JP2000060165A - 振動モ―タ - Google Patents
振動モ―タInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 モータ効率を最適化すると共に、温度変化や
さまざまな成分の経時劣化や摩耗により構成要素の寸
法、ヤング率、密度などが変動しても全てのドリフトを
補正し、一部の固定した差をも自動的に補正する。 【解決手段】 振動モータは、固定子と、回転子と、モ
ータの回転を駆動することを意図する接線振動と法線方
向の振動を組み合わせた振動モードで前記固定子を変形
する励起手段とを含み、前記法線振動モードと前記接線
振動モードが類似の共振周波数、または、さらに同じ共
振周波数を有しかつ励起周波数に実質的に対応するよう
に、前記回転子(1a、1b)と前記励起手段(7、
8)のディメンジョンが決められることを特徴としてい
る。
さまざまな成分の経時劣化や摩耗により構成要素の寸
法、ヤング率、密度などが変動しても全てのドリフトを
補正し、一部の固定した差をも自動的に補正する。 【解決手段】 振動モータは、固定子と、回転子と、モ
ータの回転を駆動することを意図する接線振動と法線方
向の振動を組み合わせた振動モードで前記固定子を変形
する励起手段とを含み、前記法線振動モードと前記接線
振動モードが類似の共振周波数、または、さらに同じ共
振周波数を有しかつ励起周波数に実質的に対応するよう
に、前記回転子(1a、1b)と前記励起手段(7、
8)のディメンジョンが決められることを特徴としてい
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は振動モータに係り、特に
接線振動モードと法線振動モードの共振周波数を同一に
して効率の良い動作を保障するようにした振動モータに
関する。
接線振動モードと法線振動モードの共振周波数を同一に
して効率の良い動作を保障するようにした振動モータに
関する。
【0002】
【従来の技術】振動モータは、好ましい周波数のための
超音波モータとしても、また、好ましい励起材料のため
の圧電作用(piezo-active)モータとしても知られてい
る。
超音波モータとしても、また、好ましい励起材料のため
の圧電作用(piezo-active)モータとしても知られてい
る。
【0003】本出願人は、一般的に公知な振動モータよ
りも遙かに高い機械的動力を発生させる能力を有し、か
つ動力に対する重量比に優れた幾つかの振動モータの構
成を既に提案している。例えば、フランス特許出願第9
5−14169号や第97−10948号を参照して欲
しい。
りも遙かに高い機械的動力を発生させる能力を有し、か
つ動力に対する重量比に優れた幾つかの振動モータの構
成を既に提案している。例えば、フランス特許出願第9
5−14169号や第97−10948号を参照して欲
しい。
【0004】これらの振動モータにおける特に有利な応
用例の1つは、航空機内で用いられる二次的な操縦制御
装置である。
用例の1つは、航空機内で用いられる二次的な操縦制御
装置である。
【0005】従来の振動モータは、回転子と固定子との
間の接触面に平行な方向の変形に対応する接線振動モー
ドと、回転子と固定子との間の接触面に垂直な方向の変
形に対応する法線振動モードとの両者を有するものであ
る。
間の接触面に平行な方向の変形に対応する接線振動モー
ドと、回転子と固定子との間の接触面に垂直な方向の変
形に対応する法線振動モードとの両者を有するものであ
る。
【0006】振動の機械的エネルギは接線振動モードか
ら獲得され、非線形摩擦メカニズムによって連続的な運
動(トルクおよび角速度)に変換される。したがって、
これらのモードは主としてエネルギを効率的に伝達する
ために最適化される。
ら獲得され、非線形摩擦メカニズムによって連続的な運
動(トルクおよび角速度)に変換される。したがって、
これらのモードは主としてエネルギを効率的に伝達する
ために最適化される。
【0007】これとは対照的に、法線振動モードは、結
果的にエネルギの供給には寄与しない。その役割は、固
定子の接線発振運動を回転子の連続的な接線運動に変換
するために必要とされる回転子−固定子接触担持力の発
振を供給することに限られている。その結果、法線方向
の振動が受ける唯一のエネルギ損失は、その内部損失に
よるものである。
果的にエネルギの供給には寄与しない。その役割は、固
定子の接線発振運動を回転子の連続的な接線運動に変換
するために必要とされる回転子−固定子接触担持力の発
振を供給することに限られている。その結果、法線方向
の振動が受ける唯一のエネルギ損失は、その内部損失に
よるものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】エネルギの主要な伝達
を最適化するために、モータの接線発振を、その共振周
波数で動作させなければならないことは当然のことであ
る。
を最適化するために、モータの接線発振を、その共振周
波数で動作させなければならないことは当然のことであ
る。
【0009】本発明は、法線方向の振動もまたその共振
周波数で動作させること、すなわち法線振動モードと接
線振動モードとが同一の共振周波数、または非常に類似
する共振周波数を有するように、モータの寸法(ディメ
ンジョン―dimension―)を決めることを提案するもの
である。
周波数で動作させること、すなわち法線振動モードと接
線振動モードとが同一の共振周波数、または非常に類似
する共振周波数を有するように、モータの寸法(ディメ
ンジョン―dimension―)を決めることを提案するもの
である。
【0010】これによって有効材料内での誘電損失が最
小化され、かつそれに電気を供給する電子回路中の損失
も最小化される。
小化され、かつそれに電気を供給する電子回路中の損失
も最小化される。
【0011】したがって、本発明の第1の目的は、特に
これらのモータの効率を最適化することを可能にした改
良振動モータを提供することにある。
これらのモータの効率を最適化することを可能にした改
良振動モータを提供することにある。
【0012】しかしながら、非常に緊密な製造公差をも
ってしても、法線モードと接線モードの共振周波数が依
存する様々なパラメータ(構成要素の寸法、ヤング率、
密度など)の変動を防止することは不可能である。その
理由としては、例えば、モータが受ける温度変化やモー
タのさまざまな成分の経時劣化や摩耗が挙げられる。
ってしても、法線モードと接線モードの共振周波数が依
存する様々なパラメータ(構成要素の寸法、ヤング率、
密度など)の変動を防止することは不可能である。その
理由としては、例えば、モータが受ける温度変化やモー
タのさまざまな成分の経時劣化や摩耗が挙げられる。
【0013】このような理由により、本発明の第2の目
的は、この欠点を和らげ、かつこれら2つの周波数間の
差の全てのドリフトを補正し、一部の固定した差をも自
動的に補正する振動モータの構成を提供することにあ
る。
的は、この欠点を和らげ、かつこれら2つの周波数間の
差の全てのドリフトを補正し、一部の固定した差をも自
動的に補正する振動モータの構成を提供することにあ
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るため、本発明に係る振動モータは、固定子と、回転子
と、この回転子を回転駆動するために接線振動および法
線方向の振動を組み合わせた振動モードで前記固定子を
変形させる励起手段とを含む振動モータであって、法線
モードと接線モードが類似の共振周波数、または励起周
波数に実質的に対応するさらに同一の共振周波数を有す
るように、前記回転子と励起手段の寸法(ディメンジョ
ン)が決められていることを特徴としている。
るため、本発明に係る振動モータは、固定子と、回転子
と、この回転子を回転駆動するために接線振動および法
線方向の振動を組み合わせた振動モードで前記固定子を
変形させる励起手段とを含む振動モータであって、法線
モードと接線モードが類似の共振周波数、または励起周
波数に実質的に対応するさらに同一の共振周波数を有す
るように、前記回転子と励起手段の寸法(ディメンジョ
ン)が決められていることを特徴としている。
【0015】本発明の第2の目的を達成するため、本発
明に係る振動モータは、動作中の法線モードおよび/ま
たは接線モードの共振周波数を補正する手段を有利に含
んでいる。特に、法線方向の振動を発生する励起手段が
圧電有効構成要素を含んでいる場合、この有効構成要素
を駆動する電気的手段は、前記有効構成要素のヤング率
を修正する手段であってもよい。このような手段の実施
態様の有利な例を以下に説明する。
明に係る振動モータは、動作中の法線モードおよび/ま
たは接線モードの共振周波数を補正する手段を有利に含
んでいる。特に、法線方向の振動を発生する励起手段が
圧電有効構成要素を含んでいる場合、この有効構成要素
を駆動する電気的手段は、前記有効構成要素のヤング率
を修正する手段であってもよい。このような手段の実施
態様の有利な例を以下に説明する。
【0016】さらに、本発明に係る振動モータの第3の
目的は、フレーム内に、接線変形有効構成要素から成る
少なくとも2対の固定子プレートと、これら2対のプレ
ート間に存在する2つの回転子ディスクと、対面するこ
れら対の双方のプレート間に存在する法線方向の力を発
生させる圧電有効構成要素と、前記プレート対とフレー
ム間に配置されたバネ手段とを含むモータの場合に、法
線モードを励起する圧電材料を機械的にプレストレスす
る(prestressing―予め圧力または応力を与える―)装
置を簡略化することである。
目的は、フレーム内に、接線変形有効構成要素から成る
少なくとも2対の固定子プレートと、これら2対のプレ
ート間に存在する2つの回転子ディスクと、対面するこ
れら対の双方のプレート間に存在する法線方向の力を発
生させる圧電有効構成要素と、前記プレート対とフレー
ム間に配置されたバネ手段とを含むモータの場合に、法
線モードを励起する圧電材料を機械的にプレストレスす
る(prestressing―予め圧力または応力を与える―)装
置を簡略化することである。
【0017】この第3の目的に対して提案された解決策
では、法線方向の力を発生するための有効構成要素は、
同じローターディスクの両側部上の質量が逆位相であ
り、有効構成要素の両側部上の質量もまた逆位相となる
ように励起される。この場合、これら有効構成要素のデ
ィメンジョンは、プレストレス操作条件を満足するよう
に決めることができる。
では、法線方向の力を発生するための有効構成要素は、
同じローターディスクの両側部上の質量が逆位相であ
り、有効構成要素の両側部上の質量もまた逆位相となる
ように励起される。この場合、これら有効構成要素のデ
ィメンジョンは、プレストレス操作条件を満足するよう
に決めることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の他の特徴と利点はさらに
以下に説明する発明の実施の形態の記載からも明らかで
あろう。この記載は純粋に例示的なものであり、本発明
を制限するものではない。本発明は添付図面に従って説
明されている。
以下に説明する発明の実施の形態の記載からも明らかで
あろう。この記載は純粋に例示的なものであり、本発明
を制限するものではない。本発明は添付図面に従って説
明されている。
【0019】図1及び図2に示す振動モータは、2つの
回転子ディスク1a、1bと、前記ディスク1a、1b
とそれぞれ協動する2対の固定子プレート対4、5と、
を備えている。前記2つの回転子ディスク1a、1b
は、これらディスクがケーシング2を基準として回転す
るように搭載する手段である共通シャフト3に取り付け
られている可撓性ディスクである。
回転子ディスク1a、1bと、前記ディスク1a、1b
とそれぞれ協動する2対の固定子プレート対4、5と、
を備えている。前記2つの回転子ディスク1a、1b
は、これらディスクがケーシング2を基準として回転す
るように搭載する手段である共通シャフト3に取り付け
られている可撓性ディスクである。
【0020】ディスク1aは前記固定子プレート対4の
2つの固定子プレート4a、4b間に配置され、ディス
ク1bは前記固定子プレート対5の2つの固定子プレー
ト5a、5b間に配置されている。前記2つの固定子プ
レート対4、5の2つのプレート4a、5aは互いに向
き合っており、これら固定子プレート4a、5aをこれ
以降内側プレートと呼び、それ以外の2つの固定子プレ
ート4b、5bを外側プレートと呼ぶ。
2つの固定子プレート4a、4b間に配置され、ディス
ク1bは前記固定子プレート対5の2つの固定子プレー
ト5a、5b間に配置されている。前記2つの固定子プ
レート対4、5の2つのプレート4a、5aは互いに向
き合っており、これら固定子プレート4a、5aをこれ
以降内側プレートと呼び、それ以外の2つの固定子プレ
ート4b、5bを外側プレートと呼ぶ。
【0021】固定子プレート4a、4b、5a、5bは
各々が、接線変形有効構成要素7によって対をなして分
離されている複数の接触セクタ6(固定子ペタルと呼ば
れる)から形成されている。これらの接触セクタ6、す
なわちペタルは金属製である。これら接触セクタはそれ
らの接触表面の近傍に形状記憶合金製の少なくとも1つ
の領域を有利に有している(フランス特許出願第95−
14169号に述べられている)。
各々が、接線変形有効構成要素7によって対をなして分
離されている複数の接触セクタ6(固定子ペタルと呼ば
れる)から形成されている。これらの接触セクタ6、す
なわちペタルは金属製である。これら接触セクタはそれ
らの接触表面の近傍に形状記憶合金製の少なくとも1つ
の領域を有利に有している(フランス特許出願第95−
14169号に述べられている)。
【0022】2つの内側プレート4a、5aの接触セク
タ6は互いに一列状に配列されている。法線方向の力を
発生する有効構成要素8は、2つの内側プレート4a、
5aのセクタ66間に配置されている。バネ手段9が、
ケーシング2と、外側プレート4b、5bの接触セクタ
6との間に配置されている。
タ6は互いに一列状に配列されている。法線方向の力を
発生する有効構成要素8は、2つの内側プレート4a、
5aのセクタ66間に配置されている。バネ手段9が、
ケーシング2と、外側プレート4b、5bの接触セクタ
6との間に配置されている。
【0023】有効構成要素8の長さが増加すると、この
部材と一列状に配列している接触セクタ6が回転子ディ
スク1を把持する。有効構成要素8が短くなると、それ
に対応する接触セクタ6がディスク1を開放する。バネ
手段9は剛性が低いが、十分な伸び率を有し、このため
有効構成要素7と8が長くなるとバネ手段9は圧縮さ
れ、これによって接触セクター6を回転子ディスクに押
圧状態に保持する。
部材と一列状に配列している接触セクタ6が回転子ディ
スク1を把持する。有効構成要素8が短くなると、それ
に対応する接触セクタ6がディスク1を開放する。バネ
手段9は剛性が低いが、十分な伸び率を有し、このため
有効構成要素7と8が長くなるとバネ手段9は圧縮さ
れ、これによって接触セクター6を回転子ディスクに押
圧状態に保持する。
【0024】有効構成要素7および/または8は、並列
または直列に圧電セラミック層および金属層を組込み、
また指令電極を組込んだ多層構造体を有利に有してい
る。上記種類の多層構造体は低電圧を使用できるという
長所を有している。同じセクタ6のそれぞれ両側にある
2つの有効構成要素7は逆位相に励起される。同様に、
2つの隣接有効構成要素8もまた逆位相に励起される。
法線方向の力を発生する有効構成要素8は、接線変形有
効構成要素7と同じ励起周波数で指令される。
または直列に圧電セラミック層および金属層を組込み、
また指令電極を組込んだ多層構造体を有利に有してい
る。上記種類の多層構造体は低電圧を使用できるという
長所を有している。同じセクタ6のそれぞれ両側にある
2つの有効構成要素7は逆位相に励起される。同様に、
2つの隣接有効構成要素8もまた逆位相に励起される。
法線方向の力を発生する有効構成要素8は、接線変形有
効構成要素7と同じ励起周波数で指令される。
【0025】上記の本発明による振動モータは、法線共
振周波数と接線共振周波数が双方ともこの励起周波数に
実質的に等しくなるようなディメンジョンを有する。
振周波数と接線共振周波数が双方ともこの励起周波数に
実質的に等しくなるようなディメンジョンを有する。
【0026】この明細書におけるこれ以降の記述は、図
3に示すように、前記構造体の1つの法線方向の発振器
に関する。すなわち、法線方向の発振器は、図3におい
て、圧電有効構成要素8と、その一方の側に同じ質量を
持ち、かつ各々が金属ペタル6と、圧電成分と一列状に
配列しているディスク1a、1bの部分とを含んでいる
2つのモジュール19a、10bと、を含む発振器に関
する。
3に示すように、前記構造体の1つの法線方向の発振器
に関する。すなわち、法線方向の発振器は、図3におい
て、圧電有効構成要素8と、その一方の側に同じ質量を
持ち、かつ各々が金属ペタル6と、圧電成分と一列状に
配列しているディスク1a、1bの部分とを含んでいる
2つのモジュール19a、10bと、を含む発振器に関
する。
【0027】法線方向の発振器の固有周波数Fは次式の
通りである。
通りである。
【0028】
【数1】 ここで、Kは法線方向の振動の方向における有効構成要
素8の剛性であり、次の値を有する:
素8の剛性であり、次の値を有する:
【数2】 ここで、Eは前記有効構成要素8のヤング率、Sはその
断面積、lはその長さである。
断面積、lはその長さである。
【0029】圧電性材料は2つのヤング率、すなわち電
極が開路である場合のヤング率と、電極が短絡している
場合のヤング率とを有し、これら2つの中で、電極が開
路の場合の方がのヤング率が高い。これら2つのヤング
率の値はそれぞれ次式で表される:
極が開路である場合のヤング率と、電極が短絡している
場合のヤング率とを有し、これら2つの中で、電極が開
路の場合の方がのヤング率が高い。これら2つのヤング
率の値はそれぞれ次式で表される:
【数3】 ここで、SD=開路のフレキシビリティ、SE=閉回路のフ
レキシビリティ、および、SE−SD=d2ε、d=圧電係
数、ε=誘電率である。
レキシビリティ、および、SE−SD=d2ε、d=圧電係
数、ε=誘電率である。
【0030】2つのヤング率が存在するということは、
以下のように説明できる:開路の場合、外部の力が印加
されると、変形が生じるだけでなく、電極上に残留する
電荷によって電場が発生し、圧電係数によってこの電場
の効果がこの外部力に対抗する。電極が短絡している場
合、電荷は除去され、電場は発生しない。
以下のように説明できる:開路の場合、外部の力が印加
されると、変形が生じるだけでなく、電極上に残留する
電荷によって電場が発生し、圧電係数によってこの電場
の効果がこの外部力に対抗する。電極が短絡している場
合、電荷は除去され、電場は発生しない。
【0031】有効構成要素8の圧電材料は、その電極同
士間におけるジェネレータにより励起されるインピーダ
ンスを「観察」する。すなわち、そのジェネレータが電
圧のジェネレータ(源)であればゼロインピーダンス
(短絡)を、そのジェネレータが電流のジェネレータ
(源)であれば無限インピーダンス(開路)を見る。
士間におけるジェネレータにより励起されるインピーダ
ンスを「観察」する。すなわち、そのジェネレータが電
圧のジェネレータ(源)であればゼロインピーダンス
(短絡)を、そのジェネレータが電流のジェネレータ
(源)であれば無限インピーダンス(開路)を見る。
【0032】本発明の第1の変更例では、発振器の固有
周波数を調整する手段は、有効構成要素8が電圧源と電
流源に交番で接続され、その駆動信号が、必要とされる
共振周波数に従って変化する周波数と動作周期を持つパ
ルス幅変調信号であるように、選択的に操作されるスイ
ッチを含む電気回路を含むようにすることができる。
周波数を調整する手段は、有効構成要素8が電圧源と電
流源に交番で接続され、その駆動信号が、必要とされる
共振周波数に従って変化する周波数と動作周期を持つパ
ルス幅変調信号であるように、選択的に操作されるスイ
ッチを含む電気回路を含むようにすることができる。
【0033】図4(a)に、本発明による別の解決策を
示す。この解決策では、有効構成要素8を駆動する回路
は、可変インピーダンスCと直列に接続されている電源
Sまたはその等価回路である。可変インピーダンスCは
容量性インピーダンスであって、これによって、発振器
に追加の抑制を構成するエネルギ損失を導入することを
避けるのが望ましい。
示す。この解決策では、有効構成要素8を駆動する回路
は、可変インピーダンスCと直列に接続されている電源
Sまたはその等価回路である。可変インピーダンスCは
容量性インピーダンスであって、これによって、発振器
に追加の抑制を構成するエネルギ損失を導入することを
避けるのが望ましい。
【0034】圧電材料性の有効構成要素8はキャパシタ
と電気的に等価である。可変キャパシタは圧電材料の容
量値に対して非常に高い値(例えば10:1の比を持つ
値)とその容量値に対して非常に低い値(例えば1:1
0の比の値)との間で変更可能である駆動回路に対して
選ばれ、これによって、剛性したがって周波数を最大限
に免責するのが望ましい。
と電気的に等価である。可変キャパシタは圧電材料の容
量値に対して非常に高い値(例えば10:1の比を持つ
値)とその容量値に対して非常に低い値(例えば1:1
0の比の値)との間で変更可能である駆動回路に対して
選ばれ、これによって、剛性したがって周波数を最大限
に免責するのが望ましい。
【0035】スイッチング手段Iもまた可変インピーダ
ンスを短絡して最低の剛性を得るようにすれば利点が生
かされる。
ンスを短絡して最低の剛性を得るようにすれば利点が生
かされる。
【0036】図4(b)と図4(c)に本発明のさらな
る変更例を示す。
る変更例を示す。
【0037】これらの変更例は、特に4(a)に示す変
更例にとって望ましいものであり、図4(a)の変更例
は特に以下の欠点を有している:−容量値を変更する
と、有効構成要素8の駆動電圧が変化する;−供給電圧
と損失を減少させるための誘導同調手段を提供すること
がさらに必要となり、このような誘導手段のインダクタ
ンスは容量値と同時に変化するはずである。
更例にとって望ましいものであり、図4(a)の変更例
は特に以下の欠点を有している:−容量値を変更する
と、有効構成要素8の駆動電圧が変化する;−供給電圧
と損失を減少させるための誘導同調手段を提供すること
がさらに必要となり、このような誘導手段のインダクタ
ンスは容量値と同時に変化するはずである。
【0038】図4(b)の回路では、有効構成要素8の
圧電材料は別々に駆動される2つの構成要素8aと8b
に分けられる。
圧電材料は別々に駆動される2つの構成要素8aと8b
に分けられる。
【0039】この構成要素の内の一方{図4(b)の構
成要素8a}は、固定インピーダンス・ジェネレータ
S、例えば電圧源によってだけ駆動される。
成要素8a}は、固定インピーダンス・ジェネレータ
S、例えば電圧源によってだけ駆動される。
【0040】他方の構成要素{図4(b)の構成要素8
b}は可変インピーダンス(キャパシタC)の両端の間
に搭載される。
b}は可変インピーダンス(キャパシタC)の両端の間
に搭載される。
【0041】可変インピーダンス後を修正することによ
り構成要素8bの剛性を修正することによって、有効構
成要素8全体の剛性が修正される。
り構成要素8bの剛性を修正することによって、有効構
成要素8全体の剛性が修正される。
【0042】図4(c)に示す変更例では、構成要素8
bは可変キャパシタに代えて選択的に操作可能なスイッ
チIcにより分路している。
bは可変キャパシタに代えて選択的に操作可能なスイッ
チIcにより分路している。
【0043】スイッチIcが開いているか閉じているか
によって、有効構成要素8bの剛性は最小値か最大値か
になる。
によって、有効構成要素8bの剛性は最小値か最大値か
になる。
【0044】次の2つのタイプの駆動方式が考えられ
る:−1つは励起周波数より高い周波数で駆動し、これ
によって、ある期間にわたる剛性の平均値が共振器に対
して必要な共振期間を与えるようにする。この関係は単
純な平均ではなく、その期間内でスイッチングが発生す
る時間によって異なることに注意を要する。
る:−1つは励起周波数より高い周波数で駆動し、これ
によって、ある期間にわたる剛性の平均値が共振器に対
して必要な共振期間を与えるようにする。この関係は単
純な平均ではなく、その期間内でスイッチングが発生す
る時間によって異なることに注意を要する。
【0045】−他方は励起周波数より低い周波数で駆動
し、これによって、短期間のグループと長期間のグルー
プに分けて、これらを合成したものが必要な平均期間に
等しくなるようにする。
し、これによって、短期間のグループと長期間のグルー
プに分けて、これらを合成したものが必要な平均期間に
等しくなるようにする。
【0046】回路が開いている場合、構成要素8bを圧
電材料の変形に対するセンサとして用いることが可能で
あることに注意を要する。
電材料の変形に対するセンサとして用いることが可能で
あることに注意を要する。
【0047】構成要素8bはこれも同様に、可変キャパ
シタに接続されると変形センサとして働くことが可能で
ある。この場合は明らかに、測定値の電気的勾配は容量
値の関数である。
シタに接続されると変形センサとして働くことが可能で
ある。この場合は明らかに、測定値の電気的勾配は容量
値の関数である。
【0048】以下の説明は圧電材料のプレストレス操作
に関する。圧電材料のプレストレス値σpの、その場で
引っ張り応力でないための最小値は次式で表される:
に関する。圧電材料のプレストレス値σpの、その場で
引っ張り応力でないための最小値は次式で表される:
【数4】 ここで、l=材料の長さ、E=ヤング率、Xn=各金属
ペタル6の法線方向の振動の振幅である。
ペタル6の法線方向の振動の振幅である。
【0049】次式もまた当てはまらなければならない:
【数5】 ここで、σmax=最大圧縮応力。
【0050】他方、共振周波数によって次のようにKが
定められる:
定められる:
【数6】 さらに、回転子/固定子担持力の発振部分の最大値ΔU
は次式で表される:
は次式で表される:
【数7】 回転子と固定子がいつも互いに担持契合する関係に留ま
るためには、プレストレス用のバネが、ΔU以上の静的
な力UOを発生しなければならない。この力にとってΔ
Uより遙かに大きいことは利益にならないが、その理由
は、こんなに大きいとモータの効率が減少するからであ
る。したがって、UOが実質的にΔUに等しいのが望ま
しい。
るためには、プレストレス用のバネが、ΔU以上の静的
な力UOを発生しなければならない。この力にとってΔ
Uより遙かに大きいことは利益にならないが、その理由
は、こんなに大きいとモータの効率が減少するからであ
る。したがって、UOが実質的にΔUに等しいのが望ま
しい。
【0051】力UOにとっても、セラミックをプレスト
レスして機械的構造を簡略化するためには、次の条件が
当てはまらなければならない:
レスして機械的構造を簡略化するためには、次の条件が
当てはまらなければならない:
【数8】 これは最終的には次式となる:
【数9】 このようにして、次の最初の条件を満足することは不可
能である:
能である:
【数10】 上記の問題に対する第1の解決策は、2つの材料から剛
性Kを持つ部材を並列に、すなわち1つを圧電性部材か
ら他方を金属製部材から作ることである。その引っ張り
力のゆえに、金属はプレストレス操作を省略することを
保証できる。この解決策は可能であるとはいえ、以下の
2つの主要な理由によって製造上の欠点を有する: −プレストレスを保証するために、金属は強固に質量中
に固定するまたは圧電材料を封入している小型の箱を形
成する必要があるが、この小さな箱はプレストレス操作
のために閉じていて、圧電材料に対する配線アクセスを
厳しく制限するに違いない; −囲んだり波形状を与えたりすることによって金属部分
を圧電構成要素よりも遙かにフレキシブルになるように
金属構成要素を設計することなくプレストレス定数を温
度の関数として維持するのが容易ではない。
性Kを持つ部材を並列に、すなわち1つを圧電性部材か
ら他方を金属製部材から作ることである。その引っ張り
力のゆえに、金属はプレストレス操作を省略することを
保証できる。この解決策は可能であるとはいえ、以下の
2つの主要な理由によって製造上の欠点を有する: −プレストレスを保証するために、金属は強固に質量中
に固定するまたは圧電材料を封入している小型の箱を形
成する必要があるが、この小さな箱はプレストレス操作
のために閉じていて、圧電材料に対する配線アクセスを
厳しく制限するに違いない; −囲んだり波形状を与えたりすることによって金属部分
を圧電構成要素よりも遙かにフレキシブルになるように
金属構成要素を設計することなくプレストレス定数を温
度の関数として維持するのが容易ではない。
【0052】この発明が提案する解決策は、図5に示す
ように、回転子・固定子の境界面のフレキシビリティを
利用するものである。フランス特許出願第95−141
69号は、金属ピンの電場を用いて振動を連続的な運動
に変換する効率を向上させるためのこのフレキシビリテ
ィの優れた効果について説明している。この境界面の構
造体の法線方向の剛性kの採用については幾分かの選択
幅がある。
ように、回転子・固定子の境界面のフレキシビリティを
利用するものである。フランス特許出願第95−141
69号は、金属ピンの電場を用いて振動を連続的な運動
に変換する効率を向上させるためのこのフレキシビリテ
ィの優れた効果について説明している。この境界面の構
造体の法線方向の剛性kの採用については幾分かの選択
幅がある。
【0053】本発明の1つの態様によれば、この境界面
の剛性は圧電材料のプレストレス操作という問題を解決
するように選択することを提案している。第1に、図1
を参照して述べた機械的発振器は2つの別々の法線振動
モードで起動することが可能であることに注意を要す
る。第1のモードでは、ディスク1a(または1b)の
それぞれ両側にある金属ペタル6は互いに同位相で、ま
た、回転子の他方のディスク、すなわちディスク1b
(または1a)のそれぞれ両側にあるペタルとは逆位相
で励起される。
の剛性は圧電材料のプレストレス操作という問題を解決
するように選択することを提案している。第1に、図1
を参照して述べた機械的発振器は2つの別々の法線振動
モードで起動することが可能であることに注意を要す
る。第1のモードでは、ディスク1a(または1b)の
それぞれ両側にある金属ペタル6は互いに同位相で、ま
た、回転子の他方のディスク、すなわちディスク1b
(または1a)のそれぞれ両側にあるペタルとは逆位相
で励起される。
【0054】この励起モードは、フランス特許出願第9
7−10948号で述べたモードと次式の共振周波数に
対応している:
7−10948号で述べたモードと次式の共振周波数に
対応している:
【数11】 しかしながら、回転子の同じディスク1aと1bのそれ
ぞれ両側の質量が逆位相で励起され、有効構成要素のそ
れぞれ両側の質量もまた逆位相で励起される第2の励起
モードが可能である。
ぞれ両側の質量が逆位相で励起され、有効構成要素のそ
れぞれ両側の質量もまた逆位相で励起される第2の励起
モードが可能である。
【0055】この第2のモードの周波数は次式で表され
る:
る:
【数12】 上の2つの周波数はすでに定められた次に示す周波数の
左右の辺の周波数である:
左右の辺の周波数である:
【数13】 これは、kを無限大に向かうようにすることによってF
1 の公式から得ることができる。
1 の公式から得ることができる。
【0056】所定の共振周波数F0に対して、平方根記
号内の相補的な項は、第2の固有振動モードを用いて、
同じF0値に対してより小さいK値を選ぶことが可能で
あることを意味している。すると、
号内の相補的な項は、第2の固有振動モードを用いて、
同じF0値に対してより小さいK値を選ぶことが可能で
あることを意味している。すると、
【数14】 という式で小さいSまたは大きいlを選択して、圧電材
料をプレストレスする要件を満足することが可能であ
る。
料をプレストレスする要件を満足することが可能であ
る。
【図1】本発明による振動モータの1つの実施形態を示
す断面図である。
す断面図である。
【図2】図1のモータの軸方向断面図である。
【図3】図1における構造体の1つの法線方向の発振器
を示す線図である。
を示す線図である。
【図4】図1におけるモータの法線共振周波数を調整す
る方法を(a)(b)(c)でそれぞれ示す回路図であ
る。
る方法を(a)(b)(c)でそれぞれ示す回路図であ
る。
【図5】図1における構造体の1つの法線方向の発振器
の別の線図である。
の別の線図である。
1a,1b 回転子(ディスク) 7 励起手段 8 (圧電有効)構成要素 C 可変インピーダンス S 電圧源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランソワ、ミュニエ フランス国ミンティニ‐ル‐ブルトヌー、 アレ、デ、ロマラン、7
Claims (10)
- 【請求項1】固定子と、回転子と、この回転子を回転駆
動するために接線方向の振動である接線振動モードと法
線方向の振動である法線振動モードとを組み合わせた振
動モードで前記固定子を変形させる励起手段と、を含む
振動モータにおいて、前記法線振動モードと前記接線振
動モードが類似の共振周波数、またはさらに同じ共振周
波数を有し、かつ励起周波数に実質的に対応するよう
に、前記回転子(1a、1b)と前記励起手段(7、
8)のディメンジョンが決められることを特徴とする振
動モータ。 - 【請求項2】動作中の前記法線振動モードおよび/また
は前記接線振動モードの共振周波数を補正する手段
(C、S、I)を含むことを特徴とする請求項1に記載
の振動モータ。 - 【請求項3】法線方向の振動を発生する前記励起手段
(8)が圧電有効構成要素を含み、かつこれら有効構成
要素(8)を駆動するための電気的手段が前記有効構成
要素(8)のヤング率を修正する手段を含むことを特徴
とする請求項2に記載の振動モータ。 - 【請求項4】有効構成要素(8)を駆動する前記電気的
手段は、前記有効構成要素が電圧源と電流源に交番で接
続されるように制御されるスイッチ回路を含み、駆動周
波数と動作周期が前記法線振動モードの必要な共振周波
数によって決まることを特徴とする請求項3に記載の振
動モータ。 - 【請求項5】有効構成要素(8)を駆動する前記電気的
手段が、可変インピーダンス(C)または等価回路と直
列に接続されている電圧源(S)から成ることを特徴と
する請求項3に記載の振動モータ。 - 【請求項6】可変インピーダンスを短絡する手段を含む
ことを特徴とする請求項5に記載の振動モータ。 - 【請求項7】有効構成要素(8)が2つの構成要素(8
a、8b)、すなわち固定インピーダンス源によって駆
動される一方の構成要素と、前記可変インピーダンス
(C)または選択的に操作可能なスイッチ(I)を分路
する他方の構成要素とに分割されることを特徴とする請
求項3に記載の振動モータ。 - 【請求項8】前記可変インピーダンス(C)が容量性の
タイプであることを特徴とする請求項5ないし請求項7
の何れかに記載の振動モータ。 - 【請求項9】フレーム中に、接線変形有効構成要素
(7)を含む少なくとも2対の固定子プレートと、前記
2つの対の前記プレート間に存在する2つの回転子ディ
スク(1a、1b)と、前記対面する双方の対の前記プ
レート間に存在する法線方向の力を発生する圧電有効構
成要素(8)と、前記プレート対と前記フレーム間に配
置されたバネ手段とを含むモータであって、法線方向の
力を発生する前記有効構成要素は、同じ回転子ディスク
のそれぞれ両側の質量が逆位相であり、前記有効構成要
素のそれぞれ両側の質量がまた逆位相であるように励起
され、前記有効構成要素のディメンジョンが、プレスト
レス条件に適合するように決められることを特徴とする
請求項1ないし請求項8の何れかに記載の振動モータ。 - 【請求項10】航空機の空気力学制御面を移動させるこ
とを特徴とする請求項1ないし請求項9の何れかに記載
の振動モータ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9810391 | 1998-08-13 | ||
FR9810391A FR2782420B1 (fr) | 1998-08-13 | 1998-08-13 | Perfectionnements aux moteurs a vibrations |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000060165A true JP2000060165A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=9529664
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11229336A Pending JP2000060165A (ja) | 1998-08-13 | 1999-08-13 | 振動モ―タ |
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Country | Link |
---|---|
US (1) | US6204590B1 (ja) |
EP (1) | EP0980102B1 (ja) |
JP (1) | JP2000060165A (ja) |
CA (1) | CA2280415C (ja) |
DE (1) | DE69911526T2 (ja) |
ES (1) | ES2207146T3 (ja) |
FR (1) | FR2782420B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4742277B2 (ja) * | 2005-02-07 | 2011-08-10 | 国立大学法人埼玉大学 | 等価容量型アクチュエータの駆動装置 |
Families Citing this family (12)
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---|---|---|---|---|
JP2001136761A (ja) * | 1999-11-02 | 2001-05-18 | Minolta Co Ltd | アクチュエータ |
FR2806225B1 (fr) * | 2000-03-10 | 2006-12-29 | Sagem | Moteurs a vibrations |
DE10018226A1 (de) * | 2000-04-12 | 2001-10-25 | Bosch Gmbh Robert | Sensorunabhängige Schwingungsamplitudenregelung |
FR2819649B1 (fr) * | 2001-01-17 | 2003-03-07 | Sagem | Moteur piezo-electrique |
US6567759B2 (en) * | 2001-03-29 | 2003-05-20 | Siemens Energy & Automation, Inc. | Motorized machine electrical system arc detection apparatus and methods |
FR2824967A1 (fr) | 2001-05-16 | 2002-11-22 | Sagem | Actionneur lineaire, notamment actionneur pour frein d'avion |
FR2825680B1 (fr) | 2001-06-07 | 2003-09-26 | Sagem | Actionneur de commande de vol primaire a moteur a vibration |
FR2844933B1 (fr) * | 2002-09-20 | 2004-11-26 | Sagem | Perfectionnements aux moteurs hautes puissances. |
FR2886487B1 (fr) * | 2005-05-31 | 2007-07-13 | Sagem Defense Securite | Perfectionnements aux rotors de moteurs hautes puissances |
EP2442704A1 (en) * | 2009-06-15 | 2012-04-25 | 3M Innovative Properties Company | Grout cleaning tool |
EP4305653A1 (en) | 2021-03-12 | 2024-01-17 | Essex Industries, Inc. | Rocker switch |
US11688568B2 (en) | 2021-03-15 | 2023-06-27 | Essex Industries, Inc. | Five-position switch |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59181585A (ja) * | 1983-03-31 | 1984-10-16 | Toshiba Corp | 変位発生装置 |
JPH02214478A (ja) * | 1989-02-15 | 1990-08-27 | Aisin Seiki Co Ltd | 超音波モータ |
US5783898A (en) * | 1996-02-26 | 1998-07-21 | Mcdonnell Douglas Corporation | Piezoelectric shunts for simultaneous vibration reduction and damping of multiple vibration modes |
FR2767980B1 (fr) * | 1997-09-03 | 1999-11-26 | Sfim Ind | Perfectionnements aux moteurs a vibrations |
-
1998
- 1998-08-13 FR FR9810391A patent/FR2782420B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-08-11 DE DE69911526T patent/DE69911526T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-08-11 EP EP99402039A patent/EP0980102B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1999-08-11 ES ES99402039T patent/ES2207146T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1999-08-12 US US09/373,003 patent/US6204590B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-08-12 CA CA2280415A patent/CA2280415C/fr not_active Expired - Fee Related
- 1999-08-13 JP JP11229336A patent/JP2000060165A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4742277B2 (ja) * | 2005-02-07 | 2011-08-10 | 国立大学法人埼玉大学 | 等価容量型アクチュエータの駆動装置 |
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EP0980102B1 (fr) | 2003-09-24 |
EP0980102A1 (fr) | 2000-02-16 |
FR2782420A1 (fr) | 2000-02-18 |
ES2207146T3 (es) | 2004-05-16 |
DE69911526D1 (de) | 2003-10-30 |
DE69911526T2 (de) | 2004-07-01 |
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