DE4131948A1 - Vibration part for ultrasonic motor - has two drive vibrators arranged at distance from each other and two sensors mutually spaced at preset distance - Google Patents
Vibration part for ultrasonic motor - has two drive vibrators arranged at distance from each other and two sensors mutually spaced at preset distanceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Vibrationsteil für einen Ultraschall-Motor, bei dem eine in einem elastischen Teil erzeugte Wanderwelle genutzt wird, sowie auf den Ultraschall- Motor.The invention relates to a vibration part for one Ultrasonic motor, one in an elastic part generated traveling wave is used, as well as on the ultrasonic Engine.
Ein herkömmlicher Ultraschall-Motor wird anhand der Fig. 11 und 12 beschrieben. An einem elastischen Teil 1 ist ein ringförmiges piezoelektrisches Vibrationsteil 2 angeklebt. Das elastische Teil 1 und das piezoelektrische Vibrationsteil 2 bilden einen Stator 12. Das piezoelektrische Vibrationsteil 2 hat zwei Antriebsvibratoren 3 und 4. Der erste Antriebsvibrator 3 enthält acht Vibratorelemente 31 bis 38. Diese Vibratorelemente 31 bis 38 sind derart polarisiert, daß die Polarisation von einem Element zum nächsten wechselt. Wie der Antriebsvibrator 3 enthält der zweite Antriebsvibrator 4 acht Vibratorelemente 41 bis 48. Diese Vibratorelemente 41 bis 48 sind derart polarisiert, daß die Polarisation eines jeweils nächsten Elementes umgekehrt ist. Ferner liegen zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebsvibrator 3 und 4 zwei Sektoren 5 und 6. Die Länge eines jeden Vibratorelementes 31 bis 38 und 41 bis 48 entspricht λ/2, wobei λ die Wellenlänge einer an dem elastischen Teil 1 erzeugten Wanderwelle ist. Die Länge des Sektors 5 entspricht 3λ/4. Der Sektor 6 ist der von den Antriebsvibratoren 3 und 4 und dem Sektor 5 verbleibende Rest.A conventional ultrasonic motor is described with reference to FIGS. 11 and 12. A ring-shaped piezoelectric vibration part 2 is glued to an elastic part 1 . The elastic part 1 and the piezoelectric vibration part 2 form a stator 12 . The piezoelectric vibration part 2 has two drive vibrators 3 and 4 . The first drive vibrator 3 contains eight vibrator elements 31 to 38 . These vibrator elements 31 to 38 are polarized such that the polarization changes from one element to the next. Like the drive vibrator 3 , the second drive vibrator 4 contains eight vibrator elements 41 to 48 . These vibrator elements 41 to 48 are polarized such that the polarization of a next element is reversed. Furthermore, two sectors 5 and 6 lie between the first and the second drive vibrators 3 and 4 . The length of each vibrator element 31 to 38 and 41 to 48 corresponds to λ / 2, where λ is the wavelength of a traveling wave generated on the elastic part 1 . The length of sector 5 corresponds to 3λ / 4. Sector 6 is the remainder of drive vibrators 3 and 4 and sector 5 .
Wenn an den ersten und den zweiten Antriebsvibrator 3 und 4 zwei elektrische Spannungen mit 90° Phasendifferenz angelegt werden, erzeugen der erste und der zweite Antriebsvibrator 3 und 4 Schwingungen an dem elastischen Teil 1. Diese Schwingungen werden in dem elastischen Teil 1 einander überlagert und rufen an dem elastischen Teil 1 eine Wanderwelle hervor. If the first and the second drive vibrator 3 and 4, two electric voltages are applied with a 90 ° phase difference, generate the first and second drive vibrator 3 and 4, vibrations on the elastic part. 1 These vibrations are superimposed on one another in the elastic part 1 and cause a traveling wave on the elastic part 1 .
Herkömmliche Ultraschall-Motoren, in denen die Wanderwelle genutzt wird, sind beispielsweise in der US-PS 45 10 411 vom 9. April 1985 und der JP-OS 63-73 887 vom 4. April 1988 beschrieben. Der in der JP-OS 63-73 887 offenbarte herkömmliche Ultraschall-Motor wird nun kurz anhand der Fig. 12 beschrieben.Conventional ultrasonic motors in which the traveling wave is used are described, for example, in US Pat. No. 4,510,411 dated April 9, 1985 and JP-OS 63-73 887 dated April 4, 1988. The conventional ultrasonic motor disclosed in JP-OS 63-73 887 will now be briefly described with reference to FIG. 12.
Eine innere Nabe eines ringförmigen Stators 12 steht mit einem Sockel 11 in Eingriff. Der Stator 12 ist mit Schrauben 13 derart an dem Sockel 11 befestigt, daß der innere Abschnitt des Stators 12 nicht schwingen kann. An einer Seite eines elastischen Teils 1 ist ein ringförmiges piezoelektrisches Vibrationsteil 2 derart befestigt, daß dessen Schwingungen gut zu dem elastischen Teil 1 übertragen werden. An dem elastischen Teil 1 sind viele Vorsprünge 1a ausgebildet, mit denen die Amplitude der Wanderwelle verstärkt werden kann. Wenn an das piezoelektrische Vibrationsteil 2 Wechselspannungen angelegt werden, wird das piezoelektrische Vibrationsteil 2 gedehnt und zusammengezogen, so daß an dem Stator 12 eine Wanderwelle erzeugt wird.An inner hub of an annular stator 12 is engaged with a base 11 . The stator 12 is fixed to the base 11 with screws 13 such that the inner portion of the stator 12 cannot vibrate. On one side of an elastic part 1 , an annular piezoelectric vibrating part 2 is attached in such a way that its vibrations are well transmitted to the elastic part 1 . Many projections 1 a are formed on the elastic part 1 , with which the amplitude of the traveling wave can be amplified. When AC voltages are applied to the piezoelectric vibrating member 2 , the piezoelectric vibrating member 2 is stretched and contracted so that a traveling wave is generated on the stator 12 .
An den Stator 12 ist durch eine Scheibenfeder 17 ständig ein Rotor 16 angedrückt. An dem Rotor 16 ist ein Reibungsfilm 16a angebracht. Der Reibungsfilm 16a ist mit dem Stator 12 in Berührung gehalten. Ferner ist zwischen der Scheibenfeder 17 und dem Rotor 16 ein Gummiteller 18 eingeklemmt. Die Scheibenfeder 17 ist durch einen Halteteil 20a einer Welle 20 gehalten. Ein Drehmoment des Rotors 16 wird über die Scheibenfeder 17 und den Halteteil 20a zu der Welle 20 übertragen. Die Welle 20 ist an Lagern 23 und 19 gelagert, die an dem Sockel 11 bzw. einem Gehäuse 15 befestigt sind. Wenn an das piezoelektrische Vibrationsteil 2 Wechselspannungen angelegt werden, läuft die Wanderwelle um den Stator 12 um. Die Wanderwelle ergibt an dem Rotor 16 ein Drehmoment, so daß der Rotor 16 drehend angetrieben wird. A rotor 16 is constantly pressed onto the stator 12 by a disc spring 17 . On the rotor 16 , a friction film 16 a is attached. The friction film 16 a is held in contact with the stator 12 . Furthermore, a rubber plate 18 is clamped between the disc spring 17 and the rotor 16 . The disc spring 17 is held by a holding part 20 a of a shaft 20 . A torque of the rotor 16 is transmitted to the shaft 20 via the disc spring 17 and the holding part 20 a. The shaft 20 is mounted on bearings 23 and 19 which are fastened to the base 11 and a housing 15 , respectively. When AC voltages are applied to the piezoelectric vibrator 2 , the traveling wave revolves around the stator 12 . The traveling wave produces a torque on the rotor 16 , so that the rotor 16 is driven in rotation.
Falls jedoch an der Welle 20 eine übermäßige Belastung entsteht oder die Welle 20 mechanisch blockiert ist, kann der Rotor 16 nicht gegen eine derartige Behinderung oder Sperre drehen. Unter diesen Umständen entstehen an dem Stator 12 unerwünschte Schwingungen mit einer nicht der Soll-Wellenlänge entsprechenden Wellenlänge. Wenn die nicht planmäßige Wellenlänge der unerwünschten Schwingung länger als die Soll-Wellenlänge λ ist, können unangenehme hörbare Geräusche erzeugt werden. In dem herkömmlichen Ultraschall- Motor ist keinerlei Vorrichtung zum Erfassen der unerwünschten Schwingung mit der von dem Soll abweichenden Wellenlänge vorgesehen. Daher erzeugt der herkömmliche Ultraschall-Motor häufig unangenehme hörbare Geräusche.However, if an excessive load arises on the shaft 20 or the shaft 20 is mechanically blocked, the rotor 16 cannot rotate against such an obstruction or lock. Under these circumstances, undesirable vibrations with a wavelength not corresponding to the target wavelength occur on the stator 12 . If the unplanned wavelength of the unwanted vibration is longer than the target wavelength λ, unpleasant audible noises can be generated. In the conventional ultrasonic motor, no device is provided for detecting the undesired vibration with the wavelength deviating from the target. Therefore, the conventional ultrasonic motor often generates unpleasant audible noises.
Zum Vermeiden der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Mängel liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Vibrationsteil bzw. einen Ultraschall-Motor zu schaffen, bei denen eine unerwünschte Schwingung mit einer nicht vorgesehenen Wellenlänge an dem Stator ermittelt wird, um das Entstehen von unangenehmen hörbaren Geräuschen zu verhindern und den Ultraschall-Motor leise zu machen.To avoid the conventional ones described above Defects, the invention has for its object a vibration part or to create an ultrasonic motor at which an unwanted vibration with an unintended Wavelength is determined on the stator by the Prevent the generation of unpleasant audible noises and to make the ultrasonic motor quiet.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein erfindungsgemäßes Vibrationsteil für einen Ultraschall-Motor einen ersten Antriebsvibrator, einen von dem ersten Antriebsvibrator beabstandeten zweiten Antriebsvibrator und zwei Sensorelemente auf, die voneinander um eine vorbestimmte Strecke beabstandet sind.To achieve this object, a vibration part according to the invention has a first drive vibrator for an ultrasonic motor, one spaced from the first drive vibrator second drive vibrator and two sensor elements, which are spaced apart from each other by a predetermined distance are.
Eine unerwünschte Schwingung erzeugt zwischen den Sensorelementen eine Spannungsdifferenz. Daher kann die unerwünschte Schwingung durch die Spannungsdifferenz zwischen den Sensorelementen erfaßt werden.An unwanted vibration creates between the sensor elements a voltage difference. Therefore, the unwanted Vibration due to the voltage difference between the sensor elements be recorded.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The invention is described below using exemplary embodiments explained in more detail with reference to the drawing.
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein Vibrationsteil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; Fig. 1 is a plan view of a vibration member according to a first embodiment;
Fig. 2 ist eine Ansicht eines Schnittes durch das Vibrationsteil längs einer Linie A-A in Fig. 1 bei Soll- Schwingung; FIG. 2 is a view of a section through the vibration part along a line AA in FIG. 1 in the case of a desired vibration;
Fig. 3 ist eine grafische Darstellung von Spannungen, die an jeweiligen Sensorelementen bei Soll- Schwingungen erzeugt werden; Fig. 3 is a graph of voltages which are generated at the respective sensor elements at target vibrations;
Fig. 4 ist eine grafische Darstellung der Spannungsdifferenz zwischen Sensorelementen bei der Soll- Schwingung; Fig. 4 is a graphical representation of the voltage difference between sensor elements in the target vibration;
Fig. 5 ist eine Ansicht eines Schnittes entlang der Linie A-A in Fig. 1 bei einer unerwünschten Schwingung; Fig. 5 is a sectional view taken along the line AA in Fig. 1 in an undesirable vibration;
Fig. 6 ist eine grafische Darstellung der Spannungen, die an den jeweiligen Sensorelementen bei der unerwünschten Schwingung erzeugt werden; Fig. 6 is a graphical representation of the voltages generated at the respective sensor elements at the undesired vibration;
Fig. 7 ist eine grafische Darstellung der Spannungsdifferenz zwischen zwei Sensorelementen bei der unerwünschten Schwingung; Fig. 7 is a graphical representation of the voltage difference between two sensor elements in the undesired vibration;
Fig. 8 ist eine Draufsicht eines Vibrationsteils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; Fig. 8 is a plan view of a vibration member according to a second embodiment;
Fig. 9 ist eine Draufsicht eines Vibrationsteils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; Fig. 9 is a plan view of a vibration member according to a third embodiment;
Fig. 10 ist ein Blockschaltbild einer Treiberschaltung für das Vibrationsteil gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel; Fig. 10 is a block diagram of a driver circuit for the vibration member according to the second and third embodiments;
Fig. 11 ist eine Draufsicht auf ein herkömmliches Vibrationsteil; Fig. 11 is a plan view of a conventional vibrating member;
Fig. 12 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Ultraschall-Motors. Fig. 12 is a sectional view of a conventional ultrasonic motor.
In dieser Beschreibung sind manche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der herkömmlichen Vorrichtung bezeichnet, da diese Elemente im wesentlichen die gleichen wie bei der herkömmlichen Vorrichtung sind.In this description, some elements are the same Reference numerals as designated in the conventional device, because these elements are essentially the same as in of the conventional device.
Anhand der Fig. 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein piezoelektrisches Vibrationsteil 2. In einem Sektor 5 sind zwei Sensorelemente 51 und 52 ausgebildet. Der Sektor 5 ist zwischen einem ersten Antriebsvibrator 3 und einem zweiten Antriebsvibrator 4 gebildet. Der Abstand zwischen den beiden Sensorelementen 51 und 52 entspricht λ/2, wobei λ eine Soll- Wellenlänge der Wanderwelle ist. Die Sensorelemente 51 und 52 sind in gleicher Richtung polarisiert. Ferner ist jedes Sensorelement 51 und 52 so schmal wie möglich gestaltet, um ein scharfes bzw. genaues Erfassen der unerwünschten Schwingung zu ermöglichen. Wenn Wechselspannungen mit 90° Phasendifferenz an die Antriebsvibratoren 3 und 4 angelegt werden, erzeugen diese an einem Stator 12 eine Wanderwelle.A first embodiment is described with reference to FIG. 1. Fig. 1 is a plan view of a piezoelectric vibrating member 2. Two sensor elements 51 and 52 are formed in a sector 5 . Sector 5 is formed between a first drive vibrator 3 and a second drive vibrator 4 . The distance between the two sensor elements 51 and 52 corresponds to λ / 2, where λ is a target wavelength of the traveling wave. The sensor elements 51 and 52 are polarized in the same direction. Furthermore, each sensor element 51 and 52 is designed as narrow as possible in order to enable a sharp or precise detection of the undesired vibration. If AC voltages with a 90 ° phase difference are applied to the drive vibrators 3 and 4 , they generate a traveling wave on a stator 12 .
Die Fig. 2 ist die Ansicht eine Schnittes längs einer Linie A-A in Fig. 1 und zeigt einen Abschnitt des Stators 12. Wenn an dem Stator 12 die Wanderwelle mit der Soll-Wellenlänge erzeugt wird, wird der Stator 12 gemäß der Darstellung in Fig. 2 gebogen. Infolgedessen erzeugt jedes Sensorelement 51 und 52 eine dem Ausmaß der Verformung entsprechende Spannung. Falls die Wanderwelle die Soll-Wellenlänge λ hat, ist an jedem der Sensorelemente 51 und 52 das Ausmaß der Verformung nahezu gleich. FIG. 2 is a sectional view taken along a line AA in FIG. 1 and shows a portion of the stator 12 . When the traveling wave with the desired wavelength is generated on the stator 12 , the stator 12 is bent as shown in FIG. 2. As a result, each sensor element 51 and 52 generates a stress corresponding to the amount of deformation. If the traveling wave has the desired wavelength λ, the extent of the deformation is almost the same at each of the sensor elements 51 and 52 .
Die Fig. 3 ist eine grafische Darstellung der von den Sensorelementen 51 und 52 erzeugten Spannungen. Da der Abstand zwischen den Sensorelementen 51 und 52 gleich λ/2 ist, werden von den Sensorelementen 51 und 52 Spannungen V51 und V52 erzeugt, die gleiche Amplitude und 180° Phasendifferenz haben. Daher ist gemäß Fig. 4 die Summe dieser beiden Spannungen V51 und V52 nahezu "0". FIG. 3 is a graphical representation of the voltages generated by the sensor elements 51 and 52. Since the distance between the sensor elements 51 and 52 is equal to λ / 2, voltages V 51 and V 52 are generated by the sensor elements 51 and 52 , which have the same amplitude and 180 ° phase difference. Therefore, according to FIG. 4, the sum of these two voltages V 51 and V 52 almost "0".
Die Fig. 5 ist die Ansicht des Schnittes entlang der Linie A-A in Fig. 1 und zeigt einen Abschnitt des Stators 12. Wenn an dem Stator 12 die Wanderwelle mit der nicht vorgesehenen Wellenlänge erzeugt wird, wird der Stator 12 gemäß der Darstellung in Fig. 5 gebogen. Das jeweilige Sensorelement 51 und 52 erzeugt eine dem Verformungsausmaß entsprechende Spannung. Da jedoch an den Sensorelementen 51 und 52 das Verformungsausmaß nicht gleich ist, stimmen die Amplituden und Phasen der erzeugten Spannungen V51 und V52 nicht miteinander überein. Infolgedessen ändert sich die Summe der Spannungen V51 und V52 gemäß der Darstellung in Fig. 7, so daß die Summe nicht beständig "0" ist. Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch Addieren der Spannungen V51 und V52 ein die unerwünschte Schwingung anzeigendes Signal erhalten. FIG. 5 is the view of the section along the line AA in FIG. 1 and shows a section of the stator 12 . If the traveling wave with the wavelength not provided is generated on the stator 12 , the stator 12 is bent as shown in FIG. 5. The respective sensor element 51 and 52 generates a voltage corresponding to the degree of deformation. However, since the degree of deformation on the sensor elements 51 and 52 is not the same, the amplitudes and phases of the generated voltages V 51 and V 52 do not match. As a result, the sum of the voltages V 51 and V 52 changes as shown in Fig. 7, so that the sum is not constantly "0". Therefore, in this embodiment, by adding the voltages V 51 and V 52, a signal indicating the unwanted vibration is obtained.
Ein Abstand zwischen den Sensorelementen 51 und 52 ist nicht immer λ/2. Der Abstand d ist durch die GleichungA distance between the sensor elements 51 and 52 is not always λ / 2. The distance d is through the equation
d = nλ/2 (1)d = nλ / 2 (1)
gegeben, wobei n eine natürliche Zahl ist und λ die Soll- Wellenlänge der an dem Stator 12 erzeugten Wanderwelle ist. Wenn n eine gerade Zahl ist, muß die Polarisation der Sensorelemente 51 und 52 die gleiche Richtung haben. Wenn im Gegensatz dazu n eine ungerade Zahl ist, sind die Sensorelemente 51 und 52 in einander entgegengesetzten Richtungen zu polarisieren.given, where n is a natural number and λ is the target wavelength of the traveling wave generated at the stator 12 . If n is an even number, the polarization of the sensor elements 51 and 52 must have the same direction. In contrast, when n is an odd number, the sensor elements 51 and 52 are to be polarized in opposite directions.
Anhand der Fig. 8 und 9 werden nun ein zweites und ein drittes Ausführungsbeispiel beschrieben. Bei dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel ist an dem piezoelektrischen Vibrationsteil 2 ein Überwachungselement 53 ausgebildet. Das Überwachungselement 53 erfaßt einen Schwingungszustand des Stators 12. Das Überwachungselement 53 ist in dem Sektor 5 oder in dem anderen Sektor 6 gebildet. Zum Erfassen eines mittleren Schwingungszustandes des Stators 12 wird das Überwachungselement 53 so breit wie möglich ausgebildet, sofern die Breite des Überwachungselementes 53 kleiner als λ/2 ist. Bei dem in Fig. 8 und 9 gezeigten zweiten und dritten Ausführungsbeispiel ist das Überwachungselement 53 in der Mitte zwischen den Antriebsvibratoren 3 und 4 angeordnet. Infolgedessen erzeugt das Überwachungselement 53 unabhängig von der Drehrichtung des Rotors 16 nahezu die gleiche Spannung.8 and 9 a second and a third embodiment will now be described with reference to FIGS.. In the second and third exemplary embodiments, a monitoring element 53 is formed on the piezoelectric vibration part 2 . The monitoring element 53 detects an oscillation state of the stator 12 . The monitoring element 53 is formed in the sector 5 or in the other sector 6 . To detect an average vibration state of the stator 12 , the monitoring element 53 is made as wide as possible, provided the width of the monitoring element 53 is smaller than λ / 2. In the second and third exemplary embodiment shown in FIGS. 8 and 9, the monitoring element 53 is arranged in the middle between the drive vibrators 3 and 4 . As a result, the monitoring element 53 generates almost the same voltage regardless of the direction of rotation of the rotor 16 .
Bei dem in Fig. 9 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel ist das Überwachungselement 53 in dem Sektor 6 angeordnet. Da in dem Sektor 6 kein Sensorelement 51 oder 52 ausgebildet ist, kann das Überwachungselement 53 breiter als dasjenige bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sein.In the third exemplary embodiment shown in FIG. 9, the monitoring element 53 is arranged in the sector 6 . Since no sensor element 51 or 52 is formed in the sector 6 , the monitoring element 53 can be wider than that in the second exemplary embodiment.
Das Überwachungselement 53 erfaßt die Amplitude der an dem Stator 12 erzeugten Wanderwelle und erzeugt eine zur Amplitude der Wanderwelle proportionale Spannung. Infolgedessen ändert sich die von dem Überwachungselement 53 erzeugte Spannung durch Umgebungsänderungen, Lastdrehmoment-Änderungen oder dergleichen. Wenn die Spannung aus dem Überwachungselement 53 konstant gehalten wird, kann dadurch an dem Stator 12 die Wanderwelle kontinuierlich und wirkungsvoll erzeugt werden.The monitoring element 53 detects the amplitude of the traveling wave generated on the stator 12 and generates a voltage proportional to the amplitude of the traveling wave. As a result, the voltage generated by the monitoring element 53 changes due to environmental changes, load torque changes or the like. If the voltage from the monitoring element 53 is kept constant, the traveling wave can thereby be generated continuously and effectively on the stator 12 .
Die Fig. 10 ist ein Blockschaltbild einer Treiberschaltung 100 für die Ansteuerung bei dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel. Die Treiberschaltung 100 regelt die Frequenz der dem ersten und dem zweiten Antriebsvibrator 3 und 4 zugeführten Wechselspannungen derart, daß die Spannung aus dem Überwachungselement 53 konstant gehalten wird. An die Treiberschaltung 100 sind das piezoelektrische Vibrationsteil 2 und ein Schalter SW angeschlossen. Die Sensorelemente 51 und 52 sind miteinander leitend verbunden. Demzufolge wird an den beiden Sensorelementen 51 und 52 eine Summe, nämlich ein Mittelwert der Spannungen, erzeugt, die an den Sensorelementen 51 und 52 erzeugt werden. Der Schalter SW bestimmt die Drehrichtung des Rotors 16. Die Schaltstellung des Schalters SW wird über eine Schnittstellenschaltung IF einem Phasenschieber PHS und einem Oszillator OSC zugeführt. Wenn durch den Schalter SW ein Kontakt CW mit Masse verbunden ist, verzögert der Phasenschieber PHS die Phase eines Wechselspannungssignals, das einer Treiberstufe DRV2 zugeführt wird, um 90° in bezug auf ein anderes Wechselspannungssignal, das einer Treiberstufe DRV1 zugeführt wird. Unter diesen Bedingungen wird der Rotor 16 im Uhrzeigersinn angetrieben. Wenn im Gegensatz dazu durch den Schalter SW ein Kontakt CCW mit Masse verbunden ist, verzögert der Phasenschieber PHS die Phase des der Treiberstufe DRV1 zugeführten Wechselspannungssignals um 90° in bezug auf das der Treiberstufe DRV2 zugeführte andere Wechselspannungssignal. Unter diesen Bedingungen wird der Rotor 16 entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben. Wenn durch den Schalter SW ein Kontakt STOP mit Masse verbunden ist, hält der Phasenschieber PHS den Rotor 16 an. Nachdem der Schalter SW von dem Kontakt STOP auf den Kontakt CW oder CCW geschaltet wurde, überstreicht der Oszillator OSC nur einmal einen bestimmten Frequenzbereich, um den Rotor 16 anlaufen zu lassen. Der Phasenschieber PHS und der Oszillator OSC haben aus dem Stand der Technik bekannte Funktionen. Daher ist hier eine ausführliche Erläuterung weggelassen.The Fig. 10 is a block diagram of a driver circuit 100 for driving in the second and third embodiment. The driver circuit 100 regulates the frequency of the alternating voltages supplied to the first and second drive vibrators 3 and 4 in such a way that the voltage from the monitoring element 53 is kept constant. The piezoelectric vibrating part 2 and a switch SW are connected to the driver circuit 100 . The sensor elements 51 and 52 are conductively connected to one another. As a result, a sum, namely an average of the voltages, is generated at the two sensor elements 51 and 52 , which are generated at the sensor elements 51 and 52 . The switch SW determines the direction of rotation of the rotor 16 . The switch position of the switch SW is fed via an interface circuit IF to a phase shifter PHS and an oscillator OSC. If a switch CW is connected to ground by the switch SW, the phase shifter PHS delays the phase of an AC voltage signal which is fed to a driver stage DRV 2 by 90 ° with respect to another AC voltage signal which is fed to a driver stage DRV 1 . Under these conditions, the rotor 16 is driven clockwise. In contrast, if a contact CCW is connected to ground through the switch SW, the phase shifter PHS delays the phase of the AC voltage signal supplied to the driver stage DRV 1 by 90 ° with respect to the other AC voltage signal supplied to the driver stage DRV 2 . Under these conditions, the rotor 16 is driven counterclockwise. If a contact STOP is connected to ground by the switch SW, the phase shifter PHS stops the rotor 16 . After the switch SW has been switched from the STOP contact to the CW or CCW contact, the oscillator OSC sweeps only once over a certain frequency range in order to start the rotor 16 . The phase shifter PHS and the oscillator OSC have functions known from the prior art. Therefore, a detailed explanation is omitted here.
Der Oszillator OSC erzeugt ein Wechselspannungssignal mit einer vorbestimmten Frequenz. Das von dem Oszillator OSC erzeugte Wechselspannungssignal wird dem Phasenschieber PHS zugeführt. Der Phasenschieber PHS teilt die Frequenz und erzeugt zwei Wechselspannungssignale mit 90° Phasendifferenz. Die geteilten beiden Wechselspannungssignale werden durch die Treiberstufen DRV1 und DRV2 verstärkt und den Antriebsvibratoren 3 und 4 zugeführt. Daraufhin erzeugt das piezoelektrische Vibrationsteil 2 an dem Stator 12 die Wanderwelle.The oscillator OSC generates an AC signal with a predetermined frequency. The AC voltage signal generated by the oscillator OSC is fed to the phase shifter PHS. The phase shifter PHS divides the frequency and generates two AC signals with a 90 ° phase difference. The divided two alternating voltage signals are amplified by the driver stages DRV 1 and DRV 2 and fed to the drive vibrators 3 and 4 . The piezoelectric vibrating part 2 then generates the traveling wave on the stator 12 .
Die Wanderwelle erzeugt eine Spannung an dem Überwachungselement 53. Die Höhe der Spannung ist zu der Amplitude der Wanderwelle proportional. Die an dem Überwachungselement 53 erzeugte Spannung wird über eine Glättungsschaltung SC1 zu dem Oszillator OSC zurückgeführt. Der Oszillator OSC vergrößert die Amplitude der Wanderwelle dadurch, daß die Schwingungsfrequenz an die Resonanzfrequenz des Stators 12 angenähert wird, wenn die an dem Überwachungselement 53 erzeugte Spannung kleiner als ein vorbestimmter Bezugswert ist, nämlich die Amplitude der Wanderwelle kleiner als normal ist. Wenn im Gegensatz dazu die an dem Überwachungselement 53 erzeugte Spannung höher als der vorbestimmte Bezugswert ist, nämlich die Amplitude der Wanderwelle größer als normal ist, verringert der Oszillator OSC die Amplitude der Wanderwelle dadurch, daß die Schwingungsfrequenz von der Resonanzfrequenz des Stators 12 weg verändert wird. Auf diese Weise kann die Amplitude der Wanderwelle in einem für den wirkungsvollen Antrieb des Rotors 16 geeigneten Bereich gehalten werden.The traveling wave generates a voltage on the monitoring element 53 . The magnitude of the voltage is proportional to the amplitude of the traveling wave. The voltage generated at the monitoring element 53 is fed back to the oscillator OSC via a smoothing circuit SC 1 . The oscillator OSC increases the amplitude of the traveling wave by approximating the oscillation frequency to the resonance frequency of the stator 12 when the voltage generated at the monitoring element 53 is less than a predetermined reference value, namely the amplitude of the traveling wave is less than normal. In contrast, when the voltage generated at the monitoring element 53 is higher than the predetermined reference value, namely the amplitude of the traveling wave is larger than normal, the oscillator OSC reduces the amplitude of the traveling wave by changing the oscillation frequency away from the resonance frequency of the stator 12 . In this way, the amplitude of the traveling wave can be kept in a range suitable for the effective drive of the rotor 16 .
Wenn an der Welle 20 eine übermäßige Belastung auftritt oder die Welle 20 mechanisch blockiert ist, kann an dem Stator 12 eine unerwünschte Schwingung entstehen. Wenn an dem Stator 12 die unerwünschte Schwingung erzeugt wird, erzeugen die Sensorelemente 51 und 52 eine Spannung. Die an den Sensorelementen 51 und 52 erzeugte Spannung wird über eine Glättungsschaltung SC2 einer Vergleichsschaltung CMP zugeführt. An die Vergleichsschaltung CMP ist ein Bezugsspannungsgeber REF angeschlossen. Wenn die aus der Glättungsschaltung SC2 zugeführte Spannung die aus dem Bezugsspannungsgeber REF zugeführte Spannung übersteigt, gibt die Vergleichsschaltung CMP an den Phasenschieber PHS ein Sperrsignal ab. Wenn von der Vergleichsschaltung CMP das Sperrsignal abgegeben wird, unterbricht der Phasenschieber PHS die Schwingungen. Daher unterbricht die Treiberschaltung 100 das Zuführen der Wechselspannungen zu dem piezoelektrischen Vibrationsteil 2, sobald mittels der Sensorelemente 51 und 52 die unerwünschte Schwingung erfaßt wird. Auf diese Weise kann das Entstehen hörbarer Geräusche wirkungsvoll und fehlerfrei verhindert werden.If an excessive load occurs on the shaft 20 or the shaft 20 is mechanically blocked, an undesirable vibration can occur on the stator 12 . When the unwanted vibration is generated on the stator 12 , the sensor elements 51 and 52 generate a voltage. The voltage generated at the sensor elements 51 and 52 is fed to a comparison circuit CMP via a smoothing circuit SC 2 . A reference voltage transmitter REF is connected to the comparison circuit CMP. If the voltage supplied from the smoothing circuit SC 2 exceeds the voltage supplied from the reference voltage generator REF, the comparison circuit CMP outputs a blocking signal to the phase shifter PHS. When the blocking signal is emitted by the comparison circuit CMP, the phase shifter PHS interrupts the oscillations. Therefore, the driver circuit 100 interrupts the supply of the alternating voltages to the piezoelectric vibration part 2 as soon as the undesired vibration is detected by means of the sensor elements 51 and 52 . In this way, audible noises can be prevented effectively and without errors.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung kann durch das piezoelektrische Vibrationsteil 2 gleichzeitig die nicht vorgesehene Schwingung ermittelt werden, die eine Wellenlänge hat, die länger oder kürzer als die Soll-Wellenlänge λ ist. Die Sensorelemente 51 und 52 können durch Polarisieren des ringförmigen piezoelektrischen Vibrationsteils 2 gebildet werden. Daher können die Sensorelemente 51 und 52 unter geringen Kosten hergestellt werden.According to the above description, the piezoelectric vibration part 2 can simultaneously determine the vibration which is not provided and which has a wavelength that is longer or shorter than the target wavelength λ. The sensor elements 51 and 52 can be formed by polarizing the annular piezoelectric vibration part 2 . Therefore, the sensor elements 51 and 52 can be manufactured at a low cost.
Ohne Abweichung vom Grundgedanken der Erfindung können verschiedenerlei Abänderungen vorgenommen werden. Beispielsweise können die Sensorelemente 51 und 52 in dem Sektor 6 angeordnet sein. Ferner können die Sensorelemente 51 und 52 betrieben werden, wenn sie an einem Teil der piezoelektrischen Elemente des Vibrationsteils 2 oder einem Teil des Stators 12 angeordnet sind.Various changes can be made without departing from the basic idea of the invention. For example, the sensor elements 51 and 52 can be arranged in the sector 6 . Furthermore, the sensor elements 51 and 52 can be operated if they are arranged on part of the piezoelectric elements of the vibration part 2 or part of the stator 12 .
Wenn die Welle eines Ultraschall-Motors übermäßig belastet oder mechanisch blockiert wird, entstehen in einem herkömmlichen Ultraschall-Motor häufig durch eine unerwünschte Schwingung mit einer nicht vorgesehenen Wellenlänge unangenehme hörbare Geräusche. Zum Ermitteln der unerwünschten Schwingung enthält daher ein Vibrationsteil eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Motors zwei Sensorelemente, die voneinander um eine vorbestimmte Strecke beabstandet sind. Entsprechend der unerwünschten Schwingung ermittelt eine Treiberschaltung eine Spannungsdifferenz zwischen den Sensorelementen. Falls die unerwünschte Schwingung entsteht, wird von der Treiberschaltung die Spannungsdifferenz zwischen den Sensorelementen erfaßt und die unerwünschte Schwingung unterbrochen.When the shaft of an ultrasonic motor is excessively loaded or mechanically blocked, arise in a conventional Ultrasonic motor often caused by an unwanted Vibration with an unintended wavelength audible noise. To identify the unwanted Vibration therefore contains a vibration part of an inventive one Ultrasonic motor two sensor elements that are spaced from each other by a predetermined distance. One determines according to the unwanted vibration Driver circuit a voltage difference between the sensor elements. If the unwanted vibration occurs, is the voltage difference between the driver circuit the sensor elements detected and the unwanted Vibration interrupted.
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