JP2770397B2 - 超音波モータ用検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は弾性振動を用いて駆動する超音波モータにお
ける回転角度または回転位置の検出器に関するものであ
る。

従来の技術 従来の超音波モータの位置の制御は、モータの外部に
角度または位置の検出器例えば光学式エンコーダ等を取
り付け、その光学式エンコーダ等からの信号によりモー
タの位置を制御する方法以外には実用例がなかった。

発明が解決しようとする課題 超音波モータは低速、高トルクの特性を有するモータ
として他のモータにはない特性を有するが、機械的角度
または位置制御を高精度で行うとすると、検出器として
従来の高価な高分解能のエンコーダが必要であり、超音
波モータ本体の価格に対して検出器が高すぎ価格のバラ
ンスが取れなかった。

さらに大きさの点でもエンコーダ等の検出部が大きす
ぎてモータとのバランス上問題があった。

また分解能についても、例えば回転角度の検出に当っ
て1000パルスのエンコーダは角度分解能が0.36度となる
が、この値は超音波モータの制御には角度分解能が一桁
程度不足であった。

また、従来の可変抵抗器を用いたのでは、角度位置に
対する取り出し抵抗値または電圧の精度が数％の精度で
しか得られなかったため精度不足となり、トリミング等
による精度向上が必要となりコストが高くなってしま
う。また従来、トリミング等では通常0.2％以下の精度
は得られず検出器としては不十分であった。

本発明は上記課題を解決するもので、超音波モータ本
体と比較して低価格な角度または位置検出器を用いて、
超音波モータの高精度な位置制御の実現を可能とするも
のである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明は、検出信号取り出
し用ブラシが接触する可変抵抗体と、その可変抵抗体に
並列に複数個の固定抵抗体を設け、その固定抵抗体の両
端と可変抵抗体との間に各々短絡電極を設け、そのブラ
シの接触点より抵抗値または電圧値を検出することによ
りロータの角度あるいは位置の検出信号を取り出すもの
である。上記構成により、可変抵抗器としての抵抗値の
直線性を向上させると共に、抵抗値の精度を0.1％以下
にすることができる。

作用 超音波モータのロータ上に設けた検出用抵抗器を、二
組の抵抗体のうちの一方の抵抗体に他方の抵抗体と比較
して大きな電流を流す構成にすることにより、回転角度
に対する抵抗値精度を向上させることができる。

実施例 以下本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図において、11はステータ部、12はロータ部、13
は角度検出部、14は基台部である。超音波モータはステ
ータ部11の振動に伴ないロータ部12が回転する。

第２図において、21は機械的な角度を検出する可変抵
抗体、22は精度補償用の固定抵抗体である。23は電圧印
加電極、24はマイナス電極、25は固定抵抗体22の両端と
可変抵抗体21との間を短絡する電極である。

なお、第１図における電圧印加用ブラシ16、検出信号
取り出し用ブラシ15及びマイナス側ブラシ17は、第２図
における検出部13の電圧印加電極23、可変抵抗体21及び
マイナス電極24にそれぞれ対応して接触し回転角度に応
じた検出信号を取り出す。

第３図は可変抵抗体21及び精度補償用の固定抵抗体22
の等価回路である。

ここで、固定抵抗体22の両端と可変抵抗体21との間を
短絡する電極25（以下、短絡電極という。）について詳
しく説明する。

まず仮に、短絡電極25のない場合について考える。

ここで、印加電圧をVcc、第２図ａ点からｂ点までの可
変抵抗体21の可変抵抗器としての最大抵抗値すなわち検
出信号取り出し用ブラシ15の位置がａ点の時の抵抗値を
Rv及びマイナス電極24を基準とした上記ブラシ15がａ点
からｂ点の間の任意の位置にある時の抵抗値をRrとする
と、上記ブラシ15からの検出電圧Vrは Vr＝Vcc（Rr/Rv） である。またその時の回転位置をθとすると、 θ＝360（Vr/Vcc） で求められる。

ところで従来は通常、抵抗値Rrは回転角度に対するリ
ニアリティが悪く、検出電圧Vrの回転角度に対する直線
性が悪い。

したっがって、この構成では並列に精度の良い抵抗体
を並列に接続しても、角度精度の向上にはならない。

そこで本発明では、可変抵抗体21に並列に複数個の固
定抵抗体22を接続し、かつ、そのそれぞれの固定抵抗体
22の両端と可変抵抗体21との間に短絡電極25を設けて、
その短絡電極25の位置が正確で、固定抵抗体22の抵抗値
精度が良ければ短絡電極25の電位は回転角度にあった精
度良い値を示す。

各短絡電極部の各電位は回転角度に合った精度の良い
出力値を示し、その短絡電極間で可変抵抗値にばらつき
があっても、そのばらつきは全体のばらつきに比べて非
常に小さなものとなる。

また、固定抵抗体22の合計抵抗値を可変抵抗体21の最
大抵抗値に比べて小さくすることにより、短絡電極部の
電位は固定抵抗体22に依存する割合が大きくなる。

精度補償用の固定抵抗体22の大きさは要求精度によっ
て決定されるものであるが、今、可変抵抗体21の抵抗値
の精度を２％と仮定して要求精度を0.2％とした時には1
0倍の電流比すなわち10分の１の抵抗に設定すればよ
い。

具体的には例えば、超音波モータのロータ平面上に配
設された可変抵抗体21の最大抵抗値を10KΩとすると、
その10分の１の抵抗値すなわち1KΩの抵抗値となるよう
に固定抵抗体22を20分割して、可変抵抗体21のまわりに
配列する。この配列の精度はできる限り角度精度をあげ
て配列することが重要である。

要求精度に応じて固体抵抗体の合計抵抗値を通常、可
変抵抗体の最大抵抗値の２分の１から100分の１の範囲
に設定することにより、精度向上の効果が期待できる。

発明の効果 上記実施例から明らかなように、本発明は可変抵抗体
の検出信号取り出し用ブラシの接触点より抵抗値または
電圧値を測定して、ロータの角度あるいは位置の検出を
行うことができる超音波モータ用検出器であり、可変抵
抗体に並列にｎ個の精度補償用の固定抵抗体を接続し、
そのそれぞれの固定抵抗体の両端と可変抵抗体との間に
短絡電極を位置を正確に接続することにより、ロータの
回転角度に対して短絡電極間ごとに電圧が360度のｎ等
分に分割された出力が得られる。すなわち、たとえ可変
抵抗体の方の抵抗値精度が悪くても、また回転角度に対
する可変抵抗体の方のリニアリティが悪くても、ブラシ
の位置に対する検出出力への影響度を少なくでき、回転
角度または位置を正確に知ることができる。

さらに、可変抵抗体に並列に設けたｎ個の固定抵抗体
の合計抵抗値を検出信号取り出し用ブラシが接触する可
変抵抗体の最大抵抗値に比べて２分の１から100分の１
に設定することで、短絡電極の位置に対する検出電圧の
可変抵抗体の抵抗ばらつきによる影響を極めて少なくす
ることができる。

また、短絡電極間の位置に検出信号取り出し用ブラシ
がある場合でも、可変抵抗体が短絡電極で分割されてい
るので、検出信号取り出し用ブラシの位置に対する電位
は最寄りの短絡電極からの電位増加分を加味するだけで
良く、そのため従来に比べ位置や角度精度が大幅に向上
する。

以上のように上記した構成によれば、超音波モータの
ロータの回転角度または位置の検出を１桁高い精度で実
現し、超音波モータの高精度な制御を可能にし応用範囲
を拡大させることができる。

また、従来は高価なエンコーダでなければ角度または
位置の検出が難しかったが、本発明によれば簡単な抵抗
体により可能としたので大幅に部品が削減できると共に
小型化が実現できる。

さらに本発明による特性面からの効果としては、信頼
性の向上があげられ抵抗の温度特性及び抵抗の経年変化
等は一桁以上の精度向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波モータ本体と角度または位置検出器とを
一体化した超音波モータの組立構成図、第２図は超音波
モータのロータ平面上に配設した検出部を示す平面図、
第３図は第２図の検出部の等価回路図である。 11……ステータ部、12……ロータ部、13……角度検出
部、14……基台部、15……検出信号取り出し用ブラシ、
16……電圧印加用ブラシ、17……マイナス側ブラシ、18
……固定ねじ、19……加圧用ばね、21……可変抵抗体、
22……精度補償用固定抵抗体、23……電圧印加電極、24
……マイナス電極、25……短絡電極。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性振動を用いて駆動する超音波モータの
   検出器に於いて、ブラシが接触する可変抵抗体と、その
   可変抵抗体に並列に複数個の固定抵抗体を設け、その固
   定抵抗体の両端と前記可変抵抗体との間には各々短絡電
   極を設け、前記ブラシの接触点より抵抗値または電圧値
   を検出することによりロータの角度あるいは位置の検出
   信号を取り出す超音波モータ用検出器。
2. 【請求項２】可変抵抗体に並列に設けた固定抵抗体の合
   計抵抗値は前記可変抵抗体の最大抵抗値の２分の１から
   100分の１の範囲に設定した請求項１記載の超音波モー
   タ用検出器。