JPH06284754A - 振動モータ - Google Patents

振動モータ

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JPH06284754A
JPH06284754A JP6026875A JP2687594A JPH06284754A JP H06284754 A JPH06284754 A JP H06284754A JP 6026875 A JP6026875 A JP 6026875A JP 2687594 A JP2687594 A JP 2687594A JP H06284754 A JPH06284754 A JP H06284754A
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JP
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stator
vibration
vibration motor
rotor
motor according
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JP6026875A
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English (en)
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Hans-Peter Schoener
シェーナー ハンス−ペーター
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Daimler Benz AG
Original Assignee
Daimler Benz AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステータの固有振動を簡単に励起できるよう
にする。 【構成】 中空円筒体として構成されたステータ内で固
有振動が、中空円筒体の外周面及び/又は内周面の平面
面取り部に配置された作動体によって励起される。特に
平面面取り部に接着されたピエゾ・セラミックス作動体
が設けられている。回転モーメントは内周面又は外周面
の摩擦接続的に接触するロータによって取り出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、弾性的な振動体の振動
を変換することによって駆動モーメントを発生させる振
動モータに関する。
【0002】
【従来の技術】上記形式の振動モータの利点は特に、停
止及び回転モーメントが高く、低速でしかも構造がコン
パクトであるということにある。このような振動モータ
は西ドイツ国特許出願公開第3927040号明細書か
ら公知である。この振動モータは特に、圧力下で接触す
る振動ステータとロータとから構成され、この場合接触
面には適当な摩擦ライニングが設けられている。
【0003】歪み体、例えば圧電素子、電歪素子又は磁
歪素子によって、ステータの弾性的な材料内で進行波が
励起される。この場合、ステータの表面エレメントはロ
ータとの接触面の範囲で楕円軌道上を移動する。従って
摩擦接続的に連結されたステータ表面とローラ表面との
間では両表面間の接触帯域において、ロータ運動を生ぜ
しめる接線方向の力が発生する。
【0004】このような振動モータの制御装置は例えば
西ドイツ国特許出願公開第3719537号明細書から
公知である。
【0005】有限厚さのプレート内では同じ周波数の位
相的に正確に重畳された振動によって表面点の楕円軌道
を有する進行波が生ずる。このようにして中空円筒体内
でも進行波を励起することができるので、円筒体周面に
接触するロータは円筒体を中心として運動する。
【0006】円筒状の振動体を有する進行波モータは西
ドイツ国特許第4216238号明細書から公知であ
る。ディスク状又は円環状のステータもしくはロータを
有する進行波モータに比して円筒状の振動体を有するこ
のような進行波モータの利点は、一定の推進運動面積が
大きいということにある。
【0007】それというのも表面エレメントの振幅が周
面の大部分に亘って同じ高さでありかつ節円のない振動
モードの場合円筒体端部の縁部区分においてのみ増大し
た振幅が生ずるからである。
【0008】前述のディスク状もしくは円環状の進行波
モータに比して、円筒状のモータの場合に有効表面が拡
大されることによってステータからロータへの力伝達に
おける問題が減少されるようになる。
【0009】円筒状の振動体を有するモータの利点は、
回転数及び最大のモーメントの成長法則にある。つまり
回転数は不変な振動モード及び不変な周波数の場合半径
にのみ関連している(比例1/r)。取り出される最大
のモーメントに関しても、コンスタントな振幅の円筒体
範囲の面積にのみ関連している。これによって前記モー
タを異なる使用要求に簡単に適合させることができる。
【0010】円筒状の振動体を有する公知の進行波モー
タの場合(西ドイツ国特許第4216238号明細
書)、進行波の励起は作動体によって行われ、この作動
体は円筒体軸線に対して垂直にかつ半径方向で対称的に
しかも互いに捻られて配置されていて、更にステータの
互いに向き合う側に締め付け力によって保持されてい
る。
【0011】有利にはこの公知の進行波モータでは、ピ
エゾセラミックスな作動体が使用される場合、縦圧電効
果が利用され、従って横圧電効果に比して圧電式の作動
体の変位が僅かであるため、作動体と振動体との間で付
加的な弾性的な伝達手段が使用される。
【0012】別の振動モータは西ドイツ国特許出願公開
第3213275号明細書から公知である。この場合進
行波モータとは異なって運動モーメントは一端で発振器
に設けられたプッシャー(stoessel)によって生ぜし
められ、このプッシャーは他端でロータとステータとの
間の摩擦接続的に協働する表面の少なくとも一方に圧着
されかつ発振器内で励起された定常波によって振動させ
られる。
【0013】この振動モータの一実施例ではロータは円
筒ケーシングとして構成されているのに対して、発振器
は環状体を成していて、この環状体には一端でプッシャ
ーが固定されていて、かつ、他端はロータの内側の円筒
面に弾性的に圧着されている。この円筒面は摩擦接続的
に協働する面を成す。
【0014】この場合使用される発振器は内側の円筒面
に対して垂直方向に拡散する半径方向振動を生ぜしめ
る。プッシャーは薄片として構成されていて、この薄片
は定常波振動腹の個所に配置されていてかつ発振器及び
ロータの表面と斜角を成している。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
技術を改良して、円筒状のステータを有する振動モータ
を提供し、この場合ステータの固有振動を簡単に、特に
横圧電効果を以って作業する圧電式の作動体によって励
起できるようにする。
【0016】
【課題を解決するための手段】前記課題は本発明によれ
ば、弾性材料から成る中空円筒体としてのステータと、
圧力下でステータに接触するロータと、ステータの固有
振動を励起するための少なくとも2つの作動体とから成
る振動モータにおいて、ステータの固有振動を励起する
ために中空円筒体の外周面及び/又は内周面に、作動体
が配置される平面面取り部が設けられていることによっ
て解決された。
【0017】
【発明の効果】本発明は、円筒体周面の周方向に沿った
平面面取り部の収縮及び伸張によって弾性的な円筒体材
料内で定常波が励起されるという思想から出発する。
【0018】λ/4(λ=振動の波長)の空間的な位相
のずれを有する定常波及び90度の時間的な位相のずれ
を有する定常波を重畳することによって、円筒体周面上
を循環する進行波が生ぜしめられる。
【0019】選択的にステータに設けられたプッシャー
はステータの固有振動に励起されて駆動モーメントを生
ぜしめるための振動を励起することができる。
【0020】本発明の別の有利な構成はその他の請求項
に記載されている。
【0021】
【実施例】第1図では円筒体周面に沿った2本もしくは
3本又は4本の波列を有する中空円筒体の種々の固有振
動形態を図示している。波列はほぼサインカーブ状であ
りかつ周期的な境界条件を有するプレートの固有振動形
態に相応している。本発明によれば、中空円筒体の固有
振動はその外周面及び/又は内周面の平面面取り部の収
縮及び伸張によって励起される。
【0022】第2図では、中空円筒体としての振動体1
の周面内で第1図によるn=2の波列を有する固有モー
ドを励起するための平面面取り部の有利な構成を図示し
ている。励起された振動が定常波である場合には、この
ような固有モードの振動腹と円筒体周方向に沿って収縮
もしくは伸張する平面面取り部の中心点との間に、円筒
体の中立軸線の上側の面内で収縮もしくは伸張が行われ
る限り、単純な関係比が生ずる。
【0023】このようにして、平面面取り部が外側に配
置される場合周方向線に沿った収縮によって内向きの円
筒体周面の運動が生ぜしめられるのに対して、伸張によ
って外向きの運動が生ぜしめられる。
【0024】厚さDの均質な中空円筒体の場合中立軸線
は円筒体の表面から間隔D/2を置いて位置する。従っ
て収縮した場合に内向き運動並びに外向き運動が生じな
いようにするために、平面面取り部の高さHのためにH
<D/2の値が選ばれる。
【0025】平面面取り部3によって形成された面上に
は作動体、有利にはピエゾセラミックスが設けられる。
この場合作動体2は、作動体が制御に応じて中空円筒体
の周方向で弦に沿って平面面取り部の収縮又は伸張を生
ぜしめるように、位置決めされている。さもなくば収縮
運動及び伸張運動の重畳によって複雑な振動形態が生ぜ
しめられる。
【0026】第3図、第4図、第5図及び第6図では異
なる振動形態を励起するために中空円筒体に与えられ
る、円筒体軸線に対して対称的に配置された平面面取り
部の種々の配列形式を図示している。
【0027】第3図では平面面取り部3の範囲での中空
円筒体の断面図を図示している。交互に極性を与えられ
た8個の圧電式の作動体4(+,−)のシステムAによ
って、中空円筒体5の周面に少なくとも4つの波列が励
起される。
【0028】作動体の異なる極性作用に基づいて、シス
テムAに所定の極性の電圧をかけた場合隣接する作動体
は異なる伸張特性を示すようになる。周期的に励起した
場合中空円筒体に沿って定常波が生ずる。
【0029】これに対して第4図では2つの励起システ
ムA,Bを有する配置形式が示されていて、この場合両
システムはそれぞれ極性の異なる(+,−)4個の作動
体6から形成されていてかつ互いにλ/4だけずらされ
ている。
【0030】それぞれ個々の前記システムは周方向に沿
って2つの波列を有する定常波を生ぜしめる。90度だ
け時間的に互いにずらしてシステムA,Bを励起するこ
とによって、第4図の配列形式においては進行波が励起
される。
【0031】第5図では同様に、n=4の波列を有する
固有モードを励起するために交互に極性を与えられた8
個の作動体のシステムBを図示している。
【0032】円筒体軸線に沿った所定個所での第3図の
配列形式及び中空円筒体の別の個所、例えば中空円筒体
端部での第5図による配列形式に基づいて、システム
A,Bを位相的に正確に制御することによって中空円筒
体周面内で進行波が励起される。
【0033】第6図による6個の平面面取り部を有する
システムの場合、作動体が交互に(n=3)又は同方向
で(n=6)極性を与えられているかに応じて、n=3
もしくはn=6の波列を有する固有モードが励起され
る。
【0034】本発明の別の実施例では平面面取り部は中
空円筒体の外周面にではなく内周面に配置される。この
場合にも有利には、平面面取り部の高さは1/2D(厚
さ)以下でなければならない)。第7図では内周面に配
置された8個の平面面取り部3’を有する中空円筒体を
図示している。
【0035】第3図乃至第6図に関連した構成に相応し
て、作動体装備に応じてn=4の波列を有する固有モー
ドを励起するためのシステム又は1/4だけ互いにずら
されたn=2の波列を有するシステムが実現される。
【0036】第8図ではそれぞれn=2の波列を有する
振動モードを励起するために交互に極性を与えられた4
つの内側(Aもしくは外側B)の作動体3,3’(+,
−)の配列形式を図示している。
【0037】この実施例の利点は、平面面取り部を内周
面もしくは外周面にのみ配置する場合よりも、平面面取
り部が周方向に沿って大きく直線的に伸張するというこ
とにある。
【0038】第9図乃至第12図では振動モータにおい
て円筒体軸線に沿った平面面取り部の種々の配置位置を
図示している。
【0039】第9図では縦断面図で、平面面取り部3が
円筒体10の中央に配置されている実施例を図示してい
る。円筒体中央でのこのような励起はダブルロータ(ロ
ータ7のみを図示)を有する振動モータの場合に特に有
利である。
【0040】第10図及び第11図では、それぞれλ/
4だけ中央から外部にずらして又は円筒体の端部に配置
されている平面面取り部8,8’(八角形)もしくは平
面面取り部9,9’(六角形)の配列形式を図示してお
り、この場合円筒体の円対称的な区分は(第11図での
み図示された)ロータ11用の接触面として使用され
る。
【0041】第12図ではプッシャー原理で作業する本
発明の振動モータの横断面図を図示している。この場合
振動体としてのステータ12とロータ13との間に薄片
状のプッシャー14が配置されていて、このプッシャー
はステータ12によって振動を励起されひいては自体公
知の形式でロータ13の回転運動を生ぜしめる。
【0042】本発明によれば内周面又は外周面の平面面
取り部に設けられた作動体によって定常波が励起され
る。プッシャーは中空円筒体としてのステータ12の、
定常波の振動腹を生ぜしめる区分内に配置されている。
有利には、できるだけ大きな振幅を得るために、プッシ
ャーは平面面取り部の範囲に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】中空円筒体としての振動体の種々の振動形態を
概略的に示した図。
【図2】本発明による振動モータの中空円筒体の厚さと
平面面取り部との間の寸法関係を示した図。
【図3】異なる振動形態を励起するための中空円筒体の
外周面の平面面取り部の配列形式を示した図。
【図4】異なる振動形態を励起するための中空円筒体の
外周面の平面面取り部の配列形式を示した図。
【図5】異なる振動形態を励起するための中空円筒体の
外周面の平面面取り部の配列形式を示した図。
【図6】異なる振動形態を励起するための中空円筒体の
外周面の平面面取り部の配列形式を示した図。
【図7】内周面に配置された平面面取り部を有する中空
円筒体を示した図。
【図8】内周面及び外周面に配置された平面面取り部を
有する中空円筒体を示した図。
【図9】円筒体中央での平面面取り部の配置形式を示し
た図。
【図10】円筒体中央から外部にずらした平面面取り部
の配置形式を示した図。
【図11】円筒体端部での平面面取り部の配置形式を示
した図。
【図12】本発明の振動モータを示した図。
【符号の説明】
1,5,10,12 ステータ又は中空円筒体 2,4,6 作動体 3,3’,8,8’,9,9’,15,15’ 平面面
取り部 13 ロータ 14 プッシャー

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弾性材料から成る中空円筒体としてのス
    テータ(1,5,10,12)と、ステータ(1,5,
    10)の固有振動を励起するための少なくとも2つの作
    動体(2,4,6)とから成る振動モータであって、振
    動をロータの連続的なロータ・運動に変換するためにロ
    ータが圧力下でステータに摩擦接続式に接触している形
    式のものにおいて、ステータ(1,5,10)の固有振
    動を励起するために中空円筒体の外周面及び/又は内周
    面に、作動体(2,4,6)が配置される平面面取り部
    (3,3’,8,8’,9,9’,15,15’)が設
    けられていることを特徴とする、振動モータ。
  2. 【請求項2】 作動体(2,4,6)として、圧電素子
    又は電歪素子又は磁歪素子が設けられている、請求項1
    記載の振動モータ。
  3. 【請求項3】 横圧電効果を以て作業する圧電式の作動
    体(2,4,6)が設けられている、請求項1記載の振
    動モータ。
  4. 【請求項4】 平面面取り部(3,3’,8,8’,
    9,9’)によって中空円筒体の厚さ(D)がそれぞれ
    D/2以下だけ減少されている、請求項1から3までの
    いずれか1項記載の振動モータ。
  5. 【請求項5】 円筒体周方向に沿ってnの波列を有する
    固有モードを励起するために円筒体軸線に対して対称的
    に同方向の励起を生ぜしめるnの作動体が配置されてい
    る、請求項1から4までのいずれか1項記載の振動モー
    タ。
  6. 【請求項6】 円筒体周方向に沿ってnの波列を有する
    固有モードを励起するために円筒体軸線に対して対称的
    に交番する極性方向を有する2nの圧電式の作動体が配
    置されている、請求項3から5までのいずれか1項記載
    の振動モータ。
  7. 【請求項7】 固有振動を励起するために、中空円筒体
    の縦軸線に沿って中空体の一端又は両端又は中央又は2
    つ以上の個所に作動体が配置されている、請求項1から
    6までのいずれか1項記載の振動モータ。
  8. 【請求項8】 ロータがアウタロータ又はインナロータ
    として構成されている、請求項1から7までのいずれか
    1項記載の振動モータ。
  9. 【請求項9】 λの波長の進行波を励起するために、作
    動体(2,4,6)の、それぞれλ/4だけ互いにずら
    された2つ以上の励起システムが設けられている、請求
    項1から8までのいずれか1項記載の振動モータ。
  10. 【請求項10】 ステータ(12)とロータ(13)と
    の間に、駆動モーメントを生ぜしめるためにステータ
    (12)の固有振動の振動腹の範囲に設けられたプッシ
    ャー(14)が配置されている、請求項1から8までの
    いずれか1項記載の振動モータ。
JP6026875A 1993-02-26 1994-02-24 振動モータ Pending JPH06284754A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4305894.9 1993-02-26
DE4305894A DE4305894C1 (de) 1993-02-26 1993-02-26 Schwingungsanregung bei einem Schwingungsmotor mit zylinderförmigem Schwingkörper

Publications (1)

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JPH06284754A true JPH06284754A (ja) 1994-10-07

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ID=6481354

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JP6026875A Pending JPH06284754A (ja) 1993-02-26 1994-02-24 振動モータ

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EP (1) EP0613194A1 (ja)
JP (1) JPH06284754A (ja)
DE (1) DE4305894C1 (ja)

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