JPH11511950A - 圧電ステッピング・モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、円筒形ボディ（１）、ステータ（２）およびロータ（３）を有する圧電ステップ・モータに関する。ステータ（２）は、ボディ（１）の内側で縦方向の平面に並んで取り付けられている少なくとも２つの回転および固定圧電ユニット（４、５）を有している。それぞれの圧電ユニット（４、５）は、回転（６）および固定（７）圧電要素とともに、絶縁体（８）と摩擦部材（９）も有している。

Description

【発明の詳細な説明】 圧電ステッピング・モータ 発明の分野 本発明は、電気モータに関し、特に、圧電ステッピング・モータに関する。 発明の背景 電源ユニットと、ロータと、ステータと、推進用バイモルフ圧電セルと、固定 要素とを有する圧電ステッピング・モータは業界において公知である（ソビエト 連邦審査済登録特許、ＳＵ，Ａ，７６９６６５）。 しかし、この圧電ステッピング・モータにおいては、バイモルフ圧電セルがロ ータとわずかにしか接触しないので、ロータの変位角度が一様なステップになら ない。 また、ステータがその内側にこのステータと摩擦によって相互作用する円筒ロ ータを持つ中空円筒を有する圧電モータも業界において公知である（ソビエト連 邦審査済登録特許、ＳＵ，Ａ，５７３８２８）。 しかし、この圧電モータは、ロータとステータの変移と半径方向の振動と、そ してこれらの相互摩擦作用とによって作動するが、この場合、ロータを一様な角 度で変位させ、正確に位置決めするのは不可能である。 発明の要旨 本発明の基本的な目的は、その実施態様の構造によって設計および製造技術を 簡単化することのできる圧電ステッピング・モータを創り出すこと、そしてロー タの回転と逆方向への運動が一様になるようにしつつ、寸法および質量が小さな モータでありながら高トルクを得ることである。 この目的は、ハウジングと、円筒形圧電中空円筒の形状をしたステータであっ て、その内側にこのステータと摩擦によって相互作用する円筒ロータを持つステ ータを有する圧電ステッピング・モータにおいて、本発明によれば、このステー タが、ハウジングの内部にその縦方向に並んでいる少なくとも２つの回転・固定 圧電ユニットを有し、各圧電ユニットが回転圧電セルおよび固定圧電セルと、絶 縁体と、摩擦要素とを有している圧電ステッピング・モータを提供することによ っ て達成される。 この圧電ユニットは複数のセクタの形にすることもできる。 圧電ユニット間の隙間は、弾性絶縁材料で埋めるのが好ましい。 圧電セルは、電極を交互に並列に接続した圧電リングとそれらのセクタをセッ トにした形にすることもでき、この場合は、連続するそれぞれの圧電リング、あ るいはセクタの分極方向は、その前のものの方向の反対にする。 ロータは、摩擦要素上のそれぞれのガイドに入る少なくとも１本のガイドを持 つこともできる。 本発明に従えば、ステッピング・モータのこのような構造的な実施態様によっ て、設計および製造技術を簡単化すること、そしてロータの回転と逆方向への運 動が一様になるようにしつつ、寸法および質量が小さなモータでありながら高ト ルクを得ることができるのである。 図面の簡単な説明 添付の下記図面を参照しながら例を挙げて本発明をさらに説明していくが、 図１は、本発明による圧電ステッピング・モータの正面図であり、 図２は、図１のモータの縦方向断面図であり、 図３は、別の実施態様のモータの正面図であり、 図４は、図３に示しているモータの縦方向断面図であり、 図５は、この圧電ステッピング・モータの動作の第１期間段階であって、第１ および第２回転・固定ユニットの２つの断面図であり、 図６−１０は、この圧電ステップ・モータの動作の別の期間段階である。 本発明の最良実施態様 本発明による圧電ステッピング・モータは、円筒形ハウジング１（図１）と、 ステータ２と、そして円筒形ロッドの形をしたロータ３とを有している。ステー タ２（図２）は、２つの回転・固定圧電ユニット４および５の形にして作ってあ る。各圧電ユニット４および５は、圧電セル６と、固定圧電セル７と、絶縁体８ と、そして相互に接続する摩擦要素９とから成っている。回転圧電セル６の分極 ベクトルは、モータの縦方向平面に対してある角度を持っている。固定圧電セル ７の分極ベクトルは半径方向である。摩擦要素９は、ロータ３をよりしっかり締 め付けられる分割リングの形にして作ってある。 回転・固定圧電ユニット４および５の間の隙間は、弾性絶縁材料１０で埋めて ある。ロータ３には、ロータが軸方向に変移しないように突起の形をしたガイド １１が設けてある。これらのガイド１１は、それぞれが対応する摩擦要素９のガ イドに入る。 各圧電セル６および７は電極を持ち、これらには電線が接続されている（図示 していない）。 特許請求しているモータの別の実施態様においては、回転・固定圧電ユニット ４（図３および４）および５が横断方向の平面上に配設され、複数のセクタの形 になっている。これによって、このモータの寸法と質量がかなり減少する。 特許請求しているモータは図５−１０に示しているように動作する。 圧電セル６の電極に正の電圧が印加されると、逆圧電効果によってリングの内 側部分が直径の線Ａ１Ａ２に対して反時計方向に角度αだけ変移するが、この場 合、リングの内側部分に位置している点Ｂは、反時計方向に角度αの弧を描いて 変位する。 回転圧電セル６の電極に負の電圧が印加されると、リングの内側部分が直径の 線Ａ１Ａ２に対して時計方向に角度αだけ変移するが、この場合、リングの内側 部分に位置している点Ｂは、時計方向に角度αの弧を描いて変位する。 正の電圧を固定圧電セル７に印加するとロータ３は圧縮され、逆に、負の電圧 を印加すると圧電セルはロータ３から離される。 作動サイクルは６つの期間段階からなっている。第１期間段階に対応する位置 を図５に示している。圧電ユニット４の圧電セルに正の電圧が印加され、圧電セ ル６が固定圧電セル７を反時計方向に角度αだけ変移させ、固定圧電セル７がロ ータ３を締め付ける。圧電ユニット５の圧電セル６には負の電圧が印加され、逆 に、圧電ユニット５の固定圧電セル７には負の電圧が印加されて、回転圧電セル ６が固定圧電セル７を反時計方向に角度αだけ変位させ、固定圧電セル７がロー タ３を締め付ける。 第２期間段階においては、圧電ユニット５の固定圧電セル７（図６）に負の電 圧が印加され、それはロータから離される。 第３期間段階において、圧電ユニット４の回転圧電セル６（図７）に負の電圧 が印加されると、固定圧電セル７とロータ３の両方が時計方向に角度２αだけ回 転させられる。この場合、圧電ユニット５の回転圧電セル６に正の電圧が印加さ れると、固定圧電セル７は反時計方向に２αだけ回転させられる。 第４期間段階において、圧電ユニット５の固定圧電セル７（図８）に正の電圧 が印加されると、ロータ３が締め付けられる。 第５期間段階において、固定圧電セル（図９）に負の電圧が印加されると、そ れはロータ３から離される。 第６期間段階において、圧電ユニット４の回転圧電セル６（図１０）に正の電 圧が印加されると、それを反時計方向に角度２αだけ変位させる。圧電ユニット ５の回転圧電セル６（図１０）に負の電圧が印加されると、それはロータ３を時 計方向に角度２αだけ回転させる。 １動作サイクルでロータ３は角度４α回転する。そして、これらのサイクルが 繰り返されると、ロータ３は時計方向に回転するのである。逆転させるには、固 定圧電セル７への電圧の印加の順序を変える必要がある。 出力を上げるには、このステッピング・モータに圧電ユニットを付け加えれば よい。 圧電ステッピング・モータは、本発明によって確実に、ロータのトルクが大き くなり、回転が一様になり、正確に位置決めをし、逆転もする。 本発明の実施態様の説明においては、よりよく理解されるように限定的な狭義 の用語を使用した。しかし、本発明は理解された用語に限定されるものではなく 、これら総ての用語は、同様な方法で動作するユニットに対する、また同様の技 術課題を解決するのに使用される総ての同義語を含んでいるということに留意さ れたい。 本発明を、その好適なタイプの実現物に関連付けて説明したが、本発明の着想 と範囲から外れなければ変更や修正をすることができるということは明らかで、 このことは当業者であれば容易に理解できよう。 これらの変更と修正は、本発明の本質および添付請求の範囲を越えないと考え られる。 産業上の利用分野 本発明は、電気工学、遠隔操作、無線工学、およびオートメーションにおける スレーブ機構として使用することが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (71)出願人 ブロフ，セルゲイ・ビャチェスラボビッチ ロシア163061アレハンゲリスク、ウーリツ ァ・セベロドビンスカヤ、ドーム 11、ク バルティーラ21 (72)発明者 ブロフ、セルゲイ・ビャチェスラボビッチ ロシア163061アレハンゲリスク、ウーリツ ァ・セベロドビンスカヤ、ドーム11、クバ ルティーラ21 (72)発明者 オカトフ，ユーリ・ウラジミーロビッチ ロシア163002セベロドビンスク、アレハン ゲリスコイ・オブラースティ、ウーリツ ァ・ジェルジンスコーゴ、ドーム８、クバ ルティーラ７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ハウジング（１）と、円筒形圧電中空円筒の形をしたステータ（２）であ って、このステータ（２）と摩擦による相互作用をする円筒形ロータ（３）をそ の内側に持つステータとを有する圧電ステッピング・モータであって、このステ ータ（２）がそのハウジング（１）の内側で縦方向の平面に並んで配置されてい る少なくとも２つの回転・固定圧電ユニット（４、５）を有しており、それぞれ の回転・固定圧電ユニット（４、５）が１つの回転圧電セル（６）と、１つの固 定圧電セル（７）と、絶縁体（８）と、１つの摩擦部材（９）とを含んでいるこ とを特徴とする、圧電ステッピング・モータ。 ２．請求項１に記載の圧電ステッピング・モータであって、圧電ユニット（４ 、５）が複数のセクタの形になっていることを特徴とする、圧電ステッピング・ モータ。 ３．請求項１あるいは請求項２に記載の圧電ステッピング・モータであって、 圧電ユニット（４、５）の間の隙間が弾性絶縁材料（１０）で埋められているこ とを特徴とする、圧電ステッピング・モータ。 ４．請求項１、あるいは請求項２、あるいは請求項３に記載の圧電ステッピン グ・モータであって、圧電セル（６、７）は、圧電リングとそれらのセクタをセ ットにされその電極が交互に並列に接続された形になされ、この場合、連続する それぞれの圧電リング、あるいはセクタの分極方向がその前のものの方向の反対 になっていることを特徴とする、圧電ステッピング・モータ。 ５．請求項１、あるいは請求項２、あるいは請求項３、あるいは請求項４に記 載の圧電ステッピング・モータであって、ロータ（３）が摩擦部材（９）上の対 応するそれぞれのガイドに入る少なくとも１本のガイド（１１）を持つことを特 徴とする、圧電ステッピング・モータ。