JP3872521B2 - 圧電ステッピング・モータ - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、電気モータの分野に関し、特に、これは圧電ステッピング・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、駆動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形ロータを持つ圧電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移と半径方向の振動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ことは不可能である。
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、ロータを一様に回転させ正確に位置決めさせるとともに、逆転も同様になるようにすることである。
この目的は、ハウジングと、円筒形中空圧電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形ロータを持つステータと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、ハウジングの内部でその縦方向の平面に並べて設けてある少なくとも２つの回転・固定と固定との圧電ユニットを有し、この回転・固定圧電ユニットが回転と固定との圧電セルと、絶縁体と、摩擦要素とを有しており、そしてその固定圧電ユニットが固定圧電セルと、絶縁体と、摩擦要素とを有しているか、あるいはそのステータが、少なくとも１つの横断方向平面に設けられ、複数のセクタの形になっている少なくとも２対の圧電ユニット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。
ハウジングは動けるようにし、圧電ユニットを動かないロータに固定してもよい。
圧電セルは、電極を交互に並列に接続した圧電リングがそれらのセクタを束の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。
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。
ロータ、あるいは可動のハウジングは、摩擦要素上のそれぞれ対応する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。
特許請求しているステッピング・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と、そしてロータの回転、その逆転の場合も同様に、その一様性とその位置決めの精度を高めることとを可能にするのである。
【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、圧電ステッピング・モータ（第１の実施態様）の正面図であり、
図２は、図１に示しているモータの縦方向断面図であり、
図３は、このモータの第２の実施態様の正面図であり、
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、このモータの第３の実施態様の正面図であり、
図６は、図５に示しているモータの縦方向断面図であり、
図７は、このモータの第４の実施態様の正面図であり、
図８は、図７に示しているモータの縦方向断面図であり、
図９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、回転・固定と固定との圧電ユニットのそれぞれの２つの断面図であり、
図１０−１４は、この圧電ステッピング・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
特許請求している、本発明の第１の実施態様による圧電ステッピング・モータは、その内部に２つの圧電ユニット２（図２）および３と、ロッドの形に作られている円筒形ロータ４とを持つ円筒形ハウジング１（図１）を有している。圧電ユニット２および３は、円筒形ハウジング１とロータ４との間の空間を占めていてステータの機能を果たしており、圧電ユニット２は回転・固定ユニットで、圧電ユニット３は固定ユニットである。
回転・固定圧電ユニット２は、相互に接合（例えば、接着）されていてリングの形をした圧電セル５および６から成っており、これらの間にはセル絶縁体７が設けられている。圧電セル５は回転セルであって、その分極ベクトルは半径方向を向いている。圧電セル６は固定セルである。回転・固定ユニット２は、分割リングの形をした摩擦要素８を含んでいる。
固定圧電ユニット３は、その分極ベクトルが半径方向を向いている固定圧電セル９と、絶縁体と、そして摩擦要素８とから成っている。
圧電ユニット２および３の間の隙間は弾性絶縁材料１０で埋めてある。
ロータ４は、突起の形をしたガイド１１を持っていて、ロータ４が軸方向に変位しないようにしている。これらのガイド１１は、摩擦要素８にある対応するガイド（凹み）に入る。
各圧電セルは電線に接続されている電極を持っている（これらの要素は図示していない）。
特許請求している圧電ステッピング・モータは、別の実施態様を取ることもできる。
第３の実施態様においては、第１の実施態様とは対照的に、圧電ユニット２（図３および４）および３は、１つの横断方向平面に設けられており、複数のセクタの形に作ってある。これによって、このモータの寸法と質量をかなり減少させることができる。
第３の実施態様は、ロータ１２（図５および６）が静止していて円筒形ハウジング１３が回転するというところが第１の実施態様と異なっており、圧電ユニット２および３がロータ１２に固着され、そしてガイド１４がこの円筒形ハウジング１３の内側の面に設けられていて、これが摩擦要素８にある対応するガイドに入っている。
第４の実施態様においては、ロータ１２が静止しており（図７および８）、逆に、円筒形ハウジング１３が回転するが、圧電ユニット２および３は、１つの横断方向平面に設けられていて、ロータ１２に固着されている。
本発明によるモータは次のように動作する。
回転圧電セル５（図９）の電極に正の電圧が印加されると、逆圧電効果によって、その内側部分が直径方向の線Ａ１Ａ２に対して反時計方向に角度αだけ変移し、この場合、そのリングの内側部分にある点Ｂは、時計方向に角度αだけ変移する。固定圧電セル６および９に正の電圧が印加されると、それらはロータ４を挟みつけ、負の電圧が印加されると、それらの圧電セルはロータ４から離され、それを解放する。
動作サイクルは６つの期間段階から成っている。
第１期間段階に対応している位置を図９に示している。正の電圧が総ての圧電セルに印加されると、回転圧電セル５はその内側部分を反時計方向に角度αだけ変移させ、固定圧電セル６および９はロータ４を挟みつける。
第２期間段階において、圧電ユニット２（図１０）は同じ状態にあるが、圧電ユニット３の固定圧電セル９には負の電圧が印加されて、この圧電セル９はロータ４から離される。
第３期間段階において、回転圧電セル５（図１１）に負の電圧が印加されると、これによって固定圧電セルとロータを時計方向に角度２αだけ回す。
第４期間段階において、固定圧電セル９（図１２）に正の電圧が印加されると、これはロータ４を締め付ける。
第５期間段階において、固定圧電セル６（図１３）に負の電圧が印加されると、これはロータ４から離される。
第６期間段階において、回転圧電セル５（図１４）に正の電圧が印加されると、これによって固定圧電セル６を反時計方向に角度２αだけ変位させる。
そしてこれらのサイクルが繰り返されて、ロータ４が時計方向に回転するのである。
逆の運動は、固定圧電セルへの電圧印加の順序を変えることによって行える。
ハウジング１３（図５−８）が回転する期間も、動作サイクルは６つの期間段階から成っているが、回転圧電セルと固定圧電セルが役割を交代している。
出力を増大させるには、この圧電ステッピング・モータに圧電ユニットをこのモータの横断方向および縦方向の両方の平面に追加設置すればよい。
特許請求している圧電ステッピング・モータによって、ロータのトルクを大きくし、位置決めと逆の運動を正確にすることができる。低速回転によって、減速ギアを不要にし、圧電ステッピング・モータをスレーブ機構の直接駆動装置として使用することができるようにする。
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挟義の用語を使用した。しかし、本発明は受け取ら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に留意されたい。
本発明を、その好適なタイプの実現物に関連づけて説明したが、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、および自動システム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 (7)

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・ユニットであって、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設けられている回転・固定圧電ユニット及び固定圧電ユニットを少なくとも備え、前記回転・固定圧電ユニットは、回転圧電セルと前記回転圧電セルに接続された第１の固定圧電セル及び絶縁体と１つの摩擦要素とを含み、前記固定圧電ユニットは、第２の固定圧電セルと絶縁体と摩擦要素とを含んで、正の電圧が印加される場合に、ロータを把持する前記第１の固定圧電セルは、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し、前記第２の固定圧電セルは、正の電圧が印加される場合に、前記ロータを把持して前記ロータを固定することを特徴とする圧電ステッピング・モータ。
2. 前記ステータは、１つの横断方向平面に設けられて複数のセクタの形になっている前記回転・固定ユニット及び固定圧電ユニットを少なくとも備えることを特徴とする、請求項１記載の圧電ステッピング・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、ハウジングが可動で、そして圧電ユニットが静止ロータに固着さ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、圧電セルが、圧電リングあるいはそれらのセクタを束の形にされてその電極が交互に並列に接続され、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、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。
6. 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、あるいは請求項５に記載の圧電ステッピング・モータであって、ロータあるいは可動ハウジングが摩擦要素上の対応するそれぞれのガイドに入る少なくとも１本のガイドを持っていることを特徴とする圧電ステッピング・モータ。
7. 移動部と、回転圧電セル及び第１の固定圧電セルを備える回転・固定圧電ユニットと、第２の固定圧電セルを備える固定圧電ユニットとを少なくとも備え、前記第１の固定圧電セルは、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圧電型ステップモーターにおいて、前記移動体を回転運動させる回転運動方法であって、
   前記回転圧電セルに正の電圧を印加し、前記第１の固定圧電セル及び前記第２の固定圧電セルに正の電圧を印加する第１のステップと、
   前記第２の固定圧電セルに負の電圧を印加する第２のステップと、
   前記回転圧電セルに負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の固定圧電セルに負の電圧を印加する第５のステップと、
   前記回転圧電セルに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回転運動方法。

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