JP3060081B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、圧電、磁歪等の電気
−機械変換による超音波モータの位置情報の検知と制御
に関する。
−機械変換による超音波モータの位置情報の検知と制御
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超音波モータのロータの回転数、
位置等の回転情報を検知するためには磁気的、または光
学的なエンコーダ等の装置を超音波モータに付加しなけ
ればならなかった。
位置等の回転情報を検知するためには磁気的、または光
学的なエンコーダ等の装置を超音波モータに付加しなけ
ればならなかった。
【０００３】このような課題を改善する方法として、超
音波モータに検出器を組み込んだものとして、例えば、
特開昭６２−２２１８８５号公報に、ロータに溝等の不
連続部分を設け、ステータに発生する断続的な波形歪み
を検出して、回転情報を得るものがある。
音波モータに検出器を組み込んだものとして、例えば、
特開昭６２−２２１８８５号公報に、ロータに溝等の不
連続部分を設け、ステータに発生する断続的な波形歪み
を検出して、回転情報を得るものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
に超音波モータに前記エンコーダを付加すると、超音波
モータ全体の体積が増大し、大きな組み込みスペースが
必要となり、使用範囲が限定され、超音波モータ自体の
製造工数も増大する。従って、特開昭６２−２２１８８
５号公報による従来の方法は、圧電体の駆動電極の一部
を、回転情報検出電極として使用しているため、駆動電
極の使用効率が低下するだけでなく、回転情報の精度を
上げるためには検出電極を多くしなければならず、さら
に、駆動電極の使用効率が低下するという課題があっ
た。
に超音波モータに前記エンコーダを付加すると、超音波
モータ全体の体積が増大し、大きな組み込みスペースが
必要となり、使用範囲が限定され、超音波モータ自体の
製造工数も増大する。従って、特開昭６２−２２１８８
５号公報による従来の方法は、圧電体の駆動電極の一部
を、回転情報検出電極として使用しているため、駆動電
極の使用効率が低下するだけでなく、回転情報の精度を
上げるためには検出電極を多くしなければならず、さら
に、駆動電極の使用効率が低下するという課題があっ
た。
【０００５】そこで、この発明の目的は、従来のこのよ
うな課題を解決するために、エンコーダ等の別付加の検
出器を設けたり、駆動電極の一部を回転情報検出用に使
用することなく、回転情報を簡易な方法で検出できる超
音波モータを提供できるようにした。
うな課題を解決するために、エンコーダ等の別付加の検
出器を設けたり、駆動電極の一部を回転情報検出用に使
用することなく、回転情報を簡易な方法で検出できる超
音波モータを提供できるようにした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の超音波モータは、ロータに溝または突起
部等の不均一部を設け、ステータへ接着等で接合された
圧電素子への駆動電流の波高値の包絡線の変化を検出
し、電気的な信号処理をすることにより、ロータの回転
情報を検出できるようにした。
に、この発明の超音波モータは、ロータに溝または突起
部等の不均一部を設け、ステータへ接着等で接合された
圧電素子への駆動電流の波高値の包絡線の変化を検出
し、電気的な信号処理をすることにより、ロータの回転
情報を検出できるようにした。
【０００７】その原理は、円板または円環型の進行波型
の超音波モータで、進行波を発生させるための電気−機
械変換子である圧電素子を等分割して、超音波の進行波
を、発生させると、圧電素子の分割数に応じた個数の進
行波が、ステータに発生し、進行波の振幅の変化によ
り、不均一部を設けない通常の状態でも、ステータに接
合された圧電素子へ供給している駆動電流の波高値の包
絡線に変化が生じるが、この駆動電流の波高値の包絡線
の変化は、進行波の波数の２倍と同数である。すなわち
進行波によりモータが回転すると、１回転当たり進行波
の波数の２倍と同数の駆動電流の波高値の包絡線の変化
による信号波が発生する。またステータに設けた櫛歯状
の突起部とロータの不均一部と圧電素子の分割数との関
係により、不均一部の数と同数の電流変化を生じさせ、
さらに、不均一部の数の２倍、３倍の駆動電流の波高値
の包絡線の変化を発生させることもでき、さらに駆動電
流の波高値の包絡線の変化を顕著にすることもできる。
の超音波モータで、進行波を発生させるための電気−機
械変換子である圧電素子を等分割して、超音波の進行波
を、発生させると、圧電素子の分割数に応じた個数の進
行波が、ステータに発生し、進行波の振幅の変化によ
り、不均一部を設けない通常の状態でも、ステータに接
合された圧電素子へ供給している駆動電流の波高値の包
絡線に変化が生じるが、この駆動電流の波高値の包絡線
の変化は、進行波の波数の２倍と同数である。すなわち
進行波によりモータが回転すると、１回転当たり進行波
の波数の２倍と同数の駆動電流の波高値の包絡線の変化
による信号波が発生する。またステータに設けた櫛歯状
の突起部とロータの不均一部と圧電素子の分割数との関
係により、不均一部の数と同数の電流変化を生じさせ、
さらに、不均一部の数の２倍、３倍の駆動電流の波高値
の包絡線の変化を発生させることもでき、さらに駆動電
流の波高値の包絡線の変化を顕著にすることもできる。
【０００８】
【作用】上記のように構成された超音波モータにおいて
は、ステータの圧電素子への駆動電流の変化を検出し、
フィルタ等を介して超音波モータの駆動周波数成分をと
りのぞき、アナログ、デジタル信号処理をすることによ
り、ロータの回転情報をアナログ、デジタル信号として
取り出し、別付加のエンコーダ等を設けることなく、超
音波モータおよび超音波モータを使用した機器の回転
数、速度、位置制御等が可能となる。
は、ステータの圧電素子への駆動電流の変化を検出し、
フィルタ等を介して超音波モータの駆動周波数成分をと
りのぞき、アナログ、デジタル信号処理をすることによ
り、ロータの回転情報をアナログ、デジタル信号として
取り出し、別付加のエンコーダ等を設けることなく、超
音波モータおよび超音波モータを使用した機器の回転
数、速度、位置制御等が可能となる。
【０００９】
【実施例】以下に、この発明の実施例を図面に基づいて
説明する。なお実施例の各図において、同様の部位には
同一の符号を付し、重複した説明は省略する。図１乃至
図８は、本発明の超音波モータの実施例を示す。図１
は、本発明の超音波モータの駆動とロータの回転情報を
得る回路をブロック的に示した説明図であり、図２は、
本発明の超音波モータの検出した信号の処理課程におけ
る信号の波形変化を示す図である。図３及び図４は、本
発明の超音波モータの駆動回路に対応した、圧電素子の
実施例を示す平面図である。図５は本発明の超音波モー
タの構造の実施例を示した縦断面図である。図６乃至図
８は、本発明の超音波モータの構造を示す斜視図であ
る。
説明する。なお実施例の各図において、同様の部位には
同一の符号を付し、重複した説明は省略する。図１乃至
図８は、本発明の超音波モータの実施例を示す。図１
は、本発明の超音波モータの駆動とロータの回転情報を
得る回路をブロック的に示した説明図であり、図２は、
本発明の超音波モータの検出した信号の処理課程におけ
る信号の波形変化を示す図である。図３及び図４は、本
発明の超音波モータの駆動回路に対応した、圧電素子の
実施例を示す平面図である。図５は本発明の超音波モー
タの構造の実施例を示した縦断面図である。図６乃至図
８は、本発明の超音波モータの構造を示す斜視図であ
る。
【００１０】図１において、超音波モータのステータ１
は振動子１ａに駆動電極１ｃ１、及び駆動電極１ｃ２を
有する圧電素子１ｂが接合され、発振回路６によりステ
ータ１の共振周波数近傍で発振された信号を２つの信号
に分岐し、一方は増幅器４により増幅し、他方は±９０
゜移相器５により正転、逆転設定に応じた±９０゜の位
相回転を与え、増幅器３により、それぞれ駆動電極１ｃ
２、駆動電極１ｃ１に駆動信号を印加し、ステータ１の
振動子１ａに進行波を発生させる。またステータ１の振
動子１ａとＧＮＤ２０間に検出抵抗７が挿入され、駆動
電流の変化を検出する。検出抵抗７の両端より検出され
た駆動電流の波形は、図２（Ａ）に示すように、ロータ
の回転による低周波信号により変調された波形となる。
図２（Ａ）の信号をバッファ増幅検波回路８で増幅、検
波、インピーダンス変換して、超音波モータの駆動周波
数成分を波高値の包絡線の成分だけにすると、図２
（Ｂ）に示す波形となり、フィルタ９を通して、回転に
よる変化分だけ、すなわち駆動電流の波高値の包絡線の
周波数成分を取り出すと図２（Ｃ）に示す波形となる。
このようにして取り出された信号を処理を行い、図２
（Ｃ）に示す波形のアナログ、または図２（Ｄ）に示す
波形の信号としてデジタル処理をし、超音波モータの位
置情報として出力する。
は振動子１ａに駆動電極１ｃ１、及び駆動電極１ｃ２を
有する圧電素子１ｂが接合され、発振回路６によりステ
ータ１の共振周波数近傍で発振された信号を２つの信号
に分岐し、一方は増幅器４により増幅し、他方は±９０
゜移相器５により正転、逆転設定に応じた±９０゜の位
相回転を与え、増幅器３により、それぞれ駆動電極１ｃ
２、駆動電極１ｃ１に駆動信号を印加し、ステータ１の
振動子１ａに進行波を発生させる。またステータ１の振
動子１ａとＧＮＤ２０間に検出抵抗７が挿入され、駆動
電流の変化を検出する。検出抵抗７の両端より検出され
た駆動電流の波形は、図２（Ａ）に示すように、ロータ
の回転による低周波信号により変調された波形となる。
図２（Ａ）の信号をバッファ増幅検波回路８で増幅、検
波、インピーダンス変換して、超音波モータの駆動周波
数成分を波高値の包絡線の成分だけにすると、図２
（Ｂ）に示す波形となり、フィルタ９を通して、回転に
よる変化分だけ、すなわち駆動電流の波高値の包絡線の
周波数成分を取り出すと図２（Ｃ）に示す波形となる。
このようにして取り出された信号を処理を行い、図２
（Ｃ）に示す波形のアナログ、または図２（Ｄ）に示す
波形の信号としてデジタル処理をし、超音波モータの位
置情報として出力する。
【００１１】また図３及び図４は、前記本発明の超音波
モータの進行波を発生させ、回転による駆動電流変化分
を取り出すための駆動回路に対応した駆動電極１ｃ１、
駆動電極１ｃ２を有する圧電素子の平面図である。駆動
電極１ｃ１、駆動電極１ｃ２は電気角で９０゜の位相差
を有し、同一の駆動電極群では各々の電極は交互に異極
に分極され、駆動電極１ｃ１は内周で接続し、駆動電極
１ｃ２は外周で接続され、それぞれ２つの電極群を構成
しており、駆動電極１ｃ１、駆動電極１ｃ２全体では１
２等分割されている。この各々の駆動電極に前記の駆動
信号が印加されるとステータ１には電気角で９０゜の位
相差を有する３波の進行波が励起される。
モータの進行波を発生させ、回転による駆動電流変化分
を取り出すための駆動回路に対応した駆動電極１ｃ１、
駆動電極１ｃ２を有する圧電素子の平面図である。駆動
電極１ｃ１、駆動電極１ｃ２は電気角で９０゜の位相差
を有し、同一の駆動電極群では各々の電極は交互に異極
に分極され、駆動電極１ｃ１は内周で接続し、駆動電極
１ｃ２は外周で接続され、それぞれ２つの電極群を構成
しており、駆動電極１ｃ１、駆動電極１ｃ２全体では１
２等分割されている。この各々の駆動電極に前記の駆動
信号が印加されるとステータ１には電気角で９０゜の位
相差を有する３波の進行波が励起される。
【００１２】図５は本発明の超音波モータの構成を示す
縦断面図の例であり、図６は構成例を示す模式図であ
る。駆動用の圧電素子１ｂを接合されたステータ１は駆
動回路により共振周波数近傍で進行波を発生し、進行波
により摩擦材１１を通して摩擦力によりロータ体１２を
回転させる。ロータ体１２には図６に示すように溝部１
２ａを設けてある。加圧機構１３は加圧力を発生、調整
して摩擦力を調整する。図５ではコイルばねの実施例、
図６には板ばねの実施例を示す。また中心軸１５は超音
波モータの中心を構成しステータ１を固着支持し、外部
にモータを取り付けるための支持板１４に打ち込み固着
されている。
縦断面図の例であり、図６は構成例を示す模式図であ
る。駆動用の圧電素子１ｂを接合されたステータ１は駆
動回路により共振周波数近傍で進行波を発生し、進行波
により摩擦材１１を通して摩擦力によりロータ体１２を
回転させる。ロータ体１２には図６に示すように溝部１
２ａを設けてある。加圧機構１３は加圧力を発生、調整
して摩擦力を調整する。図５ではコイルばねの実施例、
図６には板ばねの実施例を示す。また中心軸１５は超音
波モータの中心を構成しステータ１を固着支持し、外部
にモータを取り付けるための支持板１４に打ち込み固着
されている。
【００１３】また図７及び図８には本発明の超音波モー
タの実施例のロータ１２を示す。図７は、不均一部１２
ａが溝の実施例を示し、図８は不均一部１２ａが凸部の
実施例を示す。ここに、溝部および凸部の幅Ｂはそれ以
外の部分の幅Ａよりも狭い。また図７に示す溝の実施例
では、摩擦材１１まで溝部となっているが、図８に示す
凸部の実施例では摩擦材１１は均一である。
タの実施例のロータ１２を示す。図７は、不均一部１２
ａが溝の実施例を示し、図８は不均一部１２ａが凸部の
実施例を示す。ここに、溝部および凸部の幅Ｂはそれ以
外の部分の幅Ａよりも狭い。また図７に示す溝の実施例
では、摩擦材１１まで溝部となっているが、図８に示す
凸部の実施例では摩擦材１１は均一である。
【００１４】次に信号の取り出し方法について説明す
る。図１に示す本発明の超音波モータの構成により超音
波モータを回転させ、検出抵抗７により超音波モータに
流れる駆動電流波形を観察すると、ロータに溝等の不均
一部を設けなくても明確ではないが、電流波形の波高値
の包絡線の変化が、１回転当たり６個発生している。こ
れはステータに発生している進行波の波数の２倍であ
る。
る。図１に示す本発明の超音波モータの構成により超音
波モータを回転させ、検出抵抗７により超音波モータに
流れる駆動電流波形を観察すると、ロータに溝等の不均
一部を設けなくても明確ではないが、電流波形の波高値
の包絡線の変化が、１回転当たり６個発生している。こ
れはステータに発生している進行波の波数の２倍であ
る。
【００１５】図９は、この様子を示したものであり、ロ
ータに溝等の不均一部を設けずにロータの回転の状態を
観察するために、非常に小さなアルミ粘着テープ３枚を
ロータに１２０゜間隔で貼付して、反射型の光センサー
によりロータの回転状態と、駆動電流波形の関係を、観
察した結果を示す。
ータに溝等の不均一部を設けずにロータの回転の状態を
観察するために、非常に小さなアルミ粘着テープ３枚を
ロータに１２０゜間隔で貼付して、反射型の光センサー
によりロータの回転状態と、駆動電流波形の関係を、観
察した結果を示す。
【００１６】図１０乃至図１４は、ロータに溝による不
均一部を設け、光の反射による変位計で溝部の数を変え
て溝部の位置を測定し、電流波形と比較観察した結果を
示す。図１５は、以上の結果と溝部を１、３、４本にし
た場合の結果を加えて一覧表にしたものである図９と図
１０乃至図１４を比較すると、ロータに溝による不均一
部を設けると、電流波形の波高値の包絡線の変化が強調
されることが明確である。
均一部を設け、光の反射による変位計で溝部の数を変え
て溝部の位置を測定し、電流波形と比較観察した結果を
示す。図１５は、以上の結果と溝部を１、３、４本にし
た場合の結果を加えて一覧表にしたものである図９と図
１０乃至図１４を比較すると、ロータに溝による不均一
部を設けると、電流波形の波高値の包絡線の変化が強調
されることが明確である。
【００１７】さらに図１５の表より、ロータの溝部の
数、６、１２、１８としたとき駆動電流の波高値の包絡
線の波形は、ロータ１回転あたりそれぞれ６、１２、１
８個の変化を発生し、この様子を図１０乃至図１２に示
す。一般的には、ロータに設けた溝等の不均一部の数
を、進行波の波数の２＊Ｎ倍にとると進行波の２＊Ｎ倍
の電流波形の波高値の包絡線の変化が生じる。ここに、
Ｎは１以上の正の整数でＮ＝１、２、３、．．．であ
る。すなわち、溝等の不均一部の数と同数の電流波形の
波高値の包絡線の変化が生じることになる。
数、６、１２、１８としたとき駆動電流の波高値の包絡
線の波形は、ロータ１回転あたりそれぞれ６、１２、１
８個の変化を発生し、この様子を図１０乃至図１２に示
す。一般的には、ロータに設けた溝等の不均一部の数
を、進行波の波数の２＊Ｎ倍にとると進行波の２＊Ｎ倍
の電流波形の波高値の包絡線の変化が生じる。ここに、
Ｎは１以上の正の整数でＮ＝１、２、３、．．．であ
る。すなわち、溝等の不均一部の数と同数の電流波形の
波高値の包絡線の変化が生じることになる。
【００１８】さらに、ロータの溝部の数を１５本にした
ときに、電流波形の波高値の包絡線の変化がロータ１回
転当たり３０個発生している。この実験結果を図１４に
示す。これを一般式にすれば、ロータの溝等の不均一部
の数を、進行波の波数をｍとするとｍ＊（Ｎ＋１）にと
ると、２＊ｍ＊（Ｎ＋１）の電流波形の波高値の包絡線
の変化が生じる。
ときに、電流波形の波高値の包絡線の変化がロータ１回
転当たり３０個発生している。この実験結果を図１４に
示す。これを一般式にすれば、ロータの溝等の不均一部
の数を、進行波の波数をｍとするとｍ＊（Ｎ＋１）にと
ると、２＊ｍ＊（Ｎ＋１）の電流波形の波高値の包絡線
の変化が生じる。
【００１９】すなわち、これは溝等の不均一部の数の２
倍の電流波形の波高値の包絡線の変化が生じることにな
る。ただし、ｍ＊（Ｎ＋１）が２＊ｍの公倍数になって
いる時は、ｍ＊（Ｎ＋１）の電流波形の波高値の包絡線
の変化しか生じない。すなわち前記の溝部の数と同数の
電流波形の波高値の包絡線の変化しか生じないことにな
る。
倍の電流波形の波高値の包絡線の変化が生じることにな
る。ただし、ｍ＊（Ｎ＋１）が２＊ｍの公倍数になって
いる時は、ｍ＊（Ｎ＋１）の電流波形の波高値の包絡線
の変化しか生じない。すなわち前記の溝部の数と同数の
電流波形の波高値の包絡線の変化しか生じないことにな
る。
【００２０】同様に、ロータの溝部の数を１０本にした
ときに、電流波形の波高値の包絡線の変化がロータ１回
転当たり３０個発生している。この実験結果を図１３に
示す。これを一般式にすれば、ロータの溝等の不均一部
の数を、２＊ｍ＊（Ｎ＋２）／３倍にとると、２＊ｍ＊
（Ｎ＋２）倍の電流波形の波高値の包絡線の変化が生じ
る。すなわち、これは溝等の不均一部の数の３倍の電流
波形の波高値の包絡線の変化が生じることになる。ただ
し、２＊ｍ＊（Ｎ＋２）／３は、ロータの溝等の不均一
部の数であるから、整数でなければなず、２＊ｍの公倍
数になっている時は、２＊ｍ＊（Ｎ＋２）／３の電流波
形の波高値の包絡線の変化しか生じない。すなわち、上
述の条件を満足する場合には、ロータの溝等の不均一部
の数の２倍、３倍の電流波形の波高値の包絡線の変化を
生じさせることができる。なお、ＮはＮ＝１、２、
３、．．．．の整数である。
ときに、電流波形の波高値の包絡線の変化がロータ１回
転当たり３０個発生している。この実験結果を図１３に
示す。これを一般式にすれば、ロータの溝等の不均一部
の数を、２＊ｍ＊（Ｎ＋２）／３倍にとると、２＊ｍ＊
（Ｎ＋２）倍の電流波形の波高値の包絡線の変化が生じ
る。すなわち、これは溝等の不均一部の数の３倍の電流
波形の波高値の包絡線の変化が生じることになる。ただ
し、２＊ｍ＊（Ｎ＋２）／３は、ロータの溝等の不均一
部の数であるから、整数でなければなず、２＊ｍの公倍
数になっている時は、２＊ｍ＊（Ｎ＋２）／３の電流波
形の波高値の包絡線の変化しか生じない。すなわち、上
述の条件を満足する場合には、ロータの溝等の不均一部
の数の２倍、３倍の電流波形の波高値の包絡線の変化を
生じさせることができる。なお、ＮはＮ＝１、２、
３、．．．．の整数である。
【００２１】エンコーダとして評価したとき、１回転当
たりの信号数が多いほど分解能が高くなるので、溝等の
不均一部の数を増やせば良いが、加工工数が増加する、
強度が弱くなる、さらに溝の数を増加させるとモータの
トルクが減少する等の課題が発生する。
たりの信号数が多いほど分解能が高くなるので、溝等の
不均一部の数を増やせば良いが、加工工数が増加する、
強度が弱くなる、さらに溝の数を増加させるとモータの
トルクが減少する等の課題が発生する。
【００２２】またステータに設けた突起部との関係であ
るが、図１５により明らかなようにステータ１に接合さ
れた圧電素子１ｂの駆動電極１ｃ１、駆動電極１ｃ２の
分割数１２の公約数になっていない分割数２２、２５本
では、上記の溝数の１、２、３倍の電流波形の波高値の
包絡線の変化は生じず、進行波の２倍の変化、すなわち
６個の電流波形の波高値の包絡線の変化しか生じない。
これより、ステータに設けた突起部の数は進行波の波数
をｍとすれば、ｍ＊４＊Ｎ（Ｎ＝１、２、３、．．．）
でなければならない。
るが、図１５により明らかなようにステータ１に接合さ
れた圧電素子１ｂの駆動電極１ｃ１、駆動電極１ｃ２の
分割数１２の公約数になっていない分割数２２、２５本
では、上記の溝数の１、２、３倍の電流波形の波高値の
包絡線の変化は生じず、進行波の２倍の変化、すなわち
６個の電流波形の波高値の包絡線の変化しか生じない。
これより、ステータに設けた突起部の数は進行波の波数
をｍとすれば、ｍ＊４＊Ｎ（Ｎ＝１、２、３、．．．）
でなければならない。
【００２３】また、溝等の不均一部の数をできるだけ少
なくして、１回転当たりの信号数を増加させることが望
ましい。従って、ロータに設けた溝部等の不均一部の
２、３倍の電流変化による信号を発生させることが有利
となる。本実施例のｍ＝３、ステータの突起部の数が２
４の場合は、溝部の数が１０本で信号波形３０程度がエ
ンコーダとして特性的にも、経済的にも適している。
なくして、１回転当たりの信号数を増加させることが望
ましい。従って、ロータに設けた溝部等の不均一部の
２、３倍の電流変化による信号を発生させることが有利
となる。本実施例のｍ＝３、ステータの突起部の数が２
４の場合は、溝部の数が１０本で信号波形３０程度がエ
ンコーダとして特性的にも、経済的にも適している。
【００２４】同様にして、圧電素子の分割数、ステータ
の突起部の数、溝等の不均一部の数を適正に選べば、溝
等の不均一部の数の５倍、７倍等素数倍の駆動電流の波
高値の包絡線波形の変化を生ぜしめる可能性もある。一
般式としては、溝等の不均一部の数の１個当たりｋ倍の
駆動電流の波高値の包絡線波形の変化を生ぜしめたい場
合には、溝等の不均一部の数をＳｎとすれば Ｓｎ＝２＊ｍ＊（Ｎ＋ｋ−１）／ｋ ただし、Ｓｎは整数で Ｓｎ＞２＊ｍ またｋはＮ以下の数であって素数であり、Ｓｎがｋ以下
の場合の溝等の不均一部の数の公倍数になっている場合
には、溝等の不均一部の数の１個当たりの電流波形の波
高値の包絡線の変化は、ｋ以下の最小の公約数しか生じ
ない。
の突起部の数、溝等の不均一部の数を適正に選べば、溝
等の不均一部の数の５倍、７倍等素数倍の駆動電流の波
高値の包絡線波形の変化を生ぜしめる可能性もある。一
般式としては、溝等の不均一部の数の１個当たりｋ倍の
駆動電流の波高値の包絡線波形の変化を生ぜしめたい場
合には、溝等の不均一部の数をＳｎとすれば Ｓｎ＝２＊ｍ＊（Ｎ＋ｋ−１）／ｋ ただし、Ｓｎは整数で Ｓｎ＞２＊ｍ またｋはＮ以下の数であって素数であり、Ｓｎがｋ以下
の場合の溝等の不均一部の数の公倍数になっている場合
には、溝等の不均一部の数の１個当たりの電流波形の波
高値の包絡線の変化は、ｋ以下の最小の公約数しか生じ
ない。
【００２５】また前述したロータに設ける不均一部を溝
部とした場合には、溝部の数を増加させるとモータのト
ルクが減少する問題が生じるが、この改善の実施例を図
１６に示す。図１６においてロータ１２には溝部１２ａ
を設けるが、ロータに接着、またはインサート成形等に
より接合された摩擦材１１には、溝部を設けない構造と
すればトルクの減少は大幅に改善され、さらに溝部の中
まで摩擦材を充填してロータと摩擦材とをインサート成
形等により一体成形をすることもできる。
部とした場合には、溝部の数を増加させるとモータのト
ルクが減少する問題が生じるが、この改善の実施例を図
１６に示す。図１６においてロータ１２には溝部１２ａ
を設けるが、ロータに接着、またはインサート成形等に
より接合された摩擦材１１には、溝部を設けない構造と
すればトルクの減少は大幅に改善され、さらに溝部の中
まで摩擦材を充填してロータと摩擦材とをインサート成
形等により一体成形をすることもできる。
【００２６】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように、超音
波モータのロータに溝または突起部等の不均一部を設
け、不均一部の数と、ステータに接合した圧電素子の分
割数とステータの突起部の数を適正に設定することによ
り駆動電流の波高値の包絡線の変化の数をロータに溝ま
たは突起部等の不均一部の数の１、２、３、．．．ｋ倍
（ただしｋはＮ以下の数であって素数）にすることがで
き、エンコーダ等の別付加の検出器を設けたり、駆動電
極の一部を回転情報検出用に使用することなく、超音波
モータの回転情報を簡易な方法で、高分解能に検出でき
る超音波モータを提供できるようにし、本発明の超音波
モータを使用した装置では、この回転情報により別付加
のエンコーダ等を使用することなく、回転数、位置等の
制御が可能となる。
波モータのロータに溝または突起部等の不均一部を設
け、不均一部の数と、ステータに接合した圧電素子の分
割数とステータの突起部の数を適正に設定することによ
り駆動電流の波高値の包絡線の変化の数をロータに溝ま
たは突起部等の不均一部の数の１、２、３、．．．ｋ倍
（ただしｋはＮ以下の数であって素数）にすることがで
き、エンコーダ等の別付加の検出器を設けたり、駆動電
極の一部を回転情報検出用に使用することなく、超音波
モータの回転情報を簡易な方法で、高分解能に検出でき
る超音波モータを提供できるようにし、本発明の超音波
モータを使用した装置では、この回転情報により別付加
のエンコーダ等を使用することなく、回転数、位置等の
制御が可能となる。
【図１】本発明の超音波モータの駆動およびロータの回
転情報を得る回路をブロック的に示した説明図である。
転情報を得る回路をブロック的に示した説明図である。
【図２】本発明の超音波モータの信号処理課程における
信号の波形変化を模式的に示した説明図である。
信号の波形変化を模式的に示した説明図である。
【図３】本発明の超音波モータの駆動回路に対応した圧
電素子の実施例の第一の面を示す平面図である。
電素子の実施例の第一の面を示す平面図である。
【図４】本発明の超音波モータの構造の駆動回路に対応
した圧電素子の実施例の第二の面を示す平面図である。
した圧電素子の実施例の第二の面を示す平面図である。
【図５】本発明の超音波モータの構造の実施例を示した
縦断面図である。
縦断面図である。
【図６】本発明の超音波モータの構造の実施例を示す斜
視図である。
視図である。
【図７】本発明の超音波モータのロータの構造の実施例
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図８】本発明の超音波モータのロータの構造の実施例
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図９】本発明の超音波モータの実施例のロータに溝等
の不均一部を設けずに、ロータの回転状態と駆動電流波
形の関係を示す測定結果である。
の不均一部を設けずに、ロータの回転状態と駆動電流波
形の関係を示す測定結果である。
【図１０】本発明の超音波モータの実施例のロータに溝
による６本の不均一部を設け、光の反射による変位計に
よるロータの回転状態と駆動電流波形とを比較観察した
測定結果である。
による６本の不均一部を設け、光の反射による変位計に
よるロータの回転状態と駆動電流波形とを比較観察した
測定結果である。
【図１１】本発明の超音波モータの実施例のロータに溝
による１２本の不均一部を設け、光の反射による変位計
によるロータの回転状態と駆動電流波形とを比較観察し
た測定結果である。
による１２本の不均一部を設け、光の反射による変位計
によるロータの回転状態と駆動電流波形とを比較観察し
た測定結果である。
【図１２】本発明の超音波モータの実施例のロータに溝
による１８本の不均一部を設け、光の反射による変位計
によるロータの回転状態と駆動電流波形とを比較観察し
た測定結果である。
による１８本の不均一部を設け、光の反射による変位計
によるロータの回転状態と駆動電流波形とを比較観察し
た測定結果である。
【図１３】本発明の超音波モータの実施例のロータに溝
による１０本の不均一部を設け、光の反射による変位計
によるロータの回転状態と駆動電流波形とを比較観察し
た測定結果である。
による１０本の不均一部を設け、光の反射による変位計
によるロータの回転状態と駆動電流波形とを比較観察し
た測定結果である。
【図１４】本発明の超音波モータの実施例のロータに溝
による１５本の不均一部を設け、光の反射による変位計
によるロータの回転状態と駆動電流波形とを比較観察し
た測定結果である。
による１５本の不均一部を設け、光の反射による変位計
によるロータの回転状態と駆動電流波形とを比較観察し
た測定結果である。
【図１５】本発明の超音波モータの実施例の回転検出の
測定結果とステータの不均一部の数、圧電素子の電極の
分割数、および溝部を１、３、４本にしたときの結果を
まとめた一覧表である。
測定結果とステータの不均一部の数、圧電素子の電極の
分割数、および溝部を１、３、４本にしたときの結果を
まとめた一覧表である。
【図１６】本発明の超音波モータの溝部を有するロータ
の実施例を示す斜視図である．
の実施例を示す斜視図である．
１ 圧電振動子 １ａ 振動子 １ｂ 圧電素子 １ｃ１、１ｃ２ 駆動電極 ２ フィルタ ３、４ 増幅器 ５ ９０゜移相器 ６ 発振回路 ７ 検出抵抗 ８ バッファ増幅検波回路 ９ フィルタ １０ 信号処理回路 １１ 摺動板 １２ ロータ体 １２ａ 摩擦材 １３ 加圧機構 １４ 支持板 １５ 中心軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−82380（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−69073（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−221885（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−154540（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 2/00
Claims (6)
- 【請求項１】 圧電素子を有する振動体と、この振動体
に設けた突起部によりロータを摩擦駆動する超音波モー
タにおいて、前記ロータの円周方向に不均一部を設け、
この不均一部により強調される前記圧電素子への駆動電
流の波高値の包絡線を、連続またはパルス状の信号に変
換する変換回路を備え、前記ロータの回転状態をこの変
換回路からの信号により検出する回転検出手段を有し、
前記振動体の突起部の数が振動体に発生する進行波の波
の数の４＊Ｎ（N＝１，２，３、…）倍であることを特
徴とする超音波モータ。 - 【請求項２】 圧電素子を有する振動体と、この振動体
に設けた突起部によりロータを摩擦駆動する超音波モー
タにおいて、前記ロータの円周方向に不均一部を設け、
この不均一部により強調される前記圧電素子への駆動電
流の波高値の包絡線を、連続またはパルス状の信号に変
換する変換回路を備え、前記ロータの回転状態をこの変
換回路からの信号により検出する回転検出手段を有し、
前記不均一部の数の２倍の駆動電流の波高値の包絡線の
変化を検出する検出回路を有することを特徴とする超音
波モータ。 - 【請求項３】 圧電素子を有する振動体と、この振動体
に設けた突起部によりロータを摩擦駆動する超音波モー
タにおいて、前記ロータの円周方向に不均一部を設け、
この不均一部により強調される前記圧電素子への駆動電
流の波高値の包絡線を、連続またはパルス状の信号に変
換する変換回路を備え、前記ロータの回転状態をこの変
換回路からの信号により検出する回転検出手段を有し、
前記不均一部の数の３倍の駆動電流の波高値の包絡線の
変化を検出する検出回路を有することを特徴とする超音
波モータ。 - 【請求項４】 圧電素子を有する振動体と、この振動体
に設けた突起部によりロータを摩擦駆動する超音波モー
タにおいて、前記ロータの円周方向に不均一部を設け、
この不均一部により強調される前記圧電素子への駆動電
流の波高値の包絡線を、連続またはパルス状の信号に変
換する変換回路を備え、前記ロータの回転状態をこの変
換回路からの信号により検出する回転検出手段を有し、
前記ロータの不均一部の数Ｓｎのｋ倍の駆動電流の波高
値の包絡線の変化を検出する検出回路を有し、式Ｓｎ＝
２＊ｍ＊（Ｎ＋ｋ−１）／ｋが成り立ち、ｍは進行 波の
波数であり、Ｎは整数であることを特徴とする超音波モ
ータ。 - 【請求項５】 前記ロータの不均一部が溝部で構成さ
れ、前記溝部の幅が溝部以外の部分の幅より狭いことを
特徴とする請求項１から請求項４に記載の超音波モー
タ。 - 【請求項６】 前記ロータの不均一部が凸部で構成さ
れ、前記凸部の幅が凸部以外の部分の幅より狭いことを
特徴とする請求項１から請求項４に記載の超音波モー
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5011873A JP3060081B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5011873A JP3060081B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06225550A JPH06225550A (ja) | 1994-08-12 |
| JP3060081B2 true JP3060081B2 (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=11789850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5011873A Expired - Fee Related JP3060081B2 (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3060081B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9530953B2 (en) | 2012-07-11 | 2016-12-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration-type actuator, image pickup apparatus, and stage |
| US9800180B2 (en) | 2010-11-26 | 2017-10-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Control apparatus of vibration-type actuator |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH686854B5 (de) * | 1994-12-29 | 1997-01-31 | Ebauchesfabrik Eta Ag | Piezoelektrischer Motor mit Einrichtung, die Informationen bezueglich der Rotorposition und/oder -drehzahl liefert. |
| JP4688245B2 (ja) * | 1998-06-02 | 2011-05-25 | セイコーインスツル株式会社 | 位置決めシステム及び超音波モータ付電子機器 |
| JP5459192B2 (ja) * | 2010-12-06 | 2014-04-02 | 株式会社ニコン | 振動波モータ、レンズ鏡筒及びカメラ |
| KR20230113294A (ko) * | 2020-11-30 | 2023-07-28 | 미쓰미덴기가부시기가이샤 | 광학 액추에이터, 카메라 모듈, 및 카메라 탑재 장치 |
-
1993
- 1993-01-27 JP JP5011873A patent/JP3060081B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9800180B2 (en) | 2010-11-26 | 2017-10-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Control apparatus of vibration-type actuator |
| US9530953B2 (en) | 2012-07-11 | 2016-12-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration-type actuator, image pickup apparatus, and stage |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06225550A (ja) | 1994-08-12 |
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