JPS61142979A - 圧電素子を用いたモ−タ - Google Patents
圧電素子を用いたモ−タInfo
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- JPS61142979A JPS61142979A JP59265593A JP26559384A JPS61142979A JP S61142979 A JPS61142979 A JP S61142979A JP 59265593 A JP59265593 A JP 59265593A JP 26559384 A JP26559384 A JP 26559384A JP S61142979 A JPS61142979 A JP S61142979A
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- Japan
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- piezoelectric element
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- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
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
- H02N2/105—Cycloid or wobble motors; Harmonic traction motors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H49/00—Other gearings
- F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
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、圧電素子の電歪効果を用いたモータに関する
ものである。
ものである。
従来、ロボットの関節部や工作機械の送り機構部等にモ
ータと減速ギヤとなるハーモニックドライブとを組合わ
せて使用する場合が多かった。このハーモニックドライ
ブは、高減速比が簡単に得られる。バックラッシュが小
さい1回転端度が高い1部品点数が少な(組込み易い、
小型・軽量で、ある、高トルク容量が得られる。動力損
失が少なく高効率である。振動が少ないなどの多くの特
徴を持っている。
ータと減速ギヤとなるハーモニックドライブとを組合わ
せて使用する場合が多かった。このハーモニックドライ
ブは、高減速比が簡単に得られる。バックラッシュが小
さい1回転端度が高い1部品点数が少な(組込み易い、
小型・軽量で、ある、高トルク容量が得られる。動力損
失が少なく高効率である。振動が少ないなどの多くの特
徴を持っている。
しかし。ハーモニ・7クドライブは単に減速ギヤであっ
て、アクチュエータではないので、モータ等のアクチュ
エータと組合せて使用する必要があった。
て、アクチュエータではないので、モータ等のアクチュ
エータと組合せて使用する必要があった。
本発明の目的は、従来のハーモニックドライブの持つ特
徴を生かしかつアクチュエータとなる、圧電素子を用い
たモータを提供することにある。
徴を生かしかつアクチュエータとなる、圧電素子を用い
たモータを提供することにある。
本発明の圧電素子を用いたモータは、内周に歯が刻まれ
た剛体のサーキュラ・スプラインと、前記サーキュラ・
スプライン内に設けられ、外周に前記サーキュラ・スプ
ラインの歯とかみ合いかつ前記サーキュラ・スプライン
の歯の歯数と異なる歯数の歯が刻まれた弾性体のフレク
スプラインと、前記フレクスプライン内に設けられ、前
記サーキュラ・スプラインの中心に対して放射状かつ環
状に配列されかつ放射状方向に各々電歪効果を発生する
複数個の圧電素子から成る圧電ウェーブ・ジェネレータ
とを備え、向かい合う少な(とも2個の前記圧電素子に
電圧を印加して、前記サーキュラ・スプラインの直径上
の2点で前記サーキュラ・スプラインと前記フレクスプ
ラインとが互いの歯を介して接するように電歪効果を発
生させ、前記電圧配分を回転するように順次移行させる
ことにより、前記フレクスプラインに対して前記サーキ
ュラ・スプラインを回転させることを特徴としている。
た剛体のサーキュラ・スプラインと、前記サーキュラ・
スプライン内に設けられ、外周に前記サーキュラ・スプ
ラインの歯とかみ合いかつ前記サーキュラ・スプライン
の歯の歯数と異なる歯数の歯が刻まれた弾性体のフレク
スプラインと、前記フレクスプライン内に設けられ、前
記サーキュラ・スプラインの中心に対して放射状かつ環
状に配列されかつ放射状方向に各々電歪効果を発生する
複数個の圧電素子から成る圧電ウェーブ・ジェネレータ
とを備え、向かい合う少な(とも2個の前記圧電素子に
電圧を印加して、前記サーキュラ・スプラインの直径上
の2点で前記サーキュラ・スプラインと前記フレクスプ
ラインとが互いの歯を介して接するように電歪効果を発
生させ、前記電圧配分を回転するように順次移行させる
ことにより、前記フレクスプラインに対して前記サーキ
ュラ・スプラインを回転させることを特徴としている。
本発明の圧電素子を用いたモータは、ハーモニックドラ
イブと同様な動作を自身で行うので、カップ型のハーモ
ニックドライブを例にとり動作原理を説明する。
イブと同様な動作を自身で行うので、カップ型のハーモ
ニックドライブを例にとり動作原理を説明する。
第6図にカップ型ハーモニックドライブの分解斜視図を
、第7図にその断面図を示す。カップ型ハーモニックド
ライブは、楕円状のカム101とその外周にはめ込まれ
外輪が弾性変形するボールベアリング102から構成さ
れるウェーブ・ジェネレータ100と、薄肉のカップ状
の金属弾性体で開口部の外周にインボリュート歯111
が刻まれたフレクスプライン110と、剛体でリング状
をし内周にフレクスプライン110のインボリュート歯
111と同ピツチでこれより歯数が2枚多いインボリュ
ート歯121が刻まれたサーキュラ・スプライン120
との3点の基本要素から構成されている。ウェーブ・ジ
ェネレータ100は、外部に接続されたモータ等によっ
て回転させられ、その回転は順次サーキュラ・スプライ
ン120に伝達される。
、第7図にその断面図を示す。カップ型ハーモニックド
ライブは、楕円状のカム101とその外周にはめ込まれ
外輪が弾性変形するボールベアリング102から構成さ
れるウェーブ・ジェネレータ100と、薄肉のカップ状
の金属弾性体で開口部の外周にインボリュート歯111
が刻まれたフレクスプライン110と、剛体でリング状
をし内周にフレクスプライン110のインボリュート歯
111と同ピツチでこれより歯数が2枚多いインボリュ
ート歯121が刻まれたサーキュラ・スプライン120
との3点の基本要素から構成されている。ウェーブ・ジ
ェネレータ100は、外部に接続されたモータ等によっ
て回転させられ、その回転は順次サーキュラ・スプライ
ン120に伝達される。
このような構成のカップ型ハーモニックドライブの動作
原理を第8図を参照しつつ説明する。第8図において、
各矢印100’、110’、120′は、第6図に示す
ウェーブ・ジェネレータ100、フレクスプライン11
0.サーキュラ・スプライン120の回転位置をそれぞ
れ示す。ウェーブ・ジェネレータ100が、外部に接続
されたモータ等によって回転され、第8図(a)に示す
ような回転位置にあるとき、ウェーブ・ジェネレータ1
00によって楕円状にたわめられたフレクスプライン1
10が長軸部でサーキュラ・スプライン120と互いの
インボリュート歯によりかみあっている。ウェーブ・ジ
ェネレータ100が、第8図(a)の位置から時計方向
に90°回転すると、第8図(b)に示すようにかみ合
う位置も移動する。ウェーブ・ジェネレータ100が、
第8図(b)の位置から時計方向にさらに90°回転す
ると、フレクスプライン110は、歯数1枚分だけ反時
計方向に移動する。ウェーブ・ジェネレータ100が時
計方向に一回転すると第8図(d)に示すようにフレク
スプライン110は歯数差2枚分だけ反時計方向に移動
する。このように従来のハーモニックドライブは、外部
に接続されたモータ等によってウェーブ・ジェネレータ
10 ′0が回転されると、その結果フレクスプライン
110に対してサーキュラ・スプライン120が回転す
ることになる。
原理を第8図を参照しつつ説明する。第8図において、
各矢印100’、110’、120′は、第6図に示す
ウェーブ・ジェネレータ100、フレクスプライン11
0.サーキュラ・スプライン120の回転位置をそれぞ
れ示す。ウェーブ・ジェネレータ100が、外部に接続
されたモータ等によって回転され、第8図(a)に示す
ような回転位置にあるとき、ウェーブ・ジェネレータ1
00によって楕円状にたわめられたフレクスプライン1
10が長軸部でサーキュラ・スプライン120と互いの
インボリュート歯によりかみあっている。ウェーブ・ジ
ェネレータ100が、第8図(a)の位置から時計方向
に90°回転すると、第8図(b)に示すようにかみ合
う位置も移動する。ウェーブ・ジェネレータ100が、
第8図(b)の位置から時計方向にさらに90°回転す
ると、フレクスプライン110は、歯数1枚分だけ反時
計方向に移動する。ウェーブ・ジェネレータ100が時
計方向に一回転すると第8図(d)に示すようにフレク
スプライン110は歯数差2枚分だけ反時計方向に移動
する。このように従来のハーモニックドライブは、外部
に接続されたモータ等によってウェーブ・ジェネレータ
10 ′0が回転されると、その結果フレクスプライン
110に対してサーキュラ・スプライン120が回転す
ることになる。
本発明では従来のハーモニックドライブにおいてウェー
ブ・ジェネレータ100を用いず、複数個の圧電素子を
放射状かつ環状に配列して成るつ工−ブ・ジェネレータ
(以下、圧電ウェーブ・ジェネレータという)を用いる
。この圧電ウェーブ・ジェネレータによれば、互いに向
かい合う少なくとも2個の圧電素子に電圧を印加して電
歪効果を発生させることにより、ウェーブ・ジェネレー
タ100と同等の楕円形状が得られる。そこで、印加す
る電圧を隣接する圧電素子に順次移行すれば、楕円形状
の長軸が回転する結果、圧電ウェーブ・ジェネレータに
対してウェーブ・ジェネレータ100が外部から回転さ
せられるのと同じような動作をさせることが出来る。
ブ・ジェネレータ100を用いず、複数個の圧電素子を
放射状かつ環状に配列して成るつ工−ブ・ジェネレータ
(以下、圧電ウェーブ・ジェネレータという)を用いる
。この圧電ウェーブ・ジェネレータによれば、互いに向
かい合う少なくとも2個の圧電素子に電圧を印加して電
歪効果を発生させることにより、ウェーブ・ジェネレー
タ100と同等の楕円形状が得られる。そこで、印加す
る電圧を隣接する圧電素子に順次移行すれば、楕円形状
の長軸が回転する結果、圧電ウェーブ・ジェネレータに
対してウェーブ・ジェネレータ100が外部から回転さ
せられるのと同じような動作をさせることが出来る。
第1図および第2図は、本発明の圧電素子を用いたモー
タの一実施例を示す図であり、第1図はモータの回転軸
方向に垂直な断面図、第2図はモータの回転軸方向に平
行な断面図である。
タの一実施例を示す図であり、第1図はモータの回転軸
方向に垂直な断面図、第2図はモータの回転軸方向に平
行な断面図である。
このモータは、複数個の圧電素子11を放射状かつ環状
には配列して成る圧電ウェーブ・ジェネレータ10と、
薄肉のカップ状の金属弾性体で開口部の外周にインボリ
ュート歯21が刻まれたフレクスプライン20と、剛体
でリング状をし内周に前記フレクスプライン20のイン
ボリュート歯21と同ピツチでこれより歯数が2枚多い
インボリュート歯31が刻まれたサーキュラ・スプライ
ン30と、複数個の圧電素子11を各々駆動制御する圧
電素子駆動装置40とを備えている。
には配列して成る圧電ウェーブ・ジェネレータ10と、
薄肉のカップ状の金属弾性体で開口部の外周にインボリ
ュート歯21が刻まれたフレクスプライン20と、剛体
でリング状をし内周に前記フレクスプライン20のイン
ボリュート歯21と同ピツチでこれより歯数が2枚多い
インボリュート歯31が刻まれたサーキュラ・スプライ
ン30と、複数個の圧電素子11を各々駆動制御する圧
電素子駆動装置40とを備えている。
以下に、このような構成のモータの動作を、第3図およ
び第4図を参照しつつ説明する。第3図および第4図は
圧電ウェーブ・ジェネレータ10を構成する圧電素子1
1a、llb、 ・・・、11yを示しており、第3
図は不作動状態にある場合を、第4図は動作状態にある
場合をそれぞれ示している。
び第4図を参照しつつ説明する。第3図および第4図は
圧電ウェーブ・ジェネレータ10を構成する圧電素子1
1a、llb、 ・・・、11yを示しており、第3
図は不作動状態にある場合を、第4図は動作状態にある
場合をそれぞれ示している。
圧電素子11a〜llyは、第3図に示すように、サー
キュラ・スプライン30の中心0に対して放射状かつ環
状に配列されて圧電ウェーブ・ジェネレータ10を形成
している。各圧電素子は、圧電素子駆動装置40による
制御に基づいて電圧が印加されると電歪効果を発生し放
射状方向に伸長する。そこで、第4図に示すように円形
状の圧電ウェーブ・ジェネレータ10の直径上において
向かい合う2個の圧電素子11aとlinに各々電圧を
印加すると、これら圧電素子が放射状方向に伸長する結
果、図中点線で示すようにフレクスプライン20が楕円
状に変形され、サーキュラ・スプライン30の直径上の
2点でサーキュラ・スプライン30とフレクスプライン
20とが互いのインボリュート歯を介して接する。そこ
で、圧電素子駆動装置40により、2個の圧電素子11
a。
キュラ・スプライン30の中心0に対して放射状かつ環
状に配列されて圧電ウェーブ・ジェネレータ10を形成
している。各圧電素子は、圧電素子駆動装置40による
制御に基づいて電圧が印加されると電歪効果を発生し放
射状方向に伸長する。そこで、第4図に示すように円形
状の圧電ウェーブ・ジェネレータ10の直径上において
向かい合う2個の圧電素子11aとlinに各々電圧を
印加すると、これら圧電素子が放射状方向に伸長する結
果、図中点線で示すようにフレクスプライン20が楕円
状に変形され、サーキュラ・スプライン30の直径上の
2点でサーキュラ・スプライン30とフレクスプライン
20とが互いのインボリュート歯を介して接する。そこ
で、圧電素子駆動装置40により、2個の圧電素子11
a。
11nに印加した電圧を、隣接する各組の圧電素子(1
l b、 11 o)、(llc、 1ip) ・−・
の順序で回転するように移行すれば、従来のハーモニッ
クドライブのウェーブ・ジェネレータが回転されられる
のと同様に動作する。そし2て、フレクスプライン20
に対してサーキュラ・スプライン30を回転させること
ができる。フレクスプライン20およびサーキュラ・ス
プライン30の動作については、第7図において説明し
た従来のハーモニックドライブの動作と同じであるから
詳細な説明は省略する。
l b、 11 o)、(llc、 1ip) ・−・
の順序で回転するように移行すれば、従来のハーモニッ
クドライブのウェーブ・ジェネレータが回転されられる
のと同様に動作する。そし2て、フレクスプライン20
に対してサーキュラ・スプライン30を回転させること
ができる。フレクスプライン20およびサーキュラ・ス
プライン30の動作については、第7図において説明し
た従来のハーモニックドライブの動作と同じであるから
詳細な説明は省略する。
以上の実施例は、向かい合う2個の圧電素子のみに電圧
を印加してフレクスプライン2Qを変形させているので
、フレクスプライン20は正確な楕円形状に変形すると
は限らない。したがって、フレクスプライン20を正確
な楕円形状に変形させるためには、向かい合う2個の圧
電素子に順次隣接する複数個の圧電素子にも同時に電圧
を印加し、圧電素子駆動装置40によって個々の圧電素
子に印加する電圧を制御することによって各圧電素子の
電歪効果による伸長量を調整するようにすればよい。−
例として、第5図に全部の圧電素子11a〜llyに電
圧を印加し、全ての圧電素子がフレクスプライン20の
内周に接してフレクスプラインをより正確な楕円形状に
変形させた状態を示す。このような電圧配分を回転する
ように順次移行させることによって圧電ウェーブ・ジェ
ネレータ10をよりスムーズに回転させることが可能と
なる。
を印加してフレクスプライン2Qを変形させているので
、フレクスプライン20は正確な楕円形状に変形すると
は限らない。したがって、フレクスプライン20を正確
な楕円形状に変形させるためには、向かい合う2個の圧
電素子に順次隣接する複数個の圧電素子にも同時に電圧
を印加し、圧電素子駆動装置40によって個々の圧電素
子に印加する電圧を制御することによって各圧電素子の
電歪効果による伸長量を調整するようにすればよい。−
例として、第5図に全部の圧電素子11a〜llyに電
圧を印加し、全ての圧電素子がフレクスプライン20の
内周に接してフレクスプラインをより正確な楕円形状に
変形させた状態を示す。このような電圧配分を回転する
ように順次移行させることによって圧電ウェーブ・ジェ
ネレータ10をよりスムーズに回転させることが可能と
なる。
以上説明したように本発明によれば、従来のハ−モニソ
クドライブと同様の機能を持ち、かつアクチュエータと
しての機能を併せ持つ圧電素子を用いたモータを得るこ
とができる。従って、従来のハーモニックドライブのよ
うにモータと組合せる必要がないので、非常に小型で高
性能な駆動部を形成することが容易に出来る。又、フレ
クスプラインに対するサーキュラ・スプラインの回転角
度は、放射状に配列された各圧電素子に印加される電圧
配分によって決まるため、ステッピングモータのように
ディジタル的に制御することが出来る。
クドライブと同様の機能を持ち、かつアクチュエータと
しての機能を併せ持つ圧電素子を用いたモータを得るこ
とができる。従って、従来のハーモニックドライブのよ
うにモータと組合せる必要がないので、非常に小型で高
性能な駆動部を形成することが容易に出来る。又、フレ
クスプラインに対するサーキュラ・スプラインの回転角
度は、放射状に配列された各圧電素子に印加される電圧
配分によって決まるため、ステッピングモータのように
ディジタル的に制御することが出来る。
第1図および第2図は、本発明の一実施例を示す断面図
、 第3図、第4図および第5図は、第1図および第2図に
示した実施例の動作原理を説明するための図、 第6図は、従来のハーモニックドライブを示す分解斜視
図、 第7図は、第6図に示すハーモニックドライブの断面図
、 第8図は、第6図に示すハーモニックドライブの動作原
理を説明するための図である。 10・・・・圧電ウェーブ・ジェネレータ11、lla
〜lly・・圧電素子 20.110・・フレクスプライン 21.3トインボリュート歯 30.120・・サーキュラ・スプライン40・・・・
圧電素子駆動装置 100・・・ウェーブ・ジェネレータ 第1図 テN; インlで91−ト髄 第6図 第7図 (θ)(b) 第8図
、 第3図、第4図および第5図は、第1図および第2図に
示した実施例の動作原理を説明するための図、 第6図は、従来のハーモニックドライブを示す分解斜視
図、 第7図は、第6図に示すハーモニックドライブの断面図
、 第8図は、第6図に示すハーモニックドライブの動作原
理を説明するための図である。 10・・・・圧電ウェーブ・ジェネレータ11、lla
〜lly・・圧電素子 20.110・・フレクスプライン 21.3トインボリュート歯 30.120・・サーキュラ・スプライン40・・・・
圧電素子駆動装置 100・・・ウェーブ・ジェネレータ 第1図 テN; インlで91−ト髄 第6図 第7図 (θ)(b) 第8図
Claims (2)
- (1)内周に歯が刻まれた剛体のサーキュラ・スプライ
ンと、前記サーキュラ・スプライン内に設けられ、外周
に前記サーキュラ・スプラインの歯とかみ合いかつ前記
サーキュラ・スプラインの歯の歯数と異なる歯数の歯が
刻まれた弾性体のフレクスプラインと、前記フレクスプ
ライン内に設けられ、前記サーキュラ・スプラインの中
心に対して放射状かつ環状に配列されかつ放射状方向に
各々電歪効果を発生する複数個の圧電素子から成る圧電
ウェーブ・ジェネレータとを備え、向かい合う少なくと
も2個の前記圧電素子に電圧を印加して、前記サーキュ
ラ・スプラインの直径上の2点で前記サーキュラ・スプ
ラインと前記フレクスプラインとが互いの歯を介して接
するように電歪効果を発生させ、前記電圧配分を回転す
るように順次移行させることにより、前記フレクスプラ
インに対して前記サーキュラ・スプラインを回転させる
ことを特徴とする圧電素子を用いたモータ。 - (2)特許請求の範囲第1項に記載の圧電素子を用いた
モータにおいて、前記フレクスプラインが楕円状をなす
ように、前記少なくとも2個の圧電素子に対して、各々
電歪効果を発生させることを特徴とする圧電素子を用い
たモータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59265593A JPS61142979A (ja) | 1984-12-17 | 1984-12-17 | 圧電素子を用いたモ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59265593A JPS61142979A (ja) | 1984-12-17 | 1984-12-17 | 圧電素子を用いたモ−タ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61142979A true JPS61142979A (ja) | 1986-06-30 |
Family
ID=17419275
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59265593A Pending JPS61142979A (ja) | 1984-12-17 | 1984-12-17 | 圧電素子を用いたモ−タ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61142979A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0370508A2 (en) * | 1988-11-25 | 1990-05-30 | Casio Computer Company Limited | Ultrasonic actuator |
US5144187A (en) * | 1990-03-23 | 1992-09-01 | Rockwell International Corporation | Piezoelectric motor |
US5199701A (en) * | 1988-11-25 | 1993-04-06 | Casio Computer Co., Ltd. | Carrier apparatus using ultrasonic actuator |
US5396142A (en) * | 1994-01-24 | 1995-03-07 | Evan Koblanski | Positioning apparatus |
US6664711B2 (en) * | 2001-08-23 | 2003-12-16 | Delphi Technologies, Inc. | Harmonic motor |
FR3065599A1 (fr) * | 2017-04-24 | 2018-10-26 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Moteur a transmission |
-
1984
- 1984-12-17 JP JP59265593A patent/JPS61142979A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0370508A2 (en) * | 1988-11-25 | 1990-05-30 | Casio Computer Company Limited | Ultrasonic actuator |
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FR3065599A1 (fr) * | 2017-04-24 | 2018-10-26 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Moteur a transmission |
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