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公開番号2025125495
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-27
出願番号2024135486
出願日2024-08-14
発明の名称超音波モータシステム
出願人国立大学法人東京大学,株式会社新生工業
代理人弁理士法人平和国際特許事務所
主分類H02N 2/16 20060101AFI20250820BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】超音波モータの起動時の動作を良好にする。
【解決手段】超音波モータシステム1は、超音波モータ10と、超音波モータ10を動作させるように超音波モータ10に交流電圧を印加するように構成されたモータ駆動回路60とを備える。モータ駆動回路60は、超音波モータ10の起動時に、前記交流電圧の周波数である駆動周波数を所定周波数から目標とする超音波モータ10の状態が得られる周波数まで低下させるように構成されている。当該駆動周波数の低下は、高い周波数で変更速度が速くて低い周波数で変更速度が遅い、周波数の変更速度が変化する変更パターンを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
超音波モータと、
前記超音波モータを動作させるように前記超音波モータに交流電圧を印加するように構成されたモータ駆動回路と
を備え、
前記モータ駆動回路は、前記超音波モータの起動時に、前記交流電圧の周波数である駆動周波数を所定周波数から目標とする超音波モータの状態が得られる周波数まで低下させるように構成されており、当該駆動周波数の低下は、高い周波数で変更速度が速くて低い周波数で変更速度が遅い、周波数の変更速度が変化する変更パターンを有する、
超音波モータシステム。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記超音波モータの状態に関する状態情報を取得するセンサと、
前記超音波モータの目標とする状態に関する目標情報と前記状態情報とを取得し、当該目標情報と当該状態情報とに基づいて前記駆動周波数の最適な変更パターンを決定し、当該駆動周波数の最適な変更パターンに関する制御指令値を前記モータ駆動回路に出力するように構成された制御装置と
をさらに備える、請求項１に記載の超音波モータシステム。
【請求項３】
前記状態情報は、前記超音波モータの温度に関する情報、又は前記超音波モータに掛かる負荷に関する情報を含む、請求項２に記載の超音波モータシステム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記目標情報及び前記状態情報の入力に対して前記駆動周波数の最適な変更パターンに関する情報を出力するように構成された学習済みモデルを搭載している、請求項２又は３に記載の超音波モータシステム。
【請求項５】
超音波モータを動作させるように当該超音波モータに印加する交流電圧を制御して、前記超音波モータの動作を制御する制御装置であって、
前記超音波モータの起動時に、
前記超音波モータの状態に関する状態情報と前記超音波モータの目標とする状態に関する目標情報とを取得し、
前記目標情報と前記状態情報とに基づいて、前記交流電圧の周波数である駆動周波数の最適な変更パターンを決定し、前記駆動周波数の最適な変更パターンは、所定周波数から目標とする超音波モータの状態が得られる周波数まで低下し、当該駆動周波数の低下は、高い周波数で変更速度が速くて低い周波数で変更速度が遅い、周波数の変更速度が変化する変更パターンを有し、
前記駆動周波数の最適な変更パターンに関する制御指令値を出力する
ように構成されている、制御装置。
【請求項６】
超音波モータを動作させるように当該超音波モータに印加する交流電圧を制御して、前記超音波モータの動作を制御する制御方法であって、
前記超音波モータの起動時に、前記交流電圧の周波数である駆動周波数を所定周波数から目標とする超音波モータの状態が得られる周波数まで低下させることを含み、
前記駆動周波数の低下は、高い周波数で変更速度が速くて低い周波数で変更速度が遅い、周波数の変更速度が変化する変更パターンを有する、
超音波モータの制御方法。
【請求項７】
コンピュータに超音波モータを動作させるように当該超音波モータに印加する交流電圧を制御して前記超音波モータの動作を制御させるための制御プログラムであって、前記超音波モータの起動時に、前記コンピュータに、
前記超音波モータの状態に関する状態情報と前記超音波モータの目標とする状態に関する目標情報とを取得することと、
前記目標情報と前記状態情報とに基づいて、前記交流電圧の周波数である駆動周波数の最適な変更パターンを決定することであって、前記駆動周波数の最適な変更パターンは、所定周波数から目標とする超音波モータの状態が得られる周波数まで低下し、当該駆動周波数の低下は、高い周波数で変更速度が速くて低い周波数で変更速度が遅い、周波数の変更速度が変化する変更パターンを有する、変更パターンを決定することと、
前記駆動周波数の最適な変更パターンに関する制御指令値を出力することと
を実行させるための制御プログラム。
【請求項８】
前記変更パターンを決定することは、前記目標情報及び前記状態情報の入力に対して前記駆動周波数の最適な変更パターンに関する情報を出力するように構成された学習済みモデルを用いて行われる、請求項７に記載の制御プログラム。
【請求項９】
超音波振動体を振動させるように前記超音波振動体に交流電圧を印加するように構成された駆動回路を備える駆動装置であって、
前記駆動回路は、前記超音波振動体の起動時に、前記交流電圧の周波数である駆動周波数を所定周波数から目標とする超音波振動体の状態が得られる周波数まで低下させるように構成されており、当該駆動周波数の低下は、高い周波数で変更速度が速くて低い周波数で変更速度が遅い、周波数の変更速度が変化する変更パターンを有する、
超音波振動体用の駆動装置。
【請求項１０】
前記超音波振動体の状態に関する状態情報と前記超音波振動体の目標とする状態に関する目標情報とを取得し、当該状態情報と当該目標情報とに基づいて前記駆動周波数の最適な変更パターンを決定し、当該駆動周波数の最適な変更パターンに関する制御指令値を前記駆動回路に出力するように構成された制御装置をさらに備える、請求項９に記載の駆動装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータシステム、超音波振動体の駆動装置等に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
超音波モータは、小型で高トルクが得られ、高静粛であり、非通電時に大きな保持力が得られるなど、多くの利点を有する。一方で、モータ自体が非線形特性を有し、動作に多くのパラメータが関連することなどから、その制御は比較的難しい。このため、超音波モータの制御について、種々の検討がなされている。例えば、特許文献１には、深層強化学習により得られた学習済みモデルを用いて、超音波モータの制御のための制御信号を生成することなどが開示されている。また、例えば、特許文献２には、遺伝的アルゴリズムの実行によって決定したニューラルネットワークの出力を超音波モータの制御に活用することなどが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２３／０６８３７０号
国際公開第２００７／０４９４１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、超音波モータを含む超音波機器の起動時の動作を良好にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、超音波モータシステムは、超音波モータと、前記超音波モータを動作させるように前記超音波モータに交流電圧を印加するように構成されたモータ駆動回路とを備え、前記モータ駆動回路は、前記超音波モータの起動時に、前記交流電圧の周波数である駆動周波数を所定周波数から目標とする超音波モータの状態が得られる周波数まで低下させるように構成されており、当該駆動周波数の低下は、高い周波数で変更速度が速くて低い周波数で変更速度が遅い、周波数の変更速度が変化する変更パターンを有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、超音波モータを含む超音波機器の起動時の動作を良好にできる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、一実施形態に係る超音波モータシステムの構成例の概略を示すブロック図である。
図２は、一実施形態に係る進行波型の超音波モータの構成例の概略を示す図である。
図３は、超音波モータのステータの振動振幅と駆動周波数との関係の一例を示す図である。
図４は、超音波モータの駆動周波数の時間変化とそのときに得られるステータの振動振幅に比例する電流の時間変化とに関する数値解析の結果の一例を示す図である。
図５は、超音波モータが起動するときの制御装置による起動時制御に係る動作の一例の概略を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、超音波モータシステムに関する。この超音波モータシステムは、超音波モータを含み、当該超音波モータの動作が適切に制御されるように構成されている。本実施形態の超音波モータシステムは、特に、起動時の動作に優れる。
【０００９】
［システム構成］
図１は、本実施形態に係る超音波モータシステム１の構成例の概略を示すブロック図である。超音波モータシステム１は、超音波モータ１０と、制御装置２０と、モータ駆動回路６０と、センサ群７０とを備える。
【００１０】
〈超音波モータの構成の概略〉
超音波モータ１０は、超音波振動によって動作するどのような方式の超音波モータでもよいが、本実施形態では、振動型アクチュエータの一形態である回転型の進行波方式の超音波モータである。図２は、本実施形態に係る超音波モータ１０の構成例の概略を示す図である。図２は、超音波モータ１０の構造が見えるように、各部が切断された状態を示している。
（【００１１】以降は省略されています）

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