JPH0650948B2 - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
- Publication number
- JPH0650948B2 JPH0650948B2 JP61229214A JP22921486A JPH0650948B2 JP H0650948 B2 JPH0650948 B2 JP H0650948B2 JP 61229214 A JP61229214 A JP 61229214A JP 22921486 A JP22921486 A JP 22921486A JP H0650948 B2 JPH0650948 B2 JP H0650948B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stator
- mass
- rotor
- ultrasonic motor
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001141 propulsive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、圧電振動子を備えたステータと、該ステータ
と接触するロータにより構成されてなる超音波モータに
関する。
と接触するロータにより構成されてなる超音波モータに
関する。
＜従来技術＞ 周方向に圧電振動子を配設した円環状または円板状等の
周円状ステータとステータにより、ロータを駆動する超
音波モータは、特開昭５８−１４８６８２号，特開昭５
９−９６８８１号，特開昭５９−９６８８２号及び特開
昭６１−１４２９７６号等、多数のものが開示されてい
る。
周円状ステータとステータにより、ロータを駆動する超
音波モータは、特開昭５８−１４８６８２号，特開昭５
９−９６８８１号，特開昭５９−９６８８２号及び特開
昭６１−１４２９７６号等、多数のものが開示されてい
る。
これらは、弾性体に圧電振動子を加振源として組込ん
で、円環振動体または円板振動体によりステータを構成
し、これに高次のたわみ振動や、伸縮振動などの定在波
を複数の点で励振し、モードを回転させて進行波を生じ
させ、ロータを回動するものである。
で、円環振動体または円板振動体によりステータを構成
し、これに高次のたわみ振動や、伸縮振動などの定在波
を複数の点で励振し、モードを回転させて進行波を生じ
させ、ロータを回動するものである。
この励振を生じさせる従来の一例として、第１１図に示
すように円環状振動素子ａを上下方向に分極し、その上
下面に設けた電極ｂ，ｃのうち、一側に接している四以
上の分割電極ｃに夫々２π／ｘの時間的位相がずれたＶ
sin ωｔの交番電圧を印加し、伸縮モードを回転させて
進行波の励振を得るようにし、該ステータに接触してい
るロータに推進力を与えて回動させていた。
すように円環状振動素子ａを上下方向に分極し、その上
下面に設けた電極ｂ，ｃのうち、一側に接している四以
上の分割電極ｃに夫々２π／ｘの時間的位相がずれたＶ
sin ωｔの交番電圧を印加し、伸縮モードを回転させて
進行波の励振を得るようにし、該ステータに接触してい
るロータに推進力を与えて回動させていた。
＜発明が解決しようとする問題点＞ 上述のように、従来のものは、伸縮振動を利用したもの
やたわみ振動を利用したもの等、使用振動モードが相違
したり、圧電振動子の分極方向が相違する等の点で、種
々の駆動方式のものがあるが、いずれも、周方向へ適当
に位相をずらした多相の駆動電圧を与えることにより、
該方向へ位相差的に励振して、送り面に進行波を生じさ
せ、その送り面に接触したロータを回転させてなる点で
共通している。
やたわみ振動を利用したもの等、使用振動モードが相違
したり、圧電振動子の分極方向が相違する等の点で、種
々の駆動方式のものがあるが、いずれも、周方向へ適当
に位相をずらした多相の駆動電圧を与えることにより、
該方向へ位相差的に励振して、送り面に進行波を生じさ
せ、その送り面に接触したロータを回転させてなる点で
共通している。
ところで、このように多相の駆動電圧を与える必要から
従来のものは駆動回路が複雑となるという欠点があっ
た。
従来のものは駆動回路が複雑となるという欠点があっ
た。
本発明は、単相の駆動電圧によって、進行波を生じさ
せ、ロータを回転し得るようにした超音波モータの提供
を目的とするものである。
せ、ロータを回転し得るようにした超音波モータの提供
を目的とするものである。
＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は、周方向に圧電振動子を配設した周円状ステー
タと、該ステータと接触するロータにより構成されてな
る超音波モータにおいて、前記ステータの周部位置に、
質量の付加または除去によってなる質量歪部を設けて、
該質量歪部により共振周波数が互いに近似する二つの振
動モードを分離形成すると共に、この二つの振動モード
の中間の共振周波数で前記ステータを励振させる単相駆
動電圧源を備えてなるものである。
タと、該ステータと接触するロータにより構成されてな
る超音波モータにおいて、前記ステータの周部位置に、
質量の付加または除去によってなる質量歪部を設けて、
該質量歪部により共振周波数が互いに近似する二つの振
動モードを分離形成すると共に、この二つの振動モード
の中間の共振周波数で前記ステータを励振させる単相駆
動電圧源を備えてなるものである。
前記周円状ステータとしては、円環，円板，円筒または
円柱等の形状のステータがある。
円柱等の形状のステータがある。
＜作用＞ 本発明者は、圧電振動子を備えた円環振動体等からなる
ステータに、質量を付加したりまたは除去してなる質量
歪部を設け、該圧電振動子に特定周波数の電圧を印加す
ると、該周波数は共振周波数が互いに近似する二つの振
動モードに分離することを確かめた。
ステータに、質量を付加したりまたは除去してなる質量
歪部を設け、該圧電振動子に特定周波数の電圧を印加す
ると、該周波数は共振周波数が互いに近似する二つの振
動モードに分離することを確かめた。
そして、単相駆動電圧源により各振動モードの共振周波
数の中間の共振周波数で前記円環振動体を励振させる
と、位相差を有する二つの定存波で伸縮し、振動モード
が回転して進行波が発生することを確認した。このため
これをステータとして用い、単相駆動電圧源により特定
周波数で円環振動体を励振すると、円環振動体と接触す
るロータの回転駆動を生じた。
数の中間の共振周波数で前記円環振動体を励振させる
と、位相差を有する二つの定存波で伸縮し、振動モード
が回転して進行波が発生することを確認した。このため
これをステータとして用い、単相駆動電圧源により特定
周波数で円環振動体を励振すると、円環振動体と接触す
るロータの回転駆動を生じた。
ここで、円環の伸縮振動モードを例にして質量を付加し
た場合の縮退振動モードの分離について説明する。
た場合の縮退振動モードの分離について説明する。
第１図イ，ロは、互いに縮退している二次の振動モード
を示し、各々第２図イ、ロの電極配置より励振され、固
有周波数は同一である。
を示し、各々第２図イ、ロの電極配置より励振され、固
有周波数は同一である。
この変位ポテンシャルφは、 ▽２φ＋ｎ２φ＝０ φ＝φ１，φ２ ｎ；振動モードの次数 となる。
次に第３図のように振動体の一部に質量歪部として、質
量Δｍを付加すると、変位ポテンシャルφは、▽２φ＋
ｎ２φ＝０ φ＝αφ１＋βφ２＋Σｃｉφｉ で表される。この式をΔｍの一次近似で、質量法を用い
て解くと、 ｎa ＝ｎ−４／ｎ・Δｍ／Ｍ ｎb ＝ｎ＋４／ｎ・Δｍ／Ｍ （ここでＭは振動体の等価質量） となり、振動モードが分離することが解る。
量Δｍを付加すると、変位ポテンシャルφは、▽２φ＋
ｎ２φ＝０ φ＝αφ１＋βφ２＋Σｃｉφｉ で表される。この式をΔｍの一次近似で、質量法を用い
て解くと、 ｎa ＝ｎ−４／ｎ・Δｍ／Ｍ ｎb ＝ｎ＋４／ｎ・Δｍ／Ｍ （ここでＭは振動体の等価質量） となり、振動モードが分離することが解る。
次に単相駆動で進行波が発生する原理について述べる。
第４図に示すような電極配置で、円環振動体を構成し、
適当な質量を付与して、該電極に単相駆動電圧源から交
番電圧を印加すると、振動モードが回転する。
適当な質量を付与して、該電極に単相駆動電圧源から交
番電圧を印加すると、振動モードが回転する。
ここでφa とφb は、次式のように表される。
二つの振動モードに対するアドミタンスの大きさと位相
は、各々第５図イ，ロのようにすることができる。この
条件は、 （ｆb −ｆa ）／ｆ０＝２／ｎ・Δｍ／Ｍ である。従って、ｆ０＝（ｆb −ｆa ）／２の周波数で
駆動すると、φa は45゜遅れて、φb は45゜進んで励振
されることとなり振動モードの回転が得られる。また＋
及び−の電極を接地し、Ｇ＋を＋，Ｇ−を−とすれば逆
向きに振動モードが回転する。
は、各々第５図イ，ロのようにすることができる。この
条件は、 （ｆb −ｆa ）／ｆ０＝２／ｎ・Δｍ／Ｍ である。従って、ｆ０＝（ｆb −ｆa ）／２の周波数で
駆動すると、φa は45゜遅れて、φb は45゜進んで励振
されることとなり振動モードの回転が得られる。また＋
及び−の電極を接地し、Ｇ＋を＋，Ｇ−を−とすれば逆
向きに振動モードが回転する。
第６図は単相駆動で振動モードが回転する円環振動体
の、アドミタンスループの例である。ここでループがく
びれた先端の周波数ｆ０において、振動モードが回転
し、円環振動体はロータと接触させることにより超音波
モータとして動作することを確認した。またＧ＋とＧ−
の間には駆動電流とほぼ同じ量で、90゜の位相差の電流
が流れていた。
の、アドミタンスループの例である。ここでループがく
びれた先端の周波数ｆ０において、振動モードが回転
し、円環振動体はロータと接触させることにより超音波
モータとして動作することを確認した。またＧ＋とＧ−
の間には駆動電流とほぼ同じ量で、90゜の位相差の電流
が流れていた。
＜実施例＞ 第７〜１０図は、本発明の実施例を示す。
ここで円環振動体からなるステータ１は、ＰＺＴ等のセ
ラミック電歪素子からなるものであって、図中上面を
負、下面を正となるように上下方向へ分極し、その上面
にアース側電極２を、その下面に八等分域されてなる分
割電極３を設けている。前記分割電極３は、第４図の配
置のように夫々を正負電極及び接地電極とするととも
に、その側面に質量歪部を構成することとなる質量体ｘ
を配設する。前記質量体ｘは脱着可能とし、適宜周縁に
位置変換し得るようにしている。
ラミック電歪素子からなるものであって、図中上面を
負、下面を正となるように上下方向へ分極し、その上面
にアース側電極２を、その下面に八等分域されてなる分
割電極３を設けている。前記分割電極３は、第４図の配
置のように夫々を正負電極及び接地電極とするととも
に、その側面に質量歪部を構成することとなる質量体ｘ
を配設する。前記質量体ｘは脱着可能とし、適宜周縁に
位置変換し得るようにしている。
前記上面の電極２上には、等しい傾斜角度を有する内外
の傾斜面４，５を形成された、断面が二等辺三角形状の
ジュラルミン製の駆動環６が接合される。
の傾斜面４，５を形成された、断面が二等辺三角形状の
ジュラルミン製の駆動環６が接合される。
前記駆動環６には、第７，８図のように内側の傾斜面４
に整一に面接触する連動面８ａを外周面に形成された円
盤状のロータ７ａが乗載される。
に整一に面接触する連動面８ａを外周面に形成された円
盤状のロータ７ａが乗載される。
また駆動環６には、第９，１０図のように前記外側の傾
斜面５に整一に面接触する連動面８ｂを内周面に形成さ
れた伏皿状のロータ７ｂを乗載するようにしてもよい。
斜面５に整一に面接触する連動面８ｂを内周面に形成さ
れた伏皿状のロータ７ｂを乗載するようにしてもよい。
前記各実施例では、前記円環状ステータ１，駆動環６を
固定し、前記八枚の分割電極３に、質量体ｘの配設によ
って生ずる二つの振動モードの共振周波数の平均値に相
当する周波数の単相電圧を印加することにより、進行数
が発生し、前記ロータ７ａ，７ｂに回転力Ｆ１が付与さ
れる。
固定し、前記八枚の分割電極３に、質量体ｘの配設によ
って生ずる二つの振動モードの共振周波数の平均値に相
当する周波数の単相電圧を印加することにより、進行数
が発生し、前記ロータ７ａ，７ｂに回転力Ｆ１が付与さ
れる。
第１０図は、前記円環状ステータ１下面に絶縁層１０を
形成して電極３を絶縁状に被覆し、さらにその下面に前
記駆動環６を接合し、該下部の駆動環６にロータ７ｂを
外嵌して、前記ロータ７ｂを固定するようにしたもので
ある。この場合に、前記電極２に電圧を印加すると、上
部の駆動環６に乗載したロータ７ａに二倍の回転力Ｆ２
が付与されることとなる。
形成して電極３を絶縁状に被覆し、さらにその下面に前
記駆動環６を接合し、該下部の駆動環６にロータ７ｂを
外嵌して、前記ロータ７ｂを固定するようにしたもので
ある。この場合に、前記電極２に電圧を印加すると、上
部の駆動環６に乗載したロータ７ａに二倍の回転力Ｆ２
が付与されることとなる。
前記駆動環６の形状は種々提案され、傾斜面を一面とし
たものでもよい。
たものでもよい。
また前記ロータ７ａ，７ｂから回転力を取出すには、そ
の中心孔９を利用して、中心に回転軸１１を連結する等
種々の手段がある。
の中心孔９を利用して、中心に回転軸１１を連結する等
種々の手段がある。
その他、前記実施例において、円環状ステータ１に設け
られる上下いずれの電極を分割電極３としてもよい。
られる上下いずれの電極を分割電極３としてもよい。
前記各構成はステータを円環状とし、かつ上下方向に分
極してなるものであるが、前記質量体ｘの付与による単
相駆動は、円環を径方向に分極して、その内外周面に電
極を形成し、その内外面のいずれかをロータを回動する
ための送り面としたものにも適用することができる。ま
たステータを円環状としたもののみではなく円板状，円
筒状または円柱状としたものにも適用可能である。さら
に前記ステータの周部に質量体ｘを付加する代わりに、
該周部の一部を除去することによって、質量歪部とする
ことができる。
極してなるものであるが、前記質量体ｘの付与による単
相駆動は、円環を径方向に分極して、その内外周面に電
極を形成し、その内外面のいずれかをロータを回動する
ための送り面としたものにも適用することができる。ま
たステータを円環状としたもののみではなく円板状，円
筒状または円柱状としたものにも適用可能である。さら
に前記ステータの周部に質量体ｘを付加する代わりに、
該周部の一部を除去することによって、質量歪部とする
ことができる。
＜発明の効果＞ 本発明は上述したように、ステータに共振周波数が互い
に近似する二つの振動モードに分離するための質量歪部
を設けて、この二つの振動モードの中間の共振周波数で
前記ステータを励振させるようにしたから、単相の駆動
電圧で前記ステータに駆動力を発生させることができ
る。
に近似する二つの振動モードに分離するための質量歪部
を設けて、この二つの振動モードの中間の共振周波数で
前記ステータを励振させるようにしたから、単相の駆動
電圧で前記ステータに駆動力を発生させることができ
る。
このため、従来の多相の駆動電圧で、駆動力を発生させ
るものとは異なり、駆動回路が簡単となり、装置が簡易
低廉なものとなる優れた効果がある。
るものとは異なり、駆動回路が簡単となり、装置が簡易
低廉なものとなる優れた効果がある。
添付図面は本発明の実施例を示し、第１図イ，ロは二次
振動モードを示す説明図、第２図イ，ロは前記二次振動
モードを励振するための電極配置図、第３図は質量体ｘ
を付加した状態の振動体の概念図、第４図は同電極配置
図、第５図イ，ロは周波数に対するアドミタンス及び相
との関係を示すグラフ、第６図は振動体のアドミタンス
ループを示すグラフである。また第７図は本発明を適用
した超音波モータの分解斜視図、第８，９図は同組付状
態の縦断側面図、第１０図は第二実施例の縦断側面図で
ある。さらにまた第１１図は従来のステータの一例を示
す斜視図である。 １；ステータ、２；アース側電極、３；分割電極、６；
駆動環、７ａ，７ｂ；ロータ、ｘ；質量体（質量歪部）
振動モードを示す説明図、第２図イ，ロは前記二次振動
モードを励振するための電極配置図、第３図は質量体ｘ
を付加した状態の振動体の概念図、第４図は同電極配置
図、第５図イ，ロは周波数に対するアドミタンス及び相
との関係を示すグラフ、第６図は振動体のアドミタンス
ループを示すグラフである。また第７図は本発明を適用
した超音波モータの分解斜視図、第８，９図は同組付状
態の縦断側面図、第１０図は第二実施例の縦断側面図で
ある。さらにまた第１１図は従来のステータの一例を示
す斜視図である。 １；ステータ、２；アース側電極、３；分割電極、６；
駆動環、７ａ，７ｂ；ロータ、ｘ；質量体（質量歪部）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増田 道幸 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−15678（ＪＰ，Ａ) 信学技法Ｖｏｌ．86Ｎｏ．87（ＣＰＭ86 −15）電子通信学会、1986年７月４日、 Ｐ．23〜30
Claims (1)
- 【請求項１】周方向に圧電振動子を配設した周円状ステ
ータと、該ステータと接触するロータにより構成されて
なる超音波モータにおいて、前記ステータの周部位置
に、質量の付加または除去によってなる質量歪部を設け
て、該質量歪部により共振周波数が互いに近似する二つ
の振動モードを分離形成すると共に、この二つの振動モ
ードの中間の共振周波数で前記ステータを励振させる単
相駆動電圧源を備えてなる超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61229214A JPH0650948B2 (ja) | 1986-09-27 | 1986-09-27 | 超音波モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61229214A JPH0650948B2 (ja) | 1986-09-27 | 1986-09-27 | 超音波モ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6387183A JPS6387183A (ja) | 1988-04-18 |
| JPH0650948B2 true JPH0650948B2 (ja) | 1994-06-29 |
Family
ID=16888610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61229214A Expired - Lifetime JPH0650948B2 (ja) | 1986-09-27 | 1986-09-27 | 超音波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0650948B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2541951B2 (ja) * | 1986-12-09 | 1996-10-09 | 日立マクセル株式会社 | 双峰共振系を用いた超音波モ−タ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6315678A (ja) * | 1986-07-02 | 1988-01-22 | Marcon Electronics Co Ltd | 超音波モ−タ |
-
1986
- 1986-09-27 JP JP61229214A patent/JPH0650948B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 信学技法Ｖｏｌ．８６Ｎｏ．８７（ＣＰＭ８６−１５）電子通信学会、１９８６年７月４日、Ｐ．２３〜３０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6387183A (ja) | 1988-04-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4829209A (en) | Ultrasonic motor with stator projections and at least two concentric rings of electrodes | |
| EP2360829B1 (en) | Piezoelectric oscillator and ultrasonic motor | |
| JP2638856B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JP4261894B2 (ja) | 振動型駆動装置 | |
| KR100631884B1 (ko) | 평판형 압전 초음파 모터 | |
| JPH0650948B2 (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2529233B2 (ja) | 超音波回転振動子 | |
| JP2614612B2 (ja) | 超音波振動子 | |
| JP2585583B2 (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2532425B2 (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2537874B2 (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2574675B2 (ja) | 回転駆動体 | |
| JPS60183981A (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2537848B2 (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2523634B2 (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2689425B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JP2669013B2 (ja) | 超音波モータの電極構造 | |
| JP2558661B2 (ja) | 超音波モ−タ | |
| JP2558468B2 (ja) | 回転駆動体 | |
| JP2506859B2 (ja) | 超音波モ―タ | |
| JPH0628951Y2 (ja) | 圧電アクチユエ−タ | |
| JPH07184380A (ja) | 圧電モータ | |
| JPS6315678A (ja) | 超音波モ−タ | |
| JPS6013480A (ja) | 圧電モ−タ | |
| JPS61210879A (ja) | 振動波モ−タ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |