JP2757416B2

JP2757416B2 - 超音波モータ

Info

Publication number: JP2757416B2
Application number: JP1015499A
Authority: JP
Inventors: 保雄桑原; 孝夫佐伯; 直文藤江
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1989-01-25
Publication date: 1998-05-25
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JPH02193575A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はステータに発生する振動を駆動源とした超音
波モータに関するものである。

（従来の技術）従来よりステータに発生する振動を利用してロータを
回転させる超音波モータが知られている。これらの超音
波モータでは、ステータに発生した振動エネルギーが摩
擦力によつてロータに伝達され、ロータが回転する。そ
れがゆえ、従来の超音波モータでは、ロータに接続され
た負荷が大きくなると、ロータとステータの間の滑りが
大きくなり、ロータの回転速度が低くなる。

（発明が解決しようとする課題）過負荷によつてロータの回転速度が低くなつた状態に
おいては、ロータとステータの間に大きな滑りが発生し
ているので、このような状態が長い時間継続すると、ロ
ータとステータの間の滑りによつて摩耗が発生し、超音
波モータの特性が劣化してしまうという問題点が発生す
る。

本発明は、このような従来装置の問題点を解決するた
めになされたもので、過負荷によつて発生する摩耗を低
減することを技術的課題とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）前述した技術的課題を達成するために講じた技術的手
段は、回転速度検出手段によつてロータの回転速度を検
出し、ロータの回転速度が所定回転速度以下になつた
時、制御回路が発振回路の発振を停止させるように構成
したことである。

（作用）前述した技術的手段によれば、ロータに過負荷が接続
され、ロータの回転速度が所定回転速度以下になると、
制御回路が発振回路の発振を停止させる。発振回路の発
振が停止した後は、ロータとステータの間に大きな滑り
は発生しない。それゆえに、ロータとステータの間の滑
りによつて発生する摩耗が低減される。

（実施例）以下、添付図面に基づいて、本発明の好ましい一実施
例を説明する。

第１図に第一実施例の超音波モータ100の縦断面図を
示す。略円板状のベース４の中心部には開口部4aが開け
られている。開口部4aには、軸受け16が圧入されてい
る。

ベース４には、リング状のステータ３の内孔が嵌合し
ている。ステータ３は螺子11によつてベース４に固定さ
れている。ステータ３はリング状の弾性体１の一面にリ
ング状の圧電振動子２を導電性の接着剤によつて貼り付
けたものである。

弾性体１は大径リング部1aと小径リング部1bの間が薄
肉部1cを介して連続となつた形状を有している。弾性体
１は、小径リング部1bが螺子11で支持されることにより
ベース４に固定されている。大径リング部1aの上面には
全周に渡つて定ピツチの突部1eが多数形成されている。
弾性体１は導電性の金属材料（りん青銅）で作られてい
るので、電気的には弾性体１がベース４に接続されてい
ることになる。

圧電振動子２は、超音波モータ100の進行波発生用の
公知の素子で、一対の圧電素子2aと2bを備えている。圧
電振動子２には電気リード17,18が接続されている。電
気リード17とベース４の間に交流電圧を印加することに
より圧電素子2aが伸縮し、電気リード18とベース４の間
に交流電圧を印加することにより圧電素子2aが伸縮す
る。圧電素子2aと2bに適当な交流電圧によつて伸縮させ
ると、弾性体１に進行波振動が生起される。

ベース４には略円筒状の側部材12が螺子により固定さ
れている。また、側部材12の内周側には蓋部材５が配設
されている。蓋部材５と側部材12の間には螺子が切られ
ており、蓋部材５を回転させると、蓋部材５が回転軸９
の長手方向に移動する。ベース部材４と側部材12、及び
蓋部材５は超音波モータ100の外部を取り囲むハウジン
グ部材を構成する。

蓋部材５には、ベアリング部材15が固定されている。
回転軸９はベアリング15と軸受け16によつて支承され
る。ベアリング15は回転軸９のフランジ部9aに当接して
おり、回転軸９が蓋部材５に向かつて移動することを防
止する。

ベアリング15と弾性体１の間にはロータ６とゴムシー
ト14および皿バネ13が挿入されているロータ６とゴムシ
ート14は皿ばね13の弾性力によつてステータ３に押さえ
つけられる。ゴムシート14は、ロータ６の振動によつて
ロータ６と皿ばね13の間から音が発生することを防止す
る。

皿ばね13は、回転軸９に形成されたフランジ部9aによ
って拘束されており、蓋部材５に向かう移動が制限され
ている。また、皿ばね13はフランジ部9aによつてベアリ
ング部材15と同軸に保持されている。従つて、蓋部材５
を回転させ、蓋部材５を回転軸９の長手方向に移動させ
ることにより、ステータ３とロータ６の間の加圧力が調
整される。

ロータ６の外周縁部には摺動部6aが形成されている。
摺動部6aの下面は弾性体１の大径リング部1aに対向して
いる。また、摺動部6aと弾性体１の間には摩擦材フイル
ム７が挿入される。ロータ６は皿ばね13の加圧力により
下方に押さえつけられてるので、摺動部6aの下面は大径
リング部1aに形成された突部1eに摩擦材フイルム７を介
して当接する。

電気リード18とベース４の間に交流電力を印加する
と、圧電振動子２が振動して弾性体１に進行波が発生す
る。この進行波は、弾性体１の大径リング部1aを進行
（周回）する。この時、大径リング部1aに形成された突
部1eによつて進行波の振幅が拡大される。ロータ６が摩
擦材フイルム７を介して大径リング部1aの突部1eに当接
しているので、大径リング部1aの進行波がロータ６に回
転モーメントを与える。これによりロータ６および回転
軸９が回転する。

回転軸９の一端には、ロータ６と一体回転するよう
に、リング磁石61が固定されている。リング磁石61は、
その円周方向に沿つてＮ極とＳ極が交互に20極着磁され
ている。リング磁石61の近傍には、ホール素子62が配設
されている。ホール素子62は回路基板10に固定されてい
る。この回路基板10上には、発振回路50と制御回路60が
配設されている。回路基板10はロアカバー８に固定され
る。また、ロアカバー８は螺子によつてベース４に固定
される。

第２図は回路基板10上に配設された発振回路50と制御
回路60を描いたブロツク図である。

最初に発振回路50について説明する。発振回路50は、
発振器51、位相回路52、駆動回路53,54、変圧器55,56を
備えている。発振回路51が発振した交流信号は位相回路
52に与えられる。位相回路52は発振器51から与えられた
交流信号を分周して位相90°ずれた二つの交流信号を出
力する。位相回路52が出力した二つの交流信号は、駆動
回路53,54と変圧器55,56を介して圧電素子2a,2bに印加
される。圧電素子2a,2bに位相回路52が出力した二つの
交流信号が印加された時、ステータ３を周回する進行波
が発生し、ロータ６が回転する。

次に、制御回路60について説明する。制御回路60は、
リング磁石61、ホール素子62、増幅回路63、F/V変換回
路64、比較回路65、遅延回路66を備えている。ロータ６
の回転速度は、リング磁石61とホール素子62によつて交
流信号に変換される。

リング磁石61とホール素子62によつて変換された交流
信号は、ロータ６の回転速度に相当する周波数を有して
いる。ホール素子62から出力された交流信号は増幅器63
によつて増幅された後、F/V変換回路64によつて直流信
号に変換される。F/V変換回路64によつて変換された直
流信号は、ロータ６の回転速度に相当する電圧を有して
いる。

F/V変換回路64から出力された直流信号は比較回路65
に印加される。比較回路65の内部には予め設定された比
較電圧が記憶されている。この比較電圧は、ロータ６が
停止する直前の回転速度に基づいて定められる。比較回
路65は、F/V変換回路64から出力された直流信号が比較
電圧を越えている間“H"（電源電圧レベル）を出力し、
逆にF/V変換回路64から出力された直流信号が比較電圧
以下の間“L"（接地電圧レベル）を出力する。比較回路
65の出力信号は、遅延回路66を介して発振器51に入力さ
れる。発振器51は、遅延回路66の出力信号が“H"である
間に限つて発振し、ステータ３を振動させる。

以下、第３図を参照して説明する。時刻t₁においてロ
ータ６に過負荷が接続されると、ロータ６の回転速度が
低下する。ロータ６の回転速度が低下すると、Ａ点の電
圧（F/Vコンバータ64が出力した直流電圧）が低下す
る。時刻t₂においてＡ点の電圧が比較回路65に設定され
た比較電圧以下になると、Ｂ点の電圧（比較回路65の出
力電圧）が“H"から“L"に反転し、モータロツクが検出
される。この時、ロータ６とステータ３の間に大きな滑
りが発生するので、ロータ６やステータ3,および摩擦材
７の摩耗が増加する。

モータロツクが検出された後、遅延回路66の動作によ
つてΔｔ時間後にＣ点の電圧（遅延回路66の出力電圧）
が“H"から“L"に反転するので、発振器51の発振が停止
する。

このように、ロータ６に過負荷が接続され、ロータ６
の回転速度が所定回転速度以下になると、制御回路60に
よつて発振回路50の発振が停止される。発振回路50の発
振が停止すると、ロータ６とステータ３の大きな滑りが
発生しなくなるので、ロータ６やステータ３および摩擦
材７の摩耗が低減される。

なお、第一実施例装置では、モータロツクが検出され
た後も、Δｔ時間の間、発振回路50が発振するので、瞬
間的な過負荷によつて超音波モータ100が停止してしま
うことはない。

次に、第一実施例装置をさらに改良した第二実施例装
置について説明する。第二実施例装置は、回路基板10上
に配設された制御回路70を除いて第１図に示した第一実
施例装置と全く同様である。従つて、制御回路70につい
て詳細に説明し、他の説明は省略する。

以下、第４図を参照して第二実施例装置に内蔵された
制御回路70について説明する。

第二実施例装置の制御回路70は、第一実施例装置の遅
延回路66に代えて発振器71とカウンタ72およびオアゲー
ト73を備えている。他の構成要素は第一実施例と全く同
様である。

比較回路65の出力信号はオアゲート73を介して発振器
51に印加される。また、比較回路65の出力信号はカウン
タ72のリセツト端子72Rにも印加される。カウンタ72に
は方形波発振器71が接続されている。カウンタ72は、比
較回路65の出力信号“H"から“L"に反転している間、発
振器71が発生した交流信号を分周し、所定時間Δｔ毎に
反転する電気信号を出力する。カウンタ72が出力した電
気信号はオアゲート73を介して発振器51に印加される。
発振器51はオアゲート73の出力が“H"である間に限つて
発振し、ステータ３を振動させる。

以下、第５図を参照して説明する。時刻t₁においてロ
ータ６に過負荷が接続されると、ロータ６の回転速度が
低下する。

ロータ６の回転速度が低下すると、Ａ点の電圧（F/V
コンバータ64が出力した直流電圧）が低下する。時刻t₂
においてＡ点の電圧が比較回路65に設定された比較電圧
以下になると、Ｂ点の電圧（比較回路65の出力電圧）が
“H"から“L"に反転し、モータロツクが検出される。こ
の時、カウンタ72のリセツト端子72Rの電圧が“H"から
“L"に反転するので、カウンタ72の分周が開始される。
また、この時、ロータ６とステータ３の間に大きな滑り
が発生するので、ロータ６とステータ3,および摩擦材７
の摩耗が増加する。

モータロツクが検出された後、Δｔ時間後にＤ点の電
圧（カウンタ72の出力電圧）が“H"から“L"に反転する
ので、Ｃ点の電圧（オアゲート73の出力電圧）も“H"か
ら“L"に反転し、発振器51の発振が停止する。

このように、ロータ６に過負荷が接続され、ロータ６
の回転速度が所定回転速度以下になると、制御回路60に
よつて発振回路50の発振が止められる。発振回路50の発
振が停止すると、ロータ６とステータ３の間に大きな滑
りが発生しなくなるので、ロータ６やステータ３および
摩擦材７の摩耗が低減される。

第二実施例装置では、カウンタ72が所定時間Δｔ毎に
反転する電気信号を発生するので、発振回路50の発振が
停止した後、Δｔ時間が経過すると再び発振回路50が発
振を開始し、ロータ６が再起動される。

なお、時刻t₃として示されるように、ロータ６が再起
動された結果、ロータ６が回転し始めれば、比較回路65
の出力信号“L"から“H"に反転するので、カウンタ72は
初期化される。

第一実施例装置と同様に第二実施例装置でも、モータ
ロツクが検出された後、Δｔ時間の間、発振回路50が発
振し続けるので、瞬間的な過負荷によつてモータが停止
してしまうことはない。

さらに、第二実施例装置では、所定時間Δｔ毎に発振
回路50が発振し、ロータ６が再起動されるので、過負荷
が消失すれば、再びロータ６が回転し始める。

次に、第二実施例装置をさらに改良した第三実施例装
置について説明する。第三実施例装置は、回路基板10上
に配設された制御回路80を除いて第１図に示した第一実
施例装置と全く同様である。従つて、制御回路80につい
て詳細に説明し、他の説明は省略する。

以下、第６図を参照して第三実施例装置に内蔵された
制御回路80について説明する。

第三実施例装置の制御回路80は、第二実施例装置の制
御回路70にカウンタ74とアンドゲート75を加えたもの
で、他の構成要素は第二実施例装置と全く同様である。

比較回路65の出力信号はオアゲート73およびアンドゲ
ート75を介して発振器51に印加される。また、比較回路
65の出力信号は、カウンタ72のリセツト端子72Rおよび
カウンタ74のリセツト端子74Rにも印加される。カウン
タ72は、比較回路65の出力信号“H"から“L"に反転して
いる間、発振器71が発生した交流信号を分周し、所定時
間Δｔ毎に反転する電気信号を発生する。また、カウン
タ74は、カウンタ72が発生した交流信号が反転した回数
を数え、カウンタ72からの交流信号が３回反転すると、
アンドゲート75を閉じる。

カウンタ72が出力した電気信号はオアゲート73とアン
ドゲート75を介して発振器51に印加される。発振器51と
アンドゲート75の出力が“H"である間に限つて発振し、
ステータ３を振動させる。

以下、第７図を参照して説明する。時刻t₁においてロ
ータ６に過負荷が接続されると、ロータ６の回転速度が
低下する。

ロータ６の回転速度が低下し、時刻t₂においてＡ点の
電圧が比較回路65に設定される比較電圧以下になると、
Ｂ点の電圧が“H"から“L"に反転し、モータロツクが検
出される。この時、カウンタ72,74のリセツト端子72R,7
4Rの電圧が“H"から“L"に反転するので、カウンタ72,7
4が動作し始める。

モータロツクが検出された後、Δｔ時間毎にＤ点およ
びＣ点の電圧が“H"から“L"に反転するが、時刻t₄にお
いてＤ点の電圧が３回反転すると、カウンタ74によりア
ンドゲート75が閉じられるので、Ｃ点の電圧は“L"に保
持される。この時、発振器51は発振停止を続ける。

第三実施例装置では、カウンタ74がアンドゲート75を
閉じるので、ロータ６を３回再起動してもロータ６が回
転し始めない場合には、その後の再起動が中断される。
それゆえに、第三実施例装置によれば、瞬間的な過負荷
によつて一時的にロータ６が停止した場合にはロータ６
が再起動され、しかも、過負荷が長時間継続した場合に
は再起動に要する無駄な消費電力が低減される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ロータに過負荷が接続され、ロータ
の回転速度が所定回転速度以下になると、制御回路が発
振回路の発振を停止させる。発振回路の発振が停止した
後は、ロータとステータの間に大きな滑りが発生しなく
なる。それゆえに、ロータとステータの間の滑りによつ
て発生する摩耗が低減され、超音波モータの経時変化が
低減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい第一実施例装置を描いた超音
波モータの断面図である。第２図は第一実施例装置に適用された発振回路および制
御回路を描いたブロツク図である。第３図は第２図から選ばれた様々な点における電圧波形
を描いた波形図である。第４図は第二実施例装置に適用された発振回路および制
御回路を描いたブロツク図である。第５図は第４図から選ばれた様々な点における電圧波形
を描いた波形図である。第６図は第三実施例装置に適用された発振回路および制
御回路を描いたブロツク図である。第７図は第６図から選ばれた様々な点における電圧波形
を描いた波形図である。１…弾性体、２…圧電振動子（振動子）、2a,2b…圧電
素子、３…ステータ、４…ベース、５…蓋部材、６…ロ
ータ、７…摩擦材、８…ロアカバー、９…回転軸、10…
回路基板、11…螺子,12…側部材,13…皿ばね,14…ゴム
シート,15…ベアリング部材,16…軸受け、17…引出電
極,18…電気リード,19…ゴムシート,50…発振回路、51
…発振器、52…位相回路、53,54…駆動回路、55,56…変
圧器、60,70…制御回路、61…リング磁石（回転速度検
出手段）、62…ホール素子（回転速度検出手段）、63…
増幅回路、64…F/Vコンバータ、65…比較回路、66…遅
延回路、71…方形波発振器、72…カウンタ、73…オアゲ
ート、74…カウンタ、75…アンドゲート、100…超音波
モータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02N 2/00 - 2/16 H02P 1/00 - 1/58 H02P 3/00 - 3/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】振動子が固着されたステータと、該ステー
タに当接し、該ステータの振動によって駆動され回転す
るロータと、前記振動子を振動させる発振回路とを有す
る超音波モータにおいて、前記ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、該回転速度検出手段が検出したロータの回転速度が所定
回転速度以下になると、前記発振回路の発振を停止させ
る制御回路と、を備える超音波モータ。
【請求項２】前記制御回路は、前記回転速度検出手段が
検出したロータの回転速度が所定回転速度以下になつた
後、しばらくの間、前記発振回路を発振させ続けること
を特徴とした請求項（１）記載の超音波モータ。
【請求項３】前記制御回路は、前記回転速度検出手段が
検出したロータの回転速度が所定回転速度以下になつた
後、一定時間毎に、前記発振回路を発振させることを特
徴とした請求項（１）記載の超音波モータ。
【請求項４】前記制御回路は、前記回転速度検出手段が
検出した回転速度が所定回転速度以下になつた後、一定
時間毎に所定の回数だけ前記発振回路を発振させること
を特徴とした請求項（１）記載の超音波モータ。