JPS63190569A - Ultrasonic motor - Google Patents
Ultrasonic motorInfo
- Publication number
- JPS63190569A JPS63190569A JP62019710A JP1971087A JPS63190569A JP S63190569 A JPS63190569 A JP S63190569A JP 62019710 A JP62019710 A JP 62019710A JP 1971087 A JP1971087 A JP 1971087A JP S63190569 A JPS63190569 A JP S63190569A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stator
- standing wave
- driving
- rotor
- protrusion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 8
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012814 acoustic material Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 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
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超音波モータに関する。[Detailed description of the invention] Industrial applications The present invention relates to an ultrasonic motor.
従来の技術
一般に、超音波モータは楕円などの複合振動する駆動面
に対向させてロータなどを加圧接合させることで超音波
振動エネルギーをロータの回転などの移動力に変換させ
るものである。このような超音波モータの内、例えば進
行波形と称される方式のものは、ステータなどの周上に
進行波を発生させ、波の頂点における楕円振動により波
の進行方向とは反対方向にロータなどを駆動させるもの
である。BACKGROUND ART In general, an ultrasonic motor converts ultrasonic vibration energy into moving force such as rotation of the rotor by pressurizing and joining a rotor or the like facing a drive surface such as an ellipse that undergoes complex vibrations. Among such ultrasonic motors, for example, those with a so-called traveling wave type generate a traveling wave on the circumference of a stator, etc., and the elliptical vibration at the peak of the wave causes the rotor to move in the opposite direction to the direction of travel of the wave. etc.
このような進行波形超音波モータとしては、例えば特開
昭６０−９１８７８号公報に示されるものがある。その
構成及び動作について、第６図及び第７図を参照して説
明する。まず、第６図はステータ（固定子）の構造を示
すもので、円環状圧電振動子１の表面には例えば８分割
された電極ｌａが設けられ、裏面には全面電極が設けら
れており、隣り合う電極１ａ毎に反対極性の残留分極が
厚み方向に付与される。同様に電極２ａが形成されて残
留分極が施された円環状圧電振動子２も設けられている
。そして、これらの円環状圧電振動子１，２は相対的に
２２．５°、即ち一方の振動子の電極の中央部に他方の
振動子の電極分割部を合せて、円環状弾性体３に同心的
に重ね合せて一体化することにより、ステータ４が構成
されている。An example of such a traveling wave type ultrasonic motor is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-91878. Its configuration and operation will be explained with reference to FIGS. 6 and 7. First, FIG. 6 shows the structure of a stator (stator), in which an electrode la divided into eight parts is provided on the front surface of the annular piezoelectric vibrator 1, and a full-surface electrode is provided on the back surface. Remnant polarization of opposite polarity is applied to each adjacent electrode 1a in the thickness direction. Similarly, an annular piezoelectric vibrator 2 on which an electrode 2a is formed and remanent polarization is provided is also provided. These annular piezoelectric vibrators 1 and 2 are connected to the annular elastic body 3 at a relative angle of 22.5 degrees, that is, with the electrode division part of the other vibrator aligned with the center of the electrode of one vibrator. The stator 4 is constructed by concentrically overlapping and integrating.
このような圧電振動子１．２は各々ステータ４の周方向
に４波長分のたわみ振動を発生させるが、各々の振動は
位置的に９０°、即ち１／４波長位相がずれて共振振動
を発生することになる。Each of these piezoelectric vibrators 1.2 generates a deflection vibration of four wavelengths in the circumferential direction of the stator 4, but each vibration has a positional shift of 90 degrees, that is, a 1/4 wavelength phase shift, and causes resonance vibration. will occur.
そこで、超音波モータとして駆動させる場合には、第７
図に示すような構成がとられる。構造的には、ステータ
４の上部に加圧接合させた弾性体５と音響材６とからな
るロータ７が設けられる。Therefore, when driving as an ultrasonic motor, the seventh
The configuration shown in the figure is taken. Structurally, a rotor 7 made of an elastic body 5 and an acoustic material 6 bonded under pressure to the upper part of the stator 4 is provided.
そして、ステータ４のたわみ共振周波数を発生させる発
振器８の信号は、一方では増幅器９により増幅されリー
ド線１ｏを介して圧電振動子１に印加される。発振器８
の信号は、他方では移相器１１により＋９０°又は−９
０’位相シフトされた後で増幅器１２により増幅され、
リード線１３を介して他方の圧電振動子２に印加される
。この結果、第６図のように８電極構成の場合には、こ
れらの合成振動はステータ４の周方向に４波長分の進行
波振動が発生し、加圧接合されたロータ７を進行波の進
行方向とは反対方向に摩擦駆動する。A signal from an oscillator 8 that generates a deflection resonance frequency of the stator 4 is amplified by an amplifier 9 and applied to the piezoelectric vibrator 1 via a lead wire 1o. Oscillator 8
On the other hand, the signal of +90° or -9
After being phase shifted by 0', it is amplified by an amplifier 12,
The voltage is applied to the other piezoelectric vibrator 2 via the lead wire 13. As a result, in the case of the 8-electrode configuration as shown in FIG. 6, these combined vibrations generate traveling wave vibrations of four wavelengths in the circumferential direction of the stator 4, and the rotor 7, which is joined under pressure, is subjected to traveling wave vibrations. Frictionally driven in the opposite direction to the traveling direction.
ここで、進行波と反対方向に駆動されるのは、進行波振
動する各質点に生ずる楕円振動の回転方向が進行波の進
行方向と反対向きになるからである。Here, the reason why it is driven in the opposite direction to the traveling wave is that the rotational direction of the elliptical vibration generated at each mass point vibrating the traveling wave is opposite to the traveling direction of the traveling wave.
発明が解決しようとする問題点
このような楕円振動は、加圧方向成分と駆動方向成分と
に分解して考えることができるものであるが、この内、
加圧方向成分はロータとの間で必要な摩擦力を得るため
の最適な値があり、がっ、駆動方向成分は必要な駆動速
度によって決まる値に設定されなければならない。Problems to be Solved by the Invention Such elliptical vibration can be considered by breaking it down into a pressure direction component and a driving direction component.
The pressure direction component has an optimum value to obtain the necessary frictional force with the rotor, and the drive direction component must be set to a value determined by the required drive speed.
この点、前述した如く、進行波形に構成された超音波モ
ータにおいては、ステータに発生する進行波楕円振動の
楕円率は、ステータの構成によって一律に決まってしま
うものである。つまり、駆動系の電気的な制御によって
、駆動に最適な形に制御することができないものである
。In this regard, as described above, in an ultrasonic motor configured with a traveling waveform, the ellipticity of the traveling wave elliptic vibration generated in the stator is uniformly determined by the configuration of the stator. In other words, it is not possible to control the drive system in an optimal manner by electrically controlling the drive system.
従って、楕円率が決まってしまうと、所定のトルクを得
るために必要な加圧方向振幅の値を設定することにより
、駆動方向振幅が決まり、駆動速度が決まってしまうこ
とになる。かといって、駆動速度を変えようとすると、
加圧方向振幅も変化してしまい、最適な加圧方向駆動条
件から外れてしまうことになる。Therefore, once the ellipticity is determined, the driving direction amplitude is determined by setting the value of the pressing direction amplitude necessary to obtain a predetermined torque, and the driving speed is determined. However, if you try to change the drive speed,
The amplitude in the pressing direction also changes, which deviates from the optimum driving conditions in the pressing direction.
結局、このような従来の進行波形超音波モータでは、極
く僅かな範囲はともかく、本質的には駆動速度を電気的
に任意に制御することはできないものである。After all, in such a conventional traveling wave ultrasonic motor, it is essentially impossible to electrically control the drive speed arbitrarily, albeit within a very small range.
問題点を解決するための手段
駆動方向に隣り合う毎に極性を反転させた残留分極を付
与した少なくとも２組の定在波駆動用圧電振動子を互い
に定在波の１／４波長ずらして弾性体とともに一体化し
た固定子と、この固定子に加圧接合させた移動体とを備
え、各々の前記圧電振動子を相対位相をずらした励振出
力により駆動し、各々の前記圧電振動子により発生する
定在波振動の合成複合振動により前記移動体を駆動させ
る超音波モータにおいて、前記移動体に加圧接合する突
起を一方の定在波のノード位置に位置させて前記固定子
に形成する。Means for Solving the Problem At least two sets of piezoelectric vibrators for standing wave driving are provided with remanent polarization with polarity reversed for each adjacent one in the driving direction, and are shifted by 1/4 wavelength of the standing wave from each other to generate elasticity. It includes a stator integrated with the body and a movable body joined to the stator under pressure, each of the piezoelectric vibrators is driven by an excitation output with a relative phase shifted, and the vibration is generated by each of the piezoelectric vibrators. In the ultrasonic motor that drives the movable body by a composite complex vibration of standing wave vibrations, a protrusion that is pressure-bonded to the movable body is formed on the stator at a node position of one of the standing waves.
作用
一方の定在波駆動用圧電振動子により駆動された定在波
を考えると、そのノード位置では定在波の振幅変化が楕
円振動の駆動方向成分を可変させ、移動体の駆動速度設
定に寄与する。一方、ノード間中央のループ位置では定
在波の振幅変化が移動体に対する加圧方向成分を可変さ
せ、移動体に対する摩擦駆動条件を設定するものとなる
。ここに、移動体と固定子が全面で接した状態で、２組
の圧電振動子に対する相対位相が９０°異なる定在波が
そのまま同時に併存すると、一定楕円率の進行波が生じ
、駆動方向振幅と加圧方向振幅との独立した制御ができ
ない。しかるに、一方の定在波のノード位置に突起が存
在するので、他方の定在波側ではループ位置に突起が位
置することになり、ノード位置に突起を有する定在波側
は駆動方向にのみ関与し、ループ位置に突起を有するこ
ととなる他方の定在波側は加圧方向にのみ関与し、各々
独立した制御が可能となる。この結果、最良なる摩擦駆
動条件の下で広範囲の駆動速度制御をなし得る。Considering the standing wave driven by the piezoelectric vibrator for standing wave driving on the other hand, at that node position, the amplitude change of the standing wave changes the driving direction component of the elliptical vibration, which changes the driving speed setting of the moving object. Contribute. On the other hand, at the loop position in the center between the nodes, the amplitude change of the standing wave changes the component in the direction of pressure applied to the moving body, thereby setting the friction drive condition for the moving body. Here, when the moving body and the stator are in full contact with each other, and two sets of standing waves whose relative phases differ by 90 degrees with respect to the piezoelectric vibrators coexist simultaneously, a traveling wave with a constant ellipticity is generated, and the amplitude in the driving direction is It is not possible to control the amplitude and the amplitude in the pressing direction independently. However, since there is a protrusion at the node position of one standing wave, the protrusion will be located at the loop position on the other standing wave side, and the standing wave side with the protrusion at the node position will only move in the driving direction. The other standing wave side, which is involved and has a protrusion at the loop position, is involved only in the pressurizing direction, and each can be controlled independently. As a result, drive speed control over a wide range can be achieved under the best friction drive conditions.
実施例
本発明の一実施例を第１図ないし第４図に基づいて説明
する。Embodiment An embodiment of the present invention will be explained based on FIGS. 1 to 4.
まず、本実施例の雇音波モータの構成を説明するに先立
ち、本発明の動作原理を第２図及び第３図を参照して説
明する。第２図は厚さｔなる弾性体２０が軸線り上で位
置Ａ、Ｃをループ、位置Ｂ。First, before explaining the configuration of the sonic motor of this embodiment, the principle of operation of the present invention will be explained with reference to FIGS. 2 and 3. In FIG. 2, an elastic body 20 with a thickness of t loops at positions A and C on the axis, and at position B.
Ｄをノードとして、たわみ共振振動している状態を示す
。この状態で弾性体２０の表面の各点の振動変位は、位
置Ａでは長さ方向に直交する上向きに変位し、位置Ｂで
は軸線りとの交点を中心として時計方向に変位する。更
に、位置Ｃでは長さ方向に直交する下向きに変位し、位
置りでは中心線りどの交点を中心として反時計方向に変
位する。A state of flexural resonance vibration is shown with D as a node. In this state, the vibrational displacement of each point on the surface of the elastic body 20 is such that at position A, it is displaced upward perpendicular to the length direction, and at position B, it is displaced clockwise around the intersection with the axis. Further, at position C, it is displaced downward perpendicular to the length direction, and at position C, it is displaced counterclockwise around the intersection of the center lines.
又、これらの位置Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの各々の中間点におい
ても、各々矢印で図示するような長さ方向成分と長さ方
向に直角方向成分との合成された傾斜振動を行なってい
る。Also, at the intermediate points of each of these positions A, B, C, and D, tilt vibrations are performed, which are a combination of a longitudinal component and a component in a direction perpendicular to the longitudinal direction, as shown by arrows. .
そこで、第３図（ｂ）に示す定在波２１におけるノード
位置Ｂ、Ｄに着目すると、第２図に図示のような振動状
態の時には位置Ｂの上表面は右方向に変位し、位置りの
上表面は左方向に変位している６又、第３図（ｃ）に示
すように位置的に９０″（＝１／４波長）ずらして定在
波２２を発生させると、位置Ｂでは上方向に変位し、位
置りでは下方向に各々変位する。Therefore, if we pay attention to the node positions B and D in the standing wave 21 shown in FIG. 3(b), in the vibration state shown in FIG. The upper surface of the 6 prongs is displaced to the left, and when the standing wave 22 is generated by shifting the position by 90'' (=1/4 wavelength) as shown in Figure 3(c), at position B, They are displaced upward, and at certain positions are displaced downward, respectively.
しかるに、相対位相を９０°ずらしてこれらの定在波２
１，２２を同時に発生させると、例えば第３図（ａ）中
に各々の位置Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの上表面に対応させて示す
ような楕円振動を発生する。However, by shifting the relative phase by 90°, these standing waves 2
1 and 22 at the same time, elliptical vibrations as shown in FIG. 3(a) corresponding to the upper surfaces of positions A, B, C, and D are generated, for example.
即ち、位置Ｂ、Ｄでは回転方向が同じで瞬時位置（黒丸
で示す）が反対の楕円振動となる。この際、第３図（ｂ
）に示した方の定在波２１の振幅を破線で示すように増
加させた定在波２１ａとすると、第３図（ａ）中に示し
た位置Ｂ、Ｄの各々の楕円波形は点線楕円で示すように
横に長く変化する。又、第３図（Ｃ）に示した他方の定
在波２２の振幅を破線で示すように増加させた定在波２
２ａとすると、第３図（ａ）中に示した位置Ｂ、Ｄの各
々の楕円波形は縦に長く変化する（図示せず）。That is, at positions B and D, the rotation direction is the same, but the instantaneous position (indicated by a black circle) is an opposite elliptical vibration. At this time, as shown in Figure 3 (b)
), the elliptical waveforms at positions B and D shown in FIG. 3(a) are dotted ellipses. It changes horizontally as shown in . Furthermore, the amplitude of the other standing wave 22 shown in FIG. 3(C) is increased as shown by the broken line.
2a, each of the elliptical waveforms at positions B and D shown in FIG. 3(a) changes vertically (not shown).
一方、第３図（ｅ）に示す定在波２２のノード位置であ
る位置Ａ、Ｃに着目すると、これらの位置Ａ、Ｃでは回
転方向が同じで瞬時位置が反対の楕円振動となり、前述
した位置Ｂ、Ｄとは９０″だけ瞬時位置がずれている。On the other hand, if we focus on positions A and C, which are the node positions of the standing wave 22 shown in Fig. 3(e), these positions A and C exhibit elliptical vibrations in the same rotational direction but opposite instantaneous positions, resulting in the above-mentioned elliptical vibration. The instantaneous position deviates from positions B and D by 90''.
しかし、これらの位置Ａ、Ｃでは第３図（ｂ）に示した
定在波２１の振幅により楕円の縦方向成分が変化し、同
図（Ｃ）に示した定在波２２の振幅により横方向成分が
変化することとなり、位置Ｂ、Ｄにおける振動とは縦と
横との関係が全く逆となる。However, at these positions A and C, the vertical component of the ellipse changes due to the amplitude of the standing wave 21 shown in Figure 3(b), and the horizontal component changes due to the amplitude of the standing wave 22 shown in Figure 3(C). The directional component changes, and the relationship between vertical and horizontal directions is completely opposite to that of the vibrations at positions B and D.
二のような弾性体２０の振動動作によれば、超音波モー
タとして構成する場合、２つの定在波中の一方の定在波
（例えば、定在波２１）のノード位置（例えば、位置Ｂ
、Ｄ）に少なくとも加圧方向振幅より大きな高さの突起
を設け、この突起をロータに加圧接合させれば、ロータ
は楕円振動の回転方向に従って駆動されるとともに、そ
の定在波の振幅、即ち楕円振動の駆動方向成分により必
要なロータの駆動速度に、他方の定在波（例えば、定在
波２２）の振幅により加圧方向の成分、即ち最適な摩擦
駆動条件に各々独立して制御することができる。According to the vibration operation of the elastic body 20 as described in 2, when configured as an ultrasonic motor, the node position (for example, position B) of one of the two standing waves (for example, the standing wave 21)
, D) is provided with a protrusion having a height greater than the amplitude in the pressing direction, and this protrusion is joined to the rotor under pressure.The rotor is driven in accordance with the rotational direction of the elliptical vibration, and the amplitude of the standing wave is In other words, the driving direction component of the elliptical vibration is used to control the necessary rotor driving speed, and the amplitude of the other standing wave (for example, the standing wave 22) is used to independently control the component in the pressing direction, that is, the optimal friction driving condition. can do.
そこで、本実施例では例えばステータ（固定子）２３及
びロータ７を第１図及び第４図に示すように構成するも
のである。基本構成は第５図及び第６図に示したものと
同様であり、同一部分は同一符号を用いて示す。まず、
第１図に示すように、定在波駆動用圧電振動子となる円
環状圧電振動子１．２が、各々一方の残留分極領域の中
央部と他方の分極境界部とが対応するような位置関係と
して同心状に重ねられ、更に円環状弾性体２４と一体化
されてステータ２３が構成されている。Therefore, in this embodiment, the stator 23 and rotor 7 are constructed as shown in FIGS. 1 and 4, for example. The basic configuration is the same as that shown in FIGS. 5 and 6, and the same parts are indicated using the same symbols. first,
As shown in FIG. 1, the annular piezoelectric vibrators 1.2, which serve as piezoelectric vibrators for driving standing waves, are positioned so that the center of one remanent polarization region corresponds to the polarization boundary of the other. The stator 23 is constructed by being concentrically stacked and further integrated with the annular elastic body 24.
しかして、この円環状弾性体２４のロータ７との接合面
側には、前記圧電振動子１側の残留分極領域の境界に一
致する位置に位置させて半径方向の突起２５が、残留分
極に対応させて８個形成されている。即ち、このような
突起２５の形成位置は、各々圧電振動子１，２を駆動さ
せるための２つの定在波中の一方の定在波のノード位置
（他方の定在波のループ部分）に相当する位置である。Therefore, a radial protrusion 25 is provided on the joint surface side of the annular elastic body 24 with the rotor 7 at a position corresponding to the boundary of the residual polarization region on the piezoelectric vibrator 1 side. Eight pieces are formed in correspondence with each other. That is, the formation position of such a protrusion 25 is at the node position of one of the two standing waves for driving the piezoelectric vibrators 1 and 2 (the loop part of the other standing wave). This is the corresponding position.
又、このような突起２５の高さく厚み方向）は、少なく
とも定在波の振幅よりも大きな高さとなるように設定さ
れている。Further, the height (in the thickness direction) of such a protrusion 25 is set to be greater than at least the amplitude of the standing wave.
そして、モータとしては第４図に示すように、ステータ
２３の上面にロータ７が加圧されている。As shown in FIG. 4, the motor has a rotor 7 pressed against the upper surface of a stator 23.
従って、弾性体２４に形成した突起２５がロータ７側の
弾性体５と８箇所で接合する状態とされている。このよ
うな状態で、共振周波数にて発振器８により信号を発生
させ増幅器９のゲインを上げてゆくとその出力は圧電振
動子１を駆動し、突起２５の位置がノードとなり駆動方
向に振動し、これらのノード間が加圧方向に振動して定
在波共振する。一方、増幅器１２のみのゲインを上げる
とその出力は圧電振動子２を駆動し、突起２５が加圧方
向に振動し、各突起２５間の中央位置にノードを持つ（
即ち、ループ位置に突起２５を持つ）定在波共振振動を
発生する。Therefore, the projections 25 formed on the elastic body 24 are joined to the elastic body 5 on the rotor 7 side at eight locations. In this state, when a signal is generated by the oscillator 8 at the resonant frequency and the gain of the amplifier 9 is increased, the output drives the piezoelectric vibrator 1, and the position of the protrusion 25 becomes a node and vibrates in the driving direction. The space between these nodes vibrates in the pressurizing direction and causes standing wave resonance. On the other hand, when the gain of only the amplifier 12 is increased, its output drives the piezoelectric vibrator 2, causing the protrusions 25 to vibrate in the pressure direction, with a node at the center position between each protrusion 25 (
In other words, standing wave resonance vibration (with the protrusion 25 at the loop position) is generated.
この結果、８個の突起２５は１つ置きに４個ずつが１組
となって、反対位相で同期して振動する。As a result, the eight protrusions 25 form a set of every other four protrusions and vibrate synchronously with opposite phases.
この際に両方の増幅器９，１２により同一出力を与える
と、ステータ２３には進行波振動を発生する。これによ
り、各突起２５には各々１つ置きに逆相の２組の楕円振
動を第３図（ａ）のように発生する。即ち、第３図（ａ
）中の位置Ｂ、Ｄにおける楕円振動の組合せ又は位置Ａ
、Ｃにおける楕円振動の組合せの何れかである。この結
果、加圧接触しているロータ７は周方向に回転駆動され
る。増幅器１２のゲインにより楕円振動の加圧方向成分
が変化し、その値は最も良好に出力トルクが得られるよ
うに制御される。増幅器９のゲインは楕円振動の駆動方
向成分を設定するもので、それによりロータフの回転速
度が制御される。即ち、増幅器９のゲインを０とすると
、ロータフの回転は停止し、ゲインの増大とともに一定
方向にその回転数を大きくしてゆく。移送器１１は＋９
０°或いは一９０°で用いられ、その極性を反転させる
ことにより同一回転数でその回転方向が反転することと
なる。従って、これらの電気的な制御によって正転及び
逆転が自在な下で、広い範囲に渡る回転数の制御が可能
となるものである。At this time, if the same output is given by both amplifiers 9 and 12, traveling wave vibration is generated in the stator 23. As a result, two sets of elliptical vibrations of opposite phases are generated every other projection 25 as shown in FIG. 3(a). That is, Fig. 3 (a
) combination of elliptical vibrations at positions B and D in ) or position A
, C. As a result, the rotor 7 that is in pressure contact is rotationally driven in the circumferential direction. The pressure direction component of the elliptical vibration changes depending on the gain of the amplifier 12, and its value is controlled so as to obtain the best output torque. The gain of the amplifier 9 sets the driving direction component of the elliptical vibration, thereby controlling the rotational speed of the rotor. That is, when the gain of the amplifier 9 is set to 0, the rotor rotation stops, and as the gain increases, the rotation speed increases in a constant direction. Transfer device 11 is +9
It is used at 0° or -90°, and by reversing its polarity, the direction of rotation can be reversed at the same rotation speed. Therefore, with these electrical controls, it is possible to control the rotational speed over a wide range while allowing forward and reverse rotation.
更に、各々の増幅器９，１２からの励振出力の相対位相
を＋９０’或いは一９０°を基準とじてシフトさせると
、突起２５の振動姿態は正楕円状態からそのシフト方向
によって傾く方向が異なる傾斜楕円振動を発生させるこ
とができる。これにより、駆動条件のより一層の向上を
図ることができる。Furthermore, when the relative phase of the excitation output from each of the amplifiers 9 and 12 is shifted by +90' or -90°, the vibration state of the protrusion 25 changes from a regular ellipse to an inclined ellipse whose inclination direction differs depending on the shift direction. Can generate vibrations. Thereby, driving conditions can be further improved.
ところで、本実施例によれば、ステータ２３に進行波が
発生しており、進行波形超音波モータに酷似している。By the way, according to this embodiment, a traveling wave is generated in the stator 23, and it closely resembles a traveling wave ultrasonic motor.
しかし、ロータ７との接合部は２つの定在波中の一方の
定在波のノード位置に限定され、二のノード位置におい
て接合部となる突起２５における楕円振動により、各突
起２５はロータ７と当接離反を繰返してロータ駆動を行
なっているものである。より詳細には、例えば第２図な
いしは第３図の説明を用いれば、位置ＢとＤとでの振動
姿態或いは位置ＡとＣとでの振動姿態は各々位相が１８
０°ずれて反転しているものである。However, the joint with the rotor 7 is limited to the node position of one of the two standing waves, and due to the elliptical vibration of the protrusion 25 that becomes the joint at the second node position, each protrusion 25 is connected to the rotor 7. The rotor is driven by repeating contact and separation. More specifically, for example, using the explanation of FIGS. 2 and 3, the vibration states at positions B and D or the vibration states at positions A and C each have a phase of 18
It is shifted by 0° and is inverted.
これは、例えば位置Ｂ側でロータフに接合している期間
では対応する位置り側では離反しており、Ｄでの接合と
ともにＢでは離反するいう動作、即ち２相駆動動作する
ことになる。このような２相駆動によるメリットも大き
い。This means that, for example, during a period in which they are rotor-toughly joined at position B, they are separated at the corresponding position side, and as they are joined at D, they are separated at B, that is, a two-phase drive operation is performed. The advantages of such two-phase drive are also great.
即ち、従来の定在波形超音波モータにあっては、ロータ
とステータとの接合面は全面が同時に接合離反を繰返し
ており、出力トルクを大きくとるために接合面の加圧力
を大きくしてゆくと、楕円振動の半周期以上、遂には全
周期に渡って接合してしまい、駆動方向に対して逆方向
振動時にも摩擦力が作用する結果、回転数が下がるとと
もに、無駄な損失が増加し駆動効率を下げる大きな原因
となっている。この点、本実施例の突起２５を利用した
２相駆動によれば、大きな出力を得るためにロータ７と
ステータ２３との間の加圧力を増しても、一方の組の接
合部の離れた半周期には他方の接合部の突き出た半周期
がロータ７を受けてくれるために、ロータ７の接合面が
撓まない限り、各々の接合面は半周期以上は接合しない
ので、逆方向摩擦による摩耗がなく、無駄な損失がなく
なるものとなる。In other words, in conventional standing wave ultrasonic motors, the entire surface of the joint between the rotor and stator repeatedly separates from the joint at the same time, and in order to increase the output torque, the pressurizing force on the joint surface is increased. As a result, frictional force acts even during vibration in the opposite direction to the driving direction, resulting in a decrease in rotational speed and an increase in unnecessary loss. This is a major cause of lower drive efficiency. In this regard, according to the two-phase drive using the projections 25 of this embodiment, even if the pressurizing force between the rotor 7 and the stator 23 is increased in order to obtain a large output, the During the half cycle, the protruding half cycle of the other joint receives the rotor 7, so unless the joint surface of the rotor 7 bends, each joint surface will not be in contact for more than half a cycle, so reverse friction occurs. This eliminates wear and tear and unnecessary loss.
なお、本実施例では例えば特開昭６０−９１８７８号公
報に示されたような超音波モータをその前提とした構成
例で説明したが、この種の構造のものに限られるもので
はない。例えば、日経メカニカル１９８３．２．２８号
第４６頁ないし第４７頁に掲載されたような超音波モー
タ（即ち、１枚の圧電振動子の周方向に位置的に１／４
波長ずらして２組の定在波を発生させるための２組の圧
電素子（圧電振動子）を配置させて、各々の振動子を９
０°位相のずれた電圧により駆動するものである）にお
いても同様に適用できる。この方式の圧電体の駆動原理
は、例えば日経メカニカル１９８５．７．１５号第６７
頁ないし第６８頁に掲載されているものであり、図示す
ると第５図のようになる。即ち、ドーナツ円環状の１枚
の圧電素子本体２６には図示の如く複数の士、−の分極
処理が１／２波長分ずつ施されて１／４波長及び３／４
波長分ずつの境界部２７．２８を境に位置的に１／４波
長ずれて３波長分ずつの２組の定在波駆動用圧電振動子
２９．３０が配設されている。Although the present embodiment has been described using an example of a configuration based on an ultrasonic motor such as that disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-91878, the present invention is not limited to this type of structure. For example, an ultrasonic motor such as that published in Nikkei Mechanical, February 28, 1983, pages 46 to 47 (i.e., 1/4 positionally in the circumferential direction of one piezoelectric vibrator)
Two sets of piezoelectric elements (piezoelectric vibrators) are arranged to generate two sets of standing waves with different wavelengths, and each vibrator is
It can be similarly applied to a device that is driven by voltages that are out of phase by 0°. The driving principle of this type of piezoelectric material is described in Nikkei Mechanical No. 67, July 15, 1985, for example.
It is published on pages 68 to 68, and is illustrated in Figure 5. That is, as shown in the figure, one piezoelectric element body 26 in the shape of a donut is subjected to a plurality of polarization treatments for 1/2 wavelength and 3/4 wavelength.
Two sets of piezoelectric vibrators 29.30 for standing wave driving, each having three wavelengths, are disposed with a positional shift of 1/4 wavelength with respect to the boundary portions 27, 28, which are separated by three wavelengths.
これらの同一平面的な２組の圧電振動子２９，３０を９
０°位相のずれた駆動電圧で駆動させるものである。こ
こで、例えば、圧電振動子２９側での士、−分極の境界
部分がこの圧電振動子２９を振動させた場合のノード位
置とすると、このようなノード位置を基準に圧電素子本
体２６の全周に等間隔で例えば１４個の突起３１（形状
的には、例えば第１図等に準じた半径幅に渡る突起形状
とすればよい）を形成すればよいものである。これによ
れば、圧電振動子２９側が駆動速度を受は持ち、圧電振
動子３０側が加圧力側を受は持つことになる。つまり、
本発明でいう２組の圧電振動子としては重ねた２枚構成
のものでも、このように１枚板において同一平面内で形
成された２組構成でもよい。These two sets of piezoelectric vibrators 29 and 30 on the same plane are
It is driven with drive voltages that are out of phase by 0°. Here, for example, if the boundary between -polarization on the piezoelectric vibrator 29 side is the node position when the piezoelectric vibrator 29 is vibrated, then the entire piezoelectric element main body 26 is For example, 14 protrusions 31 (in terms of shape, the protrusions 31 may have a shape extending over a radial width according to, for example, FIG. 1) may be formed at equal intervals around the circumference. According to this, the piezoelectric vibrator 29 side has the driving speed, and the piezoelectric vibrator 30 side has the pressing force side. In other words,
The two sets of piezoelectric vibrators referred to in the present invention may be of a two-piece structure stacked one on top of the other, or of two sets of piezoelectric vibrators formed in the same plane on a single plate like this.
更には、例えば特開昭６０−９１８７７号公報に示され
るようなリニア方式の超音波モータにも同様に適用でき
るものである。Furthermore, the present invention can be similarly applied to a linear type ultrasonic motor as disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-91877.
発明の効果
本発明は、上述したように位置的に１／４波長異なり、
位相が２つの定在波中の一方の定在波のノード位置に位
置させて固定子に突起を形成し、この突起を移動体に加
圧接合させるようにしたので、この定在波側を移動体の
駆動専用、ループ位置に突起を持つことになる他方の定
在波を移動体の加圧専用として各々機能させることがで
き、よって、最適な駆動方向振幅と最適な加圧方向振幅
となるように各々の定在波の振幅の独立制御が可能とな
り、最良の摩擦駆動条件の下で広範囲の駆動速度制御が
可能となるものである。Effects of the Invention As described above, the present invention has a positional difference of 1/4 wavelength,
A protrusion is formed on the stator with the phase positioned at the node position of one of the two standing waves, and this protrusion is joined to the moving body under pressure, so that the standing wave side is One standing wave is dedicated to driving the moving object, and the other standing wave, which has a protrusion at the loop position, can be used to exclusively apply pressure to the moving object. This makes it possible to independently control the amplitude of each standing wave, making it possible to control the drive speed over a wide range under the best friction drive conditions.
第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は固定子の分解斜視図、第２図は本実施例の動作
原理を示す振動状態図、第３図は楕円振動と定在波との
関係を示す説明図、第４図は超音波モータの概要とその
駆動回路を示す断面図、第５図は変形例を示す平面図、
第６図は従来例を示す固定子の分解斜視図、第７図は従
来の超音波モータの概要とその駆動回路を示す断面図で
ある。
１．２・・・円環状圧電振動子（定在波駆動用圧電振動
子）、７・・・ロータ（移動体）、２１．２２・・・定
在波、２３・・・ステータ（固定子）、２４・・・弾性
体、２５・・・突起、２９．３０・・・定在波駆動用圧
電振動子、３１・・・突起
３．３ 図
Ｊ、は】
手続補正帯（岐）
昭和６２年 ３月１１日1 to 4 show an embodiment of the present invention,
Fig. 1 is an exploded perspective view of the stator, Fig. 2 is a vibration state diagram showing the operating principle of this embodiment, Fig. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between elliptical vibration and standing waves, and Fig. 4 is an ultraviolet A cross-sectional view showing an outline of the sonic motor and its drive circuit, FIG. 5 is a plan view showing a modified example,
FIG. 6 is an exploded perspective view of a stator showing a conventional example, and FIG. 7 is a sectional view showing an outline of a conventional ultrasonic motor and its drive circuit. 1.2... Annular piezoelectric vibrator (piezoelectric vibrator for standing wave drive), 7... Rotor (moving body), 21.22... Standing wave, 23... Stator (stator ), 24...Elastic body, 25...Protrusion, 29.30...Piezoelectric vibrator for standing wave drive, 31...Protrusion 3.3 Figure J, ha] Procedural correction band (branch) Showa March 11, 1962
Claims (2)
極を付与した少なくとも２組の定在波駆動用圧電振動子
を互いに定在波の１／４波長ずらして弾性体とともに一
体化した固定子と、この固定子に加圧接合させた移動体
とを備え、各々の前記圧電振動子を相対位相をずらした
励振出力により駆動し、各々の前記圧電振動子により発
生する定在波振動の合成複合振動により前記移動体を駆
動させる超音波モータにおいて、前記移動体に加圧接合
する突起を一方の定在波のノード位置に位置させて前記
固定子に形成したことを特徴とする超音波モータ。1. A stator in which at least two sets of piezoelectric vibrators for standing wave driving are given remanent polarization with polarity reversed for each adjacent one in the driving direction, shifted by 1/4 wavelength of the standing wave from each other, and integrated with an elastic body. , a movable body joined to the stator under pressure, each of the piezoelectric vibrators is driven by an excitation output with a relative phase shift, and a synthetic composite of standing wave vibrations generated by each of the piezoelectric vibrators is generated. An ultrasonic motor that drives the movable body by vibration, characterized in that a protrusion that pressurizes and joins the movable body is formed on the stator and positioned at a node position of one of the standing waves.
により移動体の駆動速度を設定し、ループ位置に突起を
持たせた定在波側の励振出力により加圧方向振幅を設定
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音
波モータ。2. The driving speed of the moving object is set by the excitation output of the standing wave side with a protrusion at the node position, and the amplitude in the pressing direction is set by the excitation output of the standing wave side with the protrusion at the loop position. An ultrasonic motor according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62019710A JPS63190569A (en) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | Ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62019710A JPS63190569A (en) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | Ultrasonic motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63190569A true JPS63190569A (en) | 1988-08-08 |
Family
ID=12006845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62019710A Pending JPS63190569A (en) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | Ultrasonic motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63190569A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5229678A (en) * | 1989-10-20 | 1993-07-20 | Seiko Epson Corporation | Drive control unit for an ultrasonic step motor |
| US5247220A (en) * | 1989-10-20 | 1993-09-21 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic motor |
| US5402030A (en) * | 1989-12-13 | 1995-03-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave driven apparatus |
| US5479380A (en) * | 1989-10-20 | 1995-12-26 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic motor for driving an analog electronic watch |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60183981A (en) * | 1984-02-29 | 1985-09-19 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | Supersonic wave motor |
| JPS6321498A (en) * | 1986-07-16 | 1988-01-29 | 三村 建治 | Sensor and controller thereof |
-
1987
- 1987-01-30 JP JP62019710A patent/JPS63190569A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60183981A (en) * | 1984-02-29 | 1985-09-19 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | Supersonic wave motor |
| JPS6321498A (en) * | 1986-07-16 | 1988-01-29 | 三村 建治 | Sensor and controller thereof |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5229678A (en) * | 1989-10-20 | 1993-07-20 | Seiko Epson Corporation | Drive control unit for an ultrasonic step motor |
| US5247220A (en) * | 1989-10-20 | 1993-09-21 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic motor |
| US5479380A (en) * | 1989-10-20 | 1995-12-26 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic motor for driving an analog electronic watch |
| US5521455A (en) * | 1989-10-20 | 1996-05-28 | Seiko Epson Corporation | Ultrasonic motor |
| US5402030A (en) * | 1989-12-13 | 1995-03-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave driven apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4912351A (en) | Piezoelectric motor | |
| WO1987005166A1 (en) | Ultrasonic motor | |
| JPS62247870A (en) | Method of controlling drive of ultrasonic vibrator | |
| US7005776B1 (en) | Ultrasonic motor and electronic apparatus equipped with ultrasonic motor | |
| JPS63190569A (en) | Ultrasonic motor | |
| JPH01129782A (en) | Ultrasonic motor | |
| JPS62141980A (en) | Ultrasonic vibrator and drive controlling method thereof | |
| JPH01177877A (en) | Oscillatory wave motor | |
| JP2568707B2 (en) | Ultrasonic motor | |
| JP2507083B2 (en) | Ultrasonic motor | |
| JPS60183981A (en) | Supersonic wave motor | |
| JPH0270277A (en) | Ultrasonic motor | |
| JPS63283475A (en) | Ultrasonic motor | |
| JPS6185076A (en) | Vibration wave ring motor | |
| JPS60226781A (en) | Supersonic wave motor | |
| JPH0636674B2 (en) | Ultrasonic motor | |
| JP3213570B2 (en) | Ultrasonic motor | |
| JP2625653B2 (en) | Vibration wave motor | |
| JP2549309B2 (en) | Ultrasonic motor | |
| JP3207488B2 (en) | Ultrasonic actuator | |
| JPH07184380A (en) | Piezo-electric motor | |
| JPH041599B2 (en) | ||
| JPH07178370A (en) | Vibrator and vibrating actuator | |
| JPH06339286A (en) | Vibration motor driving circuit | |
| JP2582176B2 (en) | Ultrasonic motor |