JPH07101996B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JPH07101996B2
JPH07101996B2 JP61287010A JP28701086A JPH07101996B2 JP H07101996 B2 JPH07101996 B2 JP H07101996B2 JP 61287010 A JP61287010 A JP 61287010A JP 28701086 A JP28701086 A JP 28701086A JP H07101996 B2 JPH07101996 B2 JP H07101996B2
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JP
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vibrating body
moving body
ultrasonic motor
speed
detecting
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雅弘 高田
隆 福永
政博 河村
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • 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、主に自動車,航空機等の電装品やプリンタ等
のOA分野,ロボット等のFA分野等に用いることのできる
位置検出機能、又は、速度検出機能を有するモータに関
するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a position detection function or speed that can be used mainly in electrical equipment such as automobiles and aircraft, OA fields such as printers, FA fields such as robots, and the like. The present invention relates to a motor having a detection function.

従来の技術 超音波モータの移動体の速度または位置を検出する手段
の取付位置は、振動体の振動振幅の大きさを考慮に入れ
て定められておらず、一般的には移動体の速度または位
置の検出手段は振動振幅がゼロでない、あるいは比較的
大きい場所に設置されている場合がほとんどである。
2. Description of the Related Art The mounting position of a means for detecting the speed or position of a moving body of an ultrasonic motor is not determined in consideration of the magnitude of the vibration amplitude of the vibrating body. In most cases, the position detecting means is installed in a place where the vibration amplitude is not zero or is relatively large.

発明が解決しようとする課題 したがって、移動体の速度または位置の検出手段に振動
体の振動が常に伝達されるため、前記移動体の速度また
は位置の検出手段の機械的強度の劣化が早く、耐久性に
劣るという問題があった。
Therefore, since the vibration of the vibrating body is always transmitted to the velocity or position detecting means of the moving body, the mechanical strength of the velocity or position detecting means of the moving body is rapidly deteriorated and the durability is improved. There was a problem of poor sex.

さらに、この振動のために、高精度の位置検出が困難で
あるという問題点を有していた。
Further, due to this vibration, it is difficult to detect the position with high accuracy.

本発明の目的は、移動体の速度または位置の検出手段に
振動体の振動が伝達されず、前記検出手段が耐久性に優
れ、かつ高精度の移動体の位置検出又は速度検出機能を
有した超音波モータを提供することにある。
The object of the present invention is that the vibration of the vibrating body is not transmitted to the speed or position detecting means of the moving body, and the detecting means has excellent durability and has a highly accurate position detecting or speed detecting function of the moving body. It is to provide an ultrasonic motor.

課題を解決するための手段 本発明は円板型弾性体と円板型圧電体とを同心円状に貼
り合わせて振動体を構成し、前記振動体に加圧接触して
移動体を設置し、前記振動体の曲げ振動モードを進行波
として励振することにより、前記移動体を移動させ、振
動体の変位分布に全く振動しない部分があることに着目
して、前記振動体の振幅が零となる節部に、前記移動体
の位置又は速度の検出手段を設けた超音波モータであ
る。
Means for Solving the Problems The present invention configures a vibrating body by concentrically bonding a disc-type elastic body and a disc-type piezoelectric body, and a moving body is installed by pressingly contacting the vibrating body, By exciting the bending vibration mode of the vibrating body as a traveling wave, the moving body is moved and the displacement distribution of the vibrating body has a part that does not vibrate at all, and the amplitude of the vibrating body becomes zero. The ultrasonic motor is provided with a detecting unit for detecting the position or speed of the moving body at the node.

作用 上記のように構成することにより移動体の位置又は速度
検出のための検出手段は振動体の振動を受けないため、
耐久性に優れ、かつ移動体の速度または位置が高精度で
検出可能となる。
Action With the above configuration, the detecting means for detecting the position or speed of the moving body does not receive the vibration of the vibrating body.
The durability and the speed or position of the moving body can be detected with high accuracy.

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention.

第2図は、圧電体に電圧を加えて励振させた時の振動体
1の半径方向の振幅分布であり、Aは振幅最大の部分、
Bは振幅が常に零となる節部であり、第1図にも点線部
分に節部を示す。
FIG. 2 is an amplitude distribution in the radial direction of the vibrating body 1 when a piezoelectric body is excited by applying a voltage, where A is the maximum amplitude portion,
B is a node where the amplitude is always zero, and the node is shown in the dotted line in FIG.

第3図は、振動体1と移動体2の分解斜視図であり、移
動体2の一部は断面図を示す。
FIG. 3 is an exploded perspective view of the vibrating body 1 and the moving body 2, and a part of the moving body 2 is a sectional view.

振動体1の振幅が最大となる円周部分(第2図のA)に
は、振幅を増幅させるくし状歯6を設ける。移動体2
は、半径を節部の半径より小さく設計し、振動体との接
触部には摩擦係数の大きいライニング材11を貼りつけ
る。さらに移動体2は、振動体1にバネ9をはさんでネ
ジ10で加圧設置する。移動体2の円周部には、第1図の
ようにN極とS極を交互に着磁し着磁部3を形成する。
Comb-shaped teeth 6 for amplifying the amplitude are provided at the circumferential portion (A in FIG. 2) where the amplitude of the vibrating body 1 is maximum. Mobile 2
The radius is designed to be smaller than the radius of the node portion, and the lining material 11 having a large friction coefficient is attached to the contact portion with the vibrating body. Furthermore, the moving body 2 is installed by pressing the spring 9 on the vibrating body 1 with the screw 10 under pressure. On the circumferential portion of the moving body 2, as shown in FIG. 1, N-poles and S-poles are alternately magnetized to form magnetized portions 3.

4は磁気検出素子であり、例えば、磁気抵抗素子などを
用いることができる。磁気検出素子4は、振動体1の節
部5の部分に、着磁部3による磁界変化を検出できるよ
うに設置する。
Reference numeral 4 is a magnetic detection element, and for example, a magnetic resistance element or the like can be used. The magnetic detection element 4 is installed at the node portion 5 of the vibrating body 1 so as to be able to detect a magnetic field change by the magnetizing portion 3.

圧電体は、特開昭60−190178号公報に示すように振動体
2の底面には、円板形状で、放射状に、例えば8分割し
45゜ごとに逆方向に分極した圧電体7と圧電体8を互い
に空間的に位相を90゜ずつずらして振動体1に貼り合わ
せ、圧電体7と8の各々に時間的に位相の90゜異なる数
10KHzの交流信号を印加する。交流信号の印加により、
圧電体7,8には各々定在波が生じ、前記2つの定在波が
合成されて、振動体1の円周方向に進む進行波が生じ
る。前記進行波をくし状歯6によって振幅を増幅し、振
動体1に加圧設置された移動体2を有効に回転させる。
さらに前記移動体2の回転速度又は回転角度を、磁気検
出素子4によって検出し、移動体2の回転速度制御又は
回転位置制御を行う。
As shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-190178, the piezoelectric body has a disk shape on the bottom surface of the vibrating body 2, and is divided into, for example, 8 parts radially.
Piezoelectric bodies 7 and 8 polarized in opposite directions at intervals of 45 ° are spatially shifted in phase by 90 ° from each other and bonded to the vibrating body 1, and the piezoelectric bodies 7 and 8 are temporally shifted in phase by 90 °. Different numbers
Apply an AC signal of 10KHz. By applying an AC signal,
A standing wave is generated in each of the piezoelectric bodies 7 and 8, and the two standing waves are combined to generate a traveling wave traveling in the circumferential direction of the vibrating body 1. The amplitude of the traveling wave is amplified by the comb-like teeth 6, and the moving body 2 that is installed under pressure on the vibrating body 1 is effectively rotated.
Further, the rotation speed or the rotation angle of the moving body 2 is detected by the magnetic detection element 4 to control the rotation speed or the rotating position of the moving body 2.

第4図は、回転位置制御の実施例である。FIG. 4 shows an embodiment of rotational position control.

例えば、磁界検出部の2ケある検出素子4を、前記振動
体1の着磁部3の磁界の変化を空間的に90゜の位相が異
なるように設置する。位置検出回路12においては、前記
磁界変化を検出した2つの信号を波形整形して2つの方
形波を作り、その信号をA,BとすればAの信号、Bの信
号、各々の立ち上り、立ち下がり時の、互いの信号レベ
ルを検知することにより移動体2の回転方向が検知さ
れ、位置検出回路12に設けたアップダウンカウンターを
アップ又はダウンカウントすることによりディジタル値
で移動体2の回転位置15を検出する。
For example, the two detection elements 4 of the magnetic field detection section are installed so that the magnetic field changes of the magnetized section 3 of the vibrating body 1 are spatially 90 ° out of phase. In the position detection circuit 12, the two signals that have detected the magnetic field change are wave-shaped to form two square waves, and if the signals are A and B, the signals A and B, the rising and the rising of each of them. The direction of rotation of the moving body 2 is detected by detecting the signal level of each other at the time of falling, and the rotating position of the moving body 2 is detected by a digital value by counting up or down the up-down counter provided in the position detection circuit 12. Detect 15

比較回路13においては、予め設定しておいた目標回転位
置16と、現在回転位置15とを比較し、その結果に基づい
て超音波モータ駆動回路14に、超音波モータのON/OFF指
令信号17と回転方向指令信号18を出力する。
In the comparison circuit 13, the preset target rotational position 16 and the current rotational position 15 are compared, and based on the result, the ultrasonic motor drive circuit 14 is turned on / off command signal 17 for the ultrasonic motor. And the rotation direction command signal 18 is output.

第5図は、超音波モータ駆動回路例の機能説明図であ
る。
FIG. 5 is a functional explanatory diagram of an example of the ultrasonic motor drive circuit.

発振器21において、励振させる周波数を出力し、アナロ
グスイッチ22を介して増幅器28と位相器23に接続する。
位相器23は、前記発振器21からの信号を90゜位相をずら
して出力する。90゜位相のずれた信号は、非反転増幅器
24,反転増幅器25に接続され、非反転増幅器24と反転増
幅器25の出力はアナログスイッチ26を介して、増幅器27
に接続する。
The oscillator 21 outputs an exciting frequency and connects it to the amplifier 28 and the phase shifter 23 via the analog switch 22.
The phase shifter 23 outputs the signal from the oscillator 21 with a 90 ° phase shift. A 90 ° phase-shifted signal is a non-inverting amplifier
24, and the outputs of the non-inverting amplifier 24 and the inverting amplifier 25 are connected to the inverting amplifier 25 and the amplifier 27 via the analog switch 26.
Connect to.

増幅器27,28の出力19,20は、互いに90゜位相の異なる前
記振動体1を励振する駆動信号であり、出力19,20の位
相差は前記回転方向指令信号18の信号を切換えることに
より、+90゜から−90゜に変化し、前記振動体の進行波
の方向が反転し、回転方向が反転する。
Outputs 19 and 20 of the amplifiers 27 and 28 are drive signals for exciting the vibrating body 1 having phases different from each other by 90 °, and the phase difference between the outputs 19 and 20 is obtained by switching the signal of the rotation direction command signal 18. It changes from + 90 ° to −90 °, the direction of the traveling wave of the vibrating body is reversed, and the direction of rotation is reversed.

前記比較回路13からの出力ON/OFF信号17は、前記駆動信
号19,20のスイッチングを行う。
An output ON / OFF signal 17 from the comparison circuit 13 switches the drive signals 19 and 20.

このように構成することによって、前記移動体2の現在
回転位置15と目標回転位置16との比較により、前記振動
体2の位置を目標回転位置16まで回転させて、静止させ
ることができる。
With such a configuration, by comparing the current rotational position 15 of the moving body 2 and the target rotational position 16, the position of the vibrating body 2 can be rotated to the target rotational position 16 and stopped.

尚第5図に示した実施例は、移動体2の回転速度を検出
していないが、回転速度を検出して速度制御や、例えば
現在回転角度と目標角度の差に応じて回転速度を変化さ
せる方法など回転速度を考慮した位置制御を行うことも
できる。
In the embodiment shown in FIG. 5, the rotation speed of the moving body 2 is not detected, but the rotation speed is detected and the rotation speed is changed according to the difference between the current rotation angle and the target angle. It is also possible to perform the position control in consideration of the rotation speed such as the method of performing.

さらに、位置検出素子は、節部上の一点に置くだけに限
らず、例えばポテンショメータの摺動部分を節部全域に
わたって配置するものであってもよい。
Further, the position detecting element is not limited to being placed at one point on the node, and for example, the sliding portion of the potentiometer may be arranged over the entire node.

発明の効果 以上のように本発明による超音波モータは、振動体1と
この振動体1に加圧接触して設置される移動体2とを備
え、回転速度または位置を検出する手段4を前記振動体
の弾性振動の節部5に設置したものであり、移動体の速
度または位置の検出手段に振動体の振動が伝わらず、前
記検出手段が耐久性に優れ、かつ、高精度の移動体の速
度または位置の検出機能を有した超音波モータを構成す
ることができる。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, the ultrasonic motor according to the present invention includes the vibrating body 1 and the moving body 2 installed in pressure contact with the vibrating body 1, and includes the means 4 for detecting the rotation speed or the position. The moving body is installed at the node 5 of the elastic vibration of the vibrating body, the vibration of the vibrating body is not transmitted to the detecting means of the speed or position of the moving body, and the detecting means has excellent durability and high precision. It is possible to configure an ultrasonic motor having a function of detecting the speed or the position.

そして、移動体の速度または位置を検出手段の出力に基
づいて、移動体の速度制御または位置制御を行う事がで
き、超音波モータの薄型,軽量,低速,高トルクの特長
を活かした減速機構なしの超音波アクチュエータを実現
することができる。このように、速度または位置の検出
手段の設置位置を特定することの実用上の効果はきわめ
て大きい。
Then, the speed or position of the moving body can be controlled on the basis of the output of the detecting means, and the speed or position of the moving body can be controlled, and the reduction mechanism utilizing the thin, lightweight, low speed, and high torque features of the ultrasonic motor. It is possible to realize an ultrasonic actuator without any. Thus, the practical effect of specifying the installation position of the speed or position detection means is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例における超音波モータの斜視
図、第2図は同モータの振動体の半径方向の変位振幅の
分布図、第3図は同モータの分解斜視図、第4図は同モ
ータの回転位置制御のブロック図、第5図は第4図にお
ける超音波モータ駆動回路のブロック図である。 1……振動体、2……移動体、3……着磁部、4……磁
気検出素子、5……節部、6……くし状歯、7,8……圧
電体、9……バネ、10……ネジ、11……ライニング材、
15……現在回転位置、16……目標回転位置、17……ON/O
FF指令信号、18……回転方向指令信号、19,20……超音
波モータ駆動信号、22……アナログスイッチ、26……ア
ナログスイッチ、24……非反転増幅器、25……反転増幅
器、50……弾性体。
FIG. 1 is a perspective view of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a distribution diagram of displacement amplitude in a radial direction of a vibration body of the motor, and FIG. 3 is an exploded perspective view of the motor. FIG. 5 is a block diagram of the rotational position control of the motor, and FIG. 5 is a block diagram of the ultrasonic motor drive circuit in FIG. 1 ... Vibrating body, 2 ... Moving body, 3 ... Magnetization part, 4 ... Magnetic detection element, 5 ... Nodal part, 6 ... Comb tooth, 7,8 ... Piezoelectric body, 9 ... Spring, 10 ... screw, 11 ... lining material,
15 …… Current rotation position, 16 …… Target rotation position, 17 …… ON / O
FF command signal, 18 ... Rotation direction command signal, 19, 20 ... Ultrasonic motor drive signal, 22 ... Analog switch, 26 ... Analog switch, 24 ... Non-inverting amplifier, 25 ... Inversion amplifier, 50 ... … Elastic body.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河村 政博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−20447(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masahiro Kawamura 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) Reference JP-A-59-20447 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】圧電体を用い、進行波を生ずる振動体
(1)と、着磁部(3)を有し、前記振動体(1)に加
圧接触して設置される移動体(2)と、前記移動体
(2)の着磁部(3)の磁界を検出する手段(4)を有
し、前記手段(4)が前記振動体(1)の弾性振動の節
部(5)に設置されることを特徴とする超音波モータ。
1. A moving body (2) having a vibrating body (1) for generating a traveling wave and a magnetizing part (3), which is made of a piezoelectric material, and is installed in pressure contact with the vibrating body (1). ) And a means (4) for detecting the magnetic field of the magnetized portion (3) of the moving body (2), the means (4) being a node portion (5) for elastic vibration of the vibrating body (1). An ultrasonic motor characterized by being installed in.
JP61287010A 1986-12-02 1986-12-02 Ultrasonic motor Expired - Fee Related JPH07101996B2 (en)

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