DE69323336T2

DE69323336T2 - Ultraschallgetriebener Motor

Info

Publication number: DE69323336T2
Application number: DE69323336T
Authority: DE
Inventors: Keisuke Toyohashi-Shi Aichi-Ken Honda
Original assignee: Honda Electronics Co Ltd
Current assignee: Honda Electronics Co Ltd
Priority date: 1992-02-21
Filing date: 1993-02-19
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2013-02-20
Also published as: US5332941A; EP0557106B1; EP0557106A1; CA2089910A1; DE69323336D1; CA2089910C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei Ultraschall- Antriebsmotoren.
Ein Ultraschall-Antriebsmotor ist bekannt, wobei sein Stator einen piezoelektrischen Vibrator aufweist, welcher Elektroden vorsieht, die in zwei auf jeder der beiden Seiten unterteilt sind, wobei die Teilleitungen der Elektroden auf beiden Seiten geringfügig so verschoben werden, daß, wenn bestimmten Elektroden auf beiden Seiten des piezoelektrischen Vibrators Wechselstrom zugeführt wird, eine fortschreitende Welle auf der Randfläche und den Seitenflächen des piezoelektrischen Vibrators (s. US-Patent 4945275 und Japanische Patentanmeldung 64-30477) erzeugt wird.
Ein in EP-A-0301429 beschriebener, weiterer Motor dieser Art weist einen Stator auf, welcher sich aus einem piezoelektrischen Vibrator mit mehreren Elektroden auf beiden Seiten, wobei der piezoelektrische Vibrator in einem Gehäuse befestigt ist, und einem Rotor mit einem ringförmigen Rahmen, welchem mehrere Gleitelemente zugeordnet sind, die eine Randfläche des piezoelektrischen Vibrators kontaktieren, zusammensetzt. Bei diesem Ultraschallmotor werden die Elektroden durch dessen Rotor schnell abgenutzt, da dieser mit den Elektroden auf dem piezoelektrischen Vibrator durch den Druck einer Feder in Berührung kommt. Ebenso wird, wenn durch Anbringen einer Abdeckung auf den Elektroden eine Abnutzung derselben verhindert werden soll, da der Rotor durch dessen Rotation abgenutzt wird, der Druck zwischen dem piezoelektrischen Vibrator und dem Rotor verändert und der Ultraschall-Antriebsmotor kann lange nicht angetrieben werden.
Ein Ultraschall-Antriebsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
Der Rotor weist Eigenelastizität auf. Bei einer Anordnung sieht der ringförmige Rahmen einen getrennten Teil vor.
Um dem Ultraschall-Antriebsmotor Energie zu entziehen, wird bei verschiedenen Anordnungen
ein Zahnrad an dem ringförmigen Rahmen angebracht, welches mit einem weiteren Zahnrad in Eingriff kommt;
ein Trägerelement an dem ringförmigen Rahmen befestigt, welches sich über den Mittelpunkt desselben erstreckt, wobei an dem Trägerelement eine Drehachse angebracht ist;
ein an dem Rand des ringförmigen Rahmens angebrachtes Friktionselement bzw. ein auf dem Rand des ringförmigen Rahmens unter Druckausübung befestigter Gummiring mit einem Drehelement in Kontakt gebracht und einer Drehachse Drehkraft für das Drehelement entnommen; bzw.
ein an dem Rand des ringförmigen Rahmens angebrachtes Friktionselement bzw. ein auf dem Rand des ringförmigen Rahmens unter Druckausübung befestigter Gummiring mit einem linear beweglichen Element, welches durch die Rotation des ringförmigen Rahmens linear bewegt wird, in Kontakt gebracht.
Der piezoelektrische Vibrator weist vorzugsweise eine Stärke im Bereich von 1 mm bis 1,5 mm auf
Der piezoelektrische Vibrator ist vorzugsweise ringförmig mit einer zentralen Bohrung ausgebildet und in dem Gehäuse durch Einsetzen eines Vorsprungs des Gehäuses in die zentrale Bohrung befestigt.
Im folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele eines Ultraschall-Antriebsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 - eine Draufsicht eines Ausführungsbeispieles eines Ultraschall-Antriebsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 - eine Seiten-Schnittansicht des Ultraschall-Antriebsmotors von Fig. 1;
Fig. 3 - eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispieles gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 - eine Seiten-Schnittansicht des Ultraschall-Antriebsmotors von Fig. 3;
Fig. 5 - eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispieles gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 - eine Seiten-Schnittansicht des Ultraschall-Antriebsmotors von Fig. 5;
Fig. 7 - eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispieles gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 - eine Seiten-Schnittansicht des Ultraschall-Antriebsmotors von Fig. 7;
Fig. 9 - eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispieles gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 - eine Seiten-Schnittansicht des Ultraschall-Antriebsmotors von Fig. 9;
Fig. 11 - eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispieles gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 - eine Seiten-Schnittansicht des Ultraschall-Antriebsmotors von Fig. 11;
Fig. 13 - eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispieles gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 - eine Seiten-Schnittansicht des Ultraschall-Antriebsmotors von Fig. 13;
Fig. 15 - eine Draufsicht eines weiteren Ultraschall-Antriebsmotors;
Fig. 16 - eine Seiten-Schnittansicht des Ultraschall-Antriebsmotors von Fig. 15;
Fig. 17 - eine Draufsicht eines weiteren Ultraschall-Antriebsmotors;
Fig. 18 - eine Seiten-Schnittansicht des Ultraschall-Antriebsmotors von Fig. 17;
Fig. 19 - eine Draufsicht eines weiteren Ultraschall-Antriebsmotors;
Fig. 20 - eine Seiten-Schnittansicht des Ultraschall-Antriebsmotors von Fig. 19;
Fig. 21 - eine Draufsicht eines weiteren Ultraschall-Antriebsmotors; sowie
Fig. 22 - eine Seiten-Schnittansicht des Ultraschall-Antriebsmotors von Fig. 21.
Bezugnehmend auf Fig. 1 weist ein Rotor 2 einen elastischen, ringförmigen Rahmen 2a mit mehreren Gleitelementvorsprüngen 2b auf, welche sich von diesem nach innen erstrecken. Ein Teil 2c des ringförmigen Rahmens 2a ist separiert (abgetrennt), wobei der ringförmige Rahmen 2a auf dem Rand eines dünnen, ringförmigen, piezoelektrischen Vibrators 1 unter Druckausübung befestigt und dabei der abgetrennte Teil 2c geöffnet wird. An einem diametral entgegengesetzt angeordneten Paar der sich gegenüberliegenden Gleitelementvorsprünge 2b werden Führungsvorrichtungen 2d angebracht, um ein Abgleiten der Gleitelementvorsprünge 2b von dem dünnen, ringförmigen, piezoelektrischen Vibrator 1 zu verhindern.
Der ringförmige Rahmen 2a wird aus Metall oder Kunststoff (z. B. Nylon) hergestellt.
An einem Paar der sich gegenüberliegenden Führungsvorrichtungen 2d wird ein Trägerelement 3 so angebracht, daß es sich über den Mittelpunkt des dünnen, ringförmigen, piezoelektrischen Vibrators 1 erstreckt, und an dem Trägerelement 3 wird eine Drehachse 4 befestigt.
Der ringförmige, piezoelektrische Vibrator 1 wird in einem Gehäuse 5 durch Einsetzen eines Vorsprungs 5a des Gehäuses 5 in die Bohrung 1a des piezoelektrischen Vibrators 1 befestigt und die Drehachse 4 so gehalten, daß sich diese durch ein, an einer mittleren Bohrung des Vorsprungs 5a des Gehäuses 5 angebrachtes Lager 6 und ein, an einer Gehäuseabdeckung 5b in Ausrichtung mit dem Lager 6 befestigtes Lager 7 dreht.
Bei dem Ultraschall-Antriebsmotor der vorliegenden Erfindung wird, wenn einer der beiden, auf einer Seite des piezoelektrischen Vibrators 1 angeordneten Elektroden und einer der beiden, auf der anderen Seite des piezoelektrischen Vibrators 1 ausgebildeten Elektroden Wechselstrom zugeführt wird, auf dem Randabschnitt und den Seitenabschnitten des piezoelektrischen Vibrators eine, sich in eine Richtung entwickelnde, fortschreitende Welle erzeugt. Wird einer der beiden, auf der einen Seite des piezoelektrischen Vibrators 1 ausgebildeten Elektroden und der anderen der beiden, auf der anderen Seite des piezoelektrischen Vibrators 1 angeordneten Elektroden Wechselstrom zugeführt, wird auf dem Randabschnitt und den Seitenabschnitten des piezoelektrischen Vibrators eine, sich in die entgegengesetzte Richtung entwickelnde, fortschreitende Welle erzeugt. Folglich wird der Rotor 2 durch die fortschreitende Welle in eine bzw. die entgegengesetzte Richtung in Rotation versetzt.
In den Fig. 3 und 4 sind ein piezoelektrischer Vibrator 1, ein Rotor 2 und ein Gehäuse 5 mit denen des obigen Ausführungsbeispieles identisch und werden daher nicht näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, eine Unterbrechung aufweisendes Reibungsmaterial 8 auf dem ringförmigen Rahmen 2a des Rotors 2 aufgebracht, wobei ein Abschnitt des ringförmigen Rahmens 2a aus einer Öffnung 5c des Gehäuses 5 hervorragt, und das Reibungsmaterial 8 mit einem, von einer Achse 9a getragenen Drehelement 9 in Berührung gebracht.
Bei dem Ultraschall-Antriebsmotor der vorliegenden Erfindung wird bei Rotation des Rotors 2 das durch das Reibungsmaterial 8 kontaktierte Drehelement 9 in Drehung versetzt, wobei der Achse 9a Drehkraft entnommen wird.
In den Fig. 5 und 6 sind ein piezoelektrischer Vibrator 1, ein Rotor 2, ein Gehäuse 5 und ein Reibungselement 8 identisch mit denen des obigen Ausführungsbeispieles und werden daher nicht näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ragt ein Abschnitt des ringförmigen Rahmens 2a aus der Öffnung 5c des Gehäuses 5 hervor, und das Reibungsmaterial 8 wird mit einem beweglichen Element 12, welches mit Hilfe von Stützrollen 10 und 11 gehalten wird, in Kontakt gebracht.
Bei dem Ultraschall-Antriebsmotor des vorliegenden Ausführungsbeispieles wird das durch das Reibungselement 8 kontaktierte, bewegliche Element 12 bei Rotation des Rotors 2 linear bewegt. Folglich wird mit Hilfe des Ultraschall-Antriebsmotors eine Positionsregelung durchgeführt.
In den Fig. 7 und 8 sind ein piezoelektrischer Vibrator 1, ein Rotor 2 und ein Gehäuse 5 identisch mit denen der obigen Ausführungsbeispiele und werden daher nicht näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird an dem ringförmigen Rahmen 2a ein Zahnrad 13 befestigt, wobei ein in dem Zahnrad 13 an der gleichen Stelle wie der getrennte Teil 2c des ringförmigen Rahmens 2a ausgebildeter, getrennter Teil 13a vorgesehen wird. Ein Teil des Zahnrades 13 ragt über die Öffnung 5c des Gehäuses 5 hinaus und kommt mit einem Zahnrad 14, welches durch eine Achse 14a gehalten wird, in Eingriff.
Bei dem Ultraschall-Antriebsmotor der vorliegenden Erfindung wird das Zahnrad 14, welches das Zahnrad 13 greift, bei Rotation des Rotors 2 und des Zahnrades 13 in Drehung versetzt und der Achse 14a Drehkraft entnommen.
In Fig. 7 ist das an dem ringförmigen Rahmen 2a angebrachte Zahnrad 13 elastisch, wenn die durch den getrennten Teil 2c vorgesehene Öffnung groß ist und die Rotation des Zahnrades 13 nahezu 360º beträgt.
In den Fig. 9 und 10 sind ein piezoelektrischer Vibrator 1, ein Rotor 2, ein ringförmiger Rahmen 2a, Gleitelementvorsprünge 2b, ein getrennter Teil 2c, Führungsvorrichtungen 2d, ein Trägerelement 3, eine Drehachse 4, ein Gehäuse 5, ein Vorsprung 5a und eine Gehäuseabdeckung 5b mit denen von Fig. 1 identisch und werden daher nicht näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Gummiring 15, welcher ein elastisches Element darstellt, auf dem Rand des ringförmigen Rahmens 2a so angebracht, daß er einen Druck auf den ringförmigen Rahmen 2a ausübt.
Bei dem Ultraschall-Antriebsmotor des vorliegenden Ausführungsbeispieles wird bei Rotation des Rotors 2 der Drehachse 4 dabei Drehkraft entnommen.
In den Fig. 11 und 12 sind ein piezoelektrischer Vibrator 1, ein Rotor 2, ein ringförmiger Rahmen 2a, Gleitelementvorsprünge 2b, ein getrennter Teil 2c, Führungsvorrichtungen 2d, ein Gehäuse 5, ein Vorsprung 5a und eine Gehäuseabdeckung 5b mit denen von Fig. 3 identisch und werden daher nicht näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ragt ein Teil eines Gummiringes 15 über die Öffnung 5c des Gehäuses 5 hinaus, und ein Drehelement 16, welches mit Hilfe einer Drehachse 16a gehalten wird, kommt mit dem Gummiring 15 in Berührung.
Bei dem Ultraschall-Antriebsmotor des vorliegenden Ausführungsbeispieles wird bei Rotation des Rotors 2 mit dem Gummiring 15 das durch den Gummiring 15 kontaktierte Drehelement 16 in Drehung versetzt und der Drehachse 16a dabei Drehkraft entnommen.
In den Fig. 13 und 14 sind ein piezoelektrischer Vibrator 1, ein Rotor 2, ein ringförmiger Rahmen 2a, Gleitelementvorsprünge 2b, ein getrennter Teil 2c, Führungsvorrichtungen 2d, ein Gehäuse 5, ein Vorsprung 5a, eine Gehäuseabdeckung 5b und ein Gummiring 15 mit denen von Fig. 11 identisch und werden daher nicht näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ragt ein Abschnitt des Gummiringes 15 über die Öffnung 5c des Gehäuses 5 hinaus und ein bewegliches Element 17, welches von Stützrollen 18 und 19 gehalten wird, wird durch den Gummiring 15 kontaktiert.
Bei dem Ultraschall-Antriebsmotor des vorliegenden Ausführungsbeispieles wird das bewegliche Element 17 bei Rotation des Rotors 2 mit dem Gummiring 15 durch die Drehung des Rotors 2 linear bewegt. Folglich wird durch das bewegliche Element 17 eine Positionsregelung durchgeführt.
In den Fig. 15 und 16 sind ein piezoelektrischer Vibrator 1, ein Rotor 2, ein ringförmiger Rahmen 2a, ein Gehäuse 5, ein Vorsprung 5a, eine Gehäuseabdeckung 5b, ein Reibungselement 8, ein Drehelement 16 und eine Drehachse 16a mit denen von Fig. 11 identisch und werden daher nicht näher erläutert. Bei diesem Motor werden die einen Enden mehrerer Blattfedern 20 an dem ringförmigen Rahmen 2a, die anderen Enden der Blattfedern 20 an mehreren Gleitelementen 21 befestigt und die Gleitelemente 21 mit der Randfläche des piezoelektrischen Vibrators in Kontakt gebracht.
Bei diesem Ultraschall-Antriebsmotor werden, sobald dem piezoelektrischen Vibrator 1 Wechselstrom zugeführt wird, die Gleitelemente 21 des Rotors 2 auf dem Rand des piezoelektrischen Vibrators 1 bewegt, der Rotor 2 mit dem Reibungselement 8 sowie auch das Drehelement 16 in Rotation versetzt. Daher wird der Drehachse 16a Drehkraft entnommen.
In den Fig. 17 und 18 sind ein piezoelektrischer Vibrator 1, ein Rotor 2, ein ringförmiger Rahmen 2a, ein Gehäuse 5, ein Vorsprung 5a, eine Gehäuseabdeckung 5b, ein Reibungselement 8, Blattfedern 20 und Gleitelemente 21 mit denen von Fig. 15 identisch und werden daher nicht näher erläutert. Bei diesem Motor ragt ein Teil des Reibungselementes 8 über die Öffnung 5c des Gehäuses 5 hinaus und kontaktiert das bewegliche Element 17, welches von Stützrollen 18 und 19 gehalten wird.
Bei diesem Ultraschall-Antriebsmotor wird bei Drehung des Rotors 2 das durch das Reibungselement 8 kontaktierte, bewegliche Element 17 durch die Rotation des Rotors 2 linear bewegt. Infolgedessen wird durch das bewegliche Element 17 eine Positionsregelung vorgenommen.
In den Fig. 19 und 20 sind ein piezoelektrischer Vibrator 1, ein Rotor 2, ein ringförmiger Rahmen 2a, ein Gehäuse 5, ein Vorsprung 5a, eine Gehäuseabdeckung 5b, Blattfedern 20 und Gleitelemente 21 mit denen der obigen Motoren identisch und werden daher nicht näher erläutert. Bei diesen Motoren sind die Lager 6 und 7 an dem Gehäusevorsprung 5a und der Gehäuseabdeckung 5b befestigt, eine Drehachse 4 wird durch die Lager 6 und 7 gehalten, und die Drehachse 4 ist an einem Trägerelement 3 angebracht, dessen Enden an dem ringförmigen Rahmen 2a befestigt sind.
Bei diesem Ultraschall-Antriebsmotor wird die Drehachse 4 bei Rotation des Rotors 2 in Drehung versetzt und der Drehachse 4 Drehkraft entnommen.
In den Fig. 21 und 22 sind ein piezoelektrischer Vibrator 1, ein Rotor 2, ein ringförmiger Rahmen 2a, ein Gehäuse 5, ein Vorsprung 5a, eine Gehäuseabdeckung 5b, Blattfedern 20 und Gleitelemente 21 mit denen der obigen Ausführungsbeispiele identisch und werden daher nicht näher erläutert. Bei diesen Motoren ist ein Zahnrad 13 an dem Rotor 2 befestigt, ein Teil des Zahnrades 13 ragt über die Öffnung 5c des Gehäuses 5 hinaus, und ein Zahnrad 14, welches von einer Drehachse 14a gehalten wird, kommt mit einem Zahnrad 13 in Eingriff.
Bei diesem Ultraschall-Antriebsmotor wird bei Rotation des Rotors 2 mit dem Zahnrad 13 das Zahnrad 14, welches das Zahnrad 13 greift, in Drehung versetzt. Daher wird der Drehachse Drehkraft entnommen.
Der Ultraschall-Antriebsmotor der vorliegenden Erfindung kann so vorgesehen werden, daß er sehr dünn und kompakt ist, da die Stärke des piezoelektrischen Vibrators 1 mm bis 1,5 mm betragen kann. Auch wird der Ultraschall-Antriebsmotor der vorliegenden Erfindung bei Unterbrechung der Wechselstromzufuhr sofort abgeschaltet, so daß eine Bremsvorrichtung nicht erforderlich ist. Dieses ist besonders bei Verwendung für Regelvorrichtungen, wie zum Beispiel zur Regelung der Lautstärke von Tonapparaturen, von Vorteil.

Claims

1. Ultraschall-Antriebsmotor mit einem Stator, welcher sich aus einem piezoelektrischen Vibrator (1) mit mehreren Elektroden auf beiden Seiten, wobei der piezoelektrische Vibrator in einem Gehäuse (5) befestigt ist, und einem Rotor (2) mit einem ringförmigen Rahmen (2a), welchem mehrere Gleitelemente (2b; 21) zugeordnet sind, die eine Randfläche des piezoelektrischen Vibratos kontaktieren, zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Rahmen (2a) elastisch ist und mehrere Gleitelementvorsprünge (2b) aufweist, welche die Randfläche des piezoelektrischen Vibrators kontaktieren.

2. Ultraschall-Antriebsmotor nach Anspruch 1, bei welchem der ringförmige Rahmen (2a) einen getrennten Teil (2c) aufweist.

3. Ultraschall-Antriebsmotor nach Anspruch 2, bei welchem ein Gummiring (15) auf dem Rand des ringförmigen Rahmens (2a) unter Druckausübung aufgebracht wird.

4. Ultraschall-Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei welchem ein Zahnrad (13) an dem ringförmigen Rahmen (2a) befestigt ist und dieses Zahnrad mit einem weiteren Zahnrad (14) in Eingriff kommt.

5. Ultraschall-Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem ein Trägerelement (3) an dem ringförmigen Rahmen (2a) angebracht ist und sich über den Mittelpunkt desselben erstreckt und an dem Trägerelement eine Drehachse (4) befestigt ist.

6. Ultraschall-Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem ein an dem Rand des ringförmigen Rahmens (2a) angebrachtes Reibungselement (8) bzw. der Gummiring (15), sofern vorhanden, ein Drehelement (9, 16) kontaktiert und einer Drehachse (9a, 16a) Drehkraft für das Drehelement entnommen wird.

7. Ultraschall-Antriebsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem ein an dem Rand des ringförmigen Rahmens (2a) angebrachtes Reibungselement (8) bzw. der Gummiring (15), sofern vorhanden, ein linear bewegliches Element (12, 17), welches durch die Rotation des ringförmigen Rahmens (2a) linear bewegt wird, kontaktiert.

8. Ultraschall-Antriebsmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem der piezoelektrische Vibrator (1) eine Stärke von 1 mm bis 1,5 mm aufweist.

9. Ultraschall-Antriebsmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem der piezoelektrische Vibrator (1) ringförmig mit einer zentralen Bohrung (1a) ausgebildet und in dem Gehäuse (5) durch Einsetzen eines Vorsprungs (5a) des Gehäuses (5) in die zentrale Bohrung (1a) befestigt ist.