JPS61185079A - Piezoelectric linear motor - Google Patents

Piezoelectric linear motor

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JPS61185079A
JPS61185079A JP60021902A JP2190285A JPS61185079A JP S61185079 A JPS61185079 A JP S61185079A JP 60021902 A JP60021902 A JP 60021902A JP 2190285 A JP2190285 A JP 2190285A JP S61185079 A JPS61185079 A JP S61185079A
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JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
movable element
linear motor
actuator
actuators
Prior art date
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Pending
Application number
JP60021902A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeo Murata
村田 威雄
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JGC Corp
Original Assignee
JGC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by JGC Corp filed Critical JGC Corp
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enhance energy efficiency with a simple structure by driving a piezoelectric actuator with polyphase AC, and transmitting the displacements of the actuators magnetically to a movable element. CONSTITUTION:A piezoelectric motor has a movable elements 1, 6 bimorph type actuators 2 disposed oppositely to the element 1, and a stator frame 3. The actuators 2 vibrate when 3-phase power sources V1-V3 are applied, and the poles 6 at the end vibrate in response to the phase of the applied power by the application of 3-phase power source V1-V3. The vibration is transmitted magnetically to the element 1, and the element 1 linearly moves. The element 1 has a plurality of poles 5 disposed at the prescribed interval along the moving direction, and the actuators 2 have poles 6 opposed to the element 1.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の分野) 本発明は、圧電型リニアモータに関し、特にバイモルフ
型アクチュエータ等の圧電アクチュエータと強磁性体と
を使用し、印加された多相交流電源によってaiis的
運動を可能にしたモータに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of the Invention) The present invention relates to a piezoelectric linear motor, in particular a piezoelectric actuator such as a bimorph actuator and a ferromagnetic material. Regarding the motor that made this possible.

(発明の背m> 従来、圧電素子を使用したりニアモータとしては、例え
ば特開昭53−82286号に開示されたものが知られ
ている。このリニアモータは2つの圧電素子とフック機
構を利用したものであり、フック機構により圧電素子の
振動を直線運動に変換するものである。しかしながら、
このモータはフック機構を用いるため構造が複雑になり
、可動子がフリー状態になることがあり、かつフック部
の摩耗を生じるため、信頼性が低くなるという不都合が
あった。また、フック部の精密加工が必要となり製品の
価格が高くなるという不都合があった。
(Background of the invention) Conventionally, as a near motor using piezoelectric elements, the one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 53-82286 is known. This linear motor uses two piezoelectric elements and a hook mechanism. The hook mechanism converts the vibration of the piezoelectric element into linear motion.However,
Since this motor uses a hook mechanism, the structure is complicated, the movable element may be in a free state, and the hook portion is worn out, resulting in low reliability. In addition, there is an inconvenience that precision machining of the hook portion is required, which increases the price of the product.

(発明の概要および目的) 本発明は、前述の従来形における問題点に鑑み、圧電型
リニアモータにおいて、バイモルフ型アクチュエータ等
の圧電アクチュエータを多相交流で駆動し、該アクチュ
エータの変位を磁気的に可動子に伝達するという構想に
基づき、簡単な構造でエネルギー効率を大きくし、かつ
モータの小型軽量化および信頼性の向上を図ることを目
的とする。
(Summary and Object of the Invention) In view of the problems with the conventional type described above, the present invention is a piezoelectric linear motor in which a piezoelectric actuator such as a bimorph actuator is driven with multiphase alternating current, and the displacement of the actuator is magnetically controlled. Based on the concept of transmitting power to the mover, the aim is to increase energy efficiency with a simple structure, reduce the size and weight of the motor, and improve reliability.

(実施例の説明) 以下、図面により本発明の詳細な説明する。(Explanation of Examples) Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第1図(a>および(b)は、それぞれ本発明の1実施
例に係わる圧電型リニアモータの平面図および斜視図で
ある。これらの図に示される圧電モータは、可動子1、
可動子1に対向して配置された例えば6個のバイモルフ
型アクチュエータ 2、そして各バイモルフ型アクチュ
エータ 2を所定位置に固定するための固定枠3を具備
する。また、4は可動子1のシャフトである。各バイモ
ルフ型アクチュエータ 2は可動子1の両側に3個ずつ
配置され、各々可動子1側の端部に例えば永久磁石の磁
極6を有している。また、可動子1はバイモルフ型アク
チュエータの配置された両側面にそれぞれ例えば6個の
磁極5を有する。磁極5は強磁性体で形成され、それ以
外の部分は非磁性体で形成されている。
1(a) and (b) are a plan view and a perspective view, respectively, of a piezoelectric linear motor according to an embodiment of the present invention.The piezoelectric motor shown in these figures has a movable element 1,
For example, six bimorph type actuators 2 are arranged facing the movable element 1, and a fixing frame 3 for fixing each bimorph type actuator 2 at a predetermined position is provided. Further, 4 is a shaft of the movable element 1. Three bimorph actuators 2 are arranged on both sides of the movable element 1, and each has a magnetic pole 6 of, for example, a permanent magnet at the end on the movable element 1 side. Further, the movable element 1 has, for example, six magnetic poles 5 on both sides on which the bimorph actuator is arranged. The magnetic pole 5 is made of ferromagnetic material, and the other parts are made of non-magnetic material.

上述のモータにおいては、一般に固定子を構成する各バ
イモルフ型アクチュエータは2相以上の多相交流の正弦
波あるいは三角波等の電源によって駆動され、可動子の
磁極間隔をd、多相交流の相数をpとすると、バイモル
フ型アクチュエータの間隔は(1) +Ill /n 
)d /11となる。但し、l。
In the above-mentioned motor, each bimorph actuator that constitutes the stator is generally driven by a power source such as a sine wave or triangular wave of two or more phases of polyphase AC, and the magnetic pole spacing of the mover is d, and the number of phases of the polyphase AC is When p is the distance between bimorph actuators, (1) +Ill /n
)d/11. However, l.

nは正の整数である。n is a positive integer.

第2図は、第1図の圧電モータに3相電源を供給するた
めのスイッチ回路を示す。同図の回路は、モータの移動
および停止のためのスイッチS W +とモータの移動
方向を切り換えるためのスイッチS W 2とを備えて
いる。3相電源はこれらの各スイッチS W 2および
S W +を介して各バイモルフ型アクチュエータ2に
電源V+ 、V2 、V3として印加される。スイッチ
S W 2が逆方向のポジションにある場合には、入力
3相電源の3本のラインのうちの2本が交換接続される
FIG. 2 shows a switch circuit for supplying three-phase power to the piezoelectric motor of FIG. 1. FIG. The circuit shown in the figure includes a switch S W + for moving and stopping the motor, and a switch S W 2 for switching the direction of movement of the motor. Three-phase power is applied to each bimorph actuator 2 as power supplies V+, V2, and V3 via these switches SW2 and SW+. When the switch S W 2 is in the reverse position, two of the three lines of the input three-phase power supply are connected interchangeably.

以上のようなモータにおいては、各バイモルフ型アクチ
ュエータに3相電源V+ 、V2 、V3が印加される
と各バイモルフ型アクチュエータが印加電源の位相に応
じて振動し、この撮動が磁気的に可動子に伝達されて該
可動子が直線運動を行う。
In the motor described above, when three-phase power supplies V+, V2, and V3 are applied to each bimorph actuator, each bimorph actuator vibrates according to the phase of the applied power supply, and this movement is caused by magnetic movement of the movable member. The movable element performs a linear motion.

第3図は、可動子1の磁極と各バイモルフ型アクチュエ
ータの磁極との位置関係を示す。同図において、各点6
a、 6b、 6cはそれぞれアクチュエータ先端部の
位置、線分は各先端部の運動軌跡、各点5a、 5b、
・・・、 5eはそれぞれ可動子の磁極の中心位置を示
す。
FIG. 3 shows the positional relationship between the magnetic poles of the mover 1 and the magnetic poles of each bimorph type actuator. In the same figure, each point 6
a, 6b, and 6c are the positions of the actuator tips, the line segments are the movement trajectories of each tip, and the points 5a, 5b,
..., 5e each indicate the center position of the magnetic pole of the mover.

第3図に示づような初期条件、すなわち点5aと68と
が対向する状態で、各バイモルフ型アクチュエータを例
えば3相電源で駆動するものとする。
It is assumed that each bimorph actuator is driven by, for example, a three-phase power supply under the initial conditions shown in FIG. 3, that is, in a state in which points 5a and 68 face each other.

初期点5aは点6aに引きつけられるから点6aの振動
に応じて同図矢印×方向に移動するが両者の間隔は順次
増加するから引きつける力が弱くなる方向に変化する。
Since the initial point 5a is attracted to the point 6a, it moves in the direction indicated by the arrow X in the figure in response to the vibration of the point 6a, but since the distance between the two gradually increases, the attracting force changes in the direction of becoming weaker.

これに応じて、2π/3の位相差で駆動される点6Cが
接近してきた点5dを引きつけ可動子を矢印×方向に移
動させる。これにより、点5aは点6aの力の及ぶ範囲
から脱出する。次に、同様にして点6bが接近してきた
点5bを引きつけ可動子を矢印×方向に移動させる。こ
のような動作をくり返すことによって可動子の直接運動
が持続される。
In response to this, the point 6C driven with a phase difference of 2π/3 attracts the approaching point 5d and moves the movable element in the arrow x direction. As a result, the point 5a escapes from the range of the force of the point 6a. Next, in the same way, point 6b attracts the approaching point 5b and moves the movable element in the direction of arrow x. By repeating these operations, the direct motion of the mover is maintained.

以上の構成を有する圧電型リニアモータの動作確認のた
めに行った実験の結果につき以下説明する。可動子1を
真ちゅうの台座に5個の永久磁石の磁極を付加して構成
し、各磁極間の距離はバイモルフ型アクチュエータの振
幅0.6mmの約2倍の1.26 mmとした。固定子
としてはチタンジルコニウム酸鉛製のバイモルフ型アク
チュエータを3個使用し、各アクチュエータ先端には純
鉄の磁極が取り付けられている。各バイモルフ型アクチ
ュエータの間隔は2.09 nunとし、可動子と固定
子の磁撞の間隔りはO,lliとした。このような圧電
モータの各バイモルフ型アクチュエータに3相電源V+
 、V2 、V3 とLT20V、100 HZ (7
) 電圧ヲ印加した場合、約126ml1+ 7秒の移
動速度が得られた。
The results of an experiment conducted to confirm the operation of the piezoelectric linear motor having the above configuration will be described below. The mover 1 was constructed by adding five permanent magnet magnetic poles to a brass base, and the distance between each magnetic pole was set to 1.26 mm, which is about twice the amplitude of 0.6 mm of the bimorph type actuator. Three bimorph actuators made of lead titanium zirconate are used as stators, and a pure iron magnetic pole is attached to the tip of each actuator. The spacing between each bimorph actuator was 2.09 nun, and the spacing between the magnetic force between the mover and the stator was O.lli. A three-phase power supply V+ is applied to each bimorph actuator of such a piezoelectric motor.
, V2, V3 and LT20V, 100 Hz (7
) When a voltage was applied, a moving speed of about 126 ml1+7 seconds was obtained.

また、第4図はこのような圧電型リニアモータの変位と
時間との関係を示す。同図において、Fは軸方向に加え
られた逆方向の力すなわち負荷の大きさをダラム重単位
で示す。第4図から明らかなように、負荷がゼロすなわ
ちF=Oの場合は三角波電源で駆動しても正弦波電源で
駆動しても正常に動作するが、負荷が大きくなり、例え
ばF−= 6グラム重であり、かつ三角波電源による駆
動の場合は動作不能となっている。
Moreover, FIG. 4 shows the relationship between displacement and time of such a piezoelectric linear motor. In the figure, F represents the force in the opposite direction applied in the axial direction, that is, the magnitude of the load in duram weight units. As is clear from Fig. 4, when the load is zero, that is, F=O, it operates normally whether driven by a triangular wave power supply or a sine wave power supply, but the load increases, for example, when F-=6. It is gram heavy and is inoperable when driven by a triangular wave power source.

なお、上述においては、固定子に圧電アクチュエータを
使用する場合につき説明したが、本発明は圧電アクチュ
エータと同様の振動動作を行う電磁式のアクチュエータ
を使用した場合にも適用できることは明らかである。
Note that although the above description has been made regarding the case where a piezoelectric actuator is used for the stator, it is clear that the present invention can also be applied to a case where an electromagnetic actuator that performs a vibration operation similar to that of a piezoelectric actuator is used.

(発明の効果) 以上のように、本発明によれば、比較的簡単な構造によ
りエネルギー効率の大きなりニアモータを実現すること
ができる。また、可動子の移動速度が入力信号に同期す
るから、該移動速度等を正確に制御することが可能とな
り、また駆動電源の周波数を変えることにより広範囲に
渡って移動速度を調節することが可能となる。さらに、
逆方向移動も可能である。また、磁気的なリークが少な
く、小型計量のりニアモータを実現することができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, a near motor with high energy efficiency can be realized with a relatively simple structure. In addition, since the moving speed of the mover is synchronized with the input signal, it is possible to accurately control the moving speed, etc., and it is also possible to adjust the moving speed over a wide range by changing the frequency of the drive power source. becomes. moreover,
Reverse movement is also possible. In addition, there is little magnetic leakage, and a small metering linear motor can be realized.

さらに、入力インピーダンスが高くなるから駆動回路の
負荷を軽減することができる。
Furthermore, since the input impedance is increased, the load on the drive circuit can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(a>F3よび(b)は本発明の1実施例に係わ
る圧電型リニアモータのそれぞれ平面図および斜視図、
第2図は第1図のモータに接続されるスイッチ回路を示
す電気回路図、第3図は第1図のモータの動作を示す説
明図、そして第4図は第1図のモータの特性を示すグラ
フである。 1:可動子、2:バイモルフ型アクチュエータ、3:I
IA定枠、4ニジレフト、5. 6:1iil極、SW
+ 、SW2  :スイッチ。
1 (a>F3 and (b) are respectively a plan view and a perspective view of a piezoelectric linear motor according to an embodiment of the present invention,
Figure 2 is an electric circuit diagram showing the switch circuit connected to the motor in Figure 1, Figure 3 is an explanatory diagram showing the operation of the motor in Figure 1, and Figure 4 shows the characteristics of the motor in Figure 1. This is a graph showing. 1: Mover, 2: Bimorph actuator, 3: I
IA fixed frame, 4 left, 5. 6:1iil pole, SW
+, SW2: Switch.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.移動方向に沿つて所定間隔で配置された複数の磁極
を有する可動子、および各々可動子に対向して所定間隔
で配置され可動子側部分に磁極を有する複数の圧電アク
チュエータを備えた固定子を具備し、各圧電アクチユエ
ータを多相交流電源にて駆動して各圧電アクチュエータ
に付加された磁極をほぼ可動子の移動方向に沿って振動
させることにより該可動子に直線的運動を生じさせるこ
とを特徴とする圧電型リニアモータ。
1. A stator comprising a movable element having a plurality of magnetic poles arranged at predetermined intervals along a moving direction, and a plurality of piezoelectric actuators each disposed at a predetermined interval opposite the movable element and having magnetic poles on the movable element side portion. Each piezoelectric actuator is driven by a multiphase alternating current power source, and the magnetic poles added to each piezoelectric actuator are vibrated substantially along the moving direction of the movable element, thereby causing linear motion in the movable element. Features a piezoelectric linear motor.
2.前記可動子の磁極間隔をd、印加電源の相数をP、
m、nを正の整数とすると前記圧電アクチユエータの間
隔は(p+m/n)d/pである特許請求の範囲第1項
に記載の圧電型リニアモータ。
2. The magnetic pole spacing of the mover is d, the number of phases of the applied power is P,
The piezoelectric linear motor according to claim 1, wherein the spacing between the piezoelectric actuators is (p+m/n)d/p, where m and n are positive integers.
3.前記圧電アクチュエータはバイモルフ型アクチユエ
ータである特許請求の範囲第1項または第2項に記載の
圧電型リニアモータ。
3. 3. The piezoelectric linear motor according to claim 1, wherein the piezoelectric actuator is a bimorph actuator.
4.前記固定子の磁極および前記回転子の磁極のいずれ
か一方が永久磁石である特許請求の範囲第3項に記載の
圧電型リニアモータ。
4. 4. The piezoelectric linear motor according to claim 3, wherein either one of the magnetic poles of the stator and the magnetic poles of the rotor is a permanent magnet.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5049775A (en) * 1988-09-30 1991-09-17 Boston University Integrated micromechanical piezoelectric motor

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5382286A (en) * 1976-12-28 1978-07-20 Nec Corp Motor
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