JPH04325884A - 表面波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、表面波モータに関し
、更に詳しくは出力トルクを容易に増大できる表面波モ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の円環型表面波モータにおけ
る円環状弾性体に張り付けられてた圧電体およびその電
極を示す図である。この図において５０は円環状の弾性
体である。５１は第１の相を形成する圧電体であり斜線
で示す部分の表面は電極となっている。５２は圧電体５
１の電極より引出された端子である。５３は第２の相を
形成する圧電体であり斜線で示す部分の表面は電極とな
っている。５４は圧電体５３の電極より引出された端子
である。そして、これら圧電体５１，５３は円環型の弾
性体５０の端面に張り付けられている。５５，５６は圧
電体が張り付けられていない間隙であり間隙５５は周方
向の距離にしてλ／４（但しλは定在波の波長）、間隙
５６は同様に３λ／４である。上述したように圧電体は
ある間隙で区切られた状態で弾性体に張り付けられてお
り、隣接する圧電体の分極方向は互いに逆である。

【０００３】圧電体の端子５２，５４に電圧信号を印加
すると、圧電体５１，５３は交互に伸縮するので円環型
の弾性体表面には定在波が発生する。圧電体５１，５３
に印加された信号がそれぞれ９０°位相差のある信号で
あると圧電体の振動により発生する定在数により円環型
の弾性体表面には進行波が形成され、図示していないロ
ータ部との間でトルクが発生する。この場合発生するト
ルクの大きさは弾性体に発生する進行波の振幅に比例す
る。このような表面波モータでは印加する電圧信号の振
幅あるいは周波数を変えることにより出力トルクを変化
させ、これにより速度制御を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の表面波
モータでは次に述べるような問題点がある。すなわち、
定在波により形成される進行波の振幅は弾性体に張り付
けられた圧電体の構成から定在数の振幅と等しくなるの
で、発生するトルクの大きさは圧電体に印加する信号の
振幅値により決ってしまい、進行波の振幅の増大による
トルクの増大は期待できない。従って、トルクを増大さ
せるには圧電体に印加する信号の振幅値あるいは周波数
を変える外はない。

【０００５】この発明は上記した課題を除去するために
なされたものであり、この発明の目的は進行波の振幅を
増大させ、この結果出力トルクを増大させることのでき
る表面波モータを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る表面波モ
ータにおいては、弾性体および該弾性体の表面に構成さ
れると共に一周にわたって所定の数に分割された圧電体
からなるステータ部と、分割された圧電体から引出され
た電極と、ステータ部と圧接するロータ部と、一周にわ
たってモータの相数Ｐに応じて前記分割された圧電体を
相編成すると共に相編成された相間に所定の間隙を形成
する相編成手段とが少なくとも構成されている。

【０００７】

【作用】この発明では相数Ｐを変えることができる。ま
た相編成手段により編成された各々の相に各々２π／Ｐ
位相の異なる信号を印加することにより、定在波の振幅
値に対しＰ／２倍の振幅値の進行波が弾性体表面に形成
される。したがって、進行波の振幅の増大による出力ト
ルクの増大が可能となる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。

【０００９】図１はこの実施例の表面波モータの弾性体
に張り付けられた圧電体およびその電極を示す図である
。この図において、１はステータの構成要素である円環
状の弾性体を示している。２，３，４，５，６，７，８
，９，１０は弾性体１の端面に張り付けられた圧電体で
ある。また、１１，１２，１３，１４，１５，１６，１
７，１８，１９も弾性体１の端面に張り付けられた圧電
体である。これら圧電体の表面には電極が構成されてい
て必要に応じて端子を引出すことができる。また、各々
の圧電体は弾性体の端面の周方向に２０等分したエリア
にそれぞれ貼りつけられている。圧電体２，３，４，５
はそれぞれ電気的に接続された状態にある。また圧電体
２，３と圧電体４，５とはそれぞれ分極方向が異なる向
きに貼り合わされていて、圧電体２，３は紙面表側がマ
イナスに分極し、圧電体４，５は紙面表側がプラスに分
極する。５ａは圧電体５の電極より引出された端子であ
る。圧電体６，７，８，９，１０は互に電気的に絶縁さ
れた状態でそれぞれ貼り付けられているが、圧電体７と
９は接続線Ｊ１により電気的に接続されている。そして
圧電体６，７は紙面表側がマイナスに分極し、圧電体８
，９，１０は紙面表側がプラスに分極する。６ａは圧電
体６の電極より引出された端子、８ａは圧電体８の電極
より引出された端子、１０ａは圧電体１０の電極より引
出された端子である。圧電体１１，１２，１３，１４，
１５は互に電気的に絶縁された状態でそれぞれ貼り付け
られているが、圧電体１２と１４は接続線Ｊ２により電
気的に接続されている。そして圧電体１１，１２，１３
は紙面表側がマイナスに分極し、圧電体１４，１５は紙
面表側がプラスに分極する。１１ａは圧電体１１の電極
より引出された端子、１２ａは圧電体１２の電極より引
出された端子、１３ａは圧電体１３の電極より引出され
た端子、１５ａは圧電体１５の電極より引出された端子
である。圧電体１６，１７，１８，１９はそれぞれ電気
的に接続された状態にある。また圧電体１６，１７と圧
電体１８，１９とはそれぞれ分極方向が異なる向きに貼
りつけられていて、圧電体１６，１７は紙面表側がマイ
ナスに分極し、圧電体１８，１９は紙面表側がプラスに
分極する。１７ａは圧電体１７の電極より引出された端
子である。２０，２１は圧電体が貼り付けられていない
間隙である。間隙２０，２１の周方向の長さは定在波の
波長をλとするとλ／４である。

【００１０】図２は表面波モータの低速モード用と高速
モード用の駆動回路を示す図である。（イ）は低速モー
ドを実現する駆動回路、（ロ）は高速モードを実現する
駆動回路である。低速モードが選択されると図２の（イ
）に示す回路がモータ側の端子５ａ，６ａ，８ａ，９ａ
，１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ，１５ａにそれぞれ
接続され、一方高速モードが選定されると図２の（ロ）
に示す回路がモータ側の端子にそれぞれ接続される。モ
ータ側の端子１７ａはこれらの回路に常に接続されてい
る。また、これらの回路では入力端子２２にＶｏＳｉｎ
ωｔの電圧信号が、入力端子２３にはＶｏＣｏｓωｔの
電圧信号が図示していない電源回路より加えられている
。２４はインバータであり入力端子２２，２３に加えら
れた電圧信号を反転しそれぞれ−ＶｏＳｉｎωｔと−Ｖ
ｏＣｏｓωｔの電圧信号を作り出している。

【００１１】図３は低速モードに切り換えられた場合の
圧電体の相編成を示す図である。相編成により第１相２
５と第２相２６が形成された２相表面波モータが構成さ
れた状態を示している。

【００１２】図４は高速モードに切り換えられた場合の
圧電体の相編成を示す図であり、第１の相２７と第２の
相２８と第３の相２９と第４の相３０が形成された４相
表面波モータが構成された状態を示している。これらの
各相の間には間隙３１，３２，３３，３４が形成されて
いる。

【００１３】次に図１，図２，図３，図４を参照して動
作について述べる。

【００１４】まずこの表面波モータを図３に示す低速モ
ードの２相の表面波モータとして構成する場合について
説明する。モータに接続する駆動回路を図２の（イ）に
示す低速モードの駆動回路に切り変えると、図１におけ
る圧電体５の端子５ａ，圧電体６の端子６ａ，圧電体８
の端子８ａ，圧電体９の端子９ａにＶｏＣｏｓωｔの電
圧信号が印加される。圧電体２，３，４，５は電気的に
接続されていると共に圧電体２，３と４，５は分極方向
が逆である。したがって、これら２，３，４，５の圧電
体により定在波が一つ生じる。また、圧電体７と９は電
気的に接続されていると共に分極方向が逆であるので、
圧電体６，７，８，９により定在波が一つ生じる。この
定在波と前記定在波は同相なので、圧電体２，３，４，
５，６，７，８，９により図３に示す第１相２５が形成
され、結局圧電体２，３，４，５，６，７，８，９によ
り波長λの第１の定在波が発生することになる。一方、
図１における圧電体１２の端子１２ａ，圧電体１３の端
子１３ａ，圧電体１５の端子１５ａ，圧電体１７の端子
１７ａ，にはＶｏＳｉｎωｔの圧電信号が印加される。 圧電体１２と１４は電気的に接続されていると共に分極
方向が逆であるので、圧電体１２，１３，１５，１６に
より定在波が一つ生じる。また、圧電体１６，１７，１
８，１９は電気的に接続されていると共に圧電体１６，
１７と１８，１９は分極方向が逆である。従って、１６
，１７，１８，１９の圧電体により定在波が一つ生じる
。この定在波と前記定在波は同相であるので、圧電体１
２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９により
図３に示す第２相２６が形成され、結局圧電体１２，１
３，１４，１５，１６，１７，１８，１９により波長λ
の第２の定在波が発生することになる。

【００１５】上述した第１の定在波と第２の定在波とは
位相が９０°異なっていると共に空間にもλ／４ずれて
いる。したがって、ステータのたわみ量を紙面垂直方向
にｙとすると、

【００１６】

【数１】

【００１７】（ただしＡｏは定在波の振幅、ｋはｋ次振
幅定在波であり、ｋ＝２π／λ、ωは角速度）となり定
在波と同一振幅の進行波が形成される。この表面波モー
タは進行波と逆の方向に進行波の振幅Ａｏに比例したト
ルクで回転する。

【００１８】つぎに、表面波モータを図４に示す高速モ
ードの４相の表面波モータとして構成する場合について
説明する。

【００１９】図２の（ロ）に示す高速モードの駆動回路
に切り換えると、図１における圧電体５の端子５ａの端
子５ａには−ＶｏＣｏｓωｔの電圧信号が印加される。 圧電体２，３，４，５は電気的に接続されていると共に
圧電体２，３と４，５は分極方向が逆である。したがっ
て、これら２，３，４，５の圧電体による図４に示す第
１の相２７が形成され、第１の定在波が生じる。

【００２０】一方、圧電体８の端子８ａにはｖｏＳｉｎ
ωｔ，圧電体９の端子９ａと圧電体１０の端子１０ａに
は−ＶｏＳｉｎωｔの電圧信号が印加される。圧電体７
と９は電気的に接続されていると共に分極方向が逆であ
るので、圧電体７，８，９，１０により図４に示す第２
の相２８が形成され第２の定在波が生じる。また、図１
における圧電体１１の端子１１ａと圧電体１２の端子１
２ａにはＶｏＣｏｓωｔ、圧電体１３の端子１３ａには
−ＶｏＣｏｓωｔの電圧信号が印加される。圧電体１２
と１４は電気的に接続されていると共に分極方向に逆で
あるので、圧電体１１，１２，１３，１４により図４に
示す第３の相２９が形成され第３の定在波が生じる。さ
らに、圧電体１７の端子１７ａにはＶｏＳｉｎωｔの電
圧信号が印加される。圧電体１６，１７，１８，１９は
電気的に接続されていると共に圧電体１６，１７と１８
，１９とは分極方向が逆である。したがって、これら１
６，１７，１８，１９の圧電体により図４に示す第４の
相３０が形成され第４の定在波が生じる。

【００２１】この高速モードでは圧電体６と１５には電
圧信号は印加されない。この結果図４に示す第１の相２
７，第２の相２８，第３の相２９，第４の相３０の間に
はλ／４の間隙３１，３２，３３，３４が形成されてい
る。したがって、第１の定在波，第２の定在波，第３の
定在波，第４の定在波は位相が互いに９０°異なってい
ると共に空間的にもλ／４ずれているので、ステータの
たわみ量を紙面垂直方向にｙとすると、

【００２２】

【数２】

【００２３】（ただしＡｏは定在波の振幅、ｋはｋ次振
動定在波であり、ｋ＝２π／λ、ωは角速度）となり定
在波の２倍の振幅の進行波が形成される。この表面波モ
ータでは進行波と逆の方向に進行波の振幅２Ａｏに比例
したトルクで回転し、２相の表面波モータに比べて回転
速度が倍になる。（ただし周波数一定）

【００２４】こ
の実施例では図２に示す低速モードの駆動回路あるいは
高速モードの駆動回路に切り換えることにより表面波モ
ータの相編成を瞬時に２相あるいは４相に切り変え出力
トルクを可変でき回転速度を変えることができる。した
がって入力される電圧信号の周波数あるいは振幅値を変
えることなく表面波モータの出力トルクを可変でき回転
速度を変えることができる。さらに、表面波モータの相
編成を２相あるいは４相に変えるとともに入力される電
圧信号の周波数あるいは振幅値を変えることにより表面
波モータの出力トルクをより一層広範囲に可変でき回転
速度の可変範囲も広がる。さらに、２相モードと４相モ
ードを組合せる時間的割合を連続的に変えることにより
速度制御域を従来よりも広くすることができる。また、
入力される電圧信号の振幅が同一で表面波モータの相編
成を４相にした場合は２相の場合に比べて倍の出力トル
クが得られるので、同一の出力トルクに対して電圧信号
の振幅を小さくすることができエネルギーを節約するこ
とができる。つまり、この発明によれば、相編成された
各々の相に各々２π／Ｐ位相の異なる信号を印加するこ
とにより、定在波の振幅値に対しＰ／２倍の振幅値の進
行波が弾性体表面に形成される。これはステータのたわ
み量をｙとすると、

【００２５】

【数３】

【００２６】で示されるからであり、上記実施例ではＰ
＝４としてある。相編成する相数Ｐの数は更に多くても
よく、この場合には分割する圧電体の数、ギャップの幅
、電極の数、電極の組合せは相数に応じて構成すればよ
い。

【００２７】

【発明の効果】この発明によれば、入力される電圧信号
の周波数あるいは振幅値を変えることなく振幅の大きな
進行波を得ることができるので、表面波モータの出力ト
ルクを容易に増大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による表面波モータのステ
ータ部の圧電体およびその電極を示す図である。

【図２】表面波モータの低速モード用と高速モード用の
駆動回路を示す図である。

【図３】低速モードに切り換えられた場合の圧電体の相
編成の状態を示す図である。

【図４】高速モードに切り換えられた場合の圧電体の相
編成の状態を示す図である。

【図５】従来の表面波モータのステータ部における圧電
体およびその電極を示す図である。

【符号の説明】

１　　円環状の弾性体 ２，３，４，５，６，７，８，９，１０　　圧電体１１
，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９　
　圧電体 ５ａ，６ａ，８ａ，９ａ，１０ａ　　端子１１ａ，１２
ａ，１３ａ，１５ａ，１７ａ　　端子Ｊ１，Ｊ２　　接
続線 ２０，２１　　間隙 ２２，２３　　入力端子 ２４　　インバータ ２５　　第１相 ２６　　第２相 ２７　　第１の相 ２８　　第２の相 ２９　　第３の相 ３０　　第４の相 ３１，３２，３３，３４　　間隙

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　弾性体および該弾性体の表面に構成さ
   れる共に一周にわたって所定の数に分割された圧電体か
   らなるステータ部と、分割された圧電体から引出された
   電極と、ステータ部と圧接するロータ部と、一周にわた
   ってモータの相数Ｐに応じて前記分割された圧電体を相
   編成すると共に相編成された相間に所定の間隙を形成す
   る相編成手段と、から少なくとも構成され、相編成手段
   により編成された各々の相に各々２π／Ｐ位相の異なる
   圧電体励振信号を印加し圧電体を振動させ、ステータ部
   と前記ロータ部との境界面における表面波によりロータ
   部を駆動する表面波モータ。