JP4391257B2 - Ultrasonic motor position detector - Google Patents
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Description
本発明は、超音波モータのロータの回転位置を検出する位置検出装置に関する。 The present invention relates to a position detection device that detects the rotational position of a rotor of an ultrasonic motor.
モータの制御方法としては、ロータの回転位置を検出し、その検出情報に基づいてロータをフィードバック制御する方法が一般的である。ロータの位置を検出する位置検出装置としては、モータの種類や使用条件に応じて各種のものが知られている。いわゆるエンコーダをはじめ、特許文献1に開示されているように位置検出素子たるPSDを用いたもの等が知られている。また近年では、例えば特許文献2乃至5に開示されているように、超音波モータに使用される位置検出装置も提案されている。
さて、モータの位置検出装置は、より小型で検出精度の高いものが望まれており、超音波モータに使用されるものについても、こうした要望に応じるべく一層の工夫が求められている。特に超音波モータは、セラミック等の圧電素子に装着した振動体にロータを密着させ、振動体を介して圧電素子の弾性振動をロータに伝えることによりこれを回転するものであるところ、圧電素子の振動数は20kHz以上であるため、圧電素子を印加するパルスの数をカウントして制御するのは困難である。また、パルス数に対してロータの位置ずれが発生することも問題となる。本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より優れた超音波モータの位置検出装置を提供することである。 Now, there is a demand for a motor position detection device that is smaller and has high detection accuracy, and for devices that are used in ultrasonic motors, further ingenuity is required to meet such demands. In particular, the ultrasonic motor rotates the rotor by bringing the rotor into close contact with a vibrating body mounted on a piezoelectric element such as ceramic and transmitting the elastic vibration of the piezoelectric element to the rotor via the vibrating body. Since the vibration frequency is 20 kHz or more, it is difficult to control by counting the number of pulses applied to the piezoelectric element. Another problem is that the rotor is displaced with respect to the number of pulses. This invention is made | formed in view of this situation, The objective is to provide the position detection apparatus of the more superior ultrasonic motor.
本願第1請求項に記載した発明は、超音波モータのロータの回転位置を検出する位置検出装置において、前記超音波モータは、計器用の駆動ユニットを構成するものであって、圧電素子に振動体を装着してなるステータの外周をロータが回転するものであり、前記計器用の駆動ユニットは、前記ロータに装着された針の角度により、所定の計数表示がなされるものであり、前記ロータは、前記振動体に密着された所定の形状の金属板をパイプ状の回転軸部に固定してなるものであり、ベアリングを介してケース体に回転可能に支持されており、前記振動体から前記圧電素子の弾性振動が伝わると、前記回転軸部を中心に回転し、前記圧電素子及び前記振動体は、前記回転軸部を貫通し且つ前記ケース体にその基端部を支持した支持体に固定されており、当該位置検出装置は、前記ロータの回転運動を直線運動に変換するリンク機構と、前記リンク機構により直線運動をするリンク体と、前記リンク体に設けられた透光部と、前記リンク体の一方の側面と対向するように配置された導光体と、前記導光体に光を投入する光源と、前記リンク体の他方の側面と対向するように配置された位置検出素子と、前記位置検出素子の出力を処理して前記ロータの位置を特定する信号処理回路とを備え、前記導光体から前記透光部を通して前記位置検出素子の受光面にスポット光が照射され、前記ロータが回転すると前記スポット光が前記位置検出素子の受光面上を移動するものであり、前記リンク機構は、前記回転軸部の先端にギアを設けるとともに、前記リンク体に前記ギアと噛合するラック部を設けて構成し、前記リンク体は、前記ケース体の要所にスライド可能に保持されており、前記ロータが回転すると、前記回転軸部と直交する方向に直線移動するようにした構成の超音波モータの位置検出装置である。
The invention described in claim 1 of the present application is a position detection device for detecting the rotational position of a rotor of an ultrasonic motor , wherein the ultrasonic motor constitutes a driving unit for an instrument, and vibrates a piezoelectric element. A rotor rotates on the outer periphery of a stator with a body mounted thereon, and the instrument drive unit displays a predetermined count according to an angle of a needle mounted on the rotor. Is formed by fixing a metal plate of a predetermined shape in close contact with the vibrating body to a pipe-shaped rotating shaft, and is rotatably supported by a case body via a bearing. When elastic vibration of the piezoelectric element is transmitted, the piezoelectric element and the vibrating body rotate around the rotating shaft portion, and the piezoelectric element and the vibrating body pass through the rotating shaft portion and support the base end portion of the case body. Fixed to And, the position detecting apparatus, and a link mechanism for converting rotary motion into linear motion of the rotor, and a link member for a linear movement by said link mechanism, and a translucent portion provided on said link member, said link A light guide disposed to face one side of the body, a light source for injecting light into the light guide, a position detection element disposed to face the other side of the link, A signal processing circuit for processing the output of the position detection element to identify the position of the rotor, spot light is irradiated from the light guide to the light receiving surface of the position detection element through the light transmitting portion, and the rotor rack There are those wherein the rotating spot light moves on the light receiving surface of the position detecting device, the link mechanism is provided with a gear at the tip of the rotation shaft, for the gear and meshed with said link member Was constructed by providing the link member is slidably held in strategic points in the case body, when the rotor rotates, the configuration which is adapted to move linearly in a direction perpendicular to the rotation shaft Ultra It is a position detection device of a sonic motor.
本発明によれば、より優れた超音波モータの位置検出装置を得ることができる。 According to the present invention, a more excellent ultrasonic motor position detection device can be obtained.
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1乃至図5に示すモータ装置1は、計器用の駆動ユニットであり、例えば自動車の速度計に使用されるものである。かかるモータ装置1は、超音波モータ100と、超音波モータ100のロータ110の回転位置を検出する位置検出装置200と、超音波モータ100を制御する制御回路300と、これらを保持するケース体2とを備え、ロータ110に装着された針3の角度により、所定の計数表示がなされる構成となっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A motor apparatus 1 shown in FIGS. 1 to 5 is a driving unit for an instrument, and is used, for example, in a speedometer of an automobile. The motor device 1 includes an
この超音波モータ100は、圧電素子121に振動体122を装着してなるステータ120の外周をロータ110が回転する構成となっている。ロータ110は、振動体122に密着された所定の形状の金属板111を金属リング113にてパイプ状の回転軸部112に固定してなるものである。ロータ110は、ベアリング4を介してケース体2に回転可能に支持されており、振動体122から圧電素子121の弾性振動が伝わると、回転軸部112を中心に回転する。また、圧電素子121及び振動体122は、回転軸部112を貫通し且つケース体2にその基端部123aを支持した支持体123に固定されている(図2参照)。つまり、ステータ120はケース体2に固定されている。また、圧電素子121は制御回路300と配線されている。制御回路300は、位置検出装置200にて検出されたロータ110の回転位置に応じて圧電素子121の励振を制御することにより、ロータ110を目標とする位置に向って回転移動させる。すなわちロータ110は、位置検出装置200の検出情報に基づいてフィードバック制御される。
The
本例の位置検出装置200は、ロータ110の回転運動を直線運動に変換するリンク機構と、リンク機構により直線運動をするリンク体210と、リンク体210に設けられた透光部212と、リンク体210の一方の側面と対向するように配置された導光体220と、導光体220に光を投入する光源230と、リンク体210の他方の側面と対向するように配置された位置検出素子(以下、PSDと称す)240と、PSD240の出力を処理してロータ110の位置を特定する信号処理回路320とを備えている。
The
リンク機構は、ロータ110の回転軸部112の先端にギア114を固定して設けるとともに、リンク体210にギア114と噛合するラック部211を設けて構成している。リンク体210は、ケース体2の要所にスライド可能に保持されており、ロータ110が回転すると、ロータ110の回転軸部112と直交する方向に直線移動する。図中の矢印は、ロータの回転方向CW及びCCWに対応するリンク体210の移動方向をそれぞれ示している。
The link mechanism is configured such that a
導光体220は、樹脂製の透明部材であり、リンク体210と対向する面には光源230からの光を外部に拡散するのための細かな凹凸が設けられている。この導光体220は、ケース体2の要所に固定して設けられている。また、本例の光源230は、ケース体2の要所に設けられた発光ダイオードである。
The
PSD240は、フォトダイオードの表面抵抗を利用したスポット光の位置センサであり、本例では、帯状の受光面がリンク体210の移動方向と平行となるように配置されている。PSD240の受光面には、導光体220から透光部212を通してスポット光が照射される。透光部212は、リンク体210の要所に設けられた小孔である。そして、ロータ110が回転するとスポット光がPSD240の受光面上を移動する。PSD240からは、スポット光の位置信号として、スポット光の位置に対応する値の電流が出力される。
The
信号処理回路320は、制御回路300に組み込まれている。制御回路300は、信号処理回路320によって特定されたロータ110の位置に応じてモータ制御回路310が超音波モータ100を制御する構成となっている。信号処理回路320は、PSD240から出力された電流を抵抗器等からなる入力回路321にて電圧に変換し且つ増幅させ、更にA/Dコンバータ322にてデジタル信号とし、そのデジタル信号を演算装置323にて処理することによりこれをロータ110の位置の検出情報とする。
The
以上本例によれば、より小型で検出精度の高い優れた超音波モータの位置検出装置を得ることができる。尚、本例における各部の構成は、特許請求の範囲に記載した技術的範囲において適宜に設計変更が可能であり、図例したものに限定されないことは勿論である。 As described above, according to this example, it is possible to obtain a superior position detecting apparatus for an ultrasonic motor that is smaller and has high detection accuracy. In addition, it is needless to say that the configuration of each part in this example can be appropriately changed in design within the technical scope described in the claims, and is not limited to the illustrated example.
本発明の位置検出装置は、超音波モータを用いるとともにそのロータをフィードバック制御するモータ装置において好適に利用することが可能である。 The position detection device of the present invention can be suitably used in a motor device that uses an ultrasonic motor and feedback-controls the rotor.
1 モータ装置
2 ケース体
3 針
4 ベアリング
100 超音波モータ
110 ロータ
111 金属板
112 回転軸部
113 金属リング
114 ギア
120 ステータ
121 圧電素子
122 振動体
123 支持体
123a 支持体の基端部
200 位置検出装置
210 リンク体
211 ラック部
212 透光部
220 導光体
230 光源
240 PSD
300 制御回路
310 モータ制御回路
320 信号処理回路
321 入力回路
322 A/Dコンバータ
323 演算装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記超音波モータは、計器用の駆動ユニットを構成するものであって、圧電素子に振動体を装着してなるステータの外周をロータが回転するものであり、
前記計器用の駆動ユニットは、前記ロータに装着された針の角度により、所定の計数表示がなされるものであり、
前記ロータは、前記振動体に密着された所定の形状の金属板をパイプ状の回転軸部に固定してなるものであり、ベアリングを介してケース体に回転可能に支持されており、前記振動体から前記圧電素子の弾性振動が伝わると、前記回転軸部を中心に回転し、
前記圧電素子及び前記振動体は、前記回転軸部を貫通し且つ前記ケース体にその基端部を支持した支持体に固定されており、
当該位置検出装置は、前記ロータの回転運動を直線運動に変換するリンク機構と、前記リンク機構により直線運動をするリンク体と、前記リンク体に設けられた透光部と、前記リンク体の一方の側面と対向するように配置された導光体と、前記導光体に光を投入する光源と、前記リンク体の他方の側面と対向するように配置された位置検出素子と、前記位置検出素子の出力を処理して前記ロータの位置を特定する信号処理回路とを備え、前記導光体から前記透光部を通して前記位置検出素子の受光面にスポット光が照射され、前記ロータが回転すると前記スポット光が前記位置検出素子の受光面上を移動するものであり、
前記リンク機構は、前記回転軸部の先端にギアを設けるとともに、前記リンク体に前記ギアと噛合するラック部を設けて構成し、
前記リンク体は、前記ケース体の要所にスライド可能に保持されており、前記ロータが回転すると、前記回転軸部と直交する方向に直線移動するようにしたことを特徴とする超音波モータの位置検出装置。 In the position detection device that detects the rotational position of the rotor of the ultrasonic motor,
The ultrasonic motor constitutes a driving unit for an instrument, and a rotor rotates on the outer periphery of a stator formed by mounting a vibrating body on a piezoelectric element.
The instrument drive unit is a predetermined counting display according to the angle of the needle mounted on the rotor,
The rotor is formed by fixing a metal plate having a predetermined shape in close contact with the vibrating body to a pipe-shaped rotating shaft portion, and is rotatably supported by a case body via a bearing. When elastic vibration of the piezoelectric element is transmitted from the body, it rotates around the rotating shaft part,
The piezoelectric element and the vibrating body are fixed to a support that passes through the rotating shaft and supports the base end of the case body.
The position detection device includes a link mechanism that converts the rotational motion of the rotor into a linear motion, a link body that performs a linear motion by the link mechanism, a translucent portion provided in the link body, and one of the link bodies A light guide disposed to face the side surface of the light source, a light source for injecting light into the light guide, a position detection element disposed to face the other side surface of the link body, and the position detection A signal processing circuit that processes the output of the element and identifies the position of the rotor, and when the spot light is irradiated from the light guide through the light transmitting portion to the light receiving surface of the position detection element, the rotor rotates. The spot light moves on the light receiving surface of the position detecting element;
The link mechanism is configured by providing a gear at the tip of the rotary shaft portion and providing a rack portion meshing with the gear in the link body,
The link body is slidably held at an important part of the case body, and when the rotor rotates, the link body linearly moves in a direction orthogonal to the rotation shaft portion . Position detection device.
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