JP6837002B2 - 圧電モータを制御するための方法および装置 - Google Patents
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Description
好ましくは、本方法の第1のステップで、圧電モータの摩擦素子が励振されて摩擦素子によって駆動されるべき出力素子の摩擦面に実質的に接線方向にまたは厳密に接線方向に延在する振動経路に沿って振動するように、周期的制御電圧の位相シフトおよび/または振幅比は調節される。本方法の第1のステップで、好ましくは、摩擦素子の振動経路は、圧電セラミック素子(アクチュエータ)の長手方向端部側および/または平らな側面の少なくとも1つに対して水平におよび/または平行に伸びている。出力素子が水平運動経路上で伸びて偏向力が加えられないときは、この場合の出力素子は運動の自由度に沿って力が平衡状態になっており、移動することなくその場でほとんど摩擦素子に接触せずに浮動する。「浮動状態」では、出力素子は力が均衡した状態にある、すなわち、出力素子の動きの自由度に沿って作用する力の合計はゼロになる。このいわゆる「浮動状態」では、出力素子を特定の方向に移動させるには極めて小さなパルスで十分である。周期的制御電圧の振幅幅を調節することによって実現される、摩擦素子の振動経路の主軸をわずかに傾けることによって、出力素子も、低速で短距離にわたって、このいわゆる「浮動状態」から移動させることができる。したがって、動作変位が小さい、および/または速度が遅い場合は、出力素子の位置誤差も最小限にすることができる。
本発明は、周期的制御電圧を2つの駆動電極11、12に印加することにより、これらの駆動電極11、12によって、圧電モータ1を制御するための方法および装置に関する。これは、特に、たとえば156kHzの周波数で駆動される圧電超音波アクチュエータを有する圧電超音波モータである。
本方法の第1のステップで、電気的に電圧フリーの状態から始まり、それぞれ156kHzの同じ周波数、180°(またはπ)の位相シフト、および1の振幅比を有する周期交流電圧U11、U12が、制御部を介して、同時に駆動電極11、12に印加される。摩擦素子14と出力素子15との間の摩擦接触が静止摩擦から解放されるように、同じ周波数および振幅での2つの駆動電極11、12の逆相の作動により、摩擦素子14は主軸が摩擦面17に対して接線方向にある状態で、中心から大きく外れた楕円形の経路上で振動する。出力素子15に作用する偏向力が存在しない場合、推進は生じない。この状態で、出力素子15はほとんど接触がなく同じ場所で「浮いている」状態のままであるため、この状態は「浮動状態」とも呼ばれる。
10 圧電セラミック素子
11 駆動電極
12 駆動電極
13 接地電極(接地されている)
14 摩擦素子
15 出力素子
16 出力素子の運動経路
17 摩擦面
U11 周期的制御電圧
U12 周期的制御電圧
Claims (4)
- 第1および第2の周期的制御電圧を2つの駆動電極(11、12)にそれぞれ印加することにより、前記2つの駆動電極(11、12)によって圧電モータ(1)を制御するための方法であって、
前記圧電モータ(1)は、前記2つの駆動電極が配置された第1の平面と、前記第1の平面と反対側にある、接地電極が配置された第2の平面とを有する圧電セラミック素子(10)と、前記圧電セラミック素子(10)の前記第1および第2の平面の長手方向端部側の中央部に配置された摩擦素子(14)と、摩擦接触を介して前記摩擦素子(14)に連結される出力素子(15)とを有し、
前記方法は、互いの間に位相シフトを有する前記第1および第2の周期的制御電圧(U11、U12)を前記2つの駆動電極(11,12)にそれぞれ印加する第1のステップを備え、
前記第1のステップで、前記第1および第2の周期的制御電圧(U11、U12)の位相シフトが実質的に180°に等しい、または厳密に180°に等しくなるように、前記第1および第2の周期的制御電圧(U11、U12)の間の位相シフトを調節し、
前記第1および第2の周期的制御電圧(U11、U12)の振幅比を前記第1のステップに対して変更する第2のステップをさらに備え、前記第1のステップで、前記第1および第2の周期的制御電圧(U11、U12)の前記振幅比は一定であり、実質的に1に等しい、または、厳密に1に等しく、
前記第1のステップおよび前記第2のステップで、前記第1および第2の周期的制御電圧(U11、U12)は実質的に同じまたは厳密に同じ周波数および位相シフトを有し、
それによって、前記第1のステップで、前記圧電モータ(1)の前記摩擦素子(14)が励振されて、前記摩擦素子(14)によって駆動されるべき前記出力素子(15)の摩擦面(17)に対して実質的に接線方向にまたは厳密に接線方向に延在する振動経路に沿って振動し、したがって、前記圧電モータ(1)の前記摩擦素子(14)と前記摩擦素子(14)によって駆動されるべき出力素子(15)との間の摩擦接触の静止摩擦が、同時に前記出力素子(15)の推進を発生させることなく減少し、
前記第2のステップで、前記摩擦素子(14)の振動経路が前記第1のステップと比較して傾斜し、それによって前記出力素子(15)の推進が発生する、ことを特徴とする、方法。 - 前記方法の前記第2のステップで、前記第1および第2の周期的制御電圧(U11、U12)の前記振幅比は、連続して第2の値に変更される第1の値から始まり、前記第1の値は前記第1のステップにおける前記第1および第2の周期的制御電圧(U11、U12)の前記振幅比に対応することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記第1および第2の周期的制御電圧(U11、U12)の前記周波数は、前記圧電モータ(1)の前記圧電セラミック素子の電気共振周波数外である、または前記電気共振周波数外かつ電気共振周波数に近いことを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 第1および第2の周期的制御電圧を2つの駆動電極(11、12)にそれぞれ印加することにより、前記2つの駆動電極(11、12)によって圧電モータ(1)を制御するための制御装置であって、
前記圧電モータ(1)は、前記2つの駆動電極が配置された第1の平面と、前記第1の平面と反対側にある、接地電極が配置された第2の平面とを有する圧電セラミック素子(10)と、前記圧電セラミック素子(10)の前記第1および第2の平面の長手方向端部側の中央部に配置された摩擦素子(14)と、摩擦接触を介して前記摩擦素子(14)に連結される出力素子(15)とを有し、
前記制御装置は、
第1のステップにおいて、互いの間に位相シフトを有する前記第1および第2の周期的制御電圧(U11、U12)を前記2つの駆動電極(11,12)にそれぞれ印加し、前記第1および第2の周期的制御電圧(U11、U12)の間の前記位相シフトを実質的に180°に等しい、または厳密に180°に等しいように調節し、
前記第1のステップに続く第2のステップにおいて、前記第1および第2の周期的制御電圧(U11、U12)の振幅比を前記第1のステップに対して変更し、前記第1のステップで、前記第1および第2の周期的制御電圧(U11、U12)の前記振幅比は一定であり、実質的に1に等しい、または、厳密に1に等しい、
ように構成され、
前記第1のステップおよび前記第2のステップにおいて、前記第1および第2の周期的制御電圧(U11、U12)は実質的に同じまたは厳密に同じ周波数および位相シフトを有し、
それによって、前記第1のステップにおいて、前記圧電モータ(1)の前記摩擦素子(14)が励振されて、前記摩擦素子(14)によって駆動されるべき前記出力素子(15)の摩擦面(17)に対して実質的に接線方向にまたは厳密に接線方向に延在する振動経路に沿って振動し、したがって、前記圧電モータ(1)の前記摩擦素子(14)と前記摩擦素子(14)によって駆動されるべき出力素子(15)との間の摩擦接触の静止摩擦が、同時に前記出力素子(15)の推進を発生させることなく減少し、
前記第2のステップにおいて、前記摩擦素子(14)の振動経路が前記第1のステップと比較して傾斜し、それによって前記出力素子(15)の推進が発生する、ことを特徴とする、制御装置。
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