって断線を検知する例が示されている。又特許文献2には昇圧用のトランスの特性によって変化する印加電圧の周波数特性のピーク特性のQ値やピーク周波数の変化の検出によって断線を検知する例が示されている。
In a vibration actuator that uses a vibrating body that is excited by an electrical-mechanical energy conversion element (piezoelectric element, electrostrictive element, etc.), a method is known for measuring the applied voltage to detect defects such as a disconnection in the vibrating body. For example,
特許文献1のように単体の振動体の場合、断線による印加電圧の変化が大きく、高周波成分の発生によって断線の発生を検知できる。しかし、インダクタ素子と振動体とが並列接続された振動体ユニットを直列に複数接続したものや、複数のトランスの2次側にそれぞれ並列に振動体を接続し各トランスの1次側を直列に接続した直列接続型の振動体装置においては以下の問題がある。
In the case of a single vibrator as in
すなわち、1つの振動体が断線しても直列接続の両端にかかる印加電圧の波形変化は少ない上、駆動周波数より高い周波数領域に現れる高周波成分は周波数によって増加したり減少したりする。そのため、単純に高周波成分が発生したからと言って断線の有無を判定出来なかった。 In other words, even if one vibrator breaks, there is little change in the waveform of the voltage applied to both ends of the series connection, and the high-frequency components that appear in a frequency range higher than the drive frequency increase or decrease depending on the frequency. For this reason, the presence or absence of a break cannot be determined simply because high-frequency components have been generated.
また特許文献2のようにトランスの2次側の周波数特性を利用して印加電圧の周波数特性のピーク特性に着目し、ピーク周波数やQ値を検出する方法を用いれば、個々の振動体の不具合を検知する事が出来る。しかし、上述したような直列接続型の振動体装置においては、すべての振動体に印加される交流電圧を検出する必要があり、不具合箇所を検知する事が出来る反面回路規模が大きくなる欠点があった。また、高周波域での周波数掃引や疑似乱数を用いたピーク周波数及びQ値の検出は、通常の駆動電圧を印加している最中に別途高周波電圧を重畳して独立に行うと速度変動や異音の原因になりやすいという問題があった。複数の振動体を連ねる振動型ユニットにおいては、複数の振動体の内、1個の振動体の断線が発生したとしても他の振動体へ印加電圧は供給され、ある程度駆動出来るので断線しても駆動を継続できるという性質を持つ。しかし、断線した状態では他の振動体の負担が重くなる為、性能劣化が加速的に進む可能性があるという問題があった。
Also, as in
本発明は上記課題に鑑み、複数の振動体を連ねる振動体ユニットにおいて、駆動中に振動体の断線を検出することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to detect a disconnection of a vibrator while it is being driven in a vibrator unit that has multiple vibrators connected together.
上記課題を解決するための振動型駆動装置は、指令信号を出力する制御部と、
前記指令信号に基づき駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動信号に基づき振動する2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットと、
前記駆動信号を分析して分析結果を出力する駆動信号分析手段と、前記分析結果に基づき前記振動体に連結する配線の断線の有無を判定する判定手段を備え、
1次側が直列に接続された複数のトランスの2次側にそれぞれ並列に振動体を接続した前記振動体ユニットを備え、前記複数のトランスの1次側は、前記駆動信号が印加されるように構成されており、
前記駆動部は所定の電圧と周波数を有するパルス信号を生成する矩形電圧生成手段と、前記矩形電圧生成手段と前記振動体ユニットとの間に挿入される波形整形手段を備え、
前記駆動信号の高調波の周波数が、前記振動体が断線していない状態において波形整形手段の出力電圧又は出力電流の周波数特性の谷の最下点の近傍であるよう構成されている。
また別の振動型駆動装置は、
指令信号を出力する制御部と、
前記指令信号に基づき駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動信号に基づき振動する2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットと、
前記駆動信号を分析して分析結果を出力する駆動信号分析手段と、前記分析結果に基づき前記振動体に連結する配線の断線の有無を判定する判定手段を備え、
並列に接続された一対のインダクタと振動体が、直列に複数対が連なる前記振動体ユニットを備え、
前記駆動部は所定の電圧と周波数を有するパルス信号を生成する矩形電圧生成手段と、前記矩形電圧生成手段と前記振動体ユニットとの間に挿入される波形整形手段を備え、
前記駆動信号の高調波の周波数が、前記振動体が断線していない状態において波形整形手段の出力電圧又は出力電流の周波数特性の谷の最下点の近傍であるよう構成されている。
The vibration type driving device for solving the above problem includes: a control unit that outputs a command signal;
A drive unit that outputs a drive signal based on the command signal;
a vibrator unit including two or more vibrators arranged in series and vibrating based on the drive signal;
a drive signal analysis means for analyzing the drive signal and outputting an analysis result; and a determination means for determining whether or not a wire connected to the vibrating body is broken based on the analysis result,
The vibrator unit includes a plurality of transformers whose primary sides are connected in series, and the secondary sides of the transformers are connected in parallel to each other, and the primary sides of the transformers are configured to receive the drive signal,
the driving unit includes a rectangular voltage generating means for generating a pulse signal having a predetermined voltage and frequency, and a waveform shaping means inserted between the rectangular voltage generating means and the vibrator unit,
The frequency of the harmonic of the drive signal is configured to be near the lowest point of the valley of the frequency characteristic of the output voltage or output current of the waveform shaping means when the vibrator is not broken.
Another vibratory drive device is
A control unit that outputs a command signal;
A drive unit that outputs a drive signal based on the command signal;
a vibrator unit including two or more vibrators arranged in series and vibrating based on the drive signal;
a drive signal analysis means for analyzing the drive signal and outputting an analysis result; and a determination means for determining whether or not a wire connected to the vibrating body is broken based on the analysis result,
The vibrator unit includes a plurality of pairs of a pair of an inductor and a vibrator connected in parallel and connected in series,
the driving unit includes a rectangular voltage generating means for generating a pulse signal having a predetermined voltage and frequency, and a waveform shaping means inserted between the rectangular voltage generating means and the vibrator unit,
The frequency of the harmonic of the drive signal is configured to be near the lowest point of the valley of the frequency characteristic of the output voltage or output current of the waveform shaping means when the vibrator is not broken .
本発明によれば、複数の振動体を連ねる振動型ユニットを有する振動型駆動装置において通常の駆動中に振動体の断線を検知可能となる。また通常駆動中に断線が発生しても、いち早く断線の状況に応じた駆動制御の実施が可能なので周辺機構や使用ユーザへの断線の影響を少なくすることが出来る。 According to the present invention, in a vibration type drive device having a vibration type unit in which multiple vibrators are connected, it is possible to detect a disconnection of a vibrator during normal operation. Even if a disconnection occurs during normal operation, it is possible to quickly implement drive control according to the disconnection situation, thereby reducing the impact of the disconnection on peripheral mechanisms and the user.
本発明を実施するための形態の一例は、指令信号を出力する制御部と、指令信号に基づき駆動信号を出力する駆動部と、駆動信号に基づき振動する2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットを備えている。さらには、駆動信号を分析して分析結果を出力する駆動信号分析手段と、分析結果に基づき前記振動体に連結する配線の断線の有無を判定する判定手段を備える振動型駆動装置である。 One example of an embodiment of the present invention is a vibration type driving device that includes a control unit that outputs a command signal, a driving unit that outputs a drive signal based on the command signal, and a vibrating body unit in which two or more vibrating bodies that vibrate based on the drive signal are connected. It further includes a drive signal analysis means that analyzes the drive signal and outputs the analysis result, and a determination means that determines whether or not there is a break in the wiring connected to the vibrating body based on the analysis result.
本発明を実施するための形態の他の一例は、以下のような制御方法である。すなわち制御部が指令信号を駆動部へ出力し、前記指令信号に基づき駆動部が出力した駆動信号によって2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットが振動する。それとともに、前記駆動信号を分析して分析結果を出力し、前記分析結果に基づき前記振動体に連結する配線の断線の有無を判定する振動型駆動装置の制御方法である。 Another example of a form for implementing the present invention is a control method as follows. That is, a control unit outputs a command signal to a drive unit, and a vibrator unit having two or more vibrators connected together vibrates due to a drive signal output by the drive unit based on the command signal. At the same time, the control method for a vibration type drive device analyzes the drive signal, outputs the analysis result, and determines whether or not there is a break in the wiring connected to the vibrator based on the analysis result.
当該構成によって、複数の振動体を連ねる振動型アクチュエータにおいて通常の駆動中に振動体の断線を検知することができる。以下、図面を参照しつつ詳述する。 This configuration makes it possible to detect a disconnection in a vibrating body during normal operation in a vibration actuator that has multiple vibrating bodies connected together. This will be described in detail below with reference to the drawings.
図1は第1の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路を示す図である。1、2、3は振動体、5、6、7は1次側のインダクタを直列に接続したトランスであり、トランス5、6、7の2次側に振動体1、2、3をそれぞれ並列に接続した点線で囲った部分は振動体ユニットとしての振動型アクチュエータ10の内部回路を示している。各振動体に並列に接続されたトランスの2次側コイルのインダクタンス値は、振動型アクチュエータ10の共振周波数に近い所定の周波数でマッチングされている。
Figure 1 shows the drive circuit of the vibration actuator of the first embodiment. 1, 2, and 3 are vibrators, 5, 6, and 7 are transformers with primary inductors connected in series, and the areas surrounded by dotted lines where
即ち、マッチング周波数をF0、制動容量値をC0、トランスの2次側コイルのインダクタンス値をL0とすると、これらの関係は数式1で表される。
That is, when the matching frequency is F 0 , the damping capacitance value is C 0 , and the inductance value of the secondary coil of the transformer is L 0 , the relationship between them is expressed by
尚、振動体の振幅は正確にはこの振動速度を時間で積分した値に比例するが、振動速度の振幅は概ね振動振幅に比例するので以下の実施例では振動速度信号の振幅を制御することで振動振幅を制御している。 To be precise, the amplitude of the vibrating body is proportional to the value obtained by integrating this vibration velocity with respect to time, but since the amplitude of the vibration velocity is roughly proportional to the vibration amplitude, in the following examples, the vibration amplitude is controlled by controlling the amplitude of the vibration velocity signal.
14は抵抗13で検出された振動速度信号の振幅を検出する為の振幅検出手段、15は不図示の指令手段からの指令に応じて振動型アクチュエータ10の振動振幅指令を出力する公知のCPUである。16は振動振幅指令と振幅検出手段14の出力を比較する振幅比較手段、17は振幅比較手段16の出力に応じて矩形電圧生成手段12に対して周波数指令を出力する振幅制御手段である。18は振動型アクチュエータ10の駆動電圧の波形を分析する駆動信号分析手段であって、制御部であるCPU15は駆動信号分析手段18の波形分析結果に応じてON-OFF指令等の指令信号を出力する。この指令信号に基づき、駆動部は駆動信号を2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットに出力する。
14 is an amplitude detection means for detecting the amplitude of the vibration velocity signal detected by
制御部であるCPU15はON-OFF指令等の指令信号を、駆動部である矩形電圧生成手段12に出力し、振動型アクチュエータ10の駆動・停止等の動作を制御している。
The
図1に例示した振動体ユニットは、1次側が直列に接続された複数のトランスの2次側にそれぞれ並列に振動体を接続した構成であり、複数のトランスの1次側は、前記駆動信号が印加されるように構成されている。加えて、矩形電圧生成手段と振動体ユニットとの間に挿入される波形整形手段を備えている。 The vibrator unit illustrated in FIG. 1 has a configuration in which vibrators are connected in parallel to the secondary sides of multiple transformers whose primaries are connected in series, and the primary sides of the multiple transformers are configured to be applied with the drive signal. In addition, it is equipped with a waveform shaping means inserted between the rectangular voltage generating means and the vibrator unit.
このように、2つ以上の振動体が連なって振動体ユニットとしての振動型アクチュエータ10が構成されており、制御部としてのCPU15が発する共通の指令信号により、振動体がそれぞれ駆動するように構成されている。
In this way, two or more vibrating bodies are connected together to form a
ここで本実施例の振動型アクチュエータの第1の例を示す。図2は3つの振動体を円柱シャフトの外周に接触させ、円柱シャフトを回転させる振動型アクチュエータの構造を示す図である。1、2、3は縦方向(矢印の方向)に振動する振動体で4は円柱シャフトである。本実施例では振動体1、2、3は円柱シャフト4の円周に120°毎に略均等に配置されている。振動体1、2、3を加振して縦方向の振動を励起することによって円柱シャフト4は時計周りに回転する。円柱シャフトは2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットに接する共通の接触体に相当し、振動体1,2,3の駆動により発生した合力の方向に振動体に対して相対移動する。
Here, a first example of a vibration type actuator of this embodiment is shown. Figure 2 shows the structure of a vibration type actuator in which three vibrators are brought into contact with the outer circumference of a cylindrical shaft to rotate the cylindrical shaft. 1, 2, and 3 are vibrators that vibrate in the vertical direction (direction of the arrow), and 4 is a cylindrical shaft. In this embodiment,
図3は振動型アクチュエータ10内の電気的接続を示す図である。5、6、7はトランスで、トランス5、6、7の2次側コイルが振動体1、2、3に接合された圧電体に並列に接続されている。8は振動型アクチュエータ10に交流電圧を入力する為のコネクタで、トランス5、6、7の1次側コイルを直列接続し、その両端が接続されている。9はドーナツ状の中空ケースで、上記振動体が収められ、これらが一体となり複数の振動体が連なった振動型アクチュエータ10を構成している。
Figure 3 is a diagram showing the electrical connections within the
また、振動体1、2、3はケース9の円柱シャフト4を通す中空円筒部に、120°毎に円柱シャフト4に加圧接触される突出部を持ち、不図示のバネ構造を含む支持部材によって一定の加圧力で円柱シャフト4に押し当てられている。次にCPU15の動作について説明する。CPU15は不図示の指令手段からの速度指令に応じて速度指令に対応する振動振幅のテーブルを元に振動振幅に関連する指令信号を出力する。駆動中に定期的に駆動信号分析手段18の分析結果をモニタし、分析結果が所定の範囲外であれば振動体1、2、3のいずれかが断線したと判定し、振動振幅指令を0にして振動型アクチュエータを停止する。さらには停止と共に不図示の指令手段に断線発生を知らせるように動作してもよい。
The
次に駆動信号分析手段18の動作について説明する。図4は振動型アクチュエータ10の振動体の接続が断線した時の駆動電圧振幅の周波数特性の変化を示している。矩形電圧生成手段12が、正弦波状の電圧信号である駆動信号を出力したと仮定して周波数を掃引し駆動電圧の振幅を測定したものである。本実施形態における振動型アクチュエータ10の駆動周波数の範囲は概ね93kHzから98kHzの間である。
Next, the operation of the drive signal analysis means 18 will be described. Figure 4 shows the change in frequency characteristics of the drive voltage amplitude when the connection of the vibrating body of the
図4中、実線が断線無し、破線が振動体の1つに連結する配線が断線、一点鎖線が2つの振動体のそれぞれに連結する配線が断線、点線が全ての振動体のそれぞれに連結する配線が断線した場合である。図4中、F1は通常駆動で用いる周波数範囲内のある駆動電圧波形の基本波の周波数、F2はその2次の高調波の周波数、F3はその3次の高調波の周波数を示している。図4の各次数の電圧振幅を比較すると、断線の数によって次数間の振幅の比が異なり波形が変化している事がわかる。また駆動電圧の3次の高調波の周波数F3が断線無しの時の周波数特性の谷の最下点の周波数(310kHz付近)の近傍である為、3次の高調波の振幅が断線時に大きく変化しているため断線時の波形変化を大きくしている。 In Fig. 4, the solid line indicates no breakage, the dashed line indicates a breakage in the wiring connected to one of the vibrators, the dashed line indicates a breakage in the wiring connected to each of the two vibrators, and the dotted line indicates a breakage in the wiring connected to each of all the vibrators. In Fig. 4, F1 indicates the fundamental frequency of a certain driving voltage waveform within the frequency range used in normal driving, F2 indicates the frequency of its second harmonic, and F3 indicates the frequency of its third harmonic. Comparing the voltage amplitudes of each order in Fig. 4, it can be seen that the ratio of the amplitudes between the orders differs depending on the number of breakages, and the waveform changes. In addition, since the frequency F3 of the third harmonic of the driving voltage is near the frequency (around 310 kHz) at the lowest point of the valley of the frequency characteristic when there is no breakage, the amplitude of the third harmonic changes significantly when a breakage occurs, which makes the waveform change large when a breakage occurs.
図5に駆動電圧の波形の変化を示す。図5(a)は矩形電圧生成手段12がデューティ50%のパルス信号を出力した場合、図5(b)は矩形電圧生成手段12がデューティ38%のパルス信号を出力した場合を示している。実線が断線無し、破線が1つの振動体が断線、一点鎖線が2つの振動体が断線、点線が全て断線した場合である。 Figure 5 shows the change in the waveform of the drive voltage. Figure 5(a) shows the case where the rectangular voltage generating means 12 outputs a pulse signal with a duty of 50%, and Figure 5(b) shows the case where the rectangular voltage generating means 12 outputs a pulse signal with a duty of 38%. The solid line shows the case where there is no break, the dashed line shows the case where one vibrator is broken, the dashed line shows the case where two vibrators are broken, and the dotted line shows the case where all are broken.
図5(a)、図5(b)とも断線が発生すると滑らかな波形の一部が急峻に変化し、矩形波が重畳している様子がよくわかる。また断線の数が増えると急峻な波形が大きくなる一方で振幅は小さくなっており、重畳される矩形波成分の割合が増加していることがわかる。 In both Figures 5(a) and 5(b), when a break occurs, part of the smooth waveform changes to abrupt and a square wave is superimposed. It can also be seen that as the number of breaks increases, the steepness of the waveform increases while the amplitude decreases, and the proportion of superimposed square wave components increases.
図6は矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが50%の時の駆動信号分析手段18の波形分析結果の例を示している。図6(a)、(b)は駆動電圧の周波数を変えて駆動電圧の「絶対値の平均値」と実効値を元に計算したグラフである。図6(a)は波形率(「絶対値の平均値」/実効値)、図6(b)は実効値―「絶対値の平均値」の結果である。 Figure 6 shows an example of the waveform analysis results of the drive signal analysis means 18 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 12 is 50%. Figures 6(a) and (b) are graphs calculated based on the "average absolute value" and effective value of the drive voltage when the frequency of the drive voltage is changed. Figure 6(a) shows the result of the form factor ("average absolute value"/effective value), and Figure 6(b) shows the result of effective value - "average absolute value".
交流信号の実効値は矩形波に近いほど交流信号の「絶対値の平均値」に近づいていくので、断線数の増加によって重畳される矩形波成分が増加すると波形率は1に近づいてゆき、実効値―「絶対値の平均値」は減少している。 The closer the effective value of an AC signal is to a square wave, the closer it approaches the "average absolute value" of the AC signal. Therefore, as the number of breaks increases and the superimposed square wave components increase, the form factor approaches 1, and the effective value - the "average absolute value" decreases.
このように分析する波形は、駆動電圧の周波数に対する駆動電圧の絶対値の平均値の波形、あるいは駆動電圧の周波数に対する駆動電圧の実効値の波形であってもよい。 The waveform analyzed in this manner may be a waveform of the average absolute value of the drive voltage relative to the frequency of the drive voltage, or a waveform of the effective value of the drive voltage relative to the frequency of the drive voltage.
図6(c)、(d)は駆動電圧の高調波の振幅から計算したグラフである。図6(c)は高周波成分の度合いを評価する為の全高調波歪率(基本波以外の高周波成分(高調波成分)の振幅を基本波の振幅で割った値)、図6(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。基本波や高調波の振幅の計測方法としては、公知のFFT(高速フーリエ変換)を用いる方法の他以下の方法がある。すなわち、ローパスフィルタを使って基本波と高周波成分(高調波成分)を分離してそれぞれの振幅を計測する方法、バンドパスフィルタで特定の次数の高調波を抜き出して振幅を計測する方法等がある。また、本実施例では駆動信号分析手段18を使って波形の分析を行ったが、不図示のA/D変換器を用いて駆動電圧の時系列波形をCPU15に読み込み、FFT等の演算を用いて波形分析を行っても良い。その場合、A/D変換器で入力する前にローパスフィルタで5次以上の高調波を減衰させてから入力することで、A/D変換器のサンプリング周波数を下げることが出来る。波形の変化には3次以下の高調波の影響が大きいので、3次の高調波を検出するのに十分なサンプリング周波数(例えば基本波の12倍以上の周波数)でサンプリングするのが望ましい。このように、駆動電圧の周波数に対する3次の高調波の振幅と基本波の振幅の波形から分析してもよい。
6(c) and (d) are graphs calculated from the amplitude of the harmonics of the drive voltage. FIG. 6(c) is a graph showing the total harmonic distortion (the value obtained by dividing the amplitude of high-frequency components (harmonic components) other than the fundamental wave by the amplitude of the fundamental wave) for evaluating the degree of high-frequency components, and FIG. 6(d) is a graph showing the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave. Methods for measuring the amplitude of the fundamental wave and the harmonics include the well-known method of using FFT (fast Fourier transform) as well as the following methods. That is, there are a method of using a low-pass filter to separate the fundamental wave and the high-frequency components (harmonic components) and measure their respective amplitudes, and a method of extracting a specific order of harmonics using a band-pass filter and measuring the amplitude. In addition, in this embodiment, the waveform was analyzed using the drive signal analysis means 18, but the time-series waveform of the drive voltage may be read into the
図4の駆動電圧振幅の周波数特性より矩形波の2次以上の高調波成分は断線によってほぼ増加しているので、高調波歪率及び3次高調波(F3近傍の周波数)の振幅を基本波(F1近傍の周波数)の振幅で割った値は断線数が増えるに従って増加している。 According to the frequency characteristics of the drive voltage amplitude in FIG. 4, the second and higher harmonic components of the square wave increase almost entirely due to breakages, so the harmonic distortion factor and the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic (frequency near F3 ) by the amplitude of the fundamental wave (frequency near F1 ) increase as the number of breakages increases.
断線の有無を判定する閾値を図6(a)、(b)、(c)、(d)のそれぞれのグラフに長鎖線で示した。この閾値を用いれば各波形分析計算の結果から94kHzから97kHzまでのどの周波数で駆動中であっても、断線の有無の判定が可能である。 The threshold value for determining whether or not there is a break is shown by the long-dash line in each of the graphs in Figures 6(a), (b), (c), and (d). By using this threshold value, it is possible to determine whether or not there is a break from the results of each waveform analysis calculation, regardless of the frequency at which the device is being driven, from 94 kHz to 97 kHz.
図7は矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが38%の時の駆動信号分析手段18の波形分析結果の例を示している。図7(a)、(b)は駆動電圧の周波数を変えて駆動電圧の「絶対値の平均値」と実効値を元に計算したグラフである。図7(a)は波形率(「絶対値の平均値」/実効値)、図7(b)は実効値―「絶対値の平均値」の結果である。図7(c)、(d)は駆動電圧の高調波の振幅から計算したグラフである。図7(c)は全高調波歪率(基本波以外の高周波成分(高調波成分)の振幅を基本波の振幅で割った値)、図7(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。 Figure 7 shows an example of the waveform analysis results of the drive signal analysis means 18 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 12 is 38%. Figures 7(a) and (b) are graphs calculated based on the "average absolute value" and effective value of the drive voltage when the frequency of the drive voltage is changed. Figure 7(a) shows the form factor ("average absolute value"/effective value), and Figure 7(b) shows the result of effective value - "average absolute value". Figures 7(c) and (d) are graphs calculated from the amplitude of the harmonics of the drive voltage. Figure 7(c) shows the total harmonic distortion (the value obtained by dividing the amplitude of high-frequency components (harmonic components) other than the fundamental wave by the amplitude of the fundamental wave), and Figure 7(d) shows the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave.
図7(a)、(b)の分析結果は断線によって増加又は減少方向に一様に変化しているが、断線0と断線1の結果が近接しており、間に閾値を設けても断線判定の信頼性が低い。図7(c)、(d)の分析結果は断線0と断線1の間隙が十分あるので断線の有無の判定が比較的容易である。
The analysis results in Figures 7(a) and (b) show a uniform increase or decrease due to the break, but the results for
図8は図6を基に矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが50%の時の周波数を所定周波数に固定した時の断線個数に対する分析結果の変化を示したグラフである。図8(a)は波形率、図8(b)は実効値―「絶対値の平均値」、図8(c)は全高調波歪率、図8(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。94kHzから97kHzの周波数範囲において概ね図8の様に断線の数によって各値が一様に変化しているので、断線の数を求める事も可能である。 Figure 8 is a graph based on Figure 6 showing the change in analysis results with respect to the number of breaks when the frequency when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generating means 12 is 50% is fixed to a specified frequency. Figure 8(a) is the form factor, Figure 8(b) is the effective value - "average of absolute values", Figure 8(c) is the total harmonic distortion, and Figure 8(d) is the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave. In the frequency range from 94 kHz to 97 kHz, each value changes roughly uniformly depending on the number of breaks as shown in Figure 8, so it is also possible to determine the number of breaks.
図9は図7を基に矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが38%の時の周波数を所定周波数に固定した時の断線個数に対する分析結果の変化を示したグラフである。図9(a)は波形率、図9(b)は実効値―「絶対値の平均値」、図9(c)は全高調波歪率、図9(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。 Figure 9 is a graph based on Figure 7 showing the change in the analysis results for the number of breaks when the frequency of the pulse signal output by the rectangular voltage generating means 12 with a duty of 38% is fixed to a specified frequency. Figure 9(a) is a graph showing the form factor, Figure 9(b) is a graph showing the effective value - "average of absolute values", Figure 9(c) is a graph showing the total harmonic distortion, and Figure 9(d) is a graph showing the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave.
図7の説明と同様に図9(a)、(b)の分析結果は断線によって増加又は減少方向に一様に変化しているが、断線数間の結果が近接しており、断線の数を求めても誤差が大きくなる可能性がある。図9(c)、(d)の分析結果は断線0と断線1の間隙が十分あるのでデューティ50%の場合と同様に断線の数を求める事が可能である。
As explained in Figure 7, the analysis results in Figures 9(a) and (b) show a uniform increase or decrease due to the number of breaks, but the results for the number of breaks are close to each other, so there is a possibility that the error in determining the number of breaks will be large. The analysis results in Figures 9(c) and (d) show that there is a sufficient gap between
この様にデューティ50%とデューティ38%の分析結果に大きな違いが発生するのは、パルス信号の2次と3次の高調波の振幅比が異なるからである。図4の駆動電圧振幅の周波数特性は2次と3次の高調波の周波数周辺で断線による特性変化が大きいため、パルス信号の2次と3次の高調波の振幅比の違いが分析結果の違いに影響している。このように駆動条件(デューティや駆動周波数)によって分析結果が変わるので駆動条件が変化するアプリケーションに於いては、駆動条件によって波形分析方法切り替える事は有効である。 The reason why there is such a large difference between the analysis results for a duty of 50% and a duty of 38% is because the amplitude ratio of the second and third harmonics of the pulse signal is different. The frequency characteristics of the drive voltage amplitude in Figure 4 show large changes in characteristics due to disconnections around the frequencies of the second and third harmonics, so the difference in the amplitude ratio of the second and third harmonics of the pulse signal affects the difference in the analysis results. As the analysis results change depending on the drive conditions (duty and drive frequency), in applications where the drive conditions change, it is effective to switch the waveform analysis method depending on the drive conditions.
図10は図1の振動型アクチュエータの駆動回路の波形整形手段11をインダクタだけの波形整形手段19に変えた場合の構成を示している。CPU15の動作は上記例と変わらないが、振動型アクチュエータ10の振動体が断線した時の駆動電圧の振幅の周波数特性の変化が異なるので、駆動信号分析手段18の分析結果が異なっている。
Figure 10 shows a configuration in which the waveform shaping means 11 of the drive circuit of the vibration actuator in Figure 1 is replaced with a waveform shaping means 19 consisting of an inductor only. The operation of the
図11は図10の振動型アクチュエータの駆動回路における振動型アクチュエータ10の振動体の接続が断線した時の駆動電圧の振幅の周波数特性の変化を示す図である。
Figure 11 shows the change in the frequency characteristics of the amplitude of the drive voltage when the connection of the vibrating body of the
波形整形手段に直流カットの為のコンデンサが無い為に、図4の特性と比較して低周波域の駆動電圧振幅の周波数特性が増加している。 Because the waveform shaping means does not have a capacitor for cutting DC, the frequency characteristics of the drive voltage amplitude in the low frequency range are increased compared to the characteristics in Figure 4.
図12は矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが50%の時の駆動信号分析手段18による駆動電圧の波形分析結果の例を示している。図12(a)は波形率、図12(b)は実効値―「絶対値の平均値」、図12(c)は全高調波歪率(基本波以外の高調波成分の振幅を基本波の振幅で割った値)、図12(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。図11のグラフにおいて全て断線した断線3以外の特性は高周波域(F2以上の周波数)での振幅変化が少ない。それに対して周波数が90kHzから100kHzに近づくほど振幅が大きくなっている為、基本波(F1近傍)の周波数が100kHzに近いほど断線による波形の変化が少なくなっている。その為図12(a)、(c)、(d)の分析結果は周波数が高いほど断線0、断線1、断線2の変化が少なくなっている。
FIG. 12 shows an example of the waveform analysis result of the drive voltage by the drive signal analysis means 18 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 12 is 50%. FIG. 12(a) is a graph showing the form factor, FIG. 12(b) is the effective value - "average of absolute values", FIG. 12(c) is a graph showing the total harmonic distortion (the value obtained by dividing the amplitude of the harmonic components other than the fundamental wave by the amplitude of the fundamental wave), and FIG. 12(d) is a graph showing the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave. In the graph of FIG. 11, the characteristics other than the
図12の各分析結果は97kHz近傍で断線による変化が少なくなっているが、それぞれ断線の数によって各値が一様に変化している。したがって、あらかじめ断線によって発生する駆動電圧の振幅の特性を計測し、各分析結果を周波数毎の比較テーブルとして用意しておくことで断線の有無や断線の数を求める事が可能である。 The analysis results in Figure 12 show that changes due to breaks are small around 97 kHz, but each value changes uniformly depending on the number of breaks. Therefore, by measuring the characteristics of the amplitude of the drive voltage generated by breaks in advance and preparing each analysis result as a comparison table for each frequency, it is possible to determine whether breaks exist and how many breaks there are.
図13は振動型アクチュエータの構成が異なる場合の例で振動型アクチュエータの駆動回路の第3の例を示す図である。上記例では振動体1、2、3と並列にトランス5、6、7が接続され振動型アクチュエータ10を構成していた。本例では振動体1、2、3にインダクタ20、21、22が並列に接続されると共に振動体1、2、3は直列に接続され、振動体ユニットとしての振動型アクチュエータ23を構成している。すなわち並列に接続された一対のインダクタと振動体が、直列に複数対が連なる前記振動体ユニットを構成している。
Figure 13 shows a third example of a drive circuit for a vibration actuator in a different configuration. In the above example,
各部の動作は上記例と同様なので駆動信号分析手段18の動作についてのみ説明する。 The operation of each part is the same as in the above example, so only the operation of the drive signal analysis means 18 will be explained.
図14は振動型アクチュエータ23の振動体の接続が断線した時の駆動電圧の振幅の周波数特性の変化を示している。上記説明と同様に矩形電圧生成手段12が正弦波を出力したと仮定して周波数を掃引し駆動電圧の振幅を測定したものである。
Figure 14 shows the change in frequency characteristics of the amplitude of the drive voltage when the connection of the vibrating body of the
実線が断線無し、破線が1つの振動体が断線、一点鎖線が2つの振動体が断線、点線が全て断線した場合である。F1は通常駆動で使用するある駆動電圧波形の基本波の周波数、F2は2次の高調波の周波数、F3は3次の高調波の周波数を示している。 The solid line indicates no breaks, the dashed line indicates one vibrator breaks, the dashed line indicates two vibrators breaks, and the dotted line indicates all breaks. F1 indicates the fundamental frequency of a certain drive voltage waveform used in normal driving, F2 indicates the frequency of the second harmonic, and F3 indicates the frequency of the third harmonic.
図15は矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが50%の時の駆動信号分析手段18の波形分析結果の例を示している。図15(a)は波形率、図15(b)は実効値―「絶対値の平均値」、図15(c)は全高調波歪率(基本波以外の高調波成分の振幅を基本波の振幅で割った値)、図15(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。各分析結果とも断線0と断線1の間隙が大きいので断線の有無の判定は容易である。各グラフの長鎖線は断線判定のための閾値である。
Figure 15 shows an example of the waveform analysis results of the drive signal analysis means 18 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 12 is 50%. Figure 15(a) is a graph showing the form factor, Figure 15(b) is the effective value - "average of absolute values", Figure 15(c) is a graph showing the total harmonic distortion (the amplitude of harmonic components other than the fundamental wave divided by the amplitude of the fundamental wave), and Figure 15(d) is a graph showing the amplitude of the third harmonic divided by the amplitude of the fundamental wave. Since the gap between
図16は矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが38%の時の駆動信号分析手段18による駆動電圧の波形分析結果の例を示している。図16(a)は波形率、図16(b)は実効値―「絶対値の平均値」、図16(c)は全高調波歪率(基本波以外の高調波成分の振幅を基本波の振幅で割った値)、図16(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。図16(c)の全高調波歪率以外の特性は断線数間の間隙が狭くなった以外は図15のデューティ50%の場合と同じで断線の有無の判定が容易である。しかし、図16(c)の全高調波歪率は図15(c)と比較して断線0と断線1の順番が入れ替わっている。全高調波歪率が減少するということは基本波成分に対して相対的に高周波成分が減少する事を示しており、図16(c)の特性は断線1によって駆動電圧の高周波成分が減少している事を示している。従って図16(c)の全高調波歪率を用いて断線の有無を判定するには図の2つの長鎖線の様に大小2つの閾値が必要である。また図16のどの分析手法でも94kHzから97kHzの範囲内で断線数間のグラフの交差は無いので、あらかじめ断線による駆動電圧波形の分析結果を比較テーブルとして作成しておき、それに基づいて判定すれば断線の判定が可能である。
Figure 16 shows an example of the waveform analysis result of the drive voltage by the drive signal analysis means 18 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 12 is 38%. Figure 16(a) is a graph showing the form factor, Figure 16(b) is the effective value - "average of absolute values", Figure 16(c) is the total harmonic distortion (the value obtained by dividing the amplitude of the harmonic components other than the fundamental wave by the amplitude of the fundamental wave), and Figure 16(d) is a graph showing the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave. The characteristics other than the total harmonic distortion in Figure 16(c) are the same as those in the case of a duty of 50% in Figure 15, except that the gap between the number of breaks is narrower, making it easy to determine whether or not there is a break. However, the order of
上記説明にて異なる回路、異なるデューティ、異なる駆動周波数では断線による駆動電圧波形への影響が異なる事を示した。図16の説明では、断線した場合でも高周波成分が減少する場合があり、駆動条件によっては単純に高周波成分の有無だけでは断線の判定が出来ない事を示した。また、あらかじめ断線による駆動電圧波形の分析結果を比較テーブルとして作成しておけば周波数指令と分析結果と比較テーブルを用い、それに基づいて判定すれば断線の判定が可能である事を示した。 The above explanation shows that the effect of a break on the drive voltage waveform differs depending on the circuit, duty cycle, and drive frequency. The explanation in Figure 16 shows that even when a break occurs, the high-frequency components may decrease, and that depending on the drive conditions, a break cannot be determined simply by the presence or absence of high-frequency components. It also shows that if a comparison table is created in advance of the analysis results of the drive voltage waveform due to a break, a break can be determined by using the frequency command, the analysis results, and the comparison table to make a judgment based on that.
また、上記説明では4つの波形分析手法の例を用いて断線の判定方法を説明したが波形によって出力が変化する演算手法や測定方法であれば使用することが可能である。例えば断線によって急峻な波形が現れ、断線数によって大きさが変化するので、単位時間あたりの駆動電圧の変化の最大値を用いても良い。また特定の次数の高調波振幅によって断線を判定することも可能である。 In addition, in the above explanation, a method for determining whether a wire is broken was explained using four examples of waveform analysis methods, but any calculation method or measurement method in which the output changes depending on the waveform can be used. For example, a wire break causes a steep waveform to appear, and the magnitude changes depending on the number of breaks, so the maximum value of the change in drive voltage per unit time can be used. It is also possible to determine whether a wire is broken based on the harmonic amplitude of a specific order.
尚、上記説明では駆動電圧として矩形電圧生成手段12の出力であるパルス信号を用いたが他の波形でも良い。三角波、鋸波、公知のD級アンプの出力であるPWM変調波であっても5次以下の比較的低次の高調波を多く含む波形であれば、断線による波形変化が比較的大きい為、断線の検知に利用可能である。 In the above explanation, a pulse signal output from the rectangular voltage generating means 12 is used as the drive voltage, but other waveforms may also be used. Even triangular waves, sawtooth waves, and PWM modulated waves output from known class D amplifiers can be used to detect breaks, as long as they contain many relatively low-order harmonics of the fifth order or less, because the change in waveform due to a break is relatively large.
このように駆動信号分析手段は波形整形手段の出力電圧又は出力電流の波形を分析し、波形率、高調波歪率、実効値と絶対値の平均値との差、高調波振幅のいずれかに応じた値を検出するとよい。なお波形整形手段はあるほうがより望ましいが必須ではなく直接に信号処理してもよい。 In this way, the drive signal analysis means analyzes the waveform of the output voltage or output current of the waveform shaping means, and detects a value corresponding to any one of the following: form factor, harmonic distortion, difference between the effective value and the average of the absolute value, and harmonic amplitude. Although it is preferable to have a waveform shaping means, it is not essential and direct signal processing may be used.
図17は第2の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路を示す図である。上記実施例の振動型アクチュエータは振動体1、2、3とトランス5、6、7が並列に接続されていたが、本実施例ではマッチング調整用コンデンサ24、25、26が並列に追加接続されている。各部の動作は実施例1と同じなので説明は省略し、駆動電圧波形の分析及び断線の判定について説明する。
Figure 17 is a diagram showing the drive circuit of the vibration actuator of the second embodiment. In the vibration actuator of the above embodiment,
各振動体に並列に接続されたコンデンサはマッチング周波数調整用のコンデンサで、その静電容量値C1は、マッチング周波数をF0、制動容量値をC0、トランスの2次側コイルのインダクタンス値をL0とすると、これらの関係は数式2で表される。
The capacitors connected in parallel to each vibrating body are capacitors for adjusting the matching frequency, and the capacitance value C1 of the capacitor is expressed by the
次に、振動体が断線した場合の駆動電圧波形について上記実施例との違いについて説明する。回路構成としては、上記実施例では振動体の接続が断線すると振動体に並列に接続されたトランス又はインダクタに並列に接続された静電容量成分が無くなるのに対して、本実施例ではマッチング調整用のコンデンサの接続が残る。そのため、断線によってトランスとマッチング調整用コンデンサとの並列共振系が現れ、駆動電圧波形にその影響が現れる。 Next, we will explain the difference from the above embodiment in the drive voltage waveform when the vibrator is disconnected. In terms of circuit configuration, in the above embodiment, when the connection of the vibrator is disconnected, the electrostatic capacitance component connected in parallel to the transformer or inductor connected in parallel to the vibrator disappears, whereas in this embodiment, the connection of the matching adjustment capacitor remains. Therefore, a parallel resonance system between the transformer and the matching adjustment capacitor appears due to the disconnection, and the effect of this appears in the drive voltage waveform.
図18は図17の振動型アクチュエータ27の振動体の接続が断線した時の駆動電圧の振幅の周波数特性の変化を示している。矩形電圧生成手段12が正弦波を出力したと仮定して周波数を掃引し駆動電圧の振幅を測定したものである。
Figure 18 shows the change in frequency characteristics of the amplitude of the drive voltage when the connection of the vibrator of the
実線が断線無し、破線が1つの振動体が断線、一点鎖線が2つの振動体が断線、点線が全て断線した場合である。F1は通常駆動で用いるある駆動電圧波形の基本波の周波数、F2は2次の高調波の周波数、F3は3次の高調波の周波数、F4は4次の高調波の周波数を示している。3次の高調波の周波数F3と4次の高調波の周波数F4の間のピーク特性は振動体の断線によって生じたマッチング調整用コンデンサとトランスの並列共振の影響である。また駆動電圧の3次の高調波の周波数F3が断線無しの時の周波数特性の谷の最下点の周波数(310kHz付近)の近傍である為、3次の高調波の振幅が断線時に大きく変化しているため断線時の波形変化を大きくしている。 The solid line indicates no breakage, the dashed line indicates one vibrator breakage, the dashed line indicates two vibrators breakage, and the dotted line indicates all breakages. F1 indicates the fundamental frequency of a certain drive voltage waveform used in normal driving, F2 indicates the frequency of the second harmonic, F3 indicates the frequency of the third harmonic, and F4 indicates the frequency of the fourth harmonic. The peak characteristics between the third harmonic frequency F3 and the fourth harmonic frequency F4 are the influence of the parallel resonance of the matching adjustment capacitor and the transformer caused by the breakage of the vibrator. In addition, since the frequency F3 of the third harmonic of the drive voltage is near the lowest frequency (around 310 kHz) of the valley of the frequency characteristic when there is no breakage, the amplitude of the third harmonic changes significantly when the breakage occurs, which makes the waveform change large when the breakage occurs.
図19は矩形電圧生成手段12がデューティ50%のパルス信号を出力した場合の駆動電圧波形を示している。実線が断線無し、破線が1つの振動体が断線、一点鎖線が2つの振動体が断線、点線が全て断線した場合である。断線が発生すると断線の数の増加に応じて正弦波が矩形波に近付いていることがわかる。 Figure 19 shows the drive voltage waveform when the rectangular voltage generating means 12 outputs a pulse signal with a duty of 50%. The solid line indicates no breaks, the dashed line indicates one vibrator break, the dashed line indicates two vibrators break, and the dotted line indicates all breaks. It can be seen that when breaks occur, the sine wave approaches a rectangular wave as the number of breaks increases.
図20は矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが50%の時の駆動信号分析手段18による駆動電圧の波形分析結果の例を示している。図20(a)は波形率、図20(b)は実効値―「絶対値の平均値」、図20(c)は全高調波歪率(基本波以外の高調波成分の振幅を基本波の振幅で割った値)、図20(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。図20のすべての波形分析結果において断線0と断線1間の間隙が広く断線の有無の判定が容易である。図20の長鎖線は振動型アクチュエータ27の駆動中に断線の有無を判定する為の閾値を示している。このように間隙が広くなった理由は図18の駆動電圧振幅の周波数特性がマッチング調整用コンデンサとトランスの並列共振の影響で3次の高調波(F3)付近での断線の有無による変化が大きいからである。このようにマッチング調整用コンデンサとトランスによる並列共振の周波数をパルス信号の低次の高調波の付近に設定する事で、断線の有無の判定を容易にすることが出来る。
FIG. 20 shows an example of the waveform analysis result of the drive voltage by the drive signal analysis means 18 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 12 is 50%. FIG. 20(a) is a graph showing the form factor, FIG. 20(b) is the effective value - "average of absolute values", FIG. 20(c) is the total harmonic distortion factor (the value obtained by dividing the amplitude of the harmonic components other than the fundamental wave by the amplitude of the fundamental wave), and FIG. 20(d) is a graph showing the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave. In all the waveform analysis results in FIG. 20, the gap between
また上記実施例と同様にあらかじめ断線によって発生する駆動電圧の振幅の特性を計測して分析結果の比較テーブルを作成しておくことで、振動型アクチュエータ27の駆動中に分析結果と比較テーブルを用いて断線の有無や断線数を判定することが可能である。
As in the above embodiment, by measuring the characteristics of the amplitude of the drive voltage generated by a break in advance and creating a comparison table of the analysis results, it is possible to determine the presence or absence of a break in the drive voltage and the number of breaks by using the analysis results and the comparison table while the
図21は第2の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路の第2の例を示す図である。図17に示した例では振動体1、2、3にトランス5、6、7とマッチング調整用コンデンサ24、25、26が並列に接続しているのに対し、振動体1、2、3にインダクタ20、21、22とマッチング調整用コンデンサ24、25、26が並列接続している。マッチング調整用コンデンサ24、25、26はインダクタ20、21、22と隣接して不図示の回路基板上に実装され、振動体1、2、3はこの回路基板とはコネクタを介してフレキシブル基板で接続される。フレキシブル基板が屈曲を繰り返す用途や折り曲げる用途ではフレキシブル基板の断線のリスクが高くなる。
Figure 21 is a diagram showing a second example of the drive circuit of the vibration type actuator of the second embodiment. In the example shown in Figure 17, the
マッチング調整用コンデンサの静電容量値C1は、マッチング周波数をF0、制動容量値をC0、インダクタのインダクタンス値をL0とすると、これらの関係は数式2で表される。振動体1、2、3、インダクタ20、21、22及びマッチング調整用コンデンサ24、25、26、の並直列回路は振動型アクチュエータ28を構成しており、矩形電圧生成手段12のパルス信号が波形整形手段11を介して印加される。振動型アクチュエータ28に流れる電流は抵抗13で電圧信号に変換され、振幅検出手段14に入力されている。各部の動作は実施例1と同じなので説明は省略する。
The capacitance value C1 of the matching adjustment capacitor is expressed by the
また直列に接続する振動体の数が増えると、製造時にコネクタの差し込み不良等のリスクも増加する。差し込み不良も断線の一種であり、接触不良から完全にコネクタが脱落(断線)するまでの間で分析結果が断線0から断線1の状態に変化していく。その変化の過程で分析結果が閾値をよぎり、コネクタの差し込み不良等も検出することが可能である。
Furthermore, as the number of vibrating bodies connected in series increases, so does the risk of improper insertion of connectors during manufacturing. Improper insertion is also a type of disconnection, and the analysis result changes from
また、上記説明では4つの波形分析手法を用いて説明したが波形によって出力が変化する方法であれば使用することが可能である。 In addition, in the above explanation, four waveform analysis methods were used, but any method in which the output changes depending on the waveform can be used.
尚、上記説明では駆動電圧として矩形電圧生成手段12の出力であるパルス信号を用いたが他の波形でも良い。三角波、鋸波、公知のD級アンプの出力であるPWM変調波であっても5次以下の比較的低次の高調波を多く含む波形であれば、断線による波形変化が比較的大きい為、断線の検知に利用可能である。 In the above explanation, a pulse signal output from the rectangular voltage generating means 12 is used as the drive voltage, but other waveforms may also be used. Even triangular waves, sawtooth waves, and PWM modulated waves output from known class D amplifiers can be used to detect breaks, as long as they contain many relatively low-order harmonics of the fifth order or less, because the change in waveform due to a break is relatively large.
図22は実施例3で用いる振動体の構成を示す図である。図22(a)の48は導電性材料で作られた矩形状の弾性体で、表面に接触体に接触する突起が2つ設けられている。49は弾性体48の一部をなし、これを加振する為の圧電体である。図22(b)は圧電体49に設けられた電極を示しており、電極31、32間は電気的に絶縁され、位相が独立して変化する2つの交流電圧が印加される。圧電体49の裏面は全面が電極となっており、電極31、32の一部に設けられた不図示のビアを介して表面から通電出来るように構成されている。
Figure 22 shows the configuration of the vibrator used in Example 3. In Figure 22(a), 48 is a rectangular elastic body made of a conductive material, and has two protrusions on its surface that come into contact with the contact body. 49 is a piezoelectric body that forms part of
図23は弾性体48の振動モードを示す図である。図23(a)は、上記電極31と電極32に同相の交流電圧を印加した際に励起される振動モード(突き上げ振動モード)の振動形態で、図23(b)は逆相の交流電圧を印加した際に励起される振動モード(送り振動モード)の振動形態である。
Figure 23 is a diagram showing the vibration modes of
即ち、印加する交流電圧の位相差を0°とすると、図23(a)のモードが励起され、位相差を180°とすると、図23(b)のモードが励起される。また、交流電圧の位相差を0°と180°の間(実際には0°から120°程度が使用される)にすると両方の振動モードが同時に励起され、弾性体48に設けられた突起に加圧接触された接触体が弾性体48の長方形の長手方向に移動する。
That is, when the phase difference of the applied AC voltage is 0°, the mode in FIG. 23(a) is excited, and when the phase difference is 180°, the mode in FIG. 23(b) is excited. Also, when the phase difference of the AC voltage is between 0° and 180° (in practice, a range of about 0° to 120° is used), both vibration modes are excited simultaneously, and the contact body that is in pressure contact with the protrusion provided on the
図24は本実施例の直動型の振動型アクチュエータの構成を示す図である。具体的には、上下に振動体36、37の突起部を互いに向い合せに配置し、同様に直線上に振動体38まで振動体を上下ペアで5セット配置し、合計10個の振動体で上下方向から共通の接触体50を挟み矢印の方向に移動するよう構成したものである。
Figure 24 shows the configuration of the linear vibration actuator of this embodiment. Specifically, the protrusions of the vibrating
図25は第3の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路を示す図である。第1及び第2の実施例の振動型アクチュエータの振動体の数が3個で駆動電圧の相数が1であったが、本実施例では振動体の数が10個で2相の駆動電圧で駆動する。10個の振動体36、37、…、38は不図示の導電性の弾性体がグランド電位に接続されている。
Figure 25 is a diagram showing the drive circuit of the vibration type actuator of the third embodiment. The vibration type actuator of the first and second embodiments has three vibrating bodies and one phase of the drive voltage, but in this embodiment, the number of vibrating bodies is ten and is driven by a two-phase drive voltage. The ten vibrating
振動体36には圧電体49に設けられた電極30、31が設けられトランス32、33にマッチング調整用コンデンサ34、35と共にそれぞれ並列に接続されている。トランス32の1次側にはトランス52、…、53の9個のトランスの1次側が直列に接続され、トランス52、…、53の2次側それぞれに振動体37、…、38の9個の振動体の一方の電極が並列接続されている。またトランス33の1次側には同様に9個のトランス54、…、55の1次側が直列に接続され、トランス54、…、55の2次側それぞれに振動体37、…、38の9個の振動体の他方の電極が並列接続されている。また10個の振動体36、37、…、38にはトランスと共に並列にマッチング調整用コンデンサが接続され、これら振動体、マッチング調整用コンデンサ、トランスからなる直列に接続された10組のユニットで振動型アクチュエータ51を構成している。
The vibrating
40は2相のパルス信号を出力する矩形電圧生成手段であり、インダクタとコンデンサの直列回路で構成される波形整形手段11、39を介して駆動電圧を振動型アクチュエータ51に印加している。41及び42は振動型アクチュエータ51に流れる2相の電流をそれぞれ計測する為の抵抗で、振動体36、37、…、38の振動速度に比例した電圧を検出している。
40 is a rectangular voltage generating means that outputs a two-phase pulse signal, and applies the drive voltage to the
43は抵抗41、42で検出された振動速度を検出する為のA/D変換器で、CPU15に2相の電流信号(CurA、CurB)を時系列データとして入力している。CPU15は不図示の指令手段からの位置指令、A/D変換器43からの2相の電流信号、後述する駆動信号分析手段47の分析結果に基づいて位置指令、パルス幅指令、周波数指令を決定し、出力している。パルス幅指令及び周波数指令は矩形電圧生成手段40に入力され、出力する2相のパルス信号の周波数とパルス幅を設定している。CPU15の動作の詳細な説明は後述する。
43 is an A/D converter for detecting the vibration velocity detected by
45は共通の接触体50の位置を検出する為の公知のリニアエンコーダであり、46はCPU15からの位置指令とリニアエンコーダ45が出力する位置信号の差を出力する位置比較手段である。44は位置比較手段46の出力に応じて矩形電圧生成手段40に位相差指令を出力する位置制御手段であり、上記2相のパルス信号の位相差を設定して接触体50の移動方向と速度を制御している。47は振動型アクチュエータ51の2相の駆動電圧の波形を分析する駆動信号分析手段であって、2相の駆動電圧の波形分析をそれぞれ行い、分析結果を出力している。
45 is a known linear encoder for detecting the position of the
図26は図25の振動型アクチュエータ51の振動体の接続が断線した時の駆動電圧の振幅の周波数特性の変化を示している。矩形電圧生成手段40が正弦波を出力したと仮定して周波数を掃引し駆動電圧の振幅を測定したものである。実線が断線無し、点線が断線数1から10までの特性を示している。F1は通常駆動中のある駆動電圧の基本波の周波数、F2、F3、F4、F5は2次から5次までの高調波の周波数示している。図26の各高調波次数の周波数の電圧振幅を比較すると、断線の数によって次数間の振幅の比が異なっており波形が変化する事がわかる。特に3次の高調波の周波数(F3)付近は断線の有無による駆動電圧振幅の変化が大きい事を示している。また駆動電圧の3次の高調波の周波数F3が断線無しの時の周波数特性の谷の最下点の周波数(290kHz付近)の近傍である為、3次の高調波の振幅が断線時に大きく変化しているため断線時の波形変化を大きくしている。
FIG. 26 shows the change in frequency characteristic of the amplitude of the driving voltage when the connection of the vibrating body of the
図27に駆動電圧の波形の変化を示す。実線が断線無し、破線が1つの振動体が断線、一点鎖線が2つの振動体が断線、点線が全て断線した場合である。断線が発生すると正弦波の頂点がつぶれ、断線の数の増加に応じて正弦波が矩形波に近付いていることがわかる。 Figure 27 shows the change in the waveform of the drive voltage. The solid line indicates no breaks, the dashed line indicates one vibrator break, the dashed line indicates two vibrators break, and the dotted line indicates all breaks. When a break occurs, the peak of the sine wave collapses, and it can be seen that the sine wave approaches a square wave as the number of breaks increases.
図28は矩形電圧生成手段40の出力するパルス信号のデューティが50%の時の駆動信号分析手段47による駆動電圧の波形分析結果の例を示している。図28(a)は波形率(絶対値の平均値/実効値)、図28(b)は実効値―(絶対値の平均値)、図28(c)は全高調波歪率、図28(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値である。 Figure 28 shows an example of the waveform analysis results of the drive voltage by the drive signal analysis means 47 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 40 is 50%. Figure 28(a) shows the form factor (average of absolute values/effective value), Figure 28(b) shows the effective value - (average of absolute values), Figure 28(c) shows the total harmonic distortion, and Figure 28(d) shows the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave.
図28のすべての波形分析結果において断線0と断線1間の間隙が広く断線の有無の判定が容易である。図28の長鎖線は振動型アクチュエータ51の駆動中に断線の有無を判定する為の閾値を示している。10個の振動体の1つが断線しただけであっても十分断線の有無を判定可能であることがわかる。
In all of the waveform analysis results in Figure 28, the gap between
ではここでCPU15の詳細な動作についてフローチャートを用いて説明する。CPU15はA/D変換器43からの2相の電流信号に基づく振動振幅制御と、駆動信号分析手段47の波形分析結果に基づく振動型アクチュエータ51の駆動・停止等の動作の制御を行っている。まず波形分析結果に基づく振動型アクチュエータ51の駆動・停止等の動作について説明する。
Now, the detailed operation of the
本実施形態にかかる振動型駆動装置の制御方法は、以下のものである。すなわち制御部が指令信号を駆動部へ出力し、駆動部が出力した駆動信号によって2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットが振動する。それとともに、駆動信号を分析して分析結果を出力し、分析結果に基づき振動体に連結する配線の断線の有無を判定するものである。 The control method for the vibration type drive device according to this embodiment is as follows. That is, the control unit outputs a command signal to the drive unit, and the drive signal output by the drive unit causes a vibrator unit, which is made up of two or more connected vibrators, to vibrate. At the same time, the drive signal is analyzed and the analysis result is output, and based on the analysis result, it is determined whether or not there is a break in the wiring connected to the vibrators.
図29は断線結果によって振動型アクチュエータ51の異なる駆動シーケンスを実行するCPU15の動作の例を示すフローチャートである。接触体50の位置制御動作のシーケンスを示しており、断線の数(N)によって異なる動作シーケンスを選択しており、フローチャートを用いて各動作シーケンスについて説明する。位置制御動作は不図示の指令手段から新たな位置指令POS_Cが入力されると開始する。最初にそれまでに発生した振動子の断線数Nを確認する。断線数Nが2以上なら断線状態表示用LEDを赤に点灯して位置制御動作を終了する。断線数Nが1以下なら、振動型アクチュエータ51に印加する駆動電圧を生成する為に、パルス幅指令PW_Cを所定のパルス幅PW0に、周波数指令Frqを初期周波数F0に設定する。そして振幅指令AMP_Cを所定の振幅AMP0に設定し、駆動タイマーTを0に初期化する。すると矩形電圧生成手段40からパルス信号が出力され、振動型アクチュエータ51の移動が開始する。次に波形分析、断線判定、振動振幅制御を行う。振動振幅制御の詳細については後述する。断線判定によって決定した断線数Nが0であれば断線状態表示用LEDを緑に点灯し、そのまま駆動タイマーTがT1になるか断線数Nが1以上になるまで波形分析、断線判定、振動振幅制御を繰り返す。その間に不図示の指令手段から位置指令POS_Cが更新されれば駆動タイマーTを0に初期化して駆動タイマーTがT1になるまで波形分析、断線判定、振動振幅制御を繰り返す。駆動タイマーTがT1になったらパルス幅指令PW_Cを0にし、振動振幅指令AMP_Cも0にして位置制御動作を終了する。
FIG. 29 is a flowchart showing an example of the operation of the
この駆動タイマーTがT1になるまでの間に断線数Nが1以上になったら断線数Nによって異なる動作が実行される。断線数Nが1なら断線状態表示用LEDを黄に点灯して断線数Nが0の時と同じ動作を継続する。断線数Nが2ならば断線状態表示用LEDを橙に点灯し、位置指令POS_Cの更新は行わないが駆動タイマーTがT1になるまで断線数Nが0の場合と同じ動作が継続される。断線数Nが3以上なら断線状態表示用LEDを赤に点灯してパルス幅指令PW_Cを0にし、振動振幅指令AMP_Cも0にして位置制御動作を終了する。 If the number of breaks N becomes 1 or more before the drive timer T reaches T1, different operations are executed depending on the number of breaks N. If the number of breaks N is 1, the LED for indicating the break state turns yellow and the same operation as when the number of breaks N is 0 continues. If the number of breaks N is 2, the LED for indicating the break state turns orange, the position command POS_C is not updated, but the same operation as when the number of breaks N is 0 continues until the drive timer T reaches T1. If the number of breaks N is 3 or more, the LED for indicating the break state turns red, the pulse width command PW_C is set to 0, the vibration amplitude command AMP_C is also set to 0, and the position control operation ends.
振動型アクチュエータ51のように振動体ユニットを複数直列に接続した振動型アクチュエータはいくつかの振動体が断線しても駆動を継続可能な場合もあるので、アプリケーションによっては駆動を継続する場合もある。また、断線数が少なくても駆動を継続すると周辺機構にダメージが蓄積していくので、駆動を継続する場合でも累積駆動時間が一定以上になったら駆動禁止にする等の対応をする場合もある。
A vibration actuator with multiple vibrating body units connected in series, such as
次に波形分析、断線判定、振動振幅制御の動作について説明する。 Next, we will explain the operations of waveform analysis, disconnection detection, and vibration amplitude control.
図30は波形分析、断線判定、振動振幅制御動作のフローチャートである。最初に割り込み処理によって別途A/D変換器43から入力された2相の時系列の電流信号CurA(t)とCurB(t)を加算して信号Cur(t)を生成する。これは振動体の突き上げ振動モードの振動速度(振動振幅)に相当する。次にローパスフィルタ演算によって1次(基本波)の信号を抽出して1次の振幅Amp(1)を求める。次に駆動信号分析手段47から入力された図28の分析手法に基づく分析結果(例えば波形率)から2相それぞれの断線数を求め合計の断線数Nを求める。次に振動振幅指令Amp_Cと1次の振幅Amp(1)を比較してAmp(1)がAmp_Cより小さいなら周波数指令FrqからdFだけ周波数を低く設定する。Amp(1)がAmp_Cより大きいなら周波数指令FrqにdFだけ周波数を高く設定する。また周波数指令は最小周波数Frq_minと最大周波数Frq_max内に収まるように制限される。
Figure 30 is a flowchart of the waveform analysis, breakage judgment, and vibration amplitude control operation. First, the two-phase time series current signals CurA(t) and CurB(t) input from the A/
この様にして振動型アクチュエータ51の突き上げ振動モードの振動振幅は振動振幅指令Amp_Cに制御され、接触体50と振動体間の接触状態を所望の状態に保っている。尚、本実施例では2相の駆動電圧の波形分析を個別に行っているが、駆動電圧を加算した信号を元に波形分析しても良い。
In this way, the vibration amplitude of the thrust vibration mode of the
また、上記説明では4つの波形分析手法を用いて説明したが波形によって出力が変化する方法であれば使用することが可能である。 In addition, in the above explanation, four waveform analysis methods were used, but any method in which the output changes depending on the waveform can be used.
尚、上記説明では駆動電圧として矩形電圧生成手段12の出力であるパルス信号を用いたが他の波形でも良い。三角波、鋸波、公知のD級アンプの出力であるPWM変調波であっても5次以下の比較的低次の高調波を多く含む波形であれば、断線による波形変化が比較的大きい為、断線の検知に利用可能である。 In the above explanation, a pulse signal output from the rectangular voltage generating means 12 is used as the drive voltage, but other waveforms may also be used. Even triangular waves, sawtooth waves, and PWM modulated waves output from known class D amplifiers can be used to detect breaks, as long as they contain many relatively low-order harmonics of the fifth order or less, because the change in waveform due to a break is relatively large.
上記実施例は駆動電圧の波形を分析する事で振動型アクチュエータの振動体の断線を検知したが、振動型アクチュエータへの流入電流の波形を分析する事でも断線を検知可能である。図31は図25の振動型アクチュエータの駆動回路の駆動信号分析手段47を駆動電圧ではなく抵抗41、42の端子電圧(振動型アクチュエータへの流入電流)の波形を分析するように変更したものである。各部の動作の説明は実施例3と同じなので説明は省略し、波形分析動作について説明する。
In the above embodiment, a break in the vibrating body of the vibration actuator is detected by analyzing the waveform of the drive voltage, but a break can also be detected by analyzing the waveform of the current flowing into the vibration actuator. Figure 31 shows a modification of the drive signal analysis means 47 of the drive circuit of the vibration actuator in Figure 25 to analyze the waveform of the terminal voltage of
図32は図31の振動型アクチュエータ51の振動体の接続が断線した時の抵抗41又は抵抗42の端子電圧(振動型アクチュエータへの流入電流)の振幅の周波数特性の変化を示している。実線が断線無し、点線が断線数1から10までの特性を示している。F1は通常駆動中のある駆動電圧波形の基本波の周波数、F2、F3、F4、F5は2次から5次までの高調波の周波数示している。図32の各高調波次数の周波数の流入電流の振幅を比較すると、断線の数によって次数間の振幅の比が異なり波形が変化している事がわかる。特に3次の高調波の周波数(F3)付近は断線の有無による流入電流振幅の変化が大きい事を示している。図26の駆動電圧振幅の特性と比較して特徴的なのが310kHz付近の断線の数によらずに一致する負のピーク特性である。これは振動体と並列に接続したトランスの2次側とマッチング調整用コンデンサによる並列共振によって生じている。
FIG. 32 shows the change in frequency characteristic of the amplitude of the terminal voltage (current flowing into the vibration actuator) of the
図33は矩形電圧生成手段40の出力するパルス信号のデューティが50%の時の駆動信号分析手段47による振動型アクチュエータ51への流入電流の波形分析結果の例を示している。図33(a)は波形率(絶対値の平均値/実効値)、図33(b)は実効値―(絶対値の平均値)、図33(c)は全高調波歪率、図33(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値である。
Figure 33 shows an example of the results of waveform analysis of the current flowing into the
図33のすべての波形分析結果において断線0と断線1間の断線の有無の判定は可能であるが、分析結果が周波数によって値が大きく変化するので、駆動周波数によって断線判定の閾値を変える必要がある。あらかじめ断線によって発生する振動型アクチュエータへの流入電流の振幅の特性を計測して分析結果の比較テーブルを作成しておく事が必要である。そうすることで上記実施例と同様に振動型アクチュエータ51の駆動中に分析結果と比較テーブルを用いて断線の有無や断線数を判定することが出来る。
It is possible to determine whether or not there is a break between
断線結果に応じて異なるシーケンスで駆動・停止を制御するCPU15の動作は図29のフローチャートに従っており、上記説明と同じなので説明は省略する。
The operation of the
次に波形分析、断線判定、振動振幅制御の動作について説明する。図34は波形分析、断線判定、振動振幅制御動作のフローチャートである。最初に割り込み処理によって別途A/D変換器43から入力された2相の時系列の電流信号CurA(t)とCurB(t)を加算して信号Cur(t)を生成する。これは振動体の突き上げ振動モードの振動速度(振動振幅)に相当する。次にバンドパスフィルタ演算によって1次(基本波)と3次の高調波信号を抽出して1次の振幅Amp(1)と3次の振幅Amp(3)を求める。次にAmp(3)/Amp(1)を求め、周波数指令Frqとあらかじめ求めてあった図31(d)の関係から断線数Nを求める。次に振動振幅指令Amp_Cと1次の振幅Amp(1)を比較してAmp(1)がAmp_Cより小さいなら周波数指令FrqからdFだけ周波数を低く設定する。Amp(1)がAmp_Cより大きいなら周波数指令FrqにdFだけ周波数を高く設定する。また周波数指令は最小周波数Frq_minと最大周波数Frq_max内に収まるように制限される。この様にして振動型アクチュエータ51の突き上げ振動モードの振動振幅は振動振幅指令Amp_Cに制御される。
Next, the operations of waveform analysis, disconnection judgment, and vibration amplitude control will be described. Figure 34 is a flowchart of the waveform analysis, disconnection judgment, and vibration amplitude control operations. First, the two-phase time series current signals CurA(t) and CurB(t) input from the A/
このように本実施例は振動振幅の制御と断線分析の両方とも振動型アクチュエータ51に流れる電流信号を用いているので回路規模を小さくすることが出来る。
In this way, this embodiment uses the current signal flowing through the
このように前記分析結果は、駆動電圧の波形あるいは前記振動体ユニットに流入する電流の波形を分析した結果である。 In this way, the analysis results are the result of analyzing the waveform of the driving voltage or the waveform of the current flowing into the vibrating body unit.
また、上記説明では4つの波形分析手法を用いて説明したが波形によって出力が変化する方法であれば使用することが可能である。 In addition, in the above explanation, four waveform analysis methods were used, but any method in which the output changes depending on the waveform can be used.
また上記説明では振動体には圧電体が接合されているとしたが、振動体自体を圧電体で構築しても良い。また圧電体は積層圧電体であっても良い。 In the above explanation, a piezoelectric body is bonded to the vibrating body, but the vibrating body itself may be constructed of a piezoelectric body. The piezoelectric body may also be a laminated piezoelectric body.
上記の振動型駆動装置はさまざまな機器へと適用可能である。 The vibration type drive device described above can be applied to a variety of devices.
1、2、3、36、37、38、48 振動体
4 円柱シャフト
5、6、7、32、33、52、53、54、55 トランス
10、23、27、28、51 振動型アクチュエータ
11、19 波形整形手段
12、40 矩形電圧生成手段
13、41、42 抵抗
14 振幅検出手段
15 CPU
16 振幅比較手段
17 振幅制御手段
18、39、47 駆動信号分析手段
20、21、22 インダクタ
24、25、26、34、35 マッチング調整用コンデンサ
43 A/D変換器
44 位置制御手段
46 位置比較手段
49 圧電体
50 共通の接触体
1, 2, 3, 36, 37, 38, 48
16 Amplitude comparison means 17 Amplitude control means 18, 39, 47 Drive signal analysis means 20, 21, 22
Claims (18)
前記指令信号に基づき駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動信号に基づき振動する2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットと、
前記駆動信号を分析して分析結果を出力する駆動信号分析手段と、前記分析結果に基づき前記振動体に連結する配線の断線の有無を判定する判定手段を備え、
1次側が直列に接続された複数のトランスの2次側にそれぞれ並列に振動体を接続した前記振動体ユニットを備え、前記複数のトランスの1次側は、前記駆動信号が印加されるように構成されており、
前記駆動部は所定の電圧と周波数を有するパルス信号を生成する矩形電圧生成手段と、前記矩形電圧生成手段と前記振動体ユニットとの間に挿入される波形整形手段を備え、
前記駆動信号の高調波の周波数が、前記振動体が断線していない状態において波形整形手段の出力電圧又は出力電流の周波数特性の谷の最下点の近傍であるよう構成されている振動型駆動装置。 A control unit that outputs a command signal;
A drive unit that outputs a drive signal based on the command signal;
a vibrator unit including two or more vibrators arranged in series and vibrating based on the drive signal;
a drive signal analysis means for analyzing the drive signal and outputting an analysis result; and a determination means for determining whether or not a wire connected to the vibrating body is broken based on the analysis result,
The vibrator unit includes a plurality of transformers whose primary sides are connected in series, and the secondary sides of the transformers are connected in parallel to each other, and the primary sides of the transformers are configured to receive the drive signal,
the driving unit includes a rectangular voltage generating means for generating a pulse signal having a predetermined voltage and frequency, and a waveform shaping means inserted between the rectangular voltage generating means and the vibrator unit,
A vibration type driving device configured so that the frequency of the harmonics of the driving signal is near the lowest point of the valley of the frequency characteristic of the output voltage or output current of the waveform shaping means when the vibrator is not broken .
前記指令信号に基づき駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動信号に基づき振動する2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットと、
前記駆動信号を分析して分析結果を出力する駆動信号分析手段と、前記分析結果に基づき前記振動体に連結する配線の断線の有無を判定する判定手段を備え、
並列に接続された一対のインダクタと振動体が、直列に複数対が連なる前記振動体ユニットを備え、
前記駆動部は所定の電圧と周波数を有するパルス信号を生成する矩形電圧生成手段と、前記矩形電圧生成手段と前記振動体ユニットとの間に挿入される波形整形手段を備え、
前記駆動信号の高調波の周波数が、前記振動体が断線していない状態において波形整形手段の出力電圧又は出力電流の周波数特性の谷の最下点の近傍であるよう構成されている振動型駆動装置。 A control unit that outputs a command signal;
A drive unit that outputs a drive signal based on the command signal;
a vibrator unit including two or more vibrators arranged in series and vibrating based on the drive signal;
a drive signal analysis means for analyzing the drive signal and outputting an analysis result; and a determination means for determining whether or not a wire connected to the vibrating body is broken based on the analysis result,
The vibrator unit includes a plurality of pairs of a pair of an inductor and a vibrator connected in parallel and connected in series,
the driving unit includes a rectangular voltage generating means for generating a pulse signal having a predetermined voltage and frequency, and a waveform shaping means inserted between the rectangular voltage generating means and the vibrator unit,
A vibration type driving device configured so that the frequency of the harmonics of the driving signal is near the lowest point of the valley of the frequency characteristic of the output voltage or output current of the waveform shaping means when the vibrator is not broken .
前記分析結果は、前記駆動信号としての、駆動電圧の波形あるいは前記振動体ユニットに流入する電流の波形を分析した結果であり、
前記波形は、前記駆動電圧の周波数に対する3次の高調波の振幅と基本波の振幅の波形であり、
前記分析結果に基づき前記振動体に連結する配線の断線の有無を判定する振動型駆動装置の制御方法。 The control unit outputs a command signal to the drive unit, and a vibrator unit having two or more vibrators connected together vibrates in response to a drive signal output by the drive unit based on the command signal, and the drive signal is analyzed to output an analysis result.
the analysis result is a result of analyzing a waveform of a driving voltage or a waveform of a current flowing into the vibration body unit as the driving signal,
the waveform is a waveform of a third harmonic amplitude and a fundamental amplitude with respect to a frequency of the driving voltage,
A control method for a vibration type driving device, the control method determining whether or not there is a break in wiring connected to the vibrating body based on the analysis result.
前記駆動部は所定の電圧と周波数を有するパルス信号を生成する矩形電圧生成手段と、前記矩形電圧生成手段と前記振動体ユニットとの間に挿入される波形整形手段を備える請求項13記載の振動型駆動装置の制御方法。 The vibrator unit is configured such that vibrators are connected in parallel to secondary sides of a plurality of transformers whose primary sides are connected in series, and the drive signal is applied to the primary sides of the plurality of transformers,
The control method for a vibratory driving device according to claim 13, wherein the driving unit comprises a rectangular voltage generating means for generating a pulse signal having a predetermined voltage and frequency, and a waveform shaping means inserted between the rectangular voltage generating means and the vibrating body unit.
前記駆動部は所定の電圧と周波数を有するパルス信号を生成する矩形電圧生成手段と、前記矩形電圧生成手段と前記振動体ユニットとの間に挿入される波形整形手段を備える請求項13記載の振動型駆動装置の制御方法。 The vibrator unit is configured such that a pair of an inductor and a vibrator connected in parallel are connected in series to each other,
The control method for a vibratory driving device according to claim 13, wherein the driving unit comprises a rectangular voltage generating means for generating a pulse signal having a predetermined voltage and frequency, and a waveform shaping means inserted between the rectangular voltage generating means and the vibrating body unit.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020177103A JP7520686B2 (en) | 2020-10-22 | 2020-10-22 | Vibration type driving device and driving method for a vibration type driving device |
| EP21882819.2A EP4236058A4 (en) | 2020-10-22 | 2021-10-19 | VIBRATION DRIVE DEVICE AND METHOD FOR DRIVING THE VIBRATION DRIVE DEVICE |
| PCT/JP2021/038594 WO2022085678A1 (en) | 2020-10-22 | 2021-10-19 | Vibration-type drive apparatus and method for driving vibration-type drive apparatus |
| US18/304,184 US12556112B2 (en) | 2020-10-22 | 2023-04-20 | Vibration-type drive apparatus, and drive method for vibration-type drive apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020177103A JP7520686B2 (en) | 2020-10-22 | 2020-10-22 | Vibration type driving device and driving method for a vibration type driving device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022068434A JP2022068434A (en) | 2022-05-10 |
| JP7520686B2 true JP7520686B2 (en) | 2024-07-23 |
Family
ID=81460082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020177103A Active JP7520686B2 (en) | 2020-10-22 | 2020-10-22 | Vibration type driving device and driving method for a vibration type driving device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7520686B2 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003340371A (en) | 2002-05-30 | 2003-12-02 | Nec Tokin Corp | Piezoelectric actuator |
| US20060067024A1 (en) | 2002-12-03 | 2006-03-30 | Eric Chemisky | Monitoring method for an actuator and corresponding driver circuit |
| JP2014016356A (en) | 2013-09-05 | 2014-01-30 | Seiko Epson Corp | Method for manufacturing angular velocity detection device |
| JP2017060357A (en) | 2015-09-18 | 2017-03-23 | 株式会社サタケ | Anomaly detection device for piezoelectric elements |
| JP2017175696A (en) | 2016-03-22 | 2017-09-28 | セイコーエプソン株式会社 | Control circuit of piezoelectric drive device, piezoelectric drive device, ultrasonic motor, robot, hand, and pump |
| JP2018078769A (en) | 2016-11-11 | 2018-05-17 | キヤノン株式会社 | Control method for vibration type actuator, vibration type drive device and electronic apparatus |
| JP2020162260A (en) | 2019-03-26 | 2020-10-01 | キヤノン株式会社 | Vibration type actuator and drive device for vibration type actuator |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50158480A (en) * | 1974-06-10 | 1975-12-22 | ||
| JPH09294335A (en) * | 1996-02-26 | 1997-11-11 | Sanyo Electric Co Ltd | System link generator |
| JPH09318688A (en) * | 1996-05-29 | 1997-12-12 | Sanyo Electric Co Ltd | System connecting system |
-
2020
- 2020-10-22 JP JP2020177103A patent/JP7520686B2/en active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003340371A (en) | 2002-05-30 | 2003-12-02 | Nec Tokin Corp | Piezoelectric actuator |
| US20060067024A1 (en) | 2002-12-03 | 2006-03-30 | Eric Chemisky | Monitoring method for an actuator and corresponding driver circuit |
| JP2014016356A (en) | 2013-09-05 | 2014-01-30 | Seiko Epson Corp | Method for manufacturing angular velocity detection device |
| JP2017060357A (en) | 2015-09-18 | 2017-03-23 | 株式会社サタケ | Anomaly detection device for piezoelectric elements |
| JP2017175696A (en) | 2016-03-22 | 2017-09-28 | セイコーエプソン株式会社 | Control circuit of piezoelectric drive device, piezoelectric drive device, ultrasonic motor, robot, hand, and pump |
| JP2018078769A (en) | 2016-11-11 | 2018-05-17 | キヤノン株式会社 | Control method for vibration type actuator, vibration type drive device and electronic apparatus |
| JP2020162260A (en) | 2019-03-26 | 2020-10-01 | キヤノン株式会社 | Vibration type actuator and drive device for vibration type actuator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022068434A (en) | 2022-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5475793B2 (en) | System and method for driving an ultrasonic transducer | |
| JP5473579B2 (en) | Control device for capacitive electromechanical transducer and control method for capacitive electromechanical transducer | |
| CN112219124B (en) | Switch monitoring device | |
| JP5599832B2 (en) | External vibration suppression accelerometer with improved electrode shape | |
| Mathieson et al. | The influence of piezoceramic stack location on nonlinear behavior of Langevin transducers | |
| US8552619B2 (en) | Driving circuit for vibration-type actuator | |
| KR20160097354A (en) | Method for resonant frequency detection in corona ignition systems | |
| CN111655179B (en) | dynamo | |
| JP2018078769A (en) | Control method for vibration type actuator, vibration type drive device and electronic apparatus | |
| CN111756271B (en) | Vibration type actuator and driving device for vibration type actuator | |
| JP2020517045A (en) | Apparatus for producing a non-thermal atmospheric pressure plasma and method for frequency tuning of a piezoelectric transducer | |
| JP2018107946A (en) | Metal foreign substance detection device, wireless power supply device, wireless power receiving device, and wireless power transmission system | |
| JP7520686B2 (en) | Vibration type driving device and driving method for a vibration type driving device | |
| JP7520687B2 (en) | Vibration type driving device and driving method | |
| JP5663090B2 (en) | Bending vibration control method of piezoelectric actuator | |
| US12556112B2 (en) | Vibration-type drive apparatus, and drive method for vibration-type drive apparatus | |
| JP7669557B2 (en) | Vibration actuator and driving device for vibration actuator | |
| JP2009284635A (en) | Drive system | |
| CN106930964B (en) | Piezoelectric fan intrinsic frequency measurement method and piezoelectric fan | |
| JP5716624B2 (en) | Ultrasonic motor drive device | |
| US9941819B2 (en) | Piezoelectric motor, drive circuit, and drive method | |
| Hubert et al. | Novel EMI-suppression method for galvanically isolated converters | |
| CN113677473B (en) | Equipment for determining the status of ultrasonic welding processes | |
| CN113533851A (en) | Load resonant frequency detection circuit and detection method thereof | |
| US20170077384A1 (en) | Drive signal generating apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20201105 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230615 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20231213 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240402 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240530 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240611 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240710 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7520686 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |