用于振動波驅動設備的驅動控制設備和驅動控制方法

2023-05-12 11:36:06 1

專利名稱：用于振動波驅動設備的驅動控制設備和驅動控制方法
技術領域：
本發明涉及用於控制振動波驅動設備的驅動的驅動控制設備和驅動控制方法。
背景技術：
在包括在光學設備(諸如照相機)內的利用壓電器件的公知的振動波驅動設備(所謂的超聲波馬達)中，稱為轉子的被驅動的部件被有力地壓向稱為定子的振動器。因此，為了激活靜止狀態中的該被驅動的部件，施加到被驅動的部件的力需要比振動器與被驅動的部件之間的靜摩擦力和被驅動的部件的靜止慣性力的和更強。因此，在激活時，執行控制以使得比穩定驅動中施加到壓電器件的交流電壓高的電壓被施加到該器件。
然而，由於存在即使如上所述控制也沒有改善激活性能的情況，因此PTLl提出了一種用于振動波驅動設備的驅動方法，在其中在通過使得振動器在激活時產生駐波振動來降低振動器與被驅動的部件之間的固定強度之後執行激活。另外，PTL2提出了一種用于振動波驅動設備的驅動方法，在其中在激活時施加白噪聲作為激勵信號。引文列表專利文獻PTLl 日本專利公開 No. 59-106886PTL2 :日本專利公開 No. 5-17656
發明內容
用來激活振動波驅動設備的一般方法是通過施加具有預定的掃描頻率的電壓並且隨後從預定的頻率向下掃描來獲得期望的轉數。在通過從某一個預定的掃描頻率向下掃描獲得期望的轉數的情況下的頻率-轉數曲線與在從某一個預定的期望的轉數向上掃描的情況下獲得的頻率-轉數曲線之間存在遲滯(hysteresis)。該遲滯導致以下問題。也就是說，在振動波驅動設備中，定子與轉子之間的接觸狀態在低速範圍中是不穩定的，使得增大了最少的激活轉數。這引起在激活時的迅速加速，使得產生大的碰撞聲。特別地在照相機主要用於記錄電影的情況下，激活時的該聲音被記錄作為電影中的聲音，引起電影的質量降低的問題。雖然上面描述的兩種現有的驅動控制技術設法改善激活性能，但是這種現有的技術未必提供足夠令人滿意的用於實現較寬動態範圍和增大的安靜性(quietness)的解決方案。鑑於上述問題，本發明提供了允許實現較寬動態範圍和增大的安靜性的用于振動波驅動設備的驅動控制設備和驅動控制方法。
本發明提供了一種用于振動波驅動設備的驅動控制設備和驅動控制方法，在所述振動波驅動設備中，通過向設置有電氣-機械能量轉換器件的振動器提供驅動信號，與所述振動器接觸的被驅動的部件被相對地移動，其中，當通過改變所述驅動信號的頻率來激活所述被驅動的部件時，每當所述頻率被改變時就提供使得所述驅動信號處於斷開狀態中的時間。根據本發明，實現了使得能夠有較寬動態範圍和增大的安靜性的用于振動波驅動設備的驅動控制設備和驅動控制方法。


圖I是可應用於本發明的振動波驅動設備中的驅動控制設備的框圖。圖2是可應用於本發明的切換電路的斷開-接通定時波形的圖示。
圖3是示出可應用於本發明的頻率-轉數特性的示意圖。圖4示出可應用於本發明的振動波驅動設備的配置。圖5是現有示例中的切換電路的斷開-接通定時波形的圖示。圖6是示出對於應用本發明和現有示例的情況的頻率-轉數特性的示意圖。
具體實施例方式下面描述本發明的實施例。作為本發明的實施例，描述振動波驅動設備的示例性配置和用於控制該設備的驅動的驅動控制設備，在該振動波驅動設備中與振動器的驅動部分接觸的被驅動的部件通過在振動器的驅動部分中產生橢圓運動而相對地移動。圖I是用作本實施例的驅動控制設備的驅動控制電路的框圖。在圖I中，附圖標記a表示作為振動波驅動設備的振動馬達。首先參考圖4描述圖I中的振動馬達a的示例性配置。在圖4中，附圖標記b表示由具有低振動衰減損失的材料(諸如金屬)形成的第一彈性體，並且附圖標記d表示作為電氣-機械能量轉換器件的壓電器件。此外，附圖標記h表示用於將來自圖I中示出的驅動控制電路的驅動信號施加到壓電器件d的柔性襯底，附圖標記e表示第二彈性體，並且附圖標記f表示要被安裝到在軸c的下端處形成的螺絲部分上的第一緊固部件。軸c被插入設置通過第一彈性體b、壓電器件d、柔性襯底h和第二彈性體e的中心的貫通孔中。在沿著軸c的一個點處設置臺階，並且該臺階接觸在第一彈性體b的內表面上設置的臺階。軸c的末端(下端)的上面形成有螺絲部分，並且通過安裝和緊固第一緊固部件f到該螺絲部分，第二彈性體e、柔性襯底h、壓電器件d和第一彈性體b可以被固定。固定到作為被驅動的部件的轉子i的接觸彈簧j與第一彈性體b的在不與壓電器件d接觸的一側的表面(驅動部分)加壓接觸。具有彈性的接觸彈簧j被固定到轉子i並且與轉子i 一起旋轉。作為輸出單元的齒輪k以允許轉子i在旋轉軸方向上移動並且跟隨轉子i的旋轉運動的移動的方式被安裝到轉子i上。附圖標記m表示加壓單元(諸如彈簧)，其被布置在轉子i的彈簧支座與齒輪k之間，將轉子i向下壓向第一彈性體b。齒輪k由與軸c I禹接的固定部件I樞軸地(pivotally)支撐,並且其在軸向上的位置由固定部件I控制。軸c還具有形成在沒有安裝到第一緊固部件f中的一側的末端(上端)處的螺絲部分，並且使得第二緊固部件g安裝到該螺絲部分上，由此將軸c固定到固定部件I。固定部件I被設置有螺絲孔，並且通過使用螺絲將固定部件I固定到期望位置，振動波驅動設備可以被固定到期望位置。壓電器件d由多個堆疊的壓電層形成。例如，電極層被形成在壓電襯底的兩個表面上，並且電極層被分成四個區域(四個電極)。
壓電襯底的與四個電極對應的四個區域在壓電器件d的厚度方向上在相同的方向上被極化。當驅動信號(稍後描述的A、A』、B和B』)被分別施加到這四個電極層時，在振動器中產生在附圖的平面的前後方向和左右方向上擺動第一彈性體b的兩種彎曲振動(在其之間具有90度的空間相位差)。當這些振動被結合時，在第一彈性體b的表面上激勵橢圓運動。當使得接觸彈簧j與其中已經激勵橢圓運動的第一彈性體b的表面加壓接觸時，接觸彈簧j和轉子i (被驅動的部件)以由於該橢圓運動而被推出的方式移動。振動馬達的配置不限於以上描述的配置。
例如，本發明也能夠被應用於環狀的振動波驅動設備，該振動波驅動設備由電氣-機械能量轉換器件(諸如壓電器件)、振動器和被驅動的部件形成，並且對於該振動波驅動設備，通過向電氣-機械能量轉換器件施加具有兩個或更多個相位的AC電壓而在振動器中產生前進的(progressive)振動波。參照回圖I，在本實施例中，切換電路12和12』將具有低導通電阻的場效應電晶體(FET)用於切換器件。每個FET被設置有用於使反向電流經過其的二極體。該二極體被設置為防止由反向電流引起的對FET的破壞。對於時間而言，驅動信號A和A』的相位分別與驅動信號B和B』的相位相差90度。附圖標記13和14表示用於執行與馬達的阻抗匹配的阻抗元件。在本實施例中，阻抗元件13和14是電感元件。在圖I中示出的四相驅動方法中，馬達可以通過在位置13和14處添加阻抗元件而用較低電壓和較高效率來驅動。附圖標記15表示檢測被驅動的部件相對于振動器的相對位置的編碼器(移動量檢測器)。注意，從微型計算機(控制器)11到切換電路12』的信號dir輸入是指示正向或反向旋轉的信號。當正向旋轉信號被從微型計算機11輸入到切換電路12』時，切換電路12』被控制為使得信號B和B』在時間相位方面分別落後切換電路12的信號A和A』 90度。另一方面，當反向旋轉信號被輸入到切換電路12』時，輸出B和B』被控制為在時間相位方面分別領先切換脈衝A和A』 90度。這裡，信號A和A』以及信號B和B』提供用作驅動信號的驅動電壓(AC電壓)，並且圖I示出了如何通過這些驅動電壓來執行浮動驅動。在浮動驅動中，交替地重複其中信號A具有正電壓而信號A』具有地電壓的狀態與其中信號A具有地電壓而信號A』具有正電壓的狀態。類似地，關於分別落後信號A和A』 90度的信號B和B』，交替地重複其中信號B具有正電壓而信號B』具有地電壓的狀態與其中信號B具有地電壓而信號B』具有正電壓的狀態。與其中總是使信號A具有正電壓並且總是使信號A』具有地電壓的情況相比，該浮動驅動顯然允許施加兩倍的電壓，由此產生兩倍的振幅。換句話說，與現有的方法相比，利用一半的電壓產生相同的振幅。另外，雖然已經描述了其中信號A和A』的時間相位與信號B和B』的時間相位相差90度的情況，但是時間相位差不限於90度。現在將描述本實施例中的其中每當改變預定的掃描頻率時就使得作為脈衝信號的驅動信號斷開並且然後接通(斷開-接通)的配置。圖2是切換電路12和12』的斷開-接通定時波形的圖示，並且示出了信號A和A』 以及從編碼器(移動量檢測器)輸出的編碼器信號(信號ENC)在馬達被驅動時如何改變。首先具有頻率n的驅動信號被輸入作為驅動信號。在具有頻率n的信號已經被輸入持續預定的時段之後，使得驅動信號進入斷開狀態。然後，在斷開時間已經持續達預定的時段之後，輸入具有頻率f2的驅動信號。可以適當地設定驅動信號的斷開的時段。此時，頻率fl與f2之間的關係為fl>f2。在已經輸入具有頻率f2的信號之後，使得驅動信號進入斷開狀態。從啟動到該點的範圍由該附圖中的斷開-接通模式表示，以便使得該範圍能夠容易地理解。這裡，通過根據來自圖I中示出的微型計算機11的指令同時使信號A和A』(信號B和B』)兩者斷開並且然後接通來執行該斷開-接通操作。此外，具有頻率f3的信號被輸入作為下一個驅動信號。此時，頻率f2與f3之間的關係為f2>f3。當檢查信號ENC時，可以看出在具有頻率f3的信號已經被輸入之後存在到編碼器的輸入。換句話說，信號ENC示出了馬達已經進入被驅動狀態。當確定馬達已經被驅動時，具有頻率f4的信號繼續被輸入。此時，頻率f3與f4之間的關係為f3>f4。此後，頻率繼續被降低直到獲得預定數量的轉數。從激活到該點的範圍被稱為掃描模式。在本實施例的配置中，當驅動信號被輸入使得預定的掃描頻率被改變從而逐步地降低時，每當預定的頻率被改變時使得驅動信號斷開並且隨後接通(也就是說，每當頻率被改變時提供使得驅動信號斷開的時段)。在本實施例的配置中，由編碼器檢測被驅動的部件的移動量，並且基於所檢測到的移動量，微型計算機11可以執行在其中使得脈衝驅動信號斷開-接通的模式與其中驅動信號的頻率被掃描(在沒有使得驅動信號斷開的情況下連續地改變頻率)的模式之間的切換。圖3是示出頻率-轉數特性的示意圖，示出了圖2中示出的信號和馬達的轉數的變化。該附圖示出了每當預定的頻率已經被改變時輸入信號的斷開-接通狀態已經被重複之後在由箭頭表示的激活頻率點處馬達如何被激活並且開始旋轉。示出了在這時候的頻率-轉數特性的線由附圖標記(I)表示。此外，已經由發明人等執行的實驗確認的是，由(I)表示的線大致與通過從期望轉數向上掃描獲得的頻率-轉數特性相同。
圖5不出了在現有不例中僅由掃描模式範圍形成的輸入信號A和A』以及信號ENC如何改變。首先具有頻率H的輸入信號被輸入作為驅動信號。在具有頻率fl的信號已經被輸入持續預定的時段之後，具有頻率f2的信號被連續地輸入作為下一個信號。此時，頻率fI與f2之間的關係為fl>f2。此外，具有頻率f3，f4，…，以及f7的信號被連續輸入。頻率f2，f3，…，以及f7之間的關係為f2>f3>…，〉f7。編碼器信號ENC示出了在具有頻率f7的信號已經被輸入之後存在到編碼器的輸入。換句話說，信號ENC示出了馬達已經進入被驅動狀態。注意，在以上描述中，具有預定的頻率的信號被施加作為驅動信號。然而，驅動信號可以與其它頻率成分疊加，其它頻率成分對於減弱振動器與被驅動的部件之間的固定強度是有效的。圖6是示出對於現有示例和已經應用有本發明的情況的頻率-轉數特性的示意圖，示出了圖5中示出的信號和馬達的轉數的變化。該附圖示出了在輸入信號總是接通的狀態中預定的頻率被改變並且向下掃描時在由箭頭表示的激活頻率點處馬達如何被激活並且開始旋轉。示出了在這時候的頻率-轉數特性的線(現有示例)由附圖標記(2)表示。當由(I)表示的線(已經應用有本發明的情況)與由(2)表示的線進行比較時，顯然在由(I)表示的線的情況下，最少轉數較低並且從較低頻率開始的穩定的驅動是可能的。如上所述，根據本實施例，與現有示例相比，從較低頻率開始的穩定的驅動是可能的。這被認為基於如下的事實，即與現有示例中的沒有斷開狀態的連續的輸入相比，在其中對於每個頻率重複接通和斷開的本實施例的階梯式輸入允許增大驅動波成分並且允許提高激活性能。因此，減少了上述的頻率-轉數曲線的遲滯。這允許減少最少的激活轉數並且允許實現在激活時的逐漸加速。結果，減少了激活時的碰撞聲，並且實現了振動波驅動設備的增大的安靜性以及較寬的動態範圍。另外，由於在該配置中不要求例如增大的電壓以及使用高電壓器件，因此在沒有增大設備的成本的情況下實現具有高控制能力的振動波驅動設備。雖然已經參考示例性實施例描述了本發明，但是應當理解，本發明不限於所公開的示例性實施例。以下權利要求的範圍將被給予最寬的解釋從而包括所有這樣的修改、等同的結構與功能。本申請要求2010年I月28日提交的日本專利申請No. 2010-016678的權益，該日本專利申請其整體通過參考被併入於此。附圖標記列表a振動器
11微型計算機12切換電路13，14電感元件15編碼器
權利要求
1.一種用于振動波驅動設備的驅動控制設備，在所述振動波驅動設備中，通過向設置有電氣-機械能量轉換器件的振動器提供驅動信號，與所述振動器接觸的被驅動的部件被相對地移動， 其中，當通過改變所述驅動信號的頻率來激活所述被驅動的部件時，每當所述頻率被改變時就提供使得所述驅動信號處於斷開狀態中的時間。
2.根據權利要求I所述的驅動控制設備， 其中所述驅動信號包括具有不同的時間相位的多個驅動信號，以及 其中所述驅動控制設備被配置為能夠每當所述頻率被改變時就使得所述多個驅動信號同時處於斷開狀態。
3.根據權利要求I或權利要求2所述的驅動控制設備，被配置為能夠根據由檢測所述被驅動的部件的移動的移動量檢測器獲得的檢測值而在兩個模式之間進行切換，在所述兩個模式中的一個模式中每當改變所述頻率時就重複所述驅動信號的斷開狀態和接通狀態，而在另一個模式中在沒有使得所述驅動信號處於斷開狀態的情況下連續地改變所述頻率。
4.一種用于振動波驅動設備的驅動控制方法，在所述振動波驅動設備中，通過向設置有電氣-機械能量轉換器件的振動器提供驅動信號，與所述振動器接觸的被驅動的部件被相對地移動， 其中，當通過改變所述驅動信號的頻率來激活所述被驅動的部件時，每當所述頻率被改變時就提供使得所述驅動信號處於斷開狀態中的時間。
5.根據權利要求4所述的驅動控制方法， 其中所述驅動信號包括具有不同的時間相位的多個驅動信號，以及 其中每當所述頻率被改變時就使得所述多個驅動信號同時處於斷開狀態。
6.根據權利要求4或權利要求5所述的驅動控制方法，被配置為能夠根據由檢測所述被驅動的部件的移動的移動量檢測器獲得的檢測值而在兩個模式之間進行切換，在所述兩個模式中的一個模式中每當改變所述頻率時就重複所述驅動信號的斷開狀態和接通狀態，而在另一個模式中在沒有使得所述驅動信號處於斷開狀態的情況下連續地改變所述頻率。
全文摘要
提供了用于振動波驅動設備的驅動控制設備和驅動控制方法，其使得能夠有較寬動態範圍和增大的安靜性。本發明的用于振動波驅動設備的驅動控制設備是用於如下的振動波驅動設備的驅動控制設備，在所述振動波驅動設備中，通過向設置有電氣-機械能量轉換器件的振動器提供驅動信號，與所述振動器接觸的被驅動的部件被相對地移動，其中，當通過改變所述驅動信號的頻率來激活所述被驅動的部件時，每當所述頻率被改變時就提供使得所述驅動信號處於斷開狀態中的時間。
文檔編號H02N2/00GK102714475SQ201180006920
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月25日 優先權日2010年1月28日
發明者日塔潔 申請人:佳能株式會社