JPH01264579A - 進行波形超音波モータの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、多数の電極に分割された圧電体を未分極処理
電極を介して２領域に分割し、それぞれに圧電体の共振
周波数に等しい周波数で位相差のある交流電圧を入力し
、前記圧電体に接着により一体化された弾性体に生ずる
進行波によって回転体を駆ｆｆｉ！＋　ｉ−る進行波形
超音波モー夕の制御方法に関する。

（従来の技術） 従来、磁石と、コイルに電流を流づことによって生ずる
電磁石との相互作用によって、電気エネルギーを回転運
動どしての機械エネルギーに変換するモータは広く用い
られている。この電磁力を応用したモータに代る装置と
して超音波エネルギーを利用するモータが提案されてい
る。第４図はこの種のモータの＝例の進行波形超音波モ
ータ（以下進行波モータという）の動作原理の説明図で
ある。図において、１は弾性体で、その表面１′上に進
行波が形成された状態を示している。

弾性体１の表面１′上には楕円振動が形成される。今、
表面１′の質点△に着目すると、横振幅ａ　（上下方向
）と縦振幅ｂ　（左右方向）の楕円軌跡Ｑ上を矢印Ｍの
方向に運動しており、この状態の下で運動が自由な動体
２の表面を弾性体１の表面上に加圧接触さぼると動体２
は弾性体１の進行波の頂点へ及びＡ′の部分でのみ接触
しており、且つ、頂点Ａ、Ａ’　は矢印Ｍの方向に運動
しているので、動体２は弾性体１との摩擦ににって矢印
Ｎの方向に駆動される。

上記の動作原理に基づく進行波モータの一例の断面図を
第２図に示す。図において、円環状弾性体１１は導電体
で作られ、その表面に円環状圧電体１２を接着し、円環
状圧電体１２が円環状弾性体１１を励振して一体として
振動するようになっている。１３は円環状弾性体１１に
圧接されて円環状弾性体１１に生ずる駆動力により回転
Ｊ−る回転子である。回転子１３はばね１４により適度
な加圧力で円環状弾性体１１に圧接されていて、出力軸
１５から回転エネルギーを出力している。

円環状圧電体１２の構成の一例を第３図に示す。

図において、（イ）図は円環状圧電体１２の表面の図で
、（ロ）図は裏面の図である。（イ）図に示すように円
環状圧電体１２は例えば２０°毎に分割された１６個の
互いに隣接する部分が交互に厚み方向に分極処理された
電極２１〜２８及び３１〜３８と未分極処理電極４０及
び４１で構成される。電極２１〜２８の８個の電極より
成る領域をＡとし、電極３１〜３８の８個の電極から成
る領域をＢとする。領域Ａと領域Ｂの各構成電極部は成
る瞬間の入力に対して奇数番号の素子が伸長Ｊ−ると偶
数番号の素子は収縮するものである。図においては≠の
瞬間において伸長する素子を＋°″、′収縮する素子を
ＬＬ　　Ｉ＋で表示している。（ロ）図は裏面の図で、
電極２１〜２８から成る領域△の裏面の電極は一体化さ
れて電極Δ５１を構成し、電極３１〜３８から成る領域
Ｂの裏面の電極は一体化されて電極Ｂ５２を構成してい
る。

上記のように構成された円環状圧電体１２において、導
電体０作られた円環状弾性体１１により電気的に一体化
された表面をコモン端子とし、電極Ａ５１にＶｏｓｉｎ
ωｔ、電極Ｂ　５’　２にｙｏｃｏｓωｔの交流電圧を
印加して９０’位相差の成る交流電圧を領域△と領域［
３に与えている。

この交流電圧の周波数が一体になった円環状圧電体１２
と円環状弾性体１１とで決まる共振周波数と略等しくな
ったとぎ、固定子は共振し、円周方向に屈曲振動を起す
。ここで、例えば第３図の未分極処理電極４１を（３／
４）人に選ぶと、この領域Ａと領域Ｂとに発生した波が
相互に干渉を起し、合成されて進行波となり、回転子１
４を回転させる。この回転の安定を計るため、円環状圧
電体１２の未分極処理電極４０から信号を引き出してそ
の信号振幅を最大にさせるにうに印加する交流電圧の周
波数を変化させている。印加した交流電圧の周波数が円
環状圧電体１２の共振周波数に合致しＩＣとき回転効率
が最高どなり、最大トルクが得られる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記のように発生した進行波は円環状弾性体
に圧接された回転子１３を回転させている。このように
円環状弾性体１１はばね１４により圧接された回転子１
３を□摩擦力によって摺動して回転させているため相互
に摩耗すると共に摩擦熱を生ずる。この発熱により一体
化された円環状圧電体１２と円環状弾性体１１の共振周
波数が低くなり、入力交流電圧の周波数とのずれを生ず
るため回転力が低下し、回転数か落ちてくる。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目
的は、発熱による共振周波数のずれを補正することので
きる進行波形超音波モータの制御方法を提供することに
ある。

（課題を解決するための手段） 前記の課題を解決する本発明は、多数の電極に分割され
た圧電体を未分極処理電極を介して企領域に分割゛し、
それぞれに圧電体の共振周波数に等しい周波数で位相差
のある交流電圧を入力し、前記圧電体に接着により一体
化された弾性体に生ずる進行波によって回転体を駆動す
る進行波形超音波モータの制御方法において、前配圧電
体と弾性体とが一体化された振動体に温度センサーを取
り付け温度センナの出力によって前記圧電体に印加する
交流電圧の周波数を変化さ櫨ることを特徴とするもので
ある。

（作用） 圧電体と弾性体が一体化された振動体に取り付けられた
温度センサは前記振動体の温度に比例した電圧を発生し
、圧電体に印加する交流電圧の周波数をｍ度に応じて変
化させる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例の方法を実施する回路である
。図において、６１は第２図に示す円環状圧電体１２と
円環状弾性体１１の発生する進行波によって回転子１３
が回転する超音波モータ、６２は金属製の円環状弾性体
１１に取り付（ブて円環状圧電体１２を含めた振動体の
温度を測定して温度に比例した電圧を発生づ−る温度セ
ンサで、出力電圧は電圧−周波数変換器（以下ＶＦＣと
いう）６３に入力される。

発生した交流電圧、）　ｓｉｎωｔと、移相器６４によ
り９０’位相を変換された交流電圧ＶＯＣＯ３ωｔとが
超音波モータ６１に印加される。

次に、上記の回路の動作と温度補償方法を説明する。温
度センサ６２は超音波モータ６１の回転ににる発熱のた
め上昇した温度に比例する電圧を発生し、ＶＦＣ６３に
電圧信号を与える。ＶＦＣ６３は入力電圧が高いと低下
する周波数の交流電圧ｖｏＳ１ｎ（１）ｔを発生し、移
相器６４によって９０°位相をシフトされた信号Ｖｏ　
ｓｉｎ　（１）ｔと共に超音波モータ６１に供給される
。この印加された交流電圧の周波数は温度変化に応じて
変化するため、円環状弾性体１７と円環状圧電体１２の
発熱による温度上昇により変化する共振周波数に常に合
致した周波数で前記円環状圧電体１２を発振させる。

以上説明したように本発明の方法では、円環状弾性体又
は円環状圧電体に温度に比例した電圧を発生リ−る温度
センサを取り付（プて、この出力電圧の上昇に反して低
下する周波数の交流電圧によって回転することにより、
発熱による共振周波数の変化を補償することができるよ
うになる。さらに、ロータリーエンコーダからの回転数
信号等と温度センサからの信号とを併用することも可能
である。

＝７＝ （発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、圧電体の発
熱による共振点のずれを自動的に補正することができる
Ｊ：うになって、実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施Ｊ−る回路のブロック図、
第２図は進行波モータの断面図、第３図は進行波モータ
に用いる円環状圧電体の椙造図、第４図は進行波モータ
の原理説明図である。 １１・・・円環状弾性体　　１２・・・円環状圧電体１
３・・・回転子　　　　　１４・・・ばね２１〜２８．
３１〜３８・・・電極 ４０．４１，４２．４３・・・未分極処理電極６１・・
・超音波モータ　　６２・・・温度センサ６３・・・Ｖ
ＦＣ６４・・・移相器 特許出願人　　　フォスター電機株式会社代　　埋　　
人　　　弁理士　　　井　　島　　藤　　治外１名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　多数の電極に分割された圧電体を未分極処理電極を介
   して２領域に分割し、それぞれに圧電体の共振周波数に
   等しい周波数で位相差のある交流電圧を入力し、前記圧
   電体に接着により一体化された弾性体に生ずる進行波に
   よって回転体を駆動する進行波形超音波モータの制御方
   法において、前記圧電体と弾性体とが一体化された振動
   体に温度センサを取り付け温度センサの出力によって前
   記圧電体に印加する交流電圧の周波数を変化させること
   を特徴とする進行波形超音波モータの制御方法。