JP2002529037A

JP2002529037A - 圧電モータ用の駆動装置

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Publication number: JP2002529037A
Application number: JP2000578855A
Authority: JP
Inventors: ベン−ヤーコフ・シュムエル
Original assignee: ナノモーションリミテッド
Priority date: 1998-10-25
Filing date: 1998-10-25
Publication date: 2002-09-03
Also published as: DE69838991T2; DE69838991D1; EP1131853B1; US6661153B1; EP1131853A1; US6747391B1; WO2000025369A1; AU9642498A; AU5996799A; WO2000025368A1

Abstract

(57)【要約】その上に形成された共通電極および複数の他の電極を含み、かつ少なくとも第１および第２の電極グループを含み、各グループが少なくとも１つの電極を含む圧電素子であって、電圧が第１の電極グループと共通電極の間に印加されたときには第１の方向に運動を起こし、電圧が第２の電極グループと共通電極の間に印加されたときには第２の方向に運動を起こす圧電素子と、共通電極に電圧を供給する電圧源と、第１および第２の電極グループと低電圧の間に別々に接続された少なくとも２つのスイッチであって、前記第１および第２の電極グループを低電圧に接続して、第１または第２の方向に選択的に運動を起こすように作動可能である少なくとも２つのスイッチと、を備えるマイクロモータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の分野）本発明は、圧電アクチュエータおよび圧電モータを駆動するシステム、より詳
細には、そのような駆動装置の電子回路に関する。

【０００２】（発明の背景）圧電材料は、それらが電界にさらされた場合に撓ませられ得る、すなわち機械
的運動を生じ得るという特徴がある。また、圧電素子が変位を与えられるように
機械的応力がそれらに加えられる場合に、それらは電気信号を発生する。これら
の特徴が、圧電材料はセンサから機械的モータにわたる応用において有用である
理由である。モータとして使用されている圧電素子の例が、例えば、米国特許第
５，７１４，８３３号および第５，７７７，４２３号に示されており、これらの
特許は本出願の発明の譲受人に譲渡されている。圧電モータは機械的簡潔性を特
徴とする。それらは部品が大変少なく別個の可動部品がなくて、大歯車、軸、軸
受などのような重要な機械的構成要素がない。その結果、圧電モータは比較的安
価で信頼性が高い。

【０００３】圧電素子は、機械的変位を起こす為にかなりの電圧振幅のＡＣ信号を必要とす
る電気的リアクタンス性の負荷（主に容量性）を示す。一般に、所要電圧振幅は
数百ボルト（ＲＭＳ）の範囲内にある。圧電素子をモータまたはアクチュエータ
として効率的に動作させるために、駆動回路が高調波ひずみが小さい特定周波数
の電圧をそれに印加する。最良の結果、すなわち最大変位を得るために、特定周
波数は圧電素子の機械的共振周波数に等しくする必要がある。圧電モータを駆動
するのに使用され得る簡略化回路が図１（ａ）に示されて、一方、そのようなモ
ータが図１（ｂ）に示されている。この方法は、２つの電源および２つの整合の
（高Ｑ）共振回路（図示せず）を必要とする。

【０００４】圧電素子の二方向動作を作動させる好ましい方法は、素子の片側に、スイッチ
・モード・インバータのような電圧源に接続される１対の電極を与える。圧電素
子の反対側が単一共通電極を有する。電極対の各々からの電流が反対方向に流れ
て、圧電素子の二方向変位を起こすように、共通電極は、受動または能動素子に
よって接地されているか、あるいはアースに接続されている。

【０００５】基本的には、圧電モータ用の駆動回路は、必要とされる又は望まれる二方向運
動にしたがって電極にＡＣ電圧を与える。圧電素子を駆動して選択された方向に
運動を与える典型的な従来技術による駆動回路は、素子の高圧側電極の各々に取
り付けられる共振回路を通して圧電素子に結合される別々のインバータ回路を備
える。従来技術はそのような多重のインバータを利用して、どんな個別スイッチ
ング・ユニットも用いずに圧電モータの二方向運動を起こす。他の従来技術によ
るデバイスは１つの高電圧源と、異なる電極間で電源を切り替えるスイッチング
回路とを利用する。この手法は高電圧可能なスイッチング回路を必要とする。

【０００６】従来技術による駆動装置の主な欠点は、使用される回路の複雑さである。例え
ば、広く使用される駆動装置は、６つの電力スイッチを必要とするブリッジ型イ
ンバータ回路（図２参照）、および２つの高Ｑ共振回路を備える。高Ｑ共振回路
は、回路部品の精度および印加電圧の周波数に敏感である。この敏感さを克服す
る実際的な解として、従来技術では、多くの場合、駆動装置のＱが小さくされて
、従来技術による駆動装置からの入力電圧が大きくされた。余分のＤＣ／ＤＣ変
換器が、より小さい入力電圧で動作可能とするために必要とされる。その結果、
従来技術では、圧電モータは簡単である一方で、特に圧電モータを２つの方向に
駆動する場合に、駆動回路は今まで複雑であった。

【０００７】（発明の概要）したがって、本発明のいくつかの好ましい実施形態の目的は、信頼性が高く、
簡単で、かつ低価格の圧電素子用の駆動装置を提供することである。

【０００８】本発明のいくつかの好ましい実施形態の目的は、圧電素子をアクチュエータま
たはモータとして二方向に最少の部品で動作させる圧電素子用の駆動装置を提供
することである。本発明のいくつかの好ましい実施形態の目的は、単一高電圧非切換え駆動回路
が両運動方向に対して使用される圧電モータまたはアクチュエータ用の二方向駆
動装置を提供することである。本発明のいくつかの好ましい実施形態の目的は、制御回路の低電圧接続に配置
されたスイッチング回路によって動きの方向が変更される、圧電モータまたはア
クチュエータ用の二方向駆動装置を提供することである。

【０００９】本発明のいくつかの好ましい実施形態の目的は、スイッチング損失を最小化す
る為のソフト・スイッチングを利用し、圧電駆動ユニットの総効率を向上する圧
電素子用の駆動装置を提供することであり、また、電磁環境適合性を改善するこ
とである。

【００１０】本発明のいくつかの好ましい実施形態の目的は、複雑さを増やさずに低ＤＣ電
圧源で動作する圧電駆動装置を提供することである。本発明のいくつかの好ましい実施形態の目的は、圧電モータまたは他のＡＣ負
荷を動かす為に与えられるＡＣ電圧と共に使用される個別の二方向スイッチング
回路を提供することである。

【００１１】圧電モータを駆動するいくつかの従来技術による駆動回路は、スイッチング回
路及びインバータ回路が共に一体化されたＤＣ電圧源を形成する。すなわち、イ
ンバータは、どんな個別スイッチング回路もなしに、圧電素子の電極へのインバ
ータ出力のスイッチングを実行する。本発明は、個別スイッチング回路を与える
ことによって、駆動回路のインバータ部分とスイッチング部分を分離する。驚い
たことに、その結果は、より少ない部品を用い且つより確実に動作する、二方向
で複雑さが減じられた圧電素子を駆動する為の回路である。

【００１２】本発明の１つの側面によれば、圧電型モータを駆動する駆動回路は、圧電素子
の機械的変位を起こす為に発振電圧を提供する為のインバータ回路と、前記変位
の方向を選択する為の個別のスイッチング配列とを備える。本出願の発明におけ
る駆動回路は、前記圧電素子に駆動電圧を圧電素子の機械的共振周波数で供給す
る。

【００１３】本発明の好ましい実施形態において、個別のスイッチ配列は、選択方向で圧電
素子の機械的変位を生じさせるように前記圧電素子の両端に電圧を選択的に印加
する為の高周波スイッチを含む。本発明の好ましい実施形態において、スイッチ
は圧電素子への接続の低電圧側である。

【００１４】したがって、本発明の好ましい実施形態に基づいて提供されるマイクロモータ
は、その上に形成された共通電極および複数の他の電極を含む圧電素子であって、
少なくとも第１および第２の電極グループを含み、各グループが少なくとも１つ
の電極を含み、第１の電極グループと共通電極の間に電圧が印加されたときには
第１の方向に運動を起こし、第２の電極グループと共通電極の間に電圧が印加さ
れたときには第２の方向に運動を起こす圧電素子と、共通電極に電圧を供給する電圧源と、第１および第２の電極グループと低電圧の間に別々に接続された少なくとも２
つのスイッチであって、前記第１および第２の電極グループを低電圧に接続して
、第１または第２の方向に選択的運動を起こすように作動可能である少なくとも
２つのスイッチとを備える。好ましくは、低電圧は実質的に接地されている。好ましくは、印加電圧はＡＣ
電圧である。

【００１５】本発明の好ましい実施形態において、圧電素子は第１および第２の面を有する
方形の圧電板を含み、共通電極は第１の面上に形成されており、電極の第１およ
び第２のグループは第２の面上に形成されている。好ましくは、電極の第１およ
び第２のグループはそれぞれ、第２の面の四半分の対向する２つの電極を備える
。好ましくは、マイクロモータは起動面を備えており、圧電素子が前述のように
電圧を供給されたときに、起動面に押し付けられる加工物の表面内に運動が誘起
される。

【００１６】さらに、本発明の好ましい実施形態によって提供されるマイクロモータは、超音波振動素子と、駆動回路とを備え、該駆動回路は、前記超音波振動素子の少なくとも１つの電極に接続されかつそれに電圧を供給
して、その一部の機械的変位を起こす発振電圧源と、前記発振電圧が接続されない前記超音波振動素子の少なくとも１つの追加電極
に取り付けられる個別のスイッチ配列であって、前記変位の方向を選択するスイ
ッチ配列とを備える。

【００１７】好ましくは、超音波振動素子は圧電素子を含む。好ましくは、少なくとも１つの追加電極は前記振動素子の第１の面に付けられ
た複数の電極を備えており、少なくとも１つの電極は、前記素子の第２の面に付
けられた共通電極を備える。好ましくは、個別のスイッチ配列は、前記複数の電
極の第１のグループと前記共通電極の間に電圧を選択的に印加して第１の方向に
変位を起こし、前記第１のグループは少なくとも１つの電極を含む。好ましくは
、個別のスイッチ配列は、前記複数の電極の第２のグループと前記共通電極の間
に電圧を選択的に印加して第２の方向に変位を起こし、前記第２のグループは少
なくとも１つの電極を含む。

【００１８】本発明の好ましい実施形態において、個別のスイッチ配列は、前記素子の両端
に電圧を印加して、前記素子を通して電流を駆動するように接続された１対のス
イッチと、前記変位の方向を選択するように前記スイッチを選択的に動作させる
ための制御装置とを備える。好ましくは、前記個別のスイッチ配列のスイッチは
、固体スイッチを、好ましくはトランジスタ化スイッチを、最も好ましくはＭＯ
ＳＦＥＴトランジスタを備える。

【００１９】本発明の好ましい実施形態において、個別のスイッチ配列は、第１の電圧と電極の前記第１のグループの間に接続された第１のＭＯＳＦＥＴ
と、前記第１の電圧と電極の前記第２のグループの間に接続された第２のＭＯＳＦ
ＥＴであって、前記共通電極は第２の電圧に接続された第２のＭＯＳＦＥＴと、前記第１の電圧を第１の電極グループまたは前記第２の電極グループに選択的
に印加するように前記ＭＯＳＦＥＴスイッチを選択的に動作させるための制御装
置とを備える。

【００２０】好ましくは、マイクロモータは、前記第１または第２のＭＯＳＦＥＴトランジ
スタを非導通状態から導通状態に選択的に切換えるために、前記第１および第２
のＭＯＳＦＥＴトランジスタのゲートに選択的に印加される制御電圧源を含む。好ましくは、マイクロモータは１対のダイオードを含み、それらの１つは各前
記ＭＯＳＦＥＴトランジスタの両端に接続されている。好ましくは、ＤＣ電流を
マイクロモータに導くようにダイオードは接続されている。

【００２１】本発明の好ましい実施形態において、トランジスタはオフであり、ＭＯＳＦＥ
Ｔの一端は発振電圧のピーク値に等しいＤＣ電圧であり、発振電圧はＭＯＳＦＥ
Ｔトランジスタの両端に印加されて、そのためトランジスタの両端電圧は実質上
単極性である。本発明の好ましい実施形態において、電源は、インバータを、好ましくは順方
向フライバック・インバータを備える。

【００２２】好ましくは、順方向フライバック・インバータは、１次巻線および２次巻線を有する磁気素子であって、前記１次巻線は第１のイ
ンバータ電圧とインバータ動作スイッチの片側の間に接続されており、前記イン
バータ動作スイッチの他の側が第２のインバータ電圧に接続されており、そのた
め、前記インバータ動作スイッチが導通状態にある場合に電流が前記１次側を通
って流れて、前記インバータ動作スイッチが実質上非導通状態にある場合に、い
かなる電流も前記１次側を通って流れない磁気素子と、前記インバータ動作スイッチをオンまたはオフに選択的に切換える制御電圧源
であって、前記磁気素子の２次側が前記個別のスイッチ配列に接続された制御電
圧源とを備える。

【００２３】好ましくは、インバータ動作スイッチは、固体スイッチを、好ましくはトラン
ジスタ化スイッチを、最も好ましくはＭＯＳＦＥＴトランジスタを備えており、
さらに前記インバータ出力を実質上前記圧電素子の機械的共振周波数で共振する
ようにさせる回路を備える。

【００２４】本発明の好ましい実施形態において、前記インバータ出力に実質上圧電性物質
の機械的共振周波数で共振するようにさせる回路は、前記スイッチに橋渡しする
、かつ磁気素子の１次側に直列に接続するコンデンサを備えており、前記コンデ
ンサは前記超音波振動モータの容量と共に動作して、前記磁気素子を実質上モー
タの機械的共振周波数で共振させる。

【００２５】本発明の好ましい実施形態において、インバータはプッシュプル・インバータ
である。好ましくは、プッシュプル・インバータは１次側および２次側を有する変圧器
を備えており、直列インダクタが第１のインバータ入力を前記変圧器の１次側の中央部分に接
続し、前記個別のスイッチ配列に接続された前記変圧器の２次側および前記変圧器の
１次側の片側が第１のプッシュプル・インバータ・スイッチを通して第２のイン
バータ入力に接続されており、前記変圧器の前記１次側の他の側が第２のプッシュプル・インバータ・スイッ
チを通して前記第２の入力に接続されている。好ましくは、第１および第２のプッシュプル・スイッチは、固体スイッチを、
より好ましくはトランジスタ化スイッチを、最も好ましくはＭＯＳＦＥＴ型スイ
ッチを備える。

【００２６】本発明の好ましい実施形態において、前記超音波モータの容量ならびに直列イ
ンダクタおよび前記変圧器のインダクタンスが、電気回路を前記圧電素子の機械
的共振に整合させる。好ましくは、第１または第２のプッシュプル・インバータ
・スイッチはそれぞれ、制御電圧、好ましくは方形波電圧によって選択的に動作
させられる。

【００２７】本発明の好ましい実施形態において、プッシュプル・インバータは、前記変圧
器の前記１次側に接続された電圧の振幅を制御するバック部を含む。好ましくは
、バック部は、インバータの第１の入力と直列インダクタの間に接続された直列バック部スイ
ッチと、バック部スイッチの出力とインバータの前記第２の入力の間に接続されたダイ
オードと、バック部スイッチを導通させるように動作する制御電圧とを含む。

【００２８】本発明の好ましい実施形態において、第２の入力は接地されている。好ましく
は、第１の入力はＤＣ電圧で電圧を供給されている。さらに、本発明の好ましい実施形態に基づいて、切換え可能ＡＣ電力を負荷に
供給する方法が、ＡＣ電源の第１の端子を負荷の片側に接続することと、ＭＯＳＦＥＴトランジスタをＡＣ電源の第２の端子と負荷の他の側の間に接続
することと、電圧をＭＯＳＦＥＴのゲートと第２のＡＣ端子の間に印加することによって、
電力を負荷に選択的に供給することとを含む。好ましくは、ダイオードがＭＯＳＦＥＴの両端に接続されている。好ましくは
、ダイオードは、それが電流を第２の端子と負荷の他の側の間に導通させるよう
に接続されている。

【００２９】本発明の好ましい実施形態において、コンデンサが負荷と直列に配置されて、
好ましくは、これはＤＣ阻止コンデンサを含まない。本発明の好ましい実施形態によれば、トランジスタがオフの場合に、ＭＯＳＦ
ＥＴの一端はＡＣ電源のピーク電圧に等しいＤＣ電圧であり、ＡＣ電源のＡＣ電
圧がＭＯＳＦＥＴトランジスタの両端に印加されて、そのためトランジスタ両端
の電圧は実質上単極性である。本発明の上述および他の特徴ならびに目的が、付帯図面と共に利用される本発
明の好ましい実施形態の次の記述によって、最も良く理解されるだろう。

【００３０】

【発明の実施の形態】

（好ましい実施形態の詳細な説明）図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明の理解を助ける為に従来技術で使用さ
れるような二方向性圧電モータを示す簡略化された回路図である。圧電モータ１
１は、両端電圧に応じて動作し機械的変位を提供する圧電結晶又はセラミック素
子１２を備える。

【００３１】図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、モータを二方向で動作させる
ために、２対の電極１３および１４が素子１２の第１の面１６に取り付けられ、
共通電極１７が素子１２の反対側の面１８に取り付けられ面１８を実質的に全て
覆う。共通電極１７は１９で接地されている。第１のＡＣ電圧Ｖ１が、制御信号
Ｓ１に応答するスイッチＳＷ１の動作によって、電極１４と１７の間に印加され
る。電圧Ｖ１は、素子１２の付加部分９に押し付けられた表面の機械的変位を第
１の方向で生じさせる。

【００３２】制御信号Ｓ２に応じたスイッチＳＷ２の動作は、電極１３と１７の間に第２の
ＡＣ電圧Ｖ２を印加する。電圧Ｖ２は、付加部分９に押し付けられた表面の機械
的変位を第２の方向で生じさせる。圧電素子１２は性質上リアクタンス性であり
、特定周波数で横方向において機械的に共振する。

【００３３】電極が以下の図面で電極１３と１４のやり方で示されるならば、意味されるも
のは図１（ｂ）に示されるような構成であることが理解されるべきである。

【００３４】図２は、圧電モータ用の二方向駆動装置の典型的な従来技術による実施を示す
。図２に示されるような従来技術による二方向インバータ駆動装置は、導線２１
に印加される正電源電圧Ｖ_ｉｎを有する。Ｑ１と示されるスイッチが導線２１に
接続されている。スイッチは、導線２１に接続されたソース２２を有するＭＯＳ
ＦＥＴ型トランジスタとして示されている。好ましい実施形態のスイッチＱ１は
、ゲートＤＲ１に印加されるパルス・ゲート制御信号Ｓ１によって導通状態とな
る。スイッチＱ１はゲート制御信号に応答して、ＤＣ電圧Ｖ_ｉｎをパルスとして
スイッチＱ１のドレイン２３に印加する。ドレイン２３は、圧電モータ１１の共
通電極１７に接続する導線２４に接続されている。導線２４は、スイッチＱ２の
ゲートＤＲ２に印加されるパルス制御信号Ｓ２に応答して導通状態となるスイッ
チＱ２を通してグランドに接続されている。スイッチＱ２のソース２６が導線２
４に接続されており、スイッチＱ２のドレイン２７が導線２９を通してグランド
２８に接続されている。

【００３５】圧電モータ１１の電極１４は、コンデンサＣ１とインダクタＬ１の接続部に接
続されている。コンデンサＣ１およびインダクタＬ１は、圧電モータの機械的共
振周波数に同調する共振回路を形成する。コンデンサＣ１の他の側が導線２４に
接続されている。インダクタＬ１の他の側が、導線３０を通して別の対のスイッ
チＱ５とＱ６の接続部に接続されている。トランジスタ・スイッチＱ５およびＱ
６が、ＤＲ５およびＤＲ６と示されるゲート・ドライバのパルス信号Ｓ５および
Ｓ６に応答して導通状態となる。スイッチＱ５のソース３１が導線２１上のＤＣ
電圧Ｖ_ｉｎに結合される。スイッチＱ５のドレイン３２がスイッチＱ６のソース
３３に結合されている。スイッチＱ６のドレイン３４が接地導線２９に結合され
ている。

【００３６】別の片方のブリッジ回路が、モータ１１の電極１３を電源電圧Ｖ_ｉｎに接続す
る。より詳細には、モータ１１の電極１３は、第２の共振回路を形成するインダ
クタＬ２とコンデンサＣ２の接続部に接続されている。コンデンサＣ２の他の側
が導線２４に接続されている。インダクタＬ２の他の側が、スイッチＱ３のドレ
イン３６とスイッチＱ４のソース３７の接続部に接続されている。スイッチＱ３
のソース３８が導線２１でＤＣ電圧Ｖ_ｉｎに結合されている。スイッチＱ４のド
レイン３９が接地導線２９に結合されている。スイッチＱ２およびＱ４は、信号
Ｓ３およびＳ４に応答して動作する。

【００３７】動作時、Ｑ１およびＱ２は、Ｑ３およびＱ４またはＱ５およびＱ６のいずれか
と共に動作して、技術上公知である方法で、発振電圧をＬ１／Ｃ１またはＬ２／
Ｃ２の共振回路にそれぞれ印加する。どの片方のブリッジがＱ１／Ｑ２と共に動
作するかによって、電極１３と１４のどちらかが通電されるだろう。このことは
付加部分９に押し付けられる表面の可逆性の動きを考慮する。

【００３８】より詳細には、スイッチＱ１、Ｑ２およびＱ５、Ｑ６が動作した場合に、ＡＣ
電圧が、コンデンサＣ１とインダクタＬ１によって設定される共振周波数で、モ
ータ１１の電極１４と１７の間に印加される。もう１つの選択肢として、ＡＣ電
圧は、スイッチＱ１、Ｑ２およびＱ３、Ｑ４の動作によって、電極１３と１７の
間に印加される。これは、インダクタＬ２とコンデンサＣ２によって設定される
共振周波数で、ＡＣ電圧を電極１３と１７の両端に印加する。したがって、スイ
ッチＱ１〜Ｑ４の動作に応答する電極１３と１７の両端の電圧がモータを一方向
に動作させて、スイッチＱ１、Ｑ２およびＱ５、Ｑ６の動作がモータを反対方向
に動作させる。この典型的な従来技術による回路は、２つの高Ｑ共振回路Ｃ１、
Ｌ１およびＣ２、Ｌ２、及び、ゲートＤＲ１〜ＤＲ６に印加される信号Ｓ１〜Ｓ
６に応答して動作する６つのスイッチング部品を必要とする。

【００３９】妥当なＱファクタが使用される場合は、高電圧Ｖ_ｉｎがモータの両端に必要と
される。例えば、５のＱファクタは、入力電圧が必要なモータ電圧の約１／５で
あることを必要とする。４００ボルトのモータ電圧が妥当である。このことは、
入力電圧が８０ボルトである必要があること示す。より低い電圧が要求される場
合は、追加の回路を加える必要があるだろう。

【００４０】図３は、本発明の好ましい実施形態を理解するのに役立つＡＣスイッチおよび
圧電デバイスの等価回路をそれぞれ示す。図３で、Ｌ_Ｓ／Ｃ_Ｓが圧電デバイスの機械的共振を表し、Ｒ_Ｓが機械的負荷お
よび損失を表し、Ｃ_Ｐは電極容量である。Ｃ_Ｐは非常に大きいので、通常、イン
ダクタが圧電デバイスと直列に加えられる。

【００４１】スイッチＳＷＬが閉である場合に、Ｖ_Ｓが圧電デバイスに印加されて、モータ
が動作する。スイッチＳＷＬが開である場合に、コンデンサＣ_ＰはダイオードＤ _Ｓを介してＶ_Ｓのピーク値にクランプされる。ＳＷＬが開である限り、このＤＣ
電圧は保持される。この状態で、（圧電素子の両端のＤＣ電圧）モータは動作し
ない。ＡＣ電圧がダイオードの両端に現れる。

【００４２】図４は、ＡＣ電圧Ｖ_Ｓで動作して圧電モータ１１を駆動する個別の二方向ＡＣ
スイッチの好ましい実施形態を示す。図１のように、圧電モータ１１は、圧電素
子１２の１つの面上に電極１３、１４を、反対側の面上に電極１７を備える。ど
んな固体スイッチング・ユニットでも使用できるが、好ましい実施形態では、２
つのＭＯＳＦＥＴスイッチＭ_Ｓ１およびＭ_Ｓ２が電極１３および１４にそれぞれ
接続されており、スイッチとして使用される。スイッチＭ_Ｓ１およびＭ_Ｓ２の両
端に接続するように示されるダイオードＤ_Ｓ１およびＤ_Ｓ２は、ＭＯＳＦＥＴト
ランジスタに内在している。スイッチＭ_Ｓ１のソース４１およびダイオードＤ_Ｓ _１が、両方ともモータ１１の電極１３に接続されている。スイッチＭ_Ｓ１のドレ
イン４２およびダイオードＤ_Ｓ１の他の側が４３で接地されている。スイッチＭ _Ｓ２のソース４４が、ダイオードＤ_Ｓ２のアノードに及び電極１４に接続されて
いる。スイッチＭ_Ｓ２のドレイン４６は、導線４７を通して接地個所４３に接続
されている。交流電圧源の１つの側が圧電モータ１１の共通電極１７に接続され
ており、一方、電圧源の他の側が導線４７を通して接地個所に結合されている。
圧電モータ１１の動作方向が、スイッチＭ_Ｓ１およびＭ_Ｓ２のゲートにそれぞれ
印加されるゲート電圧Ｖ_ｇｓ１およびＶ_ｇｓ２によって制御される。Ｍ_Ｓ１が閉
である（Ｍ_Ｓ２が開である）場合に、ＡＣ電圧は電極１７と１３の間に印加され
て、付加部分９に押し付けられる表面が第１の方向に動く。Ｍ_Ｓ２が閉じられて
Ｍ_Ｓ１が開である場合に、逆方向に動く。

【００４３】このことは、Ｍ_Ｓ２が開である場合に、それはＡＣ電流経路（ＡＣ電圧はスイ
ッチの両端に現れる）を電極１４から切り離すという事実によって促進される。
これらの条件下で、電極１４と１７の間に生じるＤＣ電圧は、電極１７と１３の
間のＡＣ電圧によって影響されるようなモータの動作に妨害を与えない。

【００４４】この二方向スイッチング構成の主な利点は次の通り。ａ）制御電圧はすべて接地個所を基準とする。ｂ）１つのＡＣ電源だけを必要とする。

【００４５】これらの利点が有効である１つの理由は、従来技術による駆動装置と異なり、
共通電極はグランドを基準とされず、むしろ、電極対１３または１４のうちの１
つが接地されるということである。このことは、単一の電源を共通電極に与える
ことを可能とし、個々の電極はグランドに近いので、スイッチングを低電圧で制
御することを可能とする。

【００４６】このスイッチング機構はいかなるインバータ駆動装置とでも共に組み込まれ得
るが、それは本発明のインバータ構成が駆動電圧Ｖ_Ｓを与えるために使用される
場合に、特別な利点を有する。

【００４７】ＡＣ電源の好ましい実施形態は、図５に概略的に示されるような順方向フライ
バック型インバータである。そこでは、ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ_ｆｆ５１の
ような高周波スイッチは、ゲート電極５２に印加される方形波信号Ｖ_ｓｇによっ
て駆動される。スイッチＱ_ｆｆのソース５４が、５３に示される２巻線磁気素子
の１次巻線５８に接地されている。スイッチＱ_ｆｆのドレイン５６がグランド５
７に結合されている。多くのタイプのスイッチがＱ_ｆｆで使用され得るが、好ま
しい実施形態はＭＯＳＦＥＴ型トランジスタを含む。ＭＯＳＦＥＴトランジスタ
に内在するダイオードは、トランジスタＱ_ｆｆのドレイン５６とソース５４に結
合されるＤ_ｆｆとして示されている。磁気素子５３の１次巻線５８の他の側が、
５９に示されるように正ＤＣ電圧Ｖ_ｉｎに接続されている。スイッチＱ_ｆｆは、
そのソース５４とドレイン５６の間に接続された容量Ｃ_ｒによって橋渡しされる
。容量Ｃ_ｒは他のリアクタンス性部品と共に共振回路を形成する。

【００４８】インバータは、２巻線磁気素子５３の２次巻線６１を通して圧電素子１２およ
び１対の個別の二方向スイッチに接続されるのが好ましい。１次巻線５８と２次
巻線６１の巻線比が１対ｎであるものとして示されており、ここでｎは１つの好
ましい実施形態において２〜２５の範囲内にある。

【００４９】巻線６１の１つの側が６２でグランドに接続されるのが好ましい。他の側がモ
ータ１１の共通電極１７に接続される。モータ１１の他の電極、すなわち電極対
１３および１４は、図４についての上述された方法で、スイッチＭ_Ｓ１およびＭ _Ｓ２のような高周波スイッチに接続される。

【００５０】個別のインバータと個別の二方向スイッチの組合せでの動作が、図６の回路図
を参照してより明確に理解される。この回路図は、全ての２次側部品（閉じたラ
インを含む）が１次側に反映されていると共に、開いた１つのスイッチ及び閉じ
た他方のスイッチを示している。２素子磁気ユニット５３のインダクタンスがＬ _ｌｋｇとして、すなわち磁気素子５３の漏れインダクタンスとして示されている
。モータ１１の圧電素子１２は、機械的共振周波数で本質的にほぼ容量性である
インピーダンスＺ_Ｍによって表されている。それは、磁気ユニット５３の１次側
に反映された場合に、ｎ^２で割られるとして示されている。

【００５１】方形波電圧Ｖ_ｓｑが、ドレインが接地されてソースがインダクタＬ_ｍとモータ
（インピーダンス）素子Ｚ_Ｍに接続された、スイッチＱ_ｆｆのゲートに印加され
る。ダイオードＤ_ｆｆは、共振容量Ｃ_ｒと同じくそのまま示されて、両方ともス
イッチＱ_ｆｆを橋渡しする。容量Ｃ_ｒは、リアクタンスＺ_Ｍ／ｎ^２と直列の漏れ
インダクタンスＬ_ｌｋｇによって橋渡しされるインダクタＬ_ｍと直列であり、そ
れと共振する。

【００５２】方形波動作電圧Ｖ_ｓｇが示されているけれども、動作電圧は本発明の範囲内で
技術上公知である他の形をとり得ることを理解する必要がある。

【００５３】図７に示されるようにスイッチＱ_ｆｆが導通している場合に、エネルギーが２
つ半サイクルにおいて共振方法でモータに供給される。高周波スイッチＱ_ｆｆが
導通している場合に、エネルギーは電圧源からモータに転送され、そしてエネル
ギーはインダクタンスＬ_ｍにも蓄積される。共振回路が漏れインダクタＬ_ｋｊと
モータインピーダンスＺ_Ｍの間に形成されている。したがって、モータに供給さ
れる電圧波形は正弦波である。スイッチＱ_ｆｆの非導通期間中、図８に示される
ように、インダクタンスＬ_ｍに蓄積されたエネルギーはモータに転送される。モ
ータへの電圧は、今では、スイッチＱ_ｆｆの導通段階中に印加された電圧に比べ
て反対の極性であることに留意されたい。Ｌ_ｋｊとＺ_Ｍ／ｎ^２の直列接続によっ
て橋渡しされるリアクタンス性素子Ｌ_ｍは、回路パラメータを適当に選択するこ
とによってモータの両端の電圧を正弦波であるように形づくることができる共振
回路を形成する。好ましくは、この回路は機械的共振周波数で共振する。

【００５４】スイッチの両端の波形が正弦波である場合に、スイッチは「ソフト」スイッチ
ング状態で動作することに留意されたい。言い換えれば、スイッチＱ_ｆｆの両端
の電圧がゼロまで減少した後にそれがオフになる場合は、スイッチはゼロ電圧状
態でオンである。それから、スイッチＱ_ｆｆがオフされた場合に、その両端の電
圧がコンデンサＣ_ｒの作用によって比較的ゆっくり上昇するだろう。したがって
、ターンオフ時のゼロ電圧スイッチングが達成される。

【００５５】このように、本発明のこの好ましい実施形態によれば、図５の回路は多くの利
点のうちの１つまたは複数を有することができる。例えば、 i）単一スイッチがインバータ部分を実現するために使用される。 ii）すべての信号駆動装置が１つの接地個所を基準とする。 iii）適当な巻線比を選択することによって、Ｖ_ｉｎが低ＤＣ電圧であったとし
ても、モータ電圧を高くすることができる。 iv）モータ信号は高調波成分が低い。さらに、 v）部品点数が非常に少ない、すなわち、インバータ部分は単一トランジスタを
核としており、個別の二方向スイッチは２つのトランジスタしか有しない。また、図５の実施形態は比較的小さい電力レベルに適している。

【００５６】良く理解できるように、そのような回路のための厳密な設計詳細は、厳密な物
理的および電気的パラメータの関数である。しかし、設計は、ＳＰＩＣＥ又は同
様の物のような設計プログラムを利用して、圧電素子の特有の特性に対して最適
化することができる。一旦このような設計が達成されると、（設計で使用される
非理想変圧器を含む）部品は、当技術分野で良く知られた方法又は磁気部品設計
を使用して、設計し及び生産することができる。

【００５７】個別のインバータがプッシュプル構成である、本発明の別の好ましい実施形態
が図９に示される。プッシュプル構成は、順方向フライバック・インバータより
も、より大きい電力レベルに適している。図９に示されるインバータのプッシュ
プル配列において、２つのスイッチＱ_ｐ１およびＱ_ｐ２が、共振ネットワークを
介してプッシュプル方式で負荷上で動作する。共振ネットワークは、２次側がコ
ンデンサＣ_ｐｐによって橋渡しされる変圧器ＴＲのインダクタンスを含む。ＤＣ
電圧Ｖ_ｉｎからの電流が、直列インダクタＬ_ｓｐを通して変圧器ＴＲの１次側６
６に印加される。変圧器への入力は、図９に示されるように１次巻線６６の中間
部に対して行われる。本発明の好ましい実施形態において、２つのスイッチＱ_ｐ _１およびＱ_ｐ２はＭＯＳＦＥＴトランジスタである。

【００５８】１次側６６の１つの側がトランジスタＱ_ｐ１のソース６７に連なる。トランジ
スタＱ_ｐ１のドレイン６８が６９でグランドに結合されている。変圧器ＴＲの１
次側巻線６６の他の側がスイッチＱのソース７２に結合されている。トランジス
タ・スイッチＱ_ｐ２のドレイン７３がグランドに結合されている。トランジスタ
Ｑ_ｐ１およびＱ_ｐ２の両方は、ＤＣ電圧入力をＡＣ電圧に共振周波数で変換する
為の、それらのゲート７４および７６にそれぞれ印加される方形波制御電圧を有
する。他の波形を有する制御電圧を本発明の範囲内で使用できる。変圧器ＴＲの
２次巻線ｎ１が、グランドに接続された１つの側７７、およびモータ１１の共通
電極１７に接続された他の側７８を有する。回路パラメータが適当に選択される
場合に、モータ１１に供給される信号は高調波ひずみの小さい正弦波であろう。

【００５９】プッシュプル実施形態の順方向フライバック実施形態に対する主な利点は、よ
り大きな電力レベルを取扱う能力である。さらに、わずかな変更によって、プッ
シュプル実施形態の電圧出力を図１１に示されるようにさらに制御できる。ここ
で、追加の高周波スイッチＱ_ｂｕｃｋおよびダイオードＤ_ｂｕｃｋが加えられた
。これらの素子は、インダクタＬ_ｓｐと共に「ダウン」または「バック」インバ
ータを形成する。このタイプのインバータが、Ｑ_ｂｕｃｋのデューティサイクル
Ｄ_оｎによって制御される。正弦波形を想定すると、図１１の「Ａ」点における
電圧が図１２に示されるようになるだろう。この波形のピーク値Ｖ_ｐｋは、次式
によってモータ電圧に関係づけられるだろう。Ｖ_ｐｋ＝Ｖ_{ｍｏｔｏｒ}／ｎ

【００６０】定常状態で、インダクタＬ_ｓｐの両端の平均電圧がゼロとなり、したがって、
Ｖ_ｐｋの平均は、Ｖ_ｉｎ＊Ｄ_ｏｎに等しい図１０の「Ｂ」点における電圧に等し
いはずである。したがって、Ｖ_ｐｋ＝ｎＶ_ｉｎ＊Ｄ_ｏｎその結果、これらの式から、Ｖ_{ｍｏｔｏｒ}＝ｎ＊Ｖ_ｉｎ＊Ｄ_ｏｎ

【００６１】したがって、Ｑ_ｂｕｃｋのＤ_оｎを変えることによって、モータ電圧を制御で
きる。可変モータ電圧がモータの速度を変えるのに必要とされる場合に、この特
徴は特に適用できる。

【００６２】好ましい実施形態は、圧電セラミックの１つの面上に共通電極を、および他の
面上に２対の電極を有する圧電モータに関連して説明された。しかし、またモー
タはより少ない電極かつ異なる構成で動作することができる。さらに、それは他
の形状構成の圧電モータに適合され得る。

【００６３】さらに、本発明の好ましい実施形態によるバイポーラ・スイッチを、様々な他
の応用に使用することができる。実際に、多くのＡＣ負荷を、そのようなバイポ
ーラ・スイッチを用いて切換えられることができる。一般に、ＡＣ負荷を単一Ｍ
ＯＳトランジスタで切換えるのは難しい。本発明の好ましい実施形態によれば、
図４に示される回路の半分のようなスイッチが、単一トランジスタを用いて、容
量性ＡＣ負荷を切換えるために使用され得る。さらに、負荷が容量性でない場合
は、大きい（負荷のアドミッタンスに比べて）コンデンサを負荷と直列に配置す
ることができる。ＡＣ用途（すなわち、スイッチが閉である場合）では、コンデ
ンサの影響は無視できるほど小さい。しかし、スイッチが開である場合に、コン
デンサの両端の電圧は、上述のように、負荷を切り離すＡＣ電圧のピーク値まで
上昇するだろう。

【００６４】様々な変形が、本発明の範囲および精神から逸脱することなしに、当業者にと
って明らかであり、容易に利用できるだろう。したがって、ここに添付される特
許請求の範囲は上述の説明に限定することを意図するものではなく、むしろ、請
求項は広く解釈される。なお、動詞「備える」、「含む」、及びそれらの同根語
は、請求項で使用される場合に、「非限定的に含んでいる」ということを意味す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、従来技術による二方向圧電モータおよび関連駆
動回路の簡略化された回路図である。

【図２】二方向圧電モータ駆動装置の従来技術によるブリッジ回路実現を示す図である
。

【図３】圧電モータを動作させるＡＣスイッチの基本的な電気部品回路図である。

【図４】圧電モータと共に使用される個別の二方向スイッチを示す回路図である。

【図５】圧電モータを動作させる二方向スイッチと共に使用される順方向フライバック
・インバータを備える好ましい駆動回路を示す回路図である。

【図６】１次側に反映された２次側回路の素子を示す図５の等価回路図である。

【図７】スイッチＱ_ｆｆが導通状態である図６の回路を示す回路図である。

【図８】スイッチＱ_ｆｆが非導通状態である図６の回路を示す回路図である。

【図９】圧電モータを動作させる二方向スイッチと共に使用されるプッシュプル並列共
振インバータを備える好ましい駆動回路を示す回路図である。

【図１０】出力電圧制御を提供するバック部を含む図９のプッシュプル・インバータを示
す図である。

【図１１】図１０の点Ａにおける電圧波形を示す図である。

【符号の説明】

１１圧電モータ１２圧電素子１３，１４電極１７共通電極

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年９月１日（２０００．９．１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】従来技術による駆動装置の主な欠点は、使用される回路の複雑さである。例え
ば、広く使用される駆動装置は、６つの電力スイッチを必要とするブリッジ型イ
ンバータ回路（図２参照）、および２つの高Ｑ共振回路を備える。他の従来技術
による駆動装置は、１つの高Ｑ共振回路のみを必要とする。高Ｑ共振回路の数の
低減は、共通電極に直列に高Ｑ共振回路を置くことによって達成される。しかし
ながら、６つの電力スイッチがいまだ、出願が本出願の譲受人に譲渡されている
、従来技術の装置（EP 0712 170 A1参照）において用いられている。その装置の
図７では、それぞれの選択的可能な方向の為の２つのスイッチと共に、変位方向
制御の為に４つのスイッチが用いられている。高Ｑ共振回路は、回路部品の精度
および印加電圧の周波数に敏感である。この敏感さを克服する実際的な解として
、従来技術では、多くの場合、駆動装置のＱが小さくされて、従来技術による駆
動装置からの入力電圧が大きくされた。余分のＤＣ／ＤＣ変換器が、より小さい
入力電圧で動作可能とするために必要とされる。その結果、従来技術では、圧電
モータは簡単である一方で、特に圧電モータを２つの方向に駆動する場合に、駆
動回路は今まで複雑であった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロモータであって、その上に形成された共通電極および複数の他の電極を含む圧電素子であって、
少なくとも第１および第２の電極グループを含み、各グループが少なくとも１つ
の電極を含み、第１の電極グループと共通電極の間に電圧が印加されたときには
第１の方向に運動を起こし、第２の電極グループと共通電極の間に電圧が印加さ
れたときには第２の方向に運動を起こす圧電素子と、共通電極に電圧を供給する電圧源と、第１および第２の電極グループと低電圧の間に別々に接続された少なくとも２
つのスイッチであって、前記第１および第２の電極グループを低電圧に接続して
、第１または第２の方向に選択的運動を起こすように作動可能である少なくとも
２つのスイッチと、を備えるマイクロモータ。
【請求項２】前記低電圧が実質的に接地されている、請求項１に記載のマ
イクロモータ。
【請求項３】前記印加電圧がＡＣ電圧である、請求項１または２に記載の
マイクロモータ。
【請求項４】圧電素子は、第１および第２の面を有する方形の圧電板を含
み、前記共通電極が前記第１の面上に形成され、前記電極の第１および第２のグ
ループが前記第２の面上に形成されている、請求項１から請求項３のいずれかに
記載のマイクロモータ。
【請求項５】電極の第１および第２のグループがそれぞれ、第２の面の四
半分の対向する２つの電極を備える請求項４に記載のマイクロモータ。
【請求項６】起動面を備えており、圧電素子が前述のように電圧を供給さ
れたときに、起動面に押し付けられる加工物の表面内に運動が誘起される、請求
項１から５のいずれかに記載のマイクロモータ。
【請求項７】マイクロモータであって、超音波振動素子と、駆動回路とを備え、該駆動回路は、前記超音波振動素子の少なくとも１つの電極に接続されかつそれに電圧を供給
して、その一部の機械的変位を起こす発振電圧源と、前記発振電圧が接続されない前記超音波振動素子の少なくとも１つの追加電極
に取り付けられて、前記変位の方向を選択する個別のスイッチ配列とを備える、
マイクロモータ。
【請求項８】前記超音波振動素子は圧電素子を含む、請求項７に記載のマ
イクロモータ。
【請求項９】前記少なくとも１つの追加電極が、前記振動素子の第１の面
に付けられた複数の電極を備え、前記少なくとも１つの電極が、前記素子の第２の面に付けられた共通電極を備
える、請求項７または請求項８に記載のマイクロモータ。
【請求項１０】前記個別のスイッチ配列が、前記複数の電極の第１のグル
ープと前記共通電極の間に電圧を選択的に印加して第１の方向に変位を起こし、
前記第１のグループが少なくとも１つの電極を含む、請求項９に記載のマイクロ
モータ。
【請求項１１】前記個別のスイッチ配列が、前記複数の電極の第２のグル
ープと前記共通電極の間に電圧を選択的に印加して第２の方向に変位を起こし、
前記第２のグループは少なくとも１つの電極を含む、請求項１０に記載のマイク
ロモータ。
【請求項１２】前記個別のスイッチ配列が、前記素子の両端に電圧を印加
して、前記素子を通して電流を駆動するように接続された１対のスイッチを備え
、前記変位の方向を選択するように前記スイッチを選択的に動作させる為の制御
装置とを備える、前記請求項１から請求項１２のいずれかに記載のマイクロモー
タ。
【請求項１３】前記個別のスイッチ配列の前記スイッチが固体スイッチで
ある、請求項１２に記載のマイクロモータ。
【請求項１４】前記個別のスイッチ配列の前記スイッチがトランジスタ化
スイッチを備える、請求項１２または１３に記載のマイクロモータ。
【請求項１５】前記個別のスイッチ配列の前記スイッチがＭＯＳＦＥＴト
ランジスタである、請求項１４に記載のマイクロモータ。
【請求項１６】前記個別のスイッチ配列が、第１の電圧と前記電極の第１のグループの間に接続された第１のＭＯＳＦＥＴ
と、前記第１の電圧と前記電極の第２のグループの間に接続された第２のＭＯＳＦ
ＥＴであって、前記共通電極が第２の電圧に接続された第２のＭＯＳＦＥＴと、前記第１の電圧を第１の電極グループまたは前記第２の電極グループに選択的
に印加するように前記ＭＯＳＦＥＴスイッチを選択的に動作させるための制御装
置とを備える請求項１１に記載のマイクロモータ。
【請求項１７】前記第１または前記第２のＭＯＳＦＥＴトランジスタを非
導通状態から導通状態に選択的に切換えるために、前記第１および第２のＭＯＳ
ＦＥＴトランジスタのゲートに選択的に印加される制御電圧源を含む、請求項１
６に記載のマイクロモータ。
【請求項１８】１対のダイオードを含み、それらの１つが各前記ＭＯＳＦ
ＥＴトランジスタの両端に接続されている、請求項１６または１７に記載のマイ
クロモータ。
【請求項１９】ＤＣ電流をマイクロモータに導くように前記ダイオードが
接続されている、請求項１８に記載のマイクロモータ。
【請求項２０】トランジスタがオフである場合に、ＭＯＳＦＥＴの一端が
発振電圧のピーク値に等しいＤＣ電圧であり、発振電圧がＭＯＳＦＥＴトランジ
スタの両端に印加されて、そのためトランジスタの両端電圧が実質上単極性であ
る、請求項１７から１９のいずれか一項に記載のマイクロモータ。
【請求項２１】前記電源がインバータを備える、請求項１から請求項２０
のいずれかに記載のマイクロモータ。
【請求項２２】前記インバータが順方向フライバック・インバータである
請求項２１に記載のマイクロモータ。
【請求項２３】前記順方向フライバック・インバータが、１次巻線および２次巻線を有する磁気素子であって、前記１次巻線は第１のイ
ンバータ電圧とインバータ動作スイッチの片側の間に接続されており、前記イン
バータ動作スイッチの他の側が第２のインバータ電圧に接続されており、そのた
め、前記インバータ動作スイッチが導通状態にある場合に電流が前記１次側を通
って流れて、前記インバータ動作スイッチが実質上非導通状態にある場合に、い
かなる電流も前記１次側を通って流れない磁気素子と、前記インバータ動作スイッチをオンまたはオフに選択的に切換える制御電圧源
であって、前記磁気素子の２次側が前記個別のスイッチ配列に接続された制御電
圧源と、を備える請求項２２に記載のマイクロモータ。
【請求項２４】前記インバータ動作スイッチが固体スイッチである、請求
項２３に記載のマイクロモータ。
【請求項２５】前記インバータ動作スイッチがトランジスタ化スイッチで
ある、請求項２３に記載のマイクロモータ。
【請求項２６】前記インバータ動作スイッチがＭＯＳＦＥＴトランジスタ
であり、前記インバータ出力を実質上前記圧電素子の機械的共振周波数で共振するよう
にさせる回路を備える、請求項２３に記載のマイクロモータ。
【請求項２７】前記インバータ出力に実質上圧電性物質の機械的共振周波
数で共振するようにさせる前記回路が、前記スイッチに橋渡しし、かつ磁気素子
の１次側に直列に接続するコンデンサを備え、前記コンデンサが前記超音波振動
モータの容量と共に動作して、前記磁気素子を実質上モータの機械的共振周波数
で共振させる、請求項２６に記載のマイクロモータ。
【請求項２８】前記インバータがプッシュプル・インバータである、請求
項２１に記載のマイクロモータ。
【請求項２９】前記プッシュプル・インバータが１次側および２次側を有
する変圧器を備えており、直列インダクタが第１のインバータ入力を前記変圧器の１次側の中央部分に接
続し、前記個別のスイッチ配列に接続された前記変圧器の２次側および前記変圧器の
１次側の片側が第１のプッシュプル・インバータ・スイッチを通して第２のイン
バータ入力に接続されており、前記変圧器の前記１次側の他の側が第２のプッシュプル・インバータ・スイッ
チを通して前記第２の入力に接続されている、請求項２８に記載のマイクロモー
タ。
【請求項３０】前記第１および第２のプッシュプル・スイッチが固体スイ
ッチである、請求項２９に記載のマイクロモータ。
【請求項３１】前記第１および第２のプッシュプル・インバータ・スイッ
チがトランジスタ化スイッチである、請求項３０に記載のマイクロモータ。
【請求項３２】前記第１および第２のプッシュプル・インバータ・スイッ
チがＭＯＳＦＥＴ型スイッチである、請求項３０に記載のマイクロモータ。
【請求項３３】前記超音波モータの容量ならびに直列インダクタおよび前
記変圧器のインダクタンスが、電気回路を前記圧電素子の機械的共振に整合させ
る、請求項２９から３１のいずれか一項に記載のマイクロモータ。
【請求項３４】前記第１または第２のプッシュプル・インバータ・スイッ
チがそれぞれ、制御電圧によって選択的に動作させられる、請求項３３に記載の
マイクロモータ。
【請求項３５】前記制御電圧が方形波電圧である、請求項３４に記載のマ
イクロモータ。
【請求項３６】前記プッシュプル・インバータが、前記変圧器の前記１次
側に接続された電圧の振幅を制御するバック部（buck section）を含む、請求項
２９から３５のいずれか一項に記載のマイクロモータ。
【請求項３７】前記バック部が、前記インバータの第１の入力と前記直列インダクタの間に接続された直列バッ
ク部スイッチと、前記バック部スイッチの出力と前記インバータの前記第２の入力の間に接続さ
れたダイオードと、前記バック部スイッチを導通させるように動作する制御電圧とを含む、請求項
３６に記載のマイクロモータ。
【請求項３８】前記第２の入力が接地されている、請求項２９から３７の
いずれかに記載のマイクロモータ。
【請求項３９】前記第１の入力がＤＣ電圧で電圧を供給される、請求項２
９から３８のいずれかに記載のマイクロモータ。
【請求項４０】切換え可能ＡＣ電力を負荷に供給する方法であって、ＡＣ電源の第１の端子を負荷の片側に接続することと、ＭＯＳＦＥＴトランジスタを前記ＡＣ電源の第２の端子と前記負荷の他の側の
間に接続することと、電圧を前記ＭＯＳＦＥＴのゲートと前記第２のＡＣ端子の間に印加することに
よって、電力を負荷に選択的に供給することとを含む方法。
【請求項４１】ダイオードを前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタの両端に接続
することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】前記ダイオードが電流を前記第２の端子と前記負荷の他の
側の間に導くように接続されている、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】コンデンサを前記負荷と直列に配置することを含む、請求
項４０から請求項４２のいずれかに記載の方法。
【請求項４４】前記負荷がＤＣ阻止コンデンサを含まない、請求項４３に
記載の方法。
【請求項４５】前記トランジスタがオフの場合に、前記ＭＯＳＦＥＴの一
端が前記ＡＣ電源のピーク電圧に等しいＤＣ電圧であり、前記ＡＣ電源のＡＣ電
圧が前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタの両端に印加されて、そのためトランジスタ
両端の電圧は実質上単極性である、請求項４０から請求項４４のいずれかに記載
の方法。