JPH08237969A - 回転子位置または回転子回転数あるいはその両方に関する情報を与える圧電モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転子の位置または回転数あるいはその両方
についての信頼性ある情報を提供する構成を備える圧電
モータを提供する。 【解決手段】 環状回転子（２０）の後縁面（２１）に
沿って、音響インピーダンス・スペクトルが異なる肉厚
（２９）の薄い領域（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）と肉厚
の厚い領域（２５ａ、２５ｂ、２５ｃ）とを設ける。回
転子（２０）の回転中、前記領域（２４ａ、２４ｂ、２
４ｃ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ）は固定子（１３）の圧
電励振子（１５）により交互に励振される。定期的に変
化する音響インピーダンス・スペクトルが、モータ（１
０）の電気インピーダンス・スペクトルに影響を与え
る。この音響インピーダンス・スペクトルの変化をモー
タ（１０）の電圧供給接続を介して測定し、固定子（１
３）と回転子（２０）の間の相対的な位置変化として認
識する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定子および回転
子を形成する２つの要素を具備する圧電モータに関し、
前記要素のうち少なくとも第１の要素が、前記第１の要
素の作用領域の少なくとも作用部分の周期運動を起こさ
せる振動波を発生する手段を具備し、前記第１の要素の
作用部分の周期運動が第２の要素の少なくとも受動部分
に影響を与え、その結果前記２つの要素（１３、２０、
２０’）の間で相対運動が生じるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】このようなモータは相互圧電効果を基礎
にしている。この圧電効果により、圧電励振子が交流電
圧によって励振され、固定子が、例えば超音波の振動数
で機械的振動を起こす。適当な構成によれば、固定子の
振動に回転子の回転運動を見込んでおくことができる。
従来のモータは、非同期的挙動をするため、回転子の位
置および回転数を知るには、装置を追加する必要があ
る。

【０００３】欧州特許ＥＰ５０５８４８号明細書に記載
の圧電モータは、半径方向外側に向かって延びる接点を
有する固定印刷回路を設けた固定子を備えている。回転
子には、ブラッシング・アームを設けてあり、そのた
め、回転子の位置と回転数についての情報をモータの外
部に提供することが可能である。

【０００４】このような構成を操作した経験から、基本
的機能は十分であるにもかかわらず、機械的摩擦がモー
タ全体の寿命を短くし、また製造コストが著しく増大す
ることが分かった。加えて、特に小型モータに関して
は、必要な追加スペースおよび接触箇所の摩擦による作
動効果の低下が重要な役割を果たしている。

【０００５】光線により、回転子の位置または回転数あ
るいはその両方を決定する光学的構成も知られている。

【０００６】このような解決策でも、コスト、モータ内
の追加要素、および追加要素と関連した製造コストが相
当なものになる。また、このような構成によれば、特に
小型モータについて、モータの寸法が大きくなり、ま
た、光線を供給するのに必要な追加エネルギーの消費に
より作動効果が低下する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、回転子の位置または回転数あるいはその両方につ
いての信頼性ある情報を提供する構成を備え、著しい摩
擦を防ぎ、長期寿命を保証し、モータの寸法の増大を避
けるとともに、最低限の追加エネルギーしか必要とせ
ず、構造が簡単で製造コストが低い圧電モータを提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、固定子および回転子を形成する２つの要素を
備える圧電モータであって、前記要素のうち少なくとも
第１の要素が、その作用領域の少なくとも作用部分に周
期運動を起こさせる振動波を発生する手段を具備し、前
記第１の要素の作用部分の周期運動が第２の要素の少な
くとも受動部分に影響を与え、その結果前記２つの要素
の間に相対運動を生じる圧電モータにおいて、前記第２
の要素に、ほぼ受動部分に沿って配設した複数の領域を
備え、この領域のうち少なくとも第１の領域が第１の音
響インピーダンス・スペクトルを有し、少なくとも第２
の領域が、第１の音響インピーダンス・スペクトルと異
なる第２の音響インピーダンス・スペクトルを有するこ
とを特徴とする。

【０００９】この手段により、回転子の位置および回転
子の回転数に関する信頼性のある情報が、モータの電力
供給接点から直接得られる。この目標を達成するにあた
って、当該モータでは追加要素を必要としないため、モ
ータの寿命に悪影響がでず、寸法の増加がない。回転子
および電力供給装置に対するごくわずかな変更が必要に
なるだけである。

【００１０】好適な実施態様によれば、回転子は、例え
ば、局所的に見た場合、中実材料領域とは音響インピー
ダンスが異なるという特徴を有する、円弧状部分を有す
るスリットを有する領域をもつ。このように、作動中、
回転子の位置または回転数あるいはその両方に関する情
報を運ぶ働きをする電圧供給変数が、少なくとも１つ変
化する。射出成形の過程で例えば回転子とともに成形で
きるため、本発明において設けたスリットは追加の製造
コストを必要としない。

【００１１】第１の有利な電圧供給および測定装置は、
供給電圧および供給電流間の一定した位相、好ましくは
ゼロ位相に従って周波数を制御し、周波数の時間に関す
る一定しない周期的変化の過程を固定子に対する回転子
の位置変化としてとらえる。この電圧供給および測定装
置は、構造が簡単で、かつわずかな追加コストしか必要
としない。

【００１２】第２の有利な電圧供給および測定装置にあ
っては、圧電モータが作動周波数を供給し、作動中、こ
の周波数もスリットにより、時間に関して一定しない周
期的変化を起こし、当該電圧供給および測定装置がこの
変化を測定し、回転子の位置または回転数あるいはその
両方として変化をとらえる。この装置では、作動効果高
める上で都合のよい作動を見込んでおり、コストも非常
に安い。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しながら
本発明を複数の実施形態によって説明する。

【００１４】図１は圧電モータ１０の第１の実施形態を
示す図である。この実施形態については、以下詳細な説
明を省く。本発明に直接関係のない構造上の細部につい
ては、前記欧州特許ＥＰ５０５８４８号明細書の図１お
よび図２に示した第１の実施形態を参照されたい。例え
ば、固定子の場合などがこれに当たる。

【００１５】圧電モータ１０は、環状基板１１に固定さ
れている。この基板の中心には、回転軸１２が設けられ
ている。以下、この回転軸を基準軸とする。

【００１６】平板な成形固定子１３が基板１１にしっか
りと固定されており、この固定子は原則として、共鳴板
１４で構成され、この共鳴板には環状圧電励振子１５
が、例えば接着などの方法により固定されている。励振
子の給電用接続は図示していない。励振子１５は、セラ
ミック材料で製造することができる。共鳴板１４には、
円形部分１６があって、励振子１５で覆われており、こ
の円形部分から３つの共鳴翼１７ａ、１７ｂ、１７ｃが
外側に向かって延び、固定子の外観がプロペラのように
なっている。

【００１７】この共鳴翼１７ａ、１７ｂ、１７ｃそれぞ
れの上に、外側に向かって突き出たノミ状の共鳴歯１８
ａ、１８ｂ、１８ｃが形成してあり、回転軸１２に平行
な直線に幾何学的につながっている。ところが、実際に
は直線にはならず、狭小な領域になっている。この共鳴
歯１８ａ、１８ｂ、１８ｃには、それぞれいわゆる押圧
部分１９ａ、１９ｂ、１９ｃが設けてあり、回転軸１２
に対して円筒ジャケットの一部を形成している。

【００１８】この押圧部分１９ａ、１９ｂ、１９ｃに対
して、基板１１上に移動可能に配設され、円筒ジャケッ
ト状の内部後縁面２１を備えた環状回転子２０が圧接し
ている。後縁面２１は、回転子の後縁面と同心になった
外部表面２２とともに、両者間の回転子幅２３を決めて
いる。

【００１９】回転子２０を貫通する環状とされた３つの
同様なスリット２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、３つの同様
な中実材料領域２５ａ、２５ｂ、２５ｃにより相互に分
離されている。３つのスリット２４ａ、２４ｂ、２４ｃ
および３つの中実材料領域２５ａ、２５ｂ、２５ｃの代
表として、スリット２４ｂおよび中実材料領域２５ｂに
ついて、以下回転軸１２と関連させて説明する。

【００２０】スリット２４ｂは、局所的に回転子２０を
狭小な内部回転子域２６ｂと外部回転子域２７ｂに分離
している。スリット２４ｂの幅は２８ｂ、内部回転子域
２６ｂの幅は、半径方向に測って２９ｂである。スリッ
ト２４ｂは、角度３０ｂにわたって延び、中実材料領域
２５ｂは角度３１ｂにわたって延び、両方の角度とも６
０°になっている。

【００２１】図１に示す、本発明の圧電モータ１０の圧
電励振子１５には、例えば２００ｋＨｚの正弦電圧が供
給され、当該圧電モータは次のような機能を果たす。

【００２２】超音波振動が圧電励振子１５により半径方
向、外側に向かって共鳴翼１７ａ、１７ｂ、１７ｃに伝
達され、その結果、３つの共鳴歯１８ａ、１８ｂ、１８
ｃおよびその押圧部１９ａ、１９ｂ、１９ｃが回転軸１
２に直交する平面内でほぼ楕円状に周期運動する。この
運動が回転子２０を駆動する。図１に示した圧電モータ
１０の駆動原理の詳細については、上に述べたＥＰ５０
５８４８を参照されたい。ただし、欧州特許ＥＰ５０５
８４８号では、共鳴翼の番号が本明細書とは異なってい
る。この３つの共鳴翼は著しい駆動効果を発揮する。

【００２３】共鳴歯１８ａ、１８ｂ、１８ｃをそれぞれ
備える共鳴翼１７ａ、１７ｂ、１７ｃが押圧部１９ａ、
１９ｂ、１９ｃとともに振動する様子は、特に構造、す
なわち、負荷の働きをする隣接した回転子２０の構造に
よって左右される。モータ１０の振動挙動は、その全体
または一部を、例えば回転子２０の領域として、物理変
数、すなわち音響インピーダンスによって説明すること
ができる。

【００２４】ある周波数における音響インピーダンスの
ある値だけ、またはある帯域幅に対する周波数の関数と
しての音響インピーダンスの変動を考える。本明細書の
説明および特許請求の範囲全体において、音響インピー
ダンスのスペクトルの定義は周波数の関数としての音響
インピーダンスの変動について使用する。

【００２５】この定義は具体的には音響インピーダンス
の周波数線図に関するものであり、音響インピーダンス
の時間線図とは関係がない。さらに、その場合にのみ、
ある周波数で、互いに異なる少なくとも１つのインピー
ダンス値をもつとき、別々の２つの異なる音響インピー
ダンス・スペクトルが生じるという問題がある。この場
合、音響インピーダンスのスペクトルのグラフが、対象
帯域幅内で連続的に変化するか、それともギャップを示
すか、あるいは複数の異なる点から構成されているかは
問題ではない。

【００２６】圧電モータ１０に電力を供給する場合、電
圧供給の点から見ると、当該モータは負荷としての挙動
を示す電気インピーダンスのように思われる。したがっ
て、ある周波数における電気インピーダンスの値をただ
１つだけ考えればよいが、ある帯域幅内の周波数の関数
としての電気インピーダンスの変動も考える必要があ
る。上に述べた音響インピーダンスのスペクトルの場合
からの類推で、本明細書の説明および特許請求の範囲全
体において、電気インピーダンスのスペクトルの定義
を、周波数の関数としての電気インピーダンスの変動に
対して使用する。以下に、電圧電源から見て電気インピ
ーダンスについて考察する。

【００２７】音響インピーダンスと電気インピーダンス
の間には密接な関連がある。音響インピーダンスのスペ
クトルの変動は、電気インピーダンスのスペクトルに影
響を与えるが、これは本発明にとって重要ではない。本
発明の方法は、音響インピーダンスのスペクトルが、図
示していないモータ接続により測定される電気インピー
ダンス・スペクトルの場合と同様に伝達されることに基
づいている。

【００２８】本発明の場合には、回転子２０の領域で押
圧部１９ａ、１９ｂ、１９ｃに隣接した領域だけ、すな
わち回転子２０の領域で押圧部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ
により直接励振される領域だけが音響インピーダンス・
スペクトルに影響を及ぼす。回転子２０には、複数の連
続した領域があり、これらの領域は局所的に考えた場
合、音響インピーダンス・スペクトルが異なるという特
徴があり、そのためモータ１０全体の電気インピーダン
ス・スペクトルも固定子１３と回転子２０との相対的位
置関係により変動する。しかし、ＥＰ５０５８４８に示
されている回転子は、完全な回転対称であり、そのため
回転子の位置によって電気インピーダンス・スペクトル
が変動することはない。回転子２０については、電気イ
ンピーダンス・スペクトルの変動は、簡単な測定装置に
より測定することができる。この装置によりモータ１０
へ電力供給し、また、回転子の位置または回転子の回転
数あるいはその両方の測定も行う。電圧供給および測定
装置については後に述べる。

【００２９】基本的に、振動要素の音響インピーダンス
・スペクトルは要素の慣性、弾性、および内部摩擦によ
って決まる。適当な構成によれば、この３つの特性の値
を回転子の後縁面２１に沿って個々に変化させることが
できる。内部摩擦による損失は、作動効率が減少しない
ように、最小限に抑える必要がある。従って、回転子の
後縁面２１に沿った慣性および弾性の値の変化だけを考
える。図１によれば、回転子２０のスリット２４ａ、２
４ｂ、２４ｃにより、幅２９ａ、２９ｂ、２９ｃが狭
い、狭小な内部回転子領域２６ａ、２６ｂ、２６ｃが形
成されている。この内部回転子領域の弾性は中実材料領
域２５ａ、２５ｂ、２５ｃほど高くない。特性のこの相
違により、電気インピーダンス・スペクトルが異なって
くる。外部領域２７ａ、２７ｂ、２７ｃは、内部領域２
５ａ、２６ｂ、２６ｃの望ましい固有振動特性を低下さ
せることなく回転子２０の安定性が十分高くなるように
してある。内部領域２６ａ、２６ｂ、２６ｃの望ましい
固有振動特性は中実材料領域２５ａ、２５ｂ、２５ｃの
望ましい固有振動特性とは明確に区別できる。

【００３０】スリット２４ａ、２４ｂ、２４ｃおよび中
実材料領域２５ａ、２５ｂ、２５ｃが、６０°の角度３
０ａ、３０ｂ、３０ｃおよび角度３１ａ、３１ｂ、３１
ｃにわたって延びているので、３つのスリット２４ａ、
２４ｂ、２４ｃまたは３つの中実材料領域２５ａ、２５
ｂ、２５ｃのいずれかすべてが３つの押圧部１９ａ、１
９ｂ、１９ｃに隣接する。したがって、３つの押圧部１
９ａ、１９ｂ、１９ｃがすべて同一の作動条件になるの
で、押圧部の互いに独立した動きが重なって拡大された
総合的な動きになる。すなわち、作動終了時には、その
作動周波数での電気インピーダンスの値のはっきりした
変動、あるいは電気インピーダンス・スペクトルのはっ
きりした変動が生じる。上の場合、この分解能は１対３
である、すなわち、回転子２０の回転一回について、第
１の電気インピーダンス・スペクトルが３回、第２の電
気スペクトルが３回交互に発生する。換言すると、電気
インピーダンスがその作動周波数で、最大値と最小値を
３回取ることになる。従って、この最大値と最小値を連
続的に計測することにより、回転数または初期位置から
の回転子の位置を知ることができる。ここに提案する
１：３の分解能で、大部分の応用例には十分である。

【００３１】外部回転子領域２７ａ、２７ｂ、２７ｃ
は、回転子２０にスリット２４ａ、２４ｂ、２４ｃがな
ければそなわっている安定性を与える。

【００３２】電気インピーダンス・スペクトルではな
く、電気アドミッタンス・スペクトルを考慮しても差し
支えないことは当然であり、電気アドミッタンス・スペ
クトルは、電気インピーダンス・スペクトルと補完的な
関係にある。電気インピーダンス・スペクトルの周波数
スケールに沿って、複数の最小値が見つかる。この最小
値をモードと呼ぶ。このモードそれぞれについて、共鳴
板１４が特定の変形を起こす。特定のモードについて、
非常に独特な変形が発生するが、半径方向または軸方向
にだけ作用する。すなわち、押圧部１９ａ、１９ｂ、１
９ｃは半径方向にしか振動せず、回転子は駆動されない
ことになる。適当なモードを選択したかどうかは、駆動
効果が最大になるかどうか、すなわち回転子２０の回転
数が最大になるかどうかで決まる。選択したモードを以
下グランド・モードと呼ぶ。供給電圧が増加し、温度も
上昇すると、このグランド・モードがごくわずか、数ｋ
Ｈｚだけ減少する。また、このグランド・モードに対す
る空気圧の影響も非常に小さい。

【００３３】十分な作動効率を得るには、グランド・モ
ードに隣接する周波数スケールがそれ以上局所的なイン
ピーダンス最小値を含まないように、共鳴板１４の形状
を選択することが重要である。駆動効果が最大である共
鳴板形状を選択する必要がある。パルス駆動を使用した
場合、３つの共鳴翼１７ａ、１７ｂ、１７ｃに対して非
対称であるモードも含めて、その他すべてのモードで損
失が増大し、周波数が高いモードについては損失が極め
て大きくなる。所定の周波数における励振子１５および
共鳴板１４の音響インピーダンスの値は類似しているこ
とが好ましく、類似していれば総作動効率に好影響を与
える。固定子１３、特に共鳴板１４および回転子２０の
実施形態により、以上述べた要件をすべて満たすことが
できる。

【００３４】一般に、すべてのモードは、局所的なイン
ピーダンス最小値だけでなく、ゼロ相クロッシングによ
り特徴づけられる。作動効率を最大にしようとする場
合、励振子１５の静電容量が原因で起こる相のわずかな
移動は、追加のインダクタンスを並列に接続することに
より補償することができる。

【００３５】回転子２０の回転方向が逆のモードもあ
る。したがって、供給電圧およびリード信号４９の周波
数を変更することにより、モータの回転方向を変えるこ
とができる。このようにして、双方向モータの要件が満
たされる。

【００３６】図１に示した圧電モータ１０の回転子２０
は、図２ａおよび図２ｂに第２の実施形態として示した
回転子２０’に替えてもよい。以下、回転子２０’と回
転子２０との相違について具体的に述べる。

【００３７】回転子２０’は幅２３’と回転子後縁表面
２１’とを有し、１つのスリット２４’、したがって１
つの中実材料領域２５’だけを備えている。スリット２
４’は、図２ｂに見られるように、回転子２０’を貫通
し、参照番号３０’で示される２０°の角度にわたって
延び、回転子２０を局所的に内部回転子領域２６’と外
部回転子領域２７’とに分割している。内部回転子領域
２６’は、回転子の内側でスリット２４’に沿って延
び、幅２９’を有している。この幅２９’は、半径方向
に測定した場合、第１の実施形態の幅２９ａ、２９ｂ、
２９ｃと比較して明らかに狭くなっている。中実材料領
域２５’は、３４０°の角度３１’にわたって延びてい
る。

【００３８】図２ａおよび図２ｂに示すように、回転子
２０’を備えた圧電モータ１０の機能は、以下のよう
に、図１に示した圧電モータの機能とは異なる。

【００３９】回転子２０’はスリット２４’１つだけし
か備えていないため、スリット２４’に隣接するのは、
押圧部のうち押圧部１９ｃだけでしかない。スリット２
４’が音響インピーダンスおよび電気インピーダンスに
及ぼす影響は、３つの押圧部１９ａ、１９ｂ、１９ｃす
べてが必ず同一の条件下で振動する図１の圧電モータ１
０の場合よりも小さい。ところが、図２の圧電モータの
場合、内部回転子領域２６’、すなわち幅２９’が狭く
なっているため、１つのスリット２４’の影響が大きく
なる。以上の条件下では、スリット２４’は長さが短く
て差し支えない。すなわち、角度３０’は、図１の角度
３０ａ、３０ｂ、３０ｃに比べ例えば２０°でかまわな
い。したがって、２つのまったく異なる電気インピーダ
ンスが得られることは明らかである。１％だけ変動した
作動周波数でインピーダンスが最小となり、周波数スケ
ール上のゼロ相クロッシングが起こるように、回転子２
０’または類似の回転子によって電気インピーダンスの
スペクトルが変化する。１％の変動は十分に検出でき
る。

【００４０】図３は、本発明のモータの第１の電圧供給
および測定装置のブロック線図を示す図であり、装置は
クローズド制御ループによるものである。図１には、モ
ータ電流ループだけが電気接続ループとして示してあ
る。コントローラ、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）
は、出力側で圧電モータ１０に接続した電圧コントロー
ラ４０によって実現される。このコントローラには直列
に電流測定ユニット４１、並列に電圧測定ユニット４２
が接続されている。ユニット４１および４２は位相測定
ユニット４５に接続され、それぞれ測定信号４３と４４
を供給する。位相測定ユニット４５の出力側で、フィー
ドバック信号４６は増幅器４７を経てコンパレータ４８
に至る。さらにコンパレータ４８には、先行信号４９と
なる入力信号が供給される。コンパレータ４８の出力側
では、コントローラ４０の入力端子に入る制御偏差信号
５０が定義される。

【００４１】このような電圧供給および測定装置によ
り、電圧と電流が同位相になるように交流電圧の周波数
が制御される。ＶＣＯコントローラ４０は、コンパレー
タ４８からピーク・レベルを有する直流電流信号として
先行信号４９を受信し、出力側において圧電モータ１０
に周波数が一定した正弦交流電圧を供給する。電流測定
ユニット４１は電流の瞬間的な値を測定し、電圧測定ユ
ニット４２は電圧の瞬間的な値を測定する。電流測定ユ
ニットおよび電圧測定ユニットは、それぞれ比例測定信
号４３および４４を位相測定ユニット４５に供給し、そ
の信号間の位相を決定し、次に位相測定ユニットは増幅
器４７を介して等価フィードバック信号４６をコンパレ
ータ４８に供給する。コンパレータ４８は、増幅フィー
ドバック信号４６と最初の先行信号４９とを比較して、
制御偏差信号５０を生成し、ＶＣＯコントローラ４０に
供給する。

【００４２】このようにして、作動中に、モータ１０に
供給される供給電圧が、電圧と電流との位相差により補
正される。すなわち、正弦供給電圧の周波数がモータ１
０の作動中に周期的に変動する。言い替えれば、作動周
波数が周波数スケールに沿ったグランド・モードの周期
的偏差に必ず追従することを条件として、スリット２４
ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４’それぞれが最小局所インピ
ーダンスおよびゼロ位相クロッシングの周波数に及ぼす
影響が受容され、その結果、最適な作動点が維持され
る。モータ１０が作動している間に、スリット２４ａ、
２４ｂ、２４ｃ、２４’により周波数が周期的に変化
し、この変化により、回転子位置または回転数あるいは
その両方を測定することができるが、この周波数の変化
は、例えば次のような３つの方法により測定することが
できる。

【００４３】コンパレータ内で直流電圧信号５０は、印
加される基準直流電圧信号と比較される。これら２つの
電圧の差により、供給電圧の周波数の基準周波数に対す
る偏差が定まる。

【００４４】交流供給電圧のゼロ・クロッシング間の時
間差を測定し、瞬間周波数を決定できるようにする時間
測定装置を設けることもある。

【００４５】また、ある時間範囲におけるゼロ・クロッ
シングの数をカウントする場合もある。水晶の周波数が
３２ｋＨｚの場合、簡単に数ミリセコンドの時間区間が
得られるため、この変形を水晶時計に組み込むと有利で
ある。この変形に対応する回路は容易に製作でき、ま
た、耐久性が高い。

【００４６】以下さらに２つの電圧供給および測定装置
について、図は参照せず、例に基づいて説明する。この
２つの装置も、本発明の圧電モータに電力を供給し、電
気インピーダンス・スペクトルから回転子の位置および
回転数をそれぞれ決定するためのものである。

【００４７】第２の電圧供給および測定装置は、オープ
ン・ループを備えた制御システムに対応する。この装置
は、モータ１０に周波数が一定した交流電圧を供給し、
回転子２０および２０’の音響インピーダンス変化によ
って生じる電流変動を測定するものである。この方法
は、負荷が一定している場合に特に適切である。原則と
しては、モータに一定した交流電流を供給して電圧変動
を記録することが可能である。

【００４８】第３の電圧供給および測定装置は、モータ
１０自体を周波数決定要素として備える交流電源であ
る。したがって、交流電圧の周波数はモータのグランド
・モードが周期的に変化するのに従って変動するが、電
流および電圧間の位相のずれは一定している。周波数の
測定については、以上述べた装置がすべて使用できる。

【００４９】本発明の方法においては、簡単な測定装置
により電圧接続を介して回転子位置および回転子の回転
数に関する情報を得ることが可能である。本発明の装置
は、寿命が長く、また少数の単純な部品だけから成るた
めモータそれ自体の内部に追加のスペースを必要としな
い。モータの外部にある電圧供給および測定装置はそれ
ほどエネルギーを必要とせず、そのためモータの作動効
率にはほとんど影響を与えず、また低コストかつ簡単な
方法で製造できる。

【００５０】スリット２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４’
の代わりにドリル穴を設けることもできる。形状の基準
は、主に局所的に観測される音響インピーダンス・スペ
クトルがその結果どう変化するかで決まる。原則として
は、この変化が明確になるほど、内部モータ領域２６
ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６’の幅が狭くなり、スリット
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４’が延びる。すなわち、
幅２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９’が狭くなり、角度３
０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０’が大きくなる。スリット
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４’の角度３０ａ、３０
ｂ、３０ｃ、３０’が中実材料領域２５ａ、２５ｂ、２
５ｃ、２５’の角度３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１’よ
りも大きいと、角度３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１’が
電気インピーダンス・スペクトルに与える影響は減少す
る。図１に示した装置の場合、スリット２４ａ、２４
ｂ、２４ｃ、２４’および中実材料領域２５ａ、２５
ｂ、２５ｃ、２５’は、同じく６０°にわたって延びて
いおり、都合がよい。

【００５１】図示した両方の例では、押圧部１９ａ、１
９ｂ、１９ｃがスリット２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２
４’または中実材料領域２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２
５’に隣接しているため、回転子位置および回転子回転
数についての情報が２つの異なるインピーダンス、つま
り音響インピーダンス・スペクトルと電気インピーダン
ス・スペクトルによってのみ決まる。したがって、図１
の回転子２０と同数のスリットを備えた回転子ができる
が、そのスリットは独特な配置になる。このスリットす
べてと、中実材料領域間にある３つのスリットのうち２
つは、角度約５０°にわたって延びている。第３の中実
材料領域は、逆に角度１１０°にわたって延びている。
回転子をこのように構成しているため、共鳴歯は前後し
てスリットの影響域を通過する。最初にスリットの影響
域を通過する共鳴歯が、やはり最初に影響域を離脱す
る。したがって、電気インピーダンス・スペクトルの影
響が順次現われ、次々と以下のような状態になる。すな
わち、まずスリットにまったく共鳴歯が隣接していない
状態、次に第１の共鳴歯だけが隣接している状態、次に
第１および第２の共鳴歯が隣接している状態、続いて３
つの共鳴歯がすべて隣接している状態、次に第２および
第３の共鳴歯が隣接している状態、続いて第３の共鳴歯
だけが隣接している状態、そして再度、まったく共鳴歯
が隣接していない状態になる。

【００５２】回転中、この７つの状態が連続して３回生
じる。したがって、分解能が高くなる。図１に示したも
のの場合の１：３に対して、こちらは１：２１となる。
回転子をこのように構成したため、すなわちスリットお
よび中実材料領域の角度を以上述べたように設定してあ
るので、スリットと中実材料領域の双方が電気インピー
ダンス・スペクトルに同等の影響を与える。第３の中実
材料領域は、電気インピーダンス・スペクトルに影響を
与える時間が長くなり、したがってスペクトルがさらに
明確になるので、例外である。

【００５３】分解能を高めるには、複数のスリットまた
は穴、例えばスリット１２箇所と中実材料領域１２箇所
を回転子に設け、それぞれが延びる角度を１５°とす
る。

【００５４】原則としては、外部回転子領域２７ａ、２
７ｂ、２７ｃ、２７’を省き、スリット２４ａ、２４
ｂ、２４ｃ、２４’が外側で開放され、溝形状となるよ
うにする。

【００５５】スリットまたは溝を設ける部分の一部また
は全体を異なった材料で形成して、安定性を高めること
ができる。この材料は、回転子２０および２０’とは明
らかに振動挙動が異なる。

【００５６】以上述べたすべての構成において、回転子
位置と回転子の回転数とは圧電励振子１５の電力供給接
続を介して決まる。しかし、追加のプローブを回転子２
０および２０’にそれぞれ設け、このプローブで作動中
の回転子２０よび２０’の振動挙動を常時記録し、応答
回路により回転子位置の変化として認識される等価な交
流電圧信号にこの記録を変換することも可能である。

【００５７】また本発明の構成により、リニア・モータ
の回転速度を測定することも可能である。

【００５８】以上のような特徴により、本発明のモータ
を腕時計に使用することもできる。本発明のモータを備
えた時計の時間調整は、竜頭と関連させた適切な回路構
成により簡単に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 回転子を有する圧電モータの第１の実施形態
を回転軸に直角に切断した図である。

【図２】 回転子の第２の実施形態を図２ｂの線ＩＩａ
−ＩＩａに沿って切断した平面図（ａ）と、回転子の第
２の実施形態を図２ａの線ＩＩｂ−ＩＩｂに沿って切断
した断面図（ｂ）である。

【図３】 第１の供給測定装置のブロック線図である。

【符号の説明】

１０ 圧電モータ １３ 固定子 １５ 圧電励振子 ２０ 環状回転子 ２１ 内部ライング・回転子の後縁面 ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ スリット ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 中実材料領域 ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ 内部モータ領域 ２９ 音響インピーダンス・スペクトルが異なる肉厚

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子（１３）および回転子（２０、２
   ０’）を形成する２つの要素（１３、２０、２０’）を
   備える圧電モータ（１０）であって、前記要素のうち少
   なくとも第１の要素（１３）が、その作用領域（１８
   ａ、１８ｂ、１８ｃ）の少なくとも作用部分（１９ａ、
   １９ｂ、１９ｃ）に周期運動を起こさせる振動波を発生
   する手段（１５）を具備し、前記第１の要素（１３）の
   作用部分（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）の周期運動が第２
   の要素（２０）の少なくとも受動部分（２１、２１’）
   に影響を与え、その結果前記２つの要素（１３、２０、
   ２０’）の間に相対運動を生じる圧電モータにおいて、
   前記第２の要素（２０、２０’）に、ほぼ受動部分（２
   １、２１’）に沿って配設した複数の領域（２４ａ、２
   ４ｂ、２４ｃ、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２６ａ、２６
   ｂ、２６ｃ、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２４’、２
   ５’、２６’、２７’）を備え、この領域のうち少なく
   とも第１の領域（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２６ａ、２
   ６ｂ、２６ｃ、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２４’、２
   ６’、２７’）が第１の音響インピーダンス・スペクト
   ルを有し、少なくとも第２の領域（２５ａ、２５ｂ、２
   ５ｃ、２５’）が、第１の音響インピーダンス・スペク
   トルと異なる第２の音響インピーダンス・スペクトルを
   有することを特徴とする圧電モータ。