JPH0241674A - Oscillating wave motor - Google Patents

Oscillating wave motor

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Publication number
JPH0241674A
JPH0241674A JP63191491A JP19149188A JPH0241674A JP H0241674 A JPH0241674 A JP H0241674A JP 63191491 A JP63191491 A JP 63191491A JP 19149188 A JP19149188 A JP 19149188A JP H0241674 A JPH0241674 A JP H0241674A
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JP
Japan
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signal
stator
rotor
pressure detection
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
JP63191491A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoru Segawa
哲 瀬川
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0241674A publication Critical patent/JPH0241674A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To detect an angle of rotation of a rotor by detecting the amplitude of travelling waves of a stator by the use of a part of a piezoelectric element and by comparing the phase of this signal with that of a contact pressure signal of the rotor with the stator. CONSTITUTION:An oscillating wave motor is composed of a stator 3-3 consisting of a resonator 3-1 and an oscillator (piezoelectric element) 3-2, a rotor 3-5 having an output shaft 3-9, and so on. It is also equipped with a phase difference detection section 3-11 and a motor driving power source 3-13. A pressure detector 3-6 ad a difference signal generation section 3-18 are provided. The pressure detector 3-6 provided to this rotor 3-5 which varies voltage with the axial pressure detects contact pressure corresponding to the crest and trough of flexural travelling waves that excites the stator 3-3. On that account, the space of a pair of pressure detection sections 4-2 of the pressure detector 3-6 is set at 36 deg. equivalent to 1/2 wavelength of a wavelength lambda of an exciting wave. Together with the pressure detection section 4-1 the pressure detection sections 4-2 constitute a pressure detection group 4-3. These signals are inputted into a difference signal generation section 3-18 altogether. Flexural travelling waves are thereby generated to rotate the rotor 3-5.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波を駆動源とする振動波モータに関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a vibration wave motor using ultrasonic waves as a driving source.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図は一般的な振動波モータの進行波によるステータ
の振動の状態を示す説明図、第8図は従来の振動波モー
タの一例の主要部を示す部分断面を含む正面図、第9図
は第8図の例に回転角検出器であるロータリエンコーダ
を組合わせた状態を示す部分断面を含む正面図、第10
図(a)および(b)および(c)は振動波モータとロ
ータリエンコータとの異った組合せの例を示す説明図で
ある。
Fig. 2 is an explanatory diagram showing the state of vibration of the stator due to the traveling wave of a general vibration wave motor, Fig. 8 is a front view including a partial cross section showing the main part of an example of a conventional vibration wave motor, and Fig. 9 10 is a front view including a partial cross section showing a state in which a rotary encoder serving as a rotation angle detector is combined with the example in FIG. 8;
Figures (a), (b), and (c) are explanatory diagrams showing examples of different combinations of a vibration wave motor and a rotary encoder.

一般に進行波を利用した円環形の振動波モータは、第8
図に示すように、円環状の弾性の共振子1−1の裏面に
、この共振子]−1と同様な形状の円環状の振動子]−
2を接着して一体化したステータ1−3を有している。
Generally, an annular vibration wave motor that uses traveling waves is
As shown in the figure, on the back side of the annular elastic resonator 1-1, an annular vibrator having the same shape as the resonator]-1]-
The stator 1-3 has a stator 1-3 which is made by bonding two parts together.

ここで使用する振動子としては、セラミックスの一種で
ある圧電素子が用いられることが多い。ステータ1−3
の左方には、同様に円環状をした動体くロータ)105
が設けられており、皿ばね1−8等の加圧手段によって
所定の圧力で押圧されている。ロータ10−5のステー
タ1−3との摺動面に、耐磨耗性を有する材料(例えば
芳香族ポリアミ1へ繊維を充填材とし、ポリウレタン樹
脂をマトリックスとした複合プラスチック材料)で形成
したライニング1−4を設けることにより、ステータ1
−3の磨耗を防止している。振動子1−2に振動波形を
有する電気信号を入力してバイメタル効果によってステ
ータ1−3に進行波のたわみ振動を発生させる。ステー
タ1−3上の進行波は、第2図に示すように、ステータ
の表面上の一つの点Eに着目すると、この点Eは楕円状
の軌跡Fを描く。ライニング2−4はステータ2−3の
進行波の頂点りに接触している。ロータ2−5は楕円の
頂点りの軌跡の方向へ摩擦によって移動できるため、ロ
ータ2−5は進行波の進行方向Sとは逆の方向に左に進
む。従って、ロータ2−5はステータ23上の進行波の
進行方向とは逆に回転する(矢印R)。
As the vibrator used here, a piezoelectric element, which is a type of ceramic, is often used. Stator 1-3
On the left side, there is a rotor (also an annular moving body) 105.
is provided, and is pressed with a predetermined pressure by a pressure means such as a disc spring 1-8. A lining formed of a wear-resistant material (for example, a composite plastic material containing aromatic polyamide 1 filled with fibers and polyurethane resin as a matrix) on the sliding surface of the rotor 10-5 with the stator 1-3. By providing 1-4, the stator 1
-3 wear is prevented. An electric signal having a vibration waveform is inputted to the vibrator 1-2 to generate a traveling wave deflection vibration in the stator 1-3 due to the bimetal effect. As shown in FIG. 2, the traveling wave on the stator 1-3 draws an elliptical trajectory F when focusing on one point E on the surface of the stator. The lining 2-4 is in contact with the top of the traveling wave of the stator 2-3. Since the rotor 2-5 can be moved by friction in the direction of the trajectory around the apex of the ellipse, the rotor 2-5 moves to the left in a direction opposite to the traveling direction S of the traveling wave. Therefore, the rotor 2-5 rotates in the opposite direction to the traveling direction of the traveling wave on the stator 23 (arrow R).

ところで、振動波モータを、装置に組込んで使用する場
合は、その回転角を検出して装置の制御を行う必要性か
ある。振動波モータの使用のときにその回転角を検出す
るために広く採られてきた従来の手段は、ロータリエン
コーダやポテンションメータなとの回転角度の検出器を
ロータに取付ける手段である。すなわち、第9図に示す
ように、振動波モータ11−1の出力軸10−9から出
力された回転運動をロークリエンコーダ11−2の検出
軸]−5に伝達してロークリエンコーダ112内に伝達
し、その回転角を電気信号として出力する。
By the way, when a vibration wave motor is incorporated into a device and used, it is necessary to detect the rotation angle of the vibration wave motor and control the device. A widely used conventional means for detecting the rotation angle of a vibration wave motor is to attach a rotation angle detector such as a rotary encoder or a potentiometer to the rotor. That is, as shown in FIG. 9, the rotational motion output from the output shaft 10-9 of the vibration wave motor 11-1 is transmitted to the detection shaft ]-5 of the row reencoder 11-2, and the rotational motion is transmitted to the rotary motion within the row reencoder 112. and outputs the rotation angle as an electrical signal.

このようなロータリエンコーダと振動波モータとのいく
つかの組合せの例を第10図に示す。
Examples of several combinations of such rotary encoders and vibration wave motors are shown in FIG.

第10図(a)は、ロータリエンコーダ122を振動波
モータ12−1の背面に位置し、振動波モータの出力軸
から歯車などを介さずに直接に回転角を検出するように
したものである。第10図(b)は、軸貫通形のローク
リエンコーダ124を用い、振動波モータ12−3の前
方にロータリエコータ12−4を配設した例である。こ
の二つの例の場合、ロータリエンコーダを振動波モータ
と直列に配設するため、全体の軸方向の長さが長くなる
。第10図(C)は、歯車列12−7を介してロータリ
エンコータ12−6に振動波モータ12−5の回転運動
を伝達するようにした例であり、歯車列12−7におけ
るバックラッシュが存在し、また2本の回転軸を並列に
並べるため、ロークリエンコーダ12−6の分だけ余分
にスペースか必要となる。
In FIG. 10(a), a rotary encoder 122 is located on the back of a vibration wave motor 12-1, and the rotation angle is directly detected from the output shaft of the vibration wave motor without using a gear or the like. . FIG. 10(b) shows an example in which a shaft-through type rotary encoder 124 is used and a rotary echo motor 12-4 is disposed in front of the vibration wave motor 12-3. In these two examples, since the rotary encoder is arranged in series with the vibration wave motor, the overall length in the axial direction becomes long. FIG. 10(C) is an example in which the rotational motion of the vibration wave motor 12-5 is transmitted to the rotary encoder 12-6 via the gear train 12-7, and there is no backlash in the gear train 12-7. In addition, since the two rotating shafts are arranged in parallel, an extra space is required for the row encoder 12-6.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上述のように、振動波モータの回転角をロータリエンコ
ーダやポテンションメータ等の検出器を用いて検出する
場合、検出器を振動波モータに取り付けるための機構が
複雑となり、またそのためのスペースも大きくなるとい
う問題がある。さらに、検出器とその取付けのために部
品の点数が増大し、これにともなってコストも高くなる
という問題もある。
As mentioned above, when detecting the rotation angle of a vibration wave motor using a detector such as a rotary encoder or potentiometer, the mechanism for attaching the detector to the vibration wave motor is complicated, and the space required for it is also large. There is a problem with becoming. Furthermore, there is a problem in that the number of parts required for the detector and its attachment increases, and the cost also increases accordingly.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の振動波モータは、一定周波数の振動波形を有す
る電気信号を入力して機械振動に変換する振動子と前記
振動子と結合した円環状の共振子とを有する円環状のス
テータと、前記ステータに加圧されて接触する円環状の
ロータとを備える振動波モータにおいて、前記ロータに
設けた前記ステークと前記ロータとの間の圧力を検出す
る圧力検出手段を備え、前記圧力検出手段は前記円環状
の共振子の振動の波長の1/2の長さを隔てた位置に対
をなして設けた2個の圧力検出部と前記対をなす2個の
圧力検出部の中間に設けた第三の圧力検出部とを有し、
前記対をなす2個の圧力検出部から出力される信号を短
絡した信号と前記第三の圧力検出部から出力する信号と
を入力してそれらの差の信号を出力する差信号生成部と
、前記差信号生成部から出力する信号と前記円環状の共
振子に入力する信号を分岐した信号とを入力してそれら
の位相差を検出する位相差検出部とを備えたものか、ま
たは、前記円環状の共振子の円周上の一部に入力電気信
号の振動の振幅を検出するための振幅検出器を設け、こ
の振幅検出器からの出力信号を円環状の共振子に入力す
る信号を分岐した信号に代えて位相差検出部に入力する
ようにしたちのである。
The vibration wave motor of the present invention includes a toroidal stator having a vibrator that inputs an electric signal having a vibration waveform of a constant frequency and converts it into mechanical vibration, and a toroidal resonator coupled to the vibrator; A vibration wave motor comprising an annular rotor pressurized and in contact with a stator, comprising pressure detection means for detecting pressure between the stake provided on the rotor and the rotor, and the pressure detection means two pressure detection sections provided in pairs at positions separated by a length of 1/2 of the wavelength of vibration of the annular resonator; and a pressure detection section provided in the middle of the pair of pressure detection sections It has three pressure detection parts,
a difference signal generation unit that inputs a signal obtained by short-circuiting the signals output from the pair of two pressure detection units and a signal output from the third pressure detection unit and outputs a difference signal therebetween; a phase difference detection section that receives a signal output from the difference signal generation section and a signal obtained by branching the signal input to the annular resonator and detects a phase difference therebetween; An amplitude detector for detecting the amplitude of the vibration of the input electric signal is provided on a part of the circumference of the annular resonator, and the output signal from this amplitude detector is input to the annular resonator. Instead of the branched signal, it is input to the phase difference detection section.

〔作用〕[Effect]

一定周波数の振動波形を有する電気振動を機械振動に変
換する振動子と円環状の共振子とを接着した円環状のス
テータと円環状のロータとを加圧して接触させる振動波
モータは、ロータとステータとの接触は、第2図に示す
ように、ステータに励振された進行波の山の頂点りの部
分で行われている。ロータとステータとが接触する位置
は、進行波の波の動きとロータの回転とによって変化す
る。従って、ロータの一部分に着目すると、その部分の
ステータとの接触の有無は周期的に繰返される。同様に
ステータの一部分に着目すると、この部分を通過する進
行波の山と谷が周期的に繰り返される。そして、ロータ
で検出されるステータとの接触の有無の周期とステータ
に生じる進行波の振動またはステータに供給する信号と
の位相の差はロータの回転角に応じて変化する。本発明
は、ロータとステータとの接触の状態を圧電素子などの
圧力検出器を用いて検出し、またステータの振動の検出
をステータに供給する信号から行うか、またはステータ
に進行波を励振している圧電素子の一部を利用して進行
波の振幅の検出を行い、このステータの信号と上述のロ
ータとステータとの接触圧力によって得られる信号との
位相を比較することによってロータの回転角を検出する
ものである。
A vibration wave motor is a motor that pressurizes and contacts an annular stator with an annular resonator and an annular resonator that converts electrical vibrations having a vibration waveform of a constant frequency into mechanical vibrations. As shown in FIG. 2, contact with the stator occurs at the top of the peak of the traveling wave excited by the stator. The contact position between the rotor and the stator changes depending on the movement of the traveling wave and the rotation of the rotor. Therefore, when focusing on a portion of the rotor, the presence or absence of contact between that portion and the stator is periodically repeated. Similarly, when focusing on a part of the stator, the peaks and troughs of the traveling wave passing through this part are periodically repeated. The phase difference between the cycle of contact with the stator detected by the rotor and the traveling wave vibration generated in the stator or the signal supplied to the stator changes depending on the rotation angle of the rotor. The present invention detects the state of contact between the rotor and the stator using a pressure detector such as a piezoelectric element, and detects the vibration of the stator from a signal supplied to the stator, or excites a traveling wave in the stator. The rotation angle of the rotor is determined by detecting the amplitude of the traveling wave using a part of the piezoelectric element, and comparing the phase of this stator signal with the signal obtained from the contact pressure between the rotor and stator. This is to detect.

第6図は、ステータに励振されている進行波とロータの
接触の変化の状態を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing changes in the contact between the traveling wave excited in the stator and the rotor.

第6図に示すように、ロータ8−5の上の一点Xは、ス
テータ8−3に供給する信号(進行波)の進行方向Sと
反対方向に第6図(a)〜(d)の順に進行し、この進
行に伴ってその圧力も周期的に変化する。
As shown in FIG. 6, a point It progresses in sequence, and the pressure changes periodically as it progresses.

第7図は第6図のロータに設けた点Xの位置にある圧力
検出部からの出力信号の変化および第6図のステータに
供給する駆動信号から得られる信号またはステータの振
動振幅の検出部からの信号を示すグラフである。
FIG. 7 shows a change in the output signal from the pressure detection section provided at point X on the rotor in FIG. 6 and a detection section for detecting the vibration amplitude of the stator or the signal obtained from the drive signal supplied to the stator in FIG. 6. It is a graph showing a signal from.

点Xの圧力は、第7図(a>に示すような正弦波を描い
て変化する(a〜dは第6図の(a)〜(d)に対応す
る)。これに対してステータに供給する信号は、第7図
(b)に示すような波形を示し、点Xの圧力とステータ
に供給する信号との間には位相差mnを生ずる。この位
相差mnによって振動波モータの回転角を算出すること
ができる。以下この算出の手順を数式を用いて説明する
The pressure at point The supplied signal has a waveform as shown in Fig. 7(b), and a phase difference mn occurs between the pressure at point X and the signal supplied to the stator.This phase difference mn causes the vibration wave motor to rotate. The angle can be calculated.The procedure for this calculation will be explained below using mathematical formulas.

第3図(a)および(b)は振動波モータの回転角を算
出するためステータ上に設けた座標軸を示すための平面
図および断面図である。
FIGS. 3(a) and 3(b) are a plan view and a sectional view showing coordinate axes provided on the stator for calculating the rotation angle of the vibration wave motor.

第3図の説明図に示すように、ステータ1−3上に座標
を定めて、ステータ1−3に励振される進行波の振動の
振幅の式を導出する。
As shown in the explanatory diagram of FIG. 3, coordinates are determined on the stator 1-3, and an expression for the amplitude of the vibration of the traveling wave excited in the stator 1-3 is derived.

ステータに進行波を励振するために、振動子に供給され
る電気信号は、 ξ= A 5in(ωt)            −
(1)ξ= A C05(ωt)          
   −(2>である。ここで(A) (rad/5e
c)は角周波数、A (v)は振幅、j (sec)は
時間である。
The electrical signal supplied to the oscillator to excite the traveling wave in the stator is: ξ = A 5in(ωt) −
(1) ξ= A C05(ωt)
−(2>, where (A) (rad/5e
c) is the angular frequency, A (v) is the amplitude, and j (sec) is the time.

二つの入力信号による波長をλmとし、ξ1 = A 
5in(ωt)X cos(2πX/^)   −(3
)ξ2 =−A cos(ωt)X 5in(2πX/
λ)  −(4)の定在波を合成して δ−Asin(ωL−2πX/λ)     −(5)
で示す進行波がステータに励振される。ここでA(v)
は振幅、t (sec)は時間、x (m)は位置であ
る。
Let the wavelength of the two input signals be λm, and ξ1 = A
5in(ωt)X cos(2πX/^) −(3
)ξ2 =-A cos(ωt)X 5in(2πX/
λ) - (4) standing waves are synthesized and δ-A sin (ωL-2πX/λ) - (5)
A traveling wave shown by is excited in the stator. Here A(v)
is the amplitude, t (sec) is the time, and x (m) is the position.

ステータに設けた極座標に変換して整理するため、f 
(Hz)をステータに供給する信号の周波数(周期)、
θ(rad)をステータ上の位置、nをステータに励振
した進行波の波数、r (m>をステータの円環の半径
とすると、 λ−2πr / n           ・・・(6
)θ= x / r               ・
・・(7)の関係があり、これらを(1)および(2)
および(5)式に代入すると、 ξ+ = A 5in(2yr ft)       
 −(8)ξ2 = A cos(2πft)    
    −(9)δ = A 5in(2yr ft−
θn)      −(10)となる。(10)式がス
テータに励振される進行波の振幅を表す式である。
In order to convert and organize into polar coordinates provided on the stator, f
The frequency (period) of the signal that supplies (Hz) to the stator,
If θ (rad) is the position on the stator, n is the wave number of the traveling wave excited in the stator, and r (m> is the radius of the stator ring), λ-2πr / n ... (6
)θ=x/r・
...There is the relationship (7), and these can be expressed as (1) and (2).
And by substituting into equation (5), ξ+ = A 5in(2yr ft)
−(8) ξ2 = A cos(2πft)
-(9) δ = A 5in(2yr ft-
θn) −(10). Equation (10) represents the amplitude of the traveling wave excited in the stator.

ところで、ロータの一部に設けた圧力検出器の位置が、
ステータに設定した極座標でθ−0の位置にある場合は
、ロータの圧力検出器の部分から出力される振動性の信
号は、(10)式において(θ−O)とすると、 ξ−B 5in(2yr ft)          
  −(11)となる。
By the way, the position of the pressure detector installed in a part of the rotor is
When the stator is at the position θ-0 in the polar coordinates set, the vibratory signal output from the rotor pressure detector is (θ-O) in equation (10), ξ-B 5in (2yr ft)
−(11).

ステータの振動検出器から出力される振動性の信号も同
様に、(10)式において(θ−〇)として、 δ= C5in(2πft)            
−(12>となる。ここでBおよびC(v)は振幅であ
る。
Similarly, the vibration signal output from the vibration detector of the stator is expressed as (θ-〇) in equation (10), δ=C5in(2πft)
-(12>, where B and C(v) are amplitudes.

ロータの圧力検出部の位置が(θ−m (rad))の
場合は、ステータに励振されている進行波がロータの検
出器に到達するまでにある時間を要する。
When the position of the rotor pressure detection section is (θ-m (rad)), it takes a certain amount of time for the traveling wave excited in the stator to reach the rotor detector.

このため、ステータに供給する振動性の信号とロータの
検出器から出力する振動性の信号との位相差は、角度m
に応じて変化する。ロータの圧力検出器から出力する信
号は、(10〉式において(θ−m)として、 δ−B 5in(2yr ft −mn)      
   −(13)と表わされる。
Therefore, the phase difference between the vibratory signal supplied to the stator and the vibratory signal output from the rotor detector is the angle m
It changes depending on. The signal output from the rotor pressure detector is expressed as (θ-m) in equation (10), δ-B 5in (2yr ft -mn)
−(13).

本発明においては、(13)式で示す信号と(8)式ま
たは(9〉式で示す信号とを比較する。または、(13
)式で示す信号と(12)式で示す信号とを比較する。
In the present invention, the signal shown in equation (13) is compared with the signal shown in equation (8) or (9>).
) Compare the signal shown by equation (12) with the signal shown by equation (12).

両者の場合とも、ロータの回転角がmのときには、信号
の比較による位相差はmnである。nはステータを設計
するときに既知であり、従って位相差mnを検出するこ
とによってロータの回転角mを求めることができる。
In both cases, when the rotation angle of the rotor is m, the phase difference obtained by signal comparison is mn. n is known when designing the stator, and therefore the rotation angle m of the rotor can be determined by detecting the phase difference mn.

しかし、実際には検出器から出力する信号は、上記の三
角関数で示す信号のほかに、種々の周波数の信号が重畳
したものである。特にロータとステータとの加圧力の偏
りによって低周波振動のノイズが発生するが、本発明に
おいては、この低周波成分の信号を低減するために、第
1図<a)に示すように(8)式または(9)式で示す
ステータに供給する信号の波長の1/2隔たった角度に
おいて対をなした圧力検出部4−2を設け、さらにこの
圧力検出部4−2の間に他の圧力検出部4−1を設けて
圧力検出群4−3を形成している。この対をなした圧力
検出部4−2に検出される二つの信号は、それぞれ位相
がλ/2ずれた信号であり、進行波による波長はλであ
るため、これら二つの信号を重ね合わせると、その進行
波による振動成分は打ち消しあって減少し、加圧力の偏
りによる有害な低周波成分信号のみとなる。次に圧力検
出部4−1から得られる信号3−16と圧力検出部4−
2から得られる信号3−17との差をとると、進行波成
分による信号3−14か得られ、この信号3−14は(
13〉式で示す信号に近い信号となってノイズの低減化
を図ることができる。
However, in reality, the signal output from the detector is a superposition of signals of various frequencies in addition to the signal represented by the above-mentioned trigonometric functions. In particular, low-frequency vibration noise is generated due to uneven pressure between the rotor and the stator, but in the present invention, in order to reduce the signal of this low-frequency component, as shown in FIG. ) or equation (9), a pair of pressure detection sections 4-2 are provided at an angle separated by 1/2 of the wavelength of the signal supplied to the stator, and further, another pressure detection section 4-2 is provided between the pressure detection sections 4-2. A pressure detection unit 4-1 is provided to form a pressure detection group 4-3. The two signals detected by the pair of pressure detection units 4-2 are signals whose phases are shifted by λ/2, and the wavelength of the traveling wave is λ, so when these two signals are superimposed, , the vibration components due to the traveling waves cancel each other out and decrease, leaving only a harmful low frequency component signal due to the unbalanced pressurizing force. Next, the signal 3-16 obtained from the pressure detection section 4-1 and the pressure detection section 4-
By taking the difference from signal 3-17 obtained from 2, we obtain signal 3-14 due to the traveling wave component, and this signal 3-14 is (
A signal close to the signal shown in equation 13 is obtained, and noise can be reduced.

さらにノイズの低減を図るために、(13)式で示す周
波数fを通過帯域とするフィルタを設け、これによって
ノイズ成分の排除を行なう。
Furthermore, in order to reduce noise, a filter whose passband is the frequency f shown by equation (13) is provided, thereby eliminating noise components.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の第一の実施例を示す部分断面を含む正
面図、第4図は第1図の実施例の圧力検出器の電極の分
割を示す説明図、第12図は第1図の実施例の差信号生
成部の詳細を示す回路図、第13図は第1図の実施例の
位相差検出部の詳細を示すフロック図である。
FIG. 1 is a front view including a partial cross section showing a first embodiment of the present invention, FIG. 4 is an explanatory diagram showing division of electrodes of the pressure detector of the embodiment of FIG. FIG. 13 is a circuit diagram showing details of the difference signal generation section of the embodiment shown in the figure, and FIG. 13 is a block diagram showing details of the phase difference detection section of the embodiment of FIG.

第1図において、3−1は燐青銅やアルミ青銅などの弾
性を有する材料で形成された円環状の共振子である。共
振子3−1の下面に接着されている振動子(圧電素子)
3−2は、電気信号(例えば55 k Hz、±70V
の正弦波状の超音波)を入力してステータ3−3の屈曲
進行波を励振する。振動子3−2は、先に第2図を参照
して説明したように、ステータ3−3に屈曲進行波が生
じることによって、楕円軌跡Fをもつ振動を生ずる。こ
の振動をライニング3−4に皿はね3−8によって加圧
して接触させることによって、ロータ3−5に回転運動
が生じ、出力軸3−9に伝達される。
In FIG. 1, 3-1 is an annular resonator made of an elastic material such as phosphor bronze or aluminum bronze. Vibrator (piezoelectric element) glued to the bottom surface of resonator 3-1
3-2 is an electric signal (e.g. 55 kHz, ±70V
(a sinusoidal ultrasonic wave) is input to excite the bending traveling wave of the stator 3-3. As previously explained with reference to FIG. 2, the vibrator 3-2 generates a vibration having an elliptical locus F due to the generation of a bending traveling wave in the stator 3-3. By pressurizing and bringing this vibration into contact with the lining 3-4 by the disc spring 3-8, rotational motion is generated in the rotor 3-5 and transmitted to the output shaft 3-9.

ロータ3−5に設けた圧力検出器3−6は、軸方向の圧
力によって生ずる歪みに対して電圧が変化する圧力検出
器であり、PZT等の圧電セラミクスの素材で形成した
直径30mm厚さ1 mmの円環状の圧力検出器である
。圧力検出器3−6がステータ3−3と接触する表面に
は、耐磨耗性に優れたエンジニアリングプラスチフスを
用いたライニング3−4が接着されている。圧力検出器
3−6の他方の面は、ロータ3−5に接着されている。
The pressure detector 3-6 provided on the rotor 3-5 is a pressure detector whose voltage changes in response to strain caused by pressure in the axial direction, and is made of a piezoelectric ceramic material such as PZT and has a diameter of 30 mm and a thickness of 1. It is an annular pressure sensor of mm. A lining 3-4 made of engineering plastic with excellent abrasion resistance is adhered to the surface of the pressure detector 3-6 that contacts the stator 3-3. The other surface of the pressure detector 3-6 is glued to the rotor 3-5.

ロータ3−5に設けた圧力検出器3−6は、上述のよう
に、ステータ3−3を励振する屈曲進行波の山と谷とに
対応する接触圧力を検出する。圧力検出器3−6は、第
4図に示すように、電極が複数個に分割しである。第4
図は、ステータ3−3を波数5の波で励振する場合の図
であり、このため、対をなした2個の圧力検出部4−2
の間隔は励振波の波長λの1/2波長分にあたる36度
に設定されている。この2個の圧力検出部4−2の間に
は、他の圧力検出部4−1が設けられており、これらの
圧力検出部4−1および4−2は圧力検出群4−3を構
成している。対をなした2個の圧力検出部4−2からの
信号は、短絡されて一つの信号3−17として圧力検出
部4−2からの信号3−16とともに差信号生成部3−
18に入力する。
As described above, the pressure detector 3-6 provided on the rotor 3-5 detects the contact pressure corresponding to the peaks and troughs of the bending traveling wave that excites the stator 3-3. As shown in FIG. 4, the pressure detector 3-6 has a plurality of divided electrodes. Fourth
The figure shows a case in which the stator 3-3 is excited with a wave of wave number 5, and therefore, the two pressure detection units 4-2 that form a pair
The interval is set to 36 degrees, which corresponds to 1/2 wavelength of the excitation wave wavelength λ. Another pressure detection section 4-1 is provided between these two pressure detection sections 4-2, and these pressure detection sections 4-1 and 4-2 constitute a pressure detection group 4-3. are doing. The signals from the two paired pressure detectors 4-2 are short-circuited to form a single signal 3-17, which is combined with the signal 3-16 from the pressure detector 4-2 to the difference signal generator 3-1.
Enter 18.

第12図は差信号生成部3−18の詳細を示ず回路図で
ある。
FIG. 12 is a circuit diagram without showing details of the difference signal generating section 3-18.

第12図に示すように、信号3−16および317は、
10にΩの抵抗を介してオペアンプ319に入力し、こ
こで合成されて信号3−14を出力する。差信号生成部
3−18からの出力信号3−14は位相差検出部3−1
1に入力する。
As shown in FIG. 12, signals 3-16 and 317 are
10 and is input to an operational amplifier 319 via a resistor of Ω, where they are combined and output as a signal 3-14. The output signal 3-14 from the difference signal generation section 3-18 is sent to the phase difference detection section 3-1.
Enter 1.

一方、ステータ3−3に供給されるモータ駆動電源3−
13の一部から抵抗などでゲインを調整した後に取り出
した信号3−15も、上記の差信号生成部3−18から
の出力信号3−14と共に位相差検出部3−11に入力
する。
On the other hand, the motor drive power supply 3- supplied to the stator 3-3
A signal 3-15 extracted from a portion of 13 after adjusting the gain with a resistor or the like is also input to the phase difference detection section 3-11 together with the output signal 3-14 from the difference signal generation section 3-18.

第13図は位相差検出部3−11の詳細を示すブロック
図である。
FIG. 13 is a block diagram showing details of the phase difference detection section 3-11.

第13図に示すように、信号3−14および315は、
それぞれバンドパスフィルタ7−3および7−9に入力
してステータ3−3の振動の周波数を中心周波数とする
信号成分か取り出される。
As shown in FIG. 13, signals 3-14 and 315 are
The signals are input to band pass filters 7-3 and 7-9, respectively, and signal components whose center frequency is the frequency of vibration of stator 3-3 are extracted.

これら信号はアンプ7−4および7−6によって増幅さ
れたのち、ゼロクロスコンパレータ7−5および7−6
によって振動波形の正負がそれぞれ“1゛と′O”′に
対応するパルス信号に変換されて出力される。この両者
のパルス信号は、位相差検出器7−7によってその位相
差を検出され、回転角に比例した信号3−12を出力す
る。
After these signals are amplified by amplifiers 7-4 and 7-6, zero cross comparators 7-5 and 7-6
The positive and negative vibration waveforms are converted into pulse signals corresponding to "1" and 'O', respectively, and are output. The phase difference between these two pulse signals is detected by a phase difference detector 7-7, and a signal 3-12 proportional to the rotation angle is output.

第11図は本発明の第二の実施例を示す正面図、第5図
は第11図の実施例の振動子の電極の分割状態を示す平
面図である。
FIG. 11 is a front view showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plan view showing a state in which the electrodes of the vibrator of the embodiment shown in FIG. 11 are divided.

第11図の実施例においては、ステータ6−3に接着さ
れている振動子6−2の一部を、第5図の平面図に示す
ように、絶縁部6−2Cを設けることによって電極を二
つの電極群に分割し、その間に進行波の振幅を検出する
ための振幅検出器6−2dを設けたものである。
In the embodiment shown in FIG. 11, a part of the vibrator 6-2 bonded to the stator 6-3 is provided with an insulating portion 6-2C as shown in the plan view of FIG. It is divided into two electrode groups, and an amplitude detector 6-2d for detecting the amplitude of the traveling wave is provided between them.

振動子6−2は、第5図に示すように、λ/2幅の複数
の電極を正負交互に隣接させた二つの電極群6−2aお
よび6−2bの間をλ/4とし、この一つの電極群6−
2aおよび6〜2bの間に振幅検出器6−2dを設け、
振幅検出器6−2dの両側に絶縁部6−2cを設けであ
る。
As shown in FIG. 5, the vibrator 6-2 has a width of λ/4 between two electrode groups 6-2a and 6-2b, in which a plurality of electrodes each having a width of λ/2 are arranged adjacent to each other alternately in positive and negative directions. One electrode group 6-
An amplitude detector 6-2d is provided between 2a and 6-2b,
Insulating portions 6-2c are provided on both sides of the amplitude detector 6-2d.

この振幅検出器6−2dからの信号6−15と、圧力検
出器6−6からの信号6−16および617とを入力し
て差信号生成部6−18で生成した信号6−14とは、
位相差検出部6−11に入力される。この位相差検出部
6−11の出力信号6−12によってロータ6−5の回
転角を知ることができる。
What is the signal 6-14 generated by the difference signal generation section 6-18 by inputting the signal 6-15 from the amplitude detector 6-2d and the signals 6-16 and 617 from the pressure detector 6-6? ,
The signal is input to the phase difference detection section 6-11. The rotation angle of the rotor 6-5 can be determined from the output signal 6-12 of the phase difference detection section 6-11.

なお、上述の各実施例において、圧力検出器として圧電
素子のかわりに圧電高分子であるポリフッ化ビリニデン
(PVDF)を用いる方法や歪みゲージを用いる方法が
ある。PVDFを用いる場合は、その厚さが100μm
程度てあって圧電素子に比較して薄いため、圧力検出機
構の厚さを薄くすることができる。
In each of the embodiments described above, there is a method of using a piezoelectric polymer such as polyvinidene fluoride (PVDF) or a method of using a strain gauge instead of a piezoelectric element as a pressure detector. When using PVDF, its thickness is 100 μm
Since it is relatively thinner than a piezoelectric element, the thickness of the pressure detection mechanism can be reduced.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の振動波モータは、ロータ
の回転角の検出をロータリエンコータなどの回転角検出
機構を用いずに、ロータとステータとの間の接触圧力を
利用して検出することができるため、構成か簡単な振動
波モータか得られるという効果がある。また、ロータと
ステータとの加圧力の偏りによるノイス成分を除去でき
るため、高精度で回転角の検出ができ、従って低コスト
てかつ省スペースであり、しかも精度のよい振動波モー
タが得られるという効果がある。
As explained above, the vibration wave motor of the present invention detects the rotation angle of the rotor by using the contact pressure between the rotor and the stator without using a rotation angle detection mechanism such as a rotary encoder. This has the effect that a vibration wave motor with a simple configuration can be obtained. In addition, noise components caused by uneven pressurization forces between the rotor and stator can be removed, making it possible to detect the rotation angle with high accuracy, resulting in a low-cost, space-saving, and highly accurate vibration wave motor. effective.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第一の実施例を示す部分断面を含む正
面図、第2図は一般的な振動波モータの進行波によるス
テータの振動の状態を示す説明図、第3図(a)および
(b)は振動波モータの回転を算出するためのステータ
上に設けた座標軸を示すための平面図および断面図、第
4図は第1図の実施例の圧力検出器の電極の分割を示す
平面図、第5図は第11図の実施例の振動子の電極の分
割を示す平面図、第6図はステータに励振されている進
行波とロータの接触の変化の状態を示す説明図、第7図
は第6図のロータ上の点Xの変化および第6図のステー
タに供給する信号の変化を示すクラ7、第8図は従来の
振動波モータの一例を示す部分断面を含む正面図、第9
図は第8図の例に回転角検出器であるロータリエンコー
ダを組合わせた状態を示す部分断面を含む正面図、第1
0図(a)および(b)および(C)は振動波モータと
ロータリエンコータとの異った組合せの例を示す説明図
、第11図は本発明の第二の実施例の主要部を示す部分
断面を含む正面図、第12図は第1図の実施例の差信号
生成部の詳細を示す回路図、第13図は第1図の実施例
の位相差検出部の詳細を示すフロック図である。 1−1・2−1・3−1・・・共振子、1−2・22・
3−2・6−2・・・振動子、1−3・2−33−3・
6−3・・ステータ、1−4・2−4・3−4・ライニ
ング、1−5・・検出軸、2−5・3−5・6−5・1
0−5・・・ロータ、1−8・38・・・皿はね、3−
6・・・圧力検出器、3−9・10−9・・・出力軸、
3−11・6−11・・位相差検出部、3−12・6−
12 ・出力信号、3−143−15・3−16・3−
17・6−14・615・6−16・6−17・・・信
号、3−18・6−18・・・差信号生成部、4−1・
4−2・・・圧力検出部、7−3・7−9・・・バンド
パスフィルタ、7−4・7−8・・・アンプ、7−5・
7−6・・・ゼロクロスコンパレータ、7−7・・・位
相差検出器、11−1・12−1・12−3・12−5
・・・振動波モータ、11−2・12−2・12−4・
126・・・ロータリエンコータ、12−7・・・歯車
列。
FIG. 1 is a front view including a partial cross section showing the first embodiment of the present invention, FIG. ) and (b) are a plan view and a sectional view showing the coordinate axes provided on the stator for calculating the rotation of the vibration wave motor, and FIG. 4 is a division of the electrodes of the pressure detector of the embodiment shown in FIG. 1. FIG. 5 is a plan view showing the division of the electrodes of the vibrator in the embodiment shown in FIG. 11, and FIG. 6 is an explanation showing changes in the contact between the traveling wave excited in the stator and the rotor. 7 shows the change in point X on the rotor in FIG. 6 and the change in the signal supplied to the stator in FIG. Including front view, No. 9
The figure is a front view including a partial cross section showing a state in which a rotary encoder, which is a rotation angle detector, is combined with the example of Fig. 8;
Figures 0 (a), (b), and (C) are explanatory diagrams showing examples of different combinations of a vibration wave motor and a rotary encoder, and Figure 11 shows the main part of the second embodiment of the present invention. 12 is a circuit diagram showing details of the difference signal generation section of the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 13 is a block diagram showing details of the phase difference detection section of the embodiment shown in FIG. 1. It is a diagram. 1-1, 2-1, 3-1...resonator, 1-2, 22,
3-2・6-2... vibrator, 1-3・2-33-3・
6-3... Stator, 1-4, 2-4, 3-4, Lining, 1-5... Detection axis, 2-5, 3-5, 6-5, 1
0-5... Rotor, 1-8, 38... Disc splash, 3-
6...Pressure detector, 3-9/10-9...Output shaft,
3-11・6-11・・Phase difference detection section, 3-12・6-
12 ・Output signal, 3-143-15・3-16・3-
17, 6-14, 615, 6-16, 6-17... Signal, 3-18, 6-18... Difference signal generation section, 4-1.
4-2...Pressure detection section, 7-3.7-9...Band pass filter, 7-4.7-8...Amplifier, 7-5.
7-6... Zero cross comparator, 7-7... Phase difference detector, 11-1, 12-1, 12-3, 12-5
...Vibration wave motor, 11-2・12-2・12-4・
126... Rotary encoder, 12-7... Gear train.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims]  (1) 一定周波数の振動波形を有する電気信号を入
力して機械振動に変換する振動子と前記振動子と結合し
た円環状の共振子とを有する円環状のステータと、前記
ステータに加圧されて接触する円環状のロータとを備え
る振動波モータにおいて、前記ロータに設けた前記ステ
ータと前記ロータとの間の圧力を検出する圧力検出手段
を備え、前記圧力検出手段は前記円環状の共振子の振動
の波長の1/2の長さを隔てた位置に対をなして設けた
2個の圧力検出部と前記対をなす2個の圧力検出部の中
間に設けた第三の圧力検出部とを有し、前記対をなす2
個の圧力検出部から出力される信号を短絡した信号と前
記第三の圧力検出部から出力する信号とを入力してそれ
らの差の信号を出力する差信号生成部と、前記差信号生
成部から出力する信号と前記円環状の共振子に入力する
信号を分岐した信号とを入力してそれらの位相差を検出
する位相差検出部とを備えることを特徴とする振動波モ
ータ。
(1) An annular stator having a vibrator that inputs an electric signal having a vibration waveform of a constant frequency and converts it into mechanical vibration, and an annular resonator coupled to the vibrator; A vibration wave motor comprising a toroidal rotor that is in contact with the rotor, the vibration wave motor comprising pressure detection means for detecting pressure between the stator and the rotor, the pressure detection means being provided on the rotor, and the pressure detection means being connected to the toroidal resonator. two pressure detection sections provided in a pair at positions separated by a length of 1/2 of the wavelength of vibration; and a third pressure detection section provided in the middle of the two pressure detection sections forming the pair. and the pair 2
a difference signal generation section that inputs a short-circuited signal output from the third pressure detection section and a signal output from the third pressure detection section and outputs a difference signal therebetween; and the difference signal generation section A vibration wave motor comprising: a phase difference detection section that receives a signal output from the annular resonator and a signal obtained by branching the signal input to the annular resonator and detects a phase difference therebetween.
 (2)請求項(1)記載の振動波モータにおいて、円
環状の共振子の円周上の一部に入力電気信号の振動の振
幅を検出するための振幅検出器を設け、この振幅検出器
からの出力信号を円環状の共振子に入力する信号を分岐
した信号に代えて位相差検出部に入力することを特徴と
する振動波モータ。
(2) In the vibration wave motor according to claim (1), an amplitude detector for detecting the amplitude of the vibration of the input electric signal is provided on a part of the circumference of the annular resonator, and the amplitude detector A vibration wave motor characterized in that a signal inputted to an annular resonator is inputted to a phase difference detection section instead of a branched signal.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5138885A (en) * 1990-03-16 1992-08-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Piezoelectric-type pressure sensor
US5164629A (en) * 1990-03-01 1992-11-17 Canon Kabushiki Kaisha Vibration wave driven motor
US5198714A (en) * 1989-11-29 1993-03-30 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh Multiple-surface sensor control for a traveling wave motor

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