JP3872518B2 - 圧電ステッピング・モータ - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、電気モータに関し、特に、圧電ステッピング・モータに関する。
発明の背景
電源ユニットと、ロータと、ステータと、推進用バイモルフ圧電セルと、固定要素とを有する圧電ステッピング・モータは業界において公知である（ソビエト連邦審査済登録特許、ＳＵ，Ａ，７６９６６５）。
しかし、この圧電ステッピング・モータにおいては、バイモルフ圧電セルがロータとわずかにしか接触しないので、ロータの変位角度が一様なステップにならない。
また、ステータがその内側にこのステータと摩擦によって相互作用する円筒ロータを持つ中空円筒を有する圧電モータも業界において公知である（ソビエト連邦審査済登録特許、ＳＵ，Ａ，５７３８２８）。
しかし、この圧電モータは、ロータとステータの変位と半径方向の振動と、そしてこれらの相互摩擦作用とによって作動するが、この場合、ロータを一様な角度で変位させ、正確に位置決めするのは不可能である。
発明の要旨
本発明の基本的な目的は、その実施態様の構造によって設計および製造技術を簡単化することのできる圧電ステッピング・モータを創り出すこと、そしてロータの回転と逆方向への運動が一様になるようにしつつ、寸法および質量が小さなモータでありながら高トルクを得ることである。
この目的は、ハウジングと、円筒形圧電中空円筒の形状をしたステータであって、その内側にこのステータと摩擦によって相互作用する円筒ロータを持つステータを有する圧電ステッピング・モータにおいて、本発明によれば、このステータが、ハウジングの内部にその縦方向に並んでいる少なくとも２つの回転・固定圧電ユニットを有し、各圧電ユニットが回転圧電セルおよび固定圧電セルと、絶縁体と、摩擦要素とを有している圧電ステッピング・モータを提供することによって達成される。
この圧電ユニットは複数のセクタの形にすることもできる。
圧電ユニット間の隙間は、弾性絶縁材料で埋めるのが好ましい。
圧電セルは、電極を交互に並列に接続した圧電リングとそれらのセクタをセットにした形にすることもでき、この場合は、連続するそれぞれの圧電リング、あるいはセクタの分極方向は、その前のものの方向の反対にする。
ロータは、摩擦要素上のそれぞれのガイドに入る少なくとも１本のガイドを持つこともできる。
本発明に従えば、ステッピング・モータのこのような構造的な実施態様によって、設計および製造技術を簡単化すること、そしてロータの回転と逆方向への運動が一様になるようにしつつ、寸法および質量が小さなモータでありながら高トルクを得ることができるのである。
【図面の簡単な説明】
添付の下記図面を参照しながら例を挙げて本発明をさらに説明していくが、
図１は、本発明による圧電ステッピング・モータの正面図であり、
図２は、図１のモータの縦方向断面図であり、
図３は、別の実施態様のモータの正面図であり、
図４は、図３に示しているモータの縦方向断面図であり、
図５は、この圧電ステッピング・モータの動作の第１期間段階であって、第１および第２回転・固定ユニットの２つの断面図であり、
図６−１０は、この圧電ステップ・モータの動作の別の期間段階である。
本発明の最良実施態様
本発明による圧電ステッピング・モータは、円筒形ハウジング１（図１）と、ステータ２と、そして円筒形ロッドの形をしたロータ３とを有している。ステータ２（図２）は、２つの回転・固定圧電ユニット４および５の形にして作ってある。各圧電ユニット４および５は、圧電セル６ａ，６ｂと、固定圧電セル７ａ，７ｂと、絶縁体８と、そして相互に接続する摩擦要素９とから成っている。回転圧電セル６ａ，６ｂの分極ベクトルは、モータの縦方向平面に対してある角度を持っている。固定圧電セル７ａ，７ｂの分極ベクトルは半径方向である。摩擦要素９は、ロータ３をよりしっかり締め付けられる分割リングの形にして作ってある。
回転・固定圧電ユニット４および５の間の隙間は、弾性絶縁材料１０で埋めてある。ロータ３には、ロータが軸方向に変位しないように突起の形をしたガイド１１が設けてある。これらのガイド１１は、それぞれが対応する摩擦要素９のガイドに入る。
各圧電セル６ａ，６ｂおよび７ａ，７ｂは電極を持ち、これらには電線が接続されている（図示していない）。
特許請求しているモータの別の実施態様においては、回転・固定圧電ユニット４（図３および４）および５が横断方向の平面上に配設され、複数のセクタの形になっている。これによって、このモータの寸法と質量がかなり減少する。
特許請求しているモータは図５−１０に示しているように動作する。
圧電セル６ａ，６ｂの電極に正の電圧が印加されると、逆圧電効果によってリングの内側部分が直径の線Ａ１Ａ２に対して反時計方向に角度αだけ変位するが、この場合、リングの内側部分に位置している点Ｂは、反時計方向に角度αの弧を描いて変位する。
回転圧電セル６ａ，６ｂの電極に負の電圧が印加されると、リングの内側部分が直径の線Ａ１Ａ２に対して時計方向に角度αだけ変位するが、この場合、リングの内側部分に位置している点Ｂは、時計方向に角度αの弧を描いて変位する。
正の電圧を固定圧電セル７ａ，７ｂに印加するとロータ３は圧縮され、逆に、負の電圧を印加すると圧電セルはロータ３から離される。
作動サイクルは６つの期間段階からなっている。第１期間段階に対応する位置を図５に示している。圧電ユニット４の圧電セルに正の電圧が印加され、圧電セル６ａが固定圧電セル７ａを反時計方向に角度αだけ変位させ、固定圧電セル７ａがロータ３を締め付ける。圧電ユニット５の圧電セル６ｂには負の電圧が印加され、逆に、圧電ユニット５の固定圧電セル７ａには正の電圧が印加されて、回転圧電セル６ｂが固定圧電セル７ｂを時計方向に角度αだけ変位させ、固定圧電セル７ｂがロータ３を締め付ける。
第２期間段階においては、圧電ユニット５の固定圧電セル７ｂ（図６）に負の電圧が印加され、それはロータから離される。
第３期間段階において、圧電ユニット４の回転圧電セル６ａ（図７）に負の電圧が印加されると、固定圧電セル７ａとロータ３の両方が時計方向に角度２αだけ回転させられる。この場合、圧電ユニット５の回転圧電セル６ｂに正の電圧が印加されると、固定圧電セル７ｂは反時計方向に２αだけ回転させられる。
第４期間段階において、圧電ユニット５の固定圧電セル７ｂ（図８）に正の電圧が印加されると、ロータ３が締め付けられる。
第５期間段階において、固定圧電セル７ａ（図９）に負の電圧が印加されると、それはロータ３から離される。
第６期間段階において、圧電ユニット４の回転圧電セル６ａ（図１０）に正の電圧が印加されると、それを反時計方向に角度２αだけ変位させる。圧電ユニット５の回転圧電セル６ｂ（図１０）に負の電圧が印加されると、それはロータ３を時計方向に角度２αだけ回転させる。
１動作サイクルでロータ３は角度４α回転する。そして、これらのサイクルが繰り返されると、ロータ３は時計方向に回転するのである。逆転させるには、固定圧電セル７ａ，７ｂへの電圧の印加の順序を変える必要がある。
出力を上げるには、このステッピング・モータに圧電ユニットを付け加えればよい。
圧電ステッピング・モータは、本発明によって確実に、ロータのトルクが大きくなり、回転が一様になり、正確に位置決めをし、逆転もする。
本発明の実施態様の説明においては、よりよく理解されるように限定的な狭義の用語を使用した。しかし、本発明は理解された用語に限定されるものではなく、これら総ての用語は、同様な方法で動作するユニットに対する、また同様の技術課題を解決するのに使用される総ての同義語を含んでいるということを留意されたい。
本発明を、その好適なタイプの実現物に関連付けて説明したが、本発明の着想と範囲から外れなければ変更や修正をすることができるということは明らかで、このことは当業者であれば容易に理解できよう。
これらの変更と修正は、本発明の本質および添付請求の範囲を越えないと考えられる。
産業上の利用分野
本発明は、電気工学、遠隔操作、無線工学、およびオートメーションにおけるスレーブ機構として使用することが可能である。

Claims (6)

1. ハウジングと、円筒形圧電中空円筒の形をしたステータであって、このステータと摩擦による相互作用をする円筒形ロータをその内側に持つステータと、を有する圧電ステッピング・モータであって、このステータがそのハウジングの内側で縦方向の平面に並んで配置されている少なくとも２つの回転・固定圧電ユニットを有しており、
   それぞれの回転・固定圧電ユニットが、１つの回転圧電セルと、１つの固定圧電セルと、絶縁体と、１つの摩擦要素とを有し、
   正の電圧が印加される場合に、ロータを把持する固定圧電セルは、前記回転圧電セルに接続されて前記回転圧電セルの回転に従って回転することを特徴とする、圧電ステッピング・モータ。
2. 請求項１に記載の圧電ステッピング・モータであって、圧電ユニットが複数のセクタの形になっていることを特徴とする、圧電ステッピング・モータ。
3. 請求項１あるいは請求項２に記載の圧電ステッピング・モータであって、圧電ユニットの間の隙間が弾性絶縁材料で埋められていることを特徴とする、圧電ステッピング・モータ。
4. 請求項１、あるいは請求項２、あるいは請求項３に記載の圧電ステッピング・モータであって、圧電セルは、圧電リングとそれらのセクタをセットにされその電極が交互に並列に接続された形になされ、この場合、連続するそれぞれの圧電リング、あるいはセクタの分極方向がその前のものの方向の反対になっていることを特徴とする、圧電ステッピング・モータ。
5. 請求項１、あるいは請求項２、あるいは請求項３、あるいは請求項４に記載の圧電ステッピング・モータであって、ロータが摩擦部材上の対応するそれぞれのガイドに入る少なくとも１本のガイドを持つことを特徴とする、圧電ステッピング・モータ。
6. 二つの回転・固定圧電ユニットを含み、前記回転・固定圧電ユニットに各々接続されているとともに正の電圧が印加された場合にロータを把持する固定圧電セルを備える圧電型ステップモータのロータを回転させる方法であって、
   前記正の電圧を第１の回転・固定圧電ユニットに印加して、前記第１の回転・固定圧電ユニットに接続された第１の固定圧電セルに前記正の電圧を印加し、第２の回転・固定圧電ユニットに負の電圧を印加し、前記第２の回転・固定圧電ユニットに接続された第２の固定圧電セルに前記正の電圧を印加する第１のステップと、
   前記第２の固定圧電セルに前記負の電圧を印加する第２のステップと、
   前記負の電圧を前記第１の回転・固定圧電ユニットに印加し、前記第２の回転・固定圧電ユニットに前記正の電圧を印加する第３のステップと、
   前記第２の固定圧電セルに前記正の電圧を印加する第４のステップと、
   前記第１の固定圧電セルに前記負の電圧を印加する第５のステップと、
   前記負の電圧を前記第２の回転・固定圧電ユニットに印加し、前記第１の回転・固定圧電ユニットに前記正の電圧を印加する第６のステップと、
   を含むことを特徴とする方法。

Images