JP2616953B2 - 進行波形超音波モータの駆動制御方法 - Google Patents
進行波形超音波モータの駆動制御方法Info
- Publication number
- JP2616953B2 JP2616953B2 JP63090903A JP9090388A JP2616953B2 JP 2616953 B2 JP2616953 B2 JP 2616953B2 JP 63090903 A JP63090903 A JP 63090903A JP 9090388 A JP9090388 A JP 9090388A JP 2616953 B2 JP2616953 B2 JP 2616953B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- electrodes
- phase difference
- ultrasonic motor
- piezoelectric body
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、未分極処理電極を介して２領域に分割さ
れ、前記各領域が多数の電極に分割された圧電体と前記
圧電体に接着により一体化された弾性体とから成る振動
体に生ずる進行性屈曲波によって回転体を回転させる進
行波形超音波モータの前記２領域にそれぞれ90゜の位相
差のある前記振動体の駆動周波数に等しい交流電圧を入
力して駆動する進行波形超音波モータの駆動制御方法に
関する。
れ、前記各領域が多数の電極に分割された圧電体と前記
圧電体に接着により一体化された弾性体とから成る振動
体に生ずる進行性屈曲波によって回転体を回転させる進
行波形超音波モータの前記２領域にそれぞれ90゜の位相
差のある前記振動体の駆動周波数に等しい交流電圧を入
力して駆動する進行波形超音波モータの駆動制御方法に
関する。
（従来の技術） 従来、磁石と、コイルに電流を流すことによって生ず
る電磁石との相互作用によって、電気エネルギーを回転
運動としての機械エネルギーに変換するモータは広く用
いられている。この電磁力を応用したモータに代る装置
として超音波エネルギーを利用するモータが提案されて
いる。第４図はこの種のモータの一例の進行波形超音波
モータ（以下進行波モータという）の動作原理の説明図
である。図において、１は弾性体で、その表面１′上に
進行波が形成された状態を示している。
る電磁石との相互作用によって、電気エネルギーを回転
運動としての機械エネルギーに変換するモータは広く用
いられている。この電磁力を応用したモータに代る装置
として超音波エネルギーを利用するモータが提案されて
いる。第４図はこの種のモータの一例の進行波形超音波
モータ（以下進行波モータという）の動作原理の説明図
である。図において、１は弾性体で、その表面１′上に
進行波が形成された状態を示している。
弾性体１の表面１′上には楕円振動が形成される。
今、表面１′の質点Ａに着目すると、横振幅ａ（上下方
向）と縦振幅ｂ（左右方向）の楕円軌跡Ｑ上を矢印Ｍの
方向に運動しており、この状態の下で運動が自由な動体
２の表面を弾性体１の表面上に加圧接触させると動体２
は弾性体１の進行波の頂点Ａ及びＡ′の部分でのみ接触
しており、且つ、頂点A,A′は矢印Ｍの方向に運動して
いるので、動体２は弾性体１との摩擦によって矢印Ｎの
方向に駆動される。
今、表面１′の質点Ａに着目すると、横振幅ａ（上下方
向）と縦振幅ｂ（左右方向）の楕円軌跡Ｑ上を矢印Ｍの
方向に運動しており、この状態の下で運動が自由な動体
２の表面を弾性体１の表面上に加圧接触させると動体２
は弾性体１の進行波の頂点Ａ及びＡ′の部分でのみ接触
しており、且つ、頂点A,A′は矢印Ｍの方向に運動して
いるので、動体２は弾性体１との摩擦によって矢印Ｎの
方向に駆動される。
上記の動作原理に基づく進行波モータの一例の断面図
を第５図に示す。図において、円環状弾性体11は導電体
で作られ、その表面に円環状圧電体12が接着され、円環
状圧電体12が円環状弾性体11を励振して一体として振動
するようになっている。13は円環状弾性体11に圧接され
て円環状弾性体11に生ずる駆動力により回転する回転子
である。回転子13はばね14により適度な加圧力で円環状
弾性体11に圧接されていて、出力軸15から回転エネルギ
ーを出力している。
を第５図に示す。図において、円環状弾性体11は導電体
で作られ、その表面に円環状圧電体12が接着され、円環
状圧電体12が円環状弾性体11を励振して一体として振動
するようになっている。13は円環状弾性体11に圧接され
て円環状弾性体11に生ずる駆動力により回転する回転子
である。回転子13はばね14により適度な加圧力で円環状
弾性体11に圧接されていて、出力軸15から回転エネルギ
ーを出力している。
円環状圧電体12の構成の一例を第６図に示す。図にお
いて、（イ）図は円環状圧電体12の表面の図で、（ロ）
図は裏面の図である。（イ）図に示すように円環状圧電
体12は例えば20゜毎に分割された16個の互いに隣接する
部分が交互に厚み方向に分極処理された電極21〜28及び
31〜38と未分極処理電極40及び41で構成される。電極21
〜28の８個の電極から成る領域をＡとし、電極31〜38の
８個の電極から成る領域をＢとする。領域Ａと領域Ｂの
各構成電極部は或る瞬間の入力に対して奇数番号の素子
が伸長すると偶数番号の素子は収縮するものである。図
においてはその瞬間において伸長する素子を“＋",収縮
する素子を“−”で表示している。（ロ）図は裏面の図
で、電極21〜28から成る領域Ａの裏面の電極は一体化さ
れて電極A51を構成し、電極31〜38から成る領域Ｂの裏
面の電極は一体化されて電極B52を構成している。
いて、（イ）図は円環状圧電体12の表面の図で、（ロ）
図は裏面の図である。（イ）図に示すように円環状圧電
体12は例えば20゜毎に分割された16個の互いに隣接する
部分が交互に厚み方向に分極処理された電極21〜28及び
31〜38と未分極処理電極40及び41で構成される。電極21
〜28の８個の電極から成る領域をＡとし、電極31〜38の
８個の電極から成る領域をＢとする。領域Ａと領域Ｂの
各構成電極部は或る瞬間の入力に対して奇数番号の素子
が伸長すると偶数番号の素子は収縮するものである。図
においてはその瞬間において伸長する素子を“＋",収縮
する素子を“−”で表示している。（ロ）図は裏面の図
で、電極21〜28から成る領域Ａの裏面の電極は一体化さ
れて電極A51を構成し、電極31〜38から成る領域Ｂの裏
面の電極は一体化されて電極B52を構成している。
上記のように構成された円環状圧電体12において、表
面の各電極21〜28と31〜38及び未分極処理電極40と41を
すべて円環状弾性体11により電気的に一体化してコモン
電極とし、裏面の電極A51にリード線53を半田付けし、
電極B52にリード線54を半田付けして、リード線53にV0
sin ωt,リード線54にV0 cos ωｔを印加する。この印
加交流電圧の周波数が一体になった円環状圧電体12と円
環状弾性体11とで構成される振動体で決まる共振周波数
と略等しくなった時、振動体は共振し、円周方向に屈曲
振動を起こす。ここで、例えば第６図の未分極処理電極
41を各電極をλ/2とする共振周波数に対し（3/4）λに
選ぶとこの領域Ａと領域Ｂとに発生した波が相互に干渉
を起こし、合成されて進行波となり、回転子13を回転さ
せる。
面の各電極21〜28と31〜38及び未分極処理電極40と41を
すべて円環状弾性体11により電気的に一体化してコモン
電極とし、裏面の電極A51にリード線53を半田付けし、
電極B52にリード線54を半田付けして、リード線53にV0
sin ωt,リード線54にV0 cos ωｔを印加する。この印
加交流電圧の周波数が一体になった円環状圧電体12と円
環状弾性体11とで構成される振動体で決まる共振周波数
と略等しくなった時、振動体は共振し、円周方向に屈曲
振動を起こす。ここで、例えば第６図の未分極処理電極
41を各電極をλ/2とする共振周波数に対し（3/4）λに
選ぶとこの領域Ａと領域Ｂとに発生した波が相互に干渉
を起こし、合成されて進行波となり、回転子13を回転さ
せる。
（発明が解決しようとする課題） このように進行波モータをその共振周波数で駆動する
ことにより最大の効率と安定性が得られるが、共振周波
数は周囲の温度条件，自己発熱及びモータに加えられる
負荷条件等の諸条件により変動し、印加した交流電圧信
号の周波数とはずれてきて効率の低下が起り、安定性が
悪化してついには停止することになる。
ことにより最大の効率と安定性が得られるが、共振周波
数は周囲の温度条件，自己発熱及びモータに加えられる
負荷条件等の諸条件により変動し、印加した交流電圧信
号の周波数とはずれてきて効率の低下が起り、安定性が
悪化してついには停止することになる。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目
的は、印加する交流電圧の駆動周波数を進行波モータの
振動体の共振周波数に合致させて最良の条件で進行波モ
ータを駆動する信号波モータの駆動制御方法を実現する
ことにある。
的は、印加する交流電圧の駆動周波数を進行波モータの
振動体の共振周波数に合致させて最良の条件で進行波モ
ータを駆動する信号波モータの駆動制御方法を実現する
ことにある。
（課題を解決するための手段） 前記の課題を解決する本発明は、未分極処理電極を介
して２領域に分割され、前記各領域が多数の電極に分割
された圧電体と前記圧電体に接着により一体化された弾
性体とから成る振動体に生ずる進行性屈曲波によって回
転体を回転させる進行波形超音波モータの前記２領域に
それぞれ90゜の位相差のある前記振動体の駆動周波数に
等しい交流電圧を入力して駆動する進行波形超音波モー
タの駆動制御方法において、前記未分極処理電極の一部
に分極処理を行った少なくとも２箇所の電極を設け、該
電極間に生ずる前記進行性屈曲波によって発生する交流
電圧信号の位相差を測定し、該位相差を一定に保つよう
に前記圧電体に印加する交流電圧の周波数を変化させる
ことを特徴とするものである。
して２領域に分割され、前記各領域が多数の電極に分割
された圧電体と前記圧電体に接着により一体化された弾
性体とから成る振動体に生ずる進行性屈曲波によって回
転体を回転させる進行波形超音波モータの前記２領域に
それぞれ90゜の位相差のある前記振動体の駆動周波数に
等しい交流電圧を入力して駆動する進行波形超音波モー
タの駆動制御方法において、前記未分極処理電極の一部
に分極処理を行った少なくとも２箇所の電極を設け、該
電極間に生ずる前記進行性屈曲波によって発生する交流
電圧信号の位相差を測定し、該位相差を一定に保つよう
に前記圧電体に印加する交流電圧の周波数を変化させる
ことを特徴とするものである。
（作用） 圧電体の２領域に交流電圧を入力し、未分極処理電極
に分極処理して得た２電極によって得られた交流電圧の
位相差を測定し、その位相差を一定に保つように駆動交
流電圧の周波数を調整する。
に分極処理して得た２電極によって得られた交流電圧の
位相差を測定し、その位相差を一定に保つように駆動交
流電圧の周波数を調整する。
（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の方法の実施に用いる円環状圧電体の
構造図である。図において、第６図と同じ部分には同一
の符号を付してある。図中、60は裏面の未分極処理電極
43の電極A51側に設けて分極処理した電極、61は同じく
未分極処理電極43の電極B52側に設けて分極処理した電
極で、電極60からの引き出し線62の引き出し点と電極61
からの引き出し線63の引き出し点とはλ/2の間隔にして
ある。
構造図である。図において、第６図と同じ部分には同一
の符号を付してある。図中、60は裏面の未分極処理電極
43の電極A51側に設けて分極処理した電極、61は同じく
未分極処理電極43の電極B52側に設けて分極処理した電
極で、電極60からの引き出し線62の引き出し点と電極61
からの引き出し線63の引き出し点とはλ/2の間隔にして
ある。
ここで、第２図を参照して本発明の方法の原理を説明
する。図は、説明のために第１図の円環状圧電体12を直
線状に置き換えたものである。（イ）図は直線状に置き
換えた円環状圧電体の図、（ロ）図は領域ＡにV0 sin
ωｔを印加した時に生ずる定在波の図である。又、
（ハ）図は領域ＢにV0 cos ωｔを印加した時に生ずる
定在波の図である。
する。図は、説明のために第１図の円環状圧電体12を直
線状に置き換えたものである。（イ）図は直線状に置き
換えた円環状圧電体の図、（ロ）図は領域ＡにV0 sin
ωｔを印加した時に生ずる定在波の図である。又、
（ハ）図は領域ＢにV0 cos ωｔを印加した時に生ずる
定在波の図である。
（イ）図の円環状圧電体の未分極処理電極41に距離ｌ
の２点a,bにおける信号を考える。領域Ａに電圧V0 sin
ωｔを印加した時のa,b間における位相差は次式で与え
られる。波長λcmの長さに等しい長さの位相差は２πラ
ジアンなのでlcmにおける位相差αラジアンは α＝（２π／λ）ｌ 故にa,b2点間に得られる電圧は V0 sin｛（２π／λ）ｌ｝・sin ωｔ ……（１） 次に領域ＢにV0 cos ωｔを印加した時のa,b2点間に
得られる電圧は V0 cos｛（２π／λ）ｌ｝・cos ωｔ ……（２） 両者を同時に印加した時進行波が発生する。この時のa,
b2点間の電圧Vlは（１）＋（２）で次式の通りである。
の２点a,bにおける信号を考える。領域Ａに電圧V0 sin
ωｔを印加した時のa,b間における位相差は次式で与え
られる。波長λcmの長さに等しい長さの位相差は２πラ
ジアンなのでlcmにおける位相差αラジアンは α＝（２π／λ）ｌ 故にa,b2点間に得られる電圧は V0 sin｛（２π／λ）ｌ｝・sin ωｔ ……（１） 次に領域ＢにV0 cos ωｔを印加した時のa,b2点間に
得られる電圧は V0 cos｛（２π／λ）ｌ｝・cos ωｔ ……（２） 両者を同時に印加した時進行波が発生する。この時のa,
b2点間の電圧Vlは（１）＋（２）で次式の通りである。
Vl＝V0 sin｛（２π／λ）ｌ｝・sin ωｔ ＋V0 cos｛（２π／λ）ｌ｝・cos ωｔ ＝V0 cos｛（２π／λ）ｌ−ωｔ｝ ……（３） となる。
第１図の円環状圧電体12において、分極処理された電
極60と61は発生した機械的な進行性屈曲波により（３）
式に示す電圧を発生する。第１図のようにa,b2間の距離
をλ/2に選ぶと、その発生電圧Vlは V1＝V cos（π−ωｔ）となる。
極60と61は発生した機械的な進行性屈曲波により（３）
式に示す電圧を発生する。第１図のようにa,b2間の距離
をλ/2に選ぶと、その発生電圧Vlは V1＝V cos（π−ωｔ）となる。
即ち、その位相差はπ＝180゜となる。逆に引き出し
線62,63間の電圧の位相差を測定し、180゜の位相差を保
つように、即ちa,b間の距離ｌがλ/2になるように印加
交流電圧の周波数を変化させれば印加交流電圧の周波数
は振動体の共振周波数に等しくなる。
線62,63間の電圧の位相差を測定し、180゜の位相差を保
つように、即ちa,b間の距離ｌがλ/2になるように印加
交流電圧の周波数を変化させれば印加交流電圧の周波数
は振動体の共振周波数に等しくなる。
第３図は本発明の方法を実施するための回路の一例で
ある。図において、第１図と同じ部分には同一符号を付
してある。70は電極60と電極61の出力電圧の位相を比較
してその位相差に比例する電圧に変換する位相比較器、
71は位相比較器70の位相差に比例する出力電圧に対応す
る周波数の交流電圧を発生する電圧−周波数変換器であ
る。この出力の交流電圧信号は移相器72でsin ωｔとco
s ωｔとの２信号に変換され、リード線53とリード線54
を介して電極A51と電極A52に供給される。
ある。図において、第１図と同じ部分には同一符号を付
してある。70は電極60と電極61の出力電圧の位相を比較
してその位相差に比例する電圧に変換する位相比較器、
71は位相比較器70の位相差に比例する出力電圧に対応す
る周波数の交流電圧を発生する電圧−周波数変換器であ
る。この出力の交流電圧信号は移相器72でsin ωｔとco
s ωｔとの２信号に変換され、リード線53とリード線54
を介して電極A51と電極A52に供給される。
この回路において、円環状圧電体の共振周波数が変化
すると位相比較器70の出力電圧が変化し、電圧−周波数
変換器71の発生周波数が変動した円環状圧電体12の共振
周波数に一致するように変化する。従って、駆動周波数
と共振周波数とは常に一致する。
すると位相比較器70の出力電圧が変化し、電圧−周波数
変換器71の発生周波数が変動した円環状圧電体12の共振
周波数に一致するように変化する。従って、駆動周波数
と共振周波数とは常に一致する。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば進行性屈曲波の位相差を測る測定点を（3/4）λ
の未分極処理電極41の中でλ/2差の位置に選んでいた
が、λ/2ではなくλ/4とかλ/8等の値にしてもよく、
又、未分極処理電極42との間で測定してもよい。
例えば進行性屈曲波の位相差を測る測定点を（3/4）λ
の未分極処理電極41の中でλ/2差の位置に選んでいた
が、λ/2ではなくλ/4とかλ/8等の値にしてもよく、
又、未分極処理電極42との間で測定してもよい。
（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、周囲の温
度条件，自己発熱及びモータに加えられる負荷条件の諸
条件により変動する共振周波数に駆動周波数を一致させ
ることができるようになり、実用上の効果は大きい。
度条件，自己発熱及びモータに加えられる負荷条件の諸
条件により変動する共振周波数に駆動周波数を一致させ
ることができるようになり、実用上の効果は大きい。
第１図は本発明の一実施例の方法を実施するための円環
状圧電体の構成図、第２図は本発明の方法の原理説明
図、第３図は本発明の方法を実施するための回路、第４
図は進行波モータの動作原理説明図、第５図は従来の進
行波モータの断面図、第６図は従来の進行波モータの円
環状圧電体の概略構成図である。 11……円環状弾性体、12……円環状圧電体 13……回転子 40,41,42,43……未分極処理電極 51……電極Ａ、52……電極Ｂ 53,54……リード線、60,61……電極 62,63……引き出し線
状圧電体の構成図、第２図は本発明の方法の原理説明
図、第３図は本発明の方法を実施するための回路、第４
図は進行波モータの動作原理説明図、第５図は従来の進
行波モータの断面図、第６図は従来の進行波モータの円
環状圧電体の概略構成図である。 11……円環状弾性体、12……円環状圧電体 13……回転子 40,41,42,43……未分極処理電極 51……電極Ａ、52……電極Ｂ 53,54……リード線、60,61……電極 62,63……引き出し線
Claims (1)
- 【請求項１】未分極処理電極を介して２領域に分割さ
れ、前記各領域が多数の電極に分割された圧電体と前記
圧電体に接着により一体化された弾性体とから成る振動
体に生ずる進行性屈曲波によって回転体を回転させる進
行波形超音波モータの前記２領域にそれぞれ90゜の位相
差のある前記振動体の駆動周波数に等しい交流電圧を入
力して駆動する進行波形超音波モータの駆動制御方法に
おいて、前記未分極処理電極の一部に分極処理を行った
少なくとも２箇所の電極を設け、該電極間に生ずる前記
進行性屈曲波によって発生する交流電圧信号の位相差を
測定し、該位相差を一定に保つように前記圧電体に印加
する交流電圧の周波数を変化させることを特徴とする進
行波形超音波モータの駆動制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63090903A JP2616953B2 (ja) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | 進行波形超音波モータの駆動制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63090903A JP2616953B2 (ja) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | 進行波形超音波モータの駆動制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01264580A JPH01264580A (ja) | 1989-10-20 |
| JP2616953B2 true JP2616953B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=14011363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63090903A Expired - Lifetime JP2616953B2 (ja) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | 進行波形超音波モータの駆動制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2616953B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3939419A1 (de) * | 1989-11-29 | 1991-06-06 | Licentia Gmbh | Mehrflaechensensorsteuerung fuer einen wanderwellenmotor |
-
1988
- 1988-04-12 JP JP63090903A patent/JP2616953B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01264580A (ja) | 1989-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4339682A (en) | Rotative motor using a piezoelectric element | |
| JP4119903B2 (ja) | 平板型圧電超音波モーター | |
| JP2638856B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JP2616953B2 (ja) | 進行波形超音波モータの駆動制御方法 | |
| JPH07170768A (ja) | 超音波モータ | |
| JPS622869A (ja) | 超音波モ−タ駆動装置 | |
| JPS61221584A (ja) | 振動波モ−タの駆動回路 | |
| JP2568707B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JPH01264579A (ja) | 進行波形超音波モータの制御方法 | |
| JPS61124275A (ja) | 超音波モ−タ装置 | |
| JPH0681523B2 (ja) | 振動波モ−タ | |
| JPH03253267A (ja) | 超音波モータ | |
| WO2021246015A1 (ja) | 駆動制御装置及び超音波モータシステム | |
| JPS61221585A (ja) | 振動波モ−タの駆動回路 | |
| JP2636280B2 (ja) | 超音波モータの駆動法 | |
| JPH0583962A (ja) | 振動波モータ装置 | |
| JPS63299788A (ja) | 超音波モ−タ駆動装置 | |
| JPS61124274A (ja) | 超音波モ−タ装置 | |
| JP2604731B2 (ja) | 超音波モータ駆動装置 | |
| JP2523634B2 (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2993229B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JPS6292781A (ja) | 超音波モ−タ装置 | |
| JPH05168254A (ja) | 振動波モータ装置 | |
| JPH0576188A (ja) | 振動波モータ装置 | |
| JPH0732609B2 (ja) | 超音波モ−タ |