JPH06276770A - 結合型モータと駆動電気回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 様々な出力の要求に容易に対応でき、放熱や
調整の課題を克服できる超音波モータを提供する。 【構成】 超音波モータの上ケース２および下ケース４
の出力軸１２に垂直な端面に凸部３または凸部３に勘合
する凹部５を形成してモータモジュール１および１’と
する。また、この出力軸１２の端部にスプラインの突起
１６および窪み１５を設け、動力伝達的に出力軸１２ど
うしが結合できるようにする。さらに、モータモジュー
ル１および１’に接続した駆動電気回路の電力増幅部分
をパワー出力モジュールとする。回転情報検出器を組み
込んだ上ケース２’および下ケース４’にもモータモジ
ュール１および１’に勘合する凸部３または凹部５を形
成してセンサーモジュールとする。モータモジュール１
および１’またはセンサーモジュールなどを適当に組み
上げ、様々な機能または特性の結合型モータができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気モータ、とりわけ
圧電体などの電気−機械変換子の高周波機械振動を利用
する超音波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、位相の異なる２種類の屈曲振動を
合成してステータの表面に進行波を生じさせ、これに接
触したロータを摩擦駆動させる超音波モータが実用化さ
れ始めている。この超音波モータは、ダイレクトドライ
ブ方式で低速・高トルクの特性が得られるなど、優れた
特長を有している。しかも、平板を基本構成にしている
ため、厚みを薄く構成できる。

【０００３】しかし、超音波モータで大きなトルクを得
ようとすれば、モータの口径が大きくしなければならな
かった。しかも、ステータの裏に張合わせられた圧電体
の製作上の外径の制限により、最大数十ワットの出力の
ものしかできなかった。これを解決する方法として、例
えば特開平３−１８２８０号公報に開示されているよう
に、一体のモータケース内にステータとロータを一つの
出力軸に対し多段に積み重ね、高出力を得ようとする考
えがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平３−１
８２８０号公報のような従来例では、様々な用途から要
求される仕様に対して、多種類の特性の超音波モータを
準備しなければならなかった。また、モータの放熱方法
の課題や動作調整の難しさが伴っていた。

【０００５】そこで本発明は、このような課題の解決に
着目したものであり、様々な出力の要求に容易に対応で
き、放熱や調整の課題を克服できる進行波型の超音波モ
ータを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】係る課題を解決するため
に、本発明は次の技術的手段を有している。

【０００７】すなわち、超音波モータの出力軸に垂直な
ケースの一端面を凸部形状に、他端面をこの凸部に勘合
する凹部形状にし、単独で機能する超音波モータをモジ
ュール化した。

【０００８】また、前記モータモジュールの出力軸の一
端には外周にスプラインを施した突起、他端には内周に
スプラインを施した窪みを形成した。

【０００９】さらに、前記モータモジュールを駆動する
駆動電気回路を、モータの回転を制御する制御部と、モ
ータを直接に駆動する電力増幅部に区分する。そして、
電力増幅部の一つのモータモジュールに対応した最小単
位をパワー出力モジュールとし、複数のパワー出力モジ
ュールの接続端を設ける。

【００１０】一方、前記モータモジュールのケースと同
形状の凸部と凹部の端面を有するケース内に、ロータリ
エンコーダやポテンショメータなどの回転情報検出器を
組み込んでモジュール化する。その上、このセンサーモ
ジュールの回転軸の両端に、前記スプラインを施した突
起と窪みを形成する。

【００１１】

【作用】まず、複数のモータモジュールの内、一つのモ
ータモジュールのケースの凸部ともう一つのモータモジ
ュールのケースの凹部を重ねるという方法で、全体を一
体化する。そして、最後にそれぞれの出力軸をロックピ
ンなどで固定すると、一個のモータモジュールの出力に
合体したモータモジュールの個数を乗じた値の出力が得
られる。

【００１２】また、モータモジュールの出力軸の両端に
スプラインの突起と窪みを施した場合、複数のモータモ
ジュールを重ねて一体化したとき、それぞれのモータモ
ジュールの出力軸の突起と窪みが勘合し、動力伝達的に
結合した状態となる。

【００１３】さらに、多数のモータモジュールを直列に
結合したとき、駆動電気回路にモータモジュールの数に
応じたパワー出力モジュールの数のみを増加させる。

【００１４】あるいは、センサーモジュールのケースの
凸部または凹部を、モータモジュールのケースの凹部ま
たは凸部に重ねて一体化すると、回転情報検出器付モー
タができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の結合型モータの実施例を添付
図面に従って説明する。

【００１６】図１は一実施例の縦断面図で、図中１およ
び１’は２段に積み重ねられた全く同一のモータモジュ
ールである。モータモジュール１および１’の上ケース
２には外部フレーム（図示せず）などに勘合するインロ
ウにもなる円形の凸部３を形成している。一方、下ケー
ス４には上ケース２と嵌合いになる凹部５を形成してい
る。

【００１７】下ケース４の内部には、金属の振動体６の
裏面に薄いリング状の圧電体７を張合わせたステータ８
が、下ケース４に固定して設置している。圧電体７は円
周方向に振動波長の１／２の長さの多数の分極領域が形
成されている。ステータ８の上には、周囲のリング部分
にライニング９を張付けた金属性のロータ１０が置かれ
ている。また、ロータ１０の中心には、軸受１１で支え
られた出力軸１２を挿入し、皿バネ１３で挟み込んでロ
ータ１０をステータ８側に押し付けている。出力軸１２
の上面には取付ネジ穴１４を設け、外部の動力伝達機構
に連結できるようにしてある。

【００１８】また、出力軸１２の上面には、図２に示す
ようなスプライン形状の窪み１５を彫り込んでいる。一
方、出力軸１２の下部には、スプライン形状の窪み１５
に勘合するスプライン形状の突起１６を設けている。

【００１９】図中、１７はモータモジュール１の上に重
ねられた回転情報検出するためのセンサーモジュールで
ある。センサーモジュール１７の上ケース２’は、モー
タモジュール１の上ケースと同じ形状で、外部フレーム
（図示せず）などに勘合するインロウにもなる円形の凸
部３を形成している。同様に、下ケース４にはモータモ
ジュール１の上ケース２と嵌合いになる凹部５を形成し
ている。また、回転軸１８は、モータモジュール１の出
力軸１２と同一の形状で、図２に示すようなスプライン
形状の窪み１５を上部に、それに勘合するスプライン形
状の突起１６を下部に設けている。この回転軸１８は、
軸受１１を介して上ケース２’に支えられている。回転
軸１８の上面には取付ネジ穴１４を設け、外部の動力伝
達機構に連結できるようにしてある。

【００２０】下ケース４’の内部には、回転軸１８の下
部に固定板１９および１９’に挟みつけられて、周囲に
光の透過する多数のスリットを有するスリット板２０が
固定されている。このスリット板２０を挟み込むよう
に、発光ダイオード２１とフォトセル２２をホルダ２３
にセットしたエンコーダ２４が取付けられている。

【００２１】一方、図３は本発明の結合型モータの駆動
電気回路の一実施例で、大きく制御部２５と電力増幅部
２６との二つに分けてある。制御部２５は、外部入力信
号および／または内部のセンサーなどからの情報によっ
て駆動信号を制御する制御器２７と、高周波の信号を発
生する駆動信号発生器２８と、発生した駆動信号の振幅
を変調する変調器２９とからなっている。電力増幅部２
６は、変調器２８に接続された、モータモジュール１お
よび１’の圧電体３を駆動のために電力増幅するパワー
出力モジュール３０、３０’‥‥からなっている。これ
らのパワー出力モジュール３０、３０’‥‥は、モータ
モジュールの数に対応した数だけ取付けられている。セ
ンサーモジュール１７の出力は、制御器２７に接続して
クローズドループの制御を構成している。

【００２２】上記のような構成からなる超音波モータに
おいて、モータモジュール１および１’のステータ８の
圧電体７の分極領域に高周波電圧を印加すると、振動体
６の全体で屈曲振動を起こす。そして、この屈曲振動は
振動体６の中を進む進行波となり、ステータ８の表面に
は楕円運動を引き起こす。一方、ロータ１０は皿バネ１
３によって、ライニング９がステータ８の楕円軌跡の頂
部で接触するように押し付けられている。よって、振動
体６の楕円運動の進行と逆方向の推進力がライニング９
に加わる。このようにロータ１０に発生した推進力は、
出力軸１２に伝えられて回転する。そして、全ての出力
軸１２および回転軸１８は連結されているので、モータ
モジュールの数だけ加算した出力を出力軸１２あるいは
回転軸１８を介して外部に取り出される。

【００２３】一方、センサーモジュール１７の回転軸１
８が回転すると、スリット板２０がエンコーダ２４の発
光ダイオード２１とフォトセル２２の間を移動し、スリ
ットでもって発光ダイオード２１の光を断続的に遮る。
そのため、フォトセル２０ではパルス状の信号が発生
し、エンコーダ２４の回転情報として出力する。この情
報出力に基づいて、駆動電気回路の制御器２５でもっ
て、結合型モータの回転を制御する。

【００２４】以上の実施例は、超音波モータについての
場合について説明してきたが、通常の電磁モータでも本
発明のモジュール化の思想は、適用可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明では電気
モータのケースの両端面をそれぞれ勘合して一体となる
形状にし、さらに一体としたとき出力軸が動力伝達機構
的に連結できるようにモジュール化することにより、よ
り出力の小さいモータからより出力の大きいモータまで
を、モータモジュールを重ねることにより、容易に現出
することができた。これらは、モータとして構成上、特
に薄くできる超音波モータで効力を発揮できた。

【００２６】また、同様に回転情報の検出器のケースを
モータモジュールに勘合する形状にし、回転軸までも一
体としたときモータモジュールの出力軸と動力伝達機構
的に連結できるようにモジュール化することにより、回
転情報検出器付モータを容易に現出することができた。

【００２７】最後に、駆動電気回路の電力増幅の部分を
モジュール化することにより、出力を大きくなっても、
モータモジュールの数に対応してパワー出力モジュール
の数のみを増やすだけで済む。よって、駆動電気回路が
大がかりな構成とならず、コストの低い結合型モータの
駆動電気回路を作ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における結合型モータの縦断
面を示している。

【図２】本発明の結合型モータの出力軸の結合部分に関
する形状を示している。

【図３】本発明の駆動電気回路のダイヤグラムを示して
いる。

【符号の説明】

１、１’ モータモジュール ２、２’ 上ケース ３ 凸部 ４、４’ 下ケース ５ 凹部 ７ 圧電体 ８ ステータ ９ ライニング １０ ロータ １１ 軸受 １２ 出力軸 １３ 皿バネ １５ 窪み １６ 突起 １７ センサーモジュール １８ 回転軸 ２０ スリット板 ２１ 発光ダイオード ２２ フォトセル ２４ エンコーダ ２５ 制御部 ２６ 電力増幅部 ２７ 制御器 ３０、３０’ パワー出力モジュール

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単独で機能する電気モータであって、該
   モータの出力軸に垂直なケースの二端面の内、一端面に
   は凸部、他端面には該凸部と嵌合い形状の凹部を形成し
   たモータモジュール、複数の該モータモジュールのケー
   スの凸部と凹部を勘合し、該モータモジュールどうしを
   直列に結合して一体と成したことを特徴とする結合型モ
   ータ。
2. 【請求項２】 ロータリエンコーダやポテンショメータ
   などの回転情報検出器、該回転情報検出器の回転軸に垂
   直なケースの二端面の内、一端面には前記モータモジュ
   ールの凹部と嵌合い形状の凸部、他端面には前記モータ
   モジュールの凸部と嵌合い形状の凹部を形成したセンサ
   ーモジュール、少なくとも該センサーモジュールの凸部
   と前記モータモジュールの凹部を、または該センサーモ
   ジュールの凹部と前記モータモジュールの凸部を勘合
   し、センサーモジュールとモータモジュールを直列に結
   合して一体と成したことを特徴とする結合型モータ。
3. 【請求項３】 前記モータモジュールの出力軸および前
   記センサーモジュールの回転軸の両端の内、一端には外
   周にスプラインを施した突起、他端には内周にスプライ
   ンを施した窪みを形成し、複数の前記モータモジュール
   およびセンサーモジュールを重ねたとき、互いに出力軸
   および回転軸の突起と窪みが勘合し、出力軸どうし、お
   よび回転軸が動力伝達的に結合したことを特徴とする請
   求項１および２記載の結合型モータ。
4. 【請求項４】 前記電気モータを駆動する駆動電気回路
   において、該駆動電気回路をモータの回転状態を制御す
   る制御部と、モータに直結した電力増幅部とに区分し、
   該電力増幅部の最小単位をパワー出力モジュールとし、
   前記モータモジュールの個数に応じてパワー出力モジュ
   ールの数のみを増加させた駆動電気回路。