JPH0787711B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JPH0787711B2
JPH0787711B2 JP1289761A JP28976189A JPH0787711B2 JP H0787711 B2 JPH0787711 B2 JP H0787711B2 JP 1289761 A JP1289761 A JP 1289761A JP 28976189 A JP28976189 A JP 28976189A JP H0787711 B2 JPH0787711 B2 JP H0787711B2
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JP
Japan
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longitudinal
ultrasonic motor
rotor
vibration
stator
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JP1289761A
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Japanese (ja)
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忠保 内川
修 冥加
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NEC Corp
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NEC Corp
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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、回転トルクの発生源として、縦・捩り複合振
動子をステータとしステータ上に圧接されたロータを摩
擦力を介して回転させる超音波モータに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention uses a longitudinal / torsion composite oscillator as a stator to rotate a rotor pressed against the stator through frictional force as a source of rotational torque. Related to sound wave motors.

(従来の技術) 超音波モータとは、超音波楕円振動をする振動体である
ステータに圧接されたロータが摩擦力を介して受ける回
転トルクを利用したモータである。
(Prior Art) An ultrasonic motor is a motor that utilizes a rotational torque received by a rotor pressed against a stator, which is a vibrating body that performs ultrasonic elliptical vibration, through frictional force.

円環あるいは円板の円周方向に沿って伝搬するたわみ信
号波を利用した超音波モータが特開昭58−148682号公報
により開示されて以来、超音波モータは電磁形モータと
比べて低速で高トルクであるという特徴を有しているこ
とから、盛んに研究開発が行なわれるようになった。し
かしながら、この超音波モータはたわみ振動を利用して
いるため、小径にすると高トルクを得ることが難しいと
いう欠点がある。例えば、直径2cmの進行波型超音波モ
ータのトルクは、たかだか0.1〜0.2kgf・cmに過ぎな
い。
Since the ultrasonic motor utilizing the flexural signal wave propagating along the circumferential direction of the ring or the disk is disclosed by JP-A-58-148682, the ultrasonic motor is operated at a lower speed than the electromagnetic motor. Since it has the characteristic of high torque, research and development have been actively conducted. However, since this ultrasonic motor uses flexural vibration, it has a drawback that it is difficult to obtain high torque when the diameter is small. For example, the torque of a traveling wave type ultrasonic motor having a diameter of 2 cm is at most 0.1 to 0.2 kgf · cm.

これに対し、特開昭61−52163号公報に開示されている
定在波型超音波モータは、ロータとステータの界面に効
率よく強力な楕円振動の発生を可能とした。しかしなが
ら、これとて圧電縦振動を用いて捩り振動を励振するも
のでモード変換を要するため構成条件に制約があり、振
動子の形状、サイズが限定され、しかも発生する楕円振
動の回転の向きは構成条件によって、右廻り、左廻りの
何れかとなり、回転の向きを自由に変えられないと言う
欠点があった。
On the other hand, the standing wave type ultrasonic motor disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-52163 enables efficient generation of strong elliptical vibration at the interface between the rotor and the stator. However, this also excites torsional vibration using piezoelectric longitudinal vibration and requires mode conversion, so there are restrictions on the configuration conditions, the shape and size of the vibrator are limited, and the direction of rotation of the elliptic vibration generated is limited. Depending on the constitutional conditions, there is a drawback that the direction of rotation cannot be changed freely, either clockwise or counterclockwise.

回転方向を自由に変えられ、しかも小径で高トルクを有
するモータの出現が望まれていたが、このような機能を
有する超音波モータとして本発明者らは、特願昭63−14
9726号明細書、及び昭和63年日本音響学会秋期研究発表
会講演論文No.2−4−10、pp.821−822(1988年10月)
及び日刊工業新聞社刊行の雑誌「トリガー」1989年1月
号の50頁から51頁にかけて開示されている縦・捩り複合
振動子をステータとする超音波モータを提案した。この
超音波モータの構成を第3図に示す。図に於て、31は縦
振動を励振させる圧電セラミック素子で、板厚方向に分
極処理が成されている。32は捩り振動を励振させる圧電
セラミック素子で板面に平行で且つ円周方向に分極処理
が施されている。33はAl合金からできた金属ブロック
(以降これをヘッドマスとよぶ)、34はリアマス、35は
支持板で、これらと圧電素子31、32はボルト36、ナット
37およびヘッドマス33により強固に締め付けられ、超音
波楕円振動子であるステータ38を構成する。また、39は
ロータ40をステータ38に圧接される働きをするバネ、41
は台座、42はシャフト、43はナットである。ナット43に
よりバネの圧接力を加減することが出来る。また44は耐
摩耗材、45はベアリングである。
The advent of a motor having a small diameter and high torque, which can freely change the rotation direction, has been desired. However, the present inventors have proposed an ultrasonic motor having such a function in Japanese Patent Application No. 63-14.
No. 9726, and 1988, Acoustical Society of Japan Autumn Research Presentation Lecture No. 2-4-10, pp.821-822 (October 1988)
And an ultrasonic motor using a longitudinal-torsion composite oscillator as a stator, which is disclosed on pages 50 to 51 of the magazine "Trigger" published by Nikkan Kogyo Shimbun, January 1989. The structure of this ultrasonic motor is shown in FIG. In the figure, reference numeral 31 denotes a piezoelectric ceramic element for exciting longitudinal vibration, which is polarized in the plate thickness direction. Reference numeral 32 denotes a piezoelectric ceramic element that excites torsional vibration, and is polarized in the circumferential direction parallel to the plate surface. 33 is a metal block made of an Al alloy (hereinafter referred to as a head mass), 34 is a rear mass, 35 is a support plate, and these piezoelectric elements 31, 32 are bolts 36, nuts.
The stator 38, which is an ultrasonic elliptical oscillator, is firmly tightened by the 37 and the head mass 33. Further, 39 is a spring that serves to press the rotor 40 against the stator 38, 41
Is a pedestal, 42 is a shaft, and 43 is a nut. With the nut 43, the pressure contact force of the spring can be adjusted. Further, 44 is a wear resistant material and 45 is a bearing.

この超音波モータは、ステータとロータの界面に縦と捩
り振動で合成された楕円振動を効率よく強勢に励振させ
るために、縦と捩り振動を同時に共振駆動させることを
目的として提案されたものである。共振駆動を行うため
には、縦と捩りの共振周波数を一致させる必要がある。
第3図に示した超音波モータにおいて、ステータ上に適
当な太さのシャフトを立て、ロータとステータの圧接力
を調整することで弱電界時において辛うじて縦と捩りの
共振周波数を一致させることができた。
This ultrasonic motor was proposed for the purpose of resonantly driving longitudinal and torsional vibrations at the same time in order to efficiently and strongly excite elliptical vibrations synthesized by longitudinal and torsional vibrations at the interface between the stator and rotor. is there. In order to perform the resonance drive, it is necessary to match the resonance frequencies of the vertical and the torsion.
In the ultrasonic motor shown in FIG. 3, by setting a shaft of an appropriate thickness on the stator and adjusting the pressure contact force between the rotor and the stator, it is possible to barely match the longitudinal and torsional resonance frequencies under a weak electric field. did it.

(発明が解決しようとする課題) しかしシャフトを太くすると、モータ外径を太くしない
限り駆動素子である圧電セラミック素子の体積を減少さ
せることになりモータ出力が低下してしまう。
(Problems to be Solved by the Invention) However, if the shaft is thickened, the volume of the piezoelectric ceramic element which is a drive element is reduced unless the outer diameter of the motor is thickened, and the motor output is reduced.

また前述の縦と捩りの共振周波数の一致は、弱電界時の
一致であり、実際にモータを強電界で駆動する際には、
捩り共振周波数fTが縦の共振周波数fLより高くなってし
まい、実際の駆動状態である強電界時において共振周波
数を一致されることは困難であった。第3図に示した構
成の超音波モータでは、捩りの共振周波数fTは、ステー
タ部分の長さでほぼ決定されてしまい、圧接力にそれほ
ど影響されることはない。しかし、縦の共振周波数f
Lは、ロータの質量、ロータとステータの圧接力に依存
し、ロータの質量が軽く、前期圧接力が大きいほど捩り
の共振周波数に近づく。即ち、第3図に示した構成の超
音波モータでは、一般にfT>fLである。従って、fT=fL
を実現しようとすれば、ロータの高さを低くして軽くす
ることになり、このような形状のロータでは剛性が小さ
くなり、大きなトルクの発生は困難となる。次に、圧接
力を極端に大きくすることが必要である。圧接力をきわ
めて大きな状態にすることは、必然的にベアリングに過
大な応力を与える事になり、ベアリングの損傷、はたま
たベアリングの寿命の短命化につながり、極めて危険で
ある。従って、従来の第3図に示した超音波モータで
は、実際の強電界駆動時において、fTがfLより高くなっ
てしまい、得られる効率はせいぜい25%〜40%程度あっ
た。
In addition, the matching of the resonance frequencies of the vertical and torsion is the matching when the electric field is weak, and when actually driving the motor in the strong electric field,
Since the torsional resonance frequency f T becomes higher than the longitudinal resonance frequency f L , it is difficult to match the resonance frequencies in a strong electric field that is the actual driving state. In the ultrasonic motor having the configuration shown in FIG. 3, the resonance frequency f T of the torsion is almost determined by the length of the stator portion and is not so affected by the pressure contact force. However, the longitudinal resonance frequency f
L depends on the mass of the rotor and the pressure contact force between the rotor and the stator, and as the mass of the rotor is lighter and the previous pressure contact force is larger, it approaches the resonance frequency of torsion. That is, in the ultrasonic motor having the configuration shown in FIG. 3, generally f T > f L. Therefore, f T = f L
In order to realize the above, the height of the rotor is reduced to make it lighter, and the rotor having such a shape has low rigidity, and it is difficult to generate a large torque. Next, it is necessary to extremely increase the pressure contact force. Making the pressure contact force extremely large inevitably causes excessive stress to the bearing, which damages the bearing and shortens the life of the bearing, which is extremely dangerous. Therefore, in the conventional ultrasonic motor shown in FIG. 3, f T becomes higher than f L when actually driving in a strong electric field, and the obtained efficiency is at most 25% to 40%.

本発明の目的は、縦・捩り複合振動子をステータとする
超音波モータに於て、強電界駆動時でも弱電界駆動時で
も縦と捩りの共振周波数を一致させ、モータの効率を高
めることにある。
An object of the present invention is to increase the efficiency of a motor in an ultrasonic motor that uses a longitudinal / torsional composite oscillator as a stator by matching the resonance frequencies of the longitudinal and torsion in both strong electric field driving and weak electric field driving. is there.

(課題を解決するための手段) 本発明では、ヘッドマスに使用する材料を使用する材料
を少なくとも2種類の密度の異なる材料と断面積の異な
る材料を用いて最適化することにより、縦と捩りの共振
周波数を一致させている。つまりヘッドマスのロータ接
触側の材料を圧電振動子側より低密度にし、しかも少な
くともロータ接触側はロータに向かって断面積が小さく
なるようにする。
(Means for Solving the Problems) In the present invention, by optimizing the material used for the head mass using at least two types of materials having different densities and materials having different cross-sectional areas, the longitudinal and torsional The resonance frequencies are matched. That is, the material of the head mass on the rotor contact side has a lower density than that of the piezoelectric vibrator side, and at least the rotor contact side has a smaller cross-sectional area toward the rotor.

第3図に示す従来の超音波モータおよび本発明の超音波
モータの高電界駆動時における振動変位分布を第4図に
示す。実践が本発明、破線が従来例である。上の図は模
式的なモータ構成図を示している。本発明のモータはヘ
ッドマスに2種類の密度と断面積の異なる材料を用いた
例を示してある。真ん中の図はモータの縦方向(モータ
軸方向)の振動変位分布、下の図はモータの捩り方向
(円周方向)の振動分布を示す。第4図において従来例
では縦と捩りの振動変位分布が異なっている。この理由
は、縦の位相速度が捩りの位相速度の1.6倍ほど大きい
こと、縦の特性機械インピーダンスZ0Lおよび捩りの特
性機械インピーダンスZ0Tが、中空円筒に関してそれぞ
れ Z0L=ρcLA=(π/4)ρcL(D2 O−D2 I) (1) Z0T=ρcTJp=(π/32)ρcT(D4 O−D4 I) (2) で与えられ、Z0Lは直径の2乗、Z0Tは直径の4乗の関数
となっていることによる。ただし、(1)式、(2)式
において ρ;密度 cL;縦弾性波 cT;捩り弾性波の位相速度 A;中空円筒の断面積 DO;外径 DI;内径 Jp;断面極2次モーメント である。第4図の従来例の縦と捩りの振動モードを詳細
に見ると、縦振動モードではヘッドマス33のロータ40に
近い側が振幅が大きいが、捩じれ振動モードではヘッド
マス33の圧電セラミック素子に近い側が振幅が大きいこ
とがわかる。
FIG. 4 shows the vibration displacement distributions of the conventional ultrasonic motor shown in FIG. 3 and the ultrasonic motor of the present invention during high electric field driving. The practice is the present invention, and the broken line is the conventional example. The above figure shows a schematic motor configuration diagram. The motor of the present invention shows an example in which two kinds of materials having different densities and cross-sectional areas are used for the head mass. The middle figure shows the vibration displacement distribution in the vertical direction of the motor (motor axis direction), and the lower figure shows the vibration distribution in the motor torsion direction (circumferential direction). In FIG. 4, in the conventional example, the vibration displacement distributions of the longitudinal and the torsion are different. This is because the longitudinal phase velocity is about 1.6 times as large as the torsional phase velocity, and the longitudinal characteristic mechanical impedance Z 0L and the torsional characteristic mechanical impedance Z 0T are Z 0L = ρc L A = (π / 4) ρc L (D 2 O -D 2 I) (1) Z 0T = ρc T J p = (π / 32) ρc T (D 4 O -D 4 I) is given by (2), Z 0L Is the square of the diameter, and Z 0T is a function of the fourth power of the diameter. However, in equations (1) and (2), ρ; density c L ; longitudinal elastic wave c T ; phase velocity of torsional elastic wave A; cross-sectional area of hollow cylinder D O ; outer diameter D I ; inner diameter Jp; cross-section pole It is the second moment. When the longitudinal and torsional vibration modes of the conventional example in FIG. 4 are viewed in detail, the amplitude of the head mass 33 near the rotor 40 is large in the longitudinal vibration mode, but in the torsional vibration mode, the amplitude of the head mass 33 near the piezoelectric ceramic element is large. It turns out that is large.

第4図の従来の縦・捩り復号振動子をステータとする超
音波モータのヘッドマス部分の振動変位分布に関して、
ヘッドマスの縦圧電セラミック素子に近い部分は、縦振
動に関しては、振動節部に近い位置にあり、スチフネス
として動作している。また、捩り振動に関しては、振動
腹部となり慣性質量として動作している。この状態に於
て、捩り共振周波数fTは縦の共振周波数fLより高い。
Regarding the vibration displacement distribution of the head mass portion of the ultrasonic motor using the conventional longitudinal / torsion decoding oscillator shown in FIG.
Regarding the longitudinal vibration, the portion of the head mass that is close to the vertical piezoelectric ceramic element is located near the vibrating node and operates as stiffness. Regarding torsional vibration, it serves as a vibration antinode and operates as an inertial mass. In this state, the torsional resonance frequency f T is higher than the longitudinal resonance frequency f L.

本発明の原理ではヘッドマス部分において特性機械イン
ピーダンスZ0L、Z0Tを変えてやることにより、振動モー
ドに変化を与え、縦と捩りの共振周波数を一致させるこ
とにある。本発明に基づく超音波モータではfT=fLを実
現させるために縦振動に対して、より大きなスチフネス
を実現し、握り振動に関しては、より大きな慣性質量を
実現するために、ヘッドマスを少なくとも二つ以上の要
素で構成している。即ち、ロータ部分に接触するヘッド
マス先端部Al合金、Ti合金といった軽量で剛性の大きな
材料で構成し、圧電素子との接合側すなわちヘッドマス
底部は密度と弾性率の大きなステンレススチール、超硬
合金などでできている。またさらにヘッドマス先端部は
先端に沿って断面積が小さくなる形状にし、またヘッド
マス底部は前記のヘッドマス先端部より断面積が大き
い。このヘッドマスはボルト、ナットにより強固に圧接
され、一体となって振動する。従って、本発明に基づく
超音波モータでは、ヘッドマス部分の改良により捩りの
共振周波数fTを低下させ、縦の共振周波数fLを上昇させ
ることが出来るわけであるから、強電界駆動時あるいは
弱電界駆動時において、fT=fLを実現することが可能で
ある。このようにして振動モードにおいても第4図中の
実線で示すようにロータ界面で両振動モードの振幅を最
大にすることができ効率を高めることができる。
Principle In characteristic mechanical impedance Z 0L in Heddomasu part of the present invention, by'll change the Z 0T, given a change in the vibration mode is to match the resonant frequency of the longitudinal and torsional. In the ultrasonic motor according to the present invention, in order to realize f T = f L , a larger stiffness is realized with respect to longitudinal vibration, and with regard to gripping vibration, at least two head masses are used in order to realize a larger inertial mass. It consists of one or more elements. That is, the tip of the head mass that comes into contact with the rotor part is made of a lightweight and highly rigid material such as a Ti alloy, and the joint side with the piezoelectric element, that is, the bottom of the head mass is made of stainless steel, cemented carbide, or the like with a large density and elastic modulus. is made of. Furthermore, the tip end portion of the head mass has a shape in which the cross-sectional area decreases along the tip end, and the bottom portion of the head mass has a larger cross-sectional area than the tip end portion of the head mass. This head mass is firmly pressed by bolts and nuts and vibrates as a unit. Therefore, in the ultrasonic motor according to the present invention, the resonance frequency f T of the torsion can be lowered and the resonance frequency f L of the longitudinal direction can be increased by improving the head mass portion. It is possible to realize f T = f L during driving. In this way, even in the vibration mode, the amplitude of both vibration modes can be maximized at the rotor interface as shown by the solid line in FIG. 4, and the efficiency can be improved.

(作用) (実施例) 以下、本発明に基づく超音波モータの実施例を図面に従
って説明する。第1図は本発明の実施例に示す超音波モ
ータの断面図である。第1図において、超音波モータの
全長は70mmであり、ヘッドマス11はAl合金、ヘッドマス
12はそれより高密度材料のステンレススチールであり、
これらは溶着、接着、打ち込みなどの手段で接合一体化
され、また鍔13のついてステンレス鋼製14に溶着により
一体化されている。ヘッドマス全体の高さは11mmで、こ
のうちヘッドマス12の高さは4mm、外径は24mmであり、
またヘッドマス11の高さは7mmで外径は根元で20mm、先
端部16mmのテーパー形状である。15は縦振動励振用PZT
系圧電セラミック素子で、16は捩り振動励振用PZT例圧
電セラミック素子、17は支持板でステンレス鋼製、18は
リアマスで黄銅製である。ヘッドマス11からリアマス18
まではボルト14とナット19により強固に締め付けられ、
縦・捩り複合振動子であるステータ20を構成する。
(Operation) (Example) An example of an ultrasonic motor according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the total length of the ultrasonic motor is 70 mm, the head mass 11 is an Al alloy, and the head mass is
12 is stainless steel of higher density material than that,
These are joined and integrated by means such as welding, adhesion, and driving, and are further integrated with the flange 13 by being welded to stainless steel 14. The total height of the head mass is 11 mm, of which the height of the head mass 12 is 4 mm and the outer diameter is 24 mm.
The height of the head mass 11 is 7 mm, the outer diameter is 20 mm at the base, and the tip portion is 16 mm in a tapered shape. 15 is PZT for longitudinal vibration excitation
16 is a PZT piezoelectric ceramic element for torsional vibration excitation, 17 is a support plate made of stainless steel, and 18 is a rear mass made of brass. Head mass 11 to rear mass 18
Until it is firmly tightened with bolt 14 and nut 19,
A stator 20 which is a longitudinal / torsion composite oscillator is configured.

21はステンレス鋼製ロータで高さは8mm、22はベアリン
グ、23は台座で同じくステンレス鋼製、24はバネ、25は
ナットで、バネ24、ナット25はロータ21をステータ20に
圧接する力を供給する。ロータとステータ間の圧接力は
ナットの回転角を調節することにより微妙に変えること
が可能である。また、26はエンジニアリング・プラステ
ィックでできた耐摩耗材で、この場合、ロータ21に接着
されている。縦圧電素子15と捩り圧電素子16に電圧を印
加し、電圧の位相差を適当に調節し、また、強電界励振
時において、縦と捩りの共振周波数を一致させをた場
合、ステータとロータの界面において、縦と捩りの振幅
で合成された強力な楕円振動を引き起こすことができ
る。ヘッドマス11、12は縦振動に対してはスチフネスを
それほど持たないために、縦振動の共振周波数の変化に
は寄与しないが、捩り振動に関しては、大きな慣性質量
として作用するため捩り振動の共振周波数を著しく低下
させる働きがはある。実施例の第1図に示した状態の寸
法形状を有する超音波モータにおいて、ロータとステー
タ間の圧接力を50kgf一定とし、縦及び捩り圧電セラミ
ック素子の駆動電圧をともに80Vrmsとして、強電界の励
振を行ったとき縦の共振周波数31.6kHz、捩りの共振周
波数31.1kHzであった。そこで、ヘッドマスの突起部50
を少し削って突起部の質量を落とすことで、周波数調整
を行ったところ、31.5kHzで縦と捩りの共振周波数が一
致した。次に、駆動電圧をそのままにして、縦と捩りの
印加電圧の位相差を70度駆動すると、時計廻り方向に回
転した。その時の回転数−トルク特性の測定結果を第2
図に示す。この超音波モータの諸特性は無負荷時回転数
520r.p.m.、最大トルク5.1kgf・cm、最大効率63%であ
る。
21 is a stainless steel rotor with a height of 8 mm, 22 is a bearing, 23 is a pedestal and is also made of stainless steel, 24 is a spring, 25 is a nut, and the spring 24 and the nut 25 are used to press the rotor 21 against the stator 20. Supply. The pressure contact force between the rotor and the stator can be delicately changed by adjusting the rotation angle of the nut. Further, 26 is an abrasion resistant material made of engineering plastic, and in this case, it is adhered to the rotor 21. When a voltage is applied to the longitudinal piezoelectric element 15 and the torsional piezoelectric element 16 to appropriately adjust the phase difference between the voltages, and when the resonant frequencies of the longitudinal and torsion are matched during strong electric field excitation, the stator and rotor are At the interface, a strong elliptical vibration can be generated that is composed of longitudinal and torsional amplitudes. The head masses 11 and 12 do not contribute so much to the change in the resonance frequency of the longitudinal vibration because they do not have much stiffness with respect to the longitudinal vibration, but regarding the torsional vibration, they act as a large inertial mass, so that the resonance frequency of the torsional vibration is increased. It has the function of remarkably lowering. In the ultrasonic motor having the dimensions and shape shown in FIG. 1 of the embodiment, the pressure contact force between the rotor and the stator is fixed at 50 kgf, the driving voltage of the longitudinal and torsional piezoelectric ceramic elements are both 80 V rms , and the strong electric field When excited, the longitudinal resonance frequency was 31.6 kHz and the torsional resonance frequency was 31.1 kHz. Therefore, the protrusion 50 of the head mass
When the frequency was adjusted by slightly scraping to reduce the mass of the protrusion, the longitudinal and torsional resonance frequencies were matched at 31.5 kHz. Next, when the drive voltage was left as it was and the phase difference between the longitudinal and torsional applied voltages was driven by 70 degrees, it rotated clockwise. The measurement result of the rotation speed-torque characteristic at that time is
Shown in the figure. The characteristics of this ultrasonic motor are the number of revolutions at no load.
The maximum torque is 520r.pm, the maximum torque is 5.1kgf · cm, and the maximum efficiency is 63%.

その他、本実施例に示した超音波モータは、駆動電圧の
位相差を250度とすることにより、反時計方向の反転す
ることが確認され、その特性は、第2図に示したものと
ほぼ同じであった。
In addition, it was confirmed that the ultrasonic motor shown in the present embodiment was inverted in the counterclockwise direction by setting the phase difference of the driving voltage to 250 degrees, and its characteristics are almost the same as those shown in FIG. It was the same.

尚、本発明の実施例では密度の大きいヘッドマスを一定
の直径の突起部を設けたが、その突起部50をテーパー形
状としてもよい。またヘッドマスにAlとステンレススチ
ールの2種類の材料を用いているが、他にAl、ステンレ
ス、タングステンといった3種類の材料を用いても共振
の一致化が可能であり、モータ高出力の同様の効果が得
られる。
In the embodiment of the present invention, the head mass having a high density is provided with the protrusion having a constant diameter, but the protrusion 50 may be tapered. In addition, although two types of materials, Al and stainless steel, are used for the head mass, resonance can be matched by using other three types of materials such as Al, stainless steel, and tungsten, and the same effect of high motor output can be obtained. Is obtained.

(発明の効果) 以上詳述した如く、本発明に従った構成の超音波モータ
は強電界駆動時あるいは弱電界駆動時において、縦と捩
りの共振周波数を完全に一致させることができ、僅かな
消費電力でステータとロータの界面に大振幅の楕円振動
を発生させることができ、高効率、高トルクの超音波モ
ータを実現することができる。従って、本発明に基づく
超音波モータ技術的有用性は計り知れないほど大きく、
応用技術、派生技術の広さも予測しきれないものがあ
る。
(Effects of the Invention) As described in detail above, the ultrasonic motor having the configuration according to the present invention can completely match the longitudinal and torsional resonance frequencies during the strong electric field driving or the weak electric field driving, and the A large amplitude elliptical vibration can be generated at the interface between the stator and the rotor with power consumption, and an ultrasonic motor with high efficiency and high torque can be realized. Therefore, the technical usefulness of the ultrasonic motor according to the present invention is immeasurable,
The extent of applied technology and derivative technology is unpredictable.

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

第1図は本発明の一実施例である超音波モータの断面
図、第2図は本発明の超音波モータの回転数−トルク特
性図、第3図は従来の超音波モータの断面図、第4図は
従来および本発明の超音波モータの振動変位分布を説明
するための図である。 図中各記号はそれぞれ次の内容を示す。 11,12,13……ヘッドマス、13……鍔、14,36……ボル
ト、15,31……縦振動用圧電セラミック素子、16,32……
捩り振動用圧電セラミック素子、17,35……支持板、18,
37……リアマス、19,25,37,43……ナット、20,38……ス
テータ、21,40……ロータ、22,45……ベアリング、23,4
1……台座、24,39……バネ、26,44……耐摩耗材、50…
…突起部。
1 is a sectional view of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a rotational speed-torque characteristic diagram of the ultrasonic motor of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view of a conventional ultrasonic motor. FIG. 4 is a diagram for explaining the vibration displacement distribution of the ultrasonic motors of the related art and the present invention. Each symbol in the figure indicates the following contents. 11,12,13 …… Head mass, 13 …… Temperature, 14,36 …… Bolt, 15,31 …… Piezoelectric ceramic element for longitudinal vibration, 16,32 ……
Piezoelectric ceramic element for torsional vibration, 17,35 …… Support plate, 18,
37 …… rear mass, 19,25,37,43 …… nut, 20,38 …… stator, 21,40 …… rotor, 22,45 …… bearing, 23,4
1 ... Pedestal, 24,39 ... Spring, 26,44 ... Abrasion resistant material, 50 ...
…protrusion.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】縦、捩り複合圧電振動子をヘッドマスとリ
アマスではさんだステータと、このステータのヘッドマ
スに圧接されたロータとを備えた超音波モータにおい
て、前記ヘッドマスとして圧電振動子側に比べてロータ
接触側の材料が低密度で、しかも少なくともロータ接触
側はロータに向かって断面積が小さくなっていることを
特徴とする超音波モータ。
1. An ultrasonic motor comprising: a stator having a longitudinal and torsion composite piezoelectric vibrator sandwiched between a head mass and a rear mass; and a rotor pressed against the head mass of the stator, wherein the head mass is a rotor compared to the piezoelectric vibrator side. An ultrasonic motor characterized in that the material on the contact side has a low density, and at least the rotor contact side has a smaller cross-sectional area toward the rotor.
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