JP2007135269A - Stator of ultrasonic motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は超音波モータのステータに関し、詳しくはロータに接するステータの形状に特徴を有する超音波モータのステータに関する。 The present invention relates to a stator for an ultrasonic motor, and more particularly to a stator for an ultrasonic motor characterized by the shape of the stator in contact with the rotor.
従来から、磁力を使わずにステータ側の圧電素子の振動により、そのステータに接するロータを駆動することができる超音波モータの開発が進んでいる。 2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic motor that can drive a rotor in contact with a stator by vibration of a piezoelectric element on the stator side without using magnetic force has been developed.
超音波モータではステータの数やロータの形状を工夫することによって様々な用途に用いることができ、たとえばディスク型やリング型のロータがすでによく知られている。また最近では、ロータを球体にした球面超音波モータの開発も進んできている。 Ultrasonic motors can be used for various purposes by devising the number of stators and the shape of the rotor. For example, disk-type and ring-type rotors are already well known. Recently, development of a spherical ultrasonic motor having a rotor as a sphere has also been advanced.
このような超音波モータのステータは、たとえば平板円環状の圧電素子の所定個所を所定方向に分極させてA相およびB相を形成して圧電素子部材とし、この圧電素子部材のA相、B相ごとに設けた駆動電極に対して所定電圧を印加して圧電素子部材上の弾性体の振動片にて進行波の振動を発生させる。ステータに接するロータはこの振動片の振動にて駆動される。 A stator of such an ultrasonic motor is formed by, for example, polarizing a predetermined portion of a flat plate-shaped piezoelectric element in a predetermined direction to form an A phase and a B phase as piezoelectric element members. A predetermined voltage is applied to the drive electrode provided for each phase to generate a traveling wave vibration on the elastic vibrating piece on the piezoelectric element member. The rotor in contact with the stator is driven by the vibration of this vibrating piece.
特許文献1や特許文献2には、従来の超音波モータのステータの形状が開示されている。この従来のステータの構造について図13を参照して以下に説明する。
図13は、従来の超音波モータのステータの斜視図である。 FIG. 13 is a perspective view of a stator of a conventional ultrasonic motor.
従来のステータ203は、図13に示すように、円板状であり、その表面のロータに押し付ける面には、ステータ203の円周に沿って多数の平らな形状の振動片233が設けられている。これらの振動片233のそれぞれはスリット233aによって形成されている。また、振動片233と、外部に固定されるステータ203の固定部分234との間には、薄肉の振動分離帯233bが設けられており、振動片233が振動しやすくなるように構成されている。
As shown in FIG. 13, the
これらの振動片233の下には圧電素子部材が設けられており、その圧電素子部材の圧電素子は電圧印加によって伸縮し振動片233を振動させる。このステータ203を用いた超音波モータでは、この振動片233の振動を制御することによって、振動片233に押し付けられたロータを任意の方向に回転させることができる。
A piezoelectric element member is provided under these vibrating
従来から超音波モータでは効率をより向上させてトルクを増大させることが課題となっていた。しかし、従来の超音波モータのステータ203は、図13に示したように、平らな円板状のステータ形状であり、その振動片の所定箇所をロータに押し付けることによってロータを駆動しているため、トルクの増大をねらいロータの押付力を大きくすると、ステータの変形により振動が阻害されてしまい、トルクが低下する問題があった。
Conventionally, in an ultrasonic motor, it has been a problem to increase the torque by improving the efficiency. However, as shown in FIG. 13, the
本発明は上記の点にかんがみてなされたものであり、押付力に対して振動が阻害されにくい形状とすることで超音波モータの効率向上とトルクを増大させることができるステータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a stator capable of improving the efficiency of an ultrasonic motor and increasing torque by adopting a shape in which vibration is not easily inhibited by a pressing force. Objective.
本発明は、ロータに接する振動片を圧電素子によって振動させて前記ロータを駆動する超音波モータのステータにおいて、該ステータが円形であり、前記振動片が該円形のステータの周方向に配置され、前記振動片と該ステータの固定部分との間に薄肉の振動分離帯を設け、該ステータの直径方向での前記振動分離帯の位置が、前記振動片と前記ロータとの接触点よりも外側であることを特徴とする。 In the stator of an ultrasonic motor that drives the rotor by vibrating a vibrating piece in contact with the rotor by a piezoelectric element, the stator is circular, and the vibrating piece is arranged in a circumferential direction of the circular stator, A thin vibration isolation band is provided between the vibration piece and the fixed portion of the stator, and the position of the vibration isolation band in the diameter direction of the stator is outside the contact point between the vibration piece and the rotor. It is characterized by being.
また本発明は、ロータに接する振動片を圧電素子によって振動させて前記ロータを駆動する超音波モータのステータにおいて、前記振動片と該ステータの固定部分との間に薄肉の振動分離帯を設け、前記振動分離帯の向きが、該ステータと前記ロータとの間の押付力と垂直な向きとは異なることを特徴とする。 In the stator of an ultrasonic motor that drives the rotor by vibrating a vibrating piece in contact with the rotor by a piezoelectric element, a thin vibration isolation band is provided between the vibrating piece and a fixed portion of the stator. The direction of the vibration isolation band is different from the direction perpendicular to the pressing force between the stator and the rotor.
また本発明は、ロータに接する振動片を圧電素子によって振動させて前記ロータを駆動する超音波モータのステータにおいて、前記振動片と該ステータの固定部分との間に薄肉の振動分離帯を設け、さらに、前記振動分離帯に貫通孔である窓を設けたことを特徴とする。 In the stator of an ultrasonic motor that drives the rotor by vibrating a vibrating piece in contact with the rotor by a piezoelectric element, a thin vibration isolation band is provided between the vibrating piece and a fixed portion of the stator. Furthermore, a window which is a through hole is provided in the vibration isolation band.
本発明によれば、ロータに接するステータの形状を従来と異ならせることによってトルクを増大することができる超音波モータのステータを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the stator of the ultrasonic motor which can increase a torque can be provided by making the shape of the stator which contact | connects a rotor different from the past.
すなわち本発明によれば、ロータをステータに押し付ける押付力に対する耐性が向上し、振動片の振動が阻害されにくいため、より大きな押付力を加えることができ、超音波モータのトルクを増大させることができる。 That is, according to the present invention, resistance to the pressing force that presses the rotor against the stator is improved, and the vibration of the vibrating piece is hardly hindered, so that a larger pressing force can be applied and the torque of the ultrasonic motor can be increased. it can.
また本発明によれば、ステータによるロータの保持力および剛性が向上し、ステータとロータとの接触状態がより安定するという効果もある。 In addition, according to the present invention, the holding force and rigidity of the rotor by the stator are improved, and the contact state between the stator and the rotor is further stabilized.
また本発明によれば、ステータに設ける圧電素子の面積を大きくすることができ、超音波モータのトルクを増大させることができる。 Further, according to the present invention, the area of the piezoelectric element provided in the stator can be increased, and the torque of the ultrasonic motor can be increased.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態による超音波モータの概略を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施の形態による超音波モータ1は、球体であるロータ2をステータ3上に設けて回転させる。
As shown in FIG. 1, the
ステータ3のロータ2と接する面には後に図3に示す多数の振動片33が設けられており、この振動片33が振動して進行波を発生し、これによってロータ2が回転させられる。またステータ3は、台座4に固定される。
A large number of vibrating
図2は、図1に示した超音波モータ1の側断面図である。
FIG. 2 is a side sectional view of the
本実施の形態では、図2に示すように、ステータ3はネジで台座4に固定されるが、本発明はこの実施の形態に限られるものではなく、ステータ3はどのように取り付けられるものであってもよい。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the
図3は、図1に示したステータ3を、ロータ2の接触面から見た斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of the
また図4は、図1に示したステータ3を、ロータ2の接触面から見た平面図である。
FIG. 4 is a plan view of the
さらに図5は、図4に示したステータ3のX−X断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the
図3に示すように、ステータ3は、円錐形の先端を切りとってくぼませた形状(以下「かご型」という)であり、そのくぼんだ部分にてロータ2と接触するように構成されている。
As shown in FIG. 3, the
図3、図4、および図5を参照してわかるように、ステータ3のロータ2との接触面には多数の振動片33が設けられている。これらの振動片33のそれぞれはスリット33aによって形成されている。また、振動片33と、台座4に固定されたステータ3の固定部分34との間には、薄肉の振動分離帯33bが設けられており、振動片33が振動しやすくなるように構成されている。
As can be seen with reference to FIGS. 3, 4, and 5, a large number of vibrating
振動片33の下には圧電素子(図示せず)が設けられており、その圧電素子は電圧印加によって伸縮し振動片33を振動させる。超音波モータ1では、この振動を制御することによってロータ2を任意の方向に回転させることができる。
A piezoelectric element (not shown) is provided under the vibrating
次に、本実施の形態の効果について図面を参照しながら説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described with reference to the drawings.
図6は、図13に示した従来のステータ203がロータ2と接する部分を拡大して示す断面図である。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a portion where the
また図7は、図3に示した本実施の形態のステータ3がロータ2と接する部分を拡大して示す断面図である。
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a portion where the
超音波モータでは、進行波を生じさせたステータにロータを押し付けて摩擦力により駆動力を得るため、振動片とロータとの接触の強さが大きい方が超音波モータのトルクを増大させることができる。 In an ultrasonic motor, the rotor is pressed against a stator that has generated a traveling wave to obtain a driving force by frictional force. it can.
ところが従来のステータ203では、図6に示すように、振動片233とロータ2との間の押付力を大きくしても、図6に二点鎖線で示すように振動分離帯233bが撓んで振動片233が外側に反ってしまい、振動片233とロータ2との接触の強さを大きくすることができない。
However, in the
これに対して本実施の形態では、図7に示すように、振動片33とロータ2との間の押付力を大きくしていくと、図7に二点鎖線で示すように振動分離帯33bが撓んで振動片33が内側に反ってロータ2を巻き込んで、振動片33とロータ2との接触の強さを大きくすることができる。これは、本実施の形態のステータ3では、ステータ3の直径方向での振動分離帯33bの位置が振動片33とロータ2との接触点よりも外側だからである。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, when the pressing force between the
また、従来のステータ203では振動分離帯233bの向きが押付力と垂直な向きとなっているため、押付力によって撓みやすくなっているが、本実施の形態のステータ3では振動分離帯33bの向きが押付力と垂直な向きではないため、押付力を受けても撓みにくくすることができ、安定したトルクを得ることができる。
Further, in the
図8は、図6に示した従来の超音波モータのトルクと、図7に示した本実施の形態の超音波モータのトルクとを比較した棒グラフである。なお、横軸は図6に示した従来の超音波モータであるか図7に示した本実施の形態の超音波モータであるかを示し、縦軸はその超音波モータのトルクを示す。 FIG. 8 is a bar graph comparing the torque of the conventional ultrasonic motor shown in FIG. 6 with the torque of the ultrasonic motor of the present embodiment shown in FIG. The horizontal axis indicates whether the ultrasonic motor is the conventional ultrasonic motor shown in FIG. 6 or the ultrasonic motor of the present embodiment shown in FIG. 7, and the vertical axis indicates the torque of the ultrasonic motor.
図7に示した構成によれば、振動片33とロータ2との接触の強さを大きくすることができ、図8に示すように、超音波モータのトルクを従来よりも増大させることができる。
According to the configuration shown in FIG. 7, the strength of contact between the
次に、本発明の、図3とは別の実施の形態について説明する。 Next, an embodiment different from FIG. 3 of the present invention will be described.
図9は、本発明による超音波モータのステータであって、図3とは別の実施の形態であるステータ103を、ロータ接触面から見た斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view of the
また図10は、図9に示したステータ103を、ロータ接触面から見た平面図である。
FIG. 10 is a plan view of the
さらに図11は、図10に示したステータ103のY−Y断面図である。
Further, FIG. 11 is a YY sectional view of the
なお、この実施の形態においても、ロータ2および台座4との関係は図1と同様である。
In this embodiment, the relationship between the
図9に示すように、この実施の形態のステータ103は、図3の実施の形態と同様に円錐形の先端を切りとってくぼませたかご型であり、そのくぼんだ部分にてロータ2と接し、ロータ2に押し付けるように構成されている。
As shown in FIG. 9, the
図9、図10、および図11を参照してわかるように、ステータ103のロータ2に押し付ける面には多数の振動片133が設けられている。これらの振動片133のそれぞれはスリット133aによって形成されている。また、振動片133と、台座4に固定されたステータ103の固定部分134との間には、薄肉の振動分離帯133bが設けられており、振動片133が振動しやすくなるように構成されている。
As can be seen with reference to FIGS. 9, 10, and 11, a large number of vibrating
本実施の形態のステータ103では、さらに、振動分離帯133bに、貫通孔である窓133cが設けられている。この窓133cを設けることによって、図3の実施の形態よりも振動片133が圧電素子によって振動しやすくなる。
In the
図12は、図3に示した実施の形態と図9に示した実施の形態とを比較し、押付力とトルクとの関係を示す折れ線グラフである。なお、横軸はステータとロータとの押付力を示し、縦軸はその超音波モータのトルクを示す。 FIG. 12 is a line graph showing the relationship between the pressing force and the torque by comparing the embodiment shown in FIG. 3 with the embodiment shown in FIG. The horizontal axis indicates the pressing force between the stator and the rotor, and the vertical axis indicates the torque of the ultrasonic motor.
図12を参照してわかるように、図3に示した実施の形態のステータ3を用いた場合よりも、図9に示した実施の形態のステータ103を用いた場合の方が、強い押付力に対して大きなトルクを発生させることができる。
As can be seen with reference to FIG. 12, a stronger pressing force is obtained when the
1 超音波モータ
2 ロータ
3 ステータ
4 台座
33 振動片
33a スリット
33b 振動分離帯
34 固定部分
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該ステータが円形であり、前記振動片が該円形のステータの周方向に配置され、
前記振動片と該ステータの固定部分との間に薄肉の振動分離帯を設け、
該ステータの直径方向での前記振動分離帯の位置が、前記振動片と前記ロータとの接触点よりも外側である
ことを特徴とする超音波モータのステータ。 In the stator of the ultrasonic motor that drives the rotor by vibrating the vibrating piece in contact with the rotor by a piezoelectric element,
The stator is circular, and the resonator element is disposed in a circumferential direction of the circular stator;
A thin vibration isolation band is provided between the vibrating piece and the fixed portion of the stator,
The stator of an ultrasonic motor, wherein a position of the vibration separating band in a diameter direction of the stator is outside a contact point between the vibrating piece and the rotor.
前記振動片と該ステータの固定部分との間に薄肉の振動分離帯を設け、
前記振動分離帯の向きが、該ステータと前記ロータとの間の押付力と垂直な向きとは異なる
ことを特徴とする超音波モータのステータ。 In the stator of the ultrasonic motor that drives the rotor by vibrating the vibrating piece in contact with the rotor by a piezoelectric element,
A thin vibration isolation band is provided between the vibrating piece and the fixed portion of the stator,
The ultrasonic motor stator according to claim 1, wherein a direction of the vibration isolation band is different from a direction perpendicular to a pressing force between the stator and the rotor.
前記振動片と該ステータの固定部分との間に薄肉の振動分離帯を設け、
さらに、前記振動分離帯に貫通孔である窓を設けた
ことを特徴とする超音波モータのステータ。 In the stator of the ultrasonic motor that drives the rotor by vibrating the vibrating piece in contact with the rotor by a piezoelectric element,
A thin vibration isolation band is provided between the vibrating piece and the fixed portion of the stator,
Further, a stator of an ultrasonic motor, wherein a window which is a through hole is provided in the vibration isolation band.
An ultrasonic motor comprising the stator according to claim 1, wherein the rotor is driven by the stator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005323737A JP2007135269A (en) | 2005-11-08 | 2005-11-08 | Stator of ultrasonic motor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8061047B2 (en) | 2009-04-08 | 2011-11-22 | Schlumberger Technology Corporation | Active positioning of downhole devices using spherical motors |
-
2005
- 2005-11-08 JP JP2005323737A patent/JP2007135269A/en not_active Withdrawn
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US8061047B2 (en) | 2009-04-08 | 2011-11-22 | Schlumberger Technology Corporation | Active positioning of downhole devices using spherical motors |
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