JP2615953B2 - 超音波モータとその駆動方法 - Google Patents
超音波モータとその駆動方法Info
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- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 13
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 241000981595 Zoysia japonica Species 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
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-
- 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
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/0045—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with torsion or shear modes
-
- 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
- H02N2/106—Langevin motors
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波モータおよびその駆動方法に関し、特
にステータである圧電振動子に超音波振動を励振させ前
記ステータに圧接されたロータを摩擦力によって回転さ
せる超音波モータおよびその駆動方法に関する。
にステータである圧電振動子に超音波振動を励振させ前
記ステータに圧接されたロータを摩擦力によって回転さ
せる超音波モータおよびその駆動方法に関する。
従来、かかる超音波モータとしては、縦一捩り複合圧
電振動子を有するステータの端面にロータを圧接し、こ
れを摩擦力により回転させる構成の超音波モータが知ら
れている。例えば、かかるモータは特開昭61−12177号
公報等にも記載されている通りである。
電振動子を有するステータの端面にロータを圧接し、こ
れを摩擦力により回転させる構成の超音波モータが知ら
れている。例えば、かかるモータは特開昭61−12177号
公報等にも記載されている通りである。
第４図はかかる従来の一例を示す超音波モータの断面
図である。
図である。
第４図に示すように、この従来の超音波モータは捩り
振動励振用圧電素子41と縦振動励振用圧電素子42とを円
柱あるいは円筒状超音波振動体43および44で挾みボルト
で締めつけることにより一体化したステータと、このス
テータ端面に圧接したロータ45とを有し、捩り振動励振
用圧電素子41と縦振動励振用圧電素子42とにそれぞれ独
立の交流電圧を印加して前記ステータの端面に楕円運動
を誘起し、この楕円運動を利用してロータ45に回転運動
を与えるものである。
振動励振用圧電素子41と縦振動励振用圧電素子42とを円
柱あるいは円筒状超音波振動体43および44で挾みボルト
で締めつけることにより一体化したステータと、このス
テータ端面に圧接したロータ45とを有し、捩り振動励振
用圧電素子41と縦振動励振用圧電素子42とにそれぞれ独
立の交流電圧を印加して前記ステータの端面に楕円運動
を誘起し、この楕円運動を利用してロータ45に回転運動
を与えるものである。
ところで、捩り振動波の音速は縦振動波の約６割であ
るため、上述した構成のステータにおいて、捩り振動の
共振周波数と縦振動の共振周波数とを一致させることは
困難である。従って、上述した構成のステータにおい
て、捩り振動を共振駆動させれば縦振動は非共振駆動と
なり、逆に縦振動を共振駆動させれば捩り振動は非共振
駆動となる。
るため、上述した構成のステータにおいて、捩り振動の
共振周波数と縦振動の共振周波数とを一致させることは
困難である。従って、上述した構成のステータにおい
て、捩り振動を共振駆動させれば縦振動は非共振駆動と
なり、逆に縦振動を共振駆動させれば捩り振動は非共振
駆動となる。
周知のように、非共振駆動は共振駆動と比較して、同
一電力で駆動する場合には得られる振幅が極端に小さく
なる。その結果、上述した構成のステータ端面に誘起さ
れる楕円運動の振幅は縦方向あるいは捩れ方向いずれか
一方の振幅が小さくなってしまうために、効率の高いモ
ータを実現することができないという欠点がある。
一電力で駆動する場合には得られる振幅が極端に小さく
なる。その結果、上述した構成のステータ端面に誘起さ
れる楕円運動の振幅は縦方向あるいは捩れ方向いずれか
一方の振幅が小さくなってしまうために、効率の高いモ
ータを実現することができないという欠点がある。
また、上述した構成のステータにおいて、捩り振動励
振用圧電素子と縦振動励振用圧電素子とに互いに異なっ
た周波数の交流電圧を印加することにより、二種類の振
動を共振駆動させることも可能ではあるが、この場合に
は共振周波数が異なるため、ステータの端面に規則的に
楕円運動を誘起することができず、ロータを安定して回
転させることができないという欠点がある。
振用圧電素子と縦振動励振用圧電素子とに互いに異なっ
た周波数の交流電圧を印加することにより、二種類の振
動を共振駆動させることも可能ではあるが、この場合に
は共振周波数が異なるため、ステータの端面に規則的に
楕円運動を誘起することができず、ロータを安定して回
転させることができないという欠点がある。
本発明の目的は、かかるステータおよびロータを高効
率で且つ安定して回転させることのできる超音波モータ
とその駆動方法を提供することにある。
率で且つ安定して回転させることのできる超音波モータ
とその駆動方法を提供することにある。
本発明の超音波モータは、縦一捩り複合圧電振動子を
ステータとして超音波振動を励起させ、前記ステータに
圧接されたロータを回転させる超音波モータにおいて、
前記ロータの圧接面を凸状面とし且つその凸状面が圧接
方向に対してばね手段を形成するように前記ロータが中
ぐりされて構成される。
ステータとして超音波振動を励起させ、前記ステータに
圧接されたロータを回転させる超音波モータにおいて、
前記ロータの圧接面を凸状面とし且つその凸状面が圧接
方向に対してばね手段を形成するように前記ロータが中
ぐりされて構成される。
また、本発明の超音波モータの駆動方法は、超音波モ
ータを駆動する超音波モータの駆動方法において、前記
ロータおよびステータの圧接力を調整して前記ロータの
凸状面とステータ面との接触面積を変えることにより、
前記ロータおよびステータ全体の縦振動の共振周波数を
捩れ振動の共振周波数に一致させて駆動するように構成
される。
ータを駆動する超音波モータの駆動方法において、前記
ロータおよびステータの圧接力を調整して前記ロータの
凸状面とステータ面との接触面積を変えることにより、
前記ロータおよびステータ全体の縦振動の共振周波数を
捩れ振動の共振周波数に一致させて駆動するように構成
される。
本発明の超音波モータを構成するステータは単体では
捩り振動半波長共振周波数と縦振動半波長共振周波数と
が異っている。しかし、このステータにロータを圧接す
ると、捩り振動はステータとロータの圧接境界が摺動面
となっているため振動の拘束にならず捩り振動共振周波
数はほとんど変化しないが、縦振動はロータの質量が作
用する方向の振動であるためステータとロータからなる
全体の構成による縦振動共振周波数が生じる。本発明の
ロータは圧接面が凸状の面を有し、且つその凸状面が圧
接方向に対してばね性をもつように中ぐりされている。
従って、ネジの如き手段でロータをステータに締付け圧
接すると、圧接力の増大によってロータ凸面とステータ
面との接触面積が増大する。この接触面積の変化はステ
ータとロータの結合力の変化となり縦振動の共振周波数
が変化することになる。それ故、このロータとステータ
の締付け力の調整により縦振動を捩り振動の共振周波数
に一致させることができ、同一周波数で共振駆動するこ
とができる。
捩り振動半波長共振周波数と縦振動半波長共振周波数と
が異っている。しかし、このステータにロータを圧接す
ると、捩り振動はステータとロータの圧接境界が摺動面
となっているため振動の拘束にならず捩り振動共振周波
数はほとんど変化しないが、縦振動はロータの質量が作
用する方向の振動であるためステータとロータからなる
全体の構成による縦振動共振周波数が生じる。本発明の
ロータは圧接面が凸状の面を有し、且つその凸状面が圧
接方向に対してばね性をもつように中ぐりされている。
従って、ネジの如き手段でロータをステータに締付け圧
接すると、圧接力の増大によってロータ凸面とステータ
面との接触面積が増大する。この接触面積の変化はステ
ータとロータの結合力の変化となり縦振動の共振周波数
が変化することになる。それ故、このロータとステータ
の締付け力の調整により縦振動を捩り振動の共振周波数
に一致させることができ、同一周波数で共振駆動するこ
とができる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例を示す超音波モータの断面
図である。
図である。
第１図に示すように、本実施例はステータ10と、この
ステータ10に接触する凸状面21を有し中ぐりされたロー
タ17とを備えている。このステータ10は捩り振動励振用
圧電セラミック素子11と縦振動励振用圧電セラミック素
子12を二つの金属ブロック13,14で挾み、ボルト15,ナッ
ト16を用いて強固に締付けて構成される。この捩り振動
励振用圧電セラミック素子11は外径20mm、内径8mm、厚
さ0.5mmの円周方向に分極されたセラミック板が積層さ
れて構成され、各セラミック板の上下面はメタライズさ
れ、間に金属薄板を挾み極性が互いに逆になるように積
層されている。かかる金属薄板は外部で電気的に並列接
続されている。また、縦振動励振用圧電セラミック素子
12は外径20mm、内径8mm、厚さ0.5mmの厚み方向に分極さ
れたセラミック板を積層したものであり、構成は前述し
た捩り振動励振用11に準じている。
ステータ10に接触する凸状面21を有し中ぐりされたロー
タ17とを備えている。このステータ10は捩り振動励振用
圧電セラミック素子11と縦振動励振用圧電セラミック素
子12を二つの金属ブロック13,14で挾み、ボルト15,ナッ
ト16を用いて強固に締付けて構成される。この捩り振動
励振用圧電セラミック素子11は外径20mm、内径8mm、厚
さ0.5mmの円周方向に分極されたセラミック板が積層さ
れて構成され、各セラミック板の上下面はメタライズさ
れ、間に金属薄板を挾み極性が互いに逆になるように積
層されている。かかる金属薄板は外部で電気的に並列接
続されている。また、縦振動励振用圧電セラミック素子
12は外径20mm、内径8mm、厚さ0.5mmの厚み方向に分極さ
れたセラミック板を積層したものであり、構成は前述し
た捩り振動励振用11に準じている。
一方、上述構成のステータ10に対向配置されたロータ
17はベアリング18が挿入されてボルト15にはめ込まれ、
圧接用ナット19およびスペーサ20によりステータ10の金
属ブロック13に締付けられ圧接されている。このロータ
17はステータ10に対向する圧接面21がテーパ状の凸面と
なっており、しかもこの圧接面21がばね性をもつように
ロータ17の内部が中ぐりされている。従って、圧接用ナ
ット19によりロータ17をステータ10に締付けると、ロー
タ17はその締付力を受けて圧接面21が変形する。
17はベアリング18が挿入されてボルト15にはめ込まれ、
圧接用ナット19およびスペーサ20によりステータ10の金
属ブロック13に締付けられ圧接されている。このロータ
17はステータ10に対向する圧接面21がテーパ状の凸面と
なっており、しかもこの圧接面21がばね性をもつように
ロータ17の内部が中ぐりされている。従って、圧接用ナ
ット19によりロータ17をステータ10に締付けると、ロー
タ17はその締付力を受けて圧接面21が変形する。
第２図は第１図における超音波モータを構成するかか
るロータの断面図である。
るロータの断面図である。
第２図に示すように、このロータ17は圧接用ナットに
より矢印A,Bに示す締付力を受けると圧接面21が破線の
ように変形する。
より矢印A,Bに示す締付力を受けると圧接面21が破線の
ように変形する。
このとき、圧接面21は凸状であるため、締付け力が増
すにしたがってステータ10の面になじむように接触面積
が増加する。この結果、ステータ10とロータ17の接合に
よりモータ全体の縦振動の共振周波数が生じるので、締
付け力を調整することにより縦振動の共振周波数を捩り
振動共振周波数に一致させることができる。この結果、
縦と捩りの振動を同一の共振周波数で駆動できるので、
ロータ17は高効率で回転することができる。
すにしたがってステータ10の面になじむように接触面積
が増加する。この結果、ステータ10とロータ17の接合に
よりモータ全体の縦振動の共振周波数が生じるので、締
付け力を調整することにより縦振動の共振周波数を捩り
振動共振周波数に一致させることができる。この結果、
縦と捩りの振動を同一の共振周波数で駆動できるので、
ロータ17は高効率で回転することができる。
また、本実施例のロータ17は自らばね性を有するの
で、締付け力の調整および縦振動の共振周波数の調整が
容易になる。更に、ロータ17の中ぐり加工により、各種
ばね性の異なるロータが得られるので、形状寸法を変え
ることにより合成振動の共振周波数を調整することもで
きるようになる。
で、締付け力の調整および縦振動の共振周波数の調整が
容易になる。更に、ロータ17の中ぐり加工により、各種
ばね性の異なるロータが得られるので、形状寸法を変え
ることにより合成振動の共振周波数を調整することもで
きるようになる。
第３図は本発明の他の実施例を説明するための超音波
モータを構成するロータの断面図である。
モータを構成するロータの断面図である。
第３図に示すように、本実施例におけるロータ22の圧
接面23は球状の凸面を形成しているとともに、ロータ22
は中ぐりされている。かかるロータ22の場合でも、ロー
タ22と圧接面23に接触するステータとの締付力を変化さ
せることにより、二つの共振周波数を前述した実施例と
同様に一致させることができる。
接面23は球状の凸面を形成しているとともに、ロータ22
は中ぐりされている。かかるロータ22の場合でも、ロー
タ22と圧接面23に接触するステータとの締付力を変化さ
せることにより、二つの共振周波数を前述した実施例と
同様に一致させることができる。
以上説明したように、本発明の超音波モータとその駆
動方法は、モータ全体の構成で共振周波数が決められる
縦振動と略ステータで決まる捩り振動共振とを利用した
ものであり、しかも縦振動の共振周波数のみをロータと
ステータの締付力で変化させる構成とすることにより、
容易に二つの共振周波数を一致させることができるの
で、高効率の超音波モータを実現できるという効果があ
る。
動方法は、モータ全体の構成で共振周波数が決められる
縦振動と略ステータで決まる捩り振動共振とを利用した
ものであり、しかも縦振動の共振周波数のみをロータと
ステータの締付力で変化させる構成とすることにより、
容易に二つの共振周波数を一致させることができるの
で、高効率の超音波モータを実現できるという効果があ
る。
また、本発明はロータ自体にばね性を持たせることに
より、コイルばねが不用になるので、小型且つ安定した
超音波モータおよびその駆動方法が実現されるという効
果がある。
より、コイルばねが不用になるので、小型且つ安定した
超音波モータおよびその駆動方法が実現されるという効
果がある。
第１図は本発明の一実施例を示す超音波モータの断面
図、第２図は第１図における超音波モータを構成するロ
ータの断面図、第３図は本発明の他の実施例を説明する
ための超音波モータを構成するロータの断面図、第４図
は従来の一例を示す超音波モータの断面図である。 10……ステータ、11……捩り振動励振用圧電セラミック
素子、12……縦振動励振用圧電セラミック素子、13,14
……金属ブロック、15……ボルト、16……ナット、17,2
2……ロータ、18……ベアリング、19……圧接用ナッ
ト、20……スペーサ、21,22……圧接面。
図、第２図は第１図における超音波モータを構成するロ
ータの断面図、第３図は本発明の他の実施例を説明する
ための超音波モータを構成するロータの断面図、第４図
は従来の一例を示す超音波モータの断面図である。 10……ステータ、11……捩り振動励振用圧電セラミック
素子、12……縦振動励振用圧電セラミック素子、13,14
……金属ブロック、15……ボルト、16……ナット、17,2
2……ロータ、18……ベアリング、19……圧接用ナッ
ト、20……スペーサ、21,22……圧接面。
フロントページの続き (72)発明者 井上 武志 東京都港区芝５丁目33番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 高橋 貞行 東京都港区芝５丁目33番１号 日本電気 株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】縦一捩り複合圧電振動子をステータとして
超音波振動を励起させ、前記ステータに圧接されたロー
タを回転させる超音波モータにおいて、前記ロータの圧
接面を凸状面とし且つその凸状面が圧接方向に対してば
ね手段を形成するように前記ロータが中ぐりされている
ことを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項２】請求項１記載の超音波モータを駆動する超
音波モータの駆動方法において、前記ロータおよびステ
ータの圧接力を調整して前記ロータの凸状面とステータ
面との接触面積を変えることにより、前記ロータおよび
ステータ全体の縦振動の共振周波数を捩れ振動の共振周
波数に一致させて駆動することを特徴とする超音波モー
タの駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63325192A JP2615953B2 (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 超音波モータとその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63325192A JP2615953B2 (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 超音波モータとその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02168870A JPH02168870A (ja) | 1990-06-28 |
| JP2615953B2 true JP2615953B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=18174042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63325192A Expired - Lifetime JP2615953B2 (ja) | 1988-12-22 | 1988-12-22 | 超音波モータとその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2615953B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102005967B (zh) * | 2010-12-07 | 2012-08-15 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种频率控制转向的单驱动微型压电马达 |
| CN109951102B (zh) * | 2019-04-09 | 2020-05-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种两自由度超精密压电驱动平台及其激励方法 |
-
1988
- 1988-12-22 JP JP63325192A patent/JP2615953B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02168870A (ja) | 1990-06-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080311 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |