JP3441585B2 - Ultrasonic motor and method of driving ultrasonic motor - Google Patents
Ultrasonic motor and method of driving ultrasonic motorInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は超音波モータ及び超
音波モータの駆動方法に関し、特に定在波型超音波モー
タ及び超音波モータの駆動方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic motor and an ultrasonic motor driving method, and more particularly to a standing wave ultrasonic motor and an ultrasonic motor driving method.
【０００２】[0002]
【発明の背景】従来の定在波型超音波モータとして、ス
テータ部に傾斜したスリット溝を形成して、圧電素子の
縦振動により捩り振動を発生させ、縦振動と捩り振動と
が合成されて生じる楕円振動によって、ロータ部を回転
させるものが知られており、例えば特開平２−２６２８
１号公報に開示されている。BACKGROUND OF THE INVENTION As a conventional standing wave type ultrasonic motor, an inclined slit groove is formed in a stator part to generate a torsional vibration by a longitudinal vibration of a piezoelectric element, and the longitudinal vibration and the torsional vibration are combined. It is known that the rotor portion is rotated by the generated elliptical vibration.
It is disclosed in Japanese Patent Publication No.
【０００３】しかし、このような定在波型超音波モータ
には、一方向に傾斜したスリット溝しか形成されていな
いため、ロータ部が一方向にしか回転せず、用途が限定
されるという問題を有していた。However, in such a standing wave type ultrasonic motor, since only slit grooves inclined in one direction are formed, the rotor portion can rotate only in one direction, and the application is limited. Had.
【０００４】あるいは、傾斜したスリット溝を有しな
い、給電を２相式として位相が互いに反転した交流電圧
を印加し得る超音波モータにおいては、ロータ部は正逆
に回転することが出来る。Alternatively, in an ultrasonic motor which does not have an inclined slit groove and which can apply an alternating voltage whose phases are mutually inverted by a two-phase feeding method, the rotor portion can rotate in the forward and reverse directions.
【０００５】しかし、この場合は給電のための回路が複
雑となってコスト高となる、あるいは、外形寸法が大き
くなるという問題を有している。However, in this case, there is a problem in that the circuit for power feeding becomes complicated and the cost becomes high, or the external dimension becomes large.
【０００６】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、単相で双方向に回転可能な超音波モータ及び超音波
モータの駆動方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an ultrasonic motor capable of bidirectionally rotating in a single phase and a method of driving the ultrasonic motor.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、ステータ部の端面に、縦振
動及び捩り振動が合成されてなる楕円振動を発生させ
て、ロータ部を回転駆動する超音波モータにおいて、前
記縦振動の縦共振周波数と、前記捩り振動の捩り共振周
波数と、は異なる周波数であり、 前記ステータ部に、前
記縦振動又は前記捩り振動を選択的に発生させる振動発
生手段と、前記振動発生手段に、前記縦共振周波数の縦
振動を発生させるための周波数の交流電圧と、前記捩り
共振周波数の捩り振動を発生させるための周波数の交流
電圧を、切り換えにより選択的に印加する電圧印加手段
と、前記縦振動及び前記捩り振動の一方から他方を発生
させる振動変換手段と、を有し、前記ロータ部は、前記
振動発生手段が前記縦振動を発生させて前記振動変換手
段によって前記縦振動から前記捩り振動が発生したとき
の駆動方向と、前記振動発生手段が前記捩り振動を発生
させて前記振動変換手段によって前記捩り振動から前記
縦振動が発生したときの駆動方向と、が逆であることを
特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is to generate elliptical vibration, which is a combination of longitudinal vibration and torsional vibration, on the end face of the stator part, and to generate a rotor part. in the ultrasonic motor for rotating the front
The longitudinal resonance frequency of the longitudinal vibration and the torsional resonance frequency of the torsional vibration.
And the wave number, are different frequencies, the stator portion, before
Serial and longitudinal vibrations or vibration generating means for selectively generating said torsional vibration, said vibration generating means, an AC voltage of a frequency for generating a longitudinal vibration of the longitudinal resonance frequency, the torsional
It generates an AC voltage of a frequency for generating the torsional vibration of the resonant frequency, and voltage applying means for selectively mark pressurized by switching, the other from one of the longitudinal vibration and the torsional vibration
And a vibration converting means for causing the rotor unit to
The vibration generating means generates the vertical vibration to generate the vibration converting hand.
When the torsional vibration is generated from the longitudinal vibration due to a step
Drive direction and the vibration generating means generate the torsional vibration
The torsional vibration is converted into the
It is characterized in that the driving direction when the longitudinal vibration occurs is opposite .
【０００８】本発明によれば、振動発生手段は、ステー
タ部に縦振動又は捩り振動を生じさせるようになってお
り、詳しくは、ステータ部が大きく振動できるように、
縦共振周波数の縦振動、あるいは、ステータ部の捩り共
振周波数の捩り振動を生じさせるようになっている。According to the present invention, the vibration generating means is adapted to generate longitudinal vibration or torsional vibration in the stator part, and more specifically, in order to vibrate the stator part largely,
The longitudinal vibration of the longitudinal resonance frequency or the torsional vibration of the torsional resonance frequency of the stator is generated.
【０００９】例えば、ステータ部に縦振動を生じさせる
には、これに対応する周波数を選択して電圧印加手段に
より交流電圧を振動発生手段に印加する。そうすると、
ステータ部に生じた縦振動から振動変換手段を介して捩
り振動が生じ、両振動が合成されてステータ部の端面に
楕円振動が生じて、ロータ部が回転する。For example, in order to generate longitudinal vibration in the stator portion, a frequency corresponding to this is selected and an AC voltage is applied to the vibration generating means by the voltage applying means. Then,
Torsional vibration is generated from the vertical vibration generated in the stator through the vibration converting means, both vibrations are combined to generate elliptical vibration on the end surface of the stator, and the rotor is rotated.
【００１０】また、ステータ部に捩り振動を生じさせる
には、これに対応する周波数を選択して電圧印加手段に
より交流電圧を振動発生手段に印加する。そうすると、
ステータ部に生じた捩り振動から振動変換手段を介して
縦振動が生じ、両振動が合成されてステータ部の端面に
楕円振動が生じて、ロータ部が回転する。Further, in order to generate torsional vibration in the stator portion, a frequency corresponding thereto is selected and an AC voltage is applied to the vibration generating means by the voltage applying means. Then,
Longitudinal vibration is generated from the torsional vibration generated in the stator through the vibration converting means, both vibrations are combined to generate elliptical vibration on the end surface of the stator, and the rotor is rotated.
【００１１】このように、振動発生手段に生じる振動
が、縦振動であっても捩り振動であっても、ロータ部は
回転するのであるが、その回転方向が逆になることが、
実験的に明らかになった。As described above, whether the vibration generated in the vibration generating means is the longitudinal vibration or the torsional vibration, the rotor portion rotates, but the rotation direction is reversed.
It became clear experimentally.
【００１２】したがって、電圧印加手段から振動発生手
段に印加される交流電圧の周波数を切り換えることで、
ロータ部を正逆回転させることができる。Therefore, by switching the frequency of the AC voltage applied from the voltage applying means to the vibration generating means,
The rotor part can be rotated in the forward and reverse directions.
【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の超
音波モータにおいて、前記振動変換手段は、前記ステー
タ部の一部に形成された斜めスリット溝であることを特
徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the ultrasonic motor according to the first aspect, the vibration converting means is an oblique slit groove formed in a part of the stator portion.
【００１４】そして、このスリット溝によって、縦振動
又は捩り振動の一方から他方を発生させて、楕円振動が
合成されるようになっている。With this slit groove, one of the longitudinal vibration and the torsional vibration is generated from the other, and the elliptical vibration is synthesized.
【００１５】請求項３記載の発明は、ステータ部の端面
に、縦振動及び捩り振動が合成されてなる楕円振動を発
生させて、ロータ部を回転駆動する超音波モータの駆動
方法において、前記縦振動の縦共振周波数と、前記捩り
振動の捩り共振周波数と、は異なる周波数であり、前記
超音波モータは、前記ステータ部に、前記縦振動又は前
記捩り振動を選択的に発生させる振動発生手段と、前記
縦振動及び捩り振動の一方から他方を発生させる振動変
換手段と、を有し、前記振動発生手段に、前記縦共振周
波数の縦振動を発生させるための周波数の交流電圧と、
前記捩り共振周波数の捩り振動を発生させるための周波
数の交流電圧を、切り換えにより選択的に印加し、前記
振動発生手段が前記縦振動を発生させて前記振動変換手
段によって前記縦振動から前記捩り振動が発生したとき
と、前記振動発生手段が前記捩り振動を発生させて前記
振動変換手段によって前記捩り振動から前記縦振動が発
生したときとで、前記ロータを逆方向に回転駆動するこ
とを特徴とする。[0015] According to a third aspect, the end surface of the stator portion, the longitudinal vibration and torsional vibration by the generating elliptical vibration formed by combining, in the method of driving an ultrasonic motor for rotating the rotor section, the longitudinal Vertical resonance frequency of vibration and the torsion
And the torsional resonance frequency of the vibration, are different frequencies, the ultrasonic motor, the stator portion, the longitudinal vibration or before
A vibration generating means for selectively generating a serial torsional vibration has a vibration transducer means for generating the other from one of the longitudinal vibration and torsional vibration, the vibration generating means, the longitudinal resonance circumferential
AC voltage of frequency for generating longitudinal vibration of wave number ,
The alternating voltage of the frequency for generating the torsional vibration of the torsional resonance frequency is selectively applied by switching,
The vibration generating means generates the vertical vibration to generate the vibration converting hand.
When the torsional vibration is generated from the longitudinal vibration due to a step
And the vibration generating means generates the torsional vibration to
The longitudinal vibration is generated from the torsional vibration by the vibration conversion means.
In a case in which none, characterized and this <br/> for rotationally driving the rotor in the opposite direction.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】次に、図面に基づいて本発明の実
施形態について詳細に説明する。図１は、本発明に従っ
て駆動する超音波モータの全体構成を示す図であり、図
２は、ステータ部２０の詳細構造および組み付け状態を
示す分解斜視図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an ultrasonic motor driven according to the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view showing a detailed structure of a stator portion 20 and an assembled state.
【００１７】これらの図に示すように、この超音波モー
タは、回転駆動されるロータ部１０と、このロータ部１
０を一方の端面１２に発生する楕円振動によって回転駆
動するステータ部２０とを含んで構成される。そして、
端面１２がロータ接触面となる。As shown in these figures, this ultrasonic motor has a rotor portion 10 that is driven to rotate, and a rotor portion 1 that rotates.
And a stator portion 20 that is driven to rotate by the elliptical vibration generated on one end surface 12. And
The end surface 12 becomes the rotor contact surface.
【００１８】ロータ部１０は、ステータ部２０の端面１
２に一定の圧力で接触する円板１４と、この円板１４の
回転中心に取り付けられた回転出力軸１６とを含んでい
る。従って、ステータ部２０の端面１２に楕円振動が発
生すると、ロータ部１０の円板１４は回転出力軸１６の
回りに回転駆動される。そして、円板１４と回転出力軸
１６は一体的に形成され、円板１４が回転することによ
り回転出力軸１６も回転するようになっている。The rotor portion 10 has an end surface 1 of the stator portion 20.
It includes a disk 14 that comes into contact with 2 at a constant pressure, and a rotation output shaft 16 attached to the center of rotation of the disk 14. Therefore, when elliptical vibration occurs on the end surface 12 of the stator portion 20, the disc 14 of the rotor portion 10 is driven to rotate around the rotation output shaft 16. The disc 14 and the rotation output shaft 16 are integrally formed, and the rotation output shaft 16 also rotates when the disc 14 rotates.
【００１９】また、ステータ部２０は、例えばセラミッ
クス等の圧電体を用いてリング状に形成された圧電素子
２２、２４と、一方の圧電素子２４の両側に全面で接触
するように配置された電極板２６、２８と、これら圧電
素子２２、電極板２６、圧電素子２４、電極板２８を両
側から挟持するように配置された第１の金属ブロック体
３０、第２の金属ブロック体３４と、これらを締め付け
固定するための結合ボルト３６（図２参照）とを含んで
いる。In addition, the stator portion 20 is formed with ring-shaped piezoelectric elements 22 and 24 using a piezoelectric material such as ceramics, and electrodes arranged so as to be in full contact with both sides of one piezoelectric element 24. The plates 26 and 28, the first metal block body 30 and the second metal block body 34 arranged so as to sandwich the piezoelectric element 22, the electrode plate 26, the piezoelectric element 24, and the electrode plate 28 from both sides, and these. And a coupling bolt 36 (see FIG. 2) for tightening and fixing the same.
【００２０】そして、第１の金属ブロック体３０および
第２の金属ブロック体３４のそれぞれの中心には、図示
しないネジ孔が形成されており、結合ボルト３６が螺合
するようになっている。A screw hole (not shown) is formed at the center of each of the first metal block body 30 and the second metal block body 34 so that the coupling bolt 36 can be screwed therein.
【００２１】さらに、圧電素子２２、電極板２６、圧電
素子２４、電極板２８のそれぞれには、結合ボルト３６
の外径よりも大きな内径を有するボルト挿通孔２２ａ、
２６ａ、２４ａ、２８ａが形成されている。そして、こ
れらボルト挿通孔２２ａ、２６ａ、２４ａ、２８ａの内
径は、圧電素子２２、電極板２６、圧電素子２４、電極
板２８を組み立てる際に結合ボルト３６の外側に挿通さ
れる絶縁カラー４４の外径とほぼ一致するように形成さ
れている。Further, a coupling bolt 36 is attached to each of the piezoelectric element 22, the electrode plate 26, the piezoelectric element 24, and the electrode plate 28.
Bolt insertion hole 22a having an inner diameter larger than the outer diameter of
26a, 24a, 28a are formed. The inner diameter of each of the bolt insertion holes 22a, 26a, 24a, 28a is the outer diameter of the insulating collar 44 that is inserted outside the coupling bolt 36 when the piezoelectric element 22, the electrode plate 26, the piezoelectric element 24, and the electrode plate 28 are assembled. It is formed to have a diameter that is substantially the same as the diameter.
【００２２】そして、第２の金属ブロック体３４の一方
の端面１３は、圧電素子２２と接しており、この端面１
３に複数の斜めスリット溝３８が形成されている。Then, one end face 13 of the second metal block body 34 is in contact with the piezoelectric element 22, and this end face 1
A plurality of slanted slit grooves 38 are formed in 3.
【００２３】また、ステータ部２０は、第２の金属ブロ
ック体３４、圧電素子２２、電極板２６、圧電素子２
４、電極板２８、第１の金属ブロック体３０が連結され
て一体化した構造を有しており、一方の電極板２６から
は外部接続端子４０が、他方の電極板２８からは外部接
続端子４２がそれぞれ突出した形となっている。Further, the stator portion 20 includes the second metal block body 34, the piezoelectric element 22, the electrode plate 26, and the piezoelectric element 2.
4, the electrode plate 28 and the first metal block body 30 are connected and integrated, and the external connection terminal 40 is provided from one electrode plate 26 and the external connection terminal is provided from the other electrode plate 28. 42 has a protruding shape.
【００２４】２つの外部接続端子４０、４２は、圧電素
子２４に対して、電圧印加装置５０から高周波交流電圧
を印加するようになっている。また、圧電素子２２に対
しては、外部接続端子４２から第１の金属ブロック体３
０を介し、結合ボルト３６を経て電気的に接続された第
２の金属ブロック体３４の端面１３が電極板として作用
するため、この第２の金属ブロック体３４と電極板２６
とによって一定周波数の高周波交流電圧が印加される。The two external connection terminals 40 and 42 are adapted to apply a high frequency AC voltage from the voltage applying device 50 to the piezoelectric element 24. Further, with respect to the piezoelectric element 22, the external connection terminal 42 to the first metal block body 3 are connected.
Since the end surface 13 of the second metal block body 34 electrically connected via the coupling bolt 36 via 0 acts as an electrode plate, the second metal block body 34 and the electrode plate 26
A high frequency AC voltage having a constant frequency is applied by and.
【００２５】したがって、圧電素子２２、２４には、電
極板２６を共通にして、それぞれ第２の金属ブロック体
３４又は電極板２８から高周波交流電圧を印加するよう
にしてある。すなわち、圧電素子２２、２４には、それ
ぞれ上下逆の極性で高周波交流電圧が印加されるのであ
る。Therefore, the electrode plates 26 are commonly used for the piezoelectric elements 22 and 24, and a high frequency AC voltage is applied from the second metal block 34 or the electrode plate 28, respectively. That is, the high frequency AC voltage is applied to the piezoelectric elements 22 and 24 with their polarities being upside down.
【００２６】一方、圧電素子２２、２４は、図２に示す
ように分極方向がそれぞれ上下逆になっている。On the other hand, the polarization directions of the piezoelectric elements 22 and 24 are upside down, as shown in FIG.
【００２７】そうすると、圧電素子２２、２４は、分極
方向が上下逆で、印加される電圧の極性も上下逆である
ことから、対応する極性は同一となる。そして、一方の
圧電素子２２が伸びる場合には他方の圧電素子２４も伸
び、一方の圧電素子２２が縮む場合には他方の圧電素子
も縮むことになる。これにより、ステータ部２０全体と
しての縦方向（結合ボルト３６の長手方向）の振幅値を
大きく設定することができる。Then, the piezoelectric elements 22 and 24 have the polarization directions upside down, and the polarities of the applied voltages are also upside down, so that the corresponding polarities are the same. When one piezoelectric element 22 expands, the other piezoelectric element 24 also expands, and when one piezoelectric element 22 contracts, the other piezoelectric element also contracts. As a result, the amplitude value in the vertical direction (longitudinal direction of the coupling bolt 36) of the entire stator portion 20 can be set to a large value.
【００２８】ステータ部２０の組み立ては、まず第１の
金属ブロック体３０に結合ボルト３６の一方端を螺合し
て取付け固定した後、絶縁カラー４４を挿通し、その後
この絶縁カラー４４の外周側に電極板２８、圧電素子２
４、電極板２６、圧電素子２２のそれぞれを順に挿通す
る。次に、第２の金属ブロック体３４を結合ボルト３６
の他方端に螺合させることにより、第１および第２の金
属ブロック体３０、３４によってそれ以外の部材を締め
付け固定する。To assemble the stator portion 20, first, one end of the coupling bolt 36 is screwed and fixed to the first metal block body 30, the insulating collar 44 is inserted, and then the outer peripheral side of the insulating collar 44 is inserted. Electrode plate 28, piezoelectric element 2
4, the electrode plate 26, and the piezoelectric element 22 are sequentially inserted. Next, the second metal block body 34 is attached to the coupling bolt 36.
The other members are fastened and fixed by the first and second metal block bodies 30 and 34 by being screwed to the other end.
【００２９】ここで、結合ボルト３６は単に第１および
第２の金属ブロック体３０、３４を締め付けるために用
いているため、ピッチ、締め付け荷重および各種寸法精
度を厳しく管理する必要がなく、設計および製造が容易
となる。Since the connecting bolt 36 is simply used for tightening the first and second metal block bodies 30, 34, it is not necessary to strictly control the pitch, tightening load and various dimensional accuracy, and the design and Manufacturing is easy.
【００３０】また、本実施形態の超音波モータは、ボル
トによる締め付けを利用して捩り振動を発生させている
わけではないため、各部材を締め付ける方法については
何でもよい。従って、一般に使われているナットを用い
たり、結合ロッドを単にかしめるだけでもよいので、部
品コストを低減することができるとともに、その製造工
程を簡略化することもできる。Further, since the ultrasonic motor of this embodiment does not generate the torsional vibration by utilizing the tightening by the bolt, any method may be used for tightening each member. Therefore, it is possible to use a nut that is generally used or simply crimp the connecting rod, so that it is possible to reduce the cost of parts and simplify the manufacturing process.
【００３１】なお、本実施形態は、この連結固定に際
し、各部材の積層面の固定に接着剤を用いていないた
め、共振周波数のモータ毎のばらつきや、共振曲線の鋭
さを示すＱ値の低下を防ぐことができ、これにより超音
波モータの性能および信頼性の向上を図ることができ
る。In this embodiment, since no adhesive is used to fix the laminated surface of each member at the time of connecting and fixing, the variation of the resonance frequency among the motors and the Q value showing the sharpness of the resonance curve are reduced. Can be prevented, and thus the performance and reliability of the ultrasonic motor can be improved.
【００３２】図３は、ステータ部２０の第２の金属ブロ
ック体３４に形成された斜めスリット溝３８の詳細を示
す図である。同図（Ａ）は第２の金属ブロック体３４を
側面から見た図を示しており、複数の斜めスリット溝３
８が、第２の金属ブロック体３４の下側端面に部分的に
接するように配置された状態が示されている。これらの
斜めスリット溝３８は、第２の金属ブロック体３４の下
側あるいは横方向から切削することにより形成すること
ができるため、その形成は比較的容易に行うことができ
る。FIG. 3 is a view showing details of the oblique slit groove 38 formed in the second metal block body 34 of the stator portion 20. FIG. 2A shows a side view of the second metal block body 34, and shows a plurality of diagonal slit grooves 3
It is shown that 8 is arranged so as to partially contact the lower end face of the second metal block body 34. Since the oblique slit grooves 38 can be formed by cutting from the lower side or the lateral direction of the second metal block body 34, the formation thereof can be performed relatively easily.
【００３３】また、同図（Ｂ）は第２の金属ブロック体
３４を上側から見た図を示しており、金属ブロック体３
４に１２個の斜めスリット溝３８が形成された状態が示
されている。Further, FIG. 3B shows a view of the second metal block body 34 as seen from the upper side.
4 shows a state in which 12 oblique slit grooves 38 are formed.
【００３４】次に、電圧印加装置５０は、圧電素子２
２、２４に高周波交流電圧を印加するもので、スイッチ
５２によって、周波数ｆ1 又はｆ2 のいずれかの周波数
を選択できるようになっている。Next, the voltage applying device 50 includes the piezoelectric element 2
A high-frequency AC voltage is applied to 2 and 24, and the frequency of either f1 or f2 can be selected by the switch 52.
【００３５】そして、本実施形態では、周波数ｆ1 又は
ｆ2 のいずれかを選択することで、ロータ部１０を正逆
回転できるようになっている。これは、実験により明ら
かになったもので、その実験データについて以下説明す
る。In this embodiment, the rotor section 10 can be rotated normally and reversely by selecting either the frequency f1 or f2. This is clarified by the experiment, and the experimental data will be described below.
【００３６】[0036]
【実施例】図４は、上記ステータ部２０における振動周
波数とインピーダンスとの関係を理論上導き出してグラ
フにしたもので、インピーダンスが低くなったところ
が、共振していることを示し、縦振動の一次共振周波数
をｆ1 、捩り振動の二次共振周波数をｆ2 で示す。EXAMPLE FIG. 4 is a graph obtained by theoretically deriving the relationship between the vibration frequency and the impedance in the stator section 20. It shows that the place where the impedance becomes low resonates, and the primary vibration of the longitudinal vibration The resonance frequency is f1, and the secondary resonance frequency of torsional vibration is f2.
【００３７】ここで、縦振動の共振周波数は、ｖ／（２
Ｌ）で導かれ、捩り振動の共振周波数は、ｖ´／（２
Ｌ）で導かれる。なお、ｖは、アルミニウムの縦方向の
振動の伝搬速度でｖ＝５１００ｍ／ｓで、ｖ´は、アル
ミニウムの横方向の振動の伝搬速度でｖ´＝３０００ｍ
／ｓであり、Ｌは、ステータ部２０を全てアルミニウム
で構成した場合の長さを示す。また、二次共振周波数
は、一次共振周波数を２倍し、経験上導かれた定数１．
９を乗することで導くことができる。Here, the resonance frequency of the longitudinal vibration is v / (2
L), the resonance frequency of the torsional vibration is v ′ / (2
L). In addition, v is a propagation velocity of vibration of aluminum in the vertical direction and is v = 5100 m / s, and v ′ is a propagation velocity of vibration of aluminum in the transverse direction and v ′ = 3000 m.
/ S, and L indicates the length when the stator portion 20 is entirely made of aluminum. In addition, the secondary resonance frequency is twice the primary resonance frequency, and the constant 1.
It can be led by taking a 9.
【００３８】そして、ステータ部２０は、各金属ブロッ
ク体３０、３４がアルミニウムで構成され、直径が２０
ｍｍで長さが４０ｍｍであるが、圧電素子２２、２４が
それぞれ３ｍｍであるので、これをアルミニウムで構成
した場合に換算すると、３×２×５／３＝１０ｍｍとな
り、ステータ部２０の全長は、４０−（３×２）＋１０
＝４４ｍｍに換算される。これを上式に代入して、
縦振動の一次共振周波数ｆ1 ＝５１００／（２×４４×１０-3）
＝５７．９５４５ ｋＨｚ
捩り振動の二次共振周波数ｆ2 ＝３０００／（２×４４×１０-3）×２×１．９
＝６４．７７１ ｋＨｚ
となる。In the stator portion 20, each of the metal block bodies 30 and 34 is made of aluminum and has a diameter of 20.
Although the length is 40 mm in mm, the piezoelectric elements 22 and 24 are each 3 mm, so when converted to aluminum, it is 3 × 2 × 5/3 = 10 mm, and the total length of the stator portion 20 is , 40- (3 × 2) +10
= 44 mm. Substituting this into the above equation, the primary resonance frequency f1 of the longitudinal vibration f1 = 5100 / (2 × 44 × 10 −3 ) = 57.9545 kHz The secondary resonance frequency f2 of the torsional vibration f2 = 3000 / (2 × 44 × 10 -3 ) x 2 x 1.9 = 64.771 kHz.
【００３９】以上の理論上の値を基にして、実際にステ
ータ部２０を、縦振動の一次共振周波数及び捩り振動の
二次共振周波数で振動させたところ、ロータ部１０が正
逆回転することがわかった。図５は、実験結果を示す図
表である。Based on the above theoretical values, when the stator section 20 is actually vibrated at the primary resonance frequency of the longitudinal vibration and the secondary resonance frequency of the torsional vibration, the rotor section 10 rotates forward and backward. I understood. FIG. 5 is a chart showing the experimental results.
【００４０】なお、上述した理論値では、縦振動の一次
共振周波数ｆ1 は約６０ｋＨｚであったが、この理論値
はステータ部２０が斜めスリット溝３８を有しない場合
の値であり、実際には５５ｋＨｚが縦振動の一次共振周
波数であった。同様に、実際の捩り振動の二次共振周波
数は、６３ｋＨｚであった。In the above theoretical value, the primary resonance frequency f1 of the longitudinal vibration was about 60 kHz, but this theoretical value is the value when the stator section 20 does not have the oblique slit groove 38, and in practice. 55 kHz was the primary resonance frequency of longitudinal vibration. Similarly, the secondary resonance frequency of the actual torsional vibration was 63 kHz.
【００４１】実験の結果は、図５に示すように、ステー
タ部２０の圧電素子２２、２４に、５５ｋＨｚの交流電
圧を印加したところロータ部１０は時計回りに回転し、
６３ｋＨｚの交流電圧を印加したところロータ部は、こ
れとは反対に反時計回りに回転するというものであっ
た。As a result of the experiment, as shown in FIG. 5, when an AC voltage of 55 kHz was applied to the piezoelectric elements 22 and 24 of the stator portion 20, the rotor portion 10 rotated clockwise,
When an AC voltage of 63 kHz was applied, the rotor section, conversely, rotated counterclockwise.
【００４２】その作用を説明すると、５５ｋＨｚの交流
電圧を印加すると、圧電素子２２、２４の縦振動を介し
てステータ部２０は縦振動し、斜めスリット溝３８によ
って捩り振動が発生し、両振動が合成されて端面１２に
楕円振動が生じてロータ部１０が回転する。The operation will be described. When an AC voltage of 55 kHz is applied, the stator portion 20 longitudinally vibrates via the longitudinal vibration of the piezoelectric elements 22 and 24, and the torsional vibration is generated by the oblique slit groove 38. As a result of the synthesis, elliptical vibration is generated on the end face 12, and the rotor unit 10 rotates.
【００４３】一方、６３ｋＨｚの交流電圧を印加する
と、圧電素子２２、２４の捩り振動を介してステータ部
２０は捩り振動し、斜めスリット溝３８によって縦振動
が発生し、両振動が合成されて端面１２に楕円振動が生
じてロータ部１０が回転する。On the other hand, when an alternating voltage of 63 kHz is applied, the stator section 20 is torsionally vibrated through the torsional vibrations of the piezoelectric elements 22 and 24, longitudinal vibration is generated by the oblique slit groove 38, and both vibrations are combined to form an end face. Elliptical vibration occurs in 12 and the rotor unit 10 rotates.
【００４４】このように、いずれの場合も、縦振動又は
捩り振動のいずれか一方から、斜めスリット溝３８によ
って他方が発生することで、楕円振動を合成させてロー
タ部１０を回転させることができる。As described above, in either case, one of the longitudinal vibration and the torsional vibration is generated by the other due to the oblique slit groove 38, whereby the elliptical vibration can be combined to rotate the rotor portion 10. .
【００４５】しかしながら、その回転方向が逆となるの
は、縦振動から捩り振動が生じる場合と、捩り振動から
縦振動が生じる場合とでは、楕円振動の軌跡が異なるた
めであると考えられた。However, it is considered that the rotation directions are opposite because the locus of the elliptical vibration is different between the case where the longitudinal vibration causes the torsional vibration and the case where the torsional vibration causes the longitudinal vibration.
【００４６】そこで、有限要素法によって振動状態を計
算した。図６（Ａ）は、縦振動の一次共振周波数に対応
する交流電圧を印加した場合の振動状態を示し、図６
（Ｂ）は、その振動の軌跡を示す図である。具体的に
は、理論上の値である６０ｋＨｚの交流電圧を印加した
場合として計算した。Therefore, the vibration state was calculated by the finite element method. FIG. 6A shows a vibration state when an AC voltage corresponding to the primary resonance frequency of longitudinal vibration is applied, and FIG.
(B) is a figure which shows the locus | trajectory of the vibration. Specifically, the calculation was performed when an AC voltage of 60 kHz, which is a theoretical value, was applied.
【００４７】また、図７（Ａ）は、捩り振動の二次共振
周波数に対応する交流電圧を印加した場合の振動状態を
示し、図７（Ｂ）は、その振動の軌跡を示す図である。
具体的には、理論上の値である６５ｋＨｚの交流電圧を
印加した場合として計算した。FIG. 7A shows a vibration state when an AC voltage corresponding to the secondary resonance frequency of torsional vibration is applied, and FIG. 7B shows a locus of the vibration. .
Specifically, the calculation was performed when an AC voltage of 65 kHz, which is a theoretical value, was applied.
【００４８】これらの図から明らかなように、縦振動の
一次共振周波数に対応する交流電圧を印加した場合と、
捩り振動の二次共振周波数に対応する交流電圧を印加し
た場合とでは、振動の軌跡が逆方向となっている。この
ことから、ロータ部１０が逆回転することが、理論的に
も裏付けされた。As is clear from these figures, when an AC voltage corresponding to the primary resonance frequency of longitudinal vibration is applied,
The locus of vibration is opposite to that when an AC voltage corresponding to the secondary resonance frequency of torsional vibration is applied. From this, it is theoretically confirmed that the rotor portion 10 rotates in the reverse direction.
【００４９】なお、本実施形態では、斜めスリット溝３
８を振動変換手段としたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、ボルトで締め付けることを振動変換手段
とし、斜めスリット溝を有しないボルト締めランジュバ
ン型の超音波モータにも本発明を適用することができ
る。In this embodiment, the oblique slit groove 3
Although 8 is the vibration conversion means, the present invention is not limited to this, and the vibration conversion means is tightening with a bolt, and the present invention is also applicable to a bolted Langevin type ultrasonic motor having no diagonal slit groove. Can be applied.
【００５０】[0050]
【図１】本発明に従って駆動する超音波モータの全体構
成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an ultrasonic motor driven according to the present invention.
【図２】ステータ部の詳細構造および組み付け状態を示
す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing a detailed structure of a stator portion and an assembled state.
【図３】ステータ部の第２の金属ブロック体に形成され
た斜めスリット溝の詳細を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing details of an oblique slit groove formed in a second metal block body of a stator portion.
【図４】ステータ部における振動周波数とインピーダン
スとの関係を理論上導き出してグラフに示す図である。FIG. 4 is a diagram theoretically deriving a relationship between a vibration frequency and an impedance in a stator section and showing the relationship in a graph.
【図５】実験結果を示す図表である。FIG. 5 is a chart showing experimental results.
【図６】図６（Ａ）は、縦振動の一次共振周波数に対応
する交流電圧を印加した場合の振動状態を示し、図６
（Ｂ）は、その振動の軌跡を示す図である。6 (A) shows a vibration state when an AC voltage corresponding to a primary resonance frequency of longitudinal vibration is applied, and FIG.
(B) is a figure which shows the locus | trajectory of the vibration.
【図７】図７（Ａ）は、捩り振動の二次共振周波数に対
応する交流電圧を印加した場合の振動状態を示し、図７
（Ｂ）は、その振動の軌跡を示す図である。FIG. 7 (A) shows a vibration state when an AC voltage corresponding to a secondary resonance frequency of torsional vibration is applied, and FIG.
(B) is a figure which shows the locus | trajectory of the vibration.
１０ ロータ １２ 端面 ２０ ステータ ２２、２４ 圧電素子（振動発生手段） ３８ スリット溝（振動変換手段） ５０ 電圧印加装置 10 rotor 12 end faces 20 stator 22, 24 Piezoelectric element (vibration generating means) 38 Slit groove (vibration conversion means) 50 voltage application device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 雅史 静岡県湖西市梅田390番地 アスモ株式 会社内 (72)発明者 本多 敬介 愛知県豊橋市大岩町字小山塚20番地 本 多電子株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−298653（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−217873（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−128682（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−26281（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 2/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masafumi Ishikawa 390 Umeda, Kosai City, Shizuoka Prefecture Asmo Co., Ltd. (72) Keisuke Honda 20 Koyamazuka, Oiwa Town, Toyohashi City, Aichi Prefecture Honda Electronics Co., Ltd. (56) References JP-A-7-298653 (JP, A) JP-A-62-217873 (JP, A) JP-A-3-128682 (JP, A) JP-A-2-26281 (JP, A) ( 58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H02N 2/00
Claims (3)
動が合成されてなる楕円振動を発生させて、ロータ部を
回転駆動する超音波モータにおいて、前記縦振動の縦共振周波数と、前記捩り振動の捩り共振
周波数と、は異なる周波数であり、 前記 ステータ部に、前記縦振動又は前記捩り振動を選択
的に発生させる振動発生手段と、 前記振動発生手段に、前記縦共振周波数の縦振動を発生
させるための周波数の交流電圧と、前記捩り共振周波数
の捩り振動を発生させるための周波数の交流電圧を、切
り換えにより選択的に印加する電圧印加手段と、前記縦振動及び前記捩り振動の一方から他方を発生させ
る振動変換手段と、 を有し、 前記ロータ部は、前記振動発生手段が前記縦振動を発生
させて前記振動変換手段によって前記縦振動から前記捩
り振動が発生したときの駆動方向と、前記振動発生手段
が前記捩り振動を発生させて前記振動変換手段によって
前記捩り振動から前記縦振動が発生したときの駆動方向
と、が逆である ことを特徴とする超音波モータ。1. A longitudinal vibration and a torsional vibration are applied to an end surface of the stator portion.
The rotor part is generated by generating an elliptical vibration that is a combination of motions.
In the ultrasonic motor that rotates,Longitudinal resonance frequency of the longitudinal vibration and torsional resonance of the torsional vibration
Frequency is a different frequency, The above Stator partIn the aboveLongitudinal vibration orThe aboveTorsional vibrationChoice
ToWith vibration generating means to generate, The vibration generating means,Longitudinal resonance frequencyLongitudinal vibrationOccurs
AC voltage having a frequency for causing the torsional resonance frequency
ofTorsional vibrationTo generateTurn off the AC voltage of the frequency
Selectable by replacementMark onVoltage applying means for applying,Generate one of the longitudinal vibration and the torsional vibration from the other
Vibration conversion means, ToHave, In the rotor section, the vibration generating means generates the vertical vibration.
Then, the vibration is converted from the longitudinal vibration by the vibration converting means.
Direction when vibration occurs and the vibration generating means
Generates the torsional vibration by the vibration converting means.
Driving direction when the longitudinal vibration is generated from the torsional vibration
And are the opposite An ultrasonic motor characterized by the above.
た斜めスリット溝であることを特徴とする超音波モー
タ。2. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the vibration converting means is an oblique slit groove formed in a part of the stator portion.
動が合成されてなる楕円振動を発生させて、ロータ部を
回転駆動する超音波モータの駆動方法において、前記縦振動の縦共振周波数と、前記捩り振動の捩り共振
周波数と、は異なる周波数であり、 前記超音波モータは、前記 ステータ部に、前記縦振動又は前記捩り振動を選択
的に発生させる振動発生手段と、 前記縦振動及び捩り振動の一方から他方を発生させる振
動変換手段と、 を有し、 前記振動発生手段に、前記縦共振周波数の縦振動を発生
させるための周波数の交流電圧と、前記捩り共振周波数
の捩り振動を発生させるための周波数の交流電圧を、切
り換えにより選択的に印加し、前記振動発生手段が前記縦振動を発生させて前記振動変
換手段によって前記縦振動から前記捩り振動が発生した
ときと、前記振動発生手段が前記捩り振動を発生させて
前記振動変換手段によって前記捩り振動から前記縦振動
が発生したときとで、前記ロータを逆方向に回転駆動す
る ことを特徴とする超音波モータの駆動方法。3. A method of driving an ultrasonic motor, wherein an elliptical vibration, which is a combination of longitudinal vibration and torsional vibration, is generated on an end face of a stator part to drive a rotor part to rotate. , Torsional resonance of said torsional vibration
And frequency are different frequencies, the ultrasonic motor, the stator unit, select the longitudinal vibration or the torsional vibration
To have a vibration generating means for generating a vibration <br/> kinematic transformation means for generating the other from one of the longitudinal vibration and torsional vibration, and said vibration generating means, the longitudinal vibration of the longitudinal resonance frequency Occurs
AC voltage having a frequency for causing the torsional resonance frequency
AC voltage having a frequency for generating the torsional vibration is selectively applied by switching, and the vibration generating means generates the longitudinal vibration to generate the vibration change.
The torsional vibration was generated from the longitudinal vibration by the replacement means.
When the vibration generation means generates the torsional vibration,
The vibration conversion means converts the torsional vibration into the longitudinal vibration.
When the above occurs, the rotor is driven to rotate in the opposite direction.
A method for driving an ultrasonic motor characterized by the following.
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|---|---|---|---|
| JP35094695A JP3441585B2 (en) | 1995-12-25 | 1995-12-25 | Ultrasonic motor and method of driving ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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