JP2016046837A

JP2016046837A - Electrostatic motor and control device

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Publication number: JP2016046837A
Application number: JP2014167005A
Authority: JP
Inventors: 崇尋今井; Takahiro Imai; 升澤　正弘; Masahiro Masuzawa; 正弘升澤; 長尾　和也; Kazuya Nagao; 和也長尾; 大樹山下; Daiki Yamashita
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2016-04-04

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic motor capable of preventing a stator and a movable element from being brought into contact or bonded with each other even in the case where at least one of the stator or the movable element is manufactured by using an elastic body.SOLUTION: An electrostatic motor 101 includes: a stator 120 in which electrodes each formed with three phases are disposed in predetermined pitches; a rotor 130 which is provided oppositely to the stator and in which electrodes each charged in a monopolar manner are disposed in predetermined pitches; and a switching part 102 which drives the rotor while successively switching a predetermined voltage pattern to be applied to the electrodes of the phases in the stator. At least one of the stator or the motor is formed from the elastic body. The electrostatic motor also includes a control part 103 which controls the switching part 102 in such a manner that, when driving the rotor, a voltage of the same polarity as the electrodes in the rotor is applied to all the electrodes in the stator each time the rotor is moved for a distance equal to or longer than at least two pitches for the electrodes in the rotor in addition to the predetermined voltage pattern.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、静電電動機及び制御装置に関し、詳しくは静電電動機及びこの静電電動機を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to an electrostatic motor and a control device, and more particularly to an electrostatic motor and a control device that controls the electrostatic motor.

磁石を使用しない静電電動機として静電モータが知られている。静電モータは、軽い、薄い、構成が簡単といった利点があるが、磁石を使った電磁モータに比べトルクが小さく、高電圧を必要する。そこで、半導体プロセス技術を使って複数の電極をフィルムに形成し、このフィルムを積層して大トルクを取り出す方法や、エレクトレットと呼ばれる永久帯電した物質を使って駆動電圧を下げる方法が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。 An electrostatic motor is known as an electrostatic motor that does not use a magnet. Electrostatic motors have the advantages of being light, thin, and simple in construction, but they have a smaller torque and require a higher voltage than electromagnetic motors using magnets. Therefore, a method of forming a plurality of electrodes on a film by using a semiconductor process technology and laminating the film to extract a large torque, and a method of reducing a driving voltage using a permanently charged substance called an electret are known. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2).

しかしながら、上記従来の静電モータでは、弾性体を用いて固定子を作製すると、固定子と可動子との間に作用する静電気の引力により引き付けられ、可動子と接触若しくは貼り付いてしまい、その駆動を妨げたり、止めてしまったりするという問題があった。 However, in the above-described conventional electrostatic motor, when a stator is manufactured using an elastic body, the stator is attracted by an electrostatic attraction acting between the stator and the mover, and contacts or sticks to the mover. There was a problem of preventing or stopping driving.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、弾性体を用いて固定子及び可動子の少なくとも何れか一方を作製した場合でも、固定子と可動子との接触や貼り付きを抑えることのできる静電電動機を提供することを主な目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and suppresses contact and sticking between the stator and the mover even when at least one of the stator and the mover is manufactured using an elastic body. The main object is to provide an electrostatic motor that can handle the above.

上記目的を達成するために、本発明は、複数の相で構成された電極が所定のピッチで配置された固定子と、前記固定子に対向して設けられ、且つ単極に帯電された電極が所定のピッチで配置された可動子と、前記固定子の前記各相の電極に加える所定の電圧パターンを順次切り替えて前記可動子を駆動する電圧切替駆動手段と、を備え、前記固定子及び前記可動子の少なくとも一方が弾性体で構成される静電電動機であって、前記可動子の駆動時に、前記所定の電圧パターンとは別に、前記可動子の電極の少なくとも２ピッチ以上の距離を移動するごとに前記固定子の全ての電極に、前記可動子の電極と同極性の電圧を加えるように前記電圧切替駆動手段を制御する制御手段を有する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a stator in which electrodes composed of a plurality of phases are arranged at a predetermined pitch, and an electrode that is provided facing the stator and is charged to a single pole. Are arranged at a predetermined pitch, and voltage switching drive means for driving the mover by sequentially switching a predetermined voltage pattern applied to the electrodes of the respective phases of the stator, the stator and An electrostatic motor in which at least one of the movers is made of an elastic body, and when the mover is driven, moves a distance of at least two pitches of electrodes of the mover separately from the predetermined voltage pattern Control means for controlling the voltage switching drive means to apply a voltage having the same polarity as that of the electrode of the mover to all the electrodes of the stator each time.

本発明によれば、上記特有の制御構成により、駆動時に、固定子と可動子との間に斥力を発生させ、固定子と可動子との間にギャップを維持することができるようになる。そのため、固定子及び可動子の少なくとも一方を弾性体で構成しても、固定子と可動子との接触や貼り付きを抑えることができ、駆動速度の向上や駆動の安定化が図れる。 According to the present invention, it is possible to generate a repulsive force between the stator and the mover during driving and maintain a gap between the stator and the mover by the above-described unique control configuration. Therefore, even if at least one of the stator and the mover is formed of an elastic body, contact and sticking between the stator and the mover can be suppressed, and the drive speed can be improved and the drive can be stabilized.

本発明を適用する参考例１に係る静電モータの主要構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the main structures of the electrostatic motor which concerns on the reference example 1 to which this invention is applied. （ａ）は参考例１に係る静電モータのステータの構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）を展開した要部の断面図である。(A) is a top view which shows the structure of the stator of the electrostatic motor which concerns on the reference example 1, (b) is sectional drawing of the principal part which expand | deployed (a). （ａ）は参考例１に係る静電モータのロータの構成を示す平面視図、（ｂ）は（ａ）を展開した要部の断面図である。(A) is a top view which shows the structure of the rotor of the electrostatic motor which concerns on the reference example 1, (b) is sectional drawing of the principal part which expand | deployed (a). 本発明を適用する参考例２に係る静電モータの主要構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the main structures of the electrostatic motor which concerns on the reference example 2 to which this invention is applied. （ａ）は、参考例３に係る固定子と可動子の各個別電極と、各個別電極への電圧の印加状態を模式的に示す図、（ｂ）は参考例３に係る固定子へ印加する電圧の切替パターンを示す図である。(A) is a figure which shows typically the application state of the voltage to each individual electrode of a stator and a needle | mover which concerns on the reference example 3, and each individual electrode, (b) is applied to the stator which concerns on the reference example 3. It is a figure which shows the switching pattern of the voltage to perform. 実施形態１に係る静電モータの制御構成を示す模式的なブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram illustrating a control configuration of the electrostatic motor according to the first embodiment. 実施形態１に係る静電モータに３相交流電圧を加えて駆動させる際のロータ及びステータの動作推移状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the operation | movement transition state of a rotor and a stator at the time of driving by adding a three-phase alternating voltage to the electrostatic motor which concerns on Embodiment 1. FIG. （ａ）は従来の課題を説明する図であって、ステータに３相の電圧を印加した際のロータとステータとの動作推移状態を示す模式的な断面図である。（ｂ）は、（ａ）の要部を拡大誇張して模式的に示す拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）から更に貼り付きが進んだ時の図８（ａ）の要部を拡大誇張して模式的に示す拡大断面図である。(A) is a figure explaining the conventional subject, Comprising: It is typical sectional drawing which shows the operation | movement transition state of a rotor and a stator at the time of applying a three-phase voltage to a stator. (B) is an enlarged cross-sectional view schematically showing the main part of (a) in an enlarged and exaggerated manner. (C) is an enlarged view of the main part of FIG. 8 (a) when sticking further proceeds from (b). It is an expanded sectional view showing exaggeratedly and typically. （ａ）は実施形態１に係る静電モータのステータに３相の電圧を印加した際のロータとステータとの状態を示す模式的な断面図、（ｂ）は（ａ）の所定の時機にロータの電極と同極性の電圧を加えた際のロータとステータとの状態を示す模式的な断面図である。(A) is typical sectional drawing which shows the state of a rotor and a stator at the time of applying a three-phase voltage to the stator of the electrostatic motor which concerns on Embodiment 1, (b) is a predetermined time of (a). It is typical sectional drawing which shows the state of a rotor and a stator at the time of applying the voltage of the same polarity as the electrode of a rotor. 実施例１に係る静電モータの試験機の要部の構成図である。1 is a configuration diagram of a main part of an electrostatic motor testing machine according to Embodiment 1. FIG. 実施例１に係る静電モータのロータを取り外してステータ周りの構成を示す平面図である。It is a top view which removes the rotor of the electrostatic motor which concerns on Example 1, and shows the structure around a stator. 実施例１に係る静電モータのロータ構成を示す底面図である。FIG. 3 is a bottom view illustrating a rotor configuration of the electrostatic motor according to the first embodiment. 実施例１における静電モータのステータの各電極に印加する電圧パターンとしての３相矩形波を説明する図である。It is a figure explaining the three-phase rectangular wave as a voltage pattern applied to each electrode of the stator of the electrostatic motor in Example 1. FIG. （ａ）は、実施例１における同極印加間隔の角度を変え、その時のロータの回転速度（回転数）を測定した図表１である。（ｂ）は、（ａ）の図表１のグラフである。(A) is the chart 1 which changed the angle of the same pole application interval in Example 1, and measured the rotational speed (rotation speed) of the rotor at that time. (B) is a graph of the chart 1 of (a). （ａ）は、図１４（ａ）の図表１で示した最高値に固定し、印加時間を変え回転速度を測定した図表２である。（ｂ）は、（ａ）の図表２のグラフである。(A) is the chart 2 which fixed to the highest value shown in the chart 1 of Fig.14 (a), measured the rotational speed, changing the application time. (B) is a graph of Chart 2 of (a). 従来の静電モータの駆動方法を簡略化して示すフローチャートである。It is a flowchart which simplifies and shows the drive method of the conventional electrostatic motor. 本発明の静電モータの駆動方法を簡略化して示すフローチャートである。It is a flowchart which simplifies and shows the drive method of the electrostatic motor of this invention.

以下、図を参照して実施例を含む本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という）を詳細に説明する。各実施形態等に亘り、同一の機能および形状等を有する構成要素（部材や構成部品）等については、混同の虞がない限り一度説明した後では同一符号を付すことによりその説明を省略する。図および説明の簡明化を図るため、図に表されるべき構成要素であっても、その図において特別に説明する必要がない構成要素は適宜断わりなく省略することがある。公開特許公報等の構成要素を引用して説明する場合は、その符号に括弧を付して示し、各実施形態等のそれと区別するものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention including examples will be described in detail with reference to the drawings. In each embodiment and the like, components (members and components) having the same function and shape are described once unless they are confused, and the description thereof is omitted by giving the same reference numerals. In order to simplify the drawings and the description, even if the components are to be represented in the drawings, the components that do not need to be specifically described in the drawings may be omitted as appropriate. When quoting and explaining constituent elements such as published patent gazettes, the reference numerals are shown in parentheses to distinguish them from those of the embodiments.

（参考例１）
本発明の実施形態を説明する前に、図１〜図３を用いて、本発明を適用する好適な参考例を説明する。図１は、本発明を適用する参考例１に係る静電モータの主要構成を示す斜視図である。
図１に示すように、参考例１に係る静電電動機は、アキシャルギャップ型の静電モータ１である。静電モータ１は、薄い平板上に帯状電極としてのパターン電極５が形成された固定子としてのステータ２と、帯状電極としてのパターン電極６が形成された可動子としてのロータ３と、駆動軸としての回転軸４と、を備えている。 (Reference Example 1)
Before describing an embodiment of the present invention, a preferred reference example to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing a main configuration of an electrostatic motor according to Reference Example 1 to which the present invention is applied.
As shown in FIG. 1, the electrostatic motor according to Reference Example 1 is an axial gap type electrostatic motor 1. The electrostatic motor 1 includes a stator 2 as a stator in which a pattern electrode 5 as a strip electrode is formed on a thin flat plate, a rotor 3 as a mover in which a pattern electrode 6 as a strip electrode is formed, and a drive shaft. As a rotating shaft 4.

ステータ２とロータ３とは互いに対向して配置されていて、ステータ２とロータ３との間の微小な距離であるギャップを一定に保ちながら複数枚積層されて構成されている。回転軸４は、金属製であり、ロータ３だけに連結されていて、ロータ３が回転移動することで一体回転するように構成されている。ステータ２とロータ３との間に微小なギャップを設ける方法としては、例えば特開２００５−２７８３２４号公報記載の技術のように数十μｍのビーズをステータ２とロータ３の間に入れることで達成することができる。あるいは、特開２００５−２１０８５２号公報記載の技術のようにロータ３の側面にスペーサを挟む周知技術を用いて達成してもよい。 The stator 2 and the rotor 3 are disposed so as to face each other, and a plurality of layers are stacked while keeping a gap which is a minute distance between the stator 2 and the rotor 3 constant. The rotating shaft 4 is made of metal, is connected only to the rotor 3, and is configured to rotate integrally as the rotor 3 rotates. As a method of providing a minute gap between the stator 2 and the rotor 3, for example, as in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-278324, a several tens μm bead is inserted between the stator 2 and the rotor 3. can do. Or you may achieve using the well-known technique which pinches | interposes a spacer on the side surface of the rotor 3 like the technique of Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-210852.

ステータ２に形成された複数のパターン電極５には、３相の配線が３つのパターン電極５を１組としてそれぞれ接続されている。この３相の配線は、Ｕ、Ｖ、Ｗと記載されている。ロータ３に形成された複数のパターン電極６には、単相の配線７がされている。ロータ３への給電は、スリップリング８と呼ばれる内面に給電ブラシがついたものを回転軸４に装着し、このスリップリング８に配線７を接続することで、回転軸４経由で行われる。図１に示す参考例では、ステータ２のパターン電極５にＵ、Ｖ、Ｗの３相の配線を接続して極数を３相として構成しているが、ステータ２側の相数は３相に限定されるものでなく、２相の配線をして駆動するようにしてもよい。 A plurality of pattern electrodes 5 formed on the stator 2 are connected with three-phase wirings, each having three pattern electrodes 5 as one set. This three-phase wiring is described as U, V, and W. Single-phase wirings 7 are provided on the plurality of pattern electrodes 6 formed on the rotor 3. Power supply to the rotor 3 is performed via the rotary shaft 4 by attaching a power supply brush with an inner surface called a slip ring 8 to the rotary shaft 4 and connecting the wiring 7 to the slip ring 8. In the reference example shown in FIG. 1, three-phase wirings of U, V, and W are connected to the pattern electrode 5 of the stator 2 to configure the number of poles as three. However, the number of phases on the stator 2 side is three-phase. However, the present invention is not limited to this, and it may be driven with two-phase wiring.

図２を用いて、ステータ２の構成についてより詳細に説明する。図２（ａ）は参考例に係る静電モータのステータの構成を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）を展開した要部の断面図である。
ステータ２には、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、複数のパターン電極５が中心に貫通孔２Ｃを有する円環状の基板２Ａ上に形成されている。基板２Ａは、例えばガラス、セラミックス、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド等の絶縁体で構成されている。基板２Ａ上に形成された複数のパターン電極５は、複数の金属電極をパターン化して形成したもので、それぞれの個別電極に対応して３相配線がされている。図２の例では、Ｕ、Ｖ、Ｗの１組の配線のみを例示している。本参考例において、Ｕ配線が成されてＵ電極となる個別電極には符号５Ａを付し、Ｖ配線が成されてＶ電極となる個別電極には符号５Ｂを付し、Ｗ配線が成されてＷ電極となる個別電極には符号５Ｃを付して区別している。基板２Ａの貫通孔２Ｃには、回転軸４が絶縁部材（図示せず）を介してあるいは非接触状態で挿入される。パターン電極５の電極形状は、図２（ａ）に示すように、貫通孔２Ｃの中心から放射する方向（半径方向若しくは遠心方向でもある）に延びた放射状のパターンとして形成されている。また、パターン電極５の各個別電極５Ａ、５Ｂ、５Cは、エッジからの絶縁破壊を防ぐために、曲率化処理を行うこともある。 The configuration of the stator 2 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 2A is a plan view showing a configuration of a stator of an electrostatic motor according to a reference example, and FIG. 2B is a cross-sectional view of a main part in which FIG. 2A is developed.
In the stator 2, as shown in FIGS. 2A and 2B, a plurality of pattern electrodes 5 are formed on an annular substrate 2A having a through hole 2C in the center. The substrate 2A is made of an insulator such as glass, ceramics, glass epoxy resin, or polyimide. The plurality of pattern electrodes 5 formed on the substrate 2A are formed by patterning a plurality of metal electrodes, and three-phase wiring is provided corresponding to each individual electrode. In the example of FIG. 2, only one set of wirings of U, V, and W is illustrated. In this reference example, a reference electrode 5A is attached to the individual electrode that is the U wiring and becomes the U electrode, and a reference numeral 5B is assigned to the individual electrode that is the V wiring and becomes the V electrode, and the W wiring is made. Thus, the individual electrodes to be the W electrodes are distinguished by being denoted by reference numeral 5C. The rotary shaft 4 is inserted into the through hole 2C of the substrate 2A via an insulating member (not shown) or in a non-contact state. The electrode shape of the pattern electrode 5 is formed as a radial pattern extending in a direction (radial direction or centrifugal direction) radiating from the center of the through hole 2C as shown in FIG. Further, the individual electrodes 5A, 5B, and 5C of the pattern electrode 5 may be subjected to a curvature process in order to prevent dielectric breakdown from the edge.

図３を用いて、ロータ３の構成についてより詳細に説明する。図３（ａ）は参考例に係る静電モータのロータの構成を示す平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）を展開した要部の断面図である。
ロータ３には、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、複数のパターン電極６が中心に貫通孔３Ｃを有する円環状の基板３Ａ上に形成されている。基板３Ａも、基板２Ａと同様に、ガラス、セラミックス、ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド等の絶縁体で構成されている。パターン電極６は、貫通孔３Ｃの中心から放射する方向（半径方向）に延びた金属により構成された複数の個別電極６Ａで構成されている。各個別電極６Ａには、単相の配線が接続されている。本参考例では、基板３Ａの貫通孔３Ｃに金属製の回転軸４が挿入されることにより、回転軸４と金属製の個別電極６Ａとが接触するとともに、回転軸４と基板３Ａとが固定されて一体化される。 The configuration of the rotor 3 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 3A is a plan view showing a configuration of a rotor of an electrostatic motor according to a reference example, and FIG. 3B is a cross-sectional view of a main part in which FIG. 3A is developed.
In the rotor 3, as shown in FIGS. 3A and 3B, a plurality of pattern electrodes 6 are formed on an annular substrate 3 </ b> A having a through hole 3 </ b> C in the center. Similarly to the substrate 2A, the substrate 3A is also made of an insulator such as glass, ceramics, glass epoxy resin, or polyimide. The pattern electrode 6 is composed of a plurality of individual electrodes 6A made of metal extending in a direction (radial direction) radiating from the center of the through hole 3C. A single-phase wiring is connected to each individual electrode 6A. In this reference example, by inserting the metal rotating shaft 4 into the through hole 3C of the substrate 3A, the rotating shaft 4 and the metal individual electrode 6A come into contact with each other, and the rotating shaft 4 and the substrate 3A are fixed. And integrated.

このような構成において、ロータ３の個別電極６Ａを−極とし、ステータ２の各個別電極５Ａ、５Ｂ、５Ｃに３相交流電圧を印加するとともに、個別電極５Ａ、５Ｂ、５Ｃの極を、順次切り替えることにより、ステータ２とロータ３との間に静電気のクーロン力が作用する。このクーロン力によって、ロータ３の個別電極６Ａの−極に対して＋極となるステータ２側の個別電極との間には引力が発生し、−極となるステータ２側の個別電極との間には斥力が発生する。このため、個別電極５Ａ、５Ｂ、５Ｃの極の切替え方向、即ち、各相で発生する電界の合成磁界が順次方向を変えて移動する方向にロータ３を移動することができる。また、本参考例のように、ロータ３のパターン電極６の各個別電極６Ａが単極であることで、ロータ３への給電手段が簡素化でき、駆動ドライバの部品も少なくて済むことから、小型化を図り易くなる。また、ロータ３に給電しない場合よりも、パターン電極５、６間の静電気によるクーロン力を多く得ることができ、十分な駆動力を得ることができる。 In such a configuration, the individual electrode 6A of the rotor 3 is a negative pole, a three-phase AC voltage is applied to the individual electrodes 5A, 5B, and 5C of the stator 2, and the poles of the individual electrodes 5A, 5B, and 5C are sequentially applied. By switching, static Coulomb force acts between the stator 2 and the rotor 3. Due to this Coulomb force, an attractive force is generated between the individual electrode on the stator 2 side, which is a positive pole with respect to the negative pole of the individual electrode 6A of the rotor 3, and between the individual electrode on the stator 2 side, which is a negative pole. A repulsive force is generated. For this reason, the rotor 3 can be moved in the switching direction of the poles of the individual electrodes 5A, 5B, and 5C, that is, the direction in which the combined magnetic field of the electric field generated in each phase changes its direction. Further, as in this reference example, since each individual electrode 6A of the pattern electrode 6 of the rotor 3 is a single pole, the power feeding means to the rotor 3 can be simplified, and the number of parts of the drive driver can be reduced. It becomes easy to reduce the size. In addition, more Coulomb force due to static electricity between the pattern electrodes 5 and 6 can be obtained than when no power is supplied to the rotor 3, and sufficient driving force can be obtained.

尚、参考例１において、金属製の複数の個別電極６Ａを有するロータ３に代えて、帯状パターン膜に電荷を注入したエレクトレットを用いてパターン電極を形成したロータ（図示せず）であってもよい。この場合、図１を借りて説明すると、回転軸４は参考例同様、上記図示しないロータだけに連結されていて、このロータが回転移動することで一体回転するように構成されている。上記図示しないロータは、図３を借りて説明すると、中心に貫通孔３Ｃを有する円環状の基板（図示せず）上にエレクトレットからなる複数のパターン電極（図３（ａ）に示したと同様のパターン形状）が形成されている。上記図示しない基板は、ガラスなどの絶縁性の材料からなる基板と、この基板の表面に形成された金属層からなり、この金属層上に、エレクトレットからなる複数のパターン電極が形成されている。 In Reference Example 1, instead of the rotor 3 having a plurality of individual electrodes 6A made of metal, a rotor (not shown) in which pattern electrodes are formed using electrets in which electric charges are injected into a band-shaped pattern film may be used. Good. In this case, referring to FIG. 1, the rotating shaft 4 is connected only to the rotor (not shown) as in the reference example, and is configured to rotate integrally when the rotor rotates. The rotor (not shown) will be described with reference to FIG. 3. A plurality of pattern electrodes (similar to those shown in FIG. 3A) made of electrets on an annular substrate (not shown) having a through hole 3C in the center. Pattern shape) is formed. The substrate (not shown) includes a substrate made of an insulating material such as glass and a metal layer formed on the surface of the substrate, and a plurality of pattern electrodes made of electrets are formed on the metal layer.

ここでエレクトレットとは、フッ素樹脂などの絶縁体に電場を加えて電気分極（正と負の電気に分かれた状態）を起させ、その状態が半永久的に保持されているものをいう。本例の場合、上記絶縁性の基板上に上記金属層を形成し、金属層をアースと接地しているので、電場を加えた際の電気分極の状態が安定し、パターン電極をエレクトレットとして安定した状態で形成することができる。 Here, the electret refers to a material in which an electric field is applied to an insulator such as a fluororesin to cause electric polarization (a state divided into positive and negative electricity) and the state is maintained semipermanently. In this example, since the metal layer is formed on the insulating substrate and the metal layer is grounded to the ground, the state of electric polarization when an electric field is applied is stable, and the pattern electrode is stable as an electret. Can be formed.

（参考例２）
図４を用いて、本発明を適用する好適な参考例２に係る静電電動機としてのリニア型の静電モータ２０を説明する。図４は、本発明を適用する参考例２に係る静電モータの主要構成を示す斜視図である。
リニア型の静電モータ２０の基本的な構成は、アキシャルギャップ型と同じであり、帯状電極としてのパターン電極２５を備えた固定子としてのステータ２２と、帯状電極としてのパターン電極２６を備えた可動子２３とが所定のギャップをもって構成されている。
ステータ２２は、絶縁性の基板２２Ａ上に複数のパターン電極２５が可動方向と直交する方向に延在し、可動方向に間隔を空けて形成されている。基板２２Ａ上に形成された複数のパターン電極２５は、複数の金属電極をパターン化して形成したもので、それぞれの個別電極に３相配線が行われている。本例では、Ｕ、Ｖ、Ｗの１組の配線のみを例示している。本例において、Ｕ配線が成されてＵ電極となる個別電極には符号２５Ａを付し、Ｖ配線が成されてＶ電極となる個別電極には符号２５Ｂを付し、Ｗ配線が成されてＷ電極となる個別電極には符号２５Ｃを付して区別している。
可動子２３は、絶縁性の基板２３Ａ上に金属により複数の個別電極２６Ａが可動方向と直交する方向に延在し、可動方向に間隔を空けて形成されている。パターン電極２６は、基板２３Ａ上に金属により複数の個別電極２６Ａが形成されていて、各個別電極２６Ａに単相の配線７が接続する。 (Reference Example 2)
A linear electrostatic motor 20 as an electrostatic motor according to a preferred reference example 2 to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a perspective view showing the main configuration of an electrostatic motor according to Reference Example 2 to which the present invention is applied.
The basic configuration of the linear electrostatic motor 20 is the same as that of the axial gap type, and includes a stator 22 as a stator having a pattern electrode 25 as a strip electrode and a pattern electrode 26 as a strip electrode. The mover 23 is configured with a predetermined gap.
In the stator 22, a plurality of pattern electrodes 25 extend in a direction orthogonal to the movable direction on the insulating substrate 22A, and are formed at intervals in the movable direction. The plurality of pattern electrodes 25 formed on the substrate 22A are formed by patterning a plurality of metal electrodes, and three-phase wiring is performed on each individual electrode. In this example, only one set of wirings of U, V, and W is illustrated. In this example, a reference electrode 25A is assigned to the individual electrode that is the U wiring and becomes the U electrode, a reference sign 25B is assigned to the individual electrode that is the V wiring and becomes the V electrode, and the W wiring is made. The individual electrodes to be the W electrodes are distinguished by being denoted by reference numeral 25C.
The movable element 23 is formed by extending a plurality of individual electrodes 26 </ b> A in a direction orthogonal to the movable direction on the insulating substrate 23 </ b> A with an interval in the movable direction. In the pattern electrode 26, a plurality of individual electrodes 26A are formed of metal on a substrate 23A, and a single-phase wiring 7 is connected to each individual electrode 26A.

このような構成において、ステータ２２の各個別電極２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃに３相交流電圧を印加するとともに、可動子２３の個別電極２６Ａを−極とし、個別電極２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃの極を、順次切り替える。これにより、ステータ２２と可動子２３間に静電気のクーロン力が作用する。このクーロン力は、可動子２３の個別電極２６Ａの−極に対して＋極となるステータ側の個別電極との間には引力が発生し、−極となるステータ側の個別電極との間には斥力が発生する。このため、個別電極２５Ａ、2５Ｂ、２５Ｃの極の切換え方向、即ち、各相で発生する電界の合成磁界が順次方向を変えて移動する方向に可動子２３を移動することができる。また、本実施形態のように、可動子２３のパターン電極２６の各個別電極２６Ａが単極であることで、可動子２３への配線を簡略化することができるので、静電モータ２０および印加するための駆動ドライバの小型化、軽量化を図ることができる。可動子２３に給電しない場合よりも、パターン電極２５、２６間の静電気のクーロン力を多く得ることができ、十分な駆動力を得ることができる。 In such a configuration, a three-phase AC voltage is applied to the individual electrodes 25A, 25B, and 25C of the stator 22, the individual electrode 26A of the mover 23 is set to a negative pole, and the poles of the individual electrodes 25A, 25B, and 25C are Switch sequentially. Thereby, static Coulomb force acts between the stator 22 and the mover 23. This Coulomb force generates an attractive force between the individual electrode on the stator side that is a positive pole with respect to the negative pole of the individual electrode 26A of the mover 23, and between the individual electrode on the stator side that is a negative pole. Repulsive force is generated. For this reason, the mover 23 can be moved in the switching direction of the poles of the individual electrodes 25A, 25B, 25C, that is, the direction in which the combined magnetic field of the electric field generated in each phase changes its direction. Moreover, since each individual electrode 26A of the pattern electrode 26 of the mover 23 is a single pole as in the present embodiment, the wiring to the mover 23 can be simplified. Therefore, it is possible to reduce the size and weight of the drive driver. More electrostatic coulomb force between the pattern electrodes 25 and 26 can be obtained than when no power is supplied to the mover 23, and a sufficient driving force can be obtained.

リニア型の静電電動機の特徴としては、回転型であるアキシャルギャップ型等に比べて、パターン電極２５、２６の寸法精度が緩和でき、比較的製作しやすい点にある。このようなリニア型の静電モータ２０の場合、可動子２３への給電手段が簡素化でき、駆動ドライバの部品も少なくて済むことから、小型化を図り易くなる。 The linear electrostatic motor is characterized in that the dimensional accuracy of the pattern electrodes 25 and 26 can be relaxed and relatively easy to manufacture as compared to the axial gap type which is a rotary type. In the case of such a linear electrostatic motor 20, the power feeding means to the mover 23 can be simplified and the number of parts of the drive driver can be reduced, so that it is easy to reduce the size.

（参考例３）
図５を用いて、上述した静電モータの駆動原理となる極性切換え制御の参考例３について説明する。図５（ａ）は、固定子と可動子の各個別電極と、各個別電極への電圧の印加状態を模式的に示し、図５（ｂ）は固定子へ印加する電圧の切替パターンを示す。本例では可動子（ロータ）側は１相であり、固定子（ステータ）側は３相交流電圧を印加するようにしている。そして、固定子と可動子の個別電極数の比率を、固定子側が可動子側よりも大きくして異なるようにしている。図５の例では、固定子の個別電極を６７５極とし、可動子の個別電極を４５０極としている。図５（ａ）は、回転角度０°を開始位置として回転角度０．６°まで移動した状態を示している。
本例では、可動子は単相に接続して−極（マイナス極）に給電した状態であり、エレクトレットの場合は−帯電した状態とする。ここでは、説明上、便宜的に−極（マイナス極）としたが、＋極（プラス極）としてもよい。
固定子側は、図５（ｂ）に示すように、３相交流に給電し、所定角度(ここでは０．１°)毎に、Ｖ電極、Ｗ電極、Ｕ電極に対して＋極、０、−極に電極の極性切換え制御がなされている。なお、所定角度は０．１°に限定されるものではない。 (Reference Example 3)
A reference example 3 of polarity switching control, which is the driving principle of the electrostatic motor described above, will be described with reference to FIG. FIG. 5 (a) schematically shows the individual electrodes of the stator and the mover and the voltage application state to each individual electrode, and FIG. 5 (b) shows the switching pattern of the voltage applied to the stator. . In this example, the mover (rotor) side has one phase, and the stator (stator) side applies a three-phase AC voltage. Then, the ratio of the number of individual electrodes of the stator and the mover is made different on the stator side larger than the mover side. In the example of FIG. 5, the individual electrode of the stator has 675 poles and the individual electrode of the mover has 450 poles. FIG. 5A shows a state where the rotation angle is 0 ° and the rotation position is 0.6 °.
In this example, the mover is connected to a single phase and is supplied with power to the negative pole (minus pole). In the case of an electret, the movable element is charged. Here, for the sake of convenience, the negative pole (minus pole) is used for convenience, but a positive pole (plus pole) may be used.
As shown in FIG. 5B, the stator side supplies power to a three-phase alternating current, and at a predetermined angle (here, 0.1 °), a positive electrode and a positive electrode with respect to the V electrode, the W electrode, and the U electrode The polarity switching control of the electrode is performed on the negative electrode. The predetermined angle is not limited to 0.1 °.

このように各個別電極を定義した場合、固定子の＋極と可動子の−極の間には引力が発生する。同時に固定子の−極と可動子の−極の間には斥力が発生する。固定子の０と可動子の−極の間には引力が発生するが、固定子の＋極と可動子の−極の間に発生する引力に比べて小さい。図５（ａ）の例では、これら引力と斥力(静電気のクーロン力)を利用して可動子が右方向へ移動する。このように固定子の電極にかける電圧を角度毎に＋、０、−に極性切換え制御すべくスイッチングさせることで、可動子は右方向に持続的に移動する。すなわち、図５に示す極性切換え制御では、斥力と引力の双方を駆動力として利用しているので、十分な駆動力を得ることができる。
この極性切換え制御を、参考例１で示した静電モータ１に適用することで、回転軸４を持続的に回転駆動することができ、また参考例２で示した静電モータ２０に利用することで、ロータ以外のリニア型の静電モータの駆動を持続的に行うことができるようになる。このような静電モータの駆動方法とすることにより、可動子が単相であっても駆動することができるので、実用上十分な駆動トルクと剛性を実現しつつも、小型・軽量・薄型な静電電動機を実現することができる。 When each individual electrode is defined in this way, an attractive force is generated between the positive pole of the stator and the negative pole of the mover. At the same time, repulsive force is generated between the −pole of the stator and the −pole of the mover. An attractive force is generated between the zero of the stator and the negative pole of the mover, but is smaller than the attractive force generated between the positive pole of the stator and the negative pole of the movable element. In the example of FIG. 5A, the mover moves to the right using these attractive force and repulsive force (electrostatic Coulomb force). In this way, by switching the voltage applied to the stator electrodes to +, 0, and − for each angle so as to control the polarity switching, the mover continuously moves in the right direction. That is, in the polarity switching control shown in FIG. 5, since both repulsive force and attractive force are used as the driving force, a sufficient driving force can be obtained.
By applying this polarity switching control to the electrostatic motor 1 shown in the reference example 1, the rotating shaft 4 can be continuously driven to rotate, and is used for the electrostatic motor 20 shown in the reference example 2. Thus, the linear type electrostatic motor other than the rotor can be continuously driven. By adopting such a driving method of the electrostatic motor, the movable element can be driven even with a single phase, so that it is possible to achieve a practically sufficient driving torque and rigidity, while being small, light and thin. An electrostatic motor can be realized.

（実施形態１）
図６を用いて、実施形態１に係る静電モータの制御構成について説明する。図６は、実施形態１に係る静電モータの制御構成を示す模式的なブロック図である。
静電モータ１０１は、互いに対向する少なくとも１対の可動子としてのロータ（後述の図７等参照）、固定子としてのステータ（後述の図７等参照）とからなるアキシャルギャップ型の３相静電モータ（以下、単に「静電モータ」という）である。静電モータ１０１の基本的な構成は、図１〜図３に示した参考例１の静電モータ１と同様である。但し、本実施形態を含む以下の例では、説明の簡明化のため、１対のロータとステータとからなるアキシャルギャップ型の静電モータ１０１で説明する。静電モータ１０１は、参考例１の静電モータ１と比較して、図６に示す静電モータ１０１をスイッチング部１０２を介して制御する制御部１０３を備えた制御装置３００によって、後述の特有の制御がなされる点が相違する。 (Embodiment 1)
The control configuration of the electrostatic motor according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic block diagram illustrating a control configuration of the electrostatic motor according to the first embodiment.
The electrostatic motor 101 is an axial gap type three-phase static motor composed of at least a pair of rotors (see FIG. 7 and the like described later) facing each other and a stator (see FIG. 7 and the like described later) as stators. It is an electric motor (hereinafter simply referred to as “electrostatic motor”). The basic configuration of the electrostatic motor 101 is the same as that of the electrostatic motor 1 of Reference Example 1 shown in FIGS. However, in the following examples including the present embodiment, the explanation will be made with an axial gap type electrostatic motor 101 composed of a pair of rotors and stators for the sake of simplicity. Compared with the electrostatic motor 1 of the reference example 1, the electrostatic motor 101 is provided with a control device 300 including a control unit 103 that controls the electrostatic motor 101 illustrated in FIG. The difference is that control is performed.

上記ステータ及び上記ロータには、共に後述するように複数の個別電極（以下、単に「電極」という）が設けられ、それらに電力を供給することにより、静電力で駆動力を発生させることが可能に構成されている。但し、上記ロータの電極がエレクトレットを用いて構成されている場合、参考例でも説明したように電力を供給する必要はない。
静電モータ１０１の上記ロータの回転量は、回転検出部１０４によって検出される。この回転量の検出は、主に、上記ロータの図示しない駆動軸（回転軸）に取り付けられた、一定の回転角度ごとにパルスを出力するロータリエンコーダや、その他の光学センサを用いて行うように構成されている。上記のとおり、回転検出部１０４は、上記ステータの移動量としての回転量を検出する回転量検出手段として機能する。 Both the stator and the rotor are provided with a plurality of individual electrodes (hereinafter simply referred to as “electrodes”) as will be described later, and by supplying power to them, it is possible to generate driving force with electrostatic force. It is configured. However, when the electrodes of the rotor are configured using electrets, it is not necessary to supply power as described in the reference example.
The rotation amount of the rotor of the electrostatic motor 101 is detected by the rotation detection unit 104. The rotation amount is detected mainly by using a rotary encoder that is attached to a drive shaft (rotation shaft) (not shown) of the rotor and outputs a pulse at every fixed rotation angle, and other optical sensors. It is configured. As described above, the rotation detection unit 104 functions as a rotation amount detection unit that detects a rotation amount as the movement amount of the stator.

回転検出部１０４で検出された静電モータ１０１の回転量に係るデータ信号１０５は、制御部１０３に送信・入力される。制御部１０３は、検出した静電モータ１０１の回転量に応じて電力を供給する相を決める制御信号１０６を生成し、この制御信号１０６をスイッチング部１０２に送信する。制御信号１０６を受けて、スイッチング部１０２が動作し、静電モータ１０１の上記ステータの各相１０７−１、１０７−２、１０７−３に、制御部１０３の決定に応じた電力が供給される。例えば、３相交流電圧が印加される場合、静電モータ１０１の各相１０７−１、１０７−２、１０７−３は、図６中括弧を付して示すように、Ｕ配線を介してＵ電極に、Ｖ配線を介してＶ電極に、Ｗ配線を介してＷ電極に、それぞれ接続された３相配線に相当する。
上記のとおり、スイッチング部１０２は、上記ステータの各相の電極に加える所定の電圧パターンを順次切り替えて上記ステータを駆動する電圧切替駆動手段として機能する。
制御部１０３は、上記ロータの駆動時に、回転検出部１０４で検出した回転量に応じて、所定の電圧パターンを出力するよう、スイッチング部１０２を制御する制御手段として機能する。また、制御部１０３は、所定の電圧パターンの間に、上記ロータの一定の回転角度ごとに上記ステータの全ての電極に、上記ロータの電極と同極性の電圧を加えるようにスイッチング部１０２を制御する制御手段としても機能する。ここで、「上記ロータの一定の回転角度ごとに」とは、厳密には上記ロータの電極の少なくとも２ピッチ以上の距離を移動するごとにを意味する。 A data signal 105 related to the rotation amount of the electrostatic motor 101 detected by the rotation detection unit 104 is transmitted to and input to the control unit 103. The control unit 103 generates a control signal 106 that determines a phase for supplying power in accordance with the detected rotation amount of the electrostatic motor 101, and transmits the control signal 106 to the switching unit 102. In response to the control signal 106, the switching unit 102 operates, and electric power according to the determination of the control unit 103 is supplied to the respective phases 107-1, 107-2, 107-3 of the stator of the electrostatic motor 101. . For example, when a three-phase AC voltage is applied, the phases 107-1, 107-2, and 107-3 of the electrostatic motor 101 are connected via U wirings as shown in FIG. This corresponds to a three-phase wiring connected to the electrode via the V wiring to the V electrode and via the W wiring to the W electrode.
As described above, the switching unit 102 functions as a voltage switching drive unit that drives the stator by sequentially switching a predetermined voltage pattern applied to each phase electrode of the stator.
The control unit 103 functions as a control unit that controls the switching unit 102 so as to output a predetermined voltage pattern according to the rotation amount detected by the rotation detection unit 104 when the rotor is driven. Further, the control unit 103 controls the switching unit 102 so that a voltage having the same polarity as that of the electrodes of the rotor is applied to all the electrodes of the stator at a predetermined rotation angle of the rotor during a predetermined voltage pattern. It also functions as a control means. Here, "every constant rotation angle of the rotor" means strictly every time the rotor electrode moves a distance of at least two pitches.

制御部１０３は、例えば、ＣＰＵ、Ｉ／Ｏ（入出力）ポート、ＲＯＭやＰＲＯＭ、ＲＡＭ及びタイマ等を備え、それらが信号バスによって接続された構成を有するマイクロコンピュータを具備して構成してもよい。上記ＲＯＭやＰＲＯＭには、上記ＣＰＵの演算機能及び制御機能を発揮するためのプログラム（図１７のフローチャート）や、関係データ（図１３の駆動波形パターン、固定データ等）が予め記憶されている。 For example, the control unit 103 includes a CPU, an I / O (input / output) port, a ROM, a PROM, a RAM, a timer, and the like, and includes a microcomputer having a configuration in which these are connected by a signal bus. Good. In the ROM and PROM, a program (flowchart in FIG. 17) and related data (drive waveform pattern, fixed data, etc. in FIG. 13) for exhibiting the arithmetic and control functions of the CPU are stored in advance.

図７を用いて、実施形態１に係る静電モータ１０１に３相交流電圧を加えて駆動させる時の動作について説明する。図７は実施形態１に係る静電モータ１０１に３相交流電圧を加えて駆動させる際の、ステータとロータとの動作推移状態を説明する模式図である。以降、ステータとロータとの位置関係を分かりやすくするため、ステータとロータとの断面を平行に展開した展開図を用いて説明していく。また、ロータの電極は、エレクトレット材料を用いて形成され、電極は負（−）に帯電されており、それに対して引力を発生させる正（＋）の電圧をステータの電極に印加するものとする。尚、本発明はこれらの例等に限定するものではない。
図７に示す静電モータ１０１において、図中下部に示すステータ１２０には、複数の相で構成された電極１２１が後述のように所定のピッチで配置されている。ステータ１２０に対向し図中上部に示すロータ１３０には、単極に帯電（上記したとおり負（−）に帯電）された複数の電極１３１が後述のように所定のピッチで配置されている。静電モータ１０１は、ステータ１２０の電極数とロータの電極数との比が３：２で構成されている。 The operation when driving the electrostatic motor 101 according to the first embodiment by applying a three-phase AC voltage will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram for explaining an operation transition state between the stator and the rotor when the electrostatic motor 101 according to the first embodiment is driven by applying a three-phase AC voltage. Hereinafter, in order to make the positional relationship between the stator and the rotor easier to understand, description will be made using development views in which the sections of the stator and the rotor are developed in parallel. Further, the rotor electrode is formed using an electret material, and the electrode is negatively charged (−), and a positive (+) voltage that generates an attractive force is applied to the stator electrode. . The present invention is not limited to these examples.
In the electrostatic motor 101 shown in FIG. 7, electrodes 121 composed of a plurality of phases are arranged at a predetermined pitch as will be described later on a stator 120 shown in the lower part of the drawing. In the rotor 130 facing the stator 120 and shown in the upper part of the drawing, a plurality of electrodes 131 charged to a single pole (negatively charged as described above) are arranged at a predetermined pitch as described later. The electrostatic motor 101 is configured such that the ratio of the number of electrodes of the stator 120 to the number of electrodes of the rotor is 3: 2.

ステータ１２０の電極１２１に、図６のスイッチング部１０２により、図７（ａ）に示す３相交流電圧（以下、「３相の電圧」ともいう）、即ちステータ１２０の電極１２１のＶ電極、Ｗ電極、Ｕ電極に対して図において左側から順に、−、−、＋を印加する。すると、対向するロータ１３０の電極１３１とステータ１２０の電極１２１とが同じ−に帯電しているときには斥力が、ステータ１２０の電極１２１が逆の＋に帯電している部位では引力が働くので、図７（ｂ）に示す矢印方向の位置にロータ１３０が移動する。この際、ロータ１３０の移動量を図６の回転検出部１０４により検出する。
ロータ１３０が図７（ａ）から図７（ｂ）へ移動した後、ステータ１２０の電極１２１に、スイッチング部１０２により、図７（ｂ）のような３相の電圧（図において左側から順に、−、＋、−）を印加すると、ロータ１３０が図７（ｃ）に示す位置に移動する。このように、ロータ１３０の回転移動と３相の電圧のスイッチングとを繰り返すことで、静電モータ１０１を駆動させることができる。また、参考例３でも説明したように、ステータ１２０の電極数：ロータ１３０の電極数の比が３：２となる電極配置では、常に推進力が働くように各電極に電圧を印加することができるので、静電モータ１０１を連続的に駆動することが可能である。 6 is applied to the electrode 121 of the stator 120 by the switching unit 102 in FIG. 6, that is, the three-phase AC voltage (hereinafter also referred to as “three-phase voltage”) shown in FIG. -,-, And + are applied to the electrode and the U electrode sequentially from the left side in the figure. Then, the repulsive force works when the electrode 131 of the rotor 130 and the electrode 121 of the stator 120 facing each other are charged to the same −, and the attractive force works at the portion where the electrode 121 of the stator 120 is charged to the opposite +. The rotor 130 moves to the position indicated by the arrow in FIG. At this time, the movement amount of the rotor 130 is detected by the rotation detection unit 104 of FIG.
After the rotor 130 has moved from FIG. 7 (a) to FIG. 7 (b), three-phase voltages as shown in FIG. When −, +, −) is applied, the rotor 130 moves to the position shown in FIG. Thus, the electrostatic motor 101 can be driven by repeating the rotational movement of the rotor 130 and the switching of the three-phase voltage. Further, as described in Reference Example 3, in the electrode arrangement in which the ratio of the number of electrodes of the stator 120 to the number of electrodes of the rotor 130 is 3: 2, it is possible to apply a voltage to each electrode so that the driving force always works. Therefore, the electrostatic motor 101 can be continuously driven.

図８を用いて、従来技術の問題・課題を補説する。図８（ａ）は従来の課題を説明する図であって、ステータに３相の電圧を印加した際のロータとステータとの動作推移状態を示す模式的な断面図である。図８（ｂ）は図８（ａ）の要部を拡大誇張して模式的に示す拡大断面図、図８（ｃ）は図８（ｂ）から更に貼り付きが進んだ時の図８（ａ）の要部を拡大誇張して模式的に示す拡大断面図である。
図８において、従来の静電モータ１０００は、互いに対向する１対の、剛体且つエレクトレットで構成されたロータ１１３０と、弾性体で構成されたステータ１１２０とからなる。ここで、ロータ１１３０は、例えば基材１１３２がガラス基板で形成されている。ステータ１１２０は、例えば基材１１２２がポリイミド樹脂等の弾性体で形成されている。ロータ１１３０は、基材１１３２の厚さにもよるが、ステータ１１２０に対して実質的に剛体とみなせるレベルにあるものとする。ステータ１１２０が弾性体の場合、ロータ１１３０のゆがみや反りに合わせてステータ１１２０が弾性変形し、ステータ１１２０とロータ１１３０との間の距離であるギャップ（隙間）が均一になり、駆動力が増す。 Using FIG. 8, the problems and issues of the prior art are supplemented. FIG. 8A is a diagram for explaining a conventional problem, and is a schematic cross-sectional view showing an operation transition state between the rotor and the stator when a three-phase voltage is applied to the stator. FIG. 8B is an enlarged cross-sectional view schematically showing the main part of FIG. 8A in an enlarged and exaggerated manner, and FIG. 8C is a view of FIG. 8 when the sticking further proceeds from FIG. It is an expanded sectional view which expands and exaggerates the principal part of a) typically.
Referring to FIG. 8, a conventional electrostatic motor 1000 includes a pair of opposed rotors 1130 made of a rigid body and an electret, and a stator 1120 made of an elastic body. Here, as for the rotor 1130, the base material 1132 is formed with the glass substrate, for example. In the stator 1120, for example, the base 1122 is formed of an elastic body such as polyimide resin. It is assumed that the rotor 1130 is at a level that can be regarded as a substantially rigid body with respect to the stator 1120, depending on the thickness of the base material 1132. When the stator 1120 is an elastic body, the stator 1120 is elastically deformed in accordance with the distortion or warping of the rotor 1130, the gap (gap) that is the distance between the stator 1120 and the rotor 1130 becomes uniform, and the driving force increases.

しかし、図８（ａ）に示すように、ステータ１１２０の電極１１２１の正（＋）の電圧部位とロータ１１３０の電極１１３１の負（−）の電圧部位との間に発生する引力により、ロータ１１３０の電極１１３１に引き寄せられて、弾性体のステータ１１２０は浮かび上がるようになる。駆動が遅いうちは、次に正の電圧が印加され、ロータ１１３０の電極１１３１が近付く前にステータ１１２０の電極１１２１は弾性的に復帰して下方へ変位する。駆動が加速していくと、ステータ１１２０の電極１１２１が下方へ変位する前に正の電圧が印加され、ロータ１１３０の電極１１３１が近付くようになり、ステータ１１２０の電極１１２１が徐々にロータ１１３０の電極１１３１と接触するようになる（図８（ｂ）参照）。更に、ステータ１１２０の電極１１２１がロータ１１３０の電極１１３１と接触すると摩擦抵抗が大きくなり、ロータ１１３０の駆動を妨げるようになる。最終的には、ステータ１１２０の電極１１２１がロータ１１３０の電極１１３１に貼り付き駆動を止めてしまう（図８（ｃ）参照）。 However, as shown in FIG. 8A, the rotor 1130 is caused by an attractive force generated between the positive (+) voltage portion of the electrode 1121 of the stator 1120 and the negative (−) voltage portion of the electrode 1131 of the rotor 1130. By being attracted to the electrode 1131, the elastic stator 1120 comes to float. While the driving is slow, a positive voltage is applied next, and the electrode 1121 of the stator 1120 is elastically restored and displaced downward before the electrode 1131 of the rotor 1130 approaches. As the drive accelerates, a positive voltage is applied before the electrode 1121 of the stator 1120 is displaced downward, the electrode 1131 of the rotor 1130 approaches, and the electrode 1121 of the stator 1120 gradually approaches the electrode of the rotor 1130. It comes into contact with 1131 (see FIG. 8B). Further, when the electrode 1121 of the stator 1120 comes into contact with the electrode 1131 of the rotor 1130, the frictional resistance increases, and the driving of the rotor 1130 is hindered. Eventually, the electrode 1121 of the stator 1120 sticks to the electrode 1131 of the rotor 1130 and stops driving (see FIG. 8C).

図９を用いて、図８で補説した従来技術の課題を解消できる実施形態１に係る静電モータ１０１の駆動方法について説明する。図９（ａ）は実施形態１に係る静電モータ１０１のステータに３相の電圧を印加した際のロータとステータとの状態を示す模式的な断面図である。図９（ｂ）は実施形態１に係る静電モータ１０１の所定の時機にロータの電極と同極性の電圧を加えた際のロータとステータとの状態を示す模式的な断面図である。
図９において、実施形態１に係る静電モータ１０１は、互いに対向する１対の、剛体且つエレクトレットで構成されたロータ１３０と、弾性体で構成されたステータ１２０とからなる。ここで、ロータ１３０は、後述の実施例１のように基材１３２が所定の厚さのガラス基板で形成されている。ステータ１２０は、後述の実施例１のように基材１２２が所定の厚さのポリイミド樹脂の弾性体で形成されている。これにより、ロータ１３０は、ステータ１２０に対して実質的に剛体とみなせるレベルにある。 A driving method of the electrostatic motor 101 according to the first embodiment that can solve the problem of the conventional technique supplemented in FIG. 8 will be described with reference to FIG. FIG. 9A is a schematic cross-sectional view illustrating a state of the rotor and the stator when a three-phase voltage is applied to the stator of the electrostatic motor 101 according to the first embodiment. FIG. 9B is a schematic cross-sectional view showing a state of the rotor and the stator when a voltage having the same polarity as the electrodes of the rotor is applied to the predetermined timing of the electrostatic motor 101 according to the first embodiment.
In FIG. 9, the electrostatic motor 101 according to the first embodiment includes a pair of opposed rotors 130 made of a rigid body and an electret, and a stator 120 made of an elastic body. Here, in the rotor 130, the base material 132 is formed of a glass substrate having a predetermined thickness as in Example 1 described later. In the stator 120, the base material 122 is formed of a polyimide resin elastic body having a predetermined thickness as in Example 1 described later. Thus, the rotor 130 is at a level that can be regarded as a substantially rigid body with respect to the stator 120.

図９（ａ）に示すように、ステータ１２０の電極１２１の正（＋）の電圧部位とロータ１３０の電極１３１の負（−）の電圧部位との間に発生する引力により、弾性体のステータ１２０はロータ１３０の電極１３１に引き寄せられて徐々に浮かび上がるようになる。
そこで、図９（ｂ）に示すように、ステータ１２０の電極１２１の全てにロータ１３０の電極１３１と同極性の負（−）電圧を印加する。すると、引力で浮かび上がっていたステータ１２０の電極１２１部位がロータ１３０の電極１３１との間に作用する斥力により下方に変位させる力が働き、元の位置へ弾性的に押し戻される。これによって、ステータ１２０の電極１２１とロータ１３０の電極１３１とが接触することなく、一定のギャップを保ち続けることができる。また、ステータ１２０の電極１２１の全てにロータ１３０の電極１３１と同極性の電圧を印加するタイミングを、それまで正の電圧が印加されていたステータ１２０の電極１２１とロータ１３０の電極１３１とが完全に重なる直前に印加する。これにより、浮かび上がったステータ１２０の電極１２１部位は斥力により下方に押されるが、他のステータ１２０の電極１２１は斥力によりロータ１３０の矢印で示す推進・移動方向に力を与えられる。従って、連続してロータ１３０に推進力を与えることができ、ロータ１３０の回転駆動を止めることなく、静電モータ１０１を駆動し続けることができる。 As shown in FIG. 9A, an elastic stator is generated by an attractive force generated between a positive (+) voltage portion of the electrode 121 of the stator 120 and a negative (−) voltage portion of the electrode 131 of the rotor 130. 120 is attracted to the electrode 131 of the rotor 130 and gradually emerges.
Therefore, as shown in FIG. 9B, a negative (−) voltage having the same polarity as that of the electrode 131 of the rotor 130 is applied to all the electrodes 121 of the stator 120. Then, a force that causes the electrode 121 portion of the stator 120 that has been lifted by the attractive force to be displaced downward by the repulsive force acting between the electrode 130 and the rotor 130 is actuated and elastically pushed back to the original position. As a result, the electrode 121 of the stator 120 and the electrode 131 of the rotor 130 do not come into contact with each other, and a constant gap can be maintained. In addition, the timing of applying the voltage having the same polarity as that of the electrode 131 of the rotor 130 to all the electrodes 121 of the stator 120 is such that the electrode 121 of the stator 120 and the electrode 131 of the rotor 130 to which a positive voltage has been applied are completely applied. Apply immediately before overlapping. As a result, the surface of the electrode 121 of the stator 120 that has emerged is pushed downward by the repulsive force, but the electrode 121 of the other stator 120 is given a force in the propulsion / movement direction indicated by the arrow of the rotor 130 by the repulsive force. Therefore, a driving force can be continuously applied to the rotor 130, and the electrostatic motor 101 can be continuously driven without stopping the rotational driving of the rotor 130.

（実施例１）
図１０〜図１２を用いて、本発明の実験を行うために試作した静電モータの試験機を説明する。図１０は実施例１に係る静電モータの試験機の要部の構成図である。図１１は実施例１に係る静電モータのロータを取り外してステータ周りの構成を示す平面図、図１２は実施例１に係る静電モータのロータ構成を示す底面図である。
図１０に示す試験機は、弾性体で構成されたステータ１２０と、ガラス基板で且つエレクトレット電極で構成されたロータ１３０とを互いに対向させた静電モータ１０１と、ロータ１３０の回転軸１４０と同軸に接続されたロータリエンコーダ１５０とからなる。試験機に用いた静電モータ１０１は、一対の単層構成のステータ１２０とロータ１３０とからなり、図６で説明した制御装置３００で制御される。ここで、ロータリエンコーダ１５０とは、ロータリエンコーダ１５０に設けられた、図示しない光透過型のフォトセンサを含んで構成されている。 Example 1
A test machine for an electrostatic motor, which was prototyped for conducting the experiment of the present invention, will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a configuration diagram of a main part of the electrostatic motor testing machine according to the first embodiment. 11 is a plan view showing the configuration around the stator with the rotor of the electrostatic motor according to the first embodiment removed, and FIG. 12 is a bottom view showing the rotor configuration of the electrostatic motor according to the first embodiment.
The testing machine shown in FIG. 10 is coaxial with an electrostatic motor 101 in which a stator 120 made of an elastic body, a rotor 130 made of a glass substrate and an electret electrode are opposed to each other, and a rotating shaft 140 of the rotor 130. And a rotary encoder 150 connected to the. The electrostatic motor 101 used in the testing machine is composed of a pair of single-layer stator 120 and rotor 130, and is controlled by the control device 300 described with reference to FIG. Here, the rotary encoder 150 includes a light transmission type photosensor (not shown) provided in the rotary encoder 150.

ステータ１２０は、図１０、図１１に示すように、基材１２２がポリイミド樹脂（ＰＩ）からなる両面フレキシブルプリント基板（以下、「両面ＦＰＣ１２７」という）の両面に、６７５本、長さ６８ｍｍの電極１２１が０．５３３°ピッチで作製されている。ステータ１２０の電極１２１は、銅電極であり、ポリイミド樹脂製の厚さ７０μｍの両面ＦＰＣ１２７の両面に配線されている。ステータ１２０の大きさは、外径最外周の配線部１２４において、外径：φ１２０ｍｍ（電極１２１で外径：φ１１２ｍｍ、電極長６８ｍｍ）であり、両面ＦＰＣ１２７は１辺が１５０ｍｍの正方形をなす。
各電極１２１のＵ電極、Ｖ電極、Ｗ電極は、その内周配線部１２３と外周配線部１２４より３相の各相の電源入力部１２５とそれぞれ接続される。配線が交差するため一部の配線は裏面に配線し、各電極１２１部にてスルーホール(図示せず)を通して接続される。 As shown in FIGS. 10 and 11, the stator 120 has 675 electrodes and a length of 68 mm on both sides of a double-sided flexible printed circuit board (hereinafter referred to as “double-sided FPC127”) whose base material 122 is made of polyimide resin (PI). 121 is manufactured at a pitch of 0.533 °. The electrodes 121 of the stator 120 are copper electrodes and are wired on both surfaces of a double-sided FPC 127 made of polyimide resin and having a thickness of 70 μm. The stator 120 has an outer diameter: φ120 mm (outer diameter: φ112 mm, electrode length: 68 mm for the electrode 121) in the outermost wiring portion 124, and the double-sided FPC 127 forms a square with a side of 150 mm.
The U electrode, the V electrode, and the W electrode of each electrode 121 are connected to the power input part 125 of each of the three phases through the inner peripheral wiring part 123 and the outer peripheral wiring part 124, respectively. Since the wiring intersects, a part of the wiring is wired on the back surface and connected through through holes (not shown) at each electrode 121 portion.

ロータ１３０は、図１０、図１２に示すように、基材１３２としての厚さ１ｍｍのガラス基板上に、パターニングされた４５０本、長さ６８ｍｍのエレクトレット製の電極１３１を０．８°ピッチで作製されている。ロータ１３０の大きさは、外径：φ１２５ｍｍ（電極１３１で外径：φ１１２ｍｍ、電極長６８ｍｍ）である。エレクトレット製の電極１３１は、帯電を保持する性質があるので電力を供給する必要がないので配線はされていない。 As shown in FIGS. 10 and 12, the rotor 130 has 450 patterned electret electrodes 131 having a length of 68 mm on a glass substrate having a thickness of 1 mm as a base material 132 at a pitch of 0.8 °. Have been made. The size of the rotor 130 is an outer diameter: φ125 mm (the outer diameter of the electrode 131 is φ112 mm, and the electrode length is 68 mm). The electret electrode 131 is not wired because it does not need to be supplied with electric power because it has a property of maintaining electrification.

上記試験機の静電モータ１０１で、以下の駆動条件で試験を行った。静電モータ１０１のステータ１２０の電極１２１であるＵ電極、Ｖ電極、Ｗ電極に加える３相の印加電圧は、±２５０Ｖである。エレクトレット製の電極１３１は、コロナ帯電にて約−４００Ｖに予め帯電されている。ロータリエンコーダ１５０の信号をカウントし、ステータ１２０の各電極１２１に印加する電圧を図６のスイッチング部１０２でスイッチングして、図１３に示す３相の矩形波（方形波）を生成してステータ１２０の各電極１２１に印加した。 The test was performed with the electrostatic motor 101 of the test machine under the following driving conditions. The three-phase applied voltage applied to the U electrode, the V electrode, and the W electrode, which are the electrodes 121 of the stator 120 of the electrostatic motor 101, is ± 250V. The electret electrode 131 is pre-charged to about −400 V by corona charging. The signal from the rotary encoder 150 is counted, and the voltage applied to each electrode 121 of the stator 120 is switched by the switching unit 102 in FIG. 6 to generate a three-phase rectangular wave (square wave) shown in FIG. Applied to each electrode 121.

ここで、図１３を参照して、前述試験機における静電モータ１０１のステータ１２０の各電極１２１に加える３相の電圧パターンについて説明する。図１３に示すように、ステータ１２０の各電極１２１であるＵ電極、Ｖ電極、Ｗ電極には、通常電圧パターン区間９０２において、デューティ比Ｄが３３％の３相交流電圧の矩形波を印加している。
ここで、デューティ比Ｄ＝τ／Ｔ×１００[％]である。但し、Ｔは３相交流電圧の矩形波の周期を、τは矩形波電圧の印加時間を、それぞれ示す。そして、ロータ１３０の回転角度の一定角度ごとに、ロータ１３０の電極１３１と同極性の同極性電圧印加期間９０１を設け、ロータ１３０の電極１３１と同極性の電圧（図１３では−２５０Ｖ）を印加する。このように、通常電圧パターン区間９０２と、ロータ１３０の一定角度ごとに、ロータ１３０の電極１３１と同極性の同極性電圧印加期間９０１を設けて駆動することで、ステータ１２０とロータ１３０との貼り付きを抑え、安定した駆動を得ることができた。図１３はデューティ比Ｄを３３％で示しているがそれに限定するものではない。しかしながら、デューティ比Ｄが３３％のとき、ロータ１３０の回転速度がより高く得られた。 Here, with reference to FIG. 13, the three-phase voltage pattern applied to each electrode 121 of the stator 120 of the electrostatic motor 101 in the test machine will be described. As shown in FIG. 13, a rectangular wave of a three-phase AC voltage having a duty ratio D of 33% is applied to the U electrode, the V electrode, and the W electrode that are the respective electrodes 121 of the stator 120 in the normal voltage pattern section 902. ing.
Here, the duty ratio D = τ / T × 100 [%]. However, T represents the period of the rectangular wave of the three-phase AC voltage, and τ represents the application time of the rectangular wave voltage. Then, for each fixed rotation angle of the rotor 130, a voltage application period 901 having the same polarity as that of the electrode 131 of the rotor 130 is provided, and a voltage having the same polarity as the electrode 131 of the rotor 130 (-250V in FIG. 13) is applied. To do. In this way, the normal voltage pattern section 902 and the same polarity voltage application period 901 having the same polarity as the electrode 131 of the rotor 130 are provided for each fixed angle of the rotor 130 to drive the stator 120 and the rotor 130. Suppression was suppressed and stable driving was obtained. Although FIG. 13 shows the duty ratio D as 33%, it is not limited thereto. However, when the duty ratio D was 33%, the rotational speed of the rotor 130 was higher.

前述の試験機にて駆動実験を行った結果、前述の一定期間ごとにステータ１２０の全ての電極１２１にロータ１３０の電極１３１と同極性の負（−）電圧を印加する方法を採用することで、回転速度が１００ｒｐｍから最大２０５ｒｐｍまで向上させることができた。このとき、正の電圧が印加されていたステータ１２０の電極１２１の電圧を負（−）極に変えるタイミングは、ロータ１３０の電極１３１と完全に重なる０．０２５°前に行った。また、回転速度は、ロータリエンコーダ１５０から入力される信号のみで制御されているので、回転速度が速くなったということは摩擦抵抗が小さくなったと考えられ、ステータ１２０とロータ１３０との接触が抑えられ、安定した駆動ができたと考えられる。 As a result of conducting a driving experiment with the above-described testing machine, by adopting a method of applying a negative (−) voltage having the same polarity as that of the electrode 131 of the rotor 130 to all the electrodes 121 of the stator 120 every predetermined period described above. The rotation speed could be increased from 100 rpm to a maximum of 205 rpm. At this time, the timing of changing the voltage of the electrode 121 of the stator 120 to which the positive voltage was applied to the negative (−) pole was performed 0.025 ° before completely overlapping the electrode 131 of the rotor 130. Further, since the rotation speed is controlled only by a signal input from the rotary encoder 150, it is considered that the increase in the rotation speed reduces the frictional resistance, and the contact between the stator 120 and the rotor 130 is suppressed. It is considered that stable driving was achieved.

図１４（ａ）は、実施例１の試験機にてステータ１２０の全ての電極１２１にロータ１３０の電極１３１と同極性の同極性電圧を加える同極印加間隔の角度を変え、その時のロータ１３０の回転速度（回転数）を測定したものである。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の表１をグラフにしたものである。
この実験結果より、ロータ１３０の電極１３１と同極性の電圧をステータ１２０の全ての電極１２１に印加しない場合では、ロータ１３０の回転速度は１００ｒｐｍであった。一方、図１３の同極性電圧印加期間９０１の間に、ステータ１２０の全ての電極１２１にロータ１３０の電極１３１と同極性の同極性電圧を印加することで、ロータ１３０の回転速度が向上していることが分かった。また、その効果は、３５〜４５°で大きいことが分かった。 FIG. 14A shows the rotor 130 at that time by changing the angle of the same-polarity application interval in which the same polarity voltage as that of the electrode 131 of the rotor 130 is applied to all the electrodes 121 of the stator 120 in the testing machine of the first embodiment. Is measured. FIG. 14B is a graph of Table 1 in FIG.
From this experimental result, when the voltage having the same polarity as that of the electrode 131 of the rotor 130 is not applied to all the electrodes 121 of the stator 120, the rotational speed of the rotor 130 is 100 rpm. On the other hand, during the same polarity voltage application period 901 in FIG. 13, by applying the same polarity voltage having the same polarity as the electrode 131 of the rotor 130 to all the electrodes 121 of the stator 120, the rotational speed of the rotor 130 is improved. I found out. Moreover, it turned out that the effect is large at 35-45 degrees.

図１５（ａ）は、ロータ１３０の電極１３１と同極性の電圧の同極印加間隔を図１４（ａ）の表１で示した最高値であった４０°に固定し、印加時間を変え回転速度を測定したものである。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の表２をグラフにしたものである。
この実験結果より、ロータ１３０の電極１３１と同極性の電圧をステータ１２０の全ての電極１２１に印加する印加時間は、０．５〜５μｓの範囲で効果的であり、２．５μｓが最適であることが分かった。 FIG. 15A shows that the same-polarity application interval of the same polarity as the electrode 131 of the rotor 130 is fixed at 40 ° which is the maximum value shown in Table 1 of FIG. It is a measure of speed. FIG. 15B is a graph of Table 2 in FIG.
From this experimental result, the application time for applying a voltage having the same polarity as the electrode 131 of the rotor 130 to all the electrodes 121 of the stator 120 is effective in the range of 0.5 to 5 μs, and 2.5 μs is optimal. I understood that.

上述の実験結果を踏まえ、図６に示した制御部１０３の記憶手段としての上記ＲＯＭには、ロータリエンコーダ１５０により検出されたロータ１３０の回転量の一定量ごとに、同極性電圧を加える印加間隔が５０°以下に予め記憶され設定される（請求項２）。より好ましくは、上記ＲＯＭには、同極性電圧を加える印加間隔が３５〜４５°に予め記憶され設定される（請求項３）。また、上記ＲＯＭには、同極性電圧を加える印加時間は０．５〜５μｓに予め記憶され設定される（請求項４）。
尚、上記実験データを上記ＲＯＭに予め記憶し設定するのに代えて、その後追加試験で得られた更に有効な実験データに変更できるようにフラッシュメモリなどを利用して、サービス担当者等が随時プログラムのデータの書替えを行うようにしてもよい。 Based on the above experimental results, the application interval for applying the same polarity voltage to the ROM as the storage means of the control unit 103 shown in FIG. 6 for each fixed amount of rotation of the rotor 130 detected by the rotary encoder 150. Is stored and set in advance at 50 ° or less (claim 2). More preferably, the application interval for applying the same polarity voltage is stored and set in advance in the ROM at 35 to 45 ° (claim 3). In the ROM, the application time for applying the same polarity voltage is stored and set in advance in a range of 0.5 to 5 μs.
Instead of storing and setting the experiment data in the ROM in advance, a service person or the like can use the flash memory or the like so that it can be changed to a more effective experiment data obtained in an additional test. The program data may be rewritten.

図１６を用いて、従来の静電モータの駆動方法について説明する。図１６は従来の静電モータの駆動方法を簡略化して示すフローチャートである。
駆動を開始すると、電圧パターン切り替え量移動したのを検出するのを待つ（ステップＳ１）。図１０に示した試験機において、ロータリエンコーダ１５０の検出した信号を制御装置３００の制御部１０３（図１０には図示せず）に入力し、パルス数を割り込みで検出・カウントし、ロータの回転量を計測した。ステップＳ１において、電圧パターン切り替え量を満たすと、電圧パターンを次の信号に切り替え、ステータの電極に入力する電圧を切り替える（ステップＳ２）。これを繰り返すことで駆動する。このときの電圧パターンは、図１３に示す通常電圧パターン区間９０２だけの場合となる。 A conventional method for driving an electrostatic motor will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a flowchart showing a simplified method of driving a conventional electrostatic motor.
When driving is started, it is waited to detect that the voltage pattern switching amount has been moved (step S1). In the testing machine shown in FIG. 10, the signal detected by the rotary encoder 150 is input to the control unit 103 (not shown in FIG. 10) of the control device 300, the number of pulses is detected and counted by interruption, and the rotor rotates. The amount was measured. When the voltage pattern switching amount is satisfied in step S1, the voltage pattern is switched to the next signal, and the voltage input to the stator electrode is switched (step S2). It is driven by repeating this. The voltage pattern at this time is only the normal voltage pattern section 902 shown in FIG.

図１７を用いて、本発明の静電モータの駆動方法について説明する。図１７は本発明の静電モータの駆動方法を簡略化して示すフローチャートである。
駆動を開始すると、電圧パターン切り替え量移動したのを検出するのを待つ（ステップＳ５）。図１０の試験機において、ロータリエンコーダ１５０の検出した信号を制御装置３００の制御部１０３（図１０には図示せず）に入力し、パルス数を割り込みで検出・カウントし、ロータの回転量を計測した。
ステップＳ５において電圧パターン切り替え量を満たすと、更に、ロータの電極と同極性の電圧を印加する同極印加間隔（図１７では「同極性出力間隔」と記載）移動したかを検出する（ステップＳ６）。図１０の試験機においては、電圧パターンの切り替え数をカウントし、ロータが一定の回転角度以上回転したときに、ロータの電極と同極性の電圧をステータの全ての電極に印加した。そして、ロータ電極と同極性の電圧を印加する同極印加間隔移動する場合（図１７では「ロータ同極性出力間隔」を満たす場合）に、ロータの電極と同極性の電圧を一定時間（本試験機では２．５μs）印加した（ステップＳ７）。その後、電圧パターンを次の信号に切り替えステータの電極に入力する電圧を切り替える（ステップＳ８）。これを繰り返すことで駆動する。尚、このときの電圧パターンは、図１３に示したとおりの、通常電圧パターン区間９０２に加え、ロータ１３０の回転角度の一定角度ごとに、ロータ１３０の電極１３１と同極性の同極性電圧印加期間９０１を設けたものになる。 The electrostatic motor driving method of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a flowchart showing a simplified method of driving the electrostatic motor of the present invention.
When driving is started, it is waited to detect that the voltage pattern switching amount has been moved (step S5). In the testing machine of FIG. 10, the signal detected by the rotary encoder 150 is input to the control unit 103 (not shown in FIG. 10) of the control device 300, the number of pulses is detected and counted by interruption, and the amount of rotation of the rotor is determined. Measured.
When the voltage pattern switching amount is satisfied in step S5, it is further detected whether the same-polarity application interval for applying a voltage having the same polarity as that of the rotor electrode (described as “same-polarity output interval” in FIG. 17) has been moved (step S6) ). In the testing machine of FIG. 10, the number of voltage pattern switching was counted, and when the rotor rotated more than a certain rotation angle, a voltage having the same polarity as the electrodes of the rotor was applied to all the electrodes of the stator. When the same polarity application interval is applied to apply a voltage having the same polarity as that of the rotor electrode (when the “rotor same polarity output interval” is satisfied in FIG. 17), the voltage having the same polarity as that of the rotor electrode is applied for a certain period of time (this test (2.5 μs in the machine) was applied (step S7). Thereafter, the voltage pattern is switched to the next signal, and the voltage input to the stator electrode is switched (step S8). It is driven by repeating this. The voltage pattern at this time is the same voltage application period of the same polarity as that of the electrode 131 of the rotor 130 at every constant rotation angle of the rotor 130 in addition to the normal voltage pattern section 902 as shown in FIG. 901 is provided.

上記背景技術に挙げた特許文献１記載の技術には、安定した駆動が可能で信頼性の高いエレクトレットアクチュエータを提供することを目的として、エレクトレット化された可動子の電極と同極性の電圧を固定基板（ステータ）に印加する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１記載の技術では、駆動パターン自体を一時停止させ、次の駆動パターンに繋げるといったもので、連続性がなく、駆動を止めてしまうといった問題は解消できていない。 In the technique described in Patent Document 1 cited in the background art, a voltage having the same polarity as that of the electret mover electrode is fixed for the purpose of providing a reliable electret actuator capable of stable driving. A method of applying to a substrate (stator) is disclosed.
However, in the technique described in Patent Document 1, the drive pattern itself is temporarily stopped and connected to the next drive pattern, and there is no continuity and the problem of stopping the drive cannot be solved.

以上説明したとおり、本実施形態及び実施例１によれば、上記特有の制御構成及び制御装置により、駆動時に、固定子と可動子との間に斥力を発生させ、固定子と可動子との間にギャップを維持することができるようになる。そのため、固定子及び可動子の少なくとも一方を弾性体で構成しても、固定子と可動子との接触や貼り付きを抑えることができ、駆動速度の向上や駆動の安定化が図れる、という顕著な効果を奏する。 As described above, according to the present embodiment and Example 1, repulsive force is generated between the stator and the mover at the time of driving by the unique control configuration and control device, and the stator and the mover are A gap can be maintained in between. Therefore, even if at least one of the stator and the mover is made of an elastic body, the contact and sticking between the stator and the mover can be suppressed, and the drive speed can be improved and the drive can be stabilized. Has an effect.

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上記実施形態や実施例等に記載した技術事項を適宜組み合わせたものであってもよい。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and the present invention described in the claims is not specifically limited by the above description. Various modifications and changes are possible within the scope of the above. For example, the technical matters described in the above embodiments and examples may be appropriately combined.

本発明に係る静電電動機は、上述した参考例１の静電モータ１や、参考例２のリニア型の静電モータ２０、及び公知の静電電動機にも適用できることは無論である。また、本発明に係る制御装置は、上述した参考例１の静電モータ１の制御装置や、参考例２のリニア型の静電モータ２０の制御装置、及び公知の静電電動機の制御装置としても適用できることも無論である。 Of course, the electrostatic motor according to the present invention can also be applied to the electrostatic motor 1 of Reference Example 1 described above, the linear electrostatic motor 20 of Reference Example 2, and a known electrostatic motor. The control device according to the present invention is a control device for the electrostatic motor 1 of Reference Example 1 described above, a control device for the linear electrostatic motor 20 of Reference Example 2, and a control device for a known electrostatic motor. Of course, it is applicable.

本発明の実施の形態に適宜記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。 The effects appropriately described in the embodiments of the present invention are merely a list of the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. It is not a thing.

１０１静電モータ（静電電動機の一例）
１０２スイッチング部（電圧切替駆動手段の一例）
１０３制御部（制御手段の一例）
１０４回転検出部（回転量検出手段）
１２０ステータ（固定子の一例）
１２１ステータの電極
１２２ステータの基材
１３０ロータ（可動子の一例）
１３１ロータの電極
１３２ロータの基材
１４０回転軸
１５０ロータリエンコーダ（回転量検出手段の一例）
３００制御装置 101 Electrostatic motor (an example of an electrostatic motor)
102 switching unit (an example of voltage switching drive means)
103 Control unit (an example of control means)
104 Rotation detection unit (rotation amount detection means)
120 Stator (an example of a stator)
121 Stator Electrode 122 Stator Base Material 130 Rotor (Example of Mover)
131 Rotor electrode 132 Rotor substrate 140 Rotating shaft 150 Rotary encoder (an example of rotation amount detecting means)
300 Control device

特開２００６−０２５５７８号公報JP 2006-025578 A 特開平０５−０６４４６３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-064463

Claims

A stator in which electrodes composed of a plurality of phases are arranged at a predetermined pitch;
A movable element provided facing the stator and having a monopolar charged electrode disposed at a predetermined pitch;
Voltage switching driving means for sequentially switching predetermined voltage patterns applied to the electrodes of the respective phases of the stator to drive the mover;
An electrostatic motor in which at least one of the stator and the mover is made of an elastic body,
When driving the mover, apart from the predetermined voltage pattern, every time the mover electrode moves a distance of at least two pitches, all the electrodes of the stator have the same polarity as that of the mover electrode. An electrostatic motor having control means for controlling the voltage switching drive means so as to apply a voltage of.

A rotation amount detection means for detecting a rotation amount as a movement amount of the mover;
2. The electrostatic motor according to claim 1, wherein an application interval for applying the same polarity voltage is set to 50 ° or less for each fixed amount of the rotation amount detected by the rotation amount detection means.

The electrostatic motor according to claim 2, wherein the application interval is set to 35 to 45 °.

The electrostatic motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the application time for applying the same polarity voltage is 0.5 to 5 µs.

The electrostatic motor according to claim 1, wherein the predetermined voltage pattern is a rectangular three-phase AC voltage.

6. The electrostatic motor according to claim 5, wherein a duty ratio of the rectangular wave is 33%.

The electrostatic motor according to claim 1, wherein the stator is made of an elastic body.

The electrostatic motor according to any one of claims 1 to 7, wherein the electrode of the mover is an electret.

A stator in which electrodes composed of a plurality of phases are arranged at a predetermined pitch;
A movable element provided facing the stator and having a monopolar charged electrode disposed at a predetermined pitch;
Voltage switching driving means for sequentially switching predetermined voltage patterns applied to the electrodes of the respective phases of the stator to drive the mover;
A control device for controlling an electrostatic motor in which at least one of the stator and the mover is formed of an elastic body,
When driving the mover, apart from the predetermined voltage pattern, every time the mover electrode moves a distance of at least two pitches, all the electrodes of the stator have the same polarity as that of the mover electrode. A control device comprising control means for controlling the voltage switching drive means so as to apply a voltage of.

A rotation amount detection means for detecting a rotation amount as a movement amount of the mover;
The control device according to claim 9, wherein an application interval for applying the same polarity voltage is set to 50 ° or less for each fixed amount of the rotation amount detected by the rotation amount detection means.

The control device according to claim 10, wherein the application interval is set to 35 to 45 °.

The control device according to claim 9, wherein the application time for applying the same polarity voltage is 0.5 to 5 μs.

13. The control device according to claim 9, wherein the predetermined voltage pattern is a rectangular wave three-phase AC voltage.

The control device according to claim 13, wherein a duty ratio of the rectangular wave is 33%.