DE69418233T2

DE69418233T2 - Ultraschallmotor und Verfahren zur Steuerung

Info

Publication number: DE69418233T2
Application number: DE69418233T
Authority: DE
Inventors: Katsumi Imada; Osamu Kawasaki; Takahiro Nishikura; Takashi Nojima; Tetsuro Ohtsuchi; Masanori Sumihara; Takeda Katsu Takeda Katsu
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1993-02-08
Filing date: 1994-02-07
Publication date: 1999-12-30
Anticipated expiration: 2014-02-08
Also published as: KR0151745B1; KR940020656A; US5438229A; EP0610836A2; EP0610836B1; DE69418233D1; EP0610836A3

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallmotor, welcher enthält: einen Schwingungserreger, der einen elastischen Körper und einen an dem elastischen Körper angeklebten, piezoelektrischen Körper aufweist, wobei der piezoelektrische Körper in seine Dickenrichtung elektrisch polarisiert ist, um ein vorbestimmtes Polarisationsmuster in seiner Umfangsrichtung aufzuweisen, einen Bewegungskörper, der durch ein Vorspannmittel über ein Reibelement gegen den Schwingungserreger gedrückt wird, mehrere Antriebselektroden, die in einer Hauptebene des piezoelektrischen Körpers angeordnet sind, eine Antriebsschaltung, die den Antriebselektroden Antriebsignale zuführt, um zwei stehende Wellen zu erzeugen, welche eine identische Winkelfrequenz und eine Phasendifferenz entsprechend π/2 oder 3π/2 aufweisen, wobei die stehenden Wellen eine elastische Wanderwelle in dem Schwingungserreger induzieren, die die Drehung des Bewegungskörpers bewirkt, und eine erste sowie eine zweite Schwingungserfassungselektrode, die an entsprechenden Positionen auf der Hauptebene des piezoelektrischen Körpers zum Erfassen von Schwingungen an den entsprechenden Positionen des Schwingungserregers angeordnet sind.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Steuerverfahren zum Steuern eines Ultraschallmotors, bei dem ein Bewegungskörper, der an einen Schwingungserreger angepreßt wird, mittels einer elastischen Wanderwelle, die in dem Schwingungserreger durch Erzeugen zweier stehender Wellen mit voneinander verschiedenen Phasen erregt wird, durch Antrieb eines piezoelektrischen Körpers, der an dem Schwingungserreger angeklebt ist, mittels Wechselspannungen bewegt wird.
Ein derartiger Ultraschallmotor sowie ein Steuerverfahren hierfür sind aus der US-A- 5,001,404 bekannt.
Ultraschallmotoren, die durch Erregen elastischer Schwingungen in einem Schwingungskörper angetrieben werden, welcher eine piezoelektrische Keramik oder einen anderen piezoelektrischen Körper enthält, haben in den vergangenen Jahren eine weite Verbreitung gefunden. Der Betrieb eines derartigen Ultraschallmotors wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 28, 29, 30 erläutert.
In Fig. 28 ist eine teilweise aufgebrochene Ansicht der Basisgestaltung eines scheibenförmigen Ultraschallmotors gezeigt, bei dem ein piezoelektrischer Körper 2 an einer Hauptseite eines elastischen Grundkörpers 1 angebracht ist, um einen Schwingungserreger 3 zu bilden. Mehrere Vorsprünge 1a sind an der anderen Hauptseite des elastischen Grundkörpers 1 vorgesehen. Ein Bewegungskörper 4 wird durch Zusammenlaminieren eines elastischen Körpers sowie eines verschleißfesten Reibelementes hergestellt. Der Bewegungskörper 4 wird gegen den Schwingungskörper 3 gepreßt. Ein elektrisches Feld wird an dem piezoelektrischen Körper 2 angelegt, um zwei stehende Wellen mit einer 90º-Phasendifferenz in Umfangsrichtung des Schwingungskörpers 3 zu induzieren, wodurch Wanderwellen einer Biegeschwingung erregt werden und der Bewegungskörper 4 mittels Reibung angetrieben wird.
Die Fig. 29, 30 zeigen die Elektrodengestaltung des piezoelektrischen Körpers 2 in dem vorstehend erwähnten scheibenförmigen Ultraschallmotor, der so gestaltet ist, daß Haupt- bzw. Primärschwingungen in der Radialrichtung und tertiäre Biegeschwingungen in der Umfangsrichtung erregt werden. Fig. 29 ist eine Draufsicht auf die Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 bei dem vorstehend erwähnten, scheibenförmigen Ultraschallmotor, wogegen Fig. 30 eine Draufsicht auf die Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 ist, der in Fig. 28 gezeigt ist.
Es wird nun auf Fig. 30 Bezug genommen. Elektroden DD, EE mit einer Phasendifferenz von 1/4 der Wellenlänge der stehenden Welle sowie eine Elektrode FF, die äquivalent zu 1/2 der Wellenlänge der Wanderwellen ist, sind auf der Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 vorgesehen. Wie aus Fig. 29 hervorgeht, werden Elektrodengruppen AA, BB mit einer Phasendifferenz von 1/4 der Wellenlänge der Wanderwellen sowie eine Elektrode CC, die äquivalent zu 1/2 der Wellenlänge der Wanderwellen ist, auf der Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 gebildet. Die Elektrodengruppe AA enthält Elektrodenelemente aa1, aa2, die äquivalent zu 1/2 der Wellenlänge der Wanderwellen sind, sowie ein Elektrodenelement aa3, das äquivalent zu 1/4 dieser Wellenlänge ist. Die Elektrodengruppe BB enthält Elektrodenelemente bb1, bb2, die äquivalent zu 1/2 der Wellenlänge der Wanderwellen sind, sowie ein Elektrodenelement bb3, das äquivalent zu 1/4 der Wellenlänge ist. Diese Elektroden werden verwendet, um den piezoelektrischen Körper 2 zu polarisieren, wobei Abschnitte des piezoelektrischen Körpers 2, die den jeweiligen Elektrodenelementen entsprechen, entgegengesetzt in die Dickenrichtung polarisiert sind, wie es durch die Zeichen "+" und "-" in der Zeichnungsfigur gekennzeichnet ist.
Die Elektrodengruppen AA, BB und die Elektrode CC auf der Seite 1 werden, bezogen auf die Elektroden DD, EE, FF, auf der Seite 2 positioniert. Wenn insbesondere die Seite 1 (Fig. 29) umgedreht und gegenüber der Seite 2 (Fig. 30) angeordnet wurde, wurde die Elektrodengruppe AA gegenüber der Elektrode DD, die Elektrodengruppe BB gegenüber der Elektrode EE und die Elektrode CC gegenüber der Elektrode FF angeordnet.
Der Schwingungserreger 3 wird durch Ankleben der Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 an der elastischen Basis 1 gebildet. Die Klebefläche zwischen dem piezoelektrischen Körper 2 und der elastischen Basis 1 ist die Seite 1, wie es in Fig. 31 gezeigt ist. Die Elektroden sind Flachelektroden. Während des Gebrauchs werden die Elektrodenelemente jeder Elektrodengruppe AA, BB miteinander kurzgeschlossen.
Wenn die Spannung V1, die durch die Gleichung 1 definiert ist, und die Spannung V2, die durch die Gleichung 2 definiert ist, von den Elektroden DD, EE an den Elektrodengruppen AA, BB angelegt werden, wird eine Wanderwelle, die durch die Gleichung 3 definiert ist, in Form von Biegeschwingungen in dem Schwingungserreger 3 aus den beiden stehenden Wellen erregt, die in Umfangsrichtung wandern.
V1 = V0 sin(ωt) [1]
V2 = V0 cos(ωt) [2],
wobei V0 der Maximalwert der Spannung, ω die Winkelfrequenz und t die Zeit ist.
ξ = ξ0 (cos(ωt)cos(kx) + sin(ωt)sin(kx)) [3]
= ξ0 (cos(ωt - kx),
wobei ξ die Amplitude der Biegeschwingung, ξ0 der Maximalwert der Amplitude der Biegeschwingung, k die Frequenz, λ die Wellenlänge und x die Position ist.
Die Fig. 31 gibt einen Querschnitt des piezoelektrischen Körpers 2 sowie ein Wellendiagramm der stehenden Welle wieder, die durch eine Antriebselektrode des piezoelektrischen Körpers 2 mit den Elektroden erregt wird, die in den Fig. 29, 30 gezeigt sind. Wenn elektrische Signale, die eine 90º-Zeitbasis-Phasenverschiebung aufweisen, an den Elektroden DD, EE angelegt werden, wird eine stehende Welle τ durch die Elektrode DD und eine stehende Welle v1 (ausgezogene Linie) durch die Elektrode EE erregt und der Bewegungskörper 4 dreht sich in eine Richtung. Wenn ein Signal mit einer -90º-Zeitbasis-Phasenverschiebung, bezogen auf das Signal, das an der Elektrode DD angelegt wird, an der Elektrode EE angelegt wird, wird eine stehende Welle v2 (unterbrochene Linie) erregt und der Bewegungskörper 4 dreht sich in die entgegengesetzte Richtung.
Fig. 32 gibt die Bewegung des Bewegungskörpers 4 wieder. Wenn die Wanderwelle erregt wird, wird ein beliebiger Punkt auf der Oberfläche des Schwingungserregers 3 über einen elliptischen Weg bewegt, der eine große Halbachse von 2w und eine kleine Halbachse von 2u aufweist. Der Bewegungskörper 4, welcher gegen den Schwingungserreger 3 gepreßt wird, berührt die Oberfläche der elastischen Basis 1 nahe der Spitze P dieses elliptischen Weges. Die Reibung veranlaßt den Bewegungskörper 4, sich in die Richtung, die entgegengesetzt zur Richtung der Wanderwelle ist, mit einer Geschwindigkeit v zu bewegen, die durch die Gleichung 4 definiert ist.
v = ω x u [4]
Um die Drehzahl eines Ultraschallmotors zu steuern, ist es notwendig, die Drehzahl zu erfassen und das Antriebssignal zu steuern. Es sind zwei Verfahren zum Erfassen der Drehzahl bekannt: Bei dem einen wird ein Encoder oder ein anderer Detektor verwendet oder es werden die Schwingungen erfaßt, die in dem Schwingungserreger hervorgerufen werden. Da die Amplitude der Schwingungen, die in dem Schwingungserreger hervorgerufen werden, der Drehzahl entsprechen, ist es möglich, das Antriebssignal zu steuern und auf diese Weise die Drehzahl durch Erfassen der Schwingung des Schwingungserregers zu steuern.
Wenn eine Schwingungserfassungselektrode auf dem piezoelektrischen Körper vorgesehen wird, wird eine Ladung, die ungefähr proportional der Amplitude der Schwingung ist, welche in dem piezoelektrischen Körper induziert wird, an der Schwingungserfassungselektrode des piezoelektrischen Körpers erzeugt. Es ist daher möglich, die Amplitude der in dem Schwingungserreger hervorgerufenen Schwingung durch Erfassen der schwingungsinduzierten Ladung der Schwingungs erfassungselektrode zu bestimmen. Bei der in den Fig. 29, 30 gezeigten Elektrodenkonfiguration wird die Elektrode FF als die Schwingungserfassungselektrode verwendet. Die Elektrode FF besitzt eine solche Gestalt, daß sie äquivalent zu 1/2 der Wellenlänge der stehenden Welle v1 ist, und ist so positioniert, daß sie in der Mitte auf der ersten Hälfte der zweiten Welle der stehenden Welle v1 angeordnet ist (vgl. Fig. 31).
Ein Blockdiagramm der Drehzahlsteuerung bei einem Ultraschallmotor, bei dem eine Schwingungserfassung eingesetzt wird, wie sie vorstehend erläutert worden ist, ist in Fig. 33 gezeigt. Ein Indikator des Wertes der Amplitude in dem Schwingungserreger wird durch Erfassen der Amplitude des Ausgangssignals aus der Schwingungserfassungselektrode FF des piezoelektrischen Körpers 2 erhalten. Durch Eingabe dieses Wertes in die Steuerschaltung wird die Antriebsschaltung so eingestellt bzw. justiert, daß sie eine Antriebswelle erzeugt, welche der gewünschten Drehzahl entspricht.
Da jedoch bei dem piezoelektrischen Körper mit der Elektrodenstruktur, wie sie in den Fig. 29, 30 gezeigt ist, beide stehenden Wellen v1, v2, die durch die Elektrode DD erregt werden, eine hohe oder niedrige Spitze in der Mitte der Elektrode FF aufweisen, ist es möglich, unter den elastischen Wanderwellen, die durch den piezoelektrischen Körper erregt werden, einen Bestandteil der stehenden Welle v1 oder v2 unter Verwendung der Elektrode FF zu erfassen.
Jedoch werden die Bestandteile der Ladungen, die durch die stehende Welle τ induziert werden, wechselseitig gelöscht, und die Bestandteile infolge der stehenden Welle τ können unter denen der elatischen Wanderwelle, die durch den piezoelektrischen Körper induziert wird, nicht durch die Elektrode FF erfaßt werden, da die stehende Welle τ, die durch die Elektrode EE erregt wird, einen Knoten in der Mitte der Elektrode FF aufweist und die Amplitude der stehenden Welle τ an jedem Ende der Elektrode FF den gleichen Wert mit entgegengesetzten Vorzeichen besitzt.
Wenn eine Änderung in der Belastung, die an den Elektroden DD, EE unterschiedlich ist, auftritt, kann das Schwingungserfassungssignal aus der Elektrode FF gegenüber den Änderungen auf der Seite der Elektrode DD reagieren, kann jedoch darüber hinaus nicht Änderungen auf der anderen Seite der Elektrode EE reflektieren.
Die Wirkung dieser Änderung in der Belastung wird nachstehend allgemeiner erläutert.
Eine Verschiebung um δt, bezogen auf die Zeit, δx, bezogen auf die Position, und m, bezogen auf die Amplitude, wie es in der Gleichung 5 gezeigt ist, tritt aus einer Vielzahl von Gründen bei der elastischen Wanderwelle auf, die durch den Schwingungserreger hervorgerufen wird. Stehende Wellenbestandteile bleiben oft zurück.
ξ = ξ0 cos(ωt)cos(kx) + mξ0sin(ωt + δt)sin(kx + δx) [5]
Eine Verschiebung δt mit Bezug auf die Zeit tritt häufig infolge der Unterschiede in der Impedanz der piezoelektrischen Körper und anderer solcher Differenzen auf, während eine Verschiebung δx mit Bezug auf die Position üblicherweise infolge derartiger Faktoren wie einem Versatz in dem Elektrodenmuster hervorgerufen wird. Eine Verschiebung m mit Bezug auf die Amplitude wird im allgemeinen infolge der Verschiedenheiten in der Komposition der piezoelektrischen Körper oder der Antriebsschaltungen hervorgerufen.
Da darüber hinaus die Schwingungserfassungselektrode und die Antriebselektrode an gegenüberliegenden Seiten des piezoelektrischen Körpers vorhanden sind, auf denen die Polarisationselektroden, die verwendet werden, um die stehenden Wellen zu erzeugen, vorgesehen sind, ist es schwierig, die Elektroden auf dem piezoelektrischen Körper während des Herstellvorganges präzise zu positionieren, so daß ein Versatz leicht auftreten kann. Wenn die Schwingungserfassungselektrode von der spezifischen Position versetzt angeordnet wird, ist ihre Position, bezogen auf die stehenden Wellen, die in dem Schwingungserreger hervorgerufen werden, ebenfalls versetzt.
Wenn sich ergebende stehende Wellenbestandteile vorhanden sind und die Position der Schwingungserfassungselektrode versetzt ist, ändert sich die Ausgabe aus der Schwingungserfassungselektrode in Abhängigkeit der Richtung der Drehung des Ultraschallmotors (vgl. Fig. 34) sogar dann, wenn die Frequenz der durch die elastische Wanderwelle induzierten, elliptischen Schwingung des Schwingungserregers die gleiche bleibt und die Drehzahl die gleiche ist, wenn sich die Richtung der Drehung ändert. Bei dem in Fig. 32 gezeigten Fall ist die Amplitude der Schwingungserfassungselektrodenausgabe kleiner während der Drehung in Gegenuhrzeigerrichtung im Vergleich zu der Drehung in Uhrzeigerrichtung.
Fig. 35 gibt einen Graphen hinsichtlich der Beziehung zwischen dem Positionsver satz der Schwingungserfassungselektrode und dem Verhältnis zwischen den Ausgaben aus der Schwingungserfassungsschaltung während der Drehung in Gegenuhrzeigerrichtung und der Drehung in Uhrzeigerrichtung für eine gegebene Zeitverschiebung δt wieder. Wenn der Versatz der Schwingungserfassungselektrode zunimmt, wird der Unterschied in der Amplitude basierend auf der Drehrichtung deutlicher.
Wenn die Drehrichtung durch Eingabe von Antriebssignalen mit der gleichen Amplitude, jedoch einer Phasenverschiebung um -90º umgedreht wird, ändert sich die Ausgangsamplitude aus dem Schwingungserfassungssignal in hohem Maße.
Fig. 36 gibt einen Graphen hinsichtlich der Beziehung der Drehzahl und der Ausgabeamplitude aus der Schwingungserfassungselektrode bei einem Ultraschallmotor wieder, der eine versetzt angeordnete Schwingungserfassungselektrode besitzt. Wie daraus entnehmbar ist, ist die Drehzahl in Abhängigkeit der Drehrichtung unterschiedlich, obwohl sie proportional der Amplitude unabhängig von der Drehrichtung ist.
In der Fig. 36 wird die Amplitude bei der Rotation in Uhrzeigerrichtung kleiner als bei der Rotation in Gegenuhrzeigerrichtung bei gleicher Drehzahl. Dies ist Folge vieler Faktoren, wie beispielsweise dem Positionsversatz der Schwingungserfassungselektrode gegenüber der stehenden Welle, Unebenheiten in dem Preßkontakt des Bewegungskörpers usw., wie es vorstehend erläutert worden ist. Infolge dieser Gründe verändert sich bei einem bekannten Ultraschallmotor die Drehzahl in großem Maße in Abhängigkeit der Drehzahl, wie es vorstehend erläutert worden ist, und entspricht nicht der Amplitude 1 : 1. Demzufolge weist der bekannte Ultraschallmotor einen Nachteil dahingehend auf, daß es unmöglich ist, die Drehzahl unter Verwendung des Ausgabeamplitude aus der Schwingungserfassungselektrode zu steuern.
Um dies zu vermeiden, muß die Schwingungserfassungselektrode präzise gegenüber der stehenden Welle positioniert werden.
Weiterhin ist ein gemeinsames Potential erforderlich, um das Antriebssignal an den beiden Antriebselektroden auf dem piezoelektrischen Körper anzulegen und ein Feld in Dickenrichtung des piezoelektrischen Körpers zu erzeugen. Im allgemeinen wird das Erdungspotential als das gemeinsame Potential verwendet und wird mit Leitungen an der elastischen Basis verbunden, die häufig Metall ist, um das gemeinsame Potential vorzusehen. Flexible Leitungen werden darüber hinaus verwendet, um die Antriebselektroden und die Schwingungserfassungselektrode auf dem piezoelektrischen Körper mit einer externen Schaltung zu verbinden. Eine gemeinsame Elektrode, die elektrisch mit der elastischen Basis verbunden ist, ist weiterhin auf dem piezoelektrischen Körper vorgesehen, um die Verbindung zu vereinfachen. Das gemeinsame Potential wird häufig aus dieser gemeinsamen Elektrode über die flexiblen Leitungen erhalten. Die Leitungen und die gemeinsame Elektrode des piezoelektrischen Körpers werden unter Verwendung der elastischen Basis, die an dem piezoelektrischen Körper angeklebt ist, oder einem Teil des Umfanges der Antriebselektrode des piezoelektrischen Körpers als der gemeinsamen Elektrode verbunden.
Wenn die Verbindung an der Außenumfangsseite des Schwingungserregers hergestellt wird, wobei die Leitungen mit der flexiblen Basis des Schwingungserregers verbunden sind und der Schwingungserreger in einem Schwingungsmodus erregt wird, bei dem die Außenumfangsseite das freie Ende ist (vgl. Fig. 37), verhindert die Masse der Leitungsdrähte und der Verbindungsteile die Schwingung und die Antriebseffektivität fällt. Wenn die Verbindung zwischen der elastischen Basis und der Leitung unter Verwendung eines Wärmevorganges hergestellt wird, wird der gesamte Schwingungserreger der Wärme ausgesetzt und der Polarisationszustand des piezoelektrischen Körpers ebenfalls beeinflußt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hocheffektiven Ultraschallmotor und ein Ultraschallmotor-Steuerverfahren zu schaffen, wodurch der Unterschied zwischen den Ausgabesignalen der Schwingungserfassungselektrode in Abhängigkeit der Drehrichtung verringert ist, die Drehzahl des Ultraschallmotors stabil gesteuert werden kann, die Schwingung des Schwingungserregers nicht gestört wird und keine Störung der Schwingungseigenschaften sogar dann auftritt, wenn eine vorgespannte Lastschwankung auftritt, stehende Wellenbestandteile zurückbleiben und die Position der Schwingungserfassungselektrode von der spezifischen Position verschoben ist.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird ein Ultraschallmotor gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltet, wie er in Anspruch 1 definiert ist.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, werden Steuerverfahren zum Steuern eines Ultraschallmotors vorgesehen, wie sie in den Ansprüchen 8, 9, 10 definiert sind.
Demzufolge wird die Amplitude der Schwingung oder ein Wert relativ zu der Amplitude durch die Schwingungserfassungsschaltung aus den Signalen, die durch die Schwingungserfassungselektroden ausgegeben werden, erfaßt und das Antriebssignal unter Verwendung einer numerischen Summe, die durch Addieren dieser Werte erhalten wird, gesteuert, um die Drehzahl zu kontrollieren.
Alternativ wird eine Schwingungserfassungselektrode aus den Schwingungserfassungselektroden entsprechend der Wanderrichtung der elastischen Wanderwelle, die durch den Schwingungserreger erregt wird, ausgewählt und die Signalausgabe aus der ausgewählten Schwingungserfassungselektrode verwendet, um das Antriebssignal und demzufolge die Drehzahl zu steuern.
Dieser Ultraschallmotor kann weiterhin eine gemeinsame Elektrode in der Nähe des Innenumfanges des piezoelektrischen Körpers zusätzlich zu der Antriebselektrode und den vielen Schwingungserfassungselektroden, die auf dem piezoelektrischen Körper vorgesehen sind, aufweisen.
Durch Verwenden der Summe der Werte der Ausgangsamplituden aus den mehrfach vorhandenen Schwingungserfassungselektroden des piezoelektrischen Körpers für die Antriebssignalsteuerung wird sich der Summenwert nicht im hohen Maße mit der Änderung in der Drehrichtung sogar dann ändern, wenn stehende Wellenbestandteile in der elastische Wanderwelle, die durch den Schwingungserreger hervorgerufen wird, verbleiben und die Position der Schwingungserfassungselektrode, bezogen auf die stehende Welle, versetzt ist. Dieser Summenwert kann auf diese Weise für die Drehzahlsteuerung des Ultraschallmotors verwendet werden.
Weiterhin kann durch Auswählen der Schwingungserfassungselektrode entsprechend der Drehrichtung eine stabile Drehzahlsteuerung, die nicht durch die Lastschwankung zwischen den Antriebselektroden beeinflußt wird, erzielt werden.
Durch Vorsehen der gemeinsamen Elektrode an dem Innendurchmesserbereich, wo die Schwingung schwach ist, kann die Interferenz der Leitungsdrahtverbindung mit dem Schwingungserreger minimiert und ein hocheffektiver Antrieb erzielt werden.
Durch Anordnen der Antriebselektroden und der Schwingungserfassungselektroden des piezoelektrischen Körpers in der vorstehend beschriebenen Weise ist es möglich, einen Ultraschallmotor vorzusehen, bei dem der Antriebselektrodenbereich vergrößert, die Ausgabe der Schwingungserfassung auf einem hohen Pegel beibe halten und die Drehzahl stabil sowie präzise unter Verwendung des Schwingungserfassungssignals gesteuert werden kann, ohne daß die Notwendigkeit der präzisen Elektrodenpositionierung besteht, ohne daß eine Beeinflussung durch verbleibende Bestandteile der elastischen Wanderwelle erfolgt und ohne daß ein Encoder verwendet werden muß.
Diese sowie weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren deutlicher zutage treten.
In den Zeichnungsfiguren sind gleiche Bauteile durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Hierbei ist:
Fig. 1 ein Querschnitt eines Ultraschallmotors gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeipiel der Erfindung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf Seite 1 des piezoelektrischen Körpers in einem scheibenförmigen Ultraschallmotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Draufsicht auf Seite 2 dieses piezoelektrischen Körpers;
Fig. 4 eine Wiedergabe der Beziehung zwischen den stehenden Wellen und dem piezoelektrischen Körper des Ultraschallmotors gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein Blockdiagramm des Steuerverfahrens des Ultraschallmotors gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Schwingungserfassungsergebnisse bei dem Ultraschallmotor gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 7 eine graphische Darstellung der Schwingungserfassungsergebnisse bei dem Ultraschallmotor gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Summe der Ausgaben aus den Schwingungserfassungselektroden und der Drehzahl;
Fig. 9 eine Draufsicht auf Seite 1 des piezoelektrischen Körpers bei einem scheibenförmigen Ultraschallmotor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine Draufsicht auf Seite 2 dieses piezoelektrischen Körpers;
Fig. 11 eine Darstellung der Beziehung zwischen den stehenden Wellen und dem piezoelektrischen Körper des Ultraschallmotors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 12 eine graphische Darstellung der Schwingungserfassungsergebnisse bei dem Ultraschallmotor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 13 eine Draufsicht auf Seite 1 des piezoelektrischen Körpers bei einem scheibenförmigen Ultraschallmotor gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 eine Draufsicht auf Seite 2 dieses piezoelektrischen Körpers;
Fig. 15 eine Darstellung der Beziehung zwischen den stehenden Wellen und dem piezoelektrischen Körper des Ultraschallmotors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 16 eine Draufsicht auf Seite 1 des piezoelektrischen Körpers bei einem scheibenförmigen Ultraschallmotor gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17 eine Draufsicht auf Seite 2 dieses piezoelektrischen Körpers;
Fig. 18 eine Darstellung der Beziehung zwischen den stehenden Wellen und dem piezoelektrischen Körper des Ultraschallmotors gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 19 eine Draufsicht auf Seite 1 des piezoelektrischen Körpers bei einem scheibenförmigen Ultraschallmotor gemäß dem fünften Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 20 eine Draufsicht auf Seite 2 dieses piezoelektrischen Körpers;
Fig. 21 eine Draufsicht auf Seite 1 des piezoelektrischen Körpers bei einem scheibenförmigen Ultraschallmotor gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 22 eine Draufsicht auf Seite 2 dieses piezoelektrischen Körpers;
Fig. 23 eine Draufsicht auf Seite 1 des piezoelektrischen Körpers bei einem scheibenförmigen Ultraschallmotor gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 24 eine Querschnittsansicht dieses piezoelektrischen Körpers;
Fig. 25 eine Draufsicht auf Seite 2 dieses piezoelektrischen Körpers;
Fig. 26 eine Wiedergabe der Vorgehensweise zum Anbringen einer Leitung an dem piezoelektrischen Körper;
Fig. 27 ein Blockdiagramm des Steuerverfahrens des Ultraschallmotors gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 28 eine teilweise aufgebrochene Ansicht eines bekannten scheibenförmigen Ultraschallmotors;
Fig. 29 eine Draufsicht, welche die Elektrodenstruktur der Seite 1 des piezoelektrischen Körpers bei dem bekannten scheibenförmigen Ultraschallmotor wiedergibt, der in Fig. 28 gezeigt ist;
Fig. 30 eine Draufsicht auf Seite 2 dieses piezoelektrischen Körpers;
Fig. 31 eine Wiedergabe der Beziehung zwischen den stehenden Wellen und dem piezoelektrischen Körper des bekannten Ultraschallmotors mit dem in den Fig. 29, 30 gezeigten Elektrodenaufbau;
Fig. 32 eine Wiedergabe des Arbeitsprinzipes des Ultraschallmotors;
Fig. 33 ein Blockdiagramm des Steuerverfahrens eines bekannten Ultraschallmotors;
Fig. 34 eine graphische Darstellung des Schwingungserfassungssignals bei einem bekannten Ultraschallmotor;
Fig. 35 eine graphische Darstellung der Schwingungserfassungsergebnisse bei einem bekannten Ultraschallmotor;
Fig. 36 eine graphische Darstellung, die die Veränderung der Drehzahl in Abhängigkeit der Drehrichtung wiedergibt; und
Fig. 37 eine Wiedergabe der Schwingung in radialer Richtung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ausführungsbeispiel 1

Das erste Ausführungsbeispiel eines Ultraschallmotors gemäß der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert, von denen Fig. 1 eine Querschnittsansicht der Gesamtstruktur des Ultraschallmotors gemäß dem ersten Auführungsbeispiel wiedergibt.
Dieser Ultraschallmotor enthält einen Schwingungserreger, der durch Ankleben eines piezoelektrischen Körpers 2 an eine Hauptseite einer elastischen Basis 1 hergestellt ist und der Vorsprünge 1a aufweist, die an der anderen Hauptseite der elastischen Basis 1 vorgesehen sind. Ein durch den Schwingungserreger 3 anzutreibender Bewegungskörper 4 ist aus einem elastischen Material, wie beispielsweise einem Metall hergestellt und besitzt eine Reibungsoberfläche, die aus einem verschleißfesten Material gefertigt ist. Die Reibungsoberfläche des Bewegungskörpers 4 wird gegen den Schwingungserreger 3 angepreßt und wird durch eine Druckfeder 5 belastet. Die Schaltung 6 enthält eine Antriebsschaltung, eine Steuerschaltung, eine Amplitudenerfassungsschaltung, wie sie nachstehend näher erläutert werden wird, sowie eine Addierschaltung und ist mit den Elektroden des piezoelektrischen Körpers 2 verbunden. Die elastische Basis 1 wird als ein Referenzpotential verwendet und ist elektrisch mit außenliegenden Schaltungselementen verbunden. Der piezoelektrische Körper 2 erzeugt durch Anlegen eines elektrischen Feldes aus der Schaltung in Umfangsrichtung des Schwingungserregers 3 zwei stehende Wellen mit einer 90º-Phasendifferenz, wodurch eine Biegeschwingungs- Wanderwelle erregt wird, um den Bewegungskörper 4 durch Kontaktreibung anzutreiben.
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 bei dem in Fig. 1 gezeigten scheibenförmigen Ultraschallmotor, wogegen Fig. 3 eine Draufsicht auf Seite 2 des in Fig. 2 gezeigten piezoelektrischen Körpers 2 wiedergibt. Grundschwingungen sowie Biegeschwingungen dritter Art bzw. des dritten Schwingungsmodus werden in radialer Richtung und in Umfangsrichtung des scheibenförmigen Schwingungserregers hervorgerufen.
Fig. 4 enthält einen Querschnitt des piezoelektrischen Körpers 2 sowie ein Wellendiagramm der stehenden Wellen α, β1, β2, die durch die Antriebselektroden des piezoelektrischen Körpers 2 erregt werden. λ kennzeichnet die Wellenlänge jeder stehenden Welle.
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen. Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 enthält Elektroden D, E, die mit einer Phasendifferenz angeordnet sind, welche 1/4 der Wellenlänge der Wanderwelle entspricht, und Elektroden F1, F2, die mit einer Phasendifferenz angeordnet sind, welche 1/4 der Wellenlänge der Wanderwelle entspricht. Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 enthält Elektrodengruppen A, B, die mit einer Phasendifferenz angeordnet sind, welche 1/4 der Wellenlänge der Wanderwelle entspricht, und Elektroden C1, C2, die 1/4 der Wellenlänge der Wanderwelle entsprechen. Die Elektrodengruppe A enthält Elektrodenelemente a1, a2, die eine solche Größe aufweisen, daß sie 1/4 der Wellenlänge der Wanderwelle entsprechen, sowie Elektrodenelemente a3, a4, die 1/8 der Wellenlänge entsprechen. Die Elektrodengruppe B enthält in ähnlicher Weise Elektrodenelemente b1, b2, die eine solche Größe aufweisen, daß sie 1/2 der Wellenlänge der Wanderwelle entsprechen, sowie Elektrodenelemente b3, b4 mit einer 1/8 Wellenlängen-Äquivalenz bzw. Wellenlängen-Entsprechung.
Die Elektrodengruppen A, B und die Elektroden C1, C2 auf der Seite 1 entsprechen den Elektroden D, E, F1, F2 auf der Seite 2. Wenn insbesondere Seite 1 (Fig. 2) umgedreht und gegenüber Seite 2 (Fig. 3) angeordnet werden würde, sollte die Elektrodengruppe A gegenüber der Elektrode D, die Elektrodengruppe B gegenüber der Elektrode E, die Elektrode C1 gegenüber der Elektrode F1 und die Elektrode C2 gegenüber der Elektrode F2 vorhanden sein.
Wenn der piezoelektrische Körper 2 polarisiert wird, dient die Seite 2 als eine gemeinsame Elektrode, indem sie in Kontakt mit einem Metalleiter gebracht wird. Der piezoelektrische Körper 2 wird in einer Weise polarisiert, wie es durch die Vorzeichen in Fig. 2 gekennzeichnet ist, wobei die Elektrodenelemente der Elektrodengruppen A, B und die Elektrode D auf Seite 1 verwendet werden.
Nach der Polarisierung wird der piezoelektrische Körper 2 an der elastischen Basis 1 mit der Seite 1 als der Klebezwischenfläche angeklebt, wodurch der Schwingungserreger 3 hergestellt worden ist.
Es ist zu bemerken, daß die Polarisierung nicht auf das in Fig. 2 gezeigte Muster beschränkt ist.
Wenn elektrische Signale mit einer 90º-Zeitbasis-Phasendifferenz an den Elektroden D, E angelegt werden, die mit einer 90º-Phasendifferenz auf dem piezoelektrischen Körper 2 angeordnet sind, können Grundschwingungen und Biegeschwingungen dritter Art in radialer Richtung und in Umfangsrichtung des Schwingungserregers 3 erregt werden.
Da daher die Elektroden, die durch den piezoelektrischen Körper 2 verwendet werden, um den Schwingungserreger anzutreiben, die Elektroden D, E sind und nur die Elektroden F1, F2 nicht als Antriebselektroden verwendet werden, entspricht der Scheibenbereich, der nicht für den Motorantrieb verwendet wird, nur 1/2 der Wellenlänge der stehenden Welle, so daß eine hohe Antriebsenergie erzielt werden kann.
Wenn elektrische Signale mit einer 90º-Zeitbasis-Phasendifferenz an den Elektroden D, E angelegt werden, wird eine stehende Welle, die eine elastische Wanderwelle enthält, welche in dem Schwingungserreger 3 erzeugt wird, generiert, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.
Wenn elektrische Signale der 90º-Zeitbasis-Phasendifferenz an den Elektroden D, E angelegt werden, wird eine stehende Welle α durch die Elektrode D und eine stehende Welle, β1 (ausgezogene Linie) durch die Elektrode E erregt. Die stehende Welle, β2 (unterbrochene Linie) wird erregt, wenn das elektrische Signal, das an der Elektrode E angelegt wird, eine -90º-Zeitbasis-Phasendifferenz zu dem an der Elektrode D angelegten elektrischen Signal aufweist. Die Richtung der Drehung des Bewegungskörpers, die durch die stehende Welle β2 (unterbrochene Linie) induziert wird, ist entgegengesetzt zu der Richtung, die durch die stehende Welle, β1 (ausgezogene Linie) induziert wird. Auf diese Weise wird die Drehrichtung durch das an die Elektrode E angelegte Signal gesteuert.
Die Elektroden F1, F2 werden als Schwingungserfassungselektroden verwendet. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist die Elektrode F1 im Bereich von 1/8 bis 3/8 der Wellenlänge der zweiten Welle der stehenden Welle α angeordnet, besitzt eine Größe, die 1/4 der Wellenlänge der zweiten Welle der stehenden Welle α entspricht und ist mittig an dem Ende der ersten 1/4 Wellenlänge dieser zweiten Welle positioniert. Die Elektrode F2 ist im Bereich von 3/8 bis 5/8 der Wellenlänge der zweiten Welle der stehenden Welle α angeordnet, besitzt eine Größe, die 1/4 Wellenlänge der Wellenlänge der zweiten Welle der stehenden Welle α entspricht und ist mittig an dem Wellentransitions- bzw. Wellenübergangspunkt angeordnet. Mit anderen Worten werden die Schwingungserfassungselektroden entsprechend einer 1/4-Wellenlängenperiode der stehenden Welle positioniert und sind entsprechend mittig an den unteren Spitzen der beiden stehenden Wellen α, β angeordnet.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm der Drehzahlsteuerung unter Verwendung der Schwingungserfassung, die durch die Schaltung 6 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ausgeführt ist. Elektrische Signale mit einer Ladung, die durch die Schwingung des Schwingungserregers induziert wird, werden von den Elektroden F1, F2 auf der Seite 2 des piezoelektrischen Körpers abgenommen. Die elektrischen Signale, die aus den Elektroden F1, F2 erhalten werden, sind Wechselstromsignale, die sich über die Zeit ändern, wie es in Fig. 34 gezeigt ist. Diese Signale werden den Amplitudenerfassungsschaltungen 22, 24 zugeführt und die Amplitude der Schwingung hierdurch erfaßt.
Die Amplitudenerfassungsschaltungen 22, 24 enthalten jeweils eine Verstärkerschaltung (nicht gezeigt) und erfassen den Spitze-zu-Spitze-Wert des Eingangssignals (die maximale Amplitude des Eingangssignals) als eine Gleichspannung. Diese beiden Gleichspannungen werden einer Addierschaltung 26 eingegeben und addiert. Die addierte Gleichspannung wird an eine Steuerschaltung 28 ausgegeben, welche die Gleichspannung als einen Index für die Antriebsschaltungssteuerung verwendet. Die Antriebsschaltung 30 wird durch die Steuerschaltung 28 gesteuert, um ein Antriebssignal auszugeben, dessen Frequenz, Spannung und andere Parameter so eingestellt werden, daß der Bewegungskörper mit der gewünschten Drehzahl angetrieben wird.
Die Amplitudenerfassungsschaltungen 22, 24 können Halbwellen-Verstärkerschaltungen verwenden, welche 1/2 der Amplitude (Spitze-zu-Null) des Ausgangssignals der Schwingungserfassungselektrode zu einer Gleichspannung umwandeln, die die Amplitude der Schwingung ausdrückt.
Es ist darüber hinaus möglich, das Ausgangssignal der Schwingungserfassungselektrode über eine vorbestimmte Zeitperiode zu integrieren, den integrierten Wert in eine Gleichspannung umzuwandeln und die sich ergebenden Gleichspannungen zu addieren.
Alternativ können die durch die Amplitudenerfassungsschaltung erfaßten Spannungen analogdigital umgewandelt und die daraus resultierenden Digitalwerte addiert werden. Die sich ergebende Digitalsumme kann durch die Steuerschaltung verwendet werden, um das Antriebssignal zu steuern, und kann ohne weiteres als Steuerindex für die Digitalsteuerung manipuliert bzw. verändert werden.
Es ist zu bemerken, daß das Verfahren zum Erfassen der in dem Schwingungserreger erzeugten Schwingungen aus den Ausgangssignalen der Schwingungserfassungselektroden nicht auf die vorstehend beschriebenen beschränkt sind.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem physikalischen Versatz der Schwingungserfassungselektroden F1, F2 zu den stehenden Wellen und das Verhältnis zwischen den Amplitudensummensignalen während der Drehung in Uhrzeigerrichtung und in Gegenuhrzeigerrichtung wiedergibt. Insbesondere ist dies das Verhältnis zwischen der Summe der Ausgangssignale der Amplitudenerfassungsschaltungen, welche aus den Ausgangssignalen aus den Schwingungserfassungselektroden F1, F2 erhalten werden, während der Drehung in Uhrzeigerrichtung zu der Summe der Ausgangssignale der Amplitudenerfassungsschaltungen während der Drehung in Gegenuhrzeigerrichtung, wenn ein piezoelektrischer Körper mit einer Elektrodenstruktur verwendet wird, wie sie in den Fig. 2, 3 gezeigt ist. In diesem Fall ist die Verschiebung δt gegenüber der Zeit die gleiche, unabhängig von der Drehrichtung. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, besteht keine Richtungsabhängigkeit der Summe sogar dann, wenn ein großer physikalischer Versatz der Schwingungserfassungselektroden gegenüber der stehenden Welle vorhanden ist. Im Ergebnis werden die Antriebs- bzw. Steuersignale mit der gleichen Amplitude (ohne daß eine spezifische Amplitudensteuerung eingesetzt wird) und einer variablen Phasenbeziehung in Abhängigkeit der Drehrichtung den Antriebselektroden eingegeben, um elastische Wanderwellen (die sich nur in der Richtung in Abhängigkeit der Drehrichtung unterscheiden) in dem Schwingungserreger zu erzeugen, wodurch ermöglicht wird, daß die Drehzahl mit hoher Präzision unabhängig von der Drehrichtung gesteuert werden kann, da sich die Summe sogar dann nicht mit der Drehrichtung ändert, wenn verbleibende Bestandteile der stehenden Welle vorhanden sind und ein physikalischer Versatz in der oder den Elektrodenpositionen vorliegt.
Fig. 7 gibt die Beziehung zwischen dem physikalischen Versatz der Schwingungserfassungselektroden F1, F2 gegenüber den stehenden Wellen und das Verhältnis zwischen der Summe der Ausgangssignale der Amplitudenerfassungsschaltungen für die Eingangssignale aus den Schwingungserfassungselektroden F1, F2, die während einer Drehung in Uhrzeigerrichtung erhalten werden, gegenüber der Summe der Ausgangssignale der Amplitudenerfassungsschaltungen, die während einer Drehung in Gegenuhrzeigerrichtung erhalten werden, wieder, wenn sich die zeitbasierende Polarisation δt mit der Drehrichtung unterscheidet. In diesem Fall werden ebenfalls die Signalsummen nahezu konstant unabhängig von der Drehrichtung und dem physikalischen Versatz der Schwingungserfassungselektroden.
Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen der Drehzahl des Ultraschallmotors unter Verwendung des piezoelektrischen Körpers, der einen Elektrodenaufbau aufweist, wie er in den Fig. 2, 3 gezeigt ist, und einem summierten Wert der Ausgaben aus den Schwingungserfassungselektroden. Wie aus einem Vergleich der Fig. 8 und 36 hervorgeht, wird gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Drehzahl proportional dem summierten Wert unabhängig von der Drehrichtung. Auf diese Weise entspricht die Drehzahl und der summierte Wert der Schwingungsamplituden 1 : 1, wodurch es möglich wird, den summierten Wert als einen Index der Drehzahl zu verwenden. Diese Beziehung zwischen der Drehzahl und dem summierten Wert wird in einem Speicher der Steuerschaltung 28 (der Fig. 5) im voraus gespeichert. Wenn eine gewünschte Drehzahl in die Steuerschaltung 28 eingegeben wird, sucht letztere nach einem summierten Wert, der der eingegebenen Drehzahl entspricht, und steuert das Antriebssignal in der Weise, daß die Ausgabe aus der Addiereinrichtung 28 mit dem summierten Wert übereinstimmt, der hierfür vorgesehen ist. Im allgemeinen werden die Frequenz und die Spannung des Antriebssignals variiert, um die Drehzahl eines Ultraschallmotors zu ändern. Die Schwingungsamplitude des Schwingungserregers wird groß, wenn die Frequenz des Antriebssignals die Resonanzfrequenz des Schwingungserregers erreicht, wodurch die Drehzahl groß wird. Demzufolge wird die Frequenz oder die Spannung des Antriebssignals durch die Steuerschaltung in der Weise verändert, daß der summierte Wert der Ausgaben aus den Schwingungserfassungselektroden mit dem Wert entsprechend der gewünschten Drehzahl übereinstimmt.
Auf diese Weise kann die Drehzahl mit hoher Präzision unabhängig von der Drehrichtung durch die Summe der Ausgaben aus den Schwingungserfassungschaltungen sogar dann gesteuert werden, wenn eine unterschiedliche Elektrodenstruktur verwendet wird. Es ist zu bemerken, daß dies möglich ist, sofern die physikalische Beziehung zwischen den Positionen der Schwingungserfassungselektroden und den beiden stehenden Wellen eine solche ist, wie es in Fig. 4 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
Ein Ultraschallmotor und ein Steuerverfahren, die eine extrem stabile, hochpräzise Drehzahlsteuerung bereitstellen, welche unbeeinflußt von irgendeinem physikalischen Versatz zwischen den Schwingungserfassungselektroden und den verbleibenden Bestandteilen der stehenden Welle in der elastischen Wanderwelle ist, kann daher vorgesehen werden.

Ausführungsbeispiel 2

Das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert.
Fig. 9 ist eine Draufsicht auf die Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 in dem scheibenförmigen Ultraschallmotor, wogegen Fig. 10 eine Draufsicht auf Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 ist. Grundwellen und Biegewellen dritter Art werden in radialer Richtung und in Umfangsrichtung des scheibenförmigen Schwingungserregers erzeugt.
Fig. 11 enthält einen Querschnitt des piezoelektrischen Körpers 2 sowie ein Wellendiagramm der stehenden Wellen y, 1 und 2, die durch die Antriebselektroden des piezoelektrischen Körpers 2 erzeugt werden. λ kennzeichnet die Wellenlänge der stehenden Welle.
Es wird nun auf Fig. 10 Bezug genommen. Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 enthält Elektroden K, J, die mit einer Phasendifferenz angeordnet sind, welche 1/4 der Wellenlänge der Wanderwelle entspricht, sowie Elektroden L1, L2, die mit einer Phasendifferenz angeordnet sind, welche 1/4 der Wellenlänge der Wanderwelle entspricht. Es wird nun auf Fig. 9 Bezug genommen. Seite 1 des piezoelek trischen Körpers 2 enthält Elektrodengruppen G, H, die mit einer Phasendifferenz angeordnet sind, welche 1/4 der Wellenlänge der Wanderwelle entspricht, sowie Elektroden I1, I2, die 1/4 der Wellenlänge der Wanderwelle entsprechen. Die Elektrodengruppe G enthält Elektrodenelemente g1, g2, die eine solche Größe aufweisen, daß sie 1/2 der Wellenlänge der Wanderwelle entsprechen, sowie ein Elektrodenelement g3, welches 1/4 der Wellenlänge entspricht. Die Elektrodengruppe H enthält in ähnlicher Weise Elektrodenelemente h1, h2, die eine solche Größe aufweisen, daß sie 1/2 der Wellenlänge der Wanderwelle entsprechen, und ein Elektrodenelement h3 mit einer 1/4-Wellenlängenäquivalenz.
Die Elektrodengruppe G, H und die Elektroden I1, I2 auf Seite 1 entsprechen den Elektroden J, K, L1, L2 auf Seite 2. Wenn insbesondere die Seite 1 (Fig. 9) umgedreht und gegenüber Seite 2 (Fig. 10) angeordnet werden würde, sollte die Elektrodengruppe G gegenüber der Elektrode J, die Elektrodengruppe H gegenüber der Elektrode K, die Elektrode I1 gegenüber der Elektrode L1 und die Elektrode I2 gegenüber der Elektrode L2 vorhanden sein.
Durch Anordnen des piezoelektrischen Körpers 2 mit der Seite 2 an einem Metalleiter werden die Elektrodenelemente der Elektrodengruppen G, H und die Elektrode I auf Seite 1 mit den in Fig. 9 wiedergegebenen Vorzeichen als gemeinsame Elektroden polarisiert. Sogar wenn die Elektroden auf Seite 1 klein sind, besitzen die Elektroden eine solche Größe, daß sie eine 1/4-Wellenlängenäquivalenz aufweisen, so daß das Polarisieren daher leichter als bei dem vorstehenden Auführungsbeispiel ist.
Nach der Polarisation wird der piezoelektrische Körper 2 an der elastischen Basis 1 mit der Seite 1 als der Klebezwischenfläche angeklebt, wodurch der Schwingungserreger 3 hergestellt worden ist.
Es ist zu bemerken, daß die Polarisation nicht auf das in den Fig. 9, 10 gezeigte Muster beschränkt ist.
Die elastische Basis ist als das Referenzpotential mit einer außenliegenden Schaltung verbunden.
Wenn elektrische Signale mit einer 90º-Zeitbasis-Phasendifferenz an den Elektroden J, K angelegt werden, die mit einer physikalischen 90º-Phasendifferenz auf dem piezoelektrischen Körper 2 positioniert sind, können Grundschwingungen und Biegeschwingungen dritter Art in radialer Richtung und in Umfangsrichtung des Schwingungserregers 3 erzeugt werden.
Eine hohe Antriebsleistung kann erzielt werden, da die für den Antrieb verwendeten Elektroden 5/6 der Scheibenfläche in Anspruch nehmen.
Fig. 11 zeigt die stehenden Wellen, die die elastischen Wanderwellen bilden, welche in dem Schwingungserreger 3 hervorgerufen werden, wenn elektrische Signale mit einer 90º-Zeitbasis-Phasendifferenz an den Elektroden J, K angelegt werden.
Wenn elektrische Signale mit einer 90º-Zeitbasis-Phasendifferenz an den Elektroden J, K angelegt werden, wird eine stehende Welle y durch die Elektrode J und eine stehende Welle 1 (ausgezogene Linie) durch die Elektrode K erzeugt. Eine stehende Welle 2 (unterbrochene Linie) wird erregt, wenn das elektrische Signal, das an der Elektrode K angelegt wird, eine -90º-Zeitbasis-Phasendifferenz gegenüber dem elektrischen Signal, das an der Elektrode J angelegt wird, aufweist. Die Drehrichtung des Bewegungskörpers, die durch die stehende Welle 2 (unterbrochene Linie) induziert wird, ist entgegengesetzt zu der Richtung, die durch die stehende Welle 1 (ausgezogene Linie) induziert wird.
Die Elektroden L1, L2 werden als Schwingungserfassungselektroden verwendet. Wie aus Fig. 11 hervorgeht, ist die Elektrode L1 im Bereich von 1/4 bis 1/2 der Wellenlänge angeordnet, besitzt eine Größe, die 1/4 der Wellenlänge entspricht, und ist mittig an der 3/8-Wellenlängenposition der zweiten Welle der stehenden Welle τ angeordnet. Die Elektrode L2 ist im Bereich von 1/2 bis 3/4 der Wellenlänge der zweiten Welle der stehenden Welle τ angeordnet, besitzt eine Größe, die 1/4 der Wellenlänge der zweiten Welle der stehenden Welle τ entspricht, und ist mittig an der 5/8-Wellenlängenposition angeordnet. Mit anderen Worten wird die Position entsprechend der Periode zwischen den hohen und den niedrigen Spitzen einer der beiden stehenden Wellen in zwei gleiche Teile mit jeweils 1/4 Wellenlänge aufgeteilt und die Schwingungserfassungselektroden entsprechend dieser 1/4-Wellenlängeperioden positioniert.
Es ist zu bemerken, daß alternativ die 1/2-Wellenlängenperiode zwischen den Transitions- bzw. Übergangspunkten in zwei gleiche Teile mit jeweils 1/4 Wellenlänge aufgeteilt werden kann und die Schwingungserfassungselektroden entsprechend dieser 1/4 Wellenlängenperioden positioniert werden können.
Es ist darüber hinaus zu bemerken, daß, während die Schwingungserfassungselektroden bezogen auf die zweite Welle in der vorstehenden Beschreibung angeordnet worden sind, die gleiche Wirkung erzielt werden kann, wenn sie bezogen auf die erste oder dritte Welle positioniert werden.
Die Ausgangssignale, die aus den Ladungen erhalten werden, die in den Elektroden L1, L2 induziert werden, werden durch das Verfahren, das in Fig. 5 gezeigt ist, getrennt erfaßt, um die Amplitude der Schwingung des Schwingungserregers zu erhalten. Die erfaßten Amplitudenwerte werden durch die Addiereinrichtung summiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Spitzenwerte beider Signale, die aus den Elektroden L1, L2 ausgegeben werden, in Gleichspannungen umgewandelt, die den Wert der Schwingung ausdrücken, die in dem Schwingungserreger erzeugt worden ist. Diese Stromwerte werden durch die Addiereinrichtung addiert und an die Steuereinrichtung ausgegeben. Die Steuerschaltung verwendet diese Summe als einen Index für die Steuerung der Antriebsschaltung, um ein Antriebssignal für den Antrieb des Bewegungskörpers mit der gewünschten Drehzahl auszugeben.
Das Verhältnis der erfaßten Amplitudensignalsumme während der Drehung in Gegenuhrzeigerrichtung des Bewegungskörpers zu der Summe während der Drehung in Uhrzeigerrichtung beträgt 1 und ist, wie in dem in Fig. 6 gezeigten Fall, nicht abhängig von dem Versatz der Schwingungserfassungselektroden L1, L2 gegenüber der stehenden Welle.
Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen dem physikalischen Versatz der Schwingungserfassungselektroden L1, L2 gegenüber den stehenden Wellen sowie das Verhältnis zwischen den Amplitudensummensignalen während der Drehung in Uhrzeigerrichtung bzw. in Gegenuhrzeigerrichtung. Insbesondere ist dies das Verhältnis zwischen der Summe der Ausgangssignale der Amplitudenerfassungsschaltungen, welche aus den Ausgangssignalen aus den Schwingungserfassungselektroden L1, L2 während der Drehung erhalten werden, in Uhrzeigerrichtung zu der Summe der Ausgangssignale der Amplitudenerfassungsschaltungen während der Drehung in Gegenuhrzeigerrichtung, wenn sich die zeitbasierende Verschiebung δt mit der Drehrichtung unterscheidet.
Während das Summenverhältnis nicht 1 beträgt, wenn der physikalische Versatz 0 ist, ist es ziemlich nahe an 1. Im Ergebnis kann die Summe als nahezu konstant unabhängig von der Drehrichtung und dem physikalischen Versatz der Schwin gungserfassungselektroden sogar dann betrachtet werden, wenn ein Bestandteil der stehenden Welle in der elastischen Wanderwelle übrig bleibt, und kann daher als ein Index zum Steuern der Drehzahl mit hoher Präzision auf den gewünschten Wert verwendet werden.
Ein Ultraschallmotor sowie ein Steuerverfahren, welche eine extrem stabile, hochpräzise Drehzahlsteuerung bereitstellen, kann auf diese Weise ohne eine präzise Positionierung der Schwingungserfassungselektroden gegenüber den stehenden Wellen als ein Mittel zum Beseitigen der Wirkung der verbleibenden Bestandteile der stehenden Wellen in der elastischen Wanderwelle bei der Schwingungserfassung erreicht werden.

Ausführungsbeispiel 3

Das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert.
Fig. 13 ist eine Draufsicht auf die Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 in dem scheibenförmigen Ultraschallmotor, wogegen Fig. 14 eine Draufsicht auf die Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 ist. Grundschwingungen sowie Biegeschwingungen dritter Art werden in radialer Richtung und in Umfangsrichtung des scheibenförmigen Schwingungserregers hervorgerufen.
Fig. 15 enthält einen Querschnitt des piezoelektrischen Körpers 2 und der elastischen Basis 1 sowie ein Wellendiagramm der stehenden Wellen, die durch die Antriebselektroden des piezoelektrischen Körpers 2 hervorgerufen werden. λ kennzeichnet die Wellenlänge der stehenden Welle.
Es wird nun auf Fig. 13 Bezug genommen. Die Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 enthält Elektrodengruppen M, N mit einer Phasendifferenz, die 1/4 der Wellenlänge der stehenden Welle entspricht. Die Elektrodengruppe M enthält Elektrodenelemente m1, m2, m3, wobei jedes Element 1/2 der Wellenlänge der Wanderwelle entspricht. Die Elektrodengruppe N enthält Elektrodenelemente n2, n3, die jeweils 1/2 der Wellenlänge der Wanderwelle entsprechen, sowie Elektrodenelemente n1, n4, die 1/4 der Wellenlänge der Wanderwelle entsprechen.
Es wird nun auf Fig. 14 Bezug genommen. Die Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 enthält Elektroden P1, P2 sowie Elektroden Q1, Q2, wobei jedes Elek trodenpaar mit der Außenumfangsseite des Körpers 2 verbunden ist, sowie Elektroden R1, R2, die 1/4 der Wellenlänge der stehenden Welle entsprechen und mit der Innenumfangsseite des piezoelektrischen Körpers verbunden sind.
Die Elektrodengruppen M, N der Seite 1 sind gemäß den Elektroden P1, P2 und Q1, Q2 der Seite 2 angeordnet. Wenn insbesondere die Seite 1 (wie sie in Fig. 10 (a) gezeigt ist) gedreht und gegenüber der Seite 2 (Figur. 10 (b)) angeordnet werden würde, sollte die Gruppe M gegenüber den Elektroden P1, P2 und die Elektrodengruppe N gegenüber den Elektroden Q1, Q2 vorhanden sein.
Die Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 dient als die gemeinsame Elektrode, indem sie in Kontakt mit einem Metalleiter angeordnet ist. Der piezoelektrische Körper 2 wird mittels der Elektrodengruppen M, N der Seite 1 polarisiert, wie es in Fig. 13 gekennzeichnet ist. Es ist zu bemerken, daß die Polarisation nicht auf das in den Fig. 13, 14 gezeigte Muster beschränkt ist.
Nach der Polarisation wird der piezoelektrische Körper 2 an der elastischen Basis 1 unter Verwendung der Seite 1 als Klebezwischenfläche angeklebt, wodurch der Schwingungserreger 3 hergestellt worden ist.
Wenn elektrische Signale mit einer 90º-Zeitbasis-Phasendifferenz an den Elektroden P1, P2 bzw. Q1, Q2 angelegt werden, werden idealerweise zwei phasenverschiedene stehende Wellen η (ausgezogene Linie) und Θ1 (ausgezogene Linie) erregt, wodurch Grundschwingungen und Biegeschwingungen dritter Art in radialer Richtung und in Umfangsrichtung der elastischen Basis 1 induziert werden. Eine stehende Welle Θ2 (unterbrochene Linie) tritt auf, wenn das Antriebssignal, das der Elektrodengruppe N zugeführt wird, eine -90º-Zeitbasis-Phasendifferenz aufweist, wodurch der Bewegungskörper veranlaßt wird, sich in die entgegengesetzte Richtung zu drehen.
Die Elektroden R1, R2 werden als die Schwingungserfassungselektroden verwendet. Wie aus Fig. 15 hervorgeht, ist die Elektrode R1 im Bereich von 5/8 bis 7/8 der Wellenlänge der Welle der stehenden Welle η angeordnet, besitzt eine solche Größe, daß sie 1/4 der Wellenlänge entspricht, und ist mittig an der 3/4 Wellenlängenposition der ersten Welle der stehenden Welle η angeordnet. Die Elektrode R2 ist im Bereich von 7/8 der Wellenlänge der zweiten Welle der stehenden Welle η bis 1/8 der Wellenlänge der dritten Welle der stehenden Welle η angeordnet, besitzt eine solche Größe, daß sie 1/4 der Wellenlänge entspricht, und ist mittig an dem Beginn der dritten Welle angeordnet. Mit anderen Worten ist die Elektrode R1 die 1/4 Wellenlängen-Schwingungserfassungselektrode, die an einer hohen Spitze der ersten stehenden Welle η mittig angeordnet ist, und die Elektrode R2 die 1/4 Wellenlängen-Schwingungserfassungselektrode, die an einer hohen Spitze der zweiten stehenden Welle Θ1 mittig angeordnet ist.
In einem Ultraschallmotor, der ein piezoelektrisches Element enthält, wie es den Fig. 13, 14 gezeigt ist, wird die Drehzahl durch Erfassen der Amplitude der Schwingung aus den Ausgangssignalen der Schwingungserfassungselektroden mittels der Amplitudenerfassungsschaltung und unter Verwendung der Ausgabe der Signalsumme als ein Index für die Antriebssignalsteuerung gesteuert. Dies macht es möglich, einen Steuerindex unabhängig von der Drehrichtung und unbeeinflußt durch verbleibende Bestandteile der stehenden Welle in der Wanderwelle sowie den physikalischen Versatzwerten zwischen der Elektrode und der Wellenerfassungspositionen zu erhalten (vgl. Fig. 6, 7).
Es ist zu bemerken, daß die Schwingungserfassungselektroden R1, R2 nicht benachbart in nahe beieinanderliegenden, gegenüberliegenden Positionen auf dem piezoelektrischen Körper angeordnet sind. Schwingungswellenstörungen und die verbleibenden Bestandteile der stehenden Welle treten in beiden Richtungen, der Umfangsrichtung und der radialen Richtung, auf. Es ist darüber hinaus möglich, daß die Mittenpunkte des piezoelektrischen Körpers und der elastischen Basis zueinander versetzt sind, wodurch eine nichtkonzentrische Ausrichtung erhalten wird. In dem Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden Hauptschwingungen in radialer Richtung hervorgerufen, wie es in Fig. 37 gezeigt ist. Im Ergebnis nimmt die Amplitude der Schwingung nahe des Außenumfangs zu. Bei einem piezoelektrischen Körper mit benachbarten Schwingungserfassungselektroden nimmt die Erfassungssignalausgabe aus einer der Schwingungserfassungselektroden zu oder ab, wenn die Konzentrizität der Ausrichtung abnimmt. Im Ergebnis verändert sich das Schwingungserfassungsergebnis mit der Genauigkeit der Konzentrizität bei unterschiedlichen Ultraschallmotoren.
Wenn jedoch die Schwingungserfassungselektroden in einer nicht benachbarten, nahezu gegenüberliegenden Position vorgesehen sind, wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, nimmt die Ausgabe aus der einen Schwingungserfassungselektrode ab, wenn die Ausgabe aus der anderen Schwingungserfassungselektrode zunimmt. Wenn diese Ausgangswerte addiert werden, wird eine nahezu konstante Summe erhalten. Im Ergebnis kompensiert dieses Elektrodenmuster sowohl die physikalischen Versatzwerte bei dem Elektrodenmuster um den Umfang und beseitigt die Wirkung der radialen Versatzwerte.
Die Antriebselektroden P1, P2 und Q1, Q2 sind physikalisch voneinander getrennt. Die Verbindung zu einer außenliegenden Schaltung wird jedoch durch Verbinden dieser Elektrodenpaare an der Außenumfangsseite vereinfacht. Wenn darüber hinaus die Hauptschwingungsart in radialer Richtung wie bei diesem Ausführungsbeispiel liegt, ist die Schwingung an der Außenumfangsseite bzw. der außenliegenden Umfangsseite am größten und der Außenumfangsbereich erzeugt eine hohe Antriebsleistung. Durch Verbinden der Elektroden an der Außenumfangsseite kann sogar eine größere Antriebsleistung erzeugt werden.
Es ist zu bemerken, daß das Verfahren des Verbindens der Elektroden an dem Außenumfangsbereich nicht auf das vorher Beschriebene beschränkt ist.
Es ist daher mittels des vorliegenden Ausführungsbeispiels möglich, einen Ultraschallmotor vorzusehen, bei dem die Drehzahl präzise gesteuert werden kann, während eine hohe Antriebsleistung ohne Beeinflussung durch die verbliebenen Bestandteile der stehenden Welle und dem Positionsversatzwerten in den Elektroden erhalten wird.

Ausführungsbeispiel 4

Das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert.
Fig. 16 ist eine Draufsicht auf die Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 in dem scheibenförmigen Ultraschallmotor, wogegen Fig. 17 eine Draufsicht auf die Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 ist. Grundschwingungen sowie Biegeschwingungen dritter Art werden in radialer Richtung und in Umfangsrichtung des scheibenförmigen Schwingungserregers hervorgerufen.
Fig. 18 enthält einen Querschnitt des piezoelektrischen Körpers 2 und der elastischen Basis 1 sowie ein Wellendiagramm der stehenden Wellen, die durch die Antriebselektroden des piezoelektrischen Körpers 2 hervorgerufen werden. λ kennzeichnet die Wellenlänge der stehenden Welle.
Es wird nun auf Fig. 16 Bezug genommen. Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 enthält Elektrodengruppen T, S mit einer Phasendifferenz, die 1/4 der Wellenlänge der stehenden Welle entspricht. Eine Elektrodengruppe S enthält Elektrodenelemente s1, s2, s3, von denen jedes 1/2 der Wellenlänge der Wanderwelle entspricht. Die Elektrodengruppe T enthält Elektrodenelemente t2, t3, die 1/2 der Wellenlänge der Wanderwelle entsprechen, sowie Elektrodenelemente t1, t4, die 1/4 der Wellenlänge der Wanderwelle entsprechen.
Es wird nun auf Fig. 17 Bezug genommen. Die Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 enthält Elektroden U1, U2 sowie Elektroden V1, V2, wobei jedes Elektrodenpaar an der Innenumfangsseite der Körpers verbunden ist, und Elektroden W1, W2, die 1/4 der Wellenlänge der stehenden Welle entsprechen und die an der Außenumfangsseite des piezoelektrischen Körpers angeordnet sind.
Die Seite 1 der Elektrodengruppen S, T sind entsprechend den Elektroden U1, U2 bzw. V1, V2 der Seite 2 angeordnet. Wenn insbesondere die Seite 1 (wie sie in Fig. 16 zu erkennen ist) umgedreht und gegenüber der Seite 2 (Fig. 17) angeordnet werden würde, sollte die Elektrodengruppe S den Elektroden U1, U2 und die Elektrodengruppe T den Elektroden V1, V2 gegenüberliegen.
Die Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 dient als gemeinsame Elektrode dadurch, daß sie in Kontakt mit einem Metalleiter angeordnet ist. Der piezoelektrische Körper 2 wird in Dickenrichtung mittels der Elektrodengruppen S, T der Seite 1 polarisiert, wie es in Fig. 16 gekennzeichnet ist. Es ist zu bemerken, daß die Polarisation nicht auf das in den Fig. 16, 17 gezeigte Muster beschränkt ist.
Nach der Polarisation wird der piezoelektrische Körper 2 an der elastischen Basis 1 unter Verwendung der Seite 1 als Klebezwischenfläche angeklebt, wodurch der Schwingungserreger 3 hergestellt wird.
Wenn elektrische Signale mit einer 90º-Zeitbasis-Phasendifferenz an den Elektroden U1, U2 bzw. V1, V2 angelegt werden, werden idealerweise zwei phasendifferente stehende Wellen u (ausgezogene Linie) und v1 (ausgezogene Linie) erregt, wie es in Fig. 18 gezeigt ist, wodurch Grundschwingungen und Biegeschwingungen dritter Art in radialer Richtung und in Umfangsrichtung der elastischen Basis 1 hervorgerufen werden. Eine stehende Welle v2 (unterbrochene Linie) tritt auf, wenn das Antriebssignal, das an der Elektrodengruppe T angelegt wird, eine -90º-Zeitbasis-Phasendifferenz aufweist, wodurch der Bewegungskörper veranlaßt wird, sich in die entgegengesetzte Richtung zu drehen.
Die Elektroden W1, W2 werden als Schwingungserfassungselektroden verwendet. Wie in Fig. 18 gezeigt ist, ist die Elektrode W1 im Bereich von 5/8 bis 7/8 der Wellenlänge der ersten Welle der stehenden Welle u angeordnet, besitzt eine solche Größe, daß sie 1/4 dieser Wellenlänge entspricht ist, und ist mittig an der 3/4 Wellenlängenposition der ersten Welle der stehenden Welle u angeordnet. Die Elektrode W2 ist im Bereich von 3/8 bis 5/8 der Wellenlänge der dritten Welle der stehenden Welle u angeordnet, besitzt eine solche Größe, daß sie 1/4 dieser Wellenlänge entspricht, und ist mittig an der 1/2 Wellenlängenposition angeordnet. Mit anderen Worten ist die Elektrode W1 die 1/4 Wellenlängen-Schwingungserfassungselektrode, die mittig an einer hohen Spitze der ersten stehenden Welle u angeordnet ist, und die Elektrode W2 die 1/4 Wellenlängen-Schwingungserfassungselektrode, die mittig an einer unteren Spitze der zweiten stehenden Welle v angeordnet ist. Es ist zu bemerken, daß die Positionen der Elektroden W1, W2 nicht auf die erste und die dritte Wellenposition, die vorstehend erwähnt worden sind, beschränkt sind, sondern bezogen auf die zweite Welle positioniert werden können.
Bei einem Ultraschallmotor, der einen piezoelektrischen Körper enthält, wie er in den Fig. 16, 17 gezeigt ist, wird die Drehzahl durch Erfassen der Amplitude der Schwingung aus den Ausgangssignalen der Schwingungserfassungselektroden mittels der Amplitudenerfassungsschaltung und unter Verwendung der Ausgangssignalsumme als ein Index für Antriebssignalsteuerung gesteuert. Dies macht es möglich, einen Steuerindex unabhängig von der Drehrichtung und unbeeinflußt durch verbliebene Bestandteile der stehenden Welle in der Wanderwelle sowie den physikalischen Versatzwerten zwischen der Elektrode und den Erfassungswellenpositionen zu erhalten (vgl. Fig. 6, 7).
Die Antriebselektroden U1, U2 und V1, V2 werden physikalisch voneinander getrennt. Die Verbindung zu einer außenliegenden Schaltung an einem einzelnen Punkt für jedes Elektrodenpaar ist jedoch sogar bei einem piezoelektrischen Körper mit kleinem Durchmesser durch eine innenliegende Verbindung dieser Elektrodenpaare an dem Innenumfangsbereich auf einfache Weise realisierbar. Wenn darüber hinaus der Hauptschwingungsmodus in radialer Richtung erfolgt, wie es bei diesem Ausführungsbeispiel der Fall ist, ist die Schwingung an der Außenumfangsseite am größten. Da daher die Schwingung in diesem Bereich sogar dann klein ist, wenn der Innenumfangsbereich für die Antriebselektrodenverbindung verwendet wird, werden die Ausgangssignalpegel der Schwingungserfassungselektroden nicht zu klein, wenn die Schwingungserfassungselektroden an dem Außenumfangsbereich vorgesehen sind, so daß keine Probleme hinsichtlich der Steuerung auftreten.
Es ist zu bemerken, daß das Verfahren zum Verbinden an dem Innenumfangsbereich nicht auf das vorstehend Beschriebene beschränkt ist und eine lineare Verbindung darüber hinaus verwendet werden kann. Es ist auch möglich, die Antriebselektrodenpaare U1, U2 und V1, V2 an sowohl dem Innen- als auch dem Außenumfangsbereich zu verbinden, wobei die Schwingungserfassungselektroden voneinander getrennt werden, die an der Mitte mit zwei Signalleitungen verbunden sind, welche von jeder Schwingungserfassungselektrode kommen.
Da die Schwingungserfassungselektroden W1, W2 in einer nicht benachbarten, nahezu gegenüberliegenden Position bei diesem Ausführungsbeispiel, wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel, das vorstehend erwähnt worden ist, angeordnet sind, kompensiert dieses Elektrodenmuster die physikalischen Versatzwerte in dem Elektrodenmuster entlang des Umfanges und beseitigt die Wirkung des radialen Versatzes.
Es ist daher mittels des vorliegenden Ausführungsbeispiels möglich, einen Ultraschallmotor vorzusehen, bei dem ein hoher Schwingungserfassungs-Signalpegel erhalten werden kann, das Signal auf einfache Weise eingegeben werden kann und die Drehzahl präzise ohne Einfluß durch verbliebene Bestandteile der stehenden Welle und einem Positionversatz bzw. Positionsversatzwerten in den Elektroden gesteuert werden kann.

Ausführungsbeispiel 5

Das fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert.
Fig. 19 ist eine Draufsicht auf die Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 in dem scheibenförmigen Ultraschallmotor, wogegen Fig. 20 eine Draufsicht auf die Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 ist. Es ist zu bemerken, daß die Linien X, Y in Fig. 19 mit den Linien X', Y' in Fig. 20 in dem vervollständigten piezoelektrischen Körper 2 fluchten. Auf diese Weise führt die Elektrodenstruktur, die in Fig. 19, 20 gezeigt ist, zu der gleichen stehenden Welle und der gleichen Schwingungserfassungselektrodenbeziehung, wie sie in den Fig. 2, 3 gezeigt sind. Die Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 ist identisch zur Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend erläutert worden ist und das in Fig. 3 gezeigt ist. Die Elektrodenelemente a3, b4 und die Elektroden C1, C2 auf der Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 bei dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) werden zu einer einzelnen Elektrode ab1 und die Elektrodenelemente a4, b3 (Fig. 2) zu einer einzelnen Elektrode ab2 (Fig. 19) kombiniert.
Durch Polarisierung der Elektroden in der in Fig. 19 gezeigten Weise und durch Anlegen einer Wechselspannung mit einer 90º-Zeitbasis-Phasendifferenz an den Elektroden D, E werden primäre und tertiäre elastische Wanderwellen in radialer Richtung erhalten. Die gleiche radiale Richtung sowie primäre und tertiäre elastische Wanderwellen werden erhalten, wenn die Polarisation umgekehrt wird.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist die Elektrode F1 (Fig. 20) im Bereich von 1/8 bis 3/8 der Wellenlänge der zweiten Welle der stehenden Welle α angeordnet, besitzt eine solche Größe, daß sie 1/4 der Wellenlänge der zweiten Welle der stehenden Welle α entspricht, und ist mittig an dem Ende der ersten 1/4 Wellenlänge dieser zweiten Welle angeordnet. Die Elektrode F2 ist im Bereich von 3/8 bis 5/8 der Wellenlänge der zweiten Welle der stehenden Welle α angeordnet, besitzt eine solche Größe, daß sie 1/4 der Wellenlänge der zweiten Welle der stehenden Welle α entspricht, und ist mittig an dem 1/2 Wellenlängenpunkt angeordnet. Mit anderen Worten werden die Schwingungserfassungselektroden entsprechend einer 1/4 Wellenlängenperiode der stehenden Welle angeordnet und sind jeweils mittig an den unteren Spitzen der beiden stehenden Wellen α, β angeordnet.
Wie bei einem Ultraschallmotor, der einen piezoelektrischen Körper mit dem Elektrodenmuster, wie es in den Fig. 2, 3 gezeigt ist, verwendet, werden die Ausgangssignale der Elektroden F1, F2 den Amplitudenerfassungsschaltungen eingegeben, die Amplitudenerfassungssignale summiert und das sich ergebende Summensignal verwendet, um die Drehzahl des Bewegungskörpers stabil zu steuern, ohne daß eine Beeinflussung durch verbliebene Bestandteile der stehenden Welle oder des Versatzes der Elektrodenpositionen (vgl. das Blockdiagramm in Fig. 5) infolge dieser Beziehung zwischen der physikalischen Position der Elektroden F1, F2 und den stehenden Wellen auftritt.
Mit dem Elektrodenmuster, das in Fig. 19 gezeigt ist, entspricht die Elektrode ab2 1/4 der Wellenlänge der elastischen Wanderwelle, wobei die anderen Elektroden 1/2 der Wellenlänge entsprechen. Da keine 1/8 Wellenlängenäquivalenzelektroden, wie bei dem Elektrodenmuster, das in den Fig. 2, 3 gezeigt ist, vorhanden sind und die Elektroden groß sind, ist die Polarisation einfach und die Gefahr eines Bruchs des piezoelektrischen Körpers während der Polarisation kann verringert werden.
Bei Verwendung eines piezoelektrischen Körpers gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das vorstehend erläutert worden ist, ist der für die Polarisation verfügbare Elektrodenbereich groß, so daß hierdurch die Polarisation vereinfacht wird, während eine signifikante Verringerung der Gefahr der Beschädigung des piezoelektrischen Körpers während der Polarisation vorhanden ist. Zusätzlich zu diesen Vorteilen wird der Einsatz dieses piezoelektrischen Körpers bei einem Ultraschallmotor hervorgebracht, der eine präzise Drehzahlsteuerung ermöglicht, welche unbeeinflußt durch verbliebene Bestandteile der stehenden Welle und jedem Versatz in den Elektrodenmustern ist.

Ausführungsbeispiel 6

Das sechste Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert.
Fig. 21 ist eine Draufsicht auf die Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 in dem scheibenförmigen Ultraschallmotor, wogegen Fig. 22 eine Draufsicht auf die Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2 ist. Es ist zu bemerken, daß die Linien X, Y in Fig. 21 mit den Linien X', Y' in Fig. 22 bei dem vervollständigten piezoelektrischen Körper 2 fluchten. Daher ruft die Elektrodenstruktur, die in Fig. 15 gezeigt ist, die gleiche stehende Welle und die gleiche Schwingungserfassungselektrodenbeziehung hervor, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem fünften Ausführungsbeispiel durch das Vorsehen einer ringförmigen Elektrode Z an dem Innenumfang der Seite 2 des piezoelektrischen Körpers 2. Die Größe der anderen Elektroden auf der Seite 2 ist daher durch die Größe dieser Elektrode Z verringert, jedoch sind die Umfangspositionen und die Beziehung zu den stehenden Wellen identisch zu denen, die mit dem Elektrodenmuster erhalten wird, das in Fig. 20 gezeigt ist.
Das Elektrodenmuster der Seite 1 ist darüber hinaus identisch zu dem, das in Fig. 19 gezeigt ist, mit der Ausnahme des Nichtvorhandenseins der Elektroden aus dem Bereich, der der Elektrode Z an der Innenumfangsseite entspricht.
Diese ringförmige Elektrode Z wird als die gemeinsame Elektrode verwendet und ist mit der elatischen Basis verbunden.
Ein gemeinsames elektrisches Potential, das als eine Referenz verwendet wird, ist erforderlich, um das Signal an dem piezoelektrischen Körper anzulegen. Während die elastische Basis üblicherweise aus einem Metallkörper hergestellt ist und dieser Metallkörper als das gemeinsame Potential verwendet wird, müssen mehrere Leitungsdrähte mit dem Metallkörper verbunden werden, wenn keine gemeinsame Elektrode vorhanden ist. Darüber hinaus kann die Verbindung nicht ohne weiteres in Abhängigkeit der Art des Metalles vorgenommen, werden, welches für den Metallkörper verwendet wird. Durch Vorsehen einer gemeinsamen Elektrode auf den piezoelektrischen Körper und Verbinden dieser gemeinsamen Elektrode mit der elastischen Basis unter Verwendung einer Leitpaste kann ein gemeinsames Potential auf einfache Weise ohne Verwendung eines übermäßig langen Leitungsdrahtes erhalten werden.
Es ist zu bemerken, daß das Polarisationsmuster nicht auf das beschränkt ist, das in den Fig. 21, 22 gezeigt ist.
Darüber hinaus können die Polarisationselektroden nahe an der Innenumfangsseite angeordnet sein.
Da die Schwingung an der Innenumfangsseite, wo die gemeinsame Elektrode Z vorgesehen ist, am kleinsten ist und einen vernachlässigbaren Einfluß auf den Motorantrieb aufweist, werden die Antriebsenergie und die Schwingungserfassung nicht durch die Antriebselektroden und die Schwingungserfassungselektroden beeinflußt, die sich nicht über die Innenumfangsseite des piezoelektrischen Körpers erstrecken.
Wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel, das vorstehend erwähnt worden ist, weisen die Schwingungserfassungselektroden F1', F2', die in Fig. 22 gezeigt sind, die gleiche Beziehung zu den stehenden Wellen auf, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Wie bei einem Ultraschallmotor, der einen piezoelektrischen Körper mit dem in den Fig. 2, 3 gezeigten Elektrodenmuster verwendet, werden die Ausgangssignale der Elektroden F1', F2' den Amplitudenerfassungsschaltungen eingegeben, die Amplitudenerfassungssignale summiert und das sich ergebende Summensignal verwendet, um die Drehzahl des Bewegungskörpers stabil zu steuern, ohne daß dies durch die verbliebenen Bestandteile der stehenden Welle oder den Versatzbeträgen in den Elektrodenpositionen (vgl. das Blockdiagramm in Fig. 5) infolge dieser Beziehung zwischen der physikalischen Position der Elektroden F1', F2' und den stehenden Wellen beeinflußt wird.
Durch Vorsehen der gemeinsamen Elektrode an dem Innenumfang des piezoelektrischen Körpers bei diesem Ausführungsbeispiel kann ein gemeinsames Potential auf einfache Weise erhalten und ein Ultraschallmotor ermöglicht werden, der eine präzise Drehzahlsteuerung eröffnet, die nicht durch die verbleibenden Bestandteile der stehenden Welle und irgendeinem Versatz in den Elektrodenpositionen beeinflußt wird.
Die Fig. 23, 24 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel eines piezoelektrischen Körpers, der eine gemeinsame Elektrode aufweist.
Fig. 23 ist eine Draufsicht auf die Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 in dem scheibenförmigen Ultraschallmotor, Fig. 24 ein Querschnitt des piezoelektrischen Körpers und Fig. 25 eine Draufsicht auf die Seite 2 des piezoelektrischen Körpers. Es ist zu bemerken, daß die Linien X, Y in Fig. 23 mit den Linien X', Y' in Fig. 25 bei dem vervollständigten piezoelektrischen Körper 2 fluchten. Auf diese Weise ruft der Elektrodenaufbau, der in den Fig. 23, 24, 25 gezeigt ist, die gleiche stehende Welle und die gleiche Schwingungserfassungselektrodenbeziehung hervor, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind.
Es ist zu bemerken, daß die Elektrodenkonfigurationen, die in den Fig. 23, 25 gezeigt sind, im wesentlichen identisch zu den Konfigurationen sind, die in den Fig. 21, 22 gezeigt sind. Die Differenz besteht darin, daß die Elektrode ZA an dem Innenumfang beider Seiten, der Seite 1 und der Seite 2, gemeinsam ist, wie es in dem Querschnitt in Fig. 24 gezeigt ist. Im Ergebnis kann diese gemeinsame Elektrode ZA elektrisch mit der elastischen Basis 1 durch Ankleben der Seite 1 des piezoelektrischen Körpers 2 an der elastischen Basis 1 verbunden werden, wie es in Fig. 3 der Fall ist. Wie aus Fig. 26 hervorgeht, ist es möglich, die Elektroden D', E', F1', F2', ZA mit einer außenliegenden Schaltung mittels einer flexiblen Leitung 10 nach dem Ankleben des piezoelektrischen Körpers 2 an der elastischen Basis 1 auf einfache Weise zu verbinden. Es ist zu bemerken, daß die Verbindungsmittel der Elektroden an der außenliegenden Schaltung hierauf nicht beschränkt sind.
Durch das Verbinden der gemeinsamen Elektrode mit den beiden Hauptseiten des piezoelektrischen Körpers kann ein Ultraschallmotor mit weniger Herstellschritten zusätzlich zu den Vorteilen erhalten werden, die im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel, das vorstehend erläutert worden ist, vorhanden sind.

Ausführungsbeispiel 7

Das siebte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert.
Dieses Ausführungsbeispiel beschreibt das Verfahren des Auswählens der Ausgangssignale aus den Schwingungserfassungselektroden. Die Elektrodenkonfiguration des piezoelektrischen Körpers des scheibenförmigen Ultraschallmotors ist in den Fig. 9, 10 gezeigt. Die Schwingung, die in dem Schwingungserreger induziert wird, ist die, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist.
Wenn elektrische Signale mit einer 90º-Zeitbasis-Phasendifferenz an den Elektroden J, K angelegt werden, wird eine stehende Welle y durch die Elektrode J und eine stehende Welle 1 (ausgezogene Linie) durch die Elektrode K hervorgerufen. Eine stehende Welle 2 (unterbrochene Linie) wird erregt, wenn das elektrische Signal, das an der Elektrode K angelegt wird, eine -90º-Zeitbasis-Phasendifferenz gegenüber dem elektrischen Signal aufweist, das an der Elektrode J angelegt wird.
Wenn die stehende Welle y durch die Elektrode J und die stehende Welle 1 durch die Elektrode K hervorgerufen werden, besitzen die stehende Welle y und die stehende Welle 1 eine 90º-Phasendifferenz, wogegen die Wellenamplitude das gleiche Vorzeichen in beiden Signalen aufweist. Die Ladung, die durch die Elektrode L1 erfaßt wird, ist daher die Summe aus der Ladung, die durch die stehende Welle y induziert wird, und der Ladung, die durch die stehende Welle 1 induziert wird.
Jedoch besitzen die stehende Welle y und die stehende Welle 1 an der Elektrode L2 eine 90º-Zeitbasis-Phasendifferenz sowie den gleichen Amplitudenpegel, jedoch ein unterschiedliches Vorzeichen. Im Ergebnis löschen sich die Ladung, die durch die stehende Welle y induziert wird, und die Ladung, die durch die stehende Welle 1 induziert wird, gegenseitig aus.
Wenn die stehende Welle y durch die Elektrode J und die stehende Welle 2 durch die Elektrode K hervorgerufen werden, besitzen die stehende Welle y und die stehende Welle 2 eine 90º-Phasendifferenz, wobei die Wellenamplitude in der gleichen Richtung bei der Elektrode L2 ist. Die durch die Elektrode L2 erfaßte Ladung ist daher die Summe aus der Ladung, die durch die stehende Welle y induziert wird, und die Ladung, die durch die stehende Welle 2 induziert wird.
Jedoch besitzen die stehende Welle y und die stehende Welle 2 an der Elektrode L1 eine 90º-Zeitbasis-Phasendifferenz und den gleichen Amplitudenpegel, jedoch ein unterschiedliches Vorzeichen. Im Ergebnis wird die Ladung, die durch die stehende Welle y induziert wird, und die Ladung, die durch die stehende Welle 2 induziert wird, gegenseitig ausgelöscht.
Wenn daher das Signal aus der Elektrode L1 ausgewählt wird, wenn die elastische Wanderwelle, die in dem Schwingungserreger 3 induziert wird, durch die stehende Welle τ und die stehende Welle 1 gemäß der Wanderrichtung (Drehung) erzeugt wird, und das Signal aus der Elektrode L2 ausgewählt wird, wenn die elastische Wanderwelle durch die stehende Welle y und die stehende Welle 2 erzeugt wird, können Ladungsänderungen, die zwischen den Elektroden J, K auftreten, während des Ultraschallmotorantriebes erfaßt werden und eine stabile Antriebscharakteristik aufrecht erhalten werden.
Ein Blockdiagramm der Steuerschaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist in Fig. 27 gezeigt. Die Ausgaben aus den Schwingungsarfassungselektroden werden den Schwingungsamplituden-Erfassungsschaltungen 32, 34 eingegeben. Die Ausgaben der Amplituden-Erfassungsschaltungen werden einer Selektoreinrichtung 36 zum Auswählen entsprechend der Drehrichtung eingegeben. Das ausgewählte Amplitudensignal wird einer Steuerschaltung 38 durch die Selektoreinrichtung 36 ausgegeben. Die Steuerschaltung 38 verwendet dieses Signal, um eine Antriebsschaltung und die Drehzahl zu steuern.
Es ist zu bemerken, daß die gleiche Wirkung durch Veränderung dieser Konfiguration erhalten werden kann. Beispielsweise kann eine Schaltung zum direkten Auswählen eines Ausgangssignals aus den Schwingungserfassungselektroden L1, L2 entsprechend der Drehrichtung vor der Amplitudenerfassungsschaltung angeordnet werden. In diesem Fall wird die ausgewählte Schwingungserfassungselektrodenausgabe über die Amplitudenerfassungsschaltung für die Amplitudenerfassung geführt und der erfaßte Amplitudenwert der Steuerschaltung eingegeben. Andere Konfigurationen sind ebenfalls möglich.
Es ist auf diese Weise möglich, einen großen Antriebselektrodenbereich sogar dann zu erhalten, wenn ein Schwingungserfassungselement auf dem piezoelektrischen Körper vorgesehen wird, und das Schwingungserfassungssignal auszuwählen, welches auf der Wanderrichtung der elastischen Wanderwelle beruht, die in dem Schwingungserreger induziert wird. Durch Einsatz dieses piezoelektrischen Körpers beim Ultraschallmotor kann ein Ultraschallmotor, der durch einen stabilen Betrieb und eine gute Antriebseffektivität gekennzeichnet ist, erhalten werden.
Es ist zu bemerken, daß, während die verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf einen scheibenförmigen Ultraschallmotor beschrieben worden sind, der Grundschwingungen und Biegeschwingungen dritter Ordnung bzw. Art verwendet, die in radialer Richtung und in Umfangsrichtung der Scheibe hervorgerufen werden, die vorliegende Erfindung auch einsetzbar ist, wenn sie bei einem ringartigen Ultraschallmotor verwendet wird, der eine kreisförmige Biegeschwingung benutzt. Zusätzlich zu den δt-Komponenten, die verbleibende Bestandteile der stehenden Welle hervorrufen, wie es in der Gleichung 5 gezeigt ist, kann ein ähnlicher Effekt durch die Erfindung mit Bezug auf die δx- und m- Komponenten erhalten werden. Eine ausreichende Wirkung kann sogar dann erzielt werden, wenn diese Komponenten sich überlappen.

Claims

1. Ultraschallmotor, der enthält:

einen Schwingungserreger (3), der einen elastischen Körper (1) und einen piezoelektrischen Körper (2) aufweist, welcher an dem elastischen Körper (1) angeklebt ist, wobei der piezoelektrische Körper (2) in seine Dickenrichtung elektrisch polarisiert ist, um ein vorbestimmtes Polarisationsmuster in seiner Umfangsrichtung aufzuweisen,

einen Bewegungskörper (4), der durch ein Vorspannmittel (5) über ein Reibelement gegen den Schwingungserreger (3) gedrückt wird,

mehrere Antriebselektroden (D, E; J, K; P1/P2, Q1/Q2; U1/U2, V1/V2; D', E'), die in einer Hauptebene des piezoelektrischen Körpers (2) angeordnet sind,

eine Antriebsschaltung (6), die den Antriebselektroden Antriebssignale zuführt, um zwei stehende Wellen zu erzeugen, die eine identische Winkelfrequenz und eine Phasendifferenz entsprechend π/2 oder 3π/2 aufweisen, wobei die stehenden Wellen eine elastische Wanderwelle in dem Schwingungserreger (3) induzieren, die die Drehung des Bewegungskörpers (4) bewirkt, und

eine erste sowie eine zweite Schwingungserfassungselektrode (F1, F2; L1, L2; R1, R2; W1, W2; F1', F2'), die an entsprechenden Positionen auf der Hauptebene des piezoelektrischen Körpers (2) zum Erfassen von Schwingungen an den entsprechenden Positionen des Schwingungserregers (3) angeordnet sind,

gekennzeichnet durch ein erstes sowie ein zweites Schwingungsamplituden- Erfassungsmittel (22, 24; 32, 34) zum Erfassen von Schwingungsamplituden an den entsprechenden Stellen des Schwingungserregers (3) unter Verwendung von Ausgangssignalen aus der ersten und der zweiten Schwingungserfassungselektrode (F1, F2; L1, L2; R1, R2; W1, W2; F1', F2'), eine Addiereinrichtung (26) zur Summenbildung oder eine Auswahleinrichtung (36) zum Auswählen einer der Schwingungsamplituden, der ersten oder der zweiten Schwingungsamplitude, die durch das erste und das zweite Schwingungs amplituden-Erfassungsmittel erfaßt werden, und

eine Steuerschaltung (28, 38) zum Steuern der Antriebsschaltung (30; 40), um die Drehung des Schwingungserregers (3) unter Verwendung eines Wertes zu steuern, der von der Addiereinrichtung (26) oder der Auswahleinrichtung (36) als ein Steuerindex entsprechend einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Summe aus der ersten sowie der zweiten Schwingungsamplitude und der Drehung des Schwingungserregers (3) oder zwischen der aus der ersten oder der zweiten Schwingungsamplitude ausgewählten Schwingungsamplitude und der Drehung des Schwingungserregers (3) ausgegeben wird.

2. Ultraschallmotor nach Anspruch 1, bei dem die erste und die zweite Schwingungserfassungselektrode (F1, F2; L1, L2; F1', F2') in Umfangsrichtung des piezoelektrischen Körpers so angeordnet sind, daß sie Ladungen erfassen, die an Positionen induziert werden, welche über einen Winkel gleich einer Phasendifferenz von π/2 oder 3π/2 zwischen den zwei stehenden Wellen gegeneinander versetzt sind.

3. Ultraschallmotor nach Anspruch 1, bei dem die erste und die zweite Schwingungserfassungselektrode (R1, R2; W1, W2) an Positionen entsprechend einem Bauch und einem Knotenpunkt einer der beiden stehenden Wellen angeordnet sind.

4. Ultraschallmotor nach Anspruch 1, bei dem die erste und die zweite Schwingungserfassungselektrode (L1, L2) innerhalb einer Wellenlänge der stehenden Welle symmetrisch mit Bezug auf einen Bauch oder einen Knotenpunkt der stehenden Welle angeordnet sind.

5. Ultraschallmotor nach Anspruch 1, bei dem die erste und die zweite Schwingungserfassungselektrode (R1, R2) in einem radial innenliegenden Bereich der einen Hauptebene des piezoelektrischen Körpers (2) angeordnet sind.

6. Ultraschallmotor nach Anspruch 1, bei dem der piezoelektrische Motor weiterhin eine gemeinsame Elektrode (Z'; ZA) in zumindest seiner einen Hauptebene aufweist, die elektrisch mit einem außenliegenden, gemeinsamen Potential verbunden ist.

7. Ultraschallmotor nach Anspruch 1, bei dem der piezoelektrische Motor weiterhin gemeinsame Elektroden (ZA) aufweist, die in seinen entsprechenden Hauptebenen angeordnet und über ein Verbindungsmittel elektrisch miteinander verbunden sind, das an einem radial innenliegenden Abschnitt des piezoelektrischen Körpers angeordnet ist.

8. Steuerverfahren zum Steuern eines Ultraschallmotors, bei dem ein Bewegungskörper (4), der an einen Schwingungserreger (3) angepreßt wird, durch eine elastische Wanderwelle bewegt wird, die in dem Schwingungserreger (3) durch Erzeugen zweier stehender Wellen mit voneinander verschiedenen Phase erregt wird, durch Antrieb eines piezoelektrischen Körpers (2), der an dem Schwingungserreger (3) angeklebt ist, mittels Wechselspannungen, wobei der Schritt des Erhaltens mehrerer Ausgangssignale durch mehrere Schwingungsamplituden-Erfassungselektroden (F1, F2; L1, L2; R1, R2; W1, W2; F1', F2') vorgesehen ist, die an entsprechenden Positionen des Schwingungserregers (3) angeordnet sind und die die Schwingungen an den entsprechenden Positionen des Schwingungserregers (3) erfassen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Umwandeln der Ausgangssignale zu Größensignalen, die die entsprechende Größe der Schwingungen des Schwingungserregers (3) an den entsprechenden Positionen angeben,

Addieren der Größensignale, und

Steuern der Drehung des Ultraschallmotors unter Verwendung eines Wertes, der durch Addieren der Größensignale erhalten wird, in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Summe der Größensignale und der Drehung des Ultraschallmotors.

9. Steuerverfahren zum Steuern eines Ultraschallmotors, bei dem ein Bewegungskörper (4), der an einen Schwingungserreger (3) angepreßt wird, durch eine elastische Wanderwelle bewegt wird, die in dem Schwingungserreger (3) durch Erzeugen zweier stehender Wellen mit voneinander verschiedenen Phase erregt wird, durch Antrieb eines piezoelektrischen Körpers (2), der an dem Schwingungserreger (3) angeklebt ist, mittels Wechselspannungen, wobei der Schritt des Erhaltens mehrerer Ausgangssignale durch mehrere Schwingungsamplituden-Erfassungselektroden (F1, F2; L1, L2; R1, R2; W1, W2; F1', F2') vorgesehen ist, die an entsprechenden Positionen des Schwingungserregers (3) angeordnet sind und die die Schwingungen an den entsprechenden Positionen des Schwingungserregers (3) erfassen, gekenn zeichnet durch die Schritte:

Umwandeln der Ausgangssignale zu Größensignalen, die die entsprechende Größe der Schwingungen des Schwingungserregers (3) an den entsprechenden Positionen angeben, Auswählen eines der Größensignale entsprechend einer Bewegungsrichtung des Bewegungskörpers (4), und

Steuern der Drehung des Ultraschallmotors unter Verwendung des aus den Größensignalen ausgewählten Größensignals in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Beziehung zwischen den Größensignalen und der Drehung des Ultraschallmotors.

10. Steuerverfahren zum Steuern eines Ultraschallmotors, bei dem ein Bewegungskörper (4), der an einen Schwingungserreger (3) angepreßt wird, durch eine elastische Wanderwelle bewegt wird, die in dem Schwingungserreger (3) durch Erzeugen zweier stehender Wellen mit voneinander verschiedenen Phase erregt wird, durch Antrieb eines piezoelektrischen Körpers (2), der an dem Schwingungserreger (3) angeklebt ist, mittels Wechselspannungen, wobei der Schritt des Bereitstellens von mehreren Schwingungsamplituden- Erfassungselektroden (F1, F2; L1, L2; R1, R2; W1, W2; F1', F2') vorgesehen ist, die an entsprechenden Positionen des Schwingungserregers (3) angeordnet sind und die Schwingungen an den entsprechenden Positionen des Schwingungserregers (3) erfassen, gekennzeichnet durch die Schritte: Auswählen einer der Schwingungsamplituden-Erfassungselektroden entsprechend einer Bewegungsrichtung des Bewegungskörpers (4), Umwandeln eines Ausgangssignals der ausgewählten Schwingungsamplituden-Erfassungselektrode in einen Wert, der die Größe der Schwingung an einer entsprechenden Position des Schwingungserregers (3) angibt, und Steuern der Bewegung des Ultraschallmotors unter Verwendung der Schwingungsgröße, die in dem Umwandlungsschritt erhalten wird, in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Größensignal und der Drehung des Ultraschallmotors.