超音波モータの駆動装置
【課題】超音波モータの異常を検出する際の電力の損失を低減することが可能な超音波モータの駆動装置を提供することを課題とする。
【解決手段】超音波モータの駆動装置１０１は、圧電素子５と、交流発振器１０及び圧電素子５に接続され圧電素子５に送る電圧信号を周期的に切り換えるＤ級スイッチング段３と、Ｄ級スイッチング段３及び圧電素子５の間に接続される出力コイル４と、出力コイル４及び圧電素子５の間に接続され出力コイル４及び圧電素子５の間の電圧信号を検出する検知装置７と、検知装置７が検出した電圧信号の周波数が圧電素子５を駆動する電圧信号の周波数より高い場合に、圧電素子５の異常、及び／もしくは出力コイル４と圧電素子５との間の断線を判定するＣＰＵ３０とを備える。
【解決手段】超音波モータの駆動装置１０１は、圧電素子５と、交流発振器１０及び圧電素子５に接続され圧電素子５に送る電圧信号を周期的に切り換えるＤ級スイッチング段３と、Ｄ級スイッチング段３及び圧電素子５の間に接続される出力コイル４と、出力コイル４及び圧電素子５の間に接続され出力コイル４及び圧電素子５の間の電圧信号を検出する検知装置７と、検知装置７が検出した電圧信号の周波数が圧電素子５を駆動する電圧信号の周波数より高い場合に、圧電素子５の異常、及び／もしくは出力コイル４と圧電素子５との間の断線を判定するＣＰＵ３０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子に超音波振動を発生させて駆動する超音波モータは、小型で高トルクを出力するため、様々な用途に使用されている。そして、超音波モータには、圧電素子に周期的に変動する電圧を印加するための駆動装置が備えられている。そして、駆動装置の状態を検出する様々な技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、超音波モータの駆動部及びその駆動回路を備える駆動装置の状態を検出する方法に関する発明が記載されている。超音波モータの駆動部は、電圧が印加されると伸縮する圧電素子と、圧電素子に一端が固定されており圧電素子の伸縮によって軸方向に往復変位することができる振動部材と、振動部材に摩擦係合しており振動部材の往復変位によって振動部材に対してすべり変位する摩擦係合部材とを有している。また、駆動回路は、圧電素子の電極を所定の振動周期で電源に接続する充電スイッチング素子と、電極を接地する放電スイッチング素子とを有し、さらに、電源と圧電素子との間の電路又は圧電素子と接地点との間の電路に検出抵抗を有している。そして、検出抵抗の両端の電位差を検出し、検出した電位差に基づき、駆動装置の異常を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９９７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の駆動装置は、電源と圧電素子との間の電路又は圧電素子と接地点との間の電路に検出抵抗を設けているため、検出抵抗において電力の損失が発生し、電源の電力を超音波モータの駆動に効率的に利用できないという問題がある。
【０００６】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、超音波モータの異常を検出する際の電力の損失を低減することが可能な超音波モータの駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る超音波モータの駆動装置は、圧電素子と、交流発振器及び圧電素子に接続され圧電素子に送る電圧信号を周期的に切り換えるスイッチング装置と、スイッチング装置及び圧電素子の間に接続される出力コイルと、出力コイル及び圧電素子の間に接続され出力コイル及び圧電素子の間の電圧信号を検出する検知装置と、検知装置が検出した電圧信号の周波数が圧電素子を駆動する電圧信号の周波数より高い場合に、圧電素子の異常、及び／もしくは出力コイルと圧電素子との間の断線を判定する異常判定装置とを備える。
【０００８】
出力コイル及び圧電素子は、出力コイルに入力する電圧信号のうち第一所定周波数以下の周波数の電圧信号を通過させるローパスフィルタ回路を構成し、第一所定周波数は、上記圧電素子を駆動する電圧信号の周波数以上であり、検知装置は、第一所定周波数より高い周波数をもつ電圧信号を検出してもよい。
さらに、検知装置は、圧電素子に入力する電圧信号のうち第二所定周波数以上の周波数をもつ電圧信号を通過させるハイパスフィルタ回路を有し、第二所定周波数は、第一所定周波数より高くなっていてもよい。
【０００９】
異常判定装置は、検知装置のハイパスフィルタ回路を通過後の電圧信号が第一閾値以上の場合、出力コイル及び圧電素子の間の電路に断線があると判定し、検知装置のハイパスフィルタ回路を通過後の電圧信号が第二閾値より大きく第一閾値未満の場合、圧電素子の容量に欠損があると判定し、検知装置のハイパスフィルタ回路を通過後の電圧信号が第二閾値以下の場合、出力コイル及び圧電素子の間の電路、及び圧電素子に異常がないと判定してもよい。
上記超音波モータの駆動装置は、交流発振器による交流電圧信号と、交流電圧信号より高い周波数をもつ三角波状の搬送波電圧信号とが入力される比較器をさらに備え、比較器は、交流電圧信号及び搬送波電圧信号からパルス波形のパルス電圧信号を生成してスイッチング装置に送り、スイッチング装置は、出力コイルに流れる電流をオンまたはオフするスイッチング素子を有し、パルス電圧信号によりスイッチング素子をオンまたはオフさせてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の超音波モータの駆動装置によれば、超音波モータの異常を検出する際の電力の損失を低減することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超音波モータの駆動装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１の比較器に入力する電圧信号及び入力した電圧信号を比較器で変調した電圧信号の状態を示す図である。
【図３】図１の２つのＭＯＳＦＥＴに入力する電圧信号の状態を示す図である。
【図４】図１のＨＰＦ回路での処理後の電圧信号の状態を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る超音波モータの駆動装置におけるＬＰＦ回路の特性の変化を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る超音波モータの駆動装置の構成を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１に係る超音波モータの駆動装置１０１の構成を説明する。
図１を参照すると、超音波モータの駆動装置１０１には、正弦波の波形を有した基準電圧の交流電圧信号を発生する交流発振器１０と、三角波の波形を有した搬送波からなる電圧信号である搬送波電圧信号を発生する三角波発生器２０と、ＣＰＵ３０とが接続されている。ＣＰＵ３０は、交流発振器１０及び三角波発生器２０の動作を制御する。
【００１３】
また、駆動装置１０１は、Ｄ級増幅回路を構成している。駆動装置１０１は、出力電圧信号と基準電圧の交流電圧信号との誤差を増幅し出力電圧信号を安定化させるように交流電圧信号を変換し制御する誤差増幅器１と、２つの信号を比較し変調することで電圧のパルス波からなるパルス電圧信号を生成するコンパレータである比較器２とを有している。さらに、駆動装置１０１は、比較器２が生成したパルス電圧信号を増幅した電圧信号で内部の２つのスイッチング素子を周期的に切り換えて駆動するＤ級スイッチング段３を有している。そして、駆動装置１０１は、Ｄ級スイッチング段３に電路８ａを介して接続された出力コイル４と、出力コイル４に電路８ｂを介して直列に接続されると共に接地された圧電素子５とを有している。
ここで、Ｄ級スイッチング段３は、スイッチング装置を構成している。
【００１４】
Ｄ級スイッチング段３は、比較器２と出力コイル４との間に、Ｄ級ドライブ回路３ａとＤ級出力段３ｂとを有している。
Ｄ級出力段３ｂは、スイッチング素子としてトランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴを２つ有している。ＭＯＳＦＥＴは、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１とローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２とから構成されている。
ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１は、高く設定された所定の電圧が印加されるとＯＮ（オン）状態となって電流を流し、印加される電圧が上記所定の電圧未満ではＯＦＦ（オフ）状態となって電流を流さない。
ローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２は、低く設定された所定の電圧が印加されるとＯＮ状態となって電流を流し、印加される電圧が上記所定の電圧未満ではＯＦＦ状態となって電流を流さない。
【００１５】
ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１は、ｎチャンネル型であり、ドレインが正電圧を有する直流の電源電圧Ｖｃｃに接続され、ソースが出力コイル４及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２のドレインに接続され、ゲートがＤ級ドライブ回路３ａに接続されている。ローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２は、ｎチャンネル型であり、ドレインが出力コイル４及びハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１のソースに接続され、ソースが負電圧を有する直流の電源電圧−Ｖｃｃに接続され、ゲートがＤ級ドライブ回路３ａに接続されている。
【００１６】
Ｄ級ドライブ回路３ａは、比較器２に接続されてパルス電圧信号にデッドタイムを生成するデッドタイム生成回路３ａ１を有している。デッドタイムでは、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１とローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２とを同時にＯＮ状態にする現象を防ぐために、いずれのＭＯＳＦＥＴにも電圧が印加されない。
【００１７】
さらに、Ｄ級ドライブ回路３ａは、デッドタイム生成回路３ａ１に接続されたレベルシフタ３ａ２を有している。レベルシフタ３ａ２は、デッドタイムが加えられたパルス電圧信号を、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１のソース電位、つまりハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２の間の点Ｆでの電位を基準に振幅するパルス電圧信号に電位変換する。
また、Ｄ級ドライブ回路３ａは、パルス電圧信号を、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２のそれぞれをＯＮ状態にするのに必要な電圧に増幅するゲートドライバ３ａ３及び３ａ４を有している。ゲートドライバ３ａ３は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１のゲート及びレベルシフタ３ａ２に接続され、ゲートドライバ３ａ４は、ローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２のゲート及びデッドタイム生成回路３ａ１に接続されている。
【００１８】
圧電素子５は、電圧が印加されると電圧の印加方向に応じた歪みを発生する板状の圧電体５ａと、圧電体５ａの両側に設けられた電極板５ｂ及び５ｃとを有している。電極板５ｂは電路８ｂを介して出力コイル４に接続され、電極板５ｃは接地されている。このため、圧電素子５は、キャパシタと同様の性質つまり容量性を有している。よって、出力コイル４及び圧電素子５は、Ｄ級スイッチング段３より出力される電圧信号から高周波成分を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）回路６を構成している。
【００１９】
なお、ＬＰＦ回路６では、出力コイル４のインピーダンスの値をＬ１、圧電素子５の電気容量値をＣ１とすると、カットオフ周波数が、１／（２πＬ１Ｃ１）となる。ＬＰＦ回路６は、カットオフ周波数以下の低い周波数の電圧信号を通過させ、カットオフ周波数より高い周波数の電圧信号に対しては、通過を制限又は遮断する。そして、本実施の形態１のＬＰＦ回路６は、誤差増幅器１によって交流電圧信号から変換・生成された電圧信号の周波数より高い周波数の電圧信号の通過を制限又は遮断する。
ここで、ＬＰＦ回路６のカットオフ周波数は、第一所定周波数または、第一所定周波数より高い周波数を構成している。
【００２０】
また、圧電素子５の電極板５ｂに接触させてステータ４０が設けられている。さらに、ステータ４０において圧電素子５と反対側に形成された爪部４０ａに接触させて、ロータ５０が設けられている。このため、電極板５ｂ及び５ｃに超音波領域の周波数で正電圧及び負電圧が交互に印加されると、圧電体５ａが相対する方向に交互に歪んで超音波振動を発生し、それにより、ステータ４０の爪部４０ａがロータ５０を引っ掻くように運動し、ロータ５０を回転させる。そして、圧電素子５、ステータ４０及びロータ５０は、超音波モータ１００を構成している。
また、超音波モータ１００は、搭載される機器の駆動部分に配置される。そして、出力コイル４は、超音波モータ１００から離れて配置され、誤差増幅器１、比較器２及びＤ級スイッチング段３等と共に１つの回路基板に収められてケース等で防護された状態で機器に搭載されている。このため、電路８ｂは、少なくとも一部が搭載される機器の中で露出して配置されている。
【００２１】
また、出力コイル４と圧電素子５の間の電路８ｂの途中の接続部８ｂ１から電路８ｃが分岐して誤差増幅器１に接続しており、誤差増幅器１には、圧電素子５を駆動する電圧信号である出力電圧信号がフィードバックされるようになっている。
【００２２】
また、電路８ｃの途中から電路８ｄが分岐してＣＰＵ３０に接続している。そして、電路８ｄの途中には、検知装置７が設けられている。検知装置７は、誤差増幅器１にフィードバックされる出力電圧信号から低周波成分を除去するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）回路７ａと、低周波成分を除去した電圧信号の振幅の最大値（つまり、電圧信号の出力電圧）を検出するＡＤコンバータ等の振幅検知装置７ｂとを有し、検出した振幅の最大値（出力電圧）をＣＰＵ３０に送信する。さらに、検知装置７は、ＨＰＦ回路７ａの上流に、電圧検出器７ｃを有している。電圧検出器７ｃは、電路８ｄの電圧を検出することで電路８ｄを流れる電流の有無を検出し検出結果をＣＰＵ３０に送る。
ここで、ＣＰＵ３０は、異常判定装置を構成している。
【００２３】
なお、ＨＰＦ回路７ａは、例えば、ＨＰＦ回路７ａに入力する電圧信号及びＨＰＦ回路７ａから出力する電圧信号に直列するキャパシタと、キャパシタの下流で入力する電圧信号に並列する抵抗器とから構成される。そして、ＨＰＦ回路７ａでは、キャパシタの電気容量値をＣ２、抵抗器の抵抗値をＲ２とすると、カットオフ周波数が、１／（２πＲ２Ｃ２）となる。ＨＰＦ回路７ａは、カットオフ周波数より低い周波数の電圧信号に対しては、通過を制限又は遮断する。そして、本実施の形態１のＨＰＦ回路７ａは、そのカットオフ周波数が第一所定周波数より高く、第二所定周波数より低くなっており、第一所定周波数を制限又は遮断し、第二所定周波数を通過させる。
【００２４】
また、電路８ｃ及び８ｄ、並びに検知装置７は、超音波モータ１００から離れて配置され、誤差増幅器１、比較器２、Ｄ級スイッチング段３及び出力コイル４等と共に１つの回路基板に収められてケース等で防護されている。このため、電路８ｂは、接続部８ｂ１から圧電素子５の間で露出して配置されている。
【００２５】
次に、この発明の実施の形態１に係る超音波モータの駆動装置１０１の動作を説明する。
図１を参照すると、ＣＰＵ３０は、超音波モータ１００を駆動する指令を受けると、交流発振器１０を用いて基準電圧・基準周波数での交流電圧信号（本実施の形態１では基準電圧１０Ｖ［ボルト］、基準周波数８０ｋＨｚ［キロヘルツ］とする）を駆動装置１０１に入力し、同時に、三角波発生器２０には、交流電圧信号より大幅に高い所定の周波数（本実施の形態１では８００ｋＨｚとする）の搬送波電圧信号を発生させる。
【００２６】
交流発振器１０が発生した交流電圧信号は、誤差増幅器１において、後述するようにフィードバックされる出力電圧信号との差が増幅され、出力電圧信号を安定化させるように変換されて比較器２に送られる。なお、交流発振器１０の交流電圧信号から変換された電圧信号は、正弦波から構成されており、この正弦波を駆動波と呼び、変換後の電圧信号を駆動波電圧信号と呼ぶこととする。
また、比較器２には三角波発生器２０が発生した搬送波電圧信号が送られ、比較器２は、この搬送波電圧信号と駆動波電圧信号とを比較し、駆動波電圧信号の振幅を振幅が一定のパルスの幅に変換（変調）して、パルス電圧信号を生成する。
【００２７】
ここで、図２を参照すると、各電圧信号の波形が、縦軸を電圧とし横軸を時間とした座標上に示されている。交流電圧信号の振幅をＡ１とし周波数をｆ１とすると、交流電圧信号を変換した駆動波電圧信号Ｓ１は、振幅Ａ１及び周波数ｆ１を有している。また、搬送波電圧信号Ｓ２は、振幅Ａ２及び周波数ｆ２を有している。さらに、比較器２（図１参照）において搬送波電圧信号Ｓ２を用いて駆動波電圧信号Ｓ１を変調したパルス電圧信号Ｓ３は、振幅Ａ３を有し、搬送波電圧信号Ｓ２と同じ周波数ｆ２を有している。
【００２８】
図１及び図２をあわせて参照すると、比較器２が生成したパルス電圧信号Ｓ３に対して、デッドタイム生成回路３ａ１は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１をＯＮ状態にするためのパルス（電圧が最大のパルスＰＨ）とローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２をＯＮ状態にするためのパルス（電圧が最小のパルスＰＬ）との間にデッドタイムを生成する。
【００２９】
また、レベルシフタ３ａ２は、デッドタイムが設定されたパルス電圧信号Ｓ３を、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１のソース電位、つまり、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１とローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２との間の点Ｆでの電位ＶＦを基準に振幅する電圧信号に電位変換する。さらに、ゲートドライバ３ａ３は、電位変換されたパルス電圧信号Ｓ３に対して、パルス電圧信号Ｓ３において最大電圧を有するパルスＰＨが、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１をＯＮ状態にするのに必要な電圧ＶＨを有するように昇圧させる変換をする。このとき、パルス電圧信号Ｓ３は、図３の状態（３Ａ）に示すハイサイド用パルス電圧信号ＳＨに変換される。そして、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１は、電圧ＶＨの電圧が印加されている間ＯＮ状態となり、電圧ＶＨ未満の電圧が印加されているときＯＦＦ状態となる。さらに、ＯＮ状態のハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１は、ドレインからソースに電流を流し、それに伴い、電源電圧ＶｃｃからハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１を通って出力コイル４に向かう方向に電流が流れる。このとき、出力コイル４には、最大電圧を電源電圧Ｖｃｃとするパルスからなる電圧パルスＰＶＨが送られる。
【００３０】
また、ゲートドライバ３ａ４は、デッドタイムが設定されたパルス電圧信号Ｓ３に対して、パルス電圧信号Ｓ３において最小電圧（電圧＝０）を有するパルスＰＬが、ローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２をＯＮ状態にするのに必要な電圧ＶＬ（ＶＬ＝ＶＨ−ＶＦ）を有するように昇圧させる変換をする。このとき、パルス電圧信号Ｓ３は、図３の状態（３Ｂ）に示すローサイド用パルス電圧信号ＳＬに変換される。そして、ローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２は、電圧ＶＬの電圧が印加されている間ＯＮ状態となり、電圧ＶＬ未満の電圧が印加されているときＯＦＦ状態となる。さらに、ＯＮ状態のローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２は、ドレインからソースに電流を流し、それに伴い、出力コイル４からローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２を通って電源電圧−Ｖｃｃに向かう方向に電流が流れる。このとき、出力コイル４には、最小電圧を電圧−Ｖｃｃとするパルスからなる電圧パルスＰＶＬが送られる。
【００３１】
よって、ＬＰＦ回路６の出力コイル４には、電圧パルスＰＶＬと電圧パルスＰＶＨとを交互に合成したパルス波からなる合成電圧信号ＳＣが入力する。このとき、合成電圧信号ＳＣの周波数は、駆動波電圧信号Ｓ１の駆動波周波数ｆ１成分と搬送波電圧信号Ｓ２の搬送波周波数ｆ２成分とを含んだものとなっている。
【００３２】
ＬＰＦ回路６は、出力コイル４から入力する合成電圧信号ＳＣに対して、高周波成分である搬送波電圧信号Ｓ２の搬送波周波数ｆ２成分の大部分を除去して出力電圧信号ＳＶを生成する。つまり、ＬＰＦ回路６は、合成電圧信号ＳＣに対して、高周波成分に対するインピーダンスが大きい出力コイル４が、高周波成分を減衰し、さらに、高周波成分に対するインピーダンスが非常に小さい圧電素子５が、高周波成分を通過させてグランド（接地点）に流すことによって、高周波成分を除去する。よって、出力電圧信号ＳＶは、駆動波周波数ｆ１成分を主に有し且つ電圧が正負に交互に振幅する正弦波からなる信号を形成し、圧電素子５は、出力電圧信号ＳＶにより駆動される。従って、出力電圧信号ＳＶは、圧電素子５を駆動する電圧信号の周波数（駆動波周波数ｆ１）より高い周波数成分が合成電圧信号ＳＣから除去されたものとなっている。
【００３３】
そして、正弦波からなる出力電圧信号ＳＶが、圧電素子５に駆動波周波数ｆ１で正負の電圧を交互に印加するため、圧電素子５は、相対する方向に交互に歪んで超音波振動を発生し、それにより、ステータ４０の爪部４０ａにロータ５０を引っ掻くように運動させてロータ５０を回転させる。
また、出力電圧信号ＳＶの一部は、電路８ｃを通って誤差増幅器１に送られ、誤差増幅器１は、出力電圧信号ＳＶと交流電圧信号との誤差を増幅し、増幅した誤差に基づき、出力電圧信号ＳＶを安定化させるように交流電圧信号を駆動波電圧信号Ｓ１（図２参照）に変換する。
【００３４】
また、電路８ｃの出力電圧信号ＳＶの一部は、電路８ｄを通って検知装置７に送られ、検知装置７のＨＰＦ回路７ａによって、低周波成分が除去される。
出力コイル４と圧電素子５との間の電路８ｂに異常がない場合、ＨＰＦ回路７ａには高周波成分が除去された正弦波からなる出力電圧信号ＳＶが送られ、さらにＨＰＦ回路７ａによって低周波成分の大部分、つまり正弦波を構成する駆動波周波数ｆ１成分の大部分が除去される。このため、ＨＰＦ回路７ａでの処理後の出力電圧信号（処理後出力電圧信号ＳＶＣと呼ぶ）は、高周波成分及び低周波成分のいずれもほとんど含まず、ほぼ一定の電圧（０Ｖ）を示す電圧信号となり、図４の状態（４Ａ）のようになる。なお、図４は、縦軸が電圧を示し横軸が時間を示す座標を有している。
【００３５】
さらに、図１及び図４をあわせて参照すると、検知装置７の振幅検知装置７ｂは、処理後出力電圧信号ＳＶＣにおける電圧の振幅の最大値（振幅の最大値＝０、つまり出力電圧＝０）を検出し、ＣＰＵ３０に検出結果を送る。ＣＰＵ３０は、電圧信号の出力電圧が検出されないことから、電路８ｂに異常がないと判定する。
【００３６】
また、接続部８ｂ１から圧電素子５までの間で露出した配線によって構成される電路８ｂは断線する可能性がある。
電路８ｂにおいて接続部８ｂ１と圧電素子５との間で断線が発生した場合、ＬＰＦ回路６は、圧電素子５が高周波成分を通過させてグランドに流すことができないため、ローパスフィルタを形成できない。このため、合成電圧信号ＳＣが、高周波成分を多く含んだ状態のパルス波からなる電圧信号ＳＣ’となって、電路８ｃ及び８ｄを介してＨＰＦ回路７ａに送られる。そして、ＨＰＦ回路７ａでの処理後の電圧信号ＳＣ’は、低周波成分（駆動波周波数ｆ１成分）の大部分が除去されているが、高周波成分（搬送波周波数ｆ２成分）が多く残存している電圧信号（処理後電圧信号ＳＣＣ’と呼ぶ）となり、図４の状態（４Ｂ）のようになる。さらに、振幅検知装置７ｂは、処理後電圧信号ＳＣＣ’における振幅の最大値（出力電圧）を検出し、ＣＰＵ３０に検出結果を送る。ＣＰＵ３０は、処理後電圧信号ＳＣＣ’が出力電圧を有することから、異常が発生したと判定し、交流発振器１０及び三角波発生器２０、及びＤ級スイッチング段３を停止する。
【００３７】
また、圧電素子５に異常が発生した場合も、ＬＰＦ回路６はローパスフィルタとして十分に機能することができず、検知装置７には多少減衰されているが高周波成分を多く含んだ電圧信号ＳＣ’が送られる。このため、上述と同様にして、振幅検知装置７ｂは処理後電圧信号ＳＣＣ’に出力電圧を検出し、ＣＰＵ３０は異常が発生したと判定する。
よって、ＣＰＵ３０は、検知装置７の振幅検知装置７ｂによって処理後電圧信号に振幅の最大値（出力電圧）が検出される場合に、接続部８ｂ１と圧電素子５との間の電路８ｂ又は圧電素子５に異常が発生したと判定する。
なお、接続部８ｂ１と、出力コイル４の間に断線が発生した時は、検知装置７には如何なる信号も送られない。この時、ＣＰＵ３０は、接続部８ｂ１と出力コイル４の間に断線が生じたと判断する。
【００３８】
上述のように、この発明の実施の形態１に係る超音波モータの駆動装置１０１は、圧電素子５と、交流発振器１０及び圧電素子５に接続され圧電素子５に送る電圧信号を周期的に切り換えるＤ級スイッチング段３と、Ｄ級スイッチング段３及び圧電素子５の間に接続される出力コイル４と、出力コイル４及び圧電素子５の間に接続され出力コイル４及び圧電素子５の間の電圧信号を検出する検知装置７と、検知装置７が検出した電圧信号の周波数が圧電素子５を駆動する電圧信号の周波数より高い場合に、圧電素子５の異常、及び／もしくは出力コイル４と圧電素子５との間の断線を判定するＣＰＵ３０とを備える。
【００３９】
このとき、出力コイル４は電圧信号の高周波成分を減衰し、容量性をもつ圧電素子５は電圧信号の高周波成分を通過させてグランド等に逃がしやすい特性を有している。このため、電路８ｂ及び圧電素子５に異常がない場合、高周波成分の大部分が除去された電圧信号が圧電素子５に電圧を印加すると共に検知装置７に入力し、検知装置７は、高周波成分をほとんど検出しない。一方、電路８ｂ又は圧電素子５に異常がある場合、除去される高周波成分が減少するため、検知装置７は電圧信号から高周波成分を検出する。よって、ＣＰＵ３０は、検知装置７が検出した電圧信号に高周波成分が含まれるか否かで、電路８ｂ又は圧電素子５での異常の有無を判定する。上述のようにして異常の有無の判定する超音波モータの駆動装置１０１は、圧電素子５に電圧を印加するための回路の途中に、異常の判定のために電力を消費する電気抵抗等の要素を設ける必要がないため、圧電素子５に供給されるべき電力の損失を低減することを可能にする。
【００４０】
また、超音波モータの駆動装置１０１において、出力コイル４及び圧電素子５は、出力コイル４に入力する電圧信号のうちカットオフ周波数以下の周波数の電圧信号を通過させるＬＰＦ回路６を構成し、ＬＰＦ回路６のカットオフ周波数は、圧電素子５を駆動する電圧信号の周波数以上である。そして、検知装置７は、ＬＰＦ回路６のカットオフ周波数より高い周波数をもつ電圧信号を検出する。さらに、検知装置７は、ＨＰＦ回路７ａを有し、ＨＰＦ回路７ａは、圧電素子５に入力する電圧信号のうちＨＰＦ回路７ａのカットオフ周波数以上の周波数をもつ電圧信号を通過させ、ＨＰＦ回路７ａのカットオフ周波数は、ＬＰＦ回路６のカットオフ周波数より高い。このとき、検知装置７はＨＰＦ回路７ａを用いて電圧信号の低周波成分を除去することによって、ＬＰＦ回路６が十分に機能しなくなる異常が発生した場合には、ＬＰＦ回路６で除去されなかった高周波の電圧信号を検出し、ＬＰＦ回路６が十分に機能して高周波の電圧信号が除去された場合には、電圧信号に出力電圧を検出しない。
【００４１】
また、超音波モータの駆動装置１０１は、交流発振器１０による交流電圧信号と、交流電圧信号より高い周波数をもつ三角波状の搬送波電圧信号とが入力される比較器２をさらに備える。そして、比較器２は、交流電圧信号及び搬送波電圧信号からパルス波形のパルス電圧信号を生成してＤ級スイッチング段３に送る。Ｄ級スイッチング段３は、出力コイル４に流れる電流をオンまたはオフするハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２を有し、上記パルス電圧信号によりハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２をオンまたはオフさせる。上述のような比較器２及びＤ級スイッチング段３を有することによって、駆動装置１０１は、Ｄ級増幅器の機能を有することができる。
【００４２】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る超音波モータの駆動装置は、ＣＰＵ３０が、検知装置７の振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）の大きさによって、異常の発生箇所を特定するようにしたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
図１を参照すると、圧電素子５に欠損等の異常が発生すると、キャパシタと同様の容量性を有する圧電素子５は、その電気容量値を減少させ、高周波成分を有する電圧信号を通過させる能力が減少する。このため、ＬＰＦ回路６は、その高周波成分を除去する能力が低下する。
【００４４】
ここで、図５を参照すると、ＬＰＦ回路６（図１参照）が通過させることができる電圧信号の量を示す電圧ＧＡＩＮ（単位をｄＢとする）と電圧信号の周波数（単位をＨｚとする）との関係、つまりＬＰＦ回路６の特性が示されており、縦軸を電圧ＧＡＩＮとし、横軸を周波数としている。
なお、電圧ＧＡＩＮは、常用対数を使用して以下のように示される。
【００４５】
電圧ＧＡＩＮ＝２０ｌｏｇ（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）
Ｖｏｕｔ：ＬＰＦ回路６からの出力電圧
Ｖｉｎ：ＬＰＦ回路６への入力電圧
【００４６】
ＬＰＦ回路６（図１参照）は、圧電素子５（図１参照）に異常がなく正常な場合、折線実線の特性線ＬＰＦ１でその特性が示される。つまり、ＬＰＦ回路６は、各周波数の電圧信号について、各周波数に対応する特性線ＬＰＦ１上の電圧ＧＡＩＮ以下の電圧ＧＡＩＮとなる電圧信号を、通過（出力）させることができる。特性線ＬＰＦ１は、電圧信号の周波数が０以上、カットオフ周波数Ｃｆ１以下の領域では、電圧ＧＡＩＮが一定の値０ｄＢをとって水平に延び、カットオフ周波数Ｃｆ１より周波数が高い領域では、周波数の増加に伴って電圧ＧＡＩＮを比例的に減少させる直線として延び、カットオフ周波数Ｃｆ１で屈曲している。
【００４７】
そして、ＬＰＦ回路６（図１参照）は、カットオフ周波数Ｃｆ１以下の周波数の電圧信号に対しては、電圧ＧＡＩＮが０ｄＢとなりＶｏｕｔとＶｉｎとが同一になるため、全ての電圧信号を通過させることができる。
また、ＬＰＦ回路６は、カットオフ周波数Ｃｆ１より高い周波数の電圧信号に対しては、電圧信号の周波数が増加するに従い電圧ＧＡＩＮを低下させるため、通過させることができる電圧信号の出力電圧は、電圧信号の周波数が増加するに従い小さくなるように減衰する。
【００４８】
また、圧電素子５（図１参照）に異常が発生してその電気容量値が減少した場合、ＬＰＦ回路６（図１参照）の特性線は、一点鎖線で示される特性線ＬＰＦ２となる。特性線ＬＰＦ２は、特性線ＬＰＦ１を横軸正方向（周波数増加方向）に平行にスライドさせたものであり、折点のカットオフ周波数Ｃｆ２がＣｆ１より高くなっている。
このため、ＬＰＦ回路６は、カットオフ周波数Ｃｆ２以下の周波数の電圧信号を全て通過させ、カットオフ周波数Ｃｆ２より高い周波数の電圧信号に対しては、電圧信号の周波数が増加するに従い、通過させることができる電圧信号の出力電圧を減衰させる。
【００４９】
図１及び図５をあわせて参照すると、圧電素子５に異常がない場合、出力コイル４に送られる合成電圧信号ＳＣに含まれる駆動波周波数ｆ１成分の電圧信号については、全ての電圧信号ＳＣ１（図５で実線表示）がＬＰＦ回路６を通過し出力される。合成電圧信号ＳＣに含まれる搬送波周波数ｆ２成分の電圧信号については、ＬＰＦ回路６によって電圧ＧＡＩＮが値Ｇｆ２（ｄＢ）より大きくなるものが除去され、電圧ＧＡＩＮ値Ｇｆ２（ｄＢ）以下となる電圧信号ＳＣ２（図５で実線表示）がＬＰＦ回路６を通過し出力される。
【００５０】
このとき、検知装置７に送られる電圧信号は、駆動波周波数ｆ１成分を合成電圧信号ＳＣと同様に含み且つ搬送波周波数ｆ２成分をほとんど含まない出力電圧信号ＳＶとなる。さらに、検知装置７のＨＰＦ回路７ａが出力電圧信号ＳＶから低周波成分を除去すると、除去された電圧信号は、駆動波周波数ｆ１成分及び搬送波周波数ｆ２成分をほとんど含まないものとなり、図４の状態（４Ａ）のようになる。そして、ＨＰＦ回路７ａでの処理後の電圧信号から振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）もほぼ０となる。
【００５１】
また、圧電素子５に異常が発生してその電気容量値が減少した場合、合成電圧信号ＳＣに含まれる駆動波周波数ｆ１成分の電圧信号については、全ての電圧信号ＳＣ１’（図５で一点鎖線表示）がＬＰＦ回路６を通過し出力される。合成電圧信号ＳＣに含まれる搬送波周波数ｆ２成分の電圧信号については、ＬＰＦ回路６によって電圧ＧＡＩＮが値Ｇｆ２’（ｄＢ）より大きくなるものが除去され、電圧ＧＡＩＮ値Ｇｆ２’（ｄＢ）以下となる電圧信号ＳＣ２’（図５で一点鎖線表示）がＬＰＦ回路６を通過し出力される。
【００５２】
このとき、検知装置７に送られる電圧信号は、駆動波周波数ｆ１成分を合成電圧信号ＳＣと同様に含み、且つ搬送波周波数ｆ２成分を、電圧ＧＡＩＮが値Ｇｆ２（ｄＢ）の場合の数倍の量を含む。さらに、検知装置７のＨＰＦ回路７ａが送られた電圧信号から低周波成分を除去すると、除去された電圧信号は、駆動波周波数ｆ１成分の電圧信号ＳＣ１’をほとんど含まないが、搬送波周波数ｆ２成分の電圧信号ＳＣ２’を含むものとなる。そして、ＨＰＦ回路７ａでの処理後の電圧信号は、電路８ｂの断線時を示す図４の状態（４Ｂ）から振幅が大きい高周波成分を除去したものとなる。このとき、ＨＰＦ回路７ａでの処理後の電圧信号から振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）は、電圧Ｖｆ２’となる。
【００５３】
また、接続部８ｂ１と圧電素子５との間の電路８ｂで断線が発生した場合、検知装置７のＨＰＦ回路７ａには合成電圧信号ＳＣが高周波成分の除去を多少しか受けずに送られ、振幅検知装置７ｂには、上記合成電圧信号ＳＣから低周波成分を除去した電圧信号が送られ、図４の状態（４Ｂ）と同様のものとなる。このとき、振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）は、電圧Ｖｆ２’より大きい電圧Ｖｆ２となる。
【００５４】
また、電圧Ｖｆ２’は、欠損による圧電素子５の電気容量値の減少量によって変動し、電気容量値が減少するほど大きくなる。このため、電圧Ｖｆ２’が取り得る上限値Ｖｆ２Ｈ’及び下限値Ｖｆ２Ｌ’を算出することができる。なお、上限値Ｖｆ２Ｈ’は、圧電素子５の電気容量値が０になる場合であり、下限値Ｖｆ２Ｌ’は、圧電素子５の電気容量値が減少していない１００％である場合である。そして、圧電素子５の電気容量値が０の場合、ＬＰＦ回路６の特性は、接続部８ｂ１と圧電素子５との間の電路８ｂの断線時と同等となるため、上限値Ｖｆ２Ｈ’は電圧Ｖｆ２と同等となる。
ここで、上限値Ｖｆ２Ｈ’は第一閾値を構成し、下限値Ｖｆ２Ｌ’は第二閾値を構成している。
【００５５】
よって、振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）が上限値Ｖｆ２Ｈ’以上の場合、ＣＰＵ３０は、接続部８ｂ１と圧電素子５との間の電路８ｂで断線つまり異常が発生したと判定する。また、ＣＰＵ３０は、振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）が下限値Ｖｆ２Ｌ’より大きく、上限値Ｖｆ２Ｈ’未満の場合、圧電素子５に損傷つまり異常が発生したと判定する。さらに、振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）が下限値Ｖｆ２Ｌ’以下の場合、ＣＰＵ３０は、圧電素子５及び電路８ｂに異常がないと判定する。
【００５６】
このように、ＣＰＵ３０は、振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）から、圧電素子５及び電路８ｂのいずれで異常が発生しているかを判定することができる。
また、この発明の実施の形態２に係る超音波モータの駆動装置のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００５７】
上述のように、実施の形態２における超音波モータの駆動装置によれば、上記実施の形態１の超音波モータの駆動装置１０１と同様な効果が得られる。
また、ＣＰＵ３０は、検知装置７のＨＰＦ回路７ａを通過後の電圧信号が上限値Ｖｆ２Ｈ’以上の場合、出力コイル４及び圧電素子５の間の電路８ｂに断線があると判定し、検知装置７のＨＰＦ回路７ａを通過後の電圧信号が下限値Ｖｆ２Ｌ’より大きく上限値Ｖｆ２Ｈ’未満の場合、圧電素子５の容量に欠損があると判定し、検知装置７のＨＰＦ回路７ａを通過後の電圧信号が下限値Ｖｆ２Ｌ’以下の場合、出力コイル４及び圧電素子５の間の電路８ｂ、及び圧電素子５に異常がないと判定する。これにより、電路８ｂ及び圧電素子５のいずれで異常が発生したかを特定することが可能になる。
【００５８】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る超音波モータの駆動装置３０１は、実施の形態１に係る超音波モータの駆動装置１０１がＤ級増幅器を構成していたものを、Ｅ級増幅器を構成するようにしたものである。
図６を参照すると、超音波モータの駆動装置３０１は、実施の形態１における超音波モータの駆動装置１０１と同様にして、交流発振器１０、三角波発生器２０、ＣＰＵ３０、誤差増幅器１、及び比較器２を有している。さらに、超音波モータの駆動装置３０１は、比較器２が生成した電圧信号を増幅して内部のスイッチング素子を駆動するＥ級スイッチング段３３と、Ｅ級スイッチング段３３に接続された出力コイル４と、出力コイル４に直列に接続されると共に接地された圧電素子５とを有している。
【００５９】
Ｅ級スイッチング段３３は、比較器２に接続されたゲートドライバ３３ａと、ゲートドライバ３３ａにゲートが接続されたスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ３３ｂと、ＭＯＳＦＥＴ３３ｂのドレインに接続されたチョークコイル３３ｃとを有している。ＭＯＳＦＥＴ３３ｂのソースは負電圧を有する直流電源電圧−Ｖｃｃに接続され、チョークコイル３３ｃにおけるＭＯＳＦＥＴ３３ｂと反対側の端部は、正電圧を有する直流電源電圧Ｖｃｃに接続されている。
さらに、Ｅ級スイッチング段３３は、シャントキャパシタ３３ｄを有している。シャントキャパシタ３３ｄは、チョークコイル３３ｃに対してＭＯＳＦＥＴ３３ｂと並列になっており、一方の電極が、チョークコイル３３ｃとＭＯＳＦＥＴ３３ｂとの間の電路３８ａに、電路３８ｂを介して接続され、他方の電極が接地されている。
【００６０】
また、電路３８ｂには、電路８ａを介して出力コイル４が接続されている。互いに直列に接続されて接地されている出力コイル４及び圧電素子５は、実施の形態１と同様に、ＬＰＦ回路６を構成している。
【００６１】
さらに、出力コイル４と圧電素子５との間の電路８ｂの途中の接続部８ｂ１から電路８ｃが分岐して誤差増幅器１に接続している。そして、電路８ｃの途中から分岐してＣＰＵ３０に接続する電路８ｄの途中には、検知装置７が設けられている。検知装置７は、実施の形態１と同様に、ＨＰＦ回路７ａと、振幅検知装置７ｂと、電圧検出器７ｃとを有している。
また、この発明の実施の形態３に係る超音波モータの駆動装置３０１のその他の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００６２】
また、この発明の実施の形態３に係る超音波モータの駆動装置３０１は、以下のように動作する。
図６を参照すると、ＣＰＵ３０は、超音波モータ１００を駆動する指令を受けると、交流発振器１０を用いて交流電圧信号を誤差増幅器１に入力し、同時に、三角波発生器２０に搬送波電圧信号を発生させ、比較器２へ入力させる。誤差増幅器１は、交流電圧信号を駆動波電圧信号に変換して比較器２に送る。
【００６３】
比較器２は、三角波発生器２０から送られた搬送波電圧信号と誤差増幅器１から送られた駆動波電圧信号とを比較して生成したパルス電圧信号をゲートドライバ３３ａに送る。ゲートドライバ３３ａは、受け取ったパルス電圧信号に対して、その最大電圧がＭＯＳＦＥＴ３３ｂをＯＮ状態にするのに必要な電圧Ｖ３を有するように昇圧させ、ＭＯＳＦＥＴ３３ｂに入力する。
そして、ＭＯＳＦＥＴ３３ｂは、電圧Ｖ３の電圧が印加されている間ＯＮ状態となり、電圧Ｖ３未満の電圧が印加されている間ＯＦＦ状態となり、パルス電圧信号の周波数でＯＮ状態及びＯＦＦ状態を交互に繰り返す。
【００６４】
ＭＯＳＦＥＴ３３ｂがＯＦＦ状態の時、ＭＯＳＦＥＴ３３ｂには電流が流れずに、電源電圧Ｖｃｃからチョークコイル３３ｃを通ってシャントキャパシタ３３ｄ及び出力コイル４に電流が流れる。このとき、シャントキャパシタ３３ｄは、流れ込む電流の電荷を蓄積し、また、出力コイル４を通って電流が流れ込むことで、キャパシタと同様の構成を有する圧電素子５は、電流の電荷を蓄積する。これにより、ＬＰＦ回路６には、最大電圧を電圧Ｖｃｃとするパルスからなる電圧パルスＰＶＨが送られる。
【００６５】
また、ＭＯＳＦＥＴ３３ｂがＯＮ状態の時、電源電圧Ｖｃｃからチョークコイル３３ｃを通過した後、抵抗が非常に小さいＭＯＳＦＥＴ３３ｂを通過し、電源電圧−Ｖｃｃに電流が流れる。このとき、シャントキャパシタ３３ｄは、蓄積していた電荷を放電し、シャントキャパシタ３３ｄからＭＯＳＦＥＴ３３ｂを通って電源電圧−Ｖｃｃに向かう電流を発生させる。また、キャパシタと同様の構成を有する圧電素子５は、蓄積していた電荷を放電し、圧電素子５から出力コイル４及びＭＯＳＦＥＴ３３ｂを通って電源電圧−Ｖｃｃに向かう電流を発生させる。これにより、ＬＰＦ回路６には、最小電圧を電圧−Ｖｃｃとするパルスからなる電圧パルスＰＶＬが送られる。
【００６６】
よって、ＬＰＦ回路６には、電圧パルスＰＶＬと電圧パルスＰＶＨとを交互に合成したパルス波からなる合成電圧信号ＳＣが入力する。このとき、合成電圧信号ＳＣの周波数は、駆動波電圧信号の駆動波周波数成分と搬送波電圧信号の搬送波周波数成分とを含んだものとなっている。
さらに、ＬＰＦ回路６は、入力する合成電圧信号ＳＣから高周波成分（搬送波周波数成分）を除去して出力電圧信号を生成する。
駆動波周波数成分を主に有し正弦波からなる出力電圧信号は、圧電素子５に駆動波周波数で電圧を印加し、それにより、圧電素子５は、相対する方向に交互に歪みを発生して超音波振動を発生し、ステータ４０を介してロータ５０を回転させる。
【００６７】
また、検知装置７では、ＨＰＦ回路７ａは、ＬＰＦ回路６によって搬送波周波数成分の大部分が除去された出力電圧信号から、低周波成分を除去し、振幅検知装置７ｂは、ＨＰＦ回路７ａでの処理後の電圧信号における振幅の最大値（出力電圧）を検出し、ＣＰＵ３０に検出結果を送る。
【００６８】
また、駆動装置３０１でも、電路８ｂ又は圧電素子５に異常が発生した場合、ＬＰＦ回路６は十分に機能することができず、検知装置７には、高周波成分である搬送波周波数成分を多く含んだ電圧信号が送られる。
そして、ＣＰＵ３０は、実施の形態１と同様にして、検知装置７の振幅検知装置７ｂが検出する電圧信号の振幅の最大値（出力電圧）から、電路８ｂ及び圧電素子５における異常の有無を判定する。
また、この発明の実施の形態３に係る超音波モータの駆動装置３０１のその他の動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００６９】
上述のように、Ｅ級増幅器を構成する実施の形態３に係る超音波モータの駆動装置３０１においても、上記実施の形態１の超音波モータの駆動装置１０１と同様な効果が得られる。
また、実施の形態３に係る超音波モータの駆動装置３０１は、実施の形態２と同様にして、ＣＰＵ３０が、検知装置７の振幅検知装置７ｂが検出する電圧信号の振幅の最大値（出力電圧）の大きさによって異常の発生箇所を特定するようにしてもよい。
【００７０】
また、実施の形態１〜３の超音波モータの駆動装置において、誤差増幅器１及びコンパレータとしての比較器２はそれぞれ、部品であっても回路を構成していてもよい。
また、実施の形態１〜３の超音波モータの駆動装置において、ＬＰＦ回路６及びＨＰＦ回路７ａは、１つのコイル若しくは抵抗と、１つのキャパシタ（圧電素子５）とを有する構成であったが、これに限定されるものでなく、いずれも２つ以上あってもよい。
【００７１】
また、実施の形態１〜３の超音波モータの駆動装置において、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを使用していたがこれに限定されるものでなく、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子であってもよい。
また、実施の形態１の超音波モータの駆動装置１０１において、検知装置７の振幅検知装置７ｂが検出する電圧信号の振幅の最大値（出力電圧）が０となる場合に、電路８ｂ及び圧電素子５に異常がないとしていたが、これに限定されるものでない。ＬＰＦ回路６及びＨＰＦ回路７ａのカットオフ周波数及びその特性線の状態によっては、電路８ｂ又は圧電素子５に異常がない場合でも、振幅検知装置７ｂが電圧信号に出力電圧を検出することがあるが、実施の形態２のように出力電圧の閾値を設定することによって、電路８ｂ及び圧電素子５の異常を検出してもよい。
【符号の説明】
【００７２】
２ 比較器、３ Ｄ級スイッチング段（スイッチング装置）、３ｂ１ ハイサイドＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、３ｂ２ ローサイドＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、４ 出力コイル、５ 圧電素子、６ ＬＰＦ回路（ローパスフィルタ回路）、７ 検知装置、７ａ ＨＰＦ回路（ハイパスフィルタ回路）、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ 電路、１０ 交流発振器、２０ 三角波発生器、３０ ＣＰＵ（異常判定装置）、３３ Ｅ級スイッチング段（スイッチング装置）、３３ｂ ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、３３ｃ チョークコイル、３３ｄ シャントキャパシタ、１００ 超音波モータ、１０１，３０１ 駆動装置（超音波モータの駆動装置）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子に超音波振動を発生させて駆動する超音波モータは、小型で高トルクを出力するため、様々な用途に使用されている。そして、超音波モータには、圧電素子に周期的に変動する電圧を印加するための駆動装置が備えられている。そして、駆動装置の状態を検出する様々な技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、超音波モータの駆動部及びその駆動回路を備える駆動装置の状態を検出する方法に関する発明が記載されている。超音波モータの駆動部は、電圧が印加されると伸縮する圧電素子と、圧電素子に一端が固定されており圧電素子の伸縮によって軸方向に往復変位することができる振動部材と、振動部材に摩擦係合しており振動部材の往復変位によって振動部材に対してすべり変位する摩擦係合部材とを有している。また、駆動回路は、圧電素子の電極を所定の振動周期で電源に接続する充電スイッチング素子と、電極を接地する放電スイッチング素子とを有し、さらに、電源と圧電素子との間の電路又は圧電素子と接地点との間の電路に検出抵抗を有している。そして、検出抵抗の両端の電位差を検出し、検出した電位差に基づき、駆動装置の異常を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９９７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の駆動装置は、電源と圧電素子との間の電路又は圧電素子と接地点との間の電路に検出抵抗を設けているため、検出抵抗において電力の損失が発生し、電源の電力を超音波モータの駆動に効率的に利用できないという問題がある。
【０００６】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、超音波モータの異常を検出する際の電力の損失を低減することが可能な超音波モータの駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る超音波モータの駆動装置は、圧電素子と、交流発振器及び圧電素子に接続され圧電素子に送る電圧信号を周期的に切り換えるスイッチング装置と、スイッチング装置及び圧電素子の間に接続される出力コイルと、出力コイル及び圧電素子の間に接続され出力コイル及び圧電素子の間の電圧信号を検出する検知装置と、検知装置が検出した電圧信号の周波数が圧電素子を駆動する電圧信号の周波数より高い場合に、圧電素子の異常、及び／もしくは出力コイルと圧電素子との間の断線を判定する異常判定装置とを備える。
【０００８】
出力コイル及び圧電素子は、出力コイルに入力する電圧信号のうち第一所定周波数以下の周波数の電圧信号を通過させるローパスフィルタ回路を構成し、第一所定周波数は、上記圧電素子を駆動する電圧信号の周波数以上であり、検知装置は、第一所定周波数より高い周波数をもつ電圧信号を検出してもよい。
さらに、検知装置は、圧電素子に入力する電圧信号のうち第二所定周波数以上の周波数をもつ電圧信号を通過させるハイパスフィルタ回路を有し、第二所定周波数は、第一所定周波数より高くなっていてもよい。
【０００９】
異常判定装置は、検知装置のハイパスフィルタ回路を通過後の電圧信号が第一閾値以上の場合、出力コイル及び圧電素子の間の電路に断線があると判定し、検知装置のハイパスフィルタ回路を通過後の電圧信号が第二閾値より大きく第一閾値未満の場合、圧電素子の容量に欠損があると判定し、検知装置のハイパスフィルタ回路を通過後の電圧信号が第二閾値以下の場合、出力コイル及び圧電素子の間の電路、及び圧電素子に異常がないと判定してもよい。
上記超音波モータの駆動装置は、交流発振器による交流電圧信号と、交流電圧信号より高い周波数をもつ三角波状の搬送波電圧信号とが入力される比較器をさらに備え、比較器は、交流電圧信号及び搬送波電圧信号からパルス波形のパルス電圧信号を生成してスイッチング装置に送り、スイッチング装置は、出力コイルに流れる電流をオンまたはオフするスイッチング素子を有し、パルス電圧信号によりスイッチング素子をオンまたはオフさせてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の超音波モータの駆動装置によれば、超音波モータの異常を検出する際の電力の損失を低減することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超音波モータの駆動装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１の比較器に入力する電圧信号及び入力した電圧信号を比較器で変調した電圧信号の状態を示す図である。
【図３】図１の２つのＭＯＳＦＥＴに入力する電圧信号の状態を示す図である。
【図４】図１のＨＰＦ回路での処理後の電圧信号の状態を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る超音波モータの駆動装置におけるＬＰＦ回路の特性の変化を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る超音波モータの駆動装置の構成を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１に係る超音波モータの駆動装置１０１の構成を説明する。
図１を参照すると、超音波モータの駆動装置１０１には、正弦波の波形を有した基準電圧の交流電圧信号を発生する交流発振器１０と、三角波の波形を有した搬送波からなる電圧信号である搬送波電圧信号を発生する三角波発生器２０と、ＣＰＵ３０とが接続されている。ＣＰＵ３０は、交流発振器１０及び三角波発生器２０の動作を制御する。
【００１３】
また、駆動装置１０１は、Ｄ級増幅回路を構成している。駆動装置１０１は、出力電圧信号と基準電圧の交流電圧信号との誤差を増幅し出力電圧信号を安定化させるように交流電圧信号を変換し制御する誤差増幅器１と、２つの信号を比較し変調することで電圧のパルス波からなるパルス電圧信号を生成するコンパレータである比較器２とを有している。さらに、駆動装置１０１は、比較器２が生成したパルス電圧信号を増幅した電圧信号で内部の２つのスイッチング素子を周期的に切り換えて駆動するＤ級スイッチング段３を有している。そして、駆動装置１０１は、Ｄ級スイッチング段３に電路８ａを介して接続された出力コイル４と、出力コイル４に電路８ｂを介して直列に接続されると共に接地された圧電素子５とを有している。
ここで、Ｄ級スイッチング段３は、スイッチング装置を構成している。
【００１４】
Ｄ級スイッチング段３は、比較器２と出力コイル４との間に、Ｄ級ドライブ回路３ａとＤ級出力段３ｂとを有している。
Ｄ級出力段３ｂは、スイッチング素子としてトランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴを２つ有している。ＭＯＳＦＥＴは、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１とローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２とから構成されている。
ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１は、高く設定された所定の電圧が印加されるとＯＮ（オン）状態となって電流を流し、印加される電圧が上記所定の電圧未満ではＯＦＦ（オフ）状態となって電流を流さない。
ローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２は、低く設定された所定の電圧が印加されるとＯＮ状態となって電流を流し、印加される電圧が上記所定の電圧未満ではＯＦＦ状態となって電流を流さない。
【００１５】
ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１は、ｎチャンネル型であり、ドレインが正電圧を有する直流の電源電圧Ｖｃｃに接続され、ソースが出力コイル４及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２のドレインに接続され、ゲートがＤ級ドライブ回路３ａに接続されている。ローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２は、ｎチャンネル型であり、ドレインが出力コイル４及びハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１のソースに接続され、ソースが負電圧を有する直流の電源電圧−Ｖｃｃに接続され、ゲートがＤ級ドライブ回路３ａに接続されている。
【００１６】
Ｄ級ドライブ回路３ａは、比較器２に接続されてパルス電圧信号にデッドタイムを生成するデッドタイム生成回路３ａ１を有している。デッドタイムでは、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１とローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２とを同時にＯＮ状態にする現象を防ぐために、いずれのＭＯＳＦＥＴにも電圧が印加されない。
【００１７】
さらに、Ｄ級ドライブ回路３ａは、デッドタイム生成回路３ａ１に接続されたレベルシフタ３ａ２を有している。レベルシフタ３ａ２は、デッドタイムが加えられたパルス電圧信号を、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１のソース電位、つまりハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２の間の点Ｆでの電位を基準に振幅するパルス電圧信号に電位変換する。
また、Ｄ級ドライブ回路３ａは、パルス電圧信号を、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２のそれぞれをＯＮ状態にするのに必要な電圧に増幅するゲートドライバ３ａ３及び３ａ４を有している。ゲートドライバ３ａ３は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１のゲート及びレベルシフタ３ａ２に接続され、ゲートドライバ３ａ４は、ローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２のゲート及びデッドタイム生成回路３ａ１に接続されている。
【００１８】
圧電素子５は、電圧が印加されると電圧の印加方向に応じた歪みを発生する板状の圧電体５ａと、圧電体５ａの両側に設けられた電極板５ｂ及び５ｃとを有している。電極板５ｂは電路８ｂを介して出力コイル４に接続され、電極板５ｃは接地されている。このため、圧電素子５は、キャパシタと同様の性質つまり容量性を有している。よって、出力コイル４及び圧電素子５は、Ｄ級スイッチング段３より出力される電圧信号から高周波成分を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）回路６を構成している。
【００１９】
なお、ＬＰＦ回路６では、出力コイル４のインピーダンスの値をＬ１、圧電素子５の電気容量値をＣ１とすると、カットオフ周波数が、１／（２πＬ１Ｃ１）となる。ＬＰＦ回路６は、カットオフ周波数以下の低い周波数の電圧信号を通過させ、カットオフ周波数より高い周波数の電圧信号に対しては、通過を制限又は遮断する。そして、本実施の形態１のＬＰＦ回路６は、誤差増幅器１によって交流電圧信号から変換・生成された電圧信号の周波数より高い周波数の電圧信号の通過を制限又は遮断する。
ここで、ＬＰＦ回路６のカットオフ周波数は、第一所定周波数または、第一所定周波数より高い周波数を構成している。
【００２０】
また、圧電素子５の電極板５ｂに接触させてステータ４０が設けられている。さらに、ステータ４０において圧電素子５と反対側に形成された爪部４０ａに接触させて、ロータ５０が設けられている。このため、電極板５ｂ及び５ｃに超音波領域の周波数で正電圧及び負電圧が交互に印加されると、圧電体５ａが相対する方向に交互に歪んで超音波振動を発生し、それにより、ステータ４０の爪部４０ａがロータ５０を引っ掻くように運動し、ロータ５０を回転させる。そして、圧電素子５、ステータ４０及びロータ５０は、超音波モータ１００を構成している。
また、超音波モータ１００は、搭載される機器の駆動部分に配置される。そして、出力コイル４は、超音波モータ１００から離れて配置され、誤差増幅器１、比較器２及びＤ級スイッチング段３等と共に１つの回路基板に収められてケース等で防護された状態で機器に搭載されている。このため、電路８ｂは、少なくとも一部が搭載される機器の中で露出して配置されている。
【００２１】
また、出力コイル４と圧電素子５の間の電路８ｂの途中の接続部８ｂ１から電路８ｃが分岐して誤差増幅器１に接続しており、誤差増幅器１には、圧電素子５を駆動する電圧信号である出力電圧信号がフィードバックされるようになっている。
【００２２】
また、電路８ｃの途中から電路８ｄが分岐してＣＰＵ３０に接続している。そして、電路８ｄの途中には、検知装置７が設けられている。検知装置７は、誤差増幅器１にフィードバックされる出力電圧信号から低周波成分を除去するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）回路７ａと、低周波成分を除去した電圧信号の振幅の最大値（つまり、電圧信号の出力電圧）を検出するＡＤコンバータ等の振幅検知装置７ｂとを有し、検出した振幅の最大値（出力電圧）をＣＰＵ３０に送信する。さらに、検知装置７は、ＨＰＦ回路７ａの上流に、電圧検出器７ｃを有している。電圧検出器７ｃは、電路８ｄの電圧を検出することで電路８ｄを流れる電流の有無を検出し検出結果をＣＰＵ３０に送る。
ここで、ＣＰＵ３０は、異常判定装置を構成している。
【００２３】
なお、ＨＰＦ回路７ａは、例えば、ＨＰＦ回路７ａに入力する電圧信号及びＨＰＦ回路７ａから出力する電圧信号に直列するキャパシタと、キャパシタの下流で入力する電圧信号に並列する抵抗器とから構成される。そして、ＨＰＦ回路７ａでは、キャパシタの電気容量値をＣ２、抵抗器の抵抗値をＲ２とすると、カットオフ周波数が、１／（２πＲ２Ｃ２）となる。ＨＰＦ回路７ａは、カットオフ周波数より低い周波数の電圧信号に対しては、通過を制限又は遮断する。そして、本実施の形態１のＨＰＦ回路７ａは、そのカットオフ周波数が第一所定周波数より高く、第二所定周波数より低くなっており、第一所定周波数を制限又は遮断し、第二所定周波数を通過させる。
【００２４】
また、電路８ｃ及び８ｄ、並びに検知装置７は、超音波モータ１００から離れて配置され、誤差増幅器１、比較器２、Ｄ級スイッチング段３及び出力コイル４等と共に１つの回路基板に収められてケース等で防護されている。このため、電路８ｂは、接続部８ｂ１から圧電素子５の間で露出して配置されている。
【００２５】
次に、この発明の実施の形態１に係る超音波モータの駆動装置１０１の動作を説明する。
図１を参照すると、ＣＰＵ３０は、超音波モータ１００を駆動する指令を受けると、交流発振器１０を用いて基準電圧・基準周波数での交流電圧信号（本実施の形態１では基準電圧１０Ｖ［ボルト］、基準周波数８０ｋＨｚ［キロヘルツ］とする）を駆動装置１０１に入力し、同時に、三角波発生器２０には、交流電圧信号より大幅に高い所定の周波数（本実施の形態１では８００ｋＨｚとする）の搬送波電圧信号を発生させる。
【００２６】
交流発振器１０が発生した交流電圧信号は、誤差増幅器１において、後述するようにフィードバックされる出力電圧信号との差が増幅され、出力電圧信号を安定化させるように変換されて比較器２に送られる。なお、交流発振器１０の交流電圧信号から変換された電圧信号は、正弦波から構成されており、この正弦波を駆動波と呼び、変換後の電圧信号を駆動波電圧信号と呼ぶこととする。
また、比較器２には三角波発生器２０が発生した搬送波電圧信号が送られ、比較器２は、この搬送波電圧信号と駆動波電圧信号とを比較し、駆動波電圧信号の振幅を振幅が一定のパルスの幅に変換（変調）して、パルス電圧信号を生成する。
【００２７】
ここで、図２を参照すると、各電圧信号の波形が、縦軸を電圧とし横軸を時間とした座標上に示されている。交流電圧信号の振幅をＡ１とし周波数をｆ１とすると、交流電圧信号を変換した駆動波電圧信号Ｓ１は、振幅Ａ１及び周波数ｆ１を有している。また、搬送波電圧信号Ｓ２は、振幅Ａ２及び周波数ｆ２を有している。さらに、比較器２（図１参照）において搬送波電圧信号Ｓ２を用いて駆動波電圧信号Ｓ１を変調したパルス電圧信号Ｓ３は、振幅Ａ３を有し、搬送波電圧信号Ｓ２と同じ周波数ｆ２を有している。
【００２８】
図１及び図２をあわせて参照すると、比較器２が生成したパルス電圧信号Ｓ３に対して、デッドタイム生成回路３ａ１は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１をＯＮ状態にするためのパルス（電圧が最大のパルスＰＨ）とローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２をＯＮ状態にするためのパルス（電圧が最小のパルスＰＬ）との間にデッドタイムを生成する。
【００２９】
また、レベルシフタ３ａ２は、デッドタイムが設定されたパルス電圧信号Ｓ３を、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１のソース電位、つまり、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１とローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２との間の点Ｆでの電位ＶＦを基準に振幅する電圧信号に電位変換する。さらに、ゲートドライバ３ａ３は、電位変換されたパルス電圧信号Ｓ３に対して、パルス電圧信号Ｓ３において最大電圧を有するパルスＰＨが、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１をＯＮ状態にするのに必要な電圧ＶＨを有するように昇圧させる変換をする。このとき、パルス電圧信号Ｓ３は、図３の状態（３Ａ）に示すハイサイド用パルス電圧信号ＳＨに変換される。そして、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１は、電圧ＶＨの電圧が印加されている間ＯＮ状態となり、電圧ＶＨ未満の電圧が印加されているときＯＦＦ状態となる。さらに、ＯＮ状態のハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１は、ドレインからソースに電流を流し、それに伴い、電源電圧ＶｃｃからハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１を通って出力コイル４に向かう方向に電流が流れる。このとき、出力コイル４には、最大電圧を電源電圧Ｖｃｃとするパルスからなる電圧パルスＰＶＨが送られる。
【００３０】
また、ゲートドライバ３ａ４は、デッドタイムが設定されたパルス電圧信号Ｓ３に対して、パルス電圧信号Ｓ３において最小電圧（電圧＝０）を有するパルスＰＬが、ローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２をＯＮ状態にするのに必要な電圧ＶＬ（ＶＬ＝ＶＨ−ＶＦ）を有するように昇圧させる変換をする。このとき、パルス電圧信号Ｓ３は、図３の状態（３Ｂ）に示すローサイド用パルス電圧信号ＳＬに変換される。そして、ローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２は、電圧ＶＬの電圧が印加されている間ＯＮ状態となり、電圧ＶＬ未満の電圧が印加されているときＯＦＦ状態となる。さらに、ＯＮ状態のローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２は、ドレインからソースに電流を流し、それに伴い、出力コイル４からローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２を通って電源電圧−Ｖｃｃに向かう方向に電流が流れる。このとき、出力コイル４には、最小電圧を電圧−Ｖｃｃとするパルスからなる電圧パルスＰＶＬが送られる。
【００３１】
よって、ＬＰＦ回路６の出力コイル４には、電圧パルスＰＶＬと電圧パルスＰＶＨとを交互に合成したパルス波からなる合成電圧信号ＳＣが入力する。このとき、合成電圧信号ＳＣの周波数は、駆動波電圧信号Ｓ１の駆動波周波数ｆ１成分と搬送波電圧信号Ｓ２の搬送波周波数ｆ２成分とを含んだものとなっている。
【００３２】
ＬＰＦ回路６は、出力コイル４から入力する合成電圧信号ＳＣに対して、高周波成分である搬送波電圧信号Ｓ２の搬送波周波数ｆ２成分の大部分を除去して出力電圧信号ＳＶを生成する。つまり、ＬＰＦ回路６は、合成電圧信号ＳＣに対して、高周波成分に対するインピーダンスが大きい出力コイル４が、高周波成分を減衰し、さらに、高周波成分に対するインピーダンスが非常に小さい圧電素子５が、高周波成分を通過させてグランド（接地点）に流すことによって、高周波成分を除去する。よって、出力電圧信号ＳＶは、駆動波周波数ｆ１成分を主に有し且つ電圧が正負に交互に振幅する正弦波からなる信号を形成し、圧電素子５は、出力電圧信号ＳＶにより駆動される。従って、出力電圧信号ＳＶは、圧電素子５を駆動する電圧信号の周波数（駆動波周波数ｆ１）より高い周波数成分が合成電圧信号ＳＣから除去されたものとなっている。
【００３３】
そして、正弦波からなる出力電圧信号ＳＶが、圧電素子５に駆動波周波数ｆ１で正負の電圧を交互に印加するため、圧電素子５は、相対する方向に交互に歪んで超音波振動を発生し、それにより、ステータ４０の爪部４０ａにロータ５０を引っ掻くように運動させてロータ５０を回転させる。
また、出力電圧信号ＳＶの一部は、電路８ｃを通って誤差増幅器１に送られ、誤差増幅器１は、出力電圧信号ＳＶと交流電圧信号との誤差を増幅し、増幅した誤差に基づき、出力電圧信号ＳＶを安定化させるように交流電圧信号を駆動波電圧信号Ｓ１（図２参照）に変換する。
【００３４】
また、電路８ｃの出力電圧信号ＳＶの一部は、電路８ｄを通って検知装置７に送られ、検知装置７のＨＰＦ回路７ａによって、低周波成分が除去される。
出力コイル４と圧電素子５との間の電路８ｂに異常がない場合、ＨＰＦ回路７ａには高周波成分が除去された正弦波からなる出力電圧信号ＳＶが送られ、さらにＨＰＦ回路７ａによって低周波成分の大部分、つまり正弦波を構成する駆動波周波数ｆ１成分の大部分が除去される。このため、ＨＰＦ回路７ａでの処理後の出力電圧信号（処理後出力電圧信号ＳＶＣと呼ぶ）は、高周波成分及び低周波成分のいずれもほとんど含まず、ほぼ一定の電圧（０Ｖ）を示す電圧信号となり、図４の状態（４Ａ）のようになる。なお、図４は、縦軸が電圧を示し横軸が時間を示す座標を有している。
【００３５】
さらに、図１及び図４をあわせて参照すると、検知装置７の振幅検知装置７ｂは、処理後出力電圧信号ＳＶＣにおける電圧の振幅の最大値（振幅の最大値＝０、つまり出力電圧＝０）を検出し、ＣＰＵ３０に検出結果を送る。ＣＰＵ３０は、電圧信号の出力電圧が検出されないことから、電路８ｂに異常がないと判定する。
【００３６】
また、接続部８ｂ１から圧電素子５までの間で露出した配線によって構成される電路８ｂは断線する可能性がある。
電路８ｂにおいて接続部８ｂ１と圧電素子５との間で断線が発生した場合、ＬＰＦ回路６は、圧電素子５が高周波成分を通過させてグランドに流すことができないため、ローパスフィルタを形成できない。このため、合成電圧信号ＳＣが、高周波成分を多く含んだ状態のパルス波からなる電圧信号ＳＣ’となって、電路８ｃ及び８ｄを介してＨＰＦ回路７ａに送られる。そして、ＨＰＦ回路７ａでの処理後の電圧信号ＳＣ’は、低周波成分（駆動波周波数ｆ１成分）の大部分が除去されているが、高周波成分（搬送波周波数ｆ２成分）が多く残存している電圧信号（処理後電圧信号ＳＣＣ’と呼ぶ）となり、図４の状態（４Ｂ）のようになる。さらに、振幅検知装置７ｂは、処理後電圧信号ＳＣＣ’における振幅の最大値（出力電圧）を検出し、ＣＰＵ３０に検出結果を送る。ＣＰＵ３０は、処理後電圧信号ＳＣＣ’が出力電圧を有することから、異常が発生したと判定し、交流発振器１０及び三角波発生器２０、及びＤ級スイッチング段３を停止する。
【００３７】
また、圧電素子５に異常が発生した場合も、ＬＰＦ回路６はローパスフィルタとして十分に機能することができず、検知装置７には多少減衰されているが高周波成分を多く含んだ電圧信号ＳＣ’が送られる。このため、上述と同様にして、振幅検知装置７ｂは処理後電圧信号ＳＣＣ’に出力電圧を検出し、ＣＰＵ３０は異常が発生したと判定する。
よって、ＣＰＵ３０は、検知装置７の振幅検知装置７ｂによって処理後電圧信号に振幅の最大値（出力電圧）が検出される場合に、接続部８ｂ１と圧電素子５との間の電路８ｂ又は圧電素子５に異常が発生したと判定する。
なお、接続部８ｂ１と、出力コイル４の間に断線が発生した時は、検知装置７には如何なる信号も送られない。この時、ＣＰＵ３０は、接続部８ｂ１と出力コイル４の間に断線が生じたと判断する。
【００３８】
上述のように、この発明の実施の形態１に係る超音波モータの駆動装置１０１は、圧電素子５と、交流発振器１０及び圧電素子５に接続され圧電素子５に送る電圧信号を周期的に切り換えるＤ級スイッチング段３と、Ｄ級スイッチング段３及び圧電素子５の間に接続される出力コイル４と、出力コイル４及び圧電素子５の間に接続され出力コイル４及び圧電素子５の間の電圧信号を検出する検知装置７と、検知装置７が検出した電圧信号の周波数が圧電素子５を駆動する電圧信号の周波数より高い場合に、圧電素子５の異常、及び／もしくは出力コイル４と圧電素子５との間の断線を判定するＣＰＵ３０とを備える。
【００３９】
このとき、出力コイル４は電圧信号の高周波成分を減衰し、容量性をもつ圧電素子５は電圧信号の高周波成分を通過させてグランド等に逃がしやすい特性を有している。このため、電路８ｂ及び圧電素子５に異常がない場合、高周波成分の大部分が除去された電圧信号が圧電素子５に電圧を印加すると共に検知装置７に入力し、検知装置７は、高周波成分をほとんど検出しない。一方、電路８ｂ又は圧電素子５に異常がある場合、除去される高周波成分が減少するため、検知装置７は電圧信号から高周波成分を検出する。よって、ＣＰＵ３０は、検知装置７が検出した電圧信号に高周波成分が含まれるか否かで、電路８ｂ又は圧電素子５での異常の有無を判定する。上述のようにして異常の有無の判定する超音波モータの駆動装置１０１は、圧電素子５に電圧を印加するための回路の途中に、異常の判定のために電力を消費する電気抵抗等の要素を設ける必要がないため、圧電素子５に供給されるべき電力の損失を低減することを可能にする。
【００４０】
また、超音波モータの駆動装置１０１において、出力コイル４及び圧電素子５は、出力コイル４に入力する電圧信号のうちカットオフ周波数以下の周波数の電圧信号を通過させるＬＰＦ回路６を構成し、ＬＰＦ回路６のカットオフ周波数は、圧電素子５を駆動する電圧信号の周波数以上である。そして、検知装置７は、ＬＰＦ回路６のカットオフ周波数より高い周波数をもつ電圧信号を検出する。さらに、検知装置７は、ＨＰＦ回路７ａを有し、ＨＰＦ回路７ａは、圧電素子５に入力する電圧信号のうちＨＰＦ回路７ａのカットオフ周波数以上の周波数をもつ電圧信号を通過させ、ＨＰＦ回路７ａのカットオフ周波数は、ＬＰＦ回路６のカットオフ周波数より高い。このとき、検知装置７はＨＰＦ回路７ａを用いて電圧信号の低周波成分を除去することによって、ＬＰＦ回路６が十分に機能しなくなる異常が発生した場合には、ＬＰＦ回路６で除去されなかった高周波の電圧信号を検出し、ＬＰＦ回路６が十分に機能して高周波の電圧信号が除去された場合には、電圧信号に出力電圧を検出しない。
【００４１】
また、超音波モータの駆動装置１０１は、交流発振器１０による交流電圧信号と、交流電圧信号より高い周波数をもつ三角波状の搬送波電圧信号とが入力される比較器２をさらに備える。そして、比較器２は、交流電圧信号及び搬送波電圧信号からパルス波形のパルス電圧信号を生成してＤ級スイッチング段３に送る。Ｄ級スイッチング段３は、出力コイル４に流れる電流をオンまたはオフするハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２を有し、上記パルス電圧信号によりハイサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ３ｂ２をオンまたはオフさせる。上述のような比較器２及びＤ級スイッチング段３を有することによって、駆動装置１０１は、Ｄ級増幅器の機能を有することができる。
【００４２】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る超音波モータの駆動装置は、ＣＰＵ３０が、検知装置７の振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）の大きさによって、異常の発生箇所を特定するようにしたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
図１を参照すると、圧電素子５に欠損等の異常が発生すると、キャパシタと同様の容量性を有する圧電素子５は、その電気容量値を減少させ、高周波成分を有する電圧信号を通過させる能力が減少する。このため、ＬＰＦ回路６は、その高周波成分を除去する能力が低下する。
【００４４】
ここで、図５を参照すると、ＬＰＦ回路６（図１参照）が通過させることができる電圧信号の量を示す電圧ＧＡＩＮ（単位をｄＢとする）と電圧信号の周波数（単位をＨｚとする）との関係、つまりＬＰＦ回路６の特性が示されており、縦軸を電圧ＧＡＩＮとし、横軸を周波数としている。
なお、電圧ＧＡＩＮは、常用対数を使用して以下のように示される。
【００４５】
電圧ＧＡＩＮ＝２０ｌｏｇ（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）
Ｖｏｕｔ：ＬＰＦ回路６からの出力電圧
Ｖｉｎ：ＬＰＦ回路６への入力電圧
【００４６】
ＬＰＦ回路６（図１参照）は、圧電素子５（図１参照）に異常がなく正常な場合、折線実線の特性線ＬＰＦ１でその特性が示される。つまり、ＬＰＦ回路６は、各周波数の電圧信号について、各周波数に対応する特性線ＬＰＦ１上の電圧ＧＡＩＮ以下の電圧ＧＡＩＮとなる電圧信号を、通過（出力）させることができる。特性線ＬＰＦ１は、電圧信号の周波数が０以上、カットオフ周波数Ｃｆ１以下の領域では、電圧ＧＡＩＮが一定の値０ｄＢをとって水平に延び、カットオフ周波数Ｃｆ１より周波数が高い領域では、周波数の増加に伴って電圧ＧＡＩＮを比例的に減少させる直線として延び、カットオフ周波数Ｃｆ１で屈曲している。
【００４７】
そして、ＬＰＦ回路６（図１参照）は、カットオフ周波数Ｃｆ１以下の周波数の電圧信号に対しては、電圧ＧＡＩＮが０ｄＢとなりＶｏｕｔとＶｉｎとが同一になるため、全ての電圧信号を通過させることができる。
また、ＬＰＦ回路６は、カットオフ周波数Ｃｆ１より高い周波数の電圧信号に対しては、電圧信号の周波数が増加するに従い電圧ＧＡＩＮを低下させるため、通過させることができる電圧信号の出力電圧は、電圧信号の周波数が増加するに従い小さくなるように減衰する。
【００４８】
また、圧電素子５（図１参照）に異常が発生してその電気容量値が減少した場合、ＬＰＦ回路６（図１参照）の特性線は、一点鎖線で示される特性線ＬＰＦ２となる。特性線ＬＰＦ２は、特性線ＬＰＦ１を横軸正方向（周波数増加方向）に平行にスライドさせたものであり、折点のカットオフ周波数Ｃｆ２がＣｆ１より高くなっている。
このため、ＬＰＦ回路６は、カットオフ周波数Ｃｆ２以下の周波数の電圧信号を全て通過させ、カットオフ周波数Ｃｆ２より高い周波数の電圧信号に対しては、電圧信号の周波数が増加するに従い、通過させることができる電圧信号の出力電圧を減衰させる。
【００４９】
図１及び図５をあわせて参照すると、圧電素子５に異常がない場合、出力コイル４に送られる合成電圧信号ＳＣに含まれる駆動波周波数ｆ１成分の電圧信号については、全ての電圧信号ＳＣ１（図５で実線表示）がＬＰＦ回路６を通過し出力される。合成電圧信号ＳＣに含まれる搬送波周波数ｆ２成分の電圧信号については、ＬＰＦ回路６によって電圧ＧＡＩＮが値Ｇｆ２（ｄＢ）より大きくなるものが除去され、電圧ＧＡＩＮ値Ｇｆ２（ｄＢ）以下となる電圧信号ＳＣ２（図５で実線表示）がＬＰＦ回路６を通過し出力される。
【００５０】
このとき、検知装置７に送られる電圧信号は、駆動波周波数ｆ１成分を合成電圧信号ＳＣと同様に含み且つ搬送波周波数ｆ２成分をほとんど含まない出力電圧信号ＳＶとなる。さらに、検知装置７のＨＰＦ回路７ａが出力電圧信号ＳＶから低周波成分を除去すると、除去された電圧信号は、駆動波周波数ｆ１成分及び搬送波周波数ｆ２成分をほとんど含まないものとなり、図４の状態（４Ａ）のようになる。そして、ＨＰＦ回路７ａでの処理後の電圧信号から振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）もほぼ０となる。
【００５１】
また、圧電素子５に異常が発生してその電気容量値が減少した場合、合成電圧信号ＳＣに含まれる駆動波周波数ｆ１成分の電圧信号については、全ての電圧信号ＳＣ１’（図５で一点鎖線表示）がＬＰＦ回路６を通過し出力される。合成電圧信号ＳＣに含まれる搬送波周波数ｆ２成分の電圧信号については、ＬＰＦ回路６によって電圧ＧＡＩＮが値Ｇｆ２’（ｄＢ）より大きくなるものが除去され、電圧ＧＡＩＮ値Ｇｆ２’（ｄＢ）以下となる電圧信号ＳＣ２’（図５で一点鎖線表示）がＬＰＦ回路６を通過し出力される。
【００５２】
このとき、検知装置７に送られる電圧信号は、駆動波周波数ｆ１成分を合成電圧信号ＳＣと同様に含み、且つ搬送波周波数ｆ２成分を、電圧ＧＡＩＮが値Ｇｆ２（ｄＢ）の場合の数倍の量を含む。さらに、検知装置７のＨＰＦ回路７ａが送られた電圧信号から低周波成分を除去すると、除去された電圧信号は、駆動波周波数ｆ１成分の電圧信号ＳＣ１’をほとんど含まないが、搬送波周波数ｆ２成分の電圧信号ＳＣ２’を含むものとなる。そして、ＨＰＦ回路７ａでの処理後の電圧信号は、電路８ｂの断線時を示す図４の状態（４Ｂ）から振幅が大きい高周波成分を除去したものとなる。このとき、ＨＰＦ回路７ａでの処理後の電圧信号から振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）は、電圧Ｖｆ２’となる。
【００５３】
また、接続部８ｂ１と圧電素子５との間の電路８ｂで断線が発生した場合、検知装置７のＨＰＦ回路７ａには合成電圧信号ＳＣが高周波成分の除去を多少しか受けずに送られ、振幅検知装置７ｂには、上記合成電圧信号ＳＣから低周波成分を除去した電圧信号が送られ、図４の状態（４Ｂ）と同様のものとなる。このとき、振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）は、電圧Ｖｆ２’より大きい電圧Ｖｆ２となる。
【００５４】
また、電圧Ｖｆ２’は、欠損による圧電素子５の電気容量値の減少量によって変動し、電気容量値が減少するほど大きくなる。このため、電圧Ｖｆ２’が取り得る上限値Ｖｆ２Ｈ’及び下限値Ｖｆ２Ｌ’を算出することができる。なお、上限値Ｖｆ２Ｈ’は、圧電素子５の電気容量値が０になる場合であり、下限値Ｖｆ２Ｌ’は、圧電素子５の電気容量値が減少していない１００％である場合である。そして、圧電素子５の電気容量値が０の場合、ＬＰＦ回路６の特性は、接続部８ｂ１と圧電素子５との間の電路８ｂの断線時と同等となるため、上限値Ｖｆ２Ｈ’は電圧Ｖｆ２と同等となる。
ここで、上限値Ｖｆ２Ｈ’は第一閾値を構成し、下限値Ｖｆ２Ｌ’は第二閾値を構成している。
【００５５】
よって、振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）が上限値Ｖｆ２Ｈ’以上の場合、ＣＰＵ３０は、接続部８ｂ１と圧電素子５との間の電路８ｂで断線つまり異常が発生したと判定する。また、ＣＰＵ３０は、振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）が下限値Ｖｆ２Ｌ’より大きく、上限値Ｖｆ２Ｈ’未満の場合、圧電素子５に損傷つまり異常が発生したと判定する。さらに、振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）が下限値Ｖｆ２Ｌ’以下の場合、ＣＰＵ３０は、圧電素子５及び電路８ｂに異常がないと判定する。
【００５６】
このように、ＣＰＵ３０は、振幅検知装置７ｂが検出する振幅の最大値（出力電圧）から、圧電素子５及び電路８ｂのいずれで異常が発生しているかを判定することができる。
また、この発明の実施の形態２に係る超音波モータの駆動装置のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００５７】
上述のように、実施の形態２における超音波モータの駆動装置によれば、上記実施の形態１の超音波モータの駆動装置１０１と同様な効果が得られる。
また、ＣＰＵ３０は、検知装置７のＨＰＦ回路７ａを通過後の電圧信号が上限値Ｖｆ２Ｈ’以上の場合、出力コイル４及び圧電素子５の間の電路８ｂに断線があると判定し、検知装置７のＨＰＦ回路７ａを通過後の電圧信号が下限値Ｖｆ２Ｌ’より大きく上限値Ｖｆ２Ｈ’未満の場合、圧電素子５の容量に欠損があると判定し、検知装置７のＨＰＦ回路７ａを通過後の電圧信号が下限値Ｖｆ２Ｌ’以下の場合、出力コイル４及び圧電素子５の間の電路８ｂ、及び圧電素子５に異常がないと判定する。これにより、電路８ｂ及び圧電素子５のいずれで異常が発生したかを特定することが可能になる。
【００５８】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る超音波モータの駆動装置３０１は、実施の形態１に係る超音波モータの駆動装置１０１がＤ級増幅器を構成していたものを、Ｅ級増幅器を構成するようにしたものである。
図６を参照すると、超音波モータの駆動装置３０１は、実施の形態１における超音波モータの駆動装置１０１と同様にして、交流発振器１０、三角波発生器２０、ＣＰＵ３０、誤差増幅器１、及び比較器２を有している。さらに、超音波モータの駆動装置３０１は、比較器２が生成した電圧信号を増幅して内部のスイッチング素子を駆動するＥ級スイッチング段３３と、Ｅ級スイッチング段３３に接続された出力コイル４と、出力コイル４に直列に接続されると共に接地された圧電素子５とを有している。
【００５９】
Ｅ級スイッチング段３３は、比較器２に接続されたゲートドライバ３３ａと、ゲートドライバ３３ａにゲートが接続されたスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ３３ｂと、ＭＯＳＦＥＴ３３ｂのドレインに接続されたチョークコイル３３ｃとを有している。ＭＯＳＦＥＴ３３ｂのソースは負電圧を有する直流電源電圧−Ｖｃｃに接続され、チョークコイル３３ｃにおけるＭＯＳＦＥＴ３３ｂと反対側の端部は、正電圧を有する直流電源電圧Ｖｃｃに接続されている。
さらに、Ｅ級スイッチング段３３は、シャントキャパシタ３３ｄを有している。シャントキャパシタ３３ｄは、チョークコイル３３ｃに対してＭＯＳＦＥＴ３３ｂと並列になっており、一方の電極が、チョークコイル３３ｃとＭＯＳＦＥＴ３３ｂとの間の電路３８ａに、電路３８ｂを介して接続され、他方の電極が接地されている。
【００６０】
また、電路３８ｂには、電路８ａを介して出力コイル４が接続されている。互いに直列に接続されて接地されている出力コイル４及び圧電素子５は、実施の形態１と同様に、ＬＰＦ回路６を構成している。
【００６１】
さらに、出力コイル４と圧電素子５との間の電路８ｂの途中の接続部８ｂ１から電路８ｃが分岐して誤差増幅器１に接続している。そして、電路８ｃの途中から分岐してＣＰＵ３０に接続する電路８ｄの途中には、検知装置７が設けられている。検知装置７は、実施の形態１と同様に、ＨＰＦ回路７ａと、振幅検知装置７ｂと、電圧検出器７ｃとを有している。
また、この発明の実施の形態３に係る超音波モータの駆動装置３０１のその他の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００６２】
また、この発明の実施の形態３に係る超音波モータの駆動装置３０１は、以下のように動作する。
図６を参照すると、ＣＰＵ３０は、超音波モータ１００を駆動する指令を受けると、交流発振器１０を用いて交流電圧信号を誤差増幅器１に入力し、同時に、三角波発生器２０に搬送波電圧信号を発生させ、比較器２へ入力させる。誤差増幅器１は、交流電圧信号を駆動波電圧信号に変換して比較器２に送る。
【００６３】
比較器２は、三角波発生器２０から送られた搬送波電圧信号と誤差増幅器１から送られた駆動波電圧信号とを比較して生成したパルス電圧信号をゲートドライバ３３ａに送る。ゲートドライバ３３ａは、受け取ったパルス電圧信号に対して、その最大電圧がＭＯＳＦＥＴ３３ｂをＯＮ状態にするのに必要な電圧Ｖ３を有するように昇圧させ、ＭＯＳＦＥＴ３３ｂに入力する。
そして、ＭＯＳＦＥＴ３３ｂは、電圧Ｖ３の電圧が印加されている間ＯＮ状態となり、電圧Ｖ３未満の電圧が印加されている間ＯＦＦ状態となり、パルス電圧信号の周波数でＯＮ状態及びＯＦＦ状態を交互に繰り返す。
【００６４】
ＭＯＳＦＥＴ３３ｂがＯＦＦ状態の時、ＭＯＳＦＥＴ３３ｂには電流が流れずに、電源電圧Ｖｃｃからチョークコイル３３ｃを通ってシャントキャパシタ３３ｄ及び出力コイル４に電流が流れる。このとき、シャントキャパシタ３３ｄは、流れ込む電流の電荷を蓄積し、また、出力コイル４を通って電流が流れ込むことで、キャパシタと同様の構成を有する圧電素子５は、電流の電荷を蓄積する。これにより、ＬＰＦ回路６には、最大電圧を電圧Ｖｃｃとするパルスからなる電圧パルスＰＶＨが送られる。
【００６５】
また、ＭＯＳＦＥＴ３３ｂがＯＮ状態の時、電源電圧Ｖｃｃからチョークコイル３３ｃを通過した後、抵抗が非常に小さいＭＯＳＦＥＴ３３ｂを通過し、電源電圧−Ｖｃｃに電流が流れる。このとき、シャントキャパシタ３３ｄは、蓄積していた電荷を放電し、シャントキャパシタ３３ｄからＭＯＳＦＥＴ３３ｂを通って電源電圧−Ｖｃｃに向かう電流を発生させる。また、キャパシタと同様の構成を有する圧電素子５は、蓄積していた電荷を放電し、圧電素子５から出力コイル４及びＭＯＳＦＥＴ３３ｂを通って電源電圧−Ｖｃｃに向かう電流を発生させる。これにより、ＬＰＦ回路６には、最小電圧を電圧−Ｖｃｃとするパルスからなる電圧パルスＰＶＬが送られる。
【００６６】
よって、ＬＰＦ回路６には、電圧パルスＰＶＬと電圧パルスＰＶＨとを交互に合成したパルス波からなる合成電圧信号ＳＣが入力する。このとき、合成電圧信号ＳＣの周波数は、駆動波電圧信号の駆動波周波数成分と搬送波電圧信号の搬送波周波数成分とを含んだものとなっている。
さらに、ＬＰＦ回路６は、入力する合成電圧信号ＳＣから高周波成分（搬送波周波数成分）を除去して出力電圧信号を生成する。
駆動波周波数成分を主に有し正弦波からなる出力電圧信号は、圧電素子５に駆動波周波数で電圧を印加し、それにより、圧電素子５は、相対する方向に交互に歪みを発生して超音波振動を発生し、ステータ４０を介してロータ５０を回転させる。
【００６７】
また、検知装置７では、ＨＰＦ回路７ａは、ＬＰＦ回路６によって搬送波周波数成分の大部分が除去された出力電圧信号から、低周波成分を除去し、振幅検知装置７ｂは、ＨＰＦ回路７ａでの処理後の電圧信号における振幅の最大値（出力電圧）を検出し、ＣＰＵ３０に検出結果を送る。
【００６８】
また、駆動装置３０１でも、電路８ｂ又は圧電素子５に異常が発生した場合、ＬＰＦ回路６は十分に機能することができず、検知装置７には、高周波成分である搬送波周波数成分を多く含んだ電圧信号が送られる。
そして、ＣＰＵ３０は、実施の形態１と同様にして、検知装置７の振幅検知装置７ｂが検出する電圧信号の振幅の最大値（出力電圧）から、電路８ｂ及び圧電素子５における異常の有無を判定する。
また、この発明の実施の形態３に係る超音波モータの駆動装置３０１のその他の動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００６９】
上述のように、Ｅ級増幅器を構成する実施の形態３に係る超音波モータの駆動装置３０１においても、上記実施の形態１の超音波モータの駆動装置１０１と同様な効果が得られる。
また、実施の形態３に係る超音波モータの駆動装置３０１は、実施の形態２と同様にして、ＣＰＵ３０が、検知装置７の振幅検知装置７ｂが検出する電圧信号の振幅の最大値（出力電圧）の大きさによって異常の発生箇所を特定するようにしてもよい。
【００７０】
また、実施の形態１〜３の超音波モータの駆動装置において、誤差増幅器１及びコンパレータとしての比較器２はそれぞれ、部品であっても回路を構成していてもよい。
また、実施の形態１〜３の超音波モータの駆動装置において、ＬＰＦ回路６及びＨＰＦ回路７ａは、１つのコイル若しくは抵抗と、１つのキャパシタ（圧電素子５）とを有する構成であったが、これに限定されるものでなく、いずれも２つ以上あってもよい。
【００７１】
また、実施の形態１〜３の超音波モータの駆動装置において、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを使用していたがこれに限定されるものでなく、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子であってもよい。
また、実施の形態１の超音波モータの駆動装置１０１において、検知装置７の振幅検知装置７ｂが検出する電圧信号の振幅の最大値（出力電圧）が０となる場合に、電路８ｂ及び圧電素子５に異常がないとしていたが、これに限定されるものでない。ＬＰＦ回路６及びＨＰＦ回路７ａのカットオフ周波数及びその特性線の状態によっては、電路８ｂ又は圧電素子５に異常がない場合でも、振幅検知装置７ｂが電圧信号に出力電圧を検出することがあるが、実施の形態２のように出力電圧の閾値を設定することによって、電路８ｂ及び圧電素子５の異常を検出してもよい。
【符号の説明】
【００７２】
２ 比較器、３ Ｄ級スイッチング段（スイッチング装置）、３ｂ１ ハイサイドＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、３ｂ２ ローサイドＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、４ 出力コイル、５ 圧電素子、６ ＬＰＦ回路（ローパスフィルタ回路）、７ 検知装置、７ａ ＨＰＦ回路（ハイパスフィルタ回路）、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ 電路、１０ 交流発振器、２０ 三角波発生器、３０ ＣＰＵ（異常判定装置）、３３ Ｅ級スイッチング段（スイッチング装置）、３３ｂ ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、３３ｃ チョークコイル、３３ｄ シャントキャパシタ、１００ 超音波モータ、１０１，３０１ 駆動装置（超音波モータの駆動装置）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波モータの駆動装置において、
圧電素子と、
交流発振器及び前記圧電素子に接続され前記圧電素子に送る電圧信号を周期的に切り換えるスイッチング装置と、
前記スイッチング装置及び前記圧電素子の間に接続される出力コイルと、
前記出力コイル及び前記圧電素子の間に接続され前記出力コイル及び前記圧電素子の間の電圧信号を検出する検知装置と、
前記検知装置が検出した電圧信号の周波数が前記圧電素子を駆動する電圧信号の周波数より高い場合に、前記圧電素子の異常、及び／もしくは前記出力コイルと前記圧電素子との間の断線を判定する異常判定装置とを備える超音波モータの駆動装置。
【請求項２】
前記出力コイル及び前記圧電素子は、前記出力コイルに入力する電圧信号のうち第一所定周波数以下の周波数の電圧信号を通過させるローパスフィルタ回路を構成し、
前記第一所定周波数は、前記圧電素子を駆動する電圧信号の周波数以上であり、
前記検知装置は、前記第一所定周波数より高い周波数をもつ電圧信号を検出する請求項１に記載の超音波モータの駆動装置。
【請求項３】
前記検知装置は、
前記圧電素子に入力する電圧信号のうち第二所定周波数以上の周波数をもつ電圧信号を通過させるハイパスフィルタ回路を有し、
前記第二所定周波数は、前記第一所定周波数より高い請求項２に記載の超音波モータの駆動装置。
【請求項４】
前記異常判定装置は、
前記検知装置の前記ハイパスフィルタ回路を通過後の電圧信号が第一閾値以上の場合、前記出力コイル及び前記圧電素子の間の電路に断線があると判定し、
前記検知装置の前記ハイパスフィルタ回路を通過後の電圧信号が第二閾値より大きく前記第一閾値未満の場合、前記圧電素子の容量に欠損があると判定し、
前記検知装置の前記ハイパスフィルタ回路を通過後の電圧信号が前記第二閾値以下の場合、前記出力コイル及び前記圧電素子の間の電路、及び前記圧電素子に異常がないと判定する請求項３に記載の超音波モータの駆動装置。
【請求項５】
前記交流発振器による交流電圧信号と、前記交流電圧信号より高い周波数をもつ三角波状の搬送波電圧信号とが入力される比較器をさらに備え、
前記比較器は、前記交流電圧信号及び前記搬送波電圧信号からパルス波形のパルス電圧信号を生成して前記スイッチング装置に送り、
前記スイッチング装置は、
前記出力コイルに流れる電流をオンまたはオフするスイッチング素子を有し、
前記パルス電圧信号により前記スイッチング素子をオンまたはオフさせる請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波モータの駆動装置。
【請求項１】
超音波モータの駆動装置において、
圧電素子と、
交流発振器及び前記圧電素子に接続され前記圧電素子に送る電圧信号を周期的に切り換えるスイッチング装置と、
前記スイッチング装置及び前記圧電素子の間に接続される出力コイルと、
前記出力コイル及び前記圧電素子の間に接続され前記出力コイル及び前記圧電素子の間の電圧信号を検出する検知装置と、
前記検知装置が検出した電圧信号の周波数が前記圧電素子を駆動する電圧信号の周波数より高い場合に、前記圧電素子の異常、及び／もしくは前記出力コイルと前記圧電素子との間の断線を判定する異常判定装置とを備える超音波モータの駆動装置。
【請求項２】
前記出力コイル及び前記圧電素子は、前記出力コイルに入力する電圧信号のうち第一所定周波数以下の周波数の電圧信号を通過させるローパスフィルタ回路を構成し、
前記第一所定周波数は、前記圧電素子を駆動する電圧信号の周波数以上であり、
前記検知装置は、前記第一所定周波数より高い周波数をもつ電圧信号を検出する請求項１に記載の超音波モータの駆動装置。
【請求項３】
前記検知装置は、
前記圧電素子に入力する電圧信号のうち第二所定周波数以上の周波数をもつ電圧信号を通過させるハイパスフィルタ回路を有し、
前記第二所定周波数は、前記第一所定周波数より高い請求項２に記載の超音波モータの駆動装置。
【請求項４】
前記異常判定装置は、
前記検知装置の前記ハイパスフィルタ回路を通過後の電圧信号が第一閾値以上の場合、前記出力コイル及び前記圧電素子の間の電路に断線があると判定し、
前記検知装置の前記ハイパスフィルタ回路を通過後の電圧信号が第二閾値より大きく前記第一閾値未満の場合、前記圧電素子の容量に欠損があると判定し、
前記検知装置の前記ハイパスフィルタ回路を通過後の電圧信号が前記第二閾値以下の場合、前記出力コイル及び前記圧電素子の間の電路、及び前記圧電素子に異常がないと判定する請求項３に記載の超音波モータの駆動装置。
【請求項５】
前記交流発振器による交流電圧信号と、前記交流電圧信号より高い周波数をもつ三角波状の搬送波電圧信号とが入力される比較器をさらに備え、
前記比較器は、前記交流電圧信号及び前記搬送波電圧信号からパルス波形のパルス電圧信号を生成して前記スイッチング装置に送り、
前記スイッチング装置は、
前記出力コイルに流れる電流をオンまたはオフするスイッチング素子を有し、
前記パルス電圧信号により前記スイッチング素子をオンまたはオフさせる請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波モータの駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７４７８２（Ｐ２０１３−７４７８２Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１４７０７（Ｐ２０１１−２１４７０７）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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