JP3145239B2 - 振動モータ - Google Patents
振動モータInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Motor Or Generator Frames (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特許請求の範囲第１項
の上位概念に記載の形式の振動モータに関する。
の上位概念に記載の形式の振動モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】適当な振動体の表面で発生する進行波に
よって動力駆動される振動モータは一連の有利な特性、
例えば高い停止モーメント及び回転モーメント、低速
度、コンパクトで扁平な構造を有している（例えば１９
８９年１０月２６日及び２７日、ア・エー・ゲー（ＡＥ
Ｇ）社、第２４回技術的なプレスコロキュウムによって
公知である）。
よって動力駆動される振動モータは一連の有利な特性、
例えば高い停止モーメント及び回転モーメント、低速
度、コンパクトで扁平な構造を有している（例えば１９
８９年１０月２６日及び２７日、ア・エー・ゲー（ＡＥ
Ｇ）社、第２４回技術的なプレスコロキュウムによって
公知である）。
【０００３】このような振動モータの一例は第１図で図
示されている。このような振動モータの場合ロータは圧
着機構を介して振動ステータに圧着され、この振動ステ
ータ内では超音波振動体によって、例えば圧電素子によ
って進行波が励起される。
示されている。このような振動モータの場合ロータは圧
着機構を介して振動ステータに圧着され、この振動ステ
ータ内では超音波振動体によって、例えば圧電素子によ
って進行波が励起される。
【０００４】公知の振動モータの欠点は特に、回転モー
メントがコンスタントな場合の回転数と温度との関連性
にある。第２図から明らかなように、２０℃乃至３０℃
の温度範囲では回転数特性曲線に落ち込みが生ずる。こ
の範囲では別の範囲に比して高い騒音も発生する。
メントがコンスタントな場合の回転数と温度との関連性
にある。第２図から明らかなように、２０℃乃至３０℃
の温度範囲では回転数特性曲線に落ち込みが生ずる。こ
の範囲では別の範囲に比して高い騒音も発生する。
【０００５】同様に第２図から明らかなように、回転数
の落ち込みによって、高い回転モーメントの場合値０ま
で回転数が低下する。通常始動段階後モータの運転温度
が前記落ち込み範囲の外部で所定の値に高められたとし
ても、ステータからロータへの力伝達が少なくとも一時
的に妨げられ、これによって特に始動段階で負荷を受け
てモータの作業能力が制限されるようになる。
の落ち込みによって、高い回転モーメントの場合値０ま
で回転数が低下する。通常始動段階後モータの運転温度
が前記落ち込み範囲の外部で所定の値に高められたとし
ても、ステータからロータへの力伝達が少なくとも一時
的に妨げられ、これによって特に始動段階で負荷を受け
てモータの作業能力が制限されるようになる。
【０００６】更に力伝達が妨げられることによってステ
ータとロータとの接触範囲でモータが著しく摩耗するよ
うになる。それというのも、ステータ及びロータ表面に
おいて速度成分が互いに著しく異なるからである。
ータとロータとの接触範囲でモータが著しく摩耗するよ
うになる。それというのも、ステータ及びロータ表面に
おいて速度成分が互いに著しく異なるからである。
【０００７】公知の振動モータの回転数落ち込み温度範
囲における雑音のスペクトル分析によって、ステータ内
で進行波を励起する励起周波数ｆｏの低調波で共振が生
ずることが明らかとなった。しかしこの共振は、ステー
タとステータ支承部との間に配置される通常の緩衝手
段、例えばゴム又はフェルトリングによって効果的に抑
制されない。
囲における雑音のスペクトル分析によって、ステータ内
で進行波を励起する励起周波数ｆｏの低調波で共振が生
ずることが明らかとなった。しかしこの共振は、ステー
タとステータ支承部との間に配置される通常の緩衝手
段、例えばゴム又はフェルトリングによって効果的に抑
制されない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、振動
モータにおいて寄生振動が阻止されるようにし、かつ、
振動モータを、広範囲の運転温度範囲で回転数特性曲線
の落ち込みが回避されしかもこの温度範囲でも騒音なく
作業できるように、改良することにある。
モータにおいて寄生振動が阻止されるようにし、かつ、
振動モータを、広範囲の運転温度範囲で回転数特性曲線
の落ち込みが回避されしかもこの温度範囲でも騒音なく
作業できるように、改良することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によれ
ば、特許請求の範囲第１項の特徴部分に記載の構成によ
って解決された。
ば、特許請求の範囲第１項の特徴部分に記載の構成によ
って解決された。
【００１０】有利な構成はその他の請求項に記載されて
いる。
いる。
【００１１】
【発明の効果】本発明は、寄生振動を付加的な緩衝手段
によって又は共振をずらすことによって回避するとい
う、思想から出発する。詳細にはこのことは本発明によ
れば特に圧着機構又はロータのエレメントのために高い
緩衝作用を有する材料を選択することによって、ロータ
／圧着機構のシステムが非周期的な限界点の近くで運転
されることによって、並びに、寄生振動モードを破壊す
る、圧着機構又はロータを構成する際の構造的な措置に
よって、実現される。
によって又は共振をずらすことによって回避するとい
う、思想から出発する。詳細にはこのことは本発明によ
れば特に圧着機構又はロータのエレメントのために高い
緩衝作用を有する材料を選択することによって、ロータ
／圧着機構のシステムが非周期的な限界点の近くで運転
されることによって、並びに、寄生振動モードを破壊す
る、圧着機構又はロータを構成する際の構造的な措置に
よって、実現される。
【００１２】
【実施例】第１図で図示された超音波モータにおいて
は、基板１上に多数のねじ又は別の固定手段を介してス
テータ２が固定されていて、このステータ２には皿ばね
４を介してロータ３が圧着される。超音波モータは駆動
軸５を中心として同軸的に配置されている。
は、基板１上に多数のねじ又は別の固定手段を介してス
テータ２が固定されていて、このステータ２には皿ばね
４を介してロータ３が圧着される。超音波モータは駆動
軸５を中心として同軸的に配置されている。
【００１３】駆動軸５の上端には締付けリングを介して
皿ばね４が定置に配置されていて、この締付けリングは
リベット結合部材を介して皿ばね４に不動に結合されて
いてかつ駆動軸５の付加部に支承されている。駆動軸５
は下端でころ軸受けに回転可能に支承されている。ロー
タとステータとは円筒状のケーシング部分によって取り
囲まれている。
皿ばね４が定置に配置されていて、この締付けリングは
リベット結合部材を介して皿ばね４に不動に結合されて
いてかつ駆動軸５の付加部に支承されている。駆動軸５
は下端でころ軸受けに回転可能に支承されている。ロー
タとステータとは円筒状のケーシング部分によって取り
囲まれている。
【００１４】駆動モーメントを発生させるために第１図
で図示の超音波モータの場合公知の形式でステータ２内
で進行波が生ぜしめられ、この場合ステータ表面の質点
が楕円形のトラジェクトリー上を移動しかつ摩擦接続的
に連結されたロータ３を回転させる。
で図示の超音波モータの場合公知の形式でステータ２内
で進行波が生ぜしめられ、この場合ステータ表面の質点
が楕円形のトラジェクトリー上を移動しかつ摩擦接続的
に連結されたロータ３を回転させる。
【００１５】第２図では、第１図で図示されているよう
な公知の超音波モータの典型的な回転数特性曲線を図示
している。この場合、回転数は縦軸に沿って示されかつ
温度℃は横軸に沿って示されている。特性曲線は５Ｎｃ
ｍ（＋）、５０Ｎｃｍ（ｘ）及び１００Ｎｃｍ（ｙ）の
回転モーメントを考慮して示されている。ステータとロ
ータとの間の軸方向力はコンスタントである。
な公知の超音波モータの典型的な回転数特性曲線を図示
している。この場合、回転数は縦軸に沿って示されかつ
温度℃は横軸に沿って示されている。特性曲線は５Ｎｃ
ｍ（＋）、５０Ｎｃｍ（ｘ）及び１００Ｎｃｍ（ｙ）の
回転モーメントを考慮して示されている。ステータとロ
ータとの間の軸方向力はコンスタントである。
【００１６】第２図から明らかなように、回転モーメン
トが大きい場合ほぼ２５℃乃至３５℃の温度範囲で回転
数特性曲線の落ち込みが生ずる。この温度範囲ではモー
タの運転時に共鳴音も生ずる。可聴周波数範囲のこのよ
うな寄生振動は圧着機構及びロータの構成エレメントの
固有振動が励起されることによって生ずる。固有周波数
は公知の構成の場合温度に関連していてかつモータ特性
の図示の温度関連性を生ぜしめる。
トが大きい場合ほぼ２５℃乃至３５℃の温度範囲で回転
数特性曲線の落ち込みが生ずる。この温度範囲ではモー
タの運転時に共鳴音も生ずる。可聴周波数範囲のこのよ
うな寄生振動は圧着機構及びロータの構成エレメントの
固有振動が励起されることによって生ずる。固有周波数
は公知の構成の場合温度に関連していてかつモータ特性
の図示の温度関連性を生ぜしめる。
【００１７】第３図では本発明による振動モータを概略
的に図示している。この場合寄生振動の減衰は共振の異
なる作業振動の周波数によって行なわれる。
的に図示している。この場合寄生振動の減衰は共振の異
なる作業振動の周波数によって行なわれる。
【００１８】第３図では符号１０で振動ステータを、符
号２０でロータを、符号３０でロータとステータとを互
いに圧着する軸方向力を発生させるばね機構をかつ符号
４０で既に従来技術で公知の緩衝部材、例えばゴムリン
グを示している。更に符号５０で振動ステータ、ロータ
及び圧着ばねから成るシステムの共振周波数をシュミレ
ートするための質量体を示している。
号２０でロータを、符号３０でロータとステータとを互
いに圧着する軸方向力を発生させるばね機構をかつ符号
４０で既に従来技術で公知の緩衝部材、例えばゴムリン
グを示している。更に符号５０で振動ステータ、ロータ
及び圧着ばねから成るシステムの共振周波数をシュミレ
ートするための質量体を示している。
【００１９】本発明による振動モータでは、寄生共振周
波数が生じた場合にシステムを緩衝するために、付加的
に緩衝手段６０，７０，８０，８０ａが設けられてい
る。
波数が生じた場合にシステムを緩衝するために、付加的
に緩衝手段６０，７０，８０，８０ａが設けられてい
る。
【００２０】このような寄生共振を抑制もしくは阻止す
るための付加的な緩衝手段６０，７０，８０，８０ａ又
は以下に詳述する手段を用いなくても、公知の緩衝部材
４０によって、システムを作動させる励起周波数ｆｏの
場合に緩衝作用が得られるけれども、寄生共振の場合、
特にロータとばね３０とが同位相で振動するような寄生
共振の場合には緩衝作用は得られない。
るための付加的な緩衝手段６０，７０，８０，８０ａ又
は以下に詳述する手段を用いなくても、公知の緩衝部材
４０によって、システムを作動させる励起周波数ｆｏの
場合に緩衝作用が得られるけれども、寄生共振の場合、
特にロータとばね３０とが同位相で振動するような寄生
共振の場合には緩衝作用は得られない。
【００２１】緩衝手段６０，７０，８０，８０ａは種々
の形式で実現できる、特に圧着ばね及びロータのために
適当な材料を選択することによって実現される。有利な
実施例では圧着ばねは緩衝作用を有する材料から製作さ
れる。
の形式で実現できる、特に圧着ばね及びロータのために
適当な材料を選択することによって実現される。有利な
実施例では圧着ばねは緩衝作用を有する材料から製作さ
れる。
【００２２】第４図では共振減衰手段を有する本発明に
よる振動モータの回転数特性曲線を図示している。第１
図の公知のモータにおいて使用される圧着機構の青銅ば
ねの代りに、本発明の振動モータでは多層材料から成る
ばねが使用される。この措置によって、危険な温度範囲
で回転数落ち込みのない特性曲線がほぼ維持されかつ共
鳴音が消滅させられる。
よる振動モータの回転数特性曲線を図示している。第１
図の公知のモータにおいて使用される圧着機構の青銅ば
ねの代りに、本発明の振動モータでは多層材料から成る
ばねが使用される。この措置によって、危険な温度範囲
で回転数落ち込みのない特性曲線がほぼ維持されかつ共
鳴音が消滅させられる。
【００２３】本発明による緩衝作用を考慮してばね材料
として少なくとも０．００５の緩衝係数を有する材料が
適しており、この場合ばね材料は十分高い耐熱性を有す
る必要がある。
として少なくとも０．００５の緩衝係数を有する材料が
適しており、この場合ばね材料は十分高い耐熱性を有す
る必要がある。
【００２４】この場合特に、充填材としてペーパー又は
ガラスフィラメント織物を有するエポキシ・積層材料、
フェノール・積層材料、ポリビスマレインイミド・積層
材料又はシリコン樹脂・積層材料が使用される。更に金
属層、炭素繊維、アラミド繊維を有する多層材料も使用
される。
ガラスフィラメント織物を有するエポキシ・積層材料、
フェノール・積層材料、ポリビスマレインイミド・積層
材料又はシリコン樹脂・積層材料が使用される。更に金
属層、炭素繊維、アラミド繊維を有する多層材料も使用
される。
【００２５】第５図では本発明による振動モータの有利
な別の実施例が図示されている。ステータ１０及びロー
タ２０は圧着機構１００を介して互いに圧着され、この
場合圧着機構１００及びロータ２０のユニットは強力な
緩衝作用を有する緩衝材料９０を介して質量体１ａ、例
えば高い剛性を有する基板に連結されている。
な別の実施例が図示されている。ステータ１０及びロー
タ２０は圧着機構１００を介して互いに圧着され、この
場合圧着機構１００及びロータ２０のユニットは強力な
緩衝作用を有する緩衝材料９０を介して質量体１ａ、例
えば高い剛性を有する基板に連結されている。
【００２６】第６図で図示の実施例では、緩衝材料９０
に付加的にばね１００上に緩衝材料１１０が設けられて
いて、この緩衝材料１１０のためにラック又はプラスチ
ックが使用される。
に付加的にばね１００上に緩衝材料１１０が設けられて
いて、この緩衝材料１１０のためにラック又はプラスチ
ックが使用される。
【００２７】本発明の別の実施例では圧着機構のばね
は、弾性材料から成る層と緩衝材料から成る層とが互い
違いに配置されているマクロスコピックな多層材料から
形成される。
は、弾性材料から成る層と緩衝材料から成る層とが互い
違いに配置されているマクロスコピックな多層材料から
形成される。
【００２８】選択的に、寄生振動モードを減衰するため
に付加的に寄生振動モードを構造的な措置によってずら
すこともできる。このことは一方では、運転温度範囲で
十分互いに異なりしかもステータとも異なる固有周波数
を有する、ロータもしくは圧着機構の材料を選択するこ
とによって得られ、かつ、他方では、孔、スリット又は
層状組織によって妨げとなる振動モードを破壊すること
によって得られる。
に付加的に寄生振動モードを構造的な措置によってずら
すこともできる。このことは一方では、運転温度範囲で
十分互いに異なりしかもステータとも異なる固有周波数
を有する、ロータもしくは圧着機構の材料を選択するこ
とによって得られ、かつ、他方では、孔、スリット又は
層状組織によって妨げとなる振動モードを破壊すること
によって得られる。
【００２９】従って例えばロータ内に半径方向のスリッ
ト、開口又は孔を設けることができ、このスリット等は
周方向に亘って等間隔を置いて位置しかつその数はステ
ータ内の所望の振動モードの節度の数に相応している。
ト、開口又は孔を設けることができ、このスリット等は
周方向に亘って等間隔を置いて位置しかつその数はステ
ータ内の所望の振動モードの節度の数に相応している。
【００３０】例えば９節度で作業する振動モータの場合
には（西ドイツ国特許第３９２７０４０号明細書参
照）、回転対称的なロータの中心点に対して同心的に配
置された円形リング上に９個の孔を配置することによっ
て、妨げとなる振動モードの発生が抑制される。これに
相応してばね皿内で、固有振動がステータの動作周波数
と合致しない振動モードの発生を阻止することができ
る。
には（西ドイツ国特許第３９２７０４０号明細書参
照）、回転対称的なロータの中心点に対して同心的に配
置された円形リング上に９個の孔を配置することによっ
て、妨げとなる振動モードの発生が抑制される。これに
相応してばね皿内で、固有振動がステータの動作周波数
と合致しない振動モードの発生を阻止することができ
る。
【図１】ステータ、ロータ及び圧着機構を有する振動モ
ータのケーシングの断面図。
ータのケーシングの断面図。
【図２】公知の振動モータの回転数特性曲線を示した
図。
図。
【図３】本発明による振動モータの主要構成部分を概略
的に示した図。
的に示した図。
【図４】共振減衰手段を備えた本発明による振動モータ
の回転数特性曲線を示した図。
の回転数特性曲線を示した図。
【図５】本発明による振動モータの別の実施例図。
【図６】本発明による振動モータの別の実施例図。
１ 基板 ２ ステータ ３，３０ ロータ ４ 皿ばね ５ 駆動軸 ２０ 振動ステータ ４０，６０，７０，８０，８０ａ 緩衝手段 ５０ 質量体 ９０，１１０ 緩衝材料 １００ ばね
フロントページの続き (72)発明者 アクセル シュヴァルツ ドイツ連邦共和国 ギーセン ザントフ ェルト １ (56)参考文献 特開 平１−107671（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−107672（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−79782（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−193079（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−1381（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−123974（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−224882（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 2/00 H02K 5/24
Claims (9)
- 【請求項１】 所定の動作周波数の進行波を発生させる
ステータ（１０）と、圧着機構（３０）を介して摩擦接
触下でステータ（１０）に圧着されるロータ（２０）と
から成る振動モータにおいて、ロータ（２０）と圧着機
構（３０）とから成る振動システムが、運転が非周期的
な限界点の近くで行なわれるように、緩衝手段（６０，
７０，８０，８０ａ）によって緩衝されることを特徴と
する、振動モータ。 - 【請求項２】 圧着機構（３０）及びロータ（２０）
が、高い緩衝作用を有する材料から形成されていて、該
材料が、少なくとも０．００５の緩衝係数を有してい
る、請求項１記載の振動モータ。 - 【請求項３】 圧着機構（３０）として主に、高い緩衝
作用を有する硬質プラスチックから成る皿ばねが設けら
れている、請求項１又は２記載の振動モータ。 - 【請求項４】 硬質プラスチックとして、ペーパー、炭
素繊維又はガラスフィラメント織物を有するエポキシ・
積層材料、フェノール・積層材料、ポリビスマレインイ
ミド積層材料又はシリコン樹脂・積層材料が設けられて
いる、請求項３記載の振動モータ。 - 【請求項５】 圧着機構（１００）と軸方向に配置され
た基板（１ａ）との間に、緩衝作用を有する材料から成
る層（９０）が設けられている、請求項１又は２記載の
振動モータ。 - 【請求項６】 圧着機構として、緩衝作用を有する層
（１１０）が被着されているばね（１００）が設けられ
ている、請求項１から３までのいずれか１項記載の振動
モータ。 - 【請求項７】 圧着機構として、弾性材料及び緩衝材料
から成るマクロスコピックな層から形成されたばねが設
けられている、請求項１又は２記載の振動モータ。 - 【請求項８】 ロータ（２０）及び／又は圧着機構（３
０）に、開口、孔、スリット又は層状組織等が設けられ
ている、請求項１記載の振動モータ。 - 【請求項９】 主に皿ばねから形成された圧着機構（３
０）に、回転対称的なロータの中心点に対して同心的に
配置された円形リング上に等間隔を置いて配置された開
口、孔又はスリットが設けられていて、該開口、孔又は
スリットの数が、モータの運転を行なう進行波の節度の
数に相応している、請求項１記載の振動モータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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