JP2011030414A - Ultrasonic motor and method of controlling the same - Google Patents

Ultrasonic motor and method of controlling the same Download PDF

Info

Publication number
JP2011030414A
JP2011030414A JP2010147707A JP2010147707A JP2011030414A JP 2011030414 A JP2011030414 A JP 2011030414A JP 2010147707 A JP2010147707 A JP 2010147707A JP 2010147707 A JP2010147707 A JP 2010147707A JP 2011030414 A JP2011030414 A JP 2011030414A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stator
rotor
ultrasonic motor
voltages
vibrating member
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010147707A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Inaba
剛 稲葉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hoya Corp filed Critical Hoya Corp
Priority to JP2010147707A priority Critical patent/JP2011030414A/en
Publication of JP2011030414A publication Critical patent/JP2011030414A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an ultrasonic motor capable of releasing fixation of a stator and a rotor without giving any unnecessary load to the motor. <P>SOLUTION: An AC voltage represented by V<SB>0</SB>cos(ωt) is applied to a second vibration member 320 when an AC power supply 42 is directly connected to a second application electrode by a switch 25, under the condition of the AC power supply 42 energized at the voltage level of V<SB>0</SB>cos(ωt). In this case, an amplitude At obtained by adding the amplitude Aa at the (A) region of a piezoelectric material 19 and the amplitude Ab at the (B) region is expressed as follows: At=(√2)A<SB>0</SB>sin(2πx/λ+π/4)cos(ωt). This equation shows a standing wave with the amplitude of (√2)A<SB>0</SB>. Consequently, when the AC power supply 42 is directly connected to the second application electrode 24 by the switch 25, the piezoelectric material 19 is vibrated with √2 times higher amplitude than the case that the AC power supply 42 is connected to a phase shifter 41 by the switch 25. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波振動により形成される進行波を用いて回転力を発生する環状の超音波モータに関し、より詳しくは、超音波モータの制御に関する。   The present invention relates to an annular ultrasonic motor that generates a rotational force using a traveling wave formed by ultrasonic vibration, and more particularly to control of an ultrasonic motor.

従来、環状のステータと、ステータの軸方向に回転可能に圧着される環状のロータとを備える超音波モータが知られている。ステータは電圧が印加されることにより進行波を発生し、この進行波によりロータが回転する。   2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic motor including an annular stator and an annular rotor that is pressure-bonded so as to be rotatable in the axial direction of the stator is known. The stator generates a traveling wave when a voltage is applied thereto, and the rotor is rotated by the traveling wave.

例えば長期間に渡り超音波モータを動作させなかった場合など、ステータとロータが固着してしまい、ロータが回転しなくなることがある。固着を解除するため、ステータに印加する電圧を一時的に上昇させて進行波の振幅を大きくする方法が知られている(特許文献1)。   For example, when the ultrasonic motor is not operated for a long period of time, the stator and the rotor may be fixed and the rotor may not rotate. In order to release the sticking, a method is known in which the voltage applied to the stator is temporarily increased to increase the amplitude of the traveling wave (Patent Document 1).

特開平4−42785号公報JP-A-4-42785

しかし、ステータに印加する電圧は電圧供給回路の上限に近く、一時的にせよ電圧を上昇させることは電圧供給回路の負荷が大きくなり、超音波モータの寿命を縮めることになる。   However, the voltage applied to the stator is close to the upper limit of the voltage supply circuit, and temporarily increasing the voltage increases the load on the voltage supply circuit and shortens the life of the ultrasonic motor.

本発明は、この問題を鑑みてなされたものであり、超音波モータに余計な負荷をかけることなく、ステータとロータの固着を解除可能な超音波モータ及び超音波モータ制御方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of this problem, and an object of the present invention is to obtain an ultrasonic motor and an ultrasonic motor control method capable of releasing the fixation between the stator and the rotor without applying an extra load to the ultrasonic motor. And

本願第1の発明による超音波モータは、異なる位相を有する複数の電圧が同時に印加されて進行波を生じるステータと、ステータが生じる進行波により回転するロータとを備え、所定期間の間、同じ位相を有する複数の電圧をステータに同時に印加してステータに定在波を生じさせることを特徴とする。   An ultrasonic motor according to a first invention of the present application includes a stator that generates traveling waves by simultaneously applying a plurality of voltages having different phases, and a rotor that rotates by the traveling waves generated by the stator, and has the same phase for a predetermined period. A standing wave is generated in the stator by simultaneously applying a plurality of voltages having the above to the stator.

超音波モータは、起動時から所定期間の間、同じ位相を有する複数の電圧をステータに同時に印加してステータに定在波を生じさせることが好ましい。   The ultrasonic motor preferably generates a standing wave in the stator by simultaneously applying a plurality of voltages having the same phase to the stator for a predetermined period after activation.

超音波モータは、ロータの回転を検出する検出部材をさらに備え、ロータが回転していないことを検出部材が検出したとき、所定期間、同じ位相を有する複数の電圧をステータに同時に印加してステータに定在波を生じさせてもよい。   The ultrasonic motor further includes a detection member that detects the rotation of the rotor. When the detection member detects that the rotor is not rotating, a plurality of voltages having the same phase are simultaneously applied to the stator for a predetermined period. A standing wave may be generated.

ステータは、所定の波長で振動する第1の振動部材と、第1の振動部材とは別に設けられ、所定の波長で振動する第2の振動部材とを備え、第1の振動部材及び第2の振動部材は環を形成し、超音波モータは、所定期間の間、同じ位相を有する第1及び第2の電圧を第1及び第2の振動部材に各々同時に印加してステータに定在波を生じさせることが好ましい。   The stator includes a first vibration member that vibrates at a predetermined wavelength, and a second vibration member that is provided separately from the first vibration member and vibrates at a predetermined wavelength. The first vibration member and the second vibration member The ultrasonic vibration member forms a ring, and the ultrasonic motor applies a first and a second voltage having the same phase to the first and second vibration members at the same time for a predetermined period, respectively, to the standing wave on the stator. Is preferably generated.

ステータは、所定の波長で振動する第1の振動部材と、第1の振動部材とは別に設けられ、所定の波長で振動する第2の振動部材とを備え、第1の振動部材及び第2の振動部材は環を形成し、超音波モータは、異なる位相を有する第1及び第2の電圧を第1及び第2の振動部材に各々同時に印加してステータに進行波を生じさせてもよい。   The stator includes a first vibration member that vibrates at a predetermined wavelength, and a second vibration member that is provided separately from the first vibration member and vibrates at a predetermined wavelength. The first vibration member and the second vibration member The vibration member may form a ring, and the ultrasonic motor may apply a first voltage and a second voltage having different phases to the first vibration member and the second vibration member, respectively, to generate a traveling wave in the stator. .

本願第2の発明による超音波モータ制御方法は、進行波を生じるステータと、ステータが生じる進行波により回転可能であるロータとを備える超音波モータ制御方法であって、ステータに進行波を生じさせるステップと、進行波によるロータの回転を検出するステップと、ロータが回転していないことを検出したとき、同じ位相を有する複数の電圧をステータに同時に印加するステップとを備えることを特徴とする。   An ultrasonic motor control method according to a second invention of the present application is an ultrasonic motor control method including a stator that generates a traveling wave and a rotor that is rotatable by the traveling wave generated by the stator, and generates the traveling wave in the stator. A step of detecting rotation of the rotor due to traveling waves, and a step of simultaneously applying a plurality of voltages having the same phase to the stator when it is detected that the rotor is not rotating.

本願第3の発明による超音波モータ制御方法は、進行波を生じるステータと、ステータが生じる進行波により回転可能であるロータとを備える超音波モータ制御方法であって、起動時においてロータの回転を検出するステップと、起動時から所定期間の間、同じ位相を有する複数の電圧をステータに同時に印加するステップとを備えることを特徴とする。   An ultrasonic motor control method according to a third invention of the present application is an ultrasonic motor control method including a stator that generates a traveling wave and a rotor that can be rotated by the traveling wave generated by the stator. And a step of simultaneously applying a plurality of voltages having the same phase to the stator for a predetermined period from the time of activation.

以上のように本発明によれば、超音波モータに余計な負荷をかけることなく、ステータとロータの固着を解除可能な超音波モータ及び超音波モータ制御方法を得る。   As described above, according to the present invention, an ultrasonic motor and an ultrasonic motor control method capable of releasing the fixation between the stator and the rotor without applying an extra load to the ultrasonic motor are obtained.

第1の実施形態による超音波モータの分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of an ultrasonic motor according to a first embodiment. 電極板と周辺回路との接続状態を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the connection state of an electrode plate and a peripheral circuit. 電極板をベースから見た背面図である。It is the rear view which looked at the electrode plate from the base. 固着解除処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows sticking release processing.

本発明の一実施形態による超音波モータ10について、図1から3を用いて説明する。   An ultrasonic motor 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

超音波モータ10は、出力軸11、係止板12、加圧スプリング13、ロータ14、ステータ15、及びベース17とから主に構成される。   The ultrasonic motor 10 is mainly composed of an output shaft 11, a locking plate 12, a pressure spring 13, a rotor 14, a stator 15, and a base 17.

出力軸11は、超音波モータ10の回転軸X上に配置され、超音波モータ10の回転力を外部に伝達する。   The output shaft 11 is disposed on the rotational axis X of the ultrasonic motor 10 and transmits the rotational force of the ultrasonic motor 10 to the outside.

ベース17は、外部の固定部材に取り付けられ、固定部材に対して出力軸11が回転自在となるように図示しないベアリングを介して出力軸11を支持する。   The base 17 is attached to an external fixing member, and supports the output shaft 11 via a bearing (not shown) so that the output shaft 11 is rotatable with respect to the fixing member.

ステータ15は、円盤形状であって、円盤の中心軸と同軸の円筒穴を有する。円筒穴の径は出力軸11の径よりも大きく、ステータ15は出力軸11と接触しない。ステータ15は、中心軸が超音波モータ10の回転軸Xと同軸となるようにベース17に固定される。   The stator 15 has a disk shape and has a cylindrical hole coaxial with the central axis of the disk. The diameter of the cylindrical hole is larger than the diameter of the output shaft 11, and the stator 15 does not contact the output shaft 11. The stator 15 is fixed to the base 17 so that the center axis is coaxial with the rotation axis X of the ultrasonic motor 10.

係止板12、加圧スプリング13、ロータ14は、円盤形状を有する。これらは、円盤の中心軸と同軸の円筒穴を各々有し、中心軸は回転軸X上に設けられる。係止板12及び加圧スプリング13は、それらの円筒穴と嵌合する出力軸11に固定される。ロータ14は、その円筒穴が出力軸11と遊嵌することにより、軸方向に自由に移動可能である。以下、回転軸Xにおいて、ベース17から係止板12に向けた方向を正方向として説明する。   The locking plate 12, the pressure spring 13, and the rotor 14 have a disk shape. Each of these has a cylindrical hole coaxial with the central axis of the disk, and the central axis is provided on the rotation axis X. The locking plate 12 and the pressure spring 13 are fixed to the output shaft 11 that fits into the cylindrical holes. The rotor 14 is freely movable in the axial direction when the cylindrical hole is loosely fitted to the output shaft 11. Hereinafter, in the rotation axis X, the direction from the base 17 toward the locking plate 12 will be described as a positive direction.

ロータ14、加圧スプリング13は回転軸X方向に対し弾性を有する。係止板12は、ロータ及び加圧スプリング13を所定の力でステータ15に押しつける。加圧スプリング13は、ロータ14がステータ15に押しつけられる力を一定に保つ。   The rotor 14 and the pressure spring 13 have elasticity with respect to the rotation axis X direction. The locking plate 12 presses the rotor and the pressure spring 13 against the stator 15 with a predetermined force. The pressure spring 13 keeps the force with which the rotor 14 is pressed against the stator 15 constant.

ステータ15は、弾性体である弾性部材16、振動部材である圧電体19、及びフレキシブルプリント基板から成る電極板20により構成される。圧電体19は、電圧を加えると変形するセラミックから成る。   The stator 15 includes an elastic member 16 that is an elastic body, a piezoelectric body 19 that is a vibration member, and an electrode plate 20 that includes a flexible printed circuit board. The piezoelectric body 19 is made of a ceramic that deforms when a voltage is applied.

弾性部材16は、回転軸Xと一致する軸を有する略円筒形の環状体であって、導電性を有する。また、弾性部材16は、円周方向において等間隔に24個に分割される櫛歯16aを備える。櫛歯16aは、回転軸X正方向に突出し、回転軸X正負方向、及び円周方向に振動自在である。櫛歯16aの頂面は、ロータ14と接触する。弾性部材16は、櫛歯16aが突出する面の裏面に、回転軸Xに対して直角を成す貼着面27を有する。   The elastic member 16 is a substantially cylindrical annular body having an axis coinciding with the rotation axis X, and has conductivity. The elastic member 16 includes comb teeth 16a that are divided into 24 pieces at equal intervals in the circumferential direction. The comb teeth 16a protrude in the positive direction of the rotation axis X, and can freely vibrate in the positive and negative directions of the rotation axis X and in the circumferential direction. The top surfaces of the comb teeth 16 a are in contact with the rotor 14. The elastic member 16 has a sticking surface 27 perpendicular to the rotation axis X on the back surface of the surface from which the comb teeth 16a protrude.

圧電体19は、回転軸Xと一致する軸を有する円盤状の環状体であって、軸方向長さは、径方向長さと比べて短い。また、圧電体19は、回転軸X方向において弾性部材16と電極板20との間に挟まれて、接着剤により貼着面27に貼り付けられる。接着剤は、樹脂系接着剤、例えばエポキシ系接着剤又はアクリル系接着剤が好適である。これにより、圧電体19の片面全体が貼着面27に密着する。   The piezoelectric body 19 is a disc-shaped annular body having an axis that coincides with the rotation axis X, and the axial length is shorter than the radial length. In addition, the piezoelectric body 19 is sandwiched between the elastic member 16 and the electrode plate 20 in the direction of the rotation axis X, and is bonded to the bonding surface 27 with an adhesive. The adhesive is preferably a resin adhesive, such as an epoxy adhesive or an acrylic adhesive. As a result, the entire surface of the piezoelectric body 19 is in close contact with the sticking surface 27.

電極板20は、薄い円盤形状を有し、中心に円盤と同心円の穴部26を備える。電極板20において、圧電体19及び弾性部材16と接触する面に、第1の印加電極21、第2の印加電極24、及び接地電極22が設けられる。第1の印加電極21は、円盤の略半周に渡って設けられ、第2の印加電極24は、円盤の他方の半周に渡って設けられる。第1の印加電極21及び第2の印加電極24は、電極板20の外周まで伸びる部位をそれぞれ有する。穴部26の全周には、接地電極22が設けられる。接地電極22は、穴部26から電極板20の外周まで伸びる部位を有する。これらの電極板20の外周まで伸びる部位を介して電圧が印加される。   The electrode plate 20 has a thin disk shape and includes a hole portion 26 concentric with the disk at the center. In the electrode plate 20, a first application electrode 21, a second application electrode 24, and a ground electrode 22 are provided on the surface in contact with the piezoelectric body 19 and the elastic member 16. The first application electrode 21 is provided over substantially a half circumference of the disk, and the second application electrode 24 is provided over the other half circumference of the disk. The first application electrode 21 and the second application electrode 24 each have a portion extending to the outer periphery of the electrode plate 20. A ground electrode 22 is provided on the entire circumference of the hole 26. The ground electrode 22 has a portion extending from the hole 26 to the outer periphery of the electrode plate 20. A voltage is applied through a portion extending to the outer periphery of these electrode plates 20.

第1の印加電極21は、交流電源42に直接接続される。第2の印加電極24は移相器41を介して交流電源42に接続される。接地電極22は接地される。移相器41は、交流電源42の位相をπ/2ずらした交流電圧を第2の印加電極24に印加する。外部検出装置44は、超音波モータ10の外部に設けられ、超音波モータ10の回転数を検出し、入力制御回路43に送信する。入力制御回路43は、外部検出装置44から送信された回転数に応じて、交流電源42の電圧及び駆動周波数を制御する。接地電極22及び電極板20に印加される交流電圧は400V、周波数は60kHzである。   The first application electrode 21 is directly connected to the AC power source 42. The second application electrode 24 is connected to the AC power source 42 via the phase shifter 41. The ground electrode 22 is grounded. The phase shifter 41 applies an AC voltage with the phase of the AC power supply 42 shifted by π / 2 to the second application electrode 24. The external detection device 44 is provided outside the ultrasonic motor 10, detects the rotational speed of the ultrasonic motor 10, and transmits it to the input control circuit 43. The input control circuit 43 controls the voltage and drive frequency of the AC power supply 42 according to the rotation speed transmitted from the external detection device 44. The AC voltage applied to the ground electrode 22 and the electrode plate 20 is 400 V, and the frequency is 60 kHz.

図2を用いて圧電体19について説明する。図2は、弾性部材16側から見た圧電体19を示す。図に記載した+及び−は、説明のために記載したものであり、電極に印加される電荷の特性を示すものではない。また、説明のため電力線が圧電体19に直接接続されるが、実際は、第1の印加電極21及び第2の印加電極24に電力線が接続される。   The piezoelectric body 19 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the piezoelectric body 19 viewed from the elastic member 16 side. The + and − shown in the figure are described for explanation, and do not indicate the characteristics of the charge applied to the electrode. In addition, although the power line is directly connected to the piezoelectric body 19 for the sake of explanation, the power line is actually connected to the first application electrode 21 and the second application electrode 24.

圧電体19は、第1から第5のA圧電体311、313、315、323、325と、第1から第5のB圧電体312、314、322、324、326とから成る。第1から第5のA圧電体311−325及び第1から第5のB圧電体312−326に交流電圧を印加すると、第1から第5のA圧電体311−325においては回転軸X方向に対する長さが伸張、収縮を繰り返し、第1から第5のB圧電体312−326においては回転軸X方向に対する長さが収縮、伸張を繰り返す。   The piezoelectric body 19 includes first to fifth A piezoelectric bodies 311, 313, 315, 323, and 325, and first to fifth B piezoelectric bodies 312, 314, 322, 324, and 326. When an AC voltage is applied to the first to fifth A piezoelectric bodies 311 to 325 and the first to fifth B piezoelectric bodies 312 to 326, the first to fifth A piezoelectric bodies 311 to 325 are rotated in the X direction. The first to fifth B piezoelectric bodies 312 to 326 repeat contraction and expansion in the length with respect to the rotation axis X direction.

第1から第3のA圧電体311、313、315及び第1、第2のB圧電体312、314が、第1の振動部材である第1の領域310を成し、第4、第5のA圧電体323、325及び第3から第5のB圧電体322、324、326が、第2の振動部材である第2の領域320を成す。第1の領域310と第2の領域320との間には、中立領域30が設けられる。中立領域30には、電圧が印加されない。   The first to third A piezoelectric bodies 311, 313, 315 and the first and second B piezoelectric bodies 312, 314 form a first region 310 that is a first vibrating member, and the fourth, fifth, The A piezoelectric bodies 323 and 325 and the third to fifth B piezoelectric bodies 322, 324 and 326 form a second region 320 which is a second vibration member. A neutral region 30 is provided between the first region 310 and the second region 320. No voltage is applied to the neutral region 30.

第1の領域310には第1の印加電極21が貼り付けられ、第2の領域320には第2の印加電極24が貼り付けられる。そして、第1の印加電極21及び第2の印加電極24が貼り付けられる面の裏面には、弾性部材16を介して圧電体19と接地電極22が接触する。これにより、圧電体19が接地される。圧電体19に電圧が印加されると、第1の領域310及び第2の領域320が回転軸X方向に変位するが、第2の領域320は、第1の領域310に対してπ/2ずれた位相で回転軸X方向に変位する。   The first application electrode 21 is attached to the first region 310, and the second application electrode 24 is attached to the second region 320. The piezoelectric body 19 and the ground electrode 22 are in contact with the back surface of the surface to which the first application electrode 21 and the second application electrode 24 are attached via the elastic member 16. Thereby, the piezoelectric body 19 is grounded. When a voltage is applied to the piezoelectric body 19, the first region 310 and the second region 320 are displaced in the direction of the rotation axis X, but the second region 320 is π / 2 with respect to the first region 310. It is displaced in the direction of the rotation axis X with a shifted phase.

次に、超音波モータ10の動作について説明する。   Next, the operation of the ultrasonic motor 10 will be described.

電極板20、すなわち第1から第5のA圧電体311、313、315、323、325と、第1から第5のB圧電体312、314、322、324、326に交流電圧が印加されると、圧電体19の第1の領域310と第2の領域320とが、印加電圧に応じて所定の周期で振動する。この振動により、弾性部材16が回転軸方向及び周方向に振動して、波長λの進行波が弾性部材16の頂面に生成される。加圧スプリング13により弾性部材16に押しつけられるロータ14は、この進行波により回転する。ロータ14による回転力は出力軸11を介して外部に伝達される。なお、第2の領域320と第1の領域310とのπ/2のずれは、進行波の波長λの1/4、つまりλ/4に相当する。また、第1から第5のA圧電体311、313、315、323、325及び第1から第5のB圧電体312、314、322、324、326の周方向における長さは、進行波の波長λの1/2、つまりλ/2に相当する。   An AC voltage is applied to the electrode plate 20, that is, the first to fifth A piezoelectric bodies 311, 313, 315, 323, 325 and the first to fifth B piezoelectric bodies 312, 314, 322, 324, 326. Then, the first region 310 and the second region 320 of the piezoelectric body 19 vibrate at a predetermined cycle according to the applied voltage. Due to this vibration, the elastic member 16 vibrates in the rotation axis direction and the circumferential direction, and a traveling wave having a wavelength λ is generated on the top surface of the elastic member 16. The rotor 14 pressed against the elastic member 16 by the pressure spring 13 is rotated by this traveling wave. The rotational force by the rotor 14 is transmitted to the outside through the output shaft 11. The shift of π / 2 between the second region 320 and the first region 310 corresponds to ¼ of the wavelength λ of the traveling wave, that is, λ / 4. The lengths in the circumferential direction of the first to fifth A piezoelectric bodies 311, 313, 315, 323, 325 and the first to fifth B piezoelectric bodies 312, 314, 322, 324, 326 are the traveling wave lengths. This corresponds to 1/2 of the wavelength λ, that is, λ / 2.

交流電源42がVcos(ωt)による交流電圧であるとき、スイッチ25により交流電源42が移相器41に接続されると、第2の領域320にVcos((ω−π/2)t)による交流電圧が印加される。 When the AC power source 42 is an AC voltage generated by V 0 cos (ωt), when the AC power source 42 is connected to the phase shifter 41 by the switch 25, the second region 320 has V 0 cos ((ω−π / 2). ) AC voltage from t) is applied.

このとき、圧電体19の第1の領域310における振幅Aaと第2の領域320における振幅Abは以下の式による。
Aa=Asin(2πx/λ)cos(ωt)
Ab=Asin(2π(x−λ/4))sin(ωt)=Acos(2πx/λ)sin(ωt)
ここで、xは圧電体19の周方向において所定の点を原点とする座標である。
At this time, the amplitude Aa in the first region 310 and the amplitude Ab in the second region 320 of the piezoelectric body 19 are based on the following equations.
Aa = A 0 sin (2πx / λ) cos (ωt)
Ab = A 0 sin (2π (x−λ / 4)) sin (ωt) = A 0 cos (2πx / λ) sin (ωt)
Here, x is a coordinate having a predetermined point as the origin in the circumferential direction of the piezoelectric body 19.

そして、第1の領域310における振幅Aaと第2の領域320における振幅Abを加えて得られる振幅Atは以下の式になる。
At=Aa+Ab=Asin(2πx/λ+ωt)
この式は、振幅がAである進行波がステータ15に生じることを示すものであるから、ロータ14がこの式に応じて回転することがわかる。
The amplitude At obtained by adding the amplitude Aa in the first region 310 and the amplitude Ab in the second region 320 is expressed by the following equation.
At = Aa + Ab = A 0 sin (2πx / λ + ωt)
Since this equation indicates that a traveling wave having an amplitude of A 0 is generated in the stator 15, it can be seen that the rotor 14 rotates in accordance with this equation.

一方、交流電源42がVcos(ωt)による交流電圧であるとき、スイッチ25により交流電源42が第2の印加電極24に直接接続されると、第2の領域320にVcos(ωt)による交流電圧が印加される。 On the other hand, when the AC power supply 42 is an AC voltage by V 0 cos (ωt), the AC power supply 42 by the switch 25 is connected directly to the second application electrode 24, the second region 320 V 0 cos (ωt ) Is applied.

このとき、圧電体19の第1の領域310における振幅Aaと第2の領域320における振幅Abは以下の式による。
Aa=Asin(2πx/λ)cos(ωt)
Ab=Asin(2πx/λ)cos(ωt)
ここで、xは圧電体19の周方向において所定の点を原点とする座標である。
At this time, the amplitude Aa in the first region 310 and the amplitude Ab in the second region 320 of the piezoelectric body 19 are based on the following equations.
Aa = A 0 sin (2πx / λ) cos (ωt)
Ab = A 0 sin (2πx / λ) cos (ωt)
Here, x is a coordinate having a predetermined point as the origin in the circumferential direction of the piezoelectric body 19.

そして、A領域における振幅AaとB領域における振幅Abを加えて得られる振幅Atは以下の式になる。
At=Aa+Ab=(√2)Asin(2πx/λ+π/4)cos(ωt)
この式は、振幅が(√2)Aである定在波を示す。
The amplitude At obtained by adding the amplitude Aa in the A region and the amplitude Ab in the B region is expressed by the following equation.
At = Aa + Ab = (√2) A 0 sin (2πx / λ + π / 4) cos (ωt)
This equation shows a standing wave with an amplitude of (√2) A 0 .

そのため、スイッチ25により交流電源42が第2の印加電極24に直接接続されると、スイッチ25により交流電源42が移相器41に接続された場合と比較して、(√2)倍の振幅で圧電体19が振動することがわかる。   Therefore, when the AC power source 42 is directly connected to the second application electrode 24 by the switch 25, the amplitude is (√2) times that when the AC power source 42 is connected to the phase shifter 41 by the switch 25. It can be seen that the piezoelectric body 19 vibrates.

次に、図3を用いて、固着解除処理について説明する。固着解除処理は、超音波モータ10が起動されたときに実行される。   Next, the sticking release process will be described with reference to FIG. The sticking release process is executed when the ultrasonic motor 10 is activated.

ステップS31では、超音波モータ10、すなわちロータ14の回転を外部検出装置44が検出したか否かを判断する。回転を検出しないとき、処理はステップS32に進み、回転を検出するとき、処理は終了する。   In step S31, it is determined whether or not the external detector 44 has detected the rotation of the ultrasonic motor 10, that is, the rotor 14. When rotation is not detected, the process proceeds to step S32. When rotation is detected, the process ends.

ステップS32では、所定期間、例えば零コンマ数秒間、スイッチ25を電極側端子25aに接続させ、第1の印加電極21及び第2の印加電極24に交流電源42を直接接続する。これにより、A領域及びB領域には、振幅が(√2)Aである定在波が発生し、ロータ14とステータ15との固着が解除される。 In step S32, the switch 25 is connected to the electrode side terminal 25a for a predetermined period, for example, zero comma several seconds, and the AC power source 42 is directly connected to the first application electrode 21 and the second application electrode 24. As a result, a standing wave having an amplitude of (√2) A 0 is generated in the A region and the B region, and the fixation between the rotor 14 and the stator 15 is released.

本実施形態によれば、進行波と比較して振幅が大きな定在波をステータ15に発生させることができ、これによりロータ14とステータ15との間に進行波と比較して大きな力を発生させることができる。そのため、ロータ14とステータ15との間に加圧スプリング13が加えている圧力を一時的に緩和して、ロータ14とステータ15との固着を解除することができる。   According to the present embodiment, a standing wave having a larger amplitude than the traveling wave can be generated in the stator 15, thereby generating a larger force between the rotor 14 and the stator 15 than the traveling wave. Can be made. Therefore, the pressure applied by the pressure spring 13 between the rotor 14 and the stator 15 can be temporarily relaxed, and the adhesion between the rotor 14 and the stator 15 can be released.

なお、起動時にロータ14の回転を検出しないときにスイッチ25を電極側端子25aに接続させるのではなく、超音波モータ10の起動時にスイッチ25を電極側端子25aに所定期間だけ、あるいはロータ14の回転を検出するまで接続させてもよい。   The switch 25 is not connected to the electrode-side terminal 25a when the rotation of the rotor 14 is not detected at the start-up, but the switch 25 is connected to the electrode-side terminal 25a for a predetermined period or at the start-up of the rotor 14 The connection may be made until rotation is detected.

交流電源42が生じる交流電圧は、Vcos(ωt)に限定されない。 The AC voltage generated by the AC power supply 42 is not limited to V 0 cos (ωt).

櫛歯16aの数は24個に限定されず、超音波モータ10に対する要求性能に応じて任意の値を採用しうる。   The number of the comb teeth 16a is not limited to 24, and any value can be adopted according to the required performance for the ultrasonic motor 10.

また、印加される交流電圧及び周波数は、400V及び60kHzに限定されない。   Further, the applied AC voltage and frequency are not limited to 400 V and 60 kHz.

10 超音波モータ
11 出力軸
12 係止板
13 加圧スプリング
14 ロータ
15 ステータ
16 弾性部材
16a 櫛歯
17 ベース
19 圧電体
20 電極板
21 第1の印加電極
22 接地電極
24 第2の印加電極
25 スイッチ
25a 電極側端子
25b 移相器側端子
26 穴部
27 貼着面
30 中立領域
41 移相器
42 交流電源
43 入力制御回路
44 外部検出装置
310 第1の領域
320 第2の領域
X 回転軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic motor 11 Output shaft 12 Locking plate 13 Pressure spring 14 Rotor 15 Stator 16 Elastic member 16a Comb 17 Base 19 Piezoelectric body 20 Electrode plate 21 First application electrode 22 Ground electrode 24 Second application electrode 25 Switch 25a Electrode side terminal 25b Phase shifter side terminal 26 Hole 27 Sticking surface 30 Neutral region 41 Phase shifter 42 AC power supply 43 Input control circuit 44 External detection device 310 First region 320 Second region X Rotating shaft

Claims (7)

異なる位相を有する複数の電圧が同時に印加されて進行波を生じるステータと、
前記ステータが生じる進行波により回転するロータとを備え、
所定期間の間、同じ位相を有する複数の電圧を前記ステータに同時に印加して前記ステータに定在波を生じさせる超音波モータ。
A stator in which traveling voltages are generated by simultaneously applying a plurality of voltages having different phases;
A rotor that rotates by traveling waves generated by the stator,
An ultrasonic motor that generates a standing wave in the stator by simultaneously applying a plurality of voltages having the same phase to the stator for a predetermined period.
起動時から所定期間の間、同じ位相を有する複数の電圧を前記ステータに同時に印加して前記ステータに定在波を生じさせる請求項1に記載の超音波モータ。   2. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein a plurality of voltages having the same phase are simultaneously applied to the stator for a predetermined period from the start to generate a standing wave in the stator. 前記ロータの回転を検出する検出部材をさらに備え、
前記ロータが回転していないことを前記検出部材が検出したとき、所定期間、同じ位相を有する複数の電圧を前記ステータに同時に印加して前記ステータに定在波を生じさせる請求項1に記載の超音波モータ。
A detection member for detecting rotation of the rotor;
2. The standing wave is generated in the stator by simultaneously applying a plurality of voltages having the same phase to the stator for a predetermined period when the detection member detects that the rotor is not rotating. Ultrasonic motor.
前記ステータは、所定の波長で振動する第1の振動部材と、第1の振動部材とは別に設けられ、前記所定の波長で振動する第2の振動部材とを備え、
前記第1の振動部材及び前記第2の振動部材は環を形成し、
所定期間の間、同じ位相を有する第1及び第2の電圧を前記第1及び第2の振動部材に各々同時に印加して前記ステータに定在波を生じさせる請求項1から3に記載の超音波モータ。
The stator includes a first vibrating member that vibrates at a predetermined wavelength, and a second vibrating member that is provided separately from the first vibrating member and vibrates at the predetermined wavelength,
The first vibrating member and the second vibrating member form a ring;
4. The superstructure according to claim 1, wherein a first wave and a second voltage having the same phase are simultaneously applied to the first and second vibrating members for a predetermined period to generate a standing wave in the stator. 5. Sonic motor.
前記ステータは、所定の波長で振動する第1の振動部材と、第1の振動部材とは別に設けられ、前記所定の波長で振動する第2の振動部材とを備え、
前記第1の振動部材及び前記第2の振動部材は環を形成し、
異なる位相を有する第1及び第2の電圧を前記第1及び第2の振動部材に各々同時に印加して前記ステータに進行波を生じさせる請求項1から3に記載の超音波モータ。
The stator includes a first vibrating member that vibrates at a predetermined wavelength, and a second vibrating member that is provided separately from the first vibrating member and vibrates at the predetermined wavelength,
The first vibrating member and the second vibrating member form a ring;
4. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein first and second voltages having different phases are simultaneously applied to the first and second vibrating members to generate traveling waves in the stator. 5.
進行波を生じるステータと、前記ステータが生じる進行波により回転可能であるロータとを備える超音波モータ制御方法であって、
前記ステータに進行波を生じさせるステップと、
前記進行波による前記ロータの回転を検出するステップと、
前記ロータが回転していないことを検出したとき、同じ位相を有する複数の電圧を前記ステータに同時に印加するステップとを備える超音波モータ制御方法。
An ultrasonic motor control method comprising a stator that generates a traveling wave and a rotor that is rotatable by the traveling wave generated by the stator,
Generating a traveling wave in the stator;
Detecting rotation of the rotor due to the traveling wave;
And a step of simultaneously applying a plurality of voltages having the same phase to the stator when it is detected that the rotor is not rotating.
進行波を生じるステータと、前記ステータが生じる進行波により回転可能であるロータとを備える超音波モータ制御方法であって、
起動時において前記ロータの回転を検出するステップと、
起動時から所定期間の間、同じ位相を有する複数の電圧を前記ステータに同時に印加するステップとを備える超音波モータ制御方法。
An ultrasonic motor control method comprising a stator that generates a traveling wave and a rotor that is rotatable by the traveling wave generated by the stator,
Detecting rotation of the rotor at start-up;
Applying a plurality of voltages having the same phase to the stator at the same time for a predetermined period from startup.
JP2010147707A 2009-07-01 2010-06-29 Ultrasonic motor and method of controlling the same Pending JP2011030414A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010147707A JP2011030414A (en) 2009-07-01 2010-06-29 Ultrasonic motor and method of controlling the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009157289 2009-07-01
JP2010147707A JP2011030414A (en) 2009-07-01 2010-06-29 Ultrasonic motor and method of controlling the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011030414A true JP2011030414A (en) 2011-02-10

Family

ID=43638478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010147707A Pending JP2011030414A (en) 2009-07-01 2010-06-29 Ultrasonic motor and method of controlling the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011030414A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103095174A (en) * 2013-01-25 2013-05-08 东南大学 Hollow annular traveling wave ultrasonic motor
CN103107735A (en) * 2013-01-30 2013-05-15 东南大学 Amplitude-and-phase control method of space phase-adjusting traveling-wave ultrasonic motor
JP2015100205A (en) * 2013-11-19 2015-05-28 キヤノン株式会社 Vibration type driving device, and operation device using the same
CN107947631A (en) * 2017-11-27 2018-04-20 中国工程物理研究院电子工程研究所 A kind of MEMS travelling-wave types micro-motor structure

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103095174A (en) * 2013-01-25 2013-05-08 东南大学 Hollow annular traveling wave ultrasonic motor
CN103107735A (en) * 2013-01-30 2013-05-15 东南大学 Amplitude-and-phase control method of space phase-adjusting traveling-wave ultrasonic motor
JP2015100205A (en) * 2013-11-19 2015-05-28 キヤノン株式会社 Vibration type driving device, and operation device using the same
CN107947631A (en) * 2017-11-27 2018-04-20 中国工程物理研究院电子工程研究所 A kind of MEMS travelling-wave types micro-motor structure
CN107947631B (en) * 2017-11-27 2024-02-09 中国工程物理研究院电子工程研究所 MEMS traveling wave type micro-motor structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011030414A (en) Ultrasonic motor and method of controlling the same
JP2017108615A5 (en)
JP2010094017A (en) Ultrasonic motor, and carrying apparatus with the same
JPH0241677A (en) Ultrasonic motor
US7579750B2 (en) Ultrasonic motor
JP2011152026A (en) Rotary drive device
JPH11220894A (en) Double-sided driving ultrasonic motor
JP2004194487A (en) Vibration driving gear
JP5636744B2 (en) Ultrasonic motor
JPH0352573A (en) Ultrasonic motor
JP3138309B2 (en) How to start ultrasonic motor
JPH02123974A (en) Ultrasonic wave motor
JPS6389074A (en) Surface-wave motor
JP4095282B2 (en) Vibration wave drive
JP2011015524A (en) Ultrasonic motor
JP3358267B2 (en) Ultrasonic motor and ultrasonic motor control method
JP2012067849A (en) Rotary driving device
US10211760B2 (en) Piezoelectric ultrasonic motor and operation method of the same
JP3089324B2 (en) Ultrasonic motor
JP2007135267A (en) Ultrasonic motor
WO2021246015A1 (en) Drive control device and ultrasonic motor system
JP2007135268A (en) Stator of ultrasonic motor
JP2002369559A (en) Oscillatory wave motor
JPH07194154A (en) Ultrasonic motor and torsional oscillation generating device
JP2004007858A (en) Oscillatory wave driving device and electric apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20111222