[發明專利]用于驅動超聲波馬達的方法、超聲波馬達和機械臂

有效

• 申請號: 201310207881.X
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103457507A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 山本裕也
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: H02N2/14
• 分類號: H02N2/14;H02N2/10
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 魏小薇

技術領域

本發明涉及超聲波馬達（ultrasonic?motor）、用于驅動超聲波馬達的電路和使用該電路的驅動方法。

背景技術

在相關技術中，已知超聲波馬達的頻率特性根據溫度的變化而改變，因此難于準確地控制這類馬達的操作。通常，隨著溫度升高，超聲波馬達的振蕩器的諧振頻率減小，而且，最大旋轉速度（即，當以諧振頻率驅動超聲波馬達時獲得的旋轉速度）增加。當以低于超聲波馬達的振蕩器的諧振頻率的頻率驅動超聲波馬達時，操作變得不穩定，旋轉速度明顯降低，并且可控制性劣化。除此之外，在一些情況下，大電流的流動損壞超聲波馬達或驅動電路。

通常，當處于靜止狀態的超聲波馬達開始被驅動時，首先施加具有比啟動超聲波馬達的頻率高的驅動頻率的交流驅動電壓。然后，驅動頻率降低以開始旋轉超聲波馬達，并因此調整旋轉速度。通常，超聲波馬達的工作溫度范圍被確定并且需要工作溫度范圍內的穩定操作。

由此，必須使用某種技術來處理超聲波馬達的振蕩器的諧振頻率中的由溫度導致的變化，并且總是以比諧振頻率高的頻率驅動馬達。

作為解決上述缺陷的方法，日本專利公開No.7-59367公開了一種方法，在該方法中使用了存儲關于下限頻率fL（下限頻率fL是在高于預定工作溫度范圍的最低溫度處的諧振頻率的頻率）的數據的存儲器以及執行控制以使得頻率高于下限頻率的振蕩控制電路。該最低溫度指的是在用戶估計的工作溫度范圍內的下限溫度。

圖10是示出用于在日本專利公開No.7-59367中描述的超聲波馬達的驅動方法的概念圖。估計的工作溫度范圍為-20°C到+60°C，并且圖10示出在-20°C、+20°C和+60°C的典型溫度處的驅動頻率f與旋轉速度N之間的關系。在圖10中示出超聲波馬達的旋轉速度和所施加的驅動頻率之間的關系的共同示例。如圖中所示，當溫度升高時，諧振頻率降低，并且諧振頻率處的旋轉速度增大。

在以下限頻率fL進行驅動的情況下，現假設在-20°C、+20°C和+60°C處的旋轉速度分別為NmL、NmM和NmH，并且在-20°C、+20°C和+60°C處的諧振頻率分別為frL、frM和frH。此外，在各個溫度下以諧振頻率進行驅動的情況下，現在假設旋轉速度為NrL、NrM和NrH。術語最高溫度指的是在由用戶估計的工作溫度范圍中的上限溫度。

下限頻率fL被設置為在以上設置的最低溫度處穩定地獲得與最大旋轉速度NrL接近的旋轉速度的頻率，并且頻率數據被存儲在存儲器中。在該狀態下，諧振控制電路基于存儲在存儲器中的信息以比下限頻率fL高的頻率執行驅動。當使用這樣的方法執行驅動時，驅動頻率在整個溫度范圍上不會落到比所有諧振頻率frL、frM和frH低的頻率區域中。

作為解決上述缺陷的另一方法，日本專利公開No.6-296378公開了一種方法，在該方法中，基于由在超聲波馬達附近布置的溫度傳感器檢測的溫度來校正這樣的下限頻率的值。

圖11是示出在日本專利公開No.6-296378中描述的要基于溫度而被設定的下限頻率的改變的示意圖。

如上所述，因為超聲波馬達的諧振頻率隨著溫度改變而變化，所以考慮到諧振頻率的溫度依賴性來設置下限頻率。具體地，在存儲器中存儲圖11中所示的在各溫度處的下限頻率的數據。因為隨著增加的溫度，諧振頻率偏移到下限頻率側，下限頻率的值被設置為根據該偏移而減小。當執行控制時，與由溫度傳感器檢測的溫度對應的下限頻率被從存儲器讀取并且被設定。因為下限頻率被設定為高于每個溫度處的諧振頻率，所以驅動頻率不會落到比各溫度條件下的諧振頻率低的頻率區域中。

發明內容

在日本專利公開No.7-59367中描述的超聲波馬達的驅動電路和驅動方法中，超聲波馬達可以只在比預定下限頻率fL高的頻率處被驅動。為此，從圖10看出，最低溫度處的最大旋轉速度為NmL，而最高溫度處的最大旋轉速度降到NmH。例如，在一些類型的馬達中或者在一些工作溫度范圍中，在溫度升高之后獲得的最大旋轉速度降到大約在溫度升高之前獲得的最大旋轉速度的一半。

因此，難于對工業機器人等應用超聲波馬達，在工業機器人中，出現因頻繁地重復旋轉的啟動和停止而引起的馬達溫度的明顯變化，并且不管溫度如何都必須保持恒定的最大旋轉速度。

在日本專利公開No.6-296378中描述的超聲波馬達的驅動方法中，因為下限頻率根據因溫度變化導致的諧振頻率的變化而改變，所以最大旋轉速度不會降低；然而，檢測溫度的傳感器是必需的，由此導致成本增加。