DE69127308T2

DE69127308T2 - Vibrationswellenbetriebener Motor

Info

Publication number: DE69127308T2
Application number: DE69127308T
Authority: DE
Inventors: Akio Atsuta
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1991-04-04
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2011-04-05
Also published as: EP0450962B1; JP2996483B2; DE69127308D1; EP0450962A2; JPH03289375A; US5656881A; EP0450962A3

Description

Diese Erfindung bezieht sich einen Motor, der mechanische Energie ohne den Gebrauch einer elektromagnetischen Energie erzeugt, und insbesondere auf einen stangenförmigen Ultraschallmotor (vibrationswellenbetriebener Motor), wobei eine kreisartige Bewegung angewendet wird, die durch die Kombination von sich ausdehnenden und sich zusammenziehenden Vibrationen in der Axialrichtung in einem Vibrator angeregt wird, um ein koaxial auf dem Vibrator befestigtes angetriebenes Element durch Reibungsantreiben zu drehen.
Ein Motor, der beispielsweise in Fig. 13 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, wurde bisher als ein Ultraschallmotor (Motor der Vibrationsart) dieser Art in dem Dokument EP-A-0420622 vorgeschlagen, das den Stand der Technik gemäß Art. 54(3) EPU beschreibt.
In Fig. 13 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Vibrationselement, das eine metallische runde Stange mit einem einen vorderen Endabschnitt bildenden Wellenabschnitt 1a mit einem kleinen Durchmesser, einen einen hinteren Endabschnitt bildenden Wellenabschnitt 1b mit einem großen Durchmesser und einen zwischen dem Wellenabschnitt 1a mit dem kleinen Durchmesser und dem Wellenabschnitt 1b mit dem großen Durchmesser ausgebildeten kegelkonischen Abschnitt 1c mit einem Durchmesser aufweist, der zu dem vorderen Endabschnitt fortschreitend abnimmt, das Bezugszeichen 2 bezeichnet ein Halteelement, das eine metallische runde Stange aufweist, die mit demselben Außendurchmesser wie der Wellenabschnitt 1b mit dem großen Durchmesser des Vibrationselements 1 ausgebildet ist und eine Bolzeneinführöffnung 2a hat, die entlang ihrer Achse ausgebildet ist, die Bezugszeichen 3 und 4 bezeichnen kreisartige ringförmige piezoelektrische Elementplatten, die mit demselben Außendurchmesser wie der Wellenabschnitt 1b mit dem großen Außendurchmesser ausgebildet sind, und das Bezugszeichen 5 bezeichnet die Elektrodenplatte der piezoelektrischen Elementplatten 3 und 4. Die piezoelektrischen Elementplatten 3 und 4 mit der dazwischengesetzten Elektrodenplatte 5 sind zwischen dem Vibrationselement 1 und dem Halteelement 2 angeordnet, und das Halteelement 2 ist durch einen Bolzen 6 an dem Vibrationselement 1 fixiert, wodurch die piezoelektrischen Elementplatten 3 und 4 zwischen dem Vibrationselement 1 und dem Halteelement 2 fixiert sind, um dadurch einen Vibrator A zu bilden. Der Bolzen 6 befindet sich mit seinem Kopf im Kontakt mit dem Halteelement 2, wobei ein kreisartiger ringförmiger Isolator 7 dazwischengesetzt ist, und sein Schaftabschnitt befindet sich in einem kontaktfreien Zustand gegenüber den piezoelektrischen Elementplatten 3, 4 und der Elektrodenplatte 5.
Die piezoelektrischen Elementplatten 3 und 4 haben jeweils an einer ihrer Oberflächen zwei Elektroden (Pluselektrode a und Minuselektrode b), die sich in der Richtung der Polarisation voneinander unterscheiden und in der Richtung der Dicke polarisiert sind, wobei die beiden Elektroden an den entgegengesetzten Seiten eines isolierenden Abschnitts d, der an der Mittellinie ausgebildet ist, symmetrisch ausgebildet sind, und an ihrer anderen Oberfläche eine Elektrode c ausgebildet ist, die der Pluselektrode a und der Minuselektrode b gemeinsam ist, und sie sind gegenüber der Achse des Vibrators A mit einem Phasenversetzungsunterschied von 90º angeordnet. Die polarisierten Elektroden (die Pluselektrode a und die Minuselektrode b) der piezoelektrischen Elementplatte 3 befinden sich im Kontakt mit der hinteren Endoberfläche des Vibrationselements 1, das ein elektrischer Leiter ist, und die piezoelektrische Elementplatte 4 befindet sich im Kontakt mit der vorderen Endoberfläche des Halteelements 2, das ein elektrischer Leiter ist.
Eine wechselspannung V&sub1; wird zwischen der Elektrodenplatte 5 und dem Vibrationselement 1 angelegt und eine Wechselspannung V&sub2; wird zwischen der Elektrodenplatte 5 und dem Halteelement 2 angelegt, wodurch der Vibrator A durch die Kombination der Vibration, die durch sich ausdehnende und sich zusammenziehende Versetzung der piezoelektrischen Elementplatte 3 in der Richtung ihrer Dicke verursacht wird, und der Vibration, die durch die sich ausdehnende und sich zusammenziehende Versetzung der piezoelektrischen Elementplatte 4 in der Richtung ihrer Dicke verursacht wird, vibriert wird.
Die Wechselspannung V&sub1; und die Wechselspannung V&sub2;, wie sie in der Fig. 14 der beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, haben eine identische Amplitude und Frequenz und haben dazwischen einen zeitlichen und räumlichen Phasenunterschied von 90º.
Somit vollzieht der Vibrator A eine kreisartige Bewegung wie die des Seils beim Seilhüpfen (das nachfolgend als das Seilhüpfen bezeichnet wird) um seine Achse. Der Grundsatz des Auftretens einer derartigen kreisartigen Bewegung ist in dem vorstehend erwähnten Dokument EP-A-0420622 detailliert beschrieben und braucht deshalb hier nicht beschrieben werden.
Wie in Fig. 15 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, ist ein Rotor 8 koaxial zu der Achse l des Vibrators A befestigt, und der hintere Endabschnitt (der nachfolgend als Reibungskontaktabschnitt bezeichnen wird) 8b des Innendurchmesserabschnitts des Rotors 8 erstreckt sich zu einem Ort, der mit einem gleitenden Abschnitt B übereinstimmt, und der Reibungskontaktabschnitt 8b ist mit dem gleitenden Abschnitt B des kegelkonischen Abschnitts 1c in Kontakt gebracht. Der kegelkonische Abschnitt ist vorgesehen, um eine geeignete Reibungskraft in dem gleitenden Abschnitt B zu erhalten, indem er einer axialen Druckkraft ausgesetzt wird. Dieser gleitende Abschnitt B schafft die Schleife des Seilhüpfens in dem Vibrationselement 1.
Die Bohrung des Innendurchmesserabschnitts 8a des Rotors 8 hat einen derartigen Aufbau, daß sie sich in dem Vibrationselement 1 im Kontakt mit der Position des Knotens des Seilhüpfens befindet, wobei ein Element 8d mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten dazwischengesetzt ist, und der Rotor 8 ist mit einer Ausnehmung 8c versehen, um zu verhindern, daß der Innendurchmesser abschnitt mit irgend einer Vibration in Kontakt kommt, die in anderen Abschnitten als dem gleitenden Abschnitt B erzeugt wird, und Geräusche erzeugt.
Der Reibungskontaktabschnitt 8b des Rotors 8 divergiert in eine derartige Form, daß sein Innendurchmesser mit der äußeren Randform des gleitenden Abschnitts B übereinstimmt, der fortschreitend ansteigt, und daß seine Oberfläche mit dem gleitenden Abschnitt B während der Seilhüpfbewegung des Vibrationselements 1 in Kontakt tritt.
Der Rotor 8 wird beispielsweise durch eine nicht gezeigte Feder oder dergleichen über ein nicht gezeigtes Axiallager in die Richtung des Pfeils in Fig. 15 gedrückt, wodurch eine vorgegebene Reibungskraft in dem Kontaktabschnitt zwischen dem Reibungskontaktabschnitt 8b und dem gleitenden Abschnitt B erzeugt wird, indem der gleitendeabschnitt den vorstehend beschriebenen geeignet fortschreitend ansteigenden Durchmesser hat und durch das Axiallager auch eine axiale Drehung ermöglicht wird.
Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird ein Ultraschallmotor (ein vibrationswellenbetriebener Motor) verwirklicht, wobei die Vibration des Vibrationselements 1 als eine drehende Kraft auf den Reibungskontaktabschnitt 8b des Rotors übertragen wird, um dadurch den Rotor zu drehen.
Im allgemeinen hat jedoch der Ultraschallmotor (Motor der Vibrationsart) dieser Art eine Resonanzfrequenz der Reihe von mehreren Zehn Kilohertz und wenn er nicht in der Umgebung dieser Frequenz angetrieben wird, wird keine große Amplitude erhalten und ein derartiger Motor wird nicht als Motor wirken. Die Resonanzfrequenz des Motors schwankt auch in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Temperatur und Feuchte und Lastzustände.
Das führt zu dem Problem, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit instabil wird, wenn der Motor mit einer vorgegebenen Frequenz angetrieben wird.
Das Dokument DE-A-3634329 offenbart einen vibrationswellenbetriebenen Motor, der ein elektromechanisches Energieumwandlungselement aufweist, das so in einen Steuerschaltkreis eingeschlossen ist, daß der Motor gesteuert werden kann, um im wesentlichen bei seiner Resonanzfrequenz zu wirken.
Erfindungsgemäß wird ein rotationsvibrationswellenbetriebener Motor mit den in Anspruch 1 angeführten Merkmalen geschaffen.
Ein Gesichtspunkt der Anmeldung ist die Schaffung eines zylinderförmigen Ultraschallmotors (vibrationswellenbetriebenen Motors), wobei ein elektrisches Wechselspannungsfeld an ein elektromechanisches Energieumwandlungselement angelegt wird, das in dem Körper des Vibrators angeordnet ist, wodurch der Vibrator dazu veranlaßt wird, Vibrationen einer biegenden Betriebsart in derselben Form mit einem zeitlichen Phasenunterschied dazwischen in einer Vielzahl von Ebenen anzuregen, wodurch die Oberflächenteilchen eines Vibrationselements dazu veranlaßt werden, eine kreisartige bis elliptische Bewegung zu vollziehen und durch das Reibungsantreiben zwischen dem Vibrationselement und einem gegen das Vibrationselement gedrückten Element eine Relativbewegung zu erzeugen, und wobei der Vibrator mit einem vibrationserfassenden elektromechanischen Energieumwandlungselement versehen ist, wodurch der vibrierende Zustand erfaßt werden kann.
Die vibrationserfassenden Umwandlungselemente und Überwachungselemente haben vorzugsweise eine Ringform mit demselben Durchmesser. Das ringförmige Umwandlungselement ist vorzugsweise zweigeteilt und die zweigeteilten Elemente sind in unterschiedlichen Richtungen polarisiert, um den vibrierenden Zustand zu überwachen.
Bei den beigefügten Zeichnungen:
zeigt Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
zeigt Fig. 2 eine Kurve der Beziehung zwischen einem Vibrationserfassungssignal und einex Frequenz bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
zeigt Fig. 3 eine Kurve des Phasenunterschieds über der Frequenzbeziehung zwischen dem Vibrationserfassungssignal und einer Eingangsspannung bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
zeigt Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Steuerschaltkreises bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
zeigt Fig. 5 eine perspektivische Explosionsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
zeigt Fig. 6 eine Kurve des Phasenunterschieds über der Frequenzbeziehung zwischen einem Vibrationserfassungssignal und einer Eingangsspannung bei dem zweiten Ausführungsbeispiel;
zeigt Fig. 7 eine perspektivische Explosionsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
zeigt Fig. 8 eine Kurve des Phasenunterschieds über der Frequenzbeziehung zwischen einem Vibrationserfassungssignal und einer Eingangsspannung bei dem dritten Ausführungsbeispiel;
zeigt Fig. 9 eine Seitenansicht einer Anordnung, die nur als Bezug enthalten ist;
zeigt Fig. 10 eine Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
zeigen Fig. 11(a) bis 11(d) die Elektrodenmuster eines vibrationserfassenden piezoelektrischen Elements, das in dem Motor der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
zeigt Fig. 12 ein System, das den stangenförmigen Ultraschallmotor eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung einschließt;
zeigt Fig. 13 eine perspektivische Explosionsansicht eines Motors nach dem Stand der Technik;
zeigt Fig. 14 die Wellengestalt der an die piezoelektrischen Elememtplatten angelegten Wechselspannungen;
zeigt Fig. 15 eine Baugruppenseitenansicht des in Fig. 13 gezeigten Ultraschallmotors.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines vibrationswellenbetriebenen Motors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Bezugszeichen 1 bis 8 in der Fig. 1 haben eine ähnliche Bedeutung wie die in der Fig. 13.
Das Bezugszeichen 9 bezeichnet ein piezoelektrisches Element als ein Vibrationserfassungselement, das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Elektrodenplatte zum Zuführen von elektrischer Energie zu dem antreibenden piezoelektrischen Element 3, das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Elektrodenplatte zum Erden des piezoelektrischen Elements 9, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet ein isolierendes Element zum Halten der Elektrodenplatten 10 und 11 in einem kontaktfreien Zustand.
Das piezoelektrische Element 9 hat denselben Aufbau wie die piezoelektrischen Elemente 3 und 4 und ist so angeordnet, daß seine Phasenversetzung mit der des piezoelektrischen Elements 3 übereinstimmen kann.
Der Grundsatz zum Antreiben ist derselbe wie der bei dem in Fig. 13 gezeigten Beispiel und braucht deshalb nicht beschrieben werden.
Fig. 2 zeigt die Frequenz in der Umgebung einer Resonanzfrequenz fr bei dem ersten Ausführungsbeispiel über der Amplitude des Ausgangssignals des piezoelektrischen Elements 9.
Das Ausgangssignal des piezoelektrischen Elements 9 hat bei der Resonanzfrequenz fr sein Maximum und nimmt vorher und nachher ab.
Folglich kann die Resonanzfrequenz fr durch Erfassen der Frequenz gefunden werden, bei der die Amplitude des Ausgangssignals des piezoelektrischen Elements 9 maximal ist.
Fig. 3 zeigt die Phasenunterschiedsbeziehung zwischen der Frequenz über der Eingangsspannung V&sub1; in der Umgebung der Resonanzfrequenz bei dem ersten Ausführungsbeispiel und dem Ausgangssignal des vibrationserfassenden piezoelektrischen Elements 9.
Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, ist der Phasenunterschied zwischen der Eingangsspannung V1 und dem Ausgangssignal Vs des vibrationserfassenden piezoelektrischen Elements 9 für eine höhere Frequenz als die Resonanzfrequenz 0º und erhöht sich allmählich, wenn die Frequenz sich der Resonanzfrequenz nähert und wird 90º bei der Resonanzfrequenz fr und erhöht sich auf 180º für eine niedrigere Frequenz als die Resonanzfrequenz fr.
Angesichts des Phasenunterschieds wird dieselbe Phasenbeziehung sowohl für die Drehrichtung im Uhrzeigersinn CW als auch für die Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn CCW erhalten, weil das piezoelektrischen Element und das vibrationserfassende piezoelektrische Element 9 mit einer Phasenversetzung von 0º angeordnet sind. Bei CW ist V&sub1; gegenüber V&sub2; zeitlich um 90º vorverlegt und bei CCW ist V&sub1; gegenüber V&sub2; verzögert.
Aus der vorstehend beschriebenen Phasenbeziehung kann die Frequenz auf die Resonanzfrequenz eingestellt werden, indem die Frequenz so gesteuert wird, daß der Phasenunterschied zwischen der Eingangsspannung V&sub1; in das piezoelektrische Element 3 und dem Ausgangssignal des vibrationserfassenden piezoelektrischen Elements 9 90º werden kann.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Steuerschaltkreises bei dem vorstehend beschriebenen stangenförmigen Ultraschallmotor (vibrationswellenbetriebener Motor).
Ein Schwinger 17 schwingt mit einer durch ein Signal festgelegten Frequenz, das durch eine Frequenzbestimmungseinrichtung 24 erzeugt wird, und das Ausgangssignal des Schwingers 17 wird zusammen mit einem Signal, das durch Phasenverschiebungsschaltkreise 18 und 19 um 90º (oder 270º) phasenverschoben ist, durch Verstärker 20 und 21 zweiphasig verstärkt, wonach es in die Elektrodenplatte 10 und das Halteelement 2 eingeht. Dabei muß das Halteelement 2 ein elektrischer Leiter sein.
Ein Signal von dem vibrationserfassenden piezoelektrischen Element 9 erhält die Elektrodenplatte 11 und sein Phasenunterschied von dem Signal V&sub1; von dem Verstärker 20 wird in einer Phasenunterschiedserfassungseinrichtung 22 herausgefunden.
Nachfolgend wird durch einen Berechnungsschaltkreis 23 berechnet, wie weit das Signal von der Resonanzfrequenz fr entfernt ist, und die Frequenzbestimmungseinrichtung 24 wird verändert.
Der vorstehend beschriebene Vorgang wird wiederholt, wodurch es möglich wird, den Motor so anzutreiben, daß die Frequenz bei der Resonanzfrequenz gehalten wird.
Das piezoelektrische Element 9 ist auch kreisartig und kann deshalb mit den Resonanzfrequenzen der Vibrationen in zwei Richtungen in Übereinstimmung miteinander vorgesehen sein, und sein Außendurchmesser ist dem aes Vibrators oder eines eines anderen antreibenden piezoelektrischen Elements gleich und deshalb ist es durch Gleichmachen des Außendurchmessers während der Montage einfach, die Koxialität mit anderen Teilen zu halten. Des weiteren ist das verwendete piezoelektrischen Element 9 dasselbe wie das antreibende piezoelektrische Element und deshalb ist es nicht nötig, ein abgesondertes Teil als das vibrationserfassende piezoelektrische Element herzustellen und somit kann ein Anstieg der Kosten minimiert werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines vibrationswellenbetriebenen Motors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 5 ist das vibrationserfassende piezoelektrische Element 9 in einer Position angeordnet, die gegenüber dem piezoelektrischen Element 3 um 90º phasenversetzt ist. Somit liegt es an einer Position der Phasenversetzung 0º gegenüber dem piezoelektrischen Element 4. In den anderen Punkten ist der Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels derselbe wie der bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Amplitude der Frequenz über dem Ausgang des piezoelektrischen Elements 9 dieselbe wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 6 zeigt die Beziehung des Phasenunterschieds θA-S zwischen der Frequenz über der Eingangsspannung V&sub1; in der Umgebung der Resonanzfrequenz bei dem zweiten Ausführungsbeispiel und dem Ausgangssignal VS des vibrationserfassenden piezoelektrischen Elements.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, beschreibt der Phasenunterschied θA-S zwischen der Eingangsspannung V&sub1; zu dem piezoelektrischen Element 3 und dem Ausgangssignal des vibrationserfassenden piezoelektrischen Elements 9 einen derartigen Verlauf, daß er für die Resonanzfrequenz fr und bei CW 0º wird (-180º bei CCW).
Folglich kann die Frequenz so gesteuert werden, daß, wenn sie auf die Resonanzfrequenz einzustellen ist, der Phasenunterschied θA-S 0º sein kann (-180º bei CCW).
Der Bereich des Phasenunterschieds θA-S unterscheidet sich auch zwischen CW und CCW vollkommen, und deshalb kann CW oder CCW aus θA-S bekannt sein.
Das erste und zweite Ausführungsbeispiel wurden jeweils bei einer Phasenversetzung des vibrationserfassenden piezoelektrischen Elements 9 gegenüber dem piezoelektrischen Element 3 von 0º und bei einer Phasenversetzung des vibrationserfassenden piezoelektrischen Elements 9 gegenüber dem piezoelektrischen Element 3 von 90º gezeigt, aber selbst bei einer anderen Positionsbeziehung wird eine bestimmte definierte Beziehung für den Phasenunterschied θA-S zwischen der Eingangsspannung V&sub1; und dem Ausgangssignal des vibrationserfassenden piezoelektrischen Elements 9 erhalten.

Drittes Ausführungsbeispiel

Fig. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der Fig. 7 sind die antreibenden,piezoelektrischen Elemente 3 und 4 jeweils in einem zweilagigen Aufbau geschichtet. Es ist bekannt, daß, wenn die antreibenden piezoelektrischen Elemente somit erhöht werden, die zum Antreiben der piezoelektrischen Elemente verwendete Fläche sich erhöht, und das Antreiben mit niedriger Spannung ermöglicht wird.
Das vibrationserfassende piezoelektrische Element 9 ist auch aus zwei Lagen aufgebaut und angesichts seiner Phasenversetzung ist eine Lage in einer Position angeordnet, die gegenüber dem piezoelektrischen Element 3 um 0º phasenversetzt ist, und die andere Lage ist in einer Position angeordnet, die gegenüber dem piezoelektrischen Element 3 um 90º phasenversetzt ist.
Der Phasenunterschied θA-S zwischen dem Ausgangssignal von dem piezoelektrischen Element 9, das dabei von der Elektrodenplatte 15 erhalten wird, und der Eingangsspannung V&sub1; ist derart, wie in Fig. 8 gezeigt ist.
Wie aus der Fig. 8 ersichtlich ist, beschreibt der Phasenunterschied θA-S zwischen dem Eingangssignal V&sub1; und dem Ausgangssignal des vibrationserfassenden piezoelektrischen Elements 9 einen derartigen Verlauf, daß er für die Resonanzfrequenz fr und bei CW +45º wird (+135º bei CCW).
Ein derartiger Verlauf ist derselbe Verlauf, wenn das vibrationserfassende piezoelektriscbe Element eine Lage hat und seine Phasenversetzung gegenüber dem antreibenden piezoelektrischen Element 3 um 45º phasenversetzt ist. Er unterscheidet sich jedoch in der Amplitude.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann das vibrationserfassende piezoelektrische Element aus einer Vielzahl von Lagen zusammengesetzt sein, und dabei sind verschiedene Arten des Aufnehmens des Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Art der Festlegung seiner Phasenversetzung möglich.
Es kann auch verglichen mit dem einlagigen vibrationserfassenden piezoelektrischen Element eine große Ausgangsspannung aufgenommen werden.
Wenn darüber hinaus die antreibenden und die vibrationserfassenden piezoelektrischen Elemente jeweils 2n Lagen (n 1, 2, ...) aufweisen, gibt es den Vorteil, daß der Isolator unnötig ist und darüber hinaus die Energiezufuhr vollständig durch die Elektrodenplatte bewirkt werden kann.
Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht eines stangenförmigen Ultraschallmotors (vibrationswellenbetriebenen Motors), der nur als Bezug eingeschlossen ist.
Das Bezugszeichen 16 bezeichnet ein vibrationserfassendes Element, das beispielsweise aus Polvinylidenfluorid ausgebildet ist und durch einen Klebstoff an dem kegelkonischen Abschnitt 1c des Vibrationselements 1 befestigt ist.
Wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen wird ein Signal mit einer bestimmten Amplitude und einer bestimmten Phasenbeziehung von dem vibrationserfassenden Element 16 erhalten, und seine Beziehung wird durch den Ort festgelegt, an dem das vibrationserfassende Element 16 festsitzt.
Wenn das vibrationserfassende Element wie vorstehend beschrieben festsitzt, kann sein Ort vorzugsweise nahe dem Kontaktabschnitt zwischen dem Vibrationselement und dem beweglichen Element (Rotor) sein.
Alternativ kann das vibrationserfassende Element auf der Rotorseite festsitzen.
Dabei stimmt die Phasenbeziehung nicht mit dem Signal überein, das zum Antreiben in den Stator eingegeben wird.
Folglich würde ein derartiges Steuerverfahren, wobei die Amplitude maximal wird, gedanklich auftreten.

Viertes Ausführungsbeispiel

Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht eines stangenförmigen Ultraschallmotors (vibrationswellenbetriebenen Motors) gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das vibrationserfassende piezoelektrische Element 9 in einem Abschnitt mit einem unterschiedlichen Durchmesser zu den antreibenden piezoelektrischen Elementen 3 und 4 vorgesehen.
Wenn das vibrationserfassende piezoelektrische Element 9 wie in Fig. 10 gezeigt in einem Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser vorgesehen ist, ist die, Elektrodenfläche verglichen mit der bei dem ersten Ausführungsbeispiel klein etc., und deshalb wird auch die Ausgangsspannung klein.
Folglich kann das vibrationserfassende piezoelektrische Element 9 an einem Abschnitt des Vibrationselements mit kleinem Durchmesser vorgesehen sein, wenn bei dem ersten Ausführungsbeispiel etc. die Vibrationserfassungsausgangsspannung" zu groß ist und auf der Schaltkreisseite verkleinert werden" muß.
Auch wenn im Gegensatz dazu die Vibrationserfassungsausgangsspannung zu klein ist, wird eine große Ausgangsspannung erhalten, wenn das vibrationserfassende piezoelektrische Element 9 an einem Abschnitt des Vibrationselements mit großem Durchmesser vorgesehen ist.
Auch wenn dabei ein piezoelektrisches Element mit demselben Elektrodenmuster und mit einem kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des antreibenden piezoelektrischen Elements oder mit einem größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des antreibenden piezoelektrischen Elements zum Erfassen der Vibration verwendet wird, kann ein antreibendes piezoelektrisches Element und ein vibrationserfassendes piezoelektrisches Element aus einer Lage herausgenommen werden.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Fig. 11 zeigt verschiedene Beispiele der Elektrodenmuster des vibrationserfassenden piezoelektrischen Elements 9.
Das piezoelektrische Element 9 bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel hat eine Form ähnlich wie eine Ringröhre mit einem Elektrodenmuster, wie es in Fig. 11D gezeigt ist, wobei zwei Hälften mit Plus (+) und Minus (-) polarisiert sind, während die Ausgangsspannung verkleinert werden kann, wenn ein piezoelektrisches Element verwendet wird, das ein Elektrodenmuster hat, wie es in Fig. 11A gezeigt ist, um dadurch eine ähnliche Wirkung wie bei der vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschriebenen Anordnung zu erhalten, weil die Elektrodenfläche klein ist.
Das Elektrodenmuster der Fig. 11B ist ein Elektrodenmuster, das zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Wirkung eine Belastungsverteilung hat, die die Vibration des Vibrationselements kaum behindern wird.
Das Elektrodenmuster der Fig. 11C ist nur in einer ihrer Hälften polarisiert und hat den Vorteil, daß nur die Polarisation einer Hälfte erforderlich ist, wenn das piezoelektrische Element hergestellt wird.
Fig. 12 zeigt den Aufbau eines Systems, wobei der Motor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dazu verwendet wird, um die Linsenfassung oder dergleichen einer optischen Linse anzutreiben.
Das Bezugszeichen 25 bezeichnet einen Federanschlußabschnitt, das Bezugszeichen 26 bezeichnet ein Drehisolierelement, wie beispielsweise ein Lager, und das Bezugszeichen 27 bezeichnet eine Schraubenfeder. Der Rotor 8 wird durch den Federanschlußabschnitt 25 und die Schraubenfeder 27 gedrückt. Die Drehung des Rotors ist durch das Drehisolierelement 26 isoliert, und der Federanschlußabschnitt 25 dreht sich nicht.
Das Bezugszeichen 28 bezeichnet ein koaxial an den Rotor angeschlossenes Zahnrad. Das Zahnrad 28 überträgt eine Drehleistung auf ein Zahnrad 29, um eine Linsenfassung 30 mit einem Zahnrad zu drehen, das sich im Eingriff mit dem Zahnrad 29 befindet.
Ein Kodierschlitzplatte 31 der optischen Art ist koaxial zu dem Zahnrad 29 angeordnet, um die Drehpositionen und Umdrehungsgeschwindigkeiten des Rotors 8 und der Linsenfassung 30 zu erfassen, und die Positionen und Geschwindigkeiten werden durch eine Fotokoppelung 32 erfaßt.
Das piezoelektrische Element als ein elektromechanisches Energieumwandlungselement kann bei jedem Ausführungsbeispiel durch ein elektrostriktives Element ersetzt werden.

Claims

1. Vibrationswellenbetriebener Motor, der folgende Bauteile aufweist:

eine Vielzahl von plattenförmigen elektromechanischen Energieumwandlungselementen (3, 4), die auf einer Längsachse des Motors angeordnet sind, wobei jedes plattenförmige Element (3, 4) zumindest einen ersten Polarisationsabschnitt (a) und einen zweiten Polarisationsbschnitt (b) mit zueinander unterschiedlicher Polarität hat, wobei die Polarisationsabschnitte (a, b) eines ersten der plattenförmigen Elemente (3, 4) geeignet sind, ein erstes Frequenzsignal (V&sub1;) aufzunehmen, und die Polarisationsabschnitte (a, b) eines zweiten der plattenförmigen Elemente (3, 4) geeignet sind, ein zweites Frequenzsignal (V&sub2;) mit einer zu dem ersten Frequenzsignal unterschiedlichen Phase aufzunehmen, um eine Antriebskraft zu erzeugen;

ein Vibrationselement (1), das koaxial zu den plattenförmigen Elementen (3, 4) angeordnet ist, um einen Stapel zu bilden, wobei das Vibrationselement (1) geeignet ist, durch die Antriebskraft vibriert zu werden, die durch die plattenförmigen Elemente (3, 4) darauf aufgebracht wird; und einen plattenförmigen elektromechanischen Überwachungs- Energieumwandlungselementabschnitt (9), der zum Erfassen von Vibrationen in dem Vibrationselement (1) auf der Längsachse angeordnet ist, wobei der plattenförmige Überwachungs- Elementabschnitt (9) Polarisationsabschnitte (a, b) aufweist, die um eine Mittellinie asymmetrisch angeordnet sind, die im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einstellschaltkreis (17-24) zum Einstellen der Frequenzsignale (V&sub1;, V&sub2;) vorgesehen.ist.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellschaltkreis folgende Bauteile aufweist: eine Phasenunterschieds-Erfassungseinrichtung (22), die mit einem der plattenförmigen Elemente (3, 4) und dem plattenförmigen Überwachungs-Elementabschnitt (9) verbunden ist; eine Frequenzbezeichnungseinrichtung (24), die mit dem Ausgang der Phasenunterschieds-Erfassungseinrichtung verbunden ist und dem Regeln des ersten und zweiten Frequenzsignals (V&sub1;, V&sub2;) dient; und Phasenverschiebeeinrichtungen (18, 19) zum Regulieren des Phasenunterschieds zwischen den Phasen der plattenförmigen Elemente (3, 4).

4. Motor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare plattenförmige Elemente (3, 4) vorgesehen sind, wobei jedes plattenförmige Element (3, 4) den ersten und den zweiten Polarisationsabschnitt (a, b) und zwei plattenförmige Überwachungs-Elementabschnitte (9) hat, wobei jeder plattenförmige Überwachungs-Elementabschnitt (9) einen ersten und einen zweiten Polarisationsabschnitt mit zueinander unterschiedlicher Polarität hat.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halteelement (2) in dem Stapel vorgesehen ist, um die plattenförmigen Elemente (3, 4) in der Richtung der Längsachse zu halten, wobei die plattenförmigen Elemente (3, 4) zwischen dem Vibrationselement (1) und dem Halteelement (2) gehalten werden.

6. Motor nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Elemente (3, 4), das Vibrationselement (1), das Halteelement (2) und die plattenförmigen Überwachungs-Elementabschnitte (9) alle ein kreisförmiges Profil mit demselben Durchmesser haben, so daß der Motor eine zylindrische Konfiguration hat.

7. Gerät zum Antreiben der Linsenfassung einer optischen Linse, das einen vibrationswellenbetriebenen Motor nach einem der Ansprüche 1-6 umfaßt.