JP2628044B2 - Ultrasonic motor input control device - Google Patents

Ultrasonic motor input control device

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JP2628044B2
JP2628044B2 JP62169738A JP16973887A JP2628044B2 JP 2628044 B2 JP2628044 B2 JP 2628044B2 JP 62169738 A JP62169738 A JP 62169738A JP 16973887 A JP16973887 A JP 16973887A JP 2628044 B2 JP2628044 B2 JP 2628044B2
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JP
Japan
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piezoelectric
input control
feedback electrode
electrode
electrodes
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信治 相良
恒二 小野
英次 秋友
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株式会社 フコク
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/14Drive circuits; Control arrangements or methods

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、圧電体により弾性体に進行波を生じさせて
移動子を移動させるようにした超音波モータにおいて、
圧電体へ入力する高周波電圧を制御するようにした入力
制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an ultrasonic motor in which a moving member is moved by generating a traveling wave in an elastic body by a piezoelectric body.
The present invention relates to an input control device that controls a high-frequency voltage input to a piezoelectric body.

「従来の技術」 従来超音波モータは、第6図に示すように弾性体に圧
電体を取付け、その圧電体を2組に区分するとともに入
力高周波の1/2波長のピッチで+極と−極を交互に連続
させた圧電体電極を設け、2組の圧電体部分にπ/2波長
異なる高周波電圧を印加して、弾性体に進行波を生じさ
せている。そして、その進行波により、弾性体に圧接し
た移動子を回転あるいは直線移動させるようになってい
る。
[Prior art] Conventional ultrasonic motors have a piezoelectric body attached to an elastic body as shown in FIG. 6, divide the piezoelectric body into two sets, and make a positive pole and a negative pole at a pitch of 1/2 wavelength of the input high frequency. A piezoelectric electrode having alternating poles is provided, and high-frequency voltages having different π / 2 wavelengths are applied to two sets of piezoelectric members to generate a traveling wave in the elastic body. The traveling wave causes the moving element pressed against the elastic body to rotate or linearly move.

各圧電体に印加する高周波電圧は、その周波数を弾性
体の固有振動数に等しくなるようにして共振させている
が、超音波モータ自体の温度、移動子の弾性体への圧接
状態、移動子の摩擦等により共振周波数がずれやすい。
このため2組の圧電体部分の境界部にフィードバック用
電極を設け、それに隣接する圧電体部分からの振動によ
り、フィードバック用電極部分の圧電体に電圧変化を生
じさせている。そして、フィードバック用電極を介して
電圧変化を入力制御回路が受け、入力制御回路が高周波
電圧を制御して超音波モータの駆動効率を向上させてい
た。
The high-frequency voltage applied to each piezoelectric body is resonated so that its frequency is equal to the natural frequency of the elastic body, but the temperature of the ultrasonic motor itself, the state of pressure of the movable body against the elastic body, The resonance frequency is likely to shift due to friction or the like.
For this reason, a feedback electrode is provided at the boundary between the two sets of piezoelectric members, and a voltage change is caused in the piezoelectric member of the feedback electrode by vibration from the piezoelectric member adjacent thereto. Then, the input control circuit receives the voltage change via the feedback electrode, and the input control circuit controls the high-frequency voltage to improve the driving efficiency of the ultrasonic motor.

「発明が解決しようとする問題点」 従来、圧電体へ印加する高周波電圧を制御するため、
フィードバック用電極を2組の圧電体部分の境界部に設
けているが、フィードバック用電極の両隣の各圧電体部
分の影響により、フィードバック用電極部分の圧電体が
両者の異なる振動を受けることが、発明者らの多くの実
験で知ることができた。
"Problems to be solved by the invention" Conventionally, in order to control the high-frequency voltage applied to the piezoelectric body,
Although the feedback electrode is provided at the boundary between the two piezoelectric members, the piezoelectric member of the feedback electrode receives different vibrations due to the influence of each piezoelectric member on both sides of the feedback electrode. It was found in many experiments by the inventors.

このためフィードバック用電極部分の圧電体は、弾性
体に所定の進行波を生じさせているか否かを正確に検出
できず、圧電体への入力制御が十分にできなかった。こ
のように制御が不十分の場合、超音波モータの回転速度
あるいは出力トルクがバラツクなどの問題があった。
For this reason, the piezoelectric body of the feedback electrode portion cannot accurately detect whether or not a predetermined traveling wave is generated in the elastic body, and input control to the piezoelectric body cannot be sufficiently performed. If the control is insufficient, there is a problem that the rotational speed or output torque of the ultrasonic motor varies.

「問題点を解決するための手段」 本発明は、弾性体の表面に沿って圧電体を取付け、そ
の圧電体を2つに区分して、それぞれにπ/2波長異なる
高周波電圧を圧電体電極を介して印加させ、それにより
弾性体に進行波を生じさせている。弾性体に移動子が圧
接されており、その移動子は進行波を受けて移動するよ
うになっている。2区分の圧電体部分の境にフィードバ
ック用電極を設け、それに発生する電圧を入力制御回路
に入力させ、入力制御回路により圧電体に印加する高周
波電圧を制御するようにしている。フィードバック用電
極の両側に位置する圧電体部分の各1番目の電極が互い
に異極にされ、フィードバック用電極を2分割した大き
さにして、それぞれを+極と−極にし、フィードバック
用電極部分の圧電体が両側から異なる振動を受けないよ
うになっている。
“Means for Solving the Problems” The present invention provides a method of attaching a piezoelectric body along the surface of an elastic body, dividing the piezoelectric body into two parts, and applying a high-frequency voltage different by π / 2 wavelength to each of the piezoelectric electrodes. , Thereby generating a traveling wave in the elastic body. A moving element is pressed against the elastic body, and the moving element receives a traveling wave and moves. A feedback electrode is provided at the boundary between the two sections of the piezoelectric body, and a voltage generated therefrom is input to an input control circuit, and the input control circuit controls a high-frequency voltage applied to the piezoelectric body. The first electrodes of the piezoelectric portions located on both sides of the feedback electrode are made to have different polarities, and the feedback electrode is divided into two sizes, each of which has a positive pole and a negative pole. The piezoelectric body does not receive different vibrations from both sides.

またフィードバック用電極とその両側の圧電体部分と
の両間隔のうち、一方の側の間隔部を切断状態にしても
よい。
In addition, one of the intervals between the feedback electrode and the piezoelectric portions on both sides thereof may be cut off.

「作用」 上記手段では、フィードバック用電極を2分割の大き
さにしてそれぞれを+極と−極にしているので、あるい
はフィードバック用電極両側の圧電体部分の電極のう
ち、一方の側の電極とフィードバック用電極との間隔部
の圧電体を切断状態にしているので、ともにフィードバ
ック用電極部分の圧電体は両側の圧電体部分から異なる
振動を受けることはなく、フィードバック用電極部分の
圧電体は弾性体に生じる進行波の振動に応じた変位を正
確に検出できる。よって入力制御回路により圧電体に印
加する高周波電圧を正確に制御でき、超音波モータの駆
動効率を向上できる。
[Operation] In the above-mentioned means, the feedback electrode is divided into two parts, each having a positive electrode and a negative electrode, or one of the electrodes of the piezoelectric portion on both sides of the feedback electrode. Since the piezoelectric body in the space between the feedback electrode and the feedback electrode is cut off, the piezoelectric body in the feedback electrode section does not receive different vibrations from the piezoelectric bodies on both sides, and the piezoelectric body in the feedback electrode section is elastic. The displacement according to the vibration of the traveling wave generated in the body can be accurately detected. Therefore, the high frequency voltage applied to the piezoelectric body can be accurately controlled by the input control circuit, and the driving efficiency of the ultrasonic motor can be improved.

「実施例」 本発明の第1実施例を第1、2図により説明する。"Embodiment" A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

環状の弾性体1における軸方向の一端面にリング状の
アース電極2が取付けられ、アース電極2の外面にリン
グ状の圧電体3が設けられ、さらにその外面に+極と−
極の電極4が交互に連続配置される。なお、弾性体1を
直接アースすれば、アース電極2は不要となる。圧電体
3は設けた+、−の各電極4のピッチは、印加される高
周波電圧の1/2波長の長さとなっている。圧電体3は境
界位置で間隔をはさんで半円状の2組に区分され、各区
分には第2図に示すように+極と−極で1対となる電極
4が本実施例ではそれぞれ4対設けられる。また2組の
圧電体3の部分には、それぞれπ/2波長異なるcos電圧
とsin電圧とが印加されるように、それぞれの電極4が
高周波電圧源5に直接、他方が移相器6を介して接続さ
れる。
A ring-shaped earth electrode 2 is attached to one end face in the axial direction of the annular elastic body 1, a ring-shaped piezoelectric body 3 is provided on an outer surface of the earth electrode 2, and a positive electrode and a negative electrode are provided on the outer surface.
The pole electrodes 4 are alternately and continuously arranged. If the elastic body 1 is directly grounded, the ground electrode 2 becomes unnecessary. The pitch of each of the + and-electrodes 4 provided on the piezoelectric body 3 is half the wavelength of the applied high-frequency voltage. The piezoelectric body 3 is divided into two semicircular sets with a space between the boundary positions, and in each section, as shown in FIG. 2, a pair of electrodes 4 having a positive pole and a negative pole is provided in this embodiment. Four pairs are provided for each. The electrodes 4 are directly connected to the high-frequency voltage source 5 and the other is connected to the phase shifter 6 so that the cos voltage and the sin voltage, which are different from each other by π / 2 wavelength, are applied to the two sets of the piezoelectric bodies 3 respectively. Connected via.

そして電圧印加されると2組の圧電体3の部分に振動
が生じ、それにより弾性体1に進行波が生じ、さらに弾
性体1に圧接した移動子7が進行波を受けて回転するよ
うになっている。
When a voltage is applied, vibrations are generated in the two sets of the piezoelectric members 3, thereby generating a traveling wave in the elastic body 1, and further, the moving member 7 pressed against the elastic body 1 is rotated by receiving the traveling wave. Has become.

2区分の圧電体3の各電極境界部の間隔は一方が3/4
波長であり、その間隔にフィードバック用電極8を配置
して、その部分の圧電体3から発生電圧を取出せるよう
になっている。なおフィードバック用電極8は隣接する
一方の圧電体部分に近接配置したが、その間隔内であれ
ばどの位置でもよい。フィードバック用電極8は入力制
御回路12に接続し、入力制御回路12はフィードバック用
電極8部分の圧電体に生じた電圧に応じて、高周波電圧
源5を制御するようになっている。なお、フィードバッ
ク用電極8の両側の圧電体部分の電極4a、4bは、それら
が互いに同極であれば+極でも−極でもよく、またフィ
ードバック用電極8は+極でも−極でもよい。
One of the intervals between the electrode boundaries of the two sections of the piezoelectric body 3 is 3/4.
It is a wavelength, and the feedback electrode 8 is arranged at the interval, so that the generated voltage can be taken out from the piezoelectric body 3 in that portion. Although the feedback electrode 8 is arranged close to one of the adjacent piezoelectric members, it may be located at any position within the interval. The feedback electrode 8 is connected to an input control circuit 12, and the input control circuit 12 controls the high-frequency voltage source 5 according to the voltage generated on the piezoelectric body of the feedback electrode 8 portion. The electrodes 4a and 4b of the piezoelectric portion on both sides of the feedback electrode 8 may have a positive or negative polarity as long as they have the same polarity, and the feedback electrode 8 may have a positive or negative polarity.

次に第3図により第2実施例を説明する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.

この実施例は、フィードバック電極8a、8bの両側に位
置する圧電体部分の第1番目の電極4a、4bが互いに異極
の場合に適用され、フィードバック電極8a、8bとして第
1実施例の半分の長さのものを2つ使用した。
This embodiment is applied when the first electrodes 4a and 4b of the piezoelectric portions located on both sides of the feedback electrodes 8a and 8b have polarities different from each other, and the feedback electrodes 8a and 8b are half of the first embodiment. Two lengths were used.

そして2つのフィードバック用電極8a、8bは、+極と
−極の2つからなっており、それぞれが隣接する側の圧
電体部分の電極4a、4bとそれぞれ異極にしたが、同極に
してもよい。そして2つのフィードバック用電極8a、8b
をそれぞれ入力制御回路12に接続する。この場合、入力
制御回路12は、2つのフィードバック用電極8a、8bから
電圧信号を受けるが、その2つの電圧と所定の進行波が
生じている場合の電圧とを比較して高周波電圧源5を制
御するようになっている。
The two feedback electrodes 8a and 8b are composed of a positive electrode and a negative electrode, each having a different polarity from the electrodes 4a and 4b of the adjacent piezoelectric body, but having the same polarity. Is also good. And two feedback electrodes 8a, 8b
Are connected to the input control circuit 12, respectively. In this case, the input control circuit 12 receives voltage signals from the two feedback electrodes 8a and 8b, and compares the two voltages with a voltage when a predetermined traveling wave is generated to switch the high-frequency voltage source 5 Control.

次に第4、5図により第3実施例を説明する。 Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS.

この実施例は、フィードバック用電極8とその両側の
圧電体部分の電極4a、4bとの極性には関係なく適用され
る。そしてフィードバック用電極8と、それに隣接する
左右どちらか一方の電極部分(本実施例では4a)との間
隔部の圧電体を切断する。そしてその切断部10を介して
は隣接する圧電体部分から振動がフィードバック用電極
8部分の圧電体に伝わらないようにした。その他の構成
は、第1実施例と同一である。
This embodiment is applied irrespective of the polarity of the feedback electrode 8 and the electrodes 4a and 4b of the piezoelectric portions on both sides thereof. Then, the piezoelectric body at the interval between the feedback electrode 8 and one of the right and left electrode portions (4a in this embodiment) adjacent thereto is cut. Vibration from the adjacent piezoelectric body portion is not transmitted to the piezoelectric body in the feedback electrode 8 portion through the cut portion 10. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

以上の3つの実施例では、弾性体を環状に形成して回
転する方式であったが、本発明は、弾性体を直線状に形
成して直線方向に移動子を移動させる形式の超音波モー
タにも適用できる。
In the above three embodiments, the elastic body is formed in a ring shape and the system is rotated. However, the present invention is directed to an ultrasonic motor in which the elastic body is formed in a straight line and the moving element is moved in a linear direction. Also applicable to

「発明の効果」 本発明の超音波モータの入力制御装置は、フィードバ
ック用電極を+極と−極の2つから構成したので、また
フィードバック用電極とそれに隣接する一方の側の圧電
体電極との間を切断状態にしているので、フィードバッ
ク用電極部分の圧電体は異なる2種類の振動を受けるよ
うなことがない。よってフィードバック用電極部分の圧
電体に生じる電圧は、所定の進行波が生じているか否か
を正確に検出でき、検出値を基礎に入力高周波電圧を制
御することにより、超音波モータの駆動効率を向上でき
る。
[Effect of the Invention] In the input control device for an ultrasonic motor according to the present invention, since the feedback electrode is composed of two positive and negative electrodes, the feedback electrode and the piezoelectric electrode on one side adjacent thereto are connected to the feedback electrode. Is cut off, the piezoelectric body of the feedback electrode portion does not receive two different types of vibration. Therefore, the voltage generated in the piezoelectric body of the feedback electrode portion can accurately detect whether or not a predetermined traveling wave is generated, and by controlling the input high-frequency voltage based on the detected value, the driving efficiency of the ultrasonic motor can be reduced. Can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の超音波モータ部分の正面図、第2図は
超音波モータの入力制御装置の系統図、第3図は第2実
施例の電極の配置状態を示す平面図、第4図は第3実施
例の電極の配置状態を示す平面図、第5図は第4図の一
部破断正面図、第6図は従来の超音波モータの入力制御
装置の系統図である。 1:弾性体、3:圧電体 4:電極、5:高周波電圧源 8:フィードバック用電極 12:入力制御回路、10:切断部
FIG. 1 is a front view of an ultrasonic motor part of the present invention, FIG. 2 is a system diagram of an input control device of the ultrasonic motor, FIG. 3 is a plan view showing an arrangement state of electrodes of the second embodiment, FIG. FIG. 5 is a plan view showing the arrangement of electrodes in the third embodiment, FIG. 5 is a partially cutaway front view of FIG. 4, and FIG. 6 is a system diagram of a conventional ultrasonic motor input control device. 1: Elastic body, 3: Piezoelectric body 4: Electrode, 5: High frequency voltage source 8: Feedback electrode 12: Input control circuit, 10: Cutting section

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】弾性体の表面に沿って圧電体を取付け、そ
の圧電体を2つに区分して、それぞれにπ/2波長異なる
高周波電圧を圧電体電極を介して印加することにより弾
性体に進行波を生じさせ、その進行波により弾性体に圧
接した移動子を移動可能にし、2区分にした両圧電体部
分の境にフィードバック用電極を設けて、それに生じた
電圧に応じて入力制御回路により前記印加の高周波電圧
を制御するようにした超音波モータの入力制御装置にお
いて、フィードバック用電極の両側に位置する圧電体部
分の各1番目の電極が互いに異極にされ、フィードバッ
ク用電極は、+極と−極の2つからなることを特徴とす
る超音波モータの入力制御装置。
An elastic body is provided by attaching a piezoelectric body along the surface of an elastic body, dividing the piezoelectric body into two parts, and applying high-frequency voltages having different π / 2 wavelengths to each other through a piezoelectric body electrode. A traveling wave is generated, and the moving element pressed against the elastic body can be moved by the traveling wave. A feedback electrode is provided at the boundary between the two divided piezoelectric members, and input control is performed in accordance with the voltage generated thereby. In the input control device for an ultrasonic motor, wherein the applied high-frequency voltage is controlled by a circuit, the first electrodes of the piezoelectric portions located on both sides of the feedback electrode are made to have different polarities, and the feedback electrode is , A positive pole and a negative pole.
【請求項2】弾性体の表面に沿って圧電体を取付け、そ
の圧電体を2つに区分して、それぞれにπ/2波長異なる
高周波電圧を圧電体電極を介して印加することにより弾
性体に進行波を生じさせ、その進行波により弾性体に圧
接した移動子を移動可能にし、2区分にした両圧電体部
分の境にフィードバック用電極を設けて、それに生じた
電圧に応じて入力制御回路により前記印加の高周波電圧
を制御するようにした超音波モータの入力制御装置にお
いて、フィードバック用電極とその両側に位置する圧電
体部分の電極との両間隔のうち、一方の間隔部の圧電体
を切断状態にしたことを特徴とする超音波モータの入力
制御装置。
2. A method of mounting a piezoelectric body along the surface of an elastic body, dividing the piezoelectric body into two parts, and applying high-frequency voltages different by π / 2 wavelength to the respective elastic bodies through piezoelectric electrodes. A traveling wave is generated, and the moving element pressed against the elastic body can be moved by the traveling wave. A feedback electrode is provided at the boundary between the two divided piezoelectric members, and input control is performed in accordance with the voltage generated thereby. In the input control device for an ultrasonic motor, wherein the applied high-frequency voltage is controlled by a circuit, the piezoelectric member is disposed at one of two intervals between the feedback electrode and the electrodes of the piezoelectric portions located on both sides of the feedback electrode. An input control device for an ultrasonic motor, wherein the input control device is in a cutting state.
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