JP2001128469A - 静電モータ - Google Patents
静電モータInfo
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- JP2001128469A JP2001128469A JP30091899A JP30091899A JP2001128469A JP 2001128469 A JP2001128469 A JP 2001128469A JP 30091899 A JP30091899 A JP 30091899A JP 30091899 A JP30091899 A JP 30091899A JP 2001128469 A JP2001128469 A JP 2001128469A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ロータの自転角検出が可能で、トルク変動の
無い静電モータを提供することである 【解決手段】 ロータ１１がステータ２３内壁または外
壁を転動する際に、ロータ電極１３上の誘電体の一部に
設けられた導体あるいは抵抗体からなる位置検出用電極
１７と、位置検出用電極１７と接触するように構成され
た一端が検出用電源１７と接続され、他の一端がオープ
ンとなったリング状の抵抗体からなる位置検出用センサ
部１９との接触により得られる電気的なの検出信号をも
とに制御を行い、最大の弱点であるロータとステータの
間のスリップと同期のずれを正確に補正する。
無い静電モータを提供することである 【解決手段】 ロータ１１がステータ２３内壁または外
壁を転動する際に、ロータ電極１３上の誘電体の一部に
設けられた導体あるいは抵抗体からなる位置検出用電極
１７と、位置検出用電極１７と接触するように構成され
た一端が検出用電源１７と接続され、他の一端がオープ
ンとなったリング状の抵抗体からなる位置検出用センサ
部１９との接触により得られる電気的なの検出信号をも
とに制御を行い、最大の弱点であるロータとステータの
間のスリップと同期のずれを正確に補正する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子機器等で今後利
用が期待されている小型アクチュエータとして使用する
静電ウォブルモータに関する。
用が期待されている小型アクチュエータとして使用する
静電ウォブルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】静電ウォブルモータは、ロータとステー
タとの間の静電引力を用いて回転するモータで、構造が
単純でありながら、減速機構を内蔵し、高回転トルクを
期待でき、かつ小型化に有利であることからマイクロア
クチュエータとして有望視されている。
タとの間の静電引力を用いて回転するモータで、構造が
単純でありながら、減速機構を内蔵し、高回転トルクを
期待でき、かつ小型化に有利であることからマイクロア
クチュエータとして有望視されている。
【０００３】このような静電ウォブルモータとしては、
S.C.Jacobsen,R.H.Price,J.E.Wood,T.H.Rytting and M.
Rafaelof,"The Wobble Motor:An Electrostatic,Planet
ary-Armature,Microactuator,"Proceeding of IEEE Mic
ro Electoro MechanicalSystems Workshop,pp17-24,Fe
b.1989.に開示されている構成がある。
S.C.Jacobsen,R.H.Price,J.E.Wood,T.H.Rytting and M.
Rafaelof,"The Wobble Motor:An Electrostatic,Planet
ary-Armature,Microactuator,"Proceeding of IEEE Mic
ro Electoro MechanicalSystems Workshop,pp17-24,Fe
b.1989.に開示されている構成がある。
【０００４】以下図６を用いて説明する。複数の断面扇
形状のステータ電極３７を所定の間隔を空けて放射状に
均等設置することでステータ３９を形成し、また円柱状
のロータ電極３３表面を絶縁膜３５でコーティングする
ことでロータ３１を形成し、上記ステータ３９の内壁面
をロータ３１が転動可能なように設置されている。
形状のステータ電極３７を所定の間隔を空けて放射状に
均等設置することでステータ３９を形成し、また円柱状
のロータ電極３３表面を絶縁膜３５でコーティングする
ことでロータ３１を形成し、上記ステータ３９の内壁面
をロータ３１が転動可能なように設置されている。
【０００５】ロータ電極３３とステータ電極３７の各電
極との間に電圧を順次印加すると、静電引力が発生し、
ロータ電極３３は、ステータ電極３７の各電極に順次引
きつけられる。
極との間に電圧を順次印加すると、静電引力が発生し、
ロータ電極３３は、ステータ電極３７の各電極に順次引
きつけられる。
【０００６】したがって、ロータ３１は、ステータ３９
の内壁面に沿って公転する。また、同時に、ロータ３１
の外周の長さとステータ３９の内周の長さとの差によ
り、ロータ３１は自転する。
の内壁面に沿って公転する。また、同時に、ロータ３１
の外周の長さとステータ３９の内周の長さとの差によ
り、ロータ３１は自転する。
【０００７】ロータの位置検出を行う方式としては、図
７に示すように、ロータ電極４３側面の誘電体膜の一部
に形成した抵抗材料４９と、ステータ電極５１との接触
により流れる電流の波形から位置情報を得るというもの
がある。これについては、たとえば特開平８−８８９８
４号公報に開示されている。
７に示すように、ロータ電極４３側面の誘電体膜の一部
に形成した抵抗材料４９と、ステータ電極５１との接触
により流れる電流の波形から位置情報を得るというもの
がある。これについては、たとえば特開平８−８８９８
４号公報に開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この手段では、ロータ
４１の自転位置の情報を得るとき、ロータ電極４３とス
テータ電極５１のあいだに抵抗材料４９による抵抗が形
成されるため、ロータ電極４３とステータ電極５１間に
加わる電圧が、電圧降下を起こしてしまう。
４１の自転位置の情報を得るとき、ロータ電極４３とス
テータ電極５１のあいだに抵抗材料４９による抵抗が形
成されるため、ロータ電極４３とステータ電極５１間に
加わる電圧が、電圧降下を起こしてしまう。
【０００９】一般に、対向する２平面のあいだに作用す
る静電引力は、Ｆ＝１／２・（εＶ2Ａ／ｄ2）で表され
る。ここで、ｄは電極間距離、Ａは電極面積、Ｖは電
圧、εは電極間の誘電率であり、これより静電引力は、
電極間に加わる電圧に大きく依存することが分かる。こ
れについては、矢田：ワブルモータの開発、日本機械学
会論文集（Ｃ編），５８巻５４９号（１９９２−５）な
どに開示されている。
る静電引力は、Ｆ＝１／２・（εＶ2Ａ／ｄ2）で表され
る。ここで、ｄは電極間距離、Ａは電極面積、Ｖは電
圧、εは電極間の誘電率であり、これより静電引力は、
電極間に加わる電圧に大きく依存することが分かる。こ
れについては、矢田：ワブルモータの開発、日本機械学
会論文集（Ｃ編），５８巻５４９号（１９９２−５）な
どに開示されている。
【００１０】このため上記構成では、位置検出を行う際
に、ロータ４１とステータ５３間に加わる電圧が、降下
を起こし、ロータ４１とステータ５３間に働く静電引力
が著しく低下する。そして、その結果として、トルク変
動の大きなモータしか得られないという大きな問題があ
る。
に、ロータ４１とステータ５３間に加わる電圧が、降下
を起こし、ロータ４１とステータ５３間に働く静電引力
が著しく低下する。そして、その結果として、トルク変
動の大きなモータしか得られないという大きな問題があ
る。
【００１１】隣接するステータ電極５１同士の間の部分
と抵抗材料４９が接触した場合は、検出信号が得られな
いという問題もある。
と抵抗材料４９が接触した場合は、検出信号が得られな
いという問題もある。
【００１２】（発明の目的）本発明の目的は、上記課題
を解決し、ロータの自転角検出が可能で、トルク変動の
無い静電モータを提供することである。
を解決し、ロータの自転角検出が可能で、トルク変動の
無い静電モータを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の静電モータは、円周状に複数のステータ電
極が配置された円筒形のステータと、円柱状のロータ電
極表面を誘電体で被覆したロータからなり、ロータ電極
とステータ電極の間に働く静電引力により、ロータがス
テータの内壁または外壁を転動するように構成された静
電モータにおいて、ロータ電極上の誘電体の一部に設け
られたロータ側センサ電極と、ロータがステータ内壁を
転動する際に、ロータ側センサ電極と接触するように構
成された一端が検出用電源、他の一端がオープンとなっ
たリング状の抵抗体からなるステータ側センサ部と、ロ
ータ側センサ部とステータ側センサ部との接触により電
気的に位置検出信号を得る検出部とを有するように構成
されている。
に、本発明の静電モータは、円周状に複数のステータ電
極が配置された円筒形のステータと、円柱状のロータ電
極表面を誘電体で被覆したロータからなり、ロータ電極
とステータ電極の間に働く静電引力により、ロータがス
テータの内壁または外壁を転動するように構成された静
電モータにおいて、ロータ電極上の誘電体の一部に設け
られたロータ側センサ電極と、ロータがステータ内壁を
転動する際に、ロータ側センサ電極と接触するように構
成された一端が検出用電源、他の一端がオープンとなっ
たリング状の抵抗体からなるステータ側センサ部と、ロ
ータ側センサ部とステータ側センサ部との接触により電
気的に位置検出信号を得る検出部とを有するように構成
されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図１から図５を用いて説明する。本発明の実施の形態
では、減速比が１／１２の場合の静電モータを例に挙げ
説明する。図１に示すように、円周状に複数のステータ
電極２４が配置された円筒形のステータ２３の内側に、
円柱状のロータ電極１３の表面を誘電体１５で被覆した
ロータ１１が挿入され、ロータ電極１３とステータ電極
２４の間に働く静電引力により、ロータ１１がステータ
２３の内壁を転動し、この転動する際に、ロータ電極１
３上の誘電体１５の一部に設けられた位置検出用電極１
７と位置検出用センサ部１９とが接触するように構成さ
れいる。
を図１から図５を用いて説明する。本発明の実施の形態
では、減速比が１／１２の場合の静電モータを例に挙げ
説明する。図１に示すように、円周状に複数のステータ
電極２４が配置された円筒形のステータ２３の内側に、
円柱状のロータ電極１３の表面を誘電体１５で被覆した
ロータ１１が挿入され、ロータ電極１３とステータ電極
２４の間に働く静電引力により、ロータ１１がステータ
２３の内壁を転動し、この転動する際に、ロータ電極１
３上の誘電体１５の一部に設けられた位置検出用電極１
７と位置検出用センサ部１９とが接触するように構成さ
れいる。
【００１５】図２に、位置検出用電極１７と位置検出用
センサ部１９の接触状態を示す。位置検出用センサ部１
９は、リング状でその一部を切断部２１で切断された一
連の抵抗体で形成されており、一端は、検出用電源２５
と接続されており、もう一端は、オープン状態となって
いる。
センサ部１９の接触状態を示す。位置検出用センサ部１
９は、リング状でその一部を切断部２１で切断された一
連の抵抗体で形成されており、一端は、検出用電源２５
と接続されており、もう一端は、オープン状態となって
いる。
【００１６】また、位置検出用電極１７は、ロータ電極
１３を通じてグランド電極２７に接続されている。
１３を通じてグランド電極２７に接続されている。
【００１７】ロータ１１の転動により、位置検出用電極
１７と位置検出用センサ部１９が接触する場合の等価回
路は、図３に示すように、位置検出用電源２５の両端
に、位置検出用電極１７と位置検出用センサ部１９との
が接触位置により変化する可変抵抗が接続された状態と
なる。
１７と位置検出用センサ部１９が接触する場合の等価回
路は、図３に示すように、位置検出用電源２５の両端
に、位置検出用電極１７と位置検出用センサ部１９との
が接触位置により変化する可変抵抗が接続された状態と
なる。
【００１８】この可変抵抗の変化を検出して検出信号３
１を出力するように検出部２９が接続されている。
１を出力するように検出部２９が接続されている。
【００１９】減速比１／１２であるため、ロータ１１が
ステータ２３内壁を１公転することにより、ロータは３
０度自転する。このため、ロータが３０度自転するごと
に、位置検出用電極１７と位置検出用センサ部１９とは
接触する。
ステータ２３内壁を１公転することにより、ロータは３
０度自転する。このため、ロータが３０度自転するごと
に、位置検出用電極１７と位置検出用センサ部１９とは
接触する。
【００２０】この位置検出用電極１７と位置検出用セン
サ部１９との接触により形成される抵抗は、図４に示す
ように、３０度自転するごとに異なる抵抗値が検出され
て、３６０度自転した後に初期状態に戻る周期的な変化
が得られ、検出信号の位置で回転速度、検出信号の強度
で自転角度の検出ができる。
サ部１９との接触により形成される抵抗は、図４に示す
ように、３０度自転するごとに異なる抵抗値が検出され
て、３６０度自転した後に初期状態に戻る周期的な変化
が得られ、検出信号の位置で回転速度、検出信号の強度
で自転角度の検出ができる。
【００２１】ロータ１１回転の同期ずれや、ロータ１１
とステータ２３間のスリップは、同期ずれやスリップの
無いときの正常な検出信号パターンと比較することによ
り検出することが可能である。
とステータ２３間のスリップは、同期ずれやスリップの
無いときの正常な検出信号パターンと比較することによ
り検出することが可能である。
【００２２】また、検出用電極１７の周方向長さは、位
置検出用センサ１９の切断部２１の周方向長さと同じか
長くすることで、位置検出用電極１７と位置検出用セン
サ部１９との接触時に、必ず検出信号を得ることができ
る。
置検出用センサ１９の切断部２１の周方向長さと同じか
長くすることで、位置検出用電極１７と位置検出用セン
サ部１９との接触時に、必ず検出信号を得ることができ
る。
【００２３】検出用電極１７と位置検出用センサ１９の
切断部２１の接触時に、切断部２１と検出用電極１７と
が接触することにより検出信号の検出位置が遅れること
があるが、前後の検出位置の情報を合わせて、スリップ
や同期ずれの判断を行うことにより問題は発生しない。
切断部２１の接触時に、切断部２１と検出用電極１７と
が接触することにより検出信号の検出位置が遅れること
があるが、前後の検出位置の情報を合わせて、スリップ
や同期ずれの判断を行うことにより問題は発生しない。
【００２４】本発明の形態では、位置検出用電極１７と
位置検出用センサ１９との接触により形成される抵抗
は、ロータの自転角の変化に対して線形に変化する例を
用いて説明したが、位置検出用センサ１９に用いる抵抗
体の形状や材料等を調整して非線形に変化するようにし
ても良い。
位置検出用センサ１９との接触により形成される抵抗
は、ロータの自転角の変化に対して線形に変化する例を
用いて説明したが、位置検出用センサ１９に用いる抵抗
体の形状や材料等を調整して非線形に変化するようにし
ても良い。
【００２５】そして、位置検出用電極１７の材料とし
て、導体を用いて説明したが抵抗体を用いても良い。
て、導体を用いて説明したが抵抗体を用いても良い。
【００２６】また、ステータ２３の内壁をロータ１１の
外壁が接触しながら転動するタイプの静電モータを用い
て説明したが、図５に示すようにステータ２３ａの外壁
をロータ１１ａ内壁が接触しながら転動するタイプの静
電モータにも利用できる。
外壁が接触しながら転動するタイプの静電モータを用い
て説明したが、図５に示すようにステータ２３ａの外壁
をロータ１１ａ内壁が接触しながら転動するタイプの静
電モータにも利用できる。
【００２７】
【発明の効果】本発明の静電モータは、位置検出用電極
と位置検出用センサとの接触時は、必ず検出信号が得ら
れ、かつ、検出信号の位置から回転速度、強度から自転
角度の２つの情報が同時に得られる。このため、つねに
自転情報を得ながら回転するため、負荷などによるロー
タとステータの間のスリップや同期のずれを正確に補正
することができる。
と位置検出用センサとの接触時は、必ず検出信号が得ら
れ、かつ、検出信号の位置から回転速度、強度から自転
角度の２つの情報が同時に得られる。このため、つねに
自転情報を得ながら回転するため、負荷などによるロー
タとステータの間のスリップや同期のずれを正確に補正
することができる。
【００２８】また、ステータ電極とステータ側センサ部
がそれぞれ独立しているため、位置検出時にロータ電極
とステータ電極の間に加える駆動電圧が、電圧降下を発
生せず、安定した自転速度および回転トルクが得られ
る。
がそれぞれ独立しているため、位置検出時にロータ電極
とステータ電極の間に加える駆動電圧が、電圧降下を発
生せず、安定した自転速度および回転トルクが得られ
る。
【図１】本発明の実施の形態における静電モータの構造
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における静電モータの断面
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における静電モータの位置
検出原理を示す等価回路図である。
検出原理を示す等価回路図である。
【図４】本発明の実施の形態における位置検出結果を示
す図面である。
す図面である。
【図５】本発明の実施の形態における静電モータの構造
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図６】従来の静電モータの構造を示す斜視図である。
【図７】従来の静電モータの構造を示す断面図である。
１１、３１、４１：ロータ １３、３３、４
３：ロータ電極 １５、４５：誘電体膜 １７：位置検出用電
極 １９：位置検出用センサ部 ２１：切断部 ２３、３９：ステータ ２５：位置検出用電
源 ２７：グランド電極 ２９：検出部
３０：検出信号 ３５：絶縁膜 ３７、５１：ステータ電極 ４９：抵抗材料
３：ロータ電極 １５、４５：誘電体膜 １７：位置検出用電
極 １９：位置検出用センサ部 ２１：切断部 ２３、３９：ステータ ２５：位置検出用電
源 ２７：グランド電極 ２９：検出部
３０：検出信号 ３５：絶縁膜 ３７、５１：ステータ電極 ４９：抵抗材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 重之 埼玉県所沢市大字下富字武野840番地 シ チズン時計株式会社技術研究所内 (72)発明者 鈴木 一男 埼玉県所沢市大字下富字武野840番地 シ チズン時計株式会社技術研究所内 (72)発明者 村上 淳 埼玉県所沢市大字下富字武野840番地 シ チズン時計株式会社技術研究所内 (72)発明者 永田 洋一 埼玉県所沢市大字下富字武野840番地 シ チズン時計株式会社技術研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 円周状に複数のステータ電極が配置され
た円筒形のステータと、円柱状のロータ電極表面を誘電
体で被覆したロータからなり、 ロータ電極とステータ電極の間に働く静電引力により、
前記ロータが前記ステータの内壁または外壁を転動する
ように構成された静電モータにおいて、 前記ロータ電極上の誘電体の一部に設けられた導体ある
いは抵抗体からなる位置検出用電極と、 前記ロータが前記ステータ内壁または外壁を転動する際
に、前記位置検出用電極と接触するように構成された一
端が検出用電源と接続され、他の一端がオープンとなっ
たリング状の抵抗体からなる位置検出用センサ部と、 前記ロータ側センサ部と前記ステータ側センサ部との接
触により電気的に位置検出信号を得る検出部とを有する
ことを特徴とする静電モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30091899A JP2001128469A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 静電モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30091899A JP2001128469A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 静電モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001128469A true JP2001128469A (ja) | 2001-05-11 |
Family
ID=17890707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30091899A Pending JP2001128469A (ja) | 1999-10-22 | 1999-10-22 | 静電モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001128469A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4965728B1 (ja) * | 2011-09-16 | 2012-07-04 | 網矢 貞幸 | ギャップレスモータの振動止 |
| WO2017030797A1 (en) * | 2015-08-19 | 2017-02-23 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Electrostatic generator/motor rotor electrode system suitable for installation on the outer surface of an emb rotor |
-
1999
- 1999-10-22 JP JP30091899A patent/JP2001128469A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4965728B1 (ja) * | 2011-09-16 | 2012-07-04 | 網矢 貞幸 | ギャップレスモータの振動止 |
| WO2017030797A1 (en) * | 2015-08-19 | 2017-02-23 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Electrostatic generator/motor rotor electrode system suitable for installation on the outer surface of an emb rotor |
| US10312830B2 (en) | 2015-08-19 | 2019-06-04 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Electrostatic generator/motor rotor electrode system suitable for installation on the outer surface of an EMB rotor |
| US10727763B2 (en) | 2015-08-19 | 2020-07-28 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Method using a electrostatic generator/motor rotor electrode system suitable for installation on the outer surface of an EMB rotor |
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