JPS5832518B2 - piezoelectric motor - Google Patents

piezoelectric motor

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JPS5832518B2
JPS5832518B2 JP50105847A JP10584775A JPS5832518B2 JP S5832518 B2 JPS5832518 B2 JP S5832518B2 JP 50105847 A JP50105847 A JP 50105847A JP 10584775 A JP10584775 A JP 10584775A JP S5832518 B2 JPS5832518 B2 JP S5832518B2
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JP
Japan
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rotor
stator
piezoelectric
motor
vibrator
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JP50105847A
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Japanese (ja)
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JPS5229192A (en
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セルゲエウイツチ ウイシネフスキ− ウラジミ−ル
レオニドウイツチ カウエルツエフ ウラジミ−ル
アレクサンドロウイツチ カルタシエフ イゴル
マカロウイツチ ネクラソフ ミハイル
アレクセエウイツチ プレズ アレクセイ
ワシリエウイツチ ラフリネンコ ウヤチエスラフ
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KIEFUSUKII OORUDENA REENINA HORICHEFUNICHESUKII INST IMEENI RECHIA BERIKOI OKUCHABURUSUKOI SOTSUIARISUCHICHESUKOI REBORYUTSUII
Original Assignee
KIEFUSUKII OORUDENA REENINA HORICHEFUNICHESUKII INST IMEENI RECHIA BERIKOI OKUCHABURUSUKOI SOTSUIARISUCHICHESUKOI REBORYUTSUII
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気工学の分野に関し、更に詳しく言えばモー
タに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the field of electrical engineering, and more particularly to motors.

ロータとステータとの間に間隙があり、ロータに生ずる
機械的なトルクがロータとステータとの間の電界と磁界
の相互作用により与えられ、内側ロータ・モータの場合
にはモータが接着されるベースに対して静止するステー
タの内側にロータが装着され、外側ロータ・モータの場
合にはステータの外側にロータが装着され、ロータが連
続回転する型のモータが知られている。
There is a gap between the rotor and stator, the mechanical torque produced on the rotor is given by the interaction of electric and magnetic fields between the rotor and stator, and in the case of an inner rotor motor, the base to which the motor is glued A type of motor is known in which a rotor is attached to the inside of a stator that is stationary relative to the stator, and in the case of an outer rotor motor, a rotor is attached to the outside of the stator so that the rotor continuously rotates.

外側ロータの場合には、〇−夕は軸受によりステータに
ジャーナル連結される。
In the case of an outer rotor, the rotors are journal-coupled to the stator by bearings.

ロータとステータの電荷の間のクーロン力の存在により
電界が相互作用する公知のモータは巻線を持たないが、
比出力定格が比較的低く、効率が低い。
Known motors, in which the electric fields interact due to the presence of Coulomb forces between the rotor and stator charges, have no windings, but
Relatively low specific power rating and low efficiency.

したがって、そのようなモータは一般に展示用として用
いられているにすぎない。
Therefore, such motors are generally used only for display purposes.

ロータ巻線とステータ巻線を流れる電流により発生され
る磁界の相互作用により動作するモータも周知である。
Motors that operate by the interaction of magnetic fields generated by current flowing through rotor and stator windings are also known.

このようなモータは2種類に分けられる。Such motors can be divided into two types.

その一つはロータ巻線を流れる電流とステータ巻線を流
れる電流が外部電源から供給される種類のモータであり
、他の一つはロータ巻線を流れる電流がステータ巻線を
流れる電流により誘起されるような種類のモータである
One is a type of motor in which the current flowing through the rotor winding and the current flowing through the stator winding are supplied from an external power source, and the other is a type of motor in which the current flowing through the rotor winding is induced by the current flowing through the stator winding. This is the type of motor that is used.

はとんどの場合に、第1の種類のモータは直流モータで
あり、第2の種類のモータは交流モータである。
In most cases, the first type of motor is a DC motor and the second type of motor is an AC motor.

この種のモータの重大な欠点は構造中に巻線を含んでい
ることである。
A significant drawback of this type of motor is the inclusion of windings in its construction.

このことはモータの製造を複雑にし、そのためにコスト
が上昇する。
This complicates the manufacture of the motor and therefore increases costs.

これらのモータのシャフトにおける機械的出力はステー
タとロータ間の間隙に依存するから、モータの製作精度
についての要求が厳しくなるにつれてモータのコストは
上昇する。
Since the mechanical power output at the shaft of these motors is dependent on the gap between the stator and rotor, the cost of the motor increases as the requirements for manufacturing accuracy of the motor become more stringent.

モータの出力が低下すると巻線のインダクタンスが低下
するためにモータの入力抵抗が低下し、それに対応して
電源電圧を降下する必要があるから別に変圧器を必要と
する。
When the output of the motor decreases, the inductance of the windings decreases, so the input resistance of the motor decreases, and the power supply voltage must be lowered accordingly, requiring a separate transformer.

したがって、それらのモータに組合わされる機器の総計
コストは更に上昇する。
Therefore, the total cost of equipment associated with these motors further increases.

更に、これらのモータの回転速度は通常高く(はとんど
の場合に100 Orpmを超える)、したがって実際
的な適用のためには高価な減速機を必要とするものが大
部分である。
Furthermore, the rotational speed of these motors is usually high (often over 100 Orpm) and therefore most require expensive reduction gears for practical applications.

電磁誘導型モータのコストが高いのは、ニッケルやマン
ガンのような高価な金属と鉄との合金で作られる薄板材
料で組立てられるステータと、ロータの製作が複雑であ
ることにも原因する。
The high cost of induction motors is also due to the complexity of manufacturing the stator and rotor, which are assembled from thin sheet materials made from alloys of iron and expensive metals such as nickel or manganese.

ロータおよびステータの構成材料と巻線材料である銅と
の比重が大きいことも、モータの総重量と出力軸におけ
る出力との比が高い理由であり、このことは特に出力が
10W以下の小型モータについてそうである。
The high specific gravity of the rotor and stator components and the winding material copper is also the reason why the ratio of the total weight of the motor to the output at the output shaft is high, and this is especially true for small motors with an output of 10W or less. That's about it.

ロータの慣性モーメントが大きいと、モータを迅速に始
動・停止させるのが困難になる。
A large moment of inertia of the rotor makes it difficult to start and stop the motor quickly.

また、始動電流も非常に犬であるから電源を過負荷にす
るおそれがある。
Also, the starting current is very high and may overload the power supply.

更に、それらのモータの力率が低く、整流子とブラシ間
に火花放電が生じて他の電気回路に雑音障害を与え、小
出力モータでは効率が低く、高速回転のために高価な軸
受を必要とし、高温度および汚染された大気中ではモー
タを特別に保護する必要があり、希薄化した空気および
真空中での動作により出力定格が影響を受け、交流モー
タでは低い動作周波数が要求される。
Additionally, these motors have low power factors, spark discharges between the commutator and brushes that create noise disturbances in other electrical circuits, low efficiency for small power motors, and the need for expensive bearings for high speed rotation. high temperatures and polluted atmospheres require special protection of the motor, operation in rarefied air and vacuum affects power ratings, and AC motors require low operating frequencies.

しかし、このような欠点にもかかわらずそれらのモータ
は広く利用されている。
However, despite these drawbacks, these motors are widely used.

その理由は、出力や効率のような大きなパラメータにお
いて、電磁作用モータに競合できるモータが無かったか
らである。
The reason is that there are no motors that can compete with electromagnetic motors in terms of large parameters such as output and efficiency.

したがって、本発明の目的は前記したような欠点を解消
することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to overcome the above-mentioned drawbacks.

本発明の別の目的はモータの原理的に新規な構造を作る
ために、電力を機械エネルギーに変換できる圧電装置を
使用することである。
Another object of the invention is to use piezoelectric devices capable of converting electrical power into mechanical energy in order to create a fundamentally new construction of motors.

これらの目的およびその他の目的は、ステータおよびロ
ータを備え、このステータおよびロータは一方が他方に
対して成る一定の力で押圧され、前記ステータおよびロ
ータ間で摩擦接触が行なわれ、しかもその摩擦接触は前
記ロータの回転の軸心を中心とする線分の回転軌跡によ
って形成されるロータ表面上で行なわれる圧電モータに
おいて、縦振動を発生する少なくとも一つの圧電振動子
が前記ステータに設けられ、その圧電振動子の表面の一
部は前記ロータの表面の少なくとも一部と摩擦接触し、
前記圧電振動子は前記摩擦接触部に縦振動および横振動
を生じるような分極および形状を持っており、その縦振
動および横振動のうちの一方が前記ロータを駆動させ、
他方が前記ステータおよびロータ間に作用する力に変化
を与えることを特徴とする圧電モータにより達成される
These and other objects provide a stator and a rotor, the stator and rotor being pressed one against the other with a constant force such that a frictional contact is made between said stator and rotor; is a piezoelectric motor that operates on a rotor surface formed by a line segment rotation locus centered on the axis of rotation of the rotor, in which at least one piezoelectric vibrator that generates longitudinal vibration is provided on the stator; A portion of the surface of the piezoelectric vibrator is in frictional contact with at least a portion of the surface of the rotor;
The piezoelectric vibrator has polarization and a shape that causes longitudinal vibration and lateral vibration in the frictional contact portion, and one of the longitudinal vibration and lateral vibration drives the rotor,
The other is achieved by a piezoelectric motor characterized in that it changes the force acting between said stator and rotor.

このモータのロータは少くとも1個の軸受によりステー
タに装着される。
The rotor of this motor is mounted to the stator by at least one bearing.

ロータとステータを連続的に接触させるために、少くと
もロータはその表面のステータに係合する部分が、ロー
タの回転中心軸を中心とする少くとも1本の延長直線の
回転により形成されるボデーとして形成される。
In order to bring the rotor and stator into continuous contact, the rotor has a body in which at least the portion of the surface that engages with the stator is formed by rotation of at least one extended straight line about the central axis of rotation of the rotor. is formed as.

ロータ全体をロータの回転軸を中心として回転するボデ
ーとして形成すると便利である。
It is convenient to form the entire rotor as a body that rotates about the axis of rotation of the rotor.

密度とヤング率との積が、振動子の圧電素子の構成材料
について計算された同様な積の10分の1よりも小さい
物体により、サポートに装着できる。
The support can be attached by an object whose product of density and Young's modulus is less than one-tenth of a similar product calculated for the material of construction of the piezoelectric element of the transducer.

ステータは縦振動と横振動を行う振動子を組込むことが
できる。
The stator can incorporate a vibrator that performs longitudinal and transverse vibrations.

ステータは縦振動と曲げ振動を行う振動子や、捩れ振動
と横振動を行う振動子、捩れ振動と縦振動を行う振動子
、すべり振動と縦振動を行う振動子を組込むことができ
る。
The stator can incorporate a vibrator that performs longitudinal vibration and bending vibration, a vibrator that performs torsional vibration and transverse vibration, a vibrator that performs torsional vibration and longitudinal vibration, and a vibrator that performs shear vibration and longitudinal vibration.

ロータは横振動を行う振動子、すべり振動を行う振動子
で構成することができる。
The rotor can be composed of a vibrator that performs transverse vibration and a vibrator that performs sliding vibration.

振動子は振動速度が少くとも最低の所でサポートに固定
できる。
The vibrator can be fixed to a support at least at the lowest vibration speed.

ステータの振動子は圧電素子で構成できる。The stator vibrator can be composed of a piezoelectric element.

ロータの振動子も圧電素子で構成できる。The vibrator of the rotor can also be composed of a piezoelectric element.

ステータの振動子の圧電素子は、ロータとステータとの
係合領域に設けることができ、耐摩耗性物質のライニン
グを有するステータは圧電素子に音響的に連結される。
A piezoelectric element of the stator oscillator can be provided in the area of engagement between the rotor and the stator, and the stator with a lining of wear-resistant material is acoustically coupled to the piezoelectric element.

振動子は長方形の板の形に作ることができる。The oscillator can be made in the form of a rectangular plate.

ステータの振動子は横断面の面積が次第に減少するよう
なロンドの形に作ることができ、ロータはロンドの横断
面面積が最小である端部で振動子に係合する。
The stator oscillator can be made in the shape of a rond of decreasing cross-sectional area, and the rotor engages the oscillator at the end of the rond where the cross-sectional area is smallest.

ステータの振動子はらせん回転体の形に作ることができ
、ロータはこのらせん回転体の両端部の中間に位置され
る。
The oscillator of the stator can be made in the form of a helical rotor, the rotor being located intermediate the ends of this helical rotor.

振動子の圧電素子は振動子と同じ形にできる。The piezoelectric element of the vibrator can have the same shape as the vibrator.

耐摩耗性ライニングは薄壁円筒の形にできる。The wear-resistant lining can be in the form of a thin-walled cylinder.

圧電素子は少くとも1個の電極により分離される、音響
的に結合される2枚の層により形成できる。
A piezoelectric element can be formed from two acoustically coupled layers separated by at least one electrode.

一方の電極の表面はそれに音響的に結合される金属の層
を持つことができる。
The surface of one electrode can have a layer of metal acoustically coupled thereto.

圧電素子は強誘電性圧電材料で作ることができる。Piezoelectric elements can be made of ferroelectric piezoelectric materials.

圧電素子はセラミック材料で作ることができる。Piezoelectric elements can be made of ceramic materials.

圧電素子はその電極に垂直な方向、および電極に平行な
方向に分極できる。
A piezoelectric element can be polarized in a direction perpendicular to its electrodes and in a direction parallel to the electrodes.

ロータとステータは少くとも一つの弾力部材、たとえば
スプリングにより互いに押合う。
The rotor and stator are pressed together by at least one resilient member, such as a spring.

弾力部材の一方の端部は振動子のサポートに装着でき、
他方の端部は振動子自体に装着できる。
One end of the elastic member can be attached to the support of the vibrator,
The other end can be attached to the vibrator itself.

弾力部材の両端部はステータの二つの振動子に装着でき
、あるいはロータに装着できる。
Both ends of the elastic member can be attached to two vibrators of the stator or to the rotor.

ロータに属する振動子の圧電素子の電極には、電源から
弾性的に偏倚される接点を介して電圧を印加できる。
A voltage can be applied to the electrodes of the piezoelectric elements of the vibrators belonging to the rotor via elastically biased contacts from a power source.

電極はそれらに対して垂直な方向に分極される中空シリ
ンダの円筒面に被覆できる。
Electrodes can be coated on the cylindrical surfaces of hollow cylinders that are polarized in a direction perpendicular to them.

圧電素子は厚み方向に分極され、電極が主面に設けられ
る円板の形にできる。
The piezoelectric element is polarized in the thickness direction and can be in the form of a disk with electrodes on the main surface.

圧電素子の層は外部電極と平行に延びることができ、相
互に並列接続できる。
The layers of piezoelectric elements can run parallel to the external electrodes and can be connected in parallel to each other.

隣接層は逆向きに分極される。Adjacent layers are polarized in opposite directions.

ロータは平行な2枚の圧電板の間に対称的に受けること
ができる。
The rotor can be received symmetrically between two parallel piezoelectric plates.

これらの圧電板は圧電板が装着されているフレームに装
着される二つのスプリングによりロータに押しつけられ
る。
These piezoelectric plates are pressed against the rotor by two springs attached to the frame on which the piezoelectric plates are mounted.

各フレームは圧電板の端部から圧電板の長さの4分の1
の距離の位置に設けられ、これらのフレームはサポート
の4本の溝の中を自由に動くことができる。
Each frame is one quarter of the length of the piezoelectric plate from the end of the piezoelectric plate.
These frames can move freely in the four grooves of the support.

圧電板の主面には電極が設けられ、その厚み方向で異な
る二つの向きに分極され、互いに一方の向きに分極され
る。
Electrodes are provided on the main surface of the piezoelectric plate, and are polarized in two different directions in the thickness direction, and are mutually polarized in one direction.

内側電極と外側電極は互いに接続される。The inner electrode and the outer electrode are connected to each other.

ステータの圧電素子はその内部にロータを対称的に包み
込むことができ、その円筒面に電極を持つことができる
The piezoelectric element of the stator can symmetrically enclose the rotor inside it and can have electrodes on its cylindrical surface.

圧電素子は分極が圧電素子を偶数個の等しい部分に分割
するように、それらの電極に垂直な方向で逆向きに分極
される。
The piezoelectric elements are oppositely polarized in a direction perpendicular to their electrodes such that the polarization divides the piezoelectric element into an even number of equal parts.

耐摩耗性材料で作られるライニングが、圧電素子の内面
でそれらの部分の間の界面に対称的に装着される。
A lining made of a wear-resistant material is mounted symmetrically on the inner surface of the piezoelectric element at the interface between the parts.

それらのライニングの数は前記部分の数の半分である。The number of those linings is half the number of said parts.

ロータのシャフトにはステータに関して二つの圧電素子
を装着できる。
Two piezoelectric elements can be mounted on the shaft of the rotor with respect to the stator.

これらの圧電素子の側面には電極が取りつけられる。Electrodes are attached to the sides of these piezoelectric elements.

これらの圧電素子は軸心方向に動くことができ、前記電
極に対して垂直な方向に分極される。
These piezoelectric elements can be moved axially and are polarized in a direction perpendicular to the electrodes.

前記圧電素子は耐摩耗性材料で作られたステータのライ
ニングに押しつけられる。
The piezoelectric element is pressed against a stator lining made of wear-resistant material.

これらのライニングの横断筒形状は二等辺三角形に作ら
れ、圧電素子の内部電極と外部電極は互いに接続され、
圧電素子は互いに逆向きに分極される。
The transverse cylindrical shape of these linings is made into an isosceles triangle, and the internal and external electrodes of the piezoelectric elements are connected to each other.
The piezoelectric elements are polarized in opposite directions.

ステータは開口部を有する二層圧電板の形の2枚の振動
子を含むことができる。
The stator may include two oscillators in the form of two-layer piezoelectric plates with openings.

ロータはそれらの圧電板に押しつけられ、そのシャット
はそれらの開口部を通じて延長する。
The rotor is pressed against the piezoelectric plates and the shut extends through the openings.

圧電素子は圧電板の縦方向の縦振動の第2高調波と、圧
電板の幅方向の曲げ振動の第2高調波とを発生する振動
子である。
The piezoelectric element is a vibrator that generates a second harmonic of vertical vibration of the piezoelectric plate in the longitudinal direction and a second harmonic of bending vibration of the piezoelectric plate in the width direction.

圧電素子は、電源の一方の電極に接続される共通電極と
、電源の他方の電極に接続されて一つの形式の振動を励
振させるための一つの電極と、別の形式の振動を励振さ
せるための第2電極とを有する。
The piezoelectric element has a common electrode connected to one electrode of the power source, one electrode connected to the other electrode of the power source for exciting one type of vibration, and one electrode connected to the other electrode of the power source for exciting one type of vibration. and a second electrode.

この第2電極は二回路選択スイッチを介して第1電極に
接続される。
This second electrode is connected to the first electrode via a two-circuit selection switch.

第2電極は選択スイッチを介して直接に接続することも
できれば、インバータや変圧器を更に介して接続するこ
ともできる。
The second electrode can be connected directly via a selection switch or further via an inverter or transformer.

モータの四つの電極のうち、二つの電極は一つの形式の
振動を励振させるために用いられ、電源に接続される。
Of the four electrodes of the motor, two electrodes are used to excite one type of vibration and are connected to a power source.

他の二つの電極は別の形式の振動を励振させるためのも
ので、双極双投の切換スイッチを介して電源に接続され
る。
The other two electrodes are for exciting other types of vibrations and are connected to the power supply via a double-pole, double-throw switch.

圧電素子は負荷に接続される少くとも一つの付加的な電
極を含むことができる。
The piezoelectric element can include at least one additional electrode connected to a load.

ステータの振動子は二層圧電素子を含むことができる。The stator vibrator may include a two-layer piezoelectric element.

この圧電素子は各層内に二つの電極を有し、圧電素子内
に電気的に接続されない2個所の領域を形成する。
The piezoelectric element has two electrodes in each layer, creating two regions within the piezoelectric element that are not electrically connected.

前記層は一つの領域内で一つの向きに分極され、他の領
域内で他の向きに分極される。
The layer is polarized in one direction in one region and in the other direction in another region.

各領域の外部導電被覆は相互に接続される。モータはス
テータに押しつけられる少くとも一つの付加的な電極を
含むことができる。
The outer conductive coatings of each region are interconnected. The motor may include at least one additional electrode pressed against the stator.

ステータを貫通するロータシャフトに、ステータの両側
に対称的に軸心方向に動くことができる二つの回転体を
装着することが可能である。
On the rotor shaft passing through the stator, it is possible to mount two rotary bodies which can be moved axially symmetrically on either side of the stator.

各回転体はたとえば円錐台の形をしており、この回転体
を前記ロータ軸に装着するための穴と溝を有する。
Each rotating body is, for example, in the shape of a truncated cone, and has holes and grooves for mounting the rotating body on the rotor shaft.

二つの回転体はステータの側面に押しつけられる。The two rotating bodies are pressed against the sides of the stator.

ステータには二つの振動子を設けることができる。Two vibrators can be provided in the stator.

各振動子の一端は枢着され、これらの振動子の間には逆
転装置により、一方の振動子の端部に偏倚されるロータ
が配置される。
One end of each oscillator is pivotally mounted, and a rotor is disposed between the oscillators, which is biased toward the end of one oscillator by a reversing device.

逆転装置は電磁石で構成でき、この電磁石の一部は一方
の振動子の端部に装着される。
The reversing device may consist of an electromagnet, a portion of which is attached to the end of one of the oscillators.

ここで開示するモータが発電機として作動させられる場
合には、そのロータはロータを回転させる駆動機に結合
される。
When the motor disclosed herein is operated as a generator, its rotor is coupled to a drive that rotates the rotor.

少なくとも一つの振動子の電極のうち、一つの形式の振
動を励振させる少なくとも一対の電極が、この場合に電
気的負荷に接続される。
At least one pair of electrodes of the at least one vibrator which excites one type of vibration is in this case connected to an electrical load.

第1電極対に属する一つの電極を含む第2電極対は、モ
ータの動作周波数と同じ周波数の交流電源に接続できる
The second electrode pair, which includes one electrode belonging to the first electrode pair, can be connected to an AC power source having the same frequency as the operating frequency of the motor.

別の形式の振動を励振させる第2電極対は、モータの動
作周波数である周波数の交流電源に接続できる。
A second pair of electrodes for exciting another type of vibration can be connected to an alternating current power source at a frequency that is the operating frequency of the motor.

ここで開示する圧電モータは新しい種類の巻線無しモー
タである。
The piezoelectric motor disclosed herein is a new type of windingless motor.

このモータは巻線を持たないから、その製造は簡単で人
手もあまり要しない。
Since this motor has no windings, it is easy to manufacture and does not require much manpower.

更に、この圧電モータは、巻線付モータと比較して、高
価な材料の使用量を減少することが可能である。
Furthermore, this piezoelectric motor can reduce the amount of expensive materials used compared to a wound motor.

これに対応してモータのコストが軽減される。The cost of the motor is correspondingly reduced.

前記した構造の一つを有する圧電モータにより、低出力
モータの定格は十分に改善される。
With a piezoelectric motor having one of the structures described above, the rating of low power motors is significantly improved.

したがって、電磁型交流モータと比較して、IOW以下
の出力の圧電モータの効率は2〜3倍高くなる。
Therefore, compared to an electromagnetic AC motor, the efficiency of a piezoelectric motor with an output below IOW is two to three times higher.

このモータの寸法も小さくなり、平型構造や細長い形に
できる。
The dimensions of this motor are also reduced and can be made into a flat structure or an elongated shape.

この圧電モータで低速モータを構成するのに何らの問題
も生ぜず、したがってこのモータは減速機を必要としな
い。
No problems arise in constructing a low-speed motor with this piezoelectric motor, and therefore this motor does not require a reduction gear.

この圧電モータは大きな始動トルクと小さな慣性モーメ
ントを有することが特徴であり、そのために特性が電磁
型モータよりも優れ、種々のオートメーション装置に使
用すると有利である。
These piezoelectric motors are characterized by a large starting torque and a small moment of inertia, which makes them superior to electromagnetic motors and advantageous for use in various automation devices.

別の有利な点は、この圧電モータを小容量発電機として
使用できることである。
Another advantage is that this piezoelectric motor can be used as a small capacity generator.

この発電機もモータと同項に構造簡単かつ小型で信頼性
が高い。
Similar to the motor, this generator is simple in structure, small in size, and highly reliable.

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図示のモータはベース1(第1図)に対して静止部品す
なわちステータ2と、回転部品すなわちロータ3とを含
む。
The illustrated motor includes a base 1 (FIG. 1), a stationary part or stator 2, and a rotating part or rotor 3.

このロータ3はステータ2に軸受4により装着される。This rotor 3 is attached to the stator 2 by a bearing 4.

このモータは電源5に直接、または移相器6を介して接
続される。
This motor is connected to a power supply 5 either directly or via a phase shifter 6.

この移相器6は必要時にモータの回転方向を電気的に逆
転させるために使用される。
This phase shifter 6 is used to electrically reverse the direction of rotation of the motor when necessary.

ここで開示しているモータでは電力が、圧電装置により
ロータ3の回転という機械的な動力に変換されるので、
このモータを圧電モータと名づけた。
In the motor disclosed here, electric power is converted into mechanical power of rotation of the rotor 3 by a piezoelectric device, so
This motor was named a piezoelectric motor.

ここで開示している圧電モータの十分で必要な特色は、
そのステータ2が少なくとも一つの振動子7(第2.3
.4図)を含み、またはロータ3が少なくとも一つの振
動子7′(第3図)を含み、あるいはステータ2とロー
タ3の両方が少なくとも一つの振動子を含むことである
The sufficient and necessary features of the piezoelectric motor disclosed here are:
The stator 2 is connected to at least one oscillator 7 (second and third
.. 4), or the rotor 3 includes at least one oscillator 7' (FIG. 3), or both stator 2 and rotor 3 include at least one oscillator.

ステータ2の振動子7は圧電素子8を含み、ロータ3の
振動子7′も同様に圧電素子8′を含む。
The vibrator 7 of the stator 2 includes a piezoelectric element 8, and the vibrator 7' of the rotor 3 similarly includes a piezoelectric element 8'.

圧電素子8,8′内の分極の向きを矢印で示す。The direction of polarization within the piezoelectric elements 8, 8' is indicated by arrows.

この明細書では、「振動子」という用語は、機械的なエ
ネルギーを弾性振動の形で貯えることができる、圧電素
子で構成される共鳴器を意味するものである。
In this specification, the term "oscillator" refers to a resonator composed of piezoelectric elements that can store mechanical energy in the form of elastic vibrations.

以下の説明においては、1個または数個の振動子を有す
るステータまたはロータ、したがって1個または数個の
圧電素子を有するステータまたはロータを圧電的に動作
させるものとして説明するが、これはこのようなステー
クまたはロータにおいては逆圧電効果のために電力が機
械的動力に変換されるということを意味する。
In the following description, a stator or rotor with one or several oscillators and thus with one or several piezoelectric elements will be described as piezoelectrically operated. In a conventional stake or rotor, this means that electrical power is converted into mechanical power due to the inverse piezoelectric effect.

ステータまたはロータが振動子を含まないとすると、電
力により機械的な振動は発生されない。
If the stator or rotor does not include a vibrator, no mechanical vibrations are generated by the electrical power.

したがって、振動子を含まないロータまたはステークは
圧電的に受動的である、あるいは単に受動的であると呼
ばれる。
A rotor or stake that does not contain an oscillator is therefore said to be piezoelectrically passive, or simply passive.

圧電モータの容量を大きくするために、ステーク2はい
くつかの振動子7を含み、各振動子の一端はロータ3に
押しつけられる(第4図)。
In order to increase the capacity of the piezoelectric motor, the stake 2 contains several oscillators 7, one end of each oscillator being pressed against the rotor 3 (FIG. 4).

駆動トルクを伝達させるために、ステータ2とロータ3
は互いに押しつけられる。
In order to transmit the driving torque, the stator 2 and rotor 3
are pressed against each other.

ステータ2とロータ3の接触は振動子7,7′の表面に
属する直線に沿って生ずる。
The contact between stator 2 and rotor 3 occurs along a straight line belonging to the surfaces of vibrators 7, 7'.

ロータ3の表面のステーク2に接触する部分が、少なく
とも1本の直線AA(第2図)をロータ3の回転軸を中
心として回転させた時の回転軌跡により形成されるよう
に、少なくともロータ3を形成すると便利である。
At least the rotor 3 is arranged so that the portion of the surface of the rotor 3 that contacts the stake 2 is formed by a rotation trajectory when rotating at least one straight line AA (FIG. 2) about the rotation axis of the rotor 3. It is convenient to form

この要求はロータ3全体がその回転軸を中心とする回転
体として形成される時にも満たされる。
This requirement is also met when the entire rotor 3 is formed as a body of rotation about its axis of rotation.

ここで開示している圧電モータの2種類の大きな基本構
成例をここで説明することにする。
Two major examples of basic configurations of the piezoelectric motors disclosed herein will now be described.

第1の基本構成例によれば、圧電モータは振動子7のホ
ルダ9と(第2図)、軸受4を有するステータ2を含む
According to a first basic configuration example, the piezoelectric motor includes a holder 9 for a vibrator 7 (FIG. 2) and a stator 2 having a bearing 4 .

振動子7は圧電素子8を含む。圧電素子8は板の形をし
ており、この板の両側には電極10.11が設けられる
Vibrator 7 includes piezoelectric element 8 . The piezoelectric element 8 is in the form of a plate, on both sides of which electrodes 10.11 are provided.

電極io、i1の引出しリード12は電源(図示せず)
に接続される。
The lead 12 of the electrodes io and i1 is a power source (not shown)
connected to.

ステータ2は圧力部材13によりロータ3に押しつけら
れる。
The stator 2 is pressed against the rotor 3 by a pressure member 13.

圧力部材13もステータ構造に属する。The pressure member 13 also belongs to the stator structure.

ホルダ9と、圧力部材13と、軸受4とは圧電モータの
ハウジング(図示せず)に装着される。
The holder 9, the pressure member 13 and the bearing 4 are mounted on a housing (not shown) of a piezoelectric motor.

ロータ3は円筒14として形成される。この円筒14は
軸15に装着される。
The rotor 3 is formed as a cylinder 14 . This cylinder 14 is mounted on a shaft 15.

ロータ3はある直線に沿ってステータ2に接触する。The rotor 3 contacts the stator 2 along a certain straight line.

ここで説明している実施例では、ロータ3は圧電的に受
動的であるから、このモータは圧電的に受動的なロータ
あるいは単に受動的なロータを有する圧電モータと呼ぶ
ことにする。
In the embodiment described here, the rotor 3 is piezoelectrically passive, so that the motor will be referred to as a piezoelectrically passive rotor or simply a piezoelectric motor with a passive rotor.

第3図に示す第2の基本構成例によれば、ステータ2と
ロータ3は振動子7,7′をそれぞれ含む。
According to the second basic configuration example shown in FIG. 3, the stator 2 and rotor 3 each include vibrators 7 and 7'.

このモータは圧電的に能動的なロータとステータ、すな
わち単に能動的なロータとステータを有する圧電モータ
と呼ぶことにする。
This motor will be referred to as a piezoelectric motor with a piezoelectrically active rotor and a stator, or simply a piezoelectric motor with an active rotor and stator.

能動的なロータとステータを有する圧電モータのここで
説明する構造では、ロータ3の振動子7′は円板形の圧
電素子8′で構成される。
In the structure described here of a piezoelectric motor with active rotor and stator, the vibrator 7' of the rotor 3 is constituted by a disc-shaped piezoelectric element 8'.

この圧電素子8′の電極IQ’、11’は引出しリード
12′およびブラシ17を介して電源に接続される。
Electrodes IQ' and 11' of this piezoelectric element 8' are connected to a power source via a lead 12' and a brush 17.

ステータ2の振動子γは圧電素子8を含む。The vibrator γ of the stator 2 includes a piezoelectric element 8 .

この圧電素子8は圧力部材13により、ロータ3にライ
ニング18を介して押しつけられる。
This piezoelectric element 8 is pressed against the rotor 3 via a lining 18 by a pressure member 13 .

軸受4と、圧力部材13と、ブラシ17とはステータ2
のボデーに取りつけられる。
The bearing 4, the pressure member 13, and the brush 17 are connected to the stator 2.
can be attached to the body of

圧電モータに対して課される要求に従って、ステータと
ロータは種々の構造にできる。
Depending on the requirements placed on the piezoelectric motor, the stator and rotor can be of various constructions.

たとえば、振動子7(第5,6図)と軸受4がステータ
2のサポート19に装着され、振動子7は絶縁層20を
介してサポート19に固定される。
For example, the vibrator 7 (FIGS. 5 and 6) and the bearing 4 are mounted on a support 19 of the stator 2, and the vibrator 7 is fixed to the support 19 via an insulating layer 20.

この絶縁層20は振動子7をサポート19から音響的に
絶縁する。
This insulating layer 20 acoustically insulates the vibrator 7 from the support 19 .

この絶縁層20を構成する物質は、密度とヤング率の積
が、振動子7の密度とヤング率との積の10分の1以下
である物質であれば、どのような固体物質でも使用でき
る。
The material constituting this insulating layer 20 can be any solid material as long as the product of its density and Young's modulus is one-tenth or less of the product of the density and Young's modulus of the vibrator 7. .

そのような物質としてはゴム、コルク、木などがある。Such materials include rubber, cork, and wood.

第5,6図に示す圧電モータは厚さが約0.5゜の絶縁
層を有し、このモータは満足すべき特性を示す。
The piezoelectric motor shown in FIGS. 5 and 6 has an insulating layer with a thickness of approximately 0.5 DEG, and the motor exhibits satisfactory characteristics.

サポート19からの振動子7の音響絶縁性が良いと、圧
電モータの効率が高くなる。
Good acoustic insulation of the vibrator 7 from the support 19 increases the efficiency of the piezoelectric motor.

この圧電モータの効率は、実験データと計算データによ
れば、LOW以下の容量では、従来のどのようなモータ
に比べてもその2〜3倍である。
According to experimental and calculated data, the efficiency of this piezoelectric motor is two to three times higher than any conventional motor at capacities below LOW.

この圧電モータの特性とパラメータは振動子の構造に大
幅に依存する。
The characteristics and parameters of this piezoelectric motor depend to a large extent on the structure of the vibrator.

縦振動、ラジアル振動、曲げ振動、すべり振動、捩れ振
動、およびこれらの振動を種々に組合わせた振動を行う
振動子の構造は周知である(たとえば菊地喜充編「超音
波変換器J1969年コロナ社発行、を参照)。
The structures of vibrators that perform longitudinal vibration, radial vibration, bending vibration, sliding vibration, torsional vibration, and various combinations of these vibrations are well known (for example, "Ultrasonic Transducer J 1969 Corona," edited by Yoshimitsu Kikuchi, published by the company).

前記したような構造の振動子では、音響振動がいくつか
の方向に同時に励振される。
In a vibrator having the structure described above, acoustic vibrations are simultaneously excited in several directions.

すなわち、振動子7が板状の時には(第2,3図)、振
動はプレートの縦方向に励振されると同時に、その幅と
厚み方向にも生ずる。
That is, when the vibrator 7 is plate-shaped (FIGS. 2 and 3), vibrations are excited not only in the longitudinal direction of the plate, but also in the width and thickness directions.

振動子7,7′が円板(第3図)の時には、振動は円板
の厚み方向と、円筒の母線方向にラジアル状に同時に励
振される。
When the vibrators 7, 7' are disks (FIG. 3), vibrations are simultaneously excited radially in the thickness direction of the disks and in the generatrix direction of the cylinder.

また、機械的な弾性波が上記の方向に伝播する。Additionally, mechanical elastic waves propagate in the above direction.

機械的振動の半波の数値の整数部が上記方向のうちの一
つの方向における寸法に一致するような寸法を振動子が
持つとすると、機械的振動の共振が生ずる。
If the vibrator has dimensions such that the integral part of the numerical value of the half-wave of the mechanical vibration corresponds to the dimension in one of the above-mentioned directions, resonance of the mechanical vibration will occur.

この方向の寸法が半波を一つ収めるような寸法だとする
と、第1高調波が関係し、二つの半波を含むような寸法
であれば第2高調波が関係し、三つの半波を含むような
寸法であれば第3高調波が関係する。
If the dimension in this direction is such that it accommodates one half wave, then the first harmonic is involved, and if the dimension is such that it includes two half waves, the second harmonic is involved, and it includes three half waves. If the dimensions are as follows, the third harmonic is involved.

以下同様に含まれる高調波の数に対応する高調波が関係
する。
Similarly, the harmonics corresponding to the number of included harmonics are related.

その他に、振動子では寄生振動も励振される。In addition, parasitic vibrations are also excited in the vibrator.

寄生振動は、このモータの動作に必要な振動(以下、動
作振動と呼ぶ)の電気機械的な結合係数を小さくする。
Parasitic vibrations reduce the electromechanical coupling coefficient of vibrations necessary for the operation of the motor (hereinafter referred to as operational vibrations).

したがって、振動子においては、たとえば円筒形の母線
に沿って伝播する動作振動すなわち捩れ振動と縦振動の
他に、たとえば寄生ラジアル振動のような寄生振動も励
振される。
Therefore, in the vibrator, in addition to operational vibrations, that is, torsional vibrations and longitudinal vibrations, which propagate along the cylindrical generating line, parasitic vibrations such as parasitic radial vibrations are also excited.

したがって、たとえば縦振動型振動子のことについて述
べる時には、縦振動だけが動作振動であることを意味す
る。
Therefore, for example, when talking about a longitudinal vibration type vibrator, it is meant that the longitudinal vibration is the only operational vibration.

ステータ2には縦振動型振動子(第2 、4 、5゜6
図)や、縦振動と曲げ振動を同時に行う振動子(第7図
)、もしくは捩れ振動と縦振動を同時に行う振動子(第
8図)を使用すると便利である。
The stator 2 has vertical vibration type vibrators (2nd, 4th, 5°6
It is convenient to use a vibrator that performs longitudinal vibration and bending vibration simultaneously (Fig. 7), or a vibrator that performs torsional vibration and longitudinal vibration simultaneously (Fig. 8).

しかし、ステータ2の振動子7で縦振動とラジアル振動
を同時に発生すること(第9図)、振動子が板状である
構造においては(第10図)、ステータ2は縦振動とす
べり振動を発生する振動子7を含む。
However, if the vibrator 7 of the stator 2 generates longitudinal vibration and radial vibration at the same time (Fig. 9), and if the vibrator has a plate-like structure (Fig. 10), the stator 2 will generate both longitudinal vibration and sliding vibration. It includes a vibrator 7 that is generated.

ロータ3の振動子7′はラジアル振動型振動子とするこ
とができる(第3図)。
The vibrator 7' of the rotor 3 can be a radial vibrator (FIG. 3).

高い電源周波数を与えるためには、ロータ3の振動子7
′をすべり振動型振動子とする(第11図)。
In order to provide a high power frequency, the vibrator 7 of the rotor 3
' is a sliding type vibrator (Fig. 11).

捩れ振動を行う振動子では電源周波数が低いのに対して
、すべり振動と縦振動を行う振動子では電源周波数は高
い。
A vibrator that performs torsional vibration has a low power supply frequency, whereas a vibrator that performs shear vibration and longitudinal vibration has a high power frequency.

受動ロータ2(第2.4,5.6図)を有する圧電モー
タ(このモータでは一つの方向にただ1種類の音響振動
しか発生されない)は電気的に反転できない。
A piezoelectric motor with a passive rotor 2 (FIGS. 2.4, 5.6), in which only one type of acoustic vibration is generated in one direction, cannot be electrically reversible.

すなわち、ロータの回転方向は引出しリードの切換えに
よっては逆転できない。
That is, the rotational direction of the rotor cannot be reversed by switching the drawer lead.

したがって、そのようなモータは非可逆モータと呼ばれ
る。
Therefore, such motors are called non-reversible motors.

しかし、能動ロータおよび能動ステータを有するモータ
(第3.11.12図)、および振動子7が2種類の振
動を同時に発生するモータ(第7.8.10図)は可逆
モータである。
However, motors with an active rotor and an active stator (Fig. 3.11.12) and motors in which the vibrator 7 generates two types of vibration simultaneously (Fig. 7.8.10) are reversible motors.

その理由は、それらのモータでは引出しリードの切換え
によりロータ3の回転方向を逆にすることができるから
である。
The reason is that in these motors, the direction of rotation of the rotor 3 can be reversed by switching the pull-out lead.

励振される振動の方向と、振動の伝播方向を考慮に入れ
ると、音響エネルギー損失を最少にして、かつ実際上任
意の固体を用いて振動子γをステータ2のサポート19
に固定できる。
Taking into account the direction of the vibrations to be excited and the direction of propagation of the vibrations, the vibrator γ can be mounted on the support 19 of the stator 2 with a minimum of acoustic energy loss and using practically any solid material.
It can be fixed to

したがって、たとえば、振動子7がサポート19の少な
くとも振動速度最低の点に装着される(第12図)(G
Therefore, for example, the vibrator 7 is attached to the support 19 at least at the point where the vibration velocity is lowest (FIG. 12) (G
.

V、 Katz編「磁気装置および誘電体装置(Mag
netic and Dielectric Devi
ces ) J1964年ENERGIYA出版社(モ
スクワ)発行、を参照)。
Magnetic and dielectric devices (Mag.
netic and dielectric device
ces) J1964, published by ENERGIYA Publishing House (Moscow), see ).

縦振動、すべり振動および捩れ振動の場合には、振動速
度最低の点は、振動子の動作周波数を定める寸法により
除することができる距離により隔てられる。
In the case of longitudinal, shear and torsional vibrations, the points of minimum vibration velocity are separated by a distance that can be divided by the dimension that defines the operating frequency of the transducer.

動作周波数を定める寸法は音波の伝播方向に沿って測ら
れ、量的の発振速度最低点は振動子の端部から、次式で
与えられる距離Sの点である。
The dimension that determines the operating frequency is measured along the propagation direction of the sound wave, and the quantitative lowest point of oscillation speed is a point at a distance S given by the following equation from the end of the vibrator.

ここに、Sは周波数を定める寸法、nは縦振動の高調波
の数である。
Here, S is a dimension that determines the frequency, and n is the number of harmonics of longitudinal vibration.

曲げ振動の場合には、振動速度の最初の最低点は振動棒
の端部から距離Sだけ離れた点である。
In the case of bending vibrations, the first minimum point of the vibration velocity is a distance S from the end of the vibrating rod.

この距離Sは次式から近似的に計算できる。This distance S can be approximately calculated from the following equation.

ここにn′は曲げ振動の高調波の一連数である。Here, n' is the number of harmonics of bending vibration.

したがって、振動速度最小領域への振動子の装着は方形
ホルダ9(第2図)またはフレーム形ホルダ(第12図
)により行うことができる。
Therefore, the vibrator can be mounted in the minimum vibration velocity region using the rectangular holder 9 (FIG. 2) or the frame-shaped holder (FIG. 12).

ステータ2の振動子7はたとえば接着剤によりホルダに
固定できる。
The vibrator 7 of the stator 2 can be fixed to the holder using adhesive, for example.

圧電素子8に加えて、ステータ2の振動子7にも十分な
耐摩耗性を有する非圧電性物質で作られるライニング1
8が設けられる。
In addition to the piezoelectric elements 8, the lining 1 is also made of a non-piezoelectric material with sufficient wear resistance for the vibrator 7 of the stator 2.
8 is provided.

ライニング18は圧電素子に結合されて、ロータ3とス
テータ2との間の音響接触を確実に行わせる。
The lining 18 is coupled to piezoelectric elements to ensure acoustic contact between the rotor 3 and the stator 2.

このライニングを使用することにより、圧電モータの寿
命が数倍になる。
By using this lining, the life of the piezoelectric motor is increased several times.

すなわち、硬質合金ライニングを有する圧電モータの寿
命は2000時間以上である。
That is, the life of a piezoelectric motor with a hard metal lining is more than 2000 hours.

しかし、100時間の寿命で十分な場合の用途では、圧
電素子8または8′だけをそれぞれ含むステータ2とロ
ータ3の振動子7または7′を持つことにより、モータ
の部品数を減少させることができる(第4,5,6,7
,8,9,10.12図)。
However, in applications where a life of 100 hours is sufficient, it is possible to reduce the number of parts in the motor by having the oscillators 7 or 7' of the stator 2 and rotor 3 each containing only a piezoelectric element 8 or 8'. Can be done (4th, 5th, 6th, 7th)
, 8, 9, 10.12).

ステータ2の振動子7(第3図)の摩耗力ルータ3の振
動子の摩耗よりもかなり大きい場合には、たとえば能動
ロータと能動ステータを有する圧電モータにおいては、
ステータ2に耐摩耗性ライニング18を装着すると便利
である。
If the wear force on the vibrator 7 (FIG. 3) of the stator 2 is considerably greater than the wear on the vibrator of the router 3, for example in a piezoelectric motor with an active rotor and an active stator,
It is convenient to equip the stator 2 with a wear-resistant lining 18 .

ロータ3の振動子7′はロータ3の軸15の振動速度最
低領域に固定される圧電素子8′の形をとる。
The vibrator 7' of the rotor 3 takes the form of a piezoelectric element 8' which is fixed in the lowest vibration velocity region of the shaft 15 of the rotor 3.

ライニング18は圧電素子8と確実に最大限の結合がで
きるような形状にする。
The lining 18 is shaped to ensure maximum coupling with the piezoelectric element 8.

これは、たとえばライニング18を圧電素子8の端部ば
かりでなく、板状圧電素子8の一方の側面(第13図a
)、または両面(第13図b)に取りつけることにより
行うことができる。
This means that, for example, the lining 18 is attached not only to the end of the piezoelectric element 8, but also to one side of the plate-like piezoelectric element 8 (FIG. 13a).
), or by attaching it to both sides (Fig. 13b).

ライニング18をくちばしの形に作れば(第13図C)
、圧電モータの駆動トルクは多少大きくなる。
If the lining 18 is made in the shape of a beak (Fig. 13C)
, the drive torque of the piezoelectric motor becomes somewhat larger.

圧電モータの設計を選択する場合には、振動子の種類ば
かりでなく、その形を選択することも必要である。
When selecting a piezoelectric motor design, it is necessary to select not only the type of vibrator but also its shape.

製造上の見地からは、振動子の最も効率的な形状は長方
形板である(第2 、3 、4 、5゜6.7,10.
12図)。
From a manufacturing standpoint, the most efficient shape of the transducer is a rectangular plate (2nd, 3rd, 4th, 5°6.7, 10th...
Figure 12).

しかし、モータの効率を高くするためには、ステータ2
の振動子7は横断面の面積が次第に小さくなる棒、また
は厚みが段階的に変化する板にする(第14図)。
However, in order to increase the efficiency of the motor, the stator 2
The vibrator 7 is made of a rod whose cross-sectional area gradually becomes smaller, or a plate whose thickness changes step by step (FIG. 14).

ロータ3は振動子7の横断喬面積が最少である端部に接
触する。
The rotor 3 contacts the end of the vibrator 7 where the cross-sectional area is the smallest.

モータ全体の寸法を小さくするために、ステータ2の振
動子7をらせん回転体として作ることができる。
In order to reduce the overall dimensions of the motor, the oscillator 7 of the stator 2 can be made as a helical rotor.

ロータ3はこのらせん回転体の端部間に受けられる(第
15図)。
The rotor 3 is received between the ends of this helical rotor (FIG. 15).

第15図では破線はロータ3を挿入する前のらせん回転
体の形を示す。
In FIG. 15, the broken line shows the shape of the helical rotating body before the rotor 3 is inserted.

圧電モータの寸法を小さくし、捩れ振動、ラジアル振動
およびすべり振動を用いることにより動作周波数範囲を
拡げるために、ステータ2の振動子7(第8,9図)ま
たはロータ3の振動子71(第11.14図)の形を中
空円筒形にする。
In order to reduce the dimensions of the piezoelectric motor and increase the operating frequency range by using torsional, radial and sliding vibrations, it is possible to use the oscillator 7 of the stator 2 (Figs. 8 and 9) or the oscillator 71 of the rotor 3 (Figs. 11. Make the shape shown in Figure 14 into a hollow cylinder.

中空円筒形をするロータ3の構造は平型構造とすべき圧
電モータ、すなわち、高さが直径よりもかなり小さい圧
電モータ(第11図)に特に適する。
The hollow cylindrical construction of the rotor 3 is particularly suitable for piezoelectric motors which are to be of flat construction, ie whose height is considerably smaller than the diameter (FIG. 11).

振動子の上記のような構造は採用可能な振動子を総て示
すものではなく、主なものと考えるべきである。
The above-mentioned structure of the vibrator does not indicate all possible vibrators, but should be considered as the main types.

これらは変形した時に、圧電モータのシャフトに加えら
れる動力や、回転速度、効率のようなモータの主な定格
をあまり大きく変えないようなものである。
These are such that, when deformed, they do not significantly change the power applied to the piezoelectric motor's shaft, or the main ratings of the motor, such as its rotational speed or efficiency.

したがって、円筒形が少し歪んでテーパー状になると、
ロータとステータの接触線に沿う種々の点における直線
速度が変化する。
Therefore, if the cylindrical shape is slightly distorted and tapered,
The linear velocity at various points along the rotor-stator contact line changes.

そのために動作中に騒音が生じ、モータの定格が悪影響
を受ける。
This creates noise during operation and adversely affects the motor rating.

耐摩耗性ライニング18の取りつけを振動子の形の変化
と考えてはならない。
The installation of the wear-resistant lining 18 must not be considered as a change in the shape of the transducer.

その理由は、ライニングが変形しても振動子の元の形を
最適化するためのものではなく、ライニング18と圧電
素子8とをより強力に連結させるために必要であるにぎ
ないからである。
The reason for this is that the deformation of the lining does not serve to optimize the original shape of the vibrator, but is only necessary to create a stronger connection between the lining 18 and the piezoelectric element 8.

圧電素子8または8′が中空円筒状である圧電モータが
、底を有する薄壁スリーブ状のライニング18(第1L
’14図を持つと便利である。
A piezoelectric motor in which the piezoelectric element 8 or 8' is hollow cylindrical has a thin-walled sleeve-like lining 18 (first L) with a bottom.
It is convenient to have 14 diagrams.

ライニング18は接着剤、ハンダ、またはその他の適当
な手段により圧電素子8または8′に固定して、ライニ
ング18と圧電素子8または8′を音響的に良好に結合
させる。
The lining 18 is fixed to the piezoelectric element 8 or 8' by adhesive, solder, or other suitable means to provide a good acoustical coupling between the lining 18 and the piezoelectric element 8 or 8'.

上記の振動子の形は最も簡単なものである。The above vibrator shape is the simplest.

圧電素子8も同様に簡単な形とすると便利であり、更に
、振動子の形を複製したものとすると便利である。
It is convenient if the piezoelectric element 8 is similarly simple in shape, and furthermore, it is convenient if it is a replica of the shape of the vibrator.

すなわち、圧電素子8と8′は長方形板(第2,3,4
,5,6,7,10,12図)、または横断面の面積が
次第に減少するバー、たとえば段つき板(第14図)、
中空円筒(第8,9゜11.14図)または円板(第3
.lL12図)等とすると便利である。
That is, the piezoelectric elements 8 and 8' are rectangular plates (second, third, fourth
, 5, 6, 7, 10, 12), or a bar with a gradually decreasing cross-sectional area, such as a stepped plate (Fig. 14),
Hollow cylinder (Fig. 8,9゜11.14) or disk (Fig. 3)
.. It is convenient to use 1L12 figure) etc.

実際には、出力電圧が1〜50ボルトである乾電池また
は蓄電池により供給されるような比較的低い電圧で動作
する圧電モータが必要である。
In practice, piezoelectric motors are required that operate at relatively low voltages, such as those supplied by dry cells or accumulators, with an output voltage of 1 to 50 volts.

そのような圧電モータでは厚さ方向のすべり振動と縦振
動を行うステータ2の振動子7を使用できる(第10図
)。
In such a piezoelectric motor, a vibrator 7 of the stator 2 that performs sliding vibration in the thickness direction and longitudinal vibration can be used (FIG. 10).

この振動子7の圧電素子8は、その層22の中間に電極
21を有する2層プレートの形である。
The piezoelectric element 8 of this vibrator 7 is in the form of a two-layer plate with an electrode 21 between its layers 22.

ステータ2の板状振動子7(第16のにおいては、圧電
素子8の一方の電極11の表面に金属層23が音響的に
結合されて、振動子8の強度を強める。
A metal layer 23 is acoustically coupled to the surface of one electrode 11 of the piezoelectric element 8 to strengthen the strength of the vibrator 8.

振動子の種類と、その形と、圧電素子の形が選択される
と、選択された振動形式を励振するのに必要な方法を決
定することが必要である。
Once the type of vibrator, its shape, and the shape of the piezoelectric element have been selected, it is necessary to determine the method necessary to excite the selected type of vibration.

これは物質の分極の向きと、圧電素子の電極配置と、そ
れらの電極の電気的接続とを選択することにより行われ
る。
This is done by selecting the polarization direction of the material, the electrode arrangement of the piezoelectric element, and the electrical connection of those electrodes.

先に説明したように、図中の矢印は分極の向きを示すた
めに使用される。
As explained above, arrows in the figures are used to indicate the direction of polarization.

しかし、中空円筒状・圧電素子の場合に矢印で示される
分極の向きは真であり、圧電素子が任意の方向に分極で
きる物質のような強誘電極セラミック材料で作られてい
る場合にだけ向きを有する。
However, the direction of polarization shown by the arrow in the case of a hollow cylindrical piezoelectric element is true, and only if the piezoelectric element is made of a ferroelectrode ceramic material, such as a material that can be polarized in any direction. has.

圧電セラミックスは圧電結晶よりも安価であるから、圧
電モータのコストの面からは圧電セラミックスの方が実
用的には好ましい。
Since piezoelectric ceramics are cheaper than piezoelectric crystals, piezoelectric ceramics are practically preferable in terms of the cost of piezoelectric motors.

一方、結晶性圧電体は一般に圧電特性が良い。On the other hand, crystalline piezoelectric materials generally have good piezoelectric properties.

したがって、圧電モータの電気的定格に対する要求の方
がコストに対する要求よりも重要である場合には、円板
形および板状の振動子の圧電素子には結晶物質を使用す
ることが望ましい。
Therefore, if the requirements for the electrical rating of the piezoelectric motor are more important than the requirements for cost, it is desirable to use crystalline materials for the piezoelectric elements of the disk-shaped and plate-shaped vibrators.

強誘電性の部類に入らない圧電物質の中で、水晶は高い
機械的強度と、高い機械的品質係数とを示す。
Among piezoelectric materials that do not fall into the ferroelectric category, quartz exhibits high mechanical strength and a high mechanical quality factor.

したがって、高い比出力と高い効率を持たねばならない
圧電モータには水晶を使用すると便利である。
Therefore, it is convenient to use quartz crystals for piezoelectric motors that must have high specific power and high efficiency.

前記した振動子の形と圧電素子の形は、それ自体では振
動子で励振される音響振動の種類を明確に決定するもの
ではない。
The shape of the vibrator and the shape of the piezoelectric element described above do not in themselves clearly determine the type of acoustic vibration excited by the vibrator.

振動子を完全に説明するためには、圧電素子を分極させ
る方法、電極の取りつけ方法と接続方法を知ることが必
要である。
To fully explain the vibrator, it is necessary to know how to polarize the piezoelectric element, how to attach and connect the electrodes.

分極の向きは分極の平均化されたベクトルと電極との間
の角度により特徴づけられる。
The direction of polarization is characterized by the angle between the averaged vector of polarization and the electrode.

したがって、圧電素子がその電極に対して垂直に分極さ
れているということは、電界がそれらの電極の間に加え
られているとすると、各点における電界ベクトルの向き
は、その点における分極ベクトルの向きに一致すること
を意味する。
Therefore, a piezoelectric element is polarized perpendicular to its electrodes, which means that if an electric field is applied between those electrodes, the direction of the electric field vector at each point is the polarization vector at that point. It means to match the direction.

一方、分極ベクトルが圧電素子の各点における電界のベ
クトルに対して垂直だとすると、圧電素子は電極に平行
に分極されているということができる。
On the other hand, if the polarization vector is perpendicular to the electric field vector at each point of the piezoelectric element, then the piezoelectric element can be said to be polarized parallel to the electrodes.

縦振動と曲げ振動を励振するためには、圧電素子の少く
とも一部をその電極に対して垂直に分極すべきである。
In order to excite longitudinal and bending vibrations, at least a portion of the piezoelectric element should be polarized perpendicular to its electrodes.

板状、円板状、中空円筒状、らせん状圧電素子の場合に
は、電極に垂直な分極は厚み方向分極と呼ぶこともでき
る(第2.3,4゜5.12,14,15.16図)。
In the case of plate-shaped, disk-shaped, hollow cylindrical, and spiral piezoelectric elements, polarization perpendicular to the electrodes can also be called thickness direction polarization (2.3, 4°, 5.12, 14, 15. Figure 16).

すべり振動と捩れ振動を振動させるためには、圧電素子
の少なくとも一部をその電極に平行に分極すべきである
In order to vibrate shear and torsional vibrations, at least a portion of the piezoelectric element should be polarized parallel to its electrodes.

したがって圧電素子8の一部は電極11.21に平行に
分極されて(第8図)、円筒の高さに沿う縦振動を励振
し、他の部分は電極10.21に平行に分極されて捩れ
振動を励振する。
Therefore, a part of the piezoelectric element 8 is polarized parallel to the electrode 11.21 (FIG. 8), exciting longitudinal vibrations along the height of the cylinder, and the other part is polarized parallel to the electrode 10.21. Excite torsional vibration.

圧電素子の分極の以上説明した例は、圧電素子の分極の
総ての可能なやり方を示すものではない。
The above-described examples of polarization of a piezoelectric element do not represent all possible ways of polarizing a piezoelectric element.

しかし、そのような分極方法の総ては知られており、以
下に述べるような主な原理で特徴づけることができる。
However, all such polarization methods are known and can be characterized by the main principles described below.

1、振動子の圧電素子の入力インピーダンスの値が大き
くなると、電界が加えられる電極10と11(第17図
)の間の距離りが大きくなる。
1. As the value of the input impedance of the piezoelectric element of the vibrator increases, the distance between the electrodes 10 and 11 (FIG. 17) to which the electric field is applied increases.

したがって、第17図に示す3種類の構造のうち、最低
インピーダンスは第17図aに示す構造から得られ、最
高インピーダンスは第17図Cに示す構造から得られる
Therefore, among the three types of structures shown in FIG. 17, the lowest impedance is obtained from the structure shown in FIG. 17a, and the highest impedance is obtained from the structure shown in FIG. 17C.

ある単体がその厚み方向に分極された場合には、圧電素
子の入力インピーダンスは、圧電素子8(第18図)を
部分24に分割し、それらの部分24を直列に接続する
ことにより高くすることができる。
If a single element is polarized in its thickness direction, the input impedance of the piezoelectric element can be increased by dividing the piezoelectric element 8 (FIG. 18) into parts 24 and connecting the parts 24 in series. I can do it.

しかし、この直列接続は総ての部分において機械的歪み
が同じ一般的な向きを有する時だけ有効である。
However, this series connection is only effective if the mechanical strains in all parts have the same general orientation.

高調波の次数が2またはそれよりも大きい時には(第1
9,20図)、機械的な歪みはその向きを周期的に変化
し、その時に機械的歪みの最低点を通過する(図面では
機械的歪みのプレートの縦方向分布を破線で示す)。
When the harmonic order is 2 or higher (1st
9, 20), the mechanical strain periodically changes its orientation, at which time it passes through the lowest point of the mechanical strain (in the figure the longitudinal distribution of the mechanical strain of the plate is indicated by a dashed line).

これは、部分24が並列に接続され、部分24の分極の
向きを変えたり(第19図a)、電極を交差接続するこ
とにより(第19図b)得られることを記憶すべきであ
る。
It should be remembered that this can be obtained by connecting the sections 24 in parallel and changing the polarization direction of the sections 24 (FIG. 19a) or by cross-connecting the electrodes (FIG. 19b).

部分24が直列に接続されると、電極10゜11を分極
の向きを変えることなしにいくつかの部分に分割するだ
けで十分である。
If the sections 24 are connected in series, it is sufficient to divide the electrodes 10.degree. 11 into several sections without changing the direction of polarization.

以上説明した例は圧電素子内でのあらゆる種類の振動の
発生に応用できる。
The example described above can be applied to the generation of all kinds of vibrations within piezoelectric elements.

しかし、曲げ振動の場合にはある独特の特徴を有する。However, bending vibration has certain unique characteristics.

縦変形なしの曲げ変形は、層22が並列に接続され、層
22が厚み方向の一゛つの向きに分極される二層板(第
21図)内で起させることができる。
Bending deformation without longitudinal deformation can occur in a two-layer plate (FIG. 21) in which the layers 22 are connected in parallel and the layers 22 are polarized in one direction through the thickness.

これと同じことは、層22が直列に接続され、それらの
分極が逆向きに生ずる場合にも真である。
The same is true if the layers 22 are connected in series and their polarization occurs in opposite directions.

層22を直列接続すると、並列接続の場合と比較してイ
ンピーダンスは4倍になる。
If the layers 22 are connected in series, the impedance will be four times greater than if they were connected in parallel.

層22が電極により分離されず、縦方向に逆向きに分極
される場合に(第22図)、圧電素子8の入力インピー
ダンスを十分に高くすることができる。
The input impedance of the piezoelectric element 8 can be made sufficiently high if the layers 22 are not separated by electrodes but are oppositely polarized in the longitudinal direction (FIG. 22).

この場合および電極が端面に取りつけられる単−面電極
の場合には(第17図C)、電気エネルギーの機械的エ
ネルギーへの変換効率は最大である。
In this case, and in the case of single-sided electrodes where the electrodes are attached to the end faces (FIG. 17C), the efficiency of conversion of electrical energy into mechanical energy is maximum.

しかし、圧電素子の入力インピーダンスが高いと高い電
源電圧を必要とする。
However, if the input impedance of the piezoelectric element is high, a high power supply voltage is required.

そうするとそのような圧電素子の圧電モータへの応用分
野が狭くなる。
This narrows the field of application of such piezoelectric elements to piezoelectric motors.

圧電素子8を縦方向にいくつかの層22に分割し、それ
らの層を並列接続された電極10.11により分離させ
ることにより、圧電素子8の入力インピーダンスを低く
できる。
By vertically dividing the piezoelectric element 8 into several layers 22 and separating these layers by parallel-connected electrodes 10.11, the input impedance of the piezoelectric element 8 can be reduced.

比較的薄い圧電素子の場合には、プレートの一方の側ま
たは両方の側の表面に電極1o、iiを付着させると便
利である。
In the case of relatively thin piezoelectric elements, it is convenient to attach the electrodes 1o, ii to the surface of one or both sides of the plate.

圧電モータの多数の設計においては、ロータ3は圧力部
材13または13′によりステータ2に押しつけられる
In many designs of piezoelectric motors, the rotor 3 is pressed against the stator 2 by a pressure member 13 or 13'.

圧電モータの最も簡単な構造においては、圧力部材13
は振動子7のサポート19に装着される圧縮スプリング
である。
In the simplest structure of the piezoelectric motor, the pressure member 13
is a compression spring attached to the support 19 of the vibrator 7.

軸受4に加えられる偏倚力を小さくするために、圧力部
材13.13’はステータ2の二つの振動子7、または
ロータ3の振動子7に装着できる。
In order to reduce the biasing forces exerted on the bearing 4 , the pressure elements 13 , 13 ′ can be mounted on the two oscillators 7 of the stator 2 or on the oscillator 7 of the rotor 3 .

圧力部材13 、13’は弾性ガスケットまたはゴムの
組みひもの形で構成できる。
The pressure members 13, 13' can be constructed in the form of elastic gaskets or rubber braids.

軸出力が比較的小さい圧電モーフでは、圧力部材13
、13’は永久磁石で構成できる。
In a piezoelectric morph with a relatively small shaft output, the pressure member 13
, 13' can be composed of permanent magnets.

受動ステータを有する圧電モータと、能動ステークと能
動ロータを有する圧電モーフとにおいて、ステータ3の
圧電素子8′の引出しリードはブラシ17を介して電源
に接続される(第3.11゜12.14図)。
In the piezoelectric motor with a passive stator and the piezoelectric morph with an active stake and an active rotor, the extraction lead of the piezoelectric element 8' of the stator 3 is connected to the power supply via the brush 17 (No. 3.11° 12.14) figure).

通常はブラシ17には整流子25が組合わされる(第3
,14図)。
Usually, the brush 17 is combined with a commutator 25 (a third
, 14).

整流子25はロータ3の軸15に取りつけられる。Commutator 25 is attached to shaft 15 of rotor 3.

あるいは、ブラシ17はロータ3の電極10’、11’
に直接押しつけられる(第11.12図)。
Alternatively, the brush 17 can be used as the electrode 10', 11' of the rotor 3.
(Fig. 11.12).

こうすることにより圧電モータの構造は非常に簡単にな
る。
This greatly simplifies the structure of the piezoelectric motor.

低い電源電圧を受けるために円板形圧電素子8′はいく
つかの層22で作られる(第25図)。
In order to receive low supply voltages, the disc-shaped piezoelectric element 8' is made of several layers 22 (FIG. 25).

層22は電極10’ 、 11’に平行に延び、並列に
接続される。
The layer 22 extends parallel to the electrodes 10', 11' and is connected in parallel.

層22の並列接続はなるべく導電条27により行う。The parallel connection of the layers 22 is preferably carried out by conductive strips 27.

圧電素子8′の円筒面には耐摩耗性セラミック製の薄壁
円筒形ライニング18が固着される。
A thin-walled cylindrical lining 18 made of wear-resistant ceramic is fixed to the cylindrical surface of the piezoelectric element 8'.

ロータ3には整流子25が組合わされ、ロータ3はステ
ータ2の中に受けられる。
A commutator 25 is associated with the rotor 3, and the rotor 3 is received within the stator 2.

ステータ2は中空円筒形をしており、プレート16の一
端は中空円筒の内部に、ロータ3の回転中心軸を中心と
して対称的に固着され、これらのプレート16の両端は
ロータ3の表面に接触する。
The stator 2 has a hollow cylindrical shape, and one end of the plate 16 is fixed inside the hollow cylinder symmetrically about the rotation center axis of the rotor 3, and both ends of the plate 16 are in contact with the surface of the rotor 3. do.

これらのプレート16の固有の弾力によりロータ3とス
テータ2は相互に押し合う。
Due to the inherent elasticity of these plates 16, the rotor 3 and stator 2 are pressed against each other.

受動ステータを有する圧電モータのこの構造は、能動ロ
ータと能動ステータを有する圧電モータ(第14図)の
ロータ3を使用できる。
This construction of a piezoelectric motor with a passive stator can use the rotor 3 of a piezoelectric motor (FIG. 14) with an active rotor and an active stator.

このロータ3は半径方向に分極される中空円筒形をして
おり、その円筒表面には電極10’、11’が付着され
る。
The rotor 3 has a hollow cylindrical shape that is polarized in the radial direction, and electrodes 10' and 11' are attached to the cylindrical surface.

ロータ3は薄壁スリーブ状ライニング18の中に挿入さ
れる。
The rotor 3 is inserted into a thin-walled sleeve-like lining 18.

このような構造の圧電モータにより機械的出力がかなり
増加する。
A piezoelectric motor constructed in this way considerably increases the mechanical power.

この圧電モータを可逆モータとするためには、能動ロー
タ3と能動ステータ2を用いて構成する(第3.11,
12,14,26図)。
In order to make this piezoelectric motor a reversible motor, it is constructed using an active rotor 3 and an active stator 2 (Section 3.11,
12, 14, 26).

第26図に示す構造では、ステータ2は第2高調波で縦
振動するようになっている二つの振動子7で構成される
In the structure shown in FIG. 26, the stator 2 is composed of two vibrators 7 that longitudinally vibrate at the second harmonic.

これらの振動子7の電極10は互いに接続される。Electrodes 10 of these vibrators 7 are connected to each other.

電極11も互いに接続される。高い電圧を与えるために
、ここで開示している構造は中空円筒形振動子7′を含
むロータ3を有する(第14図)。
Electrodes 11 are also connected to each other. In order to provide high voltages, the structure disclosed here has a rotor 3 containing a hollow cylindrical oscillator 7' (FIG. 14).

このロータはステータ2の段つき振動子7を有する圧電
モータのロータ3の形をなるべくとるようにする。
This rotor preferably takes the form of a rotor 3 of a piezoelectric motor with stepped oscillators 7 of a stator 2.

ステータ2とロータ3はステータ2のサポート(図示せ
ず)に装着される圧力部材13により互いに押しつけら
れる。
Stator 2 and rotor 3 are pressed together by a pressure member 13 mounted on a support (not shown) of stator 2.

圧力部材13はステーク2の振動子7のそれぞれの表面
に接触する。
The pressure member 13 contacts the respective surface of the vibrator 7 of the stake 2 .

圧電モータの全体の寸法を小さくし、その軸における出
力を増大させるために、ステータ2の振動子7はロータ
3を対称的に囲む中空円筒形とされる(第27.28図
)。
In order to reduce the overall dimensions of the piezoelectric motor and increase its power on its shaft, the oscillator 7 of the stator 2 is of hollow cylindrical shape, symmetrically surrounding the rotor 3 (FIGS. 27 and 28).

振動子γの圧電素子8も同様に中空円筒形状とされ、そ
の円筒面には電極10.11が付着される。
Similarly, the piezoelectric element 8 of the vibrator γ has a hollow cylindrical shape, and electrodes 10.11 are attached to the cylindrical surface.

分極方向に関する限りは、この圧電素子8は偶数個の領
域に分割される(第28図にはそのような領域が四つあ
る)。
As far as the polarization direction is concerned, this piezoelectric element 8 is divided into an even number of regions (there are four such regions in FIG. 28).

これらの領域を参照番号28.28’で表す。These regions are designated with reference numbers 28.28'.

領域28.28’は厚み方向に分極される。Regions 28, 28' are polarized in the thickness direction.

隣接する各領域対の分極の向きは逆である。The polarization directions of each pair of adjacent regions are opposite.

このような圧電素子8の構造により、領域28.28’
の数に等しい枚数の高調波において、圧電素子8の円周
面に沿う縦振動の共振が行われる(第27.28図に示
す構造では第4高調波が強調される)。
With such a structure of the piezoelectric element 8, the area 28.28'
Resonance of longitudinal vibration along the circumferential surface of the piezoelectric element 8 occurs in the number of harmonics equal to the number of harmonics (in the structure shown in FIGS. 27 and 28, the fourth harmonic is emphasized).

ステータ2からロータへ駆動トルクを伝えるために、中
空円筒形圧電素子の内部には、ロータ3の回転軸に関し
て対称的に、耐摩耗性材料製のライニング18が取りつ
けられる。
In order to transmit the drive torque from the stator 2 to the rotor, a lining 18 made of a wear-resistant material is fitted inside the hollow cylindrical piezoelectric element symmetrically with respect to the axis of rotation of the rotor 3 .

ライニング18の数は領域28.28’の数の半分に等
しい(すなわち、ここで説明している例では2に等しい
)。
The number of linings 18 is equal to half the number of areas 28, 28' (ie equal to 2 in the example described here).

ライニング18の横断面形状を第27図に示すように二
等辺三角形とすると便利である。
It is convenient if the cross-sectional shape of the lining 18 is an isosceles triangle as shown in FIG.

ローダ3の振動子7′はなるべく2枚の円板で構成し、
それらの円板をロータ3の軸15にその長手方向に動く
ように装着する。
The vibrator 7' of the loader 3 is preferably composed of two discs,
These discs are mounted on the shaft 15 of the rotor 3 so as to be movable in its longitudinal direction.

振動子7′は中空円筒状の圧電素子8′を含む。The vibrator 7' includes a hollow cylindrical piezoelectric element 8'.

この圧電素子の円筒面には電極10ζ11′が取りつけ
られ、電極10’、11’に垂直な方向に分極される。
An electrode 10ζ11' is attached to the cylindrical surface of this piezoelectric element, and is polarized in a direction perpendicular to the electrodes 10', 11'.

電極10’、IVはそれぞれ相互に接続される。Electrodes 10' and IV are each connected to each other.

二つの圧電素子8′は逆向きに分極される。The two piezoelectric elements 8' are polarized in opposite directions.

このような構成と、電極10’、11’の接続および圧
電素子8′の分極とが組合わされて、ロータ3の振動子
7′に同相のラジアル振動が発生される。
This configuration, in combination with the connection of the electrodes 10', 11' and the polarization of the piezoelectric element 8', generates in-phase radial vibration in the vibrator 7' of the rotor 3.

a−夕3の振動子7′の側面には圧力部材13′の端部
が装着される。
The end of the pressure member 13' is attached to the side surface of the vibrator 7' of A-3.

この圧力部材はロータ3の振動子γ′をステータ2の振
動子7のライニング18の方へ押す。
This pressure member pushes the oscillator γ' of the rotor 3 towards the lining 18 of the oscillator 7 of the stator 2.

このようにして、ロータ3とステータ2は互いに押し合
う。
In this way, the rotor 3 and stator 2 are pressed against each other.

したがって、ロータ3の二つの振動子7′はステータ2
の振動子7に対称的に配置すべきである。
Therefore, the two oscillators 7' of the rotor 3 are connected to the stator 2.
should be arranged symmetrically to the vibrator 7.

圧電モータにより得られる多くの利点の中に、平型モー
タを作れることがある。
Among the many advantages offered by piezoelectric motors is the ability to create flat motors.

第16図の圧電モータの単純な変形例である平型圧電モ
ータ(第29.30図)は二層圧電板29の形の二つの
振動子7を含むステータ2を有する。
A flat piezoelectric motor (FIG. 29.30), which is a simple variant of the piezoelectric motor of FIG. 16, has a stator 2 containing two oscillators 7 in the form of two-layer piezoelectric plates 29.

各圧電板29はその中心部にロータ3の軸15を貫通さ
せるための穴を有する。
Each piezoelectric plate 29 has a hole in its center through which the shaft 15 of the rotor 3 passes.

軸15にはロータ3の部品26が装着される。A component 26 of the rotor 3 is mounted on the shaft 15.

この部品26は間にステータ2の振動子7を受ける2枚
の円板として形成される。
This component 26 is formed as two disks that receive the vibrator 7 of the stator 2 between them.

これらの円板26は軸15にピン30により取りつけら
れ、それにより円板26は軸15を軸心方向に動くこと
ができる。
These discs 26 are attached to the shaft 15 by pins 30, so that the discs 26 can be moved axially about the shaft 15.

スプリングの形の圧力部材13′が円板26に連結され
て、ロータ3をステータ2に押す力を与える。
A pressure member 13' in the form of a spring is connected to the disc 26 and provides a force pushing the rotor 3 onto the stator 2.

ここで説明している圧電モータでは、ステータ2の振動
子7の圧電素子8は二層プレート29であり(第31図
)、電極11,31が層22の間に取りつけられ、電極
10.21が圧電プレート29の外面に取りつけられる
In the piezoelectric motor described here, the piezoelectric element 8 of the vibrator 7 of the stator 2 is a two-layer plate 29 (FIG. 31), with electrodes 11, 31 mounted between the layers 22 and electrodes 10, 21 is attached to the outer surface of the piezoelectric plate 29.

外部電極10.21と内部電極11゜31は互いに接続
され、かつ電源に接続される。
The outer electrodes 10.21 and the inner electrodes 11.31 are connected to each other and to a power source.

各圧電プレート29はその厚み方向に分極される。Each piezoelectric plate 29 is polarized in its thickness direction.

この分極の方向は圧電プレート29を三つの領域28.
28’、32に分割する。
The direction of this polarization divides the piezoelectric plate 29 into three regions 28.
It is divided into 28' and 32.

電極21.31が取りつけられた領域32はその幅方向
に圧電プレート29の半分を含み、厚み方向に一つの向
きに分極される。
The region 32 to which the electrodes 21.31 are attached includes half of the piezoelectric plate 29 in its width direction and is polarized in one direction in its thickness direction.

電極10.11を有する他の二つの電極28.28’は
圧電プレート29の他の半分を縦方向に二つに分割する
Two other electrodes 28.28' with electrode 10.11 divide the other half of the piezoelectric plate 29 into two longitudinally.

各領域28.28’の層22はその厚み方向に逆向きに
分極され、領域28は互いに逆向きに分極される。
The layer 22 in each region 28, 28' is polarized in opposite directions through its thickness, and the regions 28 are polarized in opposite directions.

電極の配置と接続、およびこの圧電素子の分極の向きは
圧電素子の縦振動の第2高調波を縦方向に発生させ、曲
げ振動の第2高調波を幅方向に発生させる。
The arrangement and connection of the electrodes and the direction of polarization of the piezoelectric element cause the second harmonic of the longitudinal vibration of the piezoelectric element to be generated in the longitudinal direction, and the second harmonic of the bending vibration to be generated in the width direction.

縦振動の共振振動数fnは次式から計算できる。The resonance frequency fn of longitudinal vibration can be calculated from the following equation.

ここにNnはその材料の振動数定数である。Here, Nn is the frequency constant of the material.

曲げ振動の場合には共振振動数fnは次式から近似的に
計算できる。
In the case of bending vibration, the resonance frequency fn can be approximately calculated from the following equation.

β1=1.03−曲げ振動の第1高調波に対して、β2
=2.83−曲げ振動の第2高調波に対して、ここに、
aは圧電素子の厚み、Lは圧電素子の長さ、Eは圧電素
子のヤング率、ρは圧電素子の密度である。
β1 = 1.03 - For the first harmonic of bending vibration, β2
=2.83-For the second harmonic of bending vibration, here:
a is the thickness of the piezoelectric element, L is the length of the piezoelectric element, E is Young's modulus of the piezoelectric element, and ρ is the density of the piezoelectric element.

ここで説明している圧電モータの構造では、ステータ2
の二つの振動子7は同相で励振される。
In the structure of the piezoelectric motor described here, the stator 2
The two oscillators 7 are excited in the same phase.

すなわち、各振動子に生ずるトルクが他の振動子に生ず
るトルクに加え合わされるようにして励振される。
That is, each vibrator is excited such that the torque generated in each vibrator is added to the torque generated in other vibrators.

これは、平行に結合され、分極の向き力釦−タ3の軸1
5に対して垂直で、ステータ2の圧電素子8の中間を延
びる平面BBに関して対称的であるように配置される、
ステータ2の二つの圧電素子8により確実に行われる。
This is coupled in parallel to the axis 1 of the polarization direction force button 3.
arranged symmetrically with respect to a plane BB perpendicular to 5 and extending midway between the piezoelectric elements 8 of the stator 2;
This is ensured by the two piezoelectric elements 8 of the stator 2.

ステータ2の振動子7は、それぞれの圧電素子8の縦方
向第2高調波の縦振動の振動速度が最低である領域にお
いて、圧電素子8に固定されるピン33によりサポート
(図示せず)に装着される。
The vibrator 7 of the stator 2 is supported by a pin 33 (not shown) fixed to the piezoelectric element 8 in a region where the vibration velocity of the longitudinal vibration of the second harmonic in the longitudinal direction of each piezoelectric element 8 is the lowest. It will be installed.

受動ロータ3(第8,10図)を有する電気的に逆転で
きる圧電モータにおいては、振動子1は三つの電極10
.11.21を有する圧電素子8で構成される。
In an electrically reversible piezoelectric motor with a passive rotor 3 (FIGS. 8 and 10), the oscillator 1 has three electrodes 10
.. 11.21.

電極21は2種類の振動を励振させるためのものである
から共通電極と呼ばれ、他の電極10.11は1種類の
振動を励振するためのものである。
The electrode 21 is called a common electrode because it is used to excite two types of vibration, and the other electrodes 10 and 11 are used to excite one type of vibration.

このモータを可逆モータとするために、共通電極21は
電源5(第8図)の一方の電極に接続され、電極10は
電源5の他方の電極に接続される。
In order to make this motor a reversible motor, the common electrode 21 is connected to one electrode of the power source 5 (FIG. 8), and the electrode 10 is connected to the other electrode of the power source 5.

電極11は移相器6と、単極スイッチ34と、変換器3
5を介して、電源5の電極10が接続されている電極に
接続される。
The electrode 11 is connected to a phase shifter 6, a single pole switch 34, and a converter 3.
5 to the electrode to which the electrode 10 of the power source 5 is connected.

変換器35はなるべく変圧器を使用する。The converter 35 preferably uses a transformer.

電極対10と11.21と31を含む圧電モータでは(
第7,31図)、各電極対は振動子7の圧電素子8を一
つの種類の振動だけで振動するから、たとえば電極対1
0と11を双極スイッチ36を介して電源5に接続し、
電極対21と31を電源5に直結して、電極10と11
の電源5への接続を反転させることによ0このモータの
回転の向きを電気的に逆転できる。
In a piezoelectric motor containing electrode pairs 10 and 11, 21 and 31 (
7 and 31), since each electrode pair vibrates the piezoelectric element 8 of the vibrator 7 with only one type of vibration, for example, the electrode pair 1
0 and 11 are connected to the power supply 5 via the bipolar switch 36,
The electrode pairs 21 and 31 are directly connected to the power source 5, and the electrodes 10 and 11 are connected directly to the power source 5.
By reversing the connection of the motor to the power source 5, the direction of rotation of the motor can be electrically reversed.

能動ステータと能動ロータを有する電気的に逆転できる
圧電モータも同様に接続される。
An electrically reversible piezoelectric motor with an active stator and an active rotor is likewise connected.

しかし、両者の違いは電極io’、i1’が接続される
双極スイッチ36が設けられるのに対して、電極10゜
11が電源に直結されることである。
However, the difference between the two is that a bipolar switch 36 is provided to which electrodes io' and i1' are connected, whereas electrodes 10 and 11 are directly connected to the power source.

一般に、圧電モータは直流−交流変換器(第32図)の
回路に接続される。
Generally, the piezoelectric motor is connected to the circuit of a DC-AC converter (Figure 32).

この交流の周波数はモータの共振振動数に等しい。The frequency of this alternating current is equal to the resonant frequency of the motor.

この変換器に帰還回路を設けるためには、少なくとも一
つの電極37を帰還電源として用いると便利である。
In order to provide this converter with a feedback circuit, it is convenient to use at least one electrode 37 as a feedback source.

これを行うために、電極37をトランジスタ38のベー
スに接続する。
To do this, electrode 37 is connected to the base of transistor 38.

このトランジスタ38は帰還回路内の増幅素子である。This transistor 38 is an amplification element within the feedback circuit.

直流電圧変換器においては(第33図)、圧電素子8に
は二つの帰還電極37が設けられる。
In the DC voltage converter (FIG. 33), the piezoelectric element 8 is provided with two return electrodes 37.

この変換器はトランジスタ38を2個用いて構成される
から、第32図に示す回路とは異って、インダクタンス
39を使用しなくても動作できる。
Since this converter is constructed using two transistors 38, it can operate without using an inductance 39, unlike the circuit shown in FIG.

電極対10と11.21と31を有する電気的に逆転で
きる圧電モータ(第7図)は、一つの圧電素子8で動作
できる。
An electrically reversible piezo motor (FIG. 7) with electrode pairs 10, 11, 21 and 31 can be operated with one piezo element 8.

そのような圧電モータυ〕一つの構造においては、ステ
ータ2の振動子7は、二つの独立した電極10.21を
有する二層圧電素子の形をしている。
In one construction of such a piezoelectric motor υ, the oscillator 7 of the stator 2 is in the form of a two-layer piezoelectric element with two independent electrodes 10.21.

層22の各面内では、電極は圧電素子8の中に電気的に
接続されない二つの領域28,32を形成する。
In each plane of the layer 22, the electrodes form two regions 28, 32 in the piezoelectric element 8 that are not electrically connected.

層22の領域32の中における分極は一つの向きに行わ
れ、領域28内における分極は逆向きに行われる。
Polarization within region 32 of layer 22 is in one direction and polarization within region 28 is in the opposite direction.

層22の向い合う外面に設けられる金属被膜は相互に連
結されて電極10.21を形成する。
The metal coatings on the opposing outer surfaces of layer 22 are interconnected to form electrodes 10.21.

ここで説明している圧電素子の構造により、ステータ2
の振動子7を、圧電素子の縦方向に縦振動の第1高調波
で動作させ、かつこの圧電素子の縦方向に曲げ振動のよ
り高次の高調波で動作させることができる。
Due to the structure of the piezoelectric element described here, the stator 2
The vibrator 7 can be operated in the longitudinal direction of the piezoelectric element with the first harmonic of longitudinal vibration, and can be operated in the longitudinal direction of the piezoelectric element with a higher harmonic of the bending vibration.

この圧電モータの構造はいくつかのロータを有する圧電
モータにも採用できる(第34図)。
This piezoelectric motor structure can also be adopted for a piezoelectric motor having several rotors (FIG. 34).

これは、一つのステータ2が同様にこのステータに押し
つけられる少なくとも一つの付加的なロータ40(40
’)に組合わされることを意味する。
This means that one stator 2 is also pressed against this stator by at least one additional rotor 40 (40
').

ステータとロータ3,40,40’を相互に押す力は。What is the force that pushes the stator and rotor 3, 40, 40' towards each other?

圧電モータが組立てられる時に予め曲げられる圧電素子
8の弾性により与えられる。
This is provided by the elasticity of the piezoelectric element 8, which is pre-bent when the piezoelectric motor is assembled.

いくつかのロータを用いることにより、いくつかの負荷
装置へトルクを与えることができる。
By using several rotors, torque can be applied to several load devices.

圧電モータの同様な構造において、ロータ3(第35図
)の二つの部品26はロータ3の軸15に固定される。
In a similar construction of the piezoelectric motor, the two parts 26 of the rotor 3 (FIG. 35) are fixed to the shaft 15 of the rotor 3.

ロータ3は与えられた任意の時点には、ロータ3のそれ
ぞれ一つの部品26によりステータ2のただ一つの側面
に接触する。
At any given time, the rotor 3 contacts only one side of the stator 2 by a respective one part 26 of the rotor 3.

アーム41によりロータ3全体で軸心方向へ移動させる
ことにより、モータの回転の向きを逆転できる。
By moving the entire rotor 3 in the axial direction using the arm 41, the direction of rotation of the motor can be reversed.

この場合にはモータの回転の向きは機械的に逆転される
In this case, the direction of rotation of the motor is mechanically reversed.

これは、アーム41に機械的な力Fを対応する向きに加
えることにより行われる。
This is done by applying a mechanical force F to the arm 41 in a corresponding direction.

しかし、モータを確実に逆転できるようにするために、
ロータ3に交互に接触するステータ2の振動子7の向い
合う端面は、回転の逆方向に一致せねばならない。
However, to ensure that the motor can be reversed,
Opposite end faces of the vibrators 7 of the stator 2 that alternately contact the rotor 3 must correspond in opposite directions of rotation.

これは中空円筒形として作られ、端面に電極10.11
が設けられるステータ2の振動子7により行われる。
It is made as a hollow cylinder and has an electrode 10.11 on the end face.
This is carried out by the vibrator 7 of the stator 2 provided with.

圧電素子8の半分の分極は円筒の縦方向に行われ、圧電
素子の残りは円周方向に電極10.11に平行に分極さ
れる。
The polarization of half of the piezoelectric element 8 takes place in the longitudinal direction of the cylinder, and the remainder of the piezoelectric element is polarized in the circumferential direction parallel to the electrodes 10.11.

圧電モータの最も簡単な構造は、ステータ2の振動子7
が縦振動が励振される板状であるモータの場合に、機械
的に逆転できる。
The simplest structure of a piezoelectric motor is the vibrator 7 of the stator 2.
In the case of a plate-shaped motor in which longitudinal vibration is excited, the rotation can be mechanically reversed.

これは、ピボット42に端部で装着される二つの振動子
7が設けられるステータ2(第36図)により達成され
る。
This is achieved by the stator 2 (FIG. 36) being provided with two oscillators 7 mounted at their ends on pivots 42.

振動子7の両端部の間にはロータ3が受けられる。The rotor 3 is received between both ends of the vibrator 7.

ロータ3は受は部材43により、二つの振動子7のいず
れか一方の振動子のそれぞれの端部に選択的に押される
The rotor 3 is selectively pushed onto each end of one of the two vibrators 7 by the support member 43.

受は部材43は電磁石44を含むことができる。The receiver member 43 may include an electromagnet 44 .

この場合には一方の振動子7の端部には強磁性体で作ら
れたボデー44′が装着される。
In this case, a body 44' made of ferromagnetic material is attached to the end of one vibrator 7.

ボデー44′はモータの回転方向を逆転するために電磁
石44に引きつけられる。
Body 44' is attracted to electromagnet 44 to reverse the direction of rotation of the motor.

電気的に逆転できる圧電モータは、振動子で励振される
振動の位相関係が最適であることを特徴とすることを記
憶すべきである。
It should be remembered that electrically reversible piezoelectric motors are characterized by an optimal phase relationship of the vibrations excited in the vibrator.

したがって、少なくとも一対の電極を移相器6を介して
接続すると便利である。
Therefore, it is convenient to connect at least one pair of electrodes via a phase shifter 6.

これは電極対10と11(第3図)、10と21(第1
0図)、10と11(第31図)により行うことができ
る。
This includes electrode pairs 10 and 11 (Figure 3), 10 and 21 (first
0), 10 and 11 (Fig. 31).

ここで説明している圧電モータでは、他の種類のモータ
と同様にロータとステータの位置を交換できることにも
注意すべきである。
It should also be noted that in the piezoelectric motor described here, the positions of the rotor and stator can be interchanged, as in other types of motors.

これはロータを固定位置に固定しくこれによりロータは
ステータとなる)、ステータを回転させることにより行
われる。
This is done by fixing the rotor in a fixed position (so that the rotor becomes a stator) and rotating the stator.

以前のステータが振動子を含んでいるとすると、ブラシ
を設けることにより以前のステークに電力を供給できる
If the previous stator contained an oscillator, brushes could be provided to power the previous stake.

一方、以前のロータに用いていたブラシは無くすことが
できる。
On the other hand, the brushes used on the previous rotor can be eliminated.

電磁界の相互作用を利用する電動機と同様に、この圧電
モータはロータ3の軸15(第37図)が外部原動機4
5に連結され、少なくとも一つの振動子の少くとも一対
の電極が負荷46に接続された場合に、この負荷46の
端子間に交流電圧が発生されるという意味で可逆系を構
成する。
Similar to electric motors that utilize the interaction of electromagnetic fields, this piezoelectric motor has an axis 15 (FIG. 37) of the rotor 3 connected to the external prime mover 4.
5 and constitutes a reversible system in the sense that when at least one pair of electrodes of at least one vibrator is connected to a load 46, an alternating current voltage is generated between the terminals of the load 46.

このことはここで開示している圧電モータの総ての構造
においてそうであり、したがってこれらの圧電モータが
発電機として運転される場合には、圧電モータは機械的
エネルギーを電気エネルギーへと変換する巻線無しトラ
ンスデユーサとして使用できる。
This is the case in all designs of piezoelectric motors disclosed here, so that when these piezoelectric motors are operated as generators, they convert mechanical energy into electrical energy. Can be used as a transducer without winding.

しかし、電気的に逆転できる圧電モータがここで開示さ
れる総ての構造から選択されるとすると、それらの圧電
モータは電力利用のための実際の発電機として採用でき
る(第38.39.40図)。
However, if electrically reversible piezoelectric motors are selected from all the structures disclosed herein, they can be employed as actual generators for electrical power utilization (Art. 38.39.40). figure).

これを行うために、振動子7の圧電素子8の、ステータ
2ヘロータ3を押しつける力を変化させる振動を励振さ
せる電極対10.21(第38図)は電源5に接続され
、ロータ3を回転させるロータ駆動力を発生させた電極
対11.12が負荷46に接続される。
To do this, the electrode pair 10.21 (FIG. 38), which excites vibrations of the piezoelectric element 8 of the vibrator 7 that changes the force pressing the stator 2 against the rotor 3, is connected to the power source 5 and rotates the rotor 3. The electrode pair 11, 12 which generated the rotor driving force to cause the rotor to move is connected to the load 46.

3本の引出しリードを有する一つの圧電素子8を含む圧
電モータにおいては、電極10と共通電極21は、ロー
タ3がステータ2に押される力を変化させる振動を励振
させ、電極11と共通電極21はロータ3を振動する力
を発生させる。
In a piezoelectric motor including one piezoelectric element 8 having three lead-out leads, the electrode 10 and the common electrode 21 excite vibrations that change the force with which the rotor 3 is pressed against the stator 2, and the electrode 11 and the common electrode 21 generates a force that vibrates the rotor 3.

したがって、この圧電モータが発電機として動作される
時は、電極10と21が電源5に接続され(38図)、
電極11と21は負荷46に接続される。
Therefore, when this piezoelectric motor is operated as a generator, the electrodes 10 and 21 are connected to the power source 5 (Fig. 38),
Electrodes 11 and 21 are connected to a load 46.

四つの電極を有する圧電モータでは(第7.29゜30
図)、電極21と31が負荷46に接続される(第39
図)。
In a piezoelectric motor with four electrodes (No. 7.29°30
), electrodes 21 and 31 are connected to a load 46 (39th
figure).

能動ロータと能動ステータを有する圧電モータにおいて
は(第3.lL12.14.26゜27.28図)、ロ
ータ3の圧電素子8′の電極10’、11’が電源5に
接続され、ステータ2の圧電素子8の電極10.11が
負荷46に接続される(第40図)。
In a piezoelectric motor having an active rotor and an active stator (Fig. 3.1L12.14.26°27.28), the electrodes 10', 11' of the piezoelectric element 8' of the rotor 3 are connected to the power supply 5, and the stator 2 The electrodes 10.11 of the piezoelectric element 8 are connected to a load 46 (FIG. 40).

次に、ここで本発明の圧電モータの動作原理に関連して
摩擦接触部に生じる縦振動と横振動について若干の説明
をしておく。
Next, in connection with the operating principle of the piezoelectric motor of the present invention, some explanation will be given regarding the longitudinal vibration and transverse vibration that occur in the frictional contact portion.

第41図aにおいて、もしボディーAがボディーBに対
してたとえばばねCによって押圧されているものとすれ
ば、音響振動は一方のボディー、たとえばB内に圧縮力
の方向に励振され、ボディーAによってボディーBに加
えられた力は振動の周波数を超える。
In FIG. 41a, if body A is pressed against body B, for example by spring C, acoustic vibrations are excited in one body, for example B, in the direction of the compressive force, and by body A. The force applied to body B exceeds the frequency of vibration.

しかし、もし横方向振動がボディーB内に上記力に関連
して励振された場合(第41図b)、ボディーAによっ
てボディーBに加えられた力は変えられない。
However, if lateral vibrations are excited in body B in relation to the above forces (FIG. 41b), the force exerted on body B by body A is unchanged.

もし、縦方向の振動(第41図a)に加えて、横方向の
音響振動が一方のボディーに、同一周波数ではあるがわ
ずかに位相をずらして励振されると、横方向に向いた成
る一定の力が両ボディー間に発生してボディーBが動く
(第41図C)。
If, in addition to the longitudinal vibrations (Figure 41a), transverse acoustic vibrations are excited in one body at the same frequency but slightly out of phase, the transversely oriented constant A force of is generated between the two bodies, causing body B to move (Figure 41C).

音響振動を垂進運動または回転運動に変換するこの原理
が本発明の圧電モータに応用されている基本原理である
This principle of converting acoustic vibrations into vertical or rotational motion is the basic principle applied to the piezoelectric motor of the present invention.

この原理はさらに2種の基本構成によって実現される。This principle is further realized by two basic configurations.

その第一は、互いに直角な方向の振動が一方のボディー
(AまたはB)に励振されるもの(第41図d)であり
、第二は、振動が両ボディー(AおよびB)に励振され
るもの(第41図C)である。
The first is that vibrations in directions perpendicular to each other are excited in one body (A or B) (Fig. 41d), and the second is that vibrations are excited in both bodies (A and B). (Figure 41C).

ここで開示している分極振動子を有する圧電モータは次
のように動作する。
The piezoelectric motor having a polarized oscillator disclosed herein operates as follows.

圧電モータは交流電流5に接続することによって一連の
動作を開始する訳であるが、ここでは散散ず第2図の圧
電モータについて次の5段陥に分けて説明する。
The piezoelectric motor starts a series of operations by connecting it to an alternating current 5, but without further explanation, the piezoelectric motor shown in FIG. 2 will be explained in the following five steps.

第1段階:リード12を介して電極10.11に与えら
れる交流電圧の、交番する長手方向の変形への変換(第
2a 、2b図)。
First stage: transformation of the alternating voltage applied to the electrode 10.11 via the lead 12 into alternating longitudinal deformations (Figs. 2a, 2b).

この変換によりライニング18が長手方向へ変位させら
れる。
This transformation causes the lining 18 to be displaced in the longitudinal direction.

このエネルギーの変換は圧電材料において明らかなこと
であり、逆圧電効果と呼ばれているものである。
This conversion of energy is evident in piezoelectric materials and is called the inverse piezoelectric effect.

ここで検討中の場合における変換の度合は圧電係数α3
.によって特徴づけられる。
The degree of transformation in the case under consideration is the piezoelectric coefficient α3
.. characterized by

第2段階:第2図に示されたモータにおいて、圧電素子
の端部がロータに当接する(第2c図)。
Second stage: In the motor shown in Figure 2, the end of the piezoelectric element abuts the rotor (Figure 2c).

その結果、圧電素子が回動すると長手方向への変位が可
能になる。
As a result, a longitudinal displacement is possible when the piezoelectric element is rotated.

電界の周波数は圧電素子の長手方向への振動の共振周波
数に近い(すなわち、20000Hzより大きい)。
The frequency of the electric field is close to the resonant frequency of the longitudinal vibration of the piezoelectric element (ie, greater than 20,000 Hz).

ばね式圧電素子方式の振動周波数は数Hzである。The vibration frequency of the spring-type piezoelectric element method is several Hz.

その結果、圧電素子は相対的に高い周波数に対しては「
締め付け」られる。
As a result, the piezoelectric element has a "
be tightened.

すなわち、高い周波数では回転できない。しかし圧電素
子の弾性は有限なので、一定の角度しか回動する(曲が
る)ことができない(第2d図)。
That is, it cannot rotate at high frequencies. However, since the piezoelectric element has finite elasticity, it can only rotate (bend) within a certain angle (Figure 2d).

第3段階:圧電素子の端部における曲がり変形は隣接す
る層を横方向へタイミング良く動かす。
Third stage: The bending deformation at the end of the piezoelectric element moves the adjacent layers laterally in a timely manner.

すなわち、曲げ波は圧電素子の端部から波及し始め(第
2e図参照)、圧電素子の両端部から複数回反射されて
、定在波を発生させる。
That is, the bending wave begins to propagate from the ends of the piezoelectric element (see Figure 2e) and is reflected multiple times from both ends of the piezoelectric element, generating a standing wave.

この結果、圧電素子の端部は、ロータと接触しているが
、長手方向への変位に対して横方向へ幾分の時間的ずれ
を伴って変位されることになる。
As a result, the ends of the piezoelectric elements are in contact with the rotor, but are displaced laterally with some time lag relative to the longitudinal displacement.

第4段階:点A(第2f図)が同じ周波数で相互に直角
の2つの方向に幾分の位相ずれを伴って振動すると、点
Aの動きの軌跡は長円形となる(第2f図)。
Fourth stage: When point A (Figure 2f) vibrates at the same frequency in two mutually perpendicular directions with some phase shift, the trajectory of the motion of point A becomes an ellipse (Figure 2f). .

点Aは位相ずれの符号(方向)によって時計方向あるい
は反時計方向に動くことになる。
Point A moves clockwise or counterclockwise depending on the sign (direction) of the phase shift.

第5段階:圧電素子の端部(点A)が長円形を描いて動
くと、圧電素子の端部は逆の運動をしている間ロータと
の係合から解放されるはずである。
Stage 5: As the end of the piezoelectric element (point A) moves in an oval pattern, the end of the piezoelectric element should be released from engagement with the rotor during the reverse movement.

したがって、圧電素子の端部はロータに回転パルスを与
え、ロータに同じ方向へ後続のパルスを与えるためにロ
ータとの係合から解放され、次に元の状態へ戻る。
Thus, the end of the piezoelectric element imparts a rotational pulse to the rotor, is disengaged from engagement with the rotor to impart a subsequent pulse in the same direction to the rotor, and then returns to its original state.

以上が第2図の圧電モータの基本的な動作原理である。The above is the basic operating principle of the piezoelectric motor shown in FIG.

点Aの動きの軌跡が円形である特別な場合には、前記点
はロータ3に係合し、したがってその回転をそれに伝え
る回転軸を実際に形成する。
In the special case where the trajectory of the movement of point A is circular, said point actually forms an axis of rotation that engages the rotor 3 and thus transmits its rotation to it.

振動の振幅が大きくなると、この「、駆動軸」の直径が
大きくなるから、ロータ3の回転速度が高くなる。
As the amplitude of vibration increases, the diameter of this "drive shaft" increases, so the rotational speed of the rotor 3 increases.

−力、振動数が高くなると、この「駆動軸」の角速度が
高くなり、したがってロータ3の回転速度が高くなる。
- The higher the force, the higher the frequency, the higher the angular velocity of this "drive shaft" and therefore the rotational speed of the rotor 3.

更に、ロータ3の直径が小さくなるとその回転速度は低
くなる。
Furthermore, as the diameter of the rotor 3 decreases, its rotational speed decreases.

したがって、ここで開示している圧電モータの回転速度
はロータ3の寸法に依存するとともに、振動の振幅と振
動数とに比例する。
Therefore, the rotational speed of the piezoelectric motor disclosed here depends on the dimensions of the rotor 3 and is proportional to the amplitude and frequency of the vibrations.

振動の振動数とモータの電源周波数とを制御することに
より、モータの回転速度を1分間当り数回転から数千回
転にすることができる。
By controlling the frequency of vibration and the power supply frequency of the motor, the rotational speed of the motor can be increased from several revolutions per minute to several thousand revolutions per minute.

圧電モータの以上説明した動作原理6まその動作を説明
する唯一のものではない。
The above-described operating principle 6 of the piezoelectric motor is not the only one that explains its operation.

受動ロータを有する圧電モータの動作原理の第2の説明
は押し合い効果すなわちくさび効果である。
A second explanation of the operating principle of piezoelectric motors with passive rotors is the jostling or wedge effect.

この効果はロータ3がたとえば逆時計回りに回転してい
るとロータ3が詰るようになり、ロータ3が時計回りに
回転するとロータ3は詰らなくなる。
This effect is such that when the rotor 3 is rotating counterclockwise, for example, the rotor 3 becomes clogged, and when the rotor 3 rotates clockwise, the rotor 3 is not clogged.

くさび効果はロータ3に押しつけられる振動子7の端部
はトルクを受けて、振動子7自体とロータ3の間の間隙
の中に押し込まれる。
The wedge effect is such that the end of the vibrator 7 that is pressed against the rotor 3 is subjected to a torque and is forced into the gap between the vibrator 7 itself and the rotor 3 .

いいかえれば、横形においては振動子7はロータ3から
多少隔てられ、くさびが両者間の間隙中に挿入される。
In other words, in the horizontal configuration the vibrator 7 is somewhat separated from the rotor 3 and the wedge is inserted into the gap between them.

ロータ3が時計回りに回転すると、くさびは間隙に引き
こまれ、ロータ3が逆時計回りに回転するとくさびは間
隙から引出される。
When the rotor 3 rotates clockwise, the wedge is drawn into the gap, and when the rotor 3 rotates counterclockwise, the wedge is pulled out of the gap.

このくさび効果によって、振動子7の端部がロータ3へ
向って前方へ動くと、摩擦力が振動子の端部の復帰運動
に伴う摩擦力よりもかなり大きくなる。
Due to this wedge effect, when the end of the oscillator 7 moves forward towards the rotor 3, the frictional force is considerably greater than the frictional force associated with the return movement of the end of the oscillator.

このようにしてロータ3は前方へ駆動され、復帰運動中
は振動子7の端部はロータ3の上を滑る。
In this way, the rotor 3 is driven forward, and during the return movement the end of the oscillator 7 slides over the rotor 3.

能動ロータ3と能動ステータ2を有する圧電モータ(第
3図)の動作は全く簡単である。
The operation of the piezoelectric motor (FIG. 3) with active rotor 3 and active stator 2 is quite simple.

この構造では、このモータの圧電素子8においては縦振
動の第2高調波が励振されるから、振動速度の最高値の
一つの振動子のプレートの中心に落ちる。
In this structure, since the second harmonic of longitudinal vibration is excited in the piezoelectric element 8 of this motor, it falls at the center of the plate of one of the vibrators at the highest value of vibration velocity.

したがって、ステータ2に固定されているライニング1
8が水平方向に振動して、駆動トルクパルスをロータ3
に伝える。
Therefore, the lining 1 fixed to the stator 2
8 vibrates in the horizontal direction and sends a driving torque pulse to the rotor 3.
tell to.

ロータ3の圧電素子8′の振動によりロータ3とステー
タ2とが互いに押し合う力が変化させられる。
The vibration of the piezoelectric element 8' of the rotor 3 changes the force with which the rotor 3 and stator 2 are pressed against each other.

ロータ3とステータ2との接触が、ライニング18が右
へ動いた時に起れば、ロータ3は時計方向に回転する。
If contact between the rotor 3 and the stator 2 occurs when the lining 18 moves to the right, the rotor 3 will rotate clockwise.

圧電素子8(または81)のリードを切換えるのに十分
であり、接触はライニング18が左へ動いた時に行われ
るから、ロータ3は逆時計方向に回転する。
It is sufficient to switch the lead of the piezoelectric element 8 (or 81) and the contact is made when the lining 18 moves to the left, so that the rotor 3 rotates counterclockwise.

一つの振動子で2種類の振動が電気的に励振されるよう
になっている圧電モータにおいては、一つの種類の振動
はロータ3をステータ2に押しつける力を変化させ、他
の種類の振動はロータに駆動パルスを伝える。
In a piezoelectric motor in which two types of vibrations are electrically excited by one vibrator, one type of vibration changes the force pressing the rotor 3 against the stator 2, and the other type of vibration changes the force that presses the rotor 3 against the stator 2. Transmits drive pulses to the rotor.

振動子7の中で縦振動と曲げ振動が励振されるような圧
電モータの構造においては(第7図)、曲げ振動がロー
タ3とステータ2が互いに押す力を変化させる。
In a piezoelectric motor structure in which longitudinal vibration and bending vibration are excited in the vibrator 7 (FIG. 7), the bending vibration changes the force with which the rotor 3 and the stator 2 press against each other.

中空円筒の高さに沿う捩れ振動と縦振動を用いる振動子
7を採用する圧電モータの構造においては(第8図)、
縦振動がロータ3とステータ2が互いに押し合う力を変
化させる。
In the structure of a piezoelectric motor that employs a vibrator 7 that uses torsional vibration and longitudinal vibration along the height of a hollow cylinder (Fig. 8),
The longitudinal vibration changes the force with which the rotor 3 and stator 2 press against each other.

縦振動とラジアル振動が励振されるステータ2の振動子
1(第9図)を用いる構造においては、ロータ3をステ
ータ2に押す力を変化させるのは縦振動である。
In a structure using the vibrator 1 (FIG. 9) of the stator 2 that excites longitudinal vibration and radial vibration, it is the longitudinal vibration that changes the force that pushes the rotor 3 against the stator 2.

圧電素子8の厚み方向に縦振動とすべり振動が励振され
る振動子7を有する構造においては(第10図)、ロー
タ3をステータ2へ押す力を変化させるのは縦振動であ
る。
In a structure having a vibrator 7 in which longitudinal vibration and shear vibration are excited in the thickness direction of the piezoelectric element 8 (FIG. 10), it is the longitudinal vibration that changes the force that pushes the rotor 3 toward the stator 2.

ステータ2の振動子7の長さ方向に縦振動が励振され、
振動子7の幅方向に曲げ振動が励振されるような振動子
7を有する構造においては(第29.30図)、ロータ
3をステータ2に押しつける力を変化させるのは曲げ振
動である。
Longitudinal vibration is excited in the length direction of the vibrator 7 of the stator 2,
In a structure having a vibrator 7 in which bending vibration is excited in the width direction of the vibrator 7 (FIGS. 29 and 30), it is the bending vibration that changes the force pressing the rotor 3 against the stator 2.

能動ロータ3と能動ステータ2を有する圧電モータにお
いては、ロータ3とステータ2が互いに押し合う力を変
化させるのは一般にロータ3である。
In a piezoelectric motor having an active rotor 3 and an active stator 2, it is generally the rotor 3 that changes the force with which the rotor 3 and stator 2 press against each other.

したがって、能動ロータ3と能動ステータ2を有する構
造においては(第12.14.27゜28図)、ロータ
3とステータ2が互いに押し合う力はロータ3の、ラジ
アル振動が励振される振動子7′により変化させられる
Therefore, in a structure having an active rotor 3 and an active stator 2 (Figs. 12.14.27 and 28), the force with which the rotor 3 and stator 2 are pressed against each other is due to the force exerted by the oscillator 7 of the rotor 3, where the radial vibrations are excited. ’ can be changed by

ラジアル振動の第3高調波が励振されるステータ2の振
動子7を有する構造においては(第11図)、ロータ3
とステータ2が互いに押し合う力を変化させるのはステ
ータ2の振動子7である。
In the structure including the vibrator 7 of the stator 2 in which the third harmonic of radial vibration is excited (FIG. 11), the rotor 3
It is the vibrator 7 of the stator 2 that changes the force with which the stator 2 and the stator 2 press against each other.

この場合にはラジアル振動の高調波を選択した理由は、
高周波すべり振動を比較的低い振動数のラジアル振動に
一致させる必要があることから説明される。
The reason why we chose harmonics of radial vibration in this case is because
This is explained by the need to match high-frequency shear vibrations with relatively low-frequency radial vibrations.

ステータ2にいくつかの振動子7を装置させた圧電モー
タ(第4図)の動作は、振動子7を一つだけ有する圧電
モータ(第2図)の動作と原理的に違いはない。
The operation of a piezoelectric motor (FIG. 4) in which the stator 2 is equipped with several vibrators 7 is basically the same as the operation of a piezoelectric motor (FIG. 2) having only one vibrator 7.

しかし、モータの出力軸に発生される動力は振動子7の
数に比例して増大し、モータ出力軸において数10W程
度まで増大できる。
However, the power generated at the output shaft of the motor increases in proportion to the number of vibrators 7, and can increase to about several tens of W at the output shaft of the motor.

いくつかのロータ3.40.40’が電源に接続される
構造(第34図)では、圧電モータ全体の効率が高くな
るとともに、振動子7における出力と損失の比も高くな
る。
In the structure (FIG. 34) in which several rotors 3,40,40' are connected to the power supply, the efficiency of the piezoelectric motor as a whole is increased and the ratio of power to loss in the vibrator 7 is also increased.

圧電モータの出力軸に生ずるトルクは、ロータ3とステ
ーク2が互いに押し合う力により、大きな影響を受ける
The torque generated on the output shaft of the piezoelectric motor is greatly influenced by the force of the rotor 3 and the stake 2 pushing against each other.

ロータ3が一つの場所でステータに押しつけられる最も
簡単な構造においては(第5,6図)、圧力部材13に
より発生された力は軸受4へ伝えられるから軸受4の摩
耗は加速される。
In the simplest construction, in which the rotor 3 is pressed against the stator in one place (FIGS. 5 and 6), the force generated by the pressure member 13 is transmitted to the bearing 4, so that the wear of the bearing 4 is accelerated.

円周部を中心に対称的に配置されるいくつかの場所でロ
ータ3がステータ2に接触する構造(第12.15.2
6.27.28.29.30図)においては、ロータ3
から軸受4に作用する総ての力の相互補償のために、軸
受4の摩耗は防止される。
A structure in which the rotor 3 contacts the stator 2 at several locations symmetrically arranged around the circumference (No. 12.15.2)
6.27.28.29.30), rotor 3
Due to the mutual compensation of all the forces acting on the bearing 4 from the bearing 4, wear on the bearing 4 is prevented.

軸受なしで動作する圧電モータに対しては、ロータ3と
ステータ2を3個所で相互に押し合うようにさせるだけ
で十分である。
For piezoelectric motors operating without bearings, it is sufficient to press the rotor 3 and the stator 2 against each other in three places.

軸受4とロータ3の中間で圧力部材13’がシャフト1
5に装着される構造では(第11図)、圧力部材13′
の力はロータ3の回転を多少阻止するように作用する。
A pressure member 13' is connected to the shaft 1 between the bearing 4 and the rotor 3.
5 (FIG. 11), the pressure member 13'
The force acts to prevent the rotation of the rotor 3 to some extent.

この作用は圧力部材13/をロータ3に装着することに
より除去される(第8゜29.30図)、また、ロータ
3に二つの圧力部材13/を装着することによっても前
記作用を除去できる(第27.28図)。
This effect can be eliminated by attaching the pressure member 13/ to the rotor 3 (Fig. 8゜29.30), and also by attaching two pressure members 13/ to the rotor 3. (Fig. 27.28).

可逆圧電モータにおいて2種類の振動が励振される場合
には、駆動トルクの伝達と、ロータとステータが相互に
押し合う力の変化とをそれぞれ行う各振動の位相の間の
最適関係は、必ずしも常に得られるものではない。
When two types of vibrations are excited in a reversible piezoelectric motor, the optimal relationship between the phases of each vibration, which transmits the drive torque and changes the force with which the rotor and stator press against each other, is not necessarily always the case. It's not something you can get.

したがって、この位相関係を補正できるようにするため
には、一つの種類の振動を励振させるために用いられる
電極対11゜21(第8図)を、移相器6を介して電源
に接続すると便利である。
Therefore, in order to be able to correct this phase relationship, it is necessary to connect the electrode pair 11° 21 (FIG. 8) used to excite one type of vibration to the power source via the phase shifter 6. It's convenient.

一般に、ロータとステータが相互に押し合う力の変化に
より消費されるパワーは、ロータ3に加えられる駆動ト
ルクを発生させるために消費される力よりも一般に十分
小さいことを考慮すれば、移相器6をロータとステータ
が互いに押し合う力を変化させるために用いられる電極
に接続すると便利である。
In general, considering that the power consumed by changes in the force of the rotor and stator pushing against each other is generally sufficiently smaller than the power consumed to generate the driving torque applied to the rotor 3, the phase shifter Conveniently, 6 is connected to electrodes which are used to vary the force with which the rotor and stator press against each other.

中空円筒形のステータ2を有するモータ(第35図)の
回転を逆にするためには、アーム41を指定された角度
だけ回転させて、ロータをその回転角に対応して変位さ
せる。
In order to reverse the rotation of the motor (FIG. 35) having a hollow cylindrical stator 2, the arm 41 is rotated by a specified angle and the rotor is displaced corresponding to the rotation angle.

たとえば、この場合には圧電素子8の内部では奇数次、
たとえば振れ振動の第3高調波振動と、縦振動(円筒の
母線に沿う)の第1高調波振動とが励振される。
For example, in this case, inside the piezoelectric element 8,
For example, third harmonic vibration of runout vibration and first harmonic vibration of longitudinal vibration (along the generatrix of the cylinder) are excited.

この高調次数の組合わせは、ロータ3が左から、および
右からステータ2にそれぞれ押しつけられる時の、ロー
タ3の回転の逆方向に対応する。
This harmonic order combination corresponds to the opposite direction of rotation of the rotor 3 when it is pressed against the stator 2 from the left and from the right, respectively.

機械的に逆転できる圧電モータの構造においては(第3
6図)、ステータ2の振動子7は最初は、または通常は
ロータ3を時計方向に回転させる。
In the structure of a piezoelectric motor that can be mechanically reversed (the third
6), the oscillator 7 of the stator 2 initially or normally rotates the rotor 3 in a clockwise direction.

逆転装置43が作動されると、ボデー44′が引き寄せ
られる。
When the reversing device 43 is activated, the body 44' is pulled together.

圧力部材13の作用を打消すために、この引き寄せ力は
ロータ3を一つの振動子7から引き離して他の振動子7
へ係合させる。
In order to counteract the effect of the pressure member 13, this pulling force pulls the rotor 3 away from one transducer 7 and towards the other transducer 7.
to engage.

それによりロータ3の回転が逆にされる。The rotation of the rotor 3 is thereby reversed.

ここで開示している圧電モータの一つの特徴は、広い電
源電圧範囲で動作できることである。
One feature of the piezoelectric motor disclosed herein is that it can operate over a wide power supply voltage range.

コイル数を増加するというようなモータの構造を複雑に
するという犠牲を払ってではなく、圧電素子自体の最適
な構造を選択することにより動作電圧範囲を拡げること
ができたのは重要なことである。
Importantly, we were able to expand the operating voltage range by selecting the optimal structure of the piezoelectric element itself, rather than at the expense of complicating the motor structure by increasing the number of coils. be.

したがって、高い出力電圧の電源で動作させる必要があ
れば、その電圧は圧電素子の幅の間に印加され(第17
図)、または圧電素子の長さ方向に加えられる(第17
図C1第18図)。
Therefore, if it is necessary to operate with a power supply with a high output voltage, that voltage is applied across the width of the piezoelectric element (17th
), or applied along the length of the piezoelectric element (17th
Figure C1 Figure 18).

圧電素子が直列に接続されれば、電源電圧をそれに対応
して2〜5倍高くできる(第18.20図、第21図b
)。
If piezoelectric elements are connected in series, the supply voltage can be correspondingly increased by a factor of 2 to 5 (Fig. 18.20, Fig. 21b).
).

以上説明した圧電モータの多くの利点は、圧電モータを
発電機として動作させた場合にもそのまま残る。
Many of the advantages of the piezoelectric motor described above remain even when the piezoelectric motor is operated as a generator.

発電機としての動作における非可逆モータの動作は、以
下に説明するような現象に基づく。
The operation of a non-reversible motor in operation as a generator is based on phenomena as explained below.

ロータ3(第2図)が詰る向きに回転させられる場合に
は詰り現象が生ずるから、ステータ2の振動子7は圧縮
される。
When the rotor 3 (FIG. 2) is rotated in the direction of clogging, a clogging phenomenon occurs, so that the vibrator 7 of the stator 2 is compressed.

この圧縮は成る値まで上昇する。This compression increases to a value of .

それから、振動子はそれ自体が外れる。そうすると、ロ
ータ3は成る小さな角度だけ滑りを生じ、振動子7は元
の状態へ戻る。
The oscillator then detaches itself. Then, the rotor 3 slips by a small angle, and the vibrator 7 returns to its original state.

この動作には縦振動と横振動が伴う。This motion is accompanied by longitudinal and transverse vibrations.

このモータが動力発生機として動作している時にロータ
3に与えられる駆動トルクを発生させる成る種類の振動
が直接圧電効果により電気信号へ変換される。
When this motor is operating as a power generator, vibrations of the type that generate the drive torque applied to the rotor 3 are directly converted into electrical signals by the piezoelectric effect.

この電気信号のスペクトラムは通常はいくつかの高調波
を含むから、発生された信号の電力はロータ3の回転の
位置合わせを行うためにのみ十分なだけである。
Since the spectrum of this electrical signal usually contains several harmonics, the power of the generated signal is only sufficient to perform rotational alignment of the rotor 3.

このような理由から、これらの圧電発電機は、たとえば
モータの回転速度測定用の、回転トランスデユーサとし
て使用できる。
For this reason, these piezoelectric generators can be used as rotary transducers, for example for measuring the rotational speed of motors.

ステータ2の振動子またはロータ3の振動子に、ロータ
3をステータ2に押しつける種線の振動を励振させるた
めに、外部電源5から成る大きさの電力を与えることに
より(第38図)電力を発生できる発電機を得ることが
可能である。
In order to excite the vibrator of the stator 2 or the vibrator of the rotor 3 to vibrate the seed wire that presses the rotor 3 against the stator 2, power is supplied by an external power source 5 (FIG. 38). It is possible to obtain a generator that can generate

この場合には、回転するロータ3が機械エネルギーパル
スを、保合を制御する振動数で圧電素子8へ伝える。
In this case, the rotating rotor 3 transmits mechanical energy pulses to the piezoelectric element 8 at a frequency that controls the coupling.

これらのパルスは振動子7を保合周波数と同じ周波数で
励振し、圧電素子8において、圧電モータの動作周波数
である周波数を持つ電気信号に変換される。
These pulses excite the vibrator 7 at the same frequency as the holding frequency, and are converted in the piezoelectric element 8 into an electrical signal having a frequency that is the operating frequency of the piezoelectric motor.

ここで開示している圧電モータを発電機として用いるこ
とは、小電力を必要とする場合には実用的である。
Using the piezoelectric motor disclosed herein as a generator is practical when small electric power is required.

これらのモータは比較的低い角速度で回転する原動機に
容易に取りつけることかできる。
These motors can be easily attached to prime movers that rotate at relatively low angular velocities.

この発電機の利点は構造が簡単で、出力周波数が高いこ
とである。
The advantages of this generator are its simple structure and high output frequency.

この圧電モータの製作はモータ製造分野のみならず、全
体として電気技術における品質的な突破と考えるべきで
ある。
The production of this piezoelectric motor should be considered a quality breakthrough not only in the field of motor manufacturing, but also in electrical technology as a whole.

補助的な変速機を使用することなしに低速を得られるこ
と 巻線がないこと、その結果として製造が容易なこと
、コストが低いこと、不燃性であること、IW以上の出
力の従来のモータにより得られるものよりもかなり大き
なパラメータと定格が簡単に構造された超小型モータに
より与えられること、直流電源が使用される場合に変換
回路が簡単なこと、小さなインダクタンスζ接続するこ
とにより1.0に等しい力率が得られること、電源電圧
と周波数およば位相関係を変えることにより回転速度を
制御できること、高い動作周波数の選択により回転速度
を容易に安定化できること、効率が50%以上であるこ
と、計算により示されるように、対応する圧電材料によ
り効率を90%またはそれ以上にできること、軸におけ
る比出力が0.2 w、”criJJ、上というように
高いこと、出力定格範囲が0.001W〜数10Wとい
うように広いこと、などが本発明の圧電モータの主な利
点であるが、これらの利点によりこの圧電モータは従来
のモ、りと競合できるばかりでなく、モータの応用範囲
が拡げられることになる。
Obtaining low speeds without the use of auxiliary gearboxes No windings, resulting in ease of manufacture, low cost, non-flammability, conventional motors with power greater than IW 1.0 due to the simplicity of the conversion circuit when a DC power supply is used, and by connecting a small inductance ζ The rotational speed can be controlled by changing the power supply voltage, frequency and phase relationship, the rotational speed can be easily stabilized by selecting a high operating frequency, and the efficiency is 50% or more. Calculations show that with the corresponding piezoelectric material the efficiency can be 90% or more, the specific power in the shaft is as high as 0.2 W, "criJJ," and the power rating range is from 0.001 W to The main advantage of the piezoelectric motor of the present invention is that it has a wide power output of several tens of W. These advantages not only allow this piezoelectric motor to compete with conventional motors, but also expand the range of applications of the motor. It turns out.

したがって、集積回路と、電子部品と、電子回路との開
発と圧電モータとの組合わせ、および電源技術の進歩に
より、人力の代りに独立して動くことができるロボット
装置を使用できるレベルまで我々の文明が向上するであ
ろう。
Therefore, the development of integrated circuits, electronic components, electronic circuits, combined with piezoelectric motors, and advances in power supply technology have advanced us to the point where we can use robotic devices that can move independently in place of human power. Civilization will improve.

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

第1図は本発明の圧電モータの回路図、第2図は受動ロ
ータを有する圧電モータの構造を示す斜視図、第2a〜
2f図は第2図の圧電モータの動作態様を説明するため
の説明図、第3図は能動ロータと能動ステータを有する
圧電モータの構造の既略斜視図、第4図はステータ中に
いくつかの振動子を有する圧電モータの構造を示す略図
、第5図はロータとステータがサポートに装着されてい
る圧電モータの構造を示す概略断面図、第6図は第5図
に示す圧電モータの平面図、第7図はステータの振動子
内で2種類の振動が発生されるようになっている可逆圧
電モータの接続図、第8図はロータの軸に抑圧部材が装
着されている圧電モータの略図、第9図はステータの振
動子内で縦振動とラジアル振動が発生されるようになっ
ている圧電モータの要部の略図、第10図はステータの
振動とすべり振動が発生される圧電モータの概略斜視図
、第11図は能動ロータと能動ステータを有する平形圧
電モータの概略断面図、第12図はステークのいくつか
の振動子が可動フレームに装着されるようになっている
圧電モータの要部の概略斜視図、第13図は振動子に固
定される耐摩耗性ライニングの断面図、第14図はステ
ータの振動子の横断面が変化するようになっている圧電
モータの概略斜視図、第15図はらせん回転体状のステ
ータ振動子の正面図、第16図はステータの振動子が金
属層を含む圧電モータの要部の概略斜視図、第17図は
圧電素子の表面上の電極配置を示す概略斜視図、第18
図は直列に連結されたいくつかの領域を含む振動子の圧
電素子の概略斜視図、第19図は圧電素子の領域の分極
モードを示す略図、第20図は音響振動の第4.高調波
で振動されるようになっている圧電素子の領域の直列結
合を示す略図、第21図は二層間り形圧電素子の層間結
合を示す略図、第22図は端面に電極を有する二層間り
形圧電素子の概略斜視図、第23図はいくつかの層を含
む圧電素子の電極の並列接続を示す略図、第24図は圧
電素子の表面に設けられた電極の並列接続を示す概略斜
視図、第25図は円筒形の多層振動子を示す略図、第2
6図は能動ステータと中空円筒形能動ロータを有する圧
電モータの略図、第27図は能動ロータと、回転体とし
て作られた能動ステータを有する圧電モータの縦断面図
、第28図は第27図に示す圧電モータの正面図、第2
9図は圧電モータの別の実施例の縦断面図、第30図は
第29図に示す圧電モータの側面図、第31図は縦振動
と曲げ振動を生ずるようになっている二層圧電素子の概
略斜視図、第32.33図は本発明の圧電モータに電力
を供給するための最も簡単な直流−交流変換器の回路図
、第34図は補助ロータを有する圧電モータの要部の概
略斜視図、第35図は機械的に逆転できる圧電モータの
概略縦断面図、第36図は逆転機構に電磁石を含む圧電
モータの要部の略図、第37図は圧電モータが発電機と
して動作するように接続されている状態を示す回路図、
第38図は3個の電極を有する圧電モータが発電機とし
て動作するように接続されている状態を示す回路図、第
39゜40図は二対の電極を有する可逆圧電モータが発
電機として動作するように接続されている状態を示す略
図、第41図a=dは本発明の縦振動および横振動を説
明するための略図である。 2・・・・・・ステータ、3・・・・・・ロータ、5・
・・・・・電源、6・・・・・・移相器、7・・・・・
・ステータの振動子、8・・・・・・ロータの振動子、
7′・・・・・・ステータの圧電素子、8′・・・・・
・ロータの圧電素子、10.10’、 11.11’。 2L21’、31・・・・・・電極、13.13’・・
・・・・圧力部材、15・・・・・・ロータ軸、16・
・・・・・プレート、17・・・・・・ブラシ、18・
・・・・・ライニング、19・・・・・・振動子のサポ
ート、22・・・・・・圧電素子の層、23・・・・・
・金属層、44・・・・・・電磁石。
Fig. 1 is a circuit diagram of a piezoelectric motor according to the present invention, Fig. 2 is a perspective view showing the structure of a piezoelectric motor having a passive rotor, and Figs.
Figure 2f is an explanatory diagram for explaining the operating mode of the piezoelectric motor in Figure 2, Figure 3 is a schematic perspective view of the structure of a piezoelectric motor having an active rotor and an active stator, and Figure 4 is an explanatory diagram for explaining the operating mode of the piezoelectric motor in Figure 2. FIG. 5 is a schematic sectional view showing the structure of a piezoelectric motor in which the rotor and stator are mounted on a support. FIG. 6 is a plan view of the piezoelectric motor shown in FIG. 5. Figure 7 is a connection diagram of a reversible piezoelectric motor in which two types of vibrations are generated within the vibrator of the stator, and Figure 8 is a connection diagram of a piezoelectric motor in which a suppression member is attached to the rotor shaft. Schematic diagram: Figure 9 is a schematic diagram of the main parts of a piezoelectric motor in which longitudinal vibration and radial vibration are generated within the vibrator of the stator; Figure 10 is a diagram of a piezoelectric motor in which stator vibration and sliding vibration are generated. 11 is a schematic cross-sectional view of a flat piezoelectric motor having an active rotor and an active stator, and FIG. 12 is a schematic perspective view of a piezoelectric motor in which several transducers of the stakes are mounted on a movable frame. A schematic perspective view of the main parts, FIG. 13 is a sectional view of a wear-resistant lining fixed to a vibrator, and FIG. 14 is a schematic perspective view of a piezoelectric motor in which the cross section of the stator vibrator is variable. , FIG. 15 is a front view of a stator vibrator in the form of a spiral rotating body, FIG. 16 is a schematic perspective view of the main part of a piezoelectric motor in which the stator vibrator includes a metal layer, and FIG. 17 is a front view of a stator vibrator in the form of a spiral rotating body. Schematic perspective view showing electrode arrangement, No. 18
The figure is a schematic perspective view of a piezoelectric element of a vibrator including several regions connected in series, FIG. 19 is a schematic diagram showing the polarization mode of the regions of the piezoelectric element, and FIG. 20 is a fourth mode of acoustic vibration. A schematic diagram showing the series coupling of regions of a piezoelectric element which are made to vibrate with harmonics; FIG. 21 is a schematic diagram showing the interlayer coupling of a two-layer piezoelectric element; FIG. 22 is a diagram showing a two-layer coupling with electrodes on the end faces 23 is a schematic perspective view showing the parallel connection of electrodes of a piezoelectric element including several layers; FIG. 24 is a schematic perspective view showing the parallel connection of electrodes provided on the surface of the piezoelectric element. Figure 25 is a schematic diagram showing a cylindrical multilayer resonator;
6 is a schematic diagram of a piezoelectric motor with an active stator and a hollow cylindrical active rotor, FIG. 27 is a longitudinal cross-sectional view of a piezoelectric motor with an active rotor and an active stator made as a rotating body, and FIG. 28 is a diagram of FIG. A front view of the piezoelectric motor shown in FIG.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of another embodiment of the piezoelectric motor, FIG. 30 is a side view of the piezoelectric motor shown in FIG. 29, and FIG. 31 is a two-layer piezoelectric element designed to generate longitudinal vibration and bending vibration. Figures 32 and 33 are circuit diagrams of the simplest DC-AC converter for supplying power to the piezoelectric motor of the present invention, and Figure 34 is a schematic diagram of the main parts of the piezoelectric motor with an auxiliary rotor. A perspective view, FIG. 35 is a schematic vertical sectional view of a piezoelectric motor that can be mechanically reversed, FIG. 36 is a schematic diagram of the main parts of the piezoelectric motor including an electromagnet in the reversing mechanism, and FIG. 37 is a piezoelectric motor that operates as a generator. A circuit diagram showing how it is connected,
Fig. 38 is a circuit diagram showing a piezoelectric motor having three electrodes connected to operate as a generator, and Figs. 39 and 40 show a reversible piezoelectric motor having two pairs of electrodes operating as a generator. 41A and 41D are schematic diagrams for explaining longitudinal vibration and transverse vibration of the present invention. 2... Stator, 3... Rotor, 5...
...Power supply, 6...Phase shifter, 7...
・Stator oscillator, 8... Rotor oscillator,
7'...Piezoelectric element of stator, 8'...
- Rotor piezoelectric element, 10.10', 11.11'. 2L21', 31... Electrode, 13.13'...
... Pressure member, 15 ... Rotor shaft, 16.
...Plate, 17...Brush, 18.
... Lining, 19 ... Vibrator support, 22 ... Piezoelectric element layer, 23 ...
・Metal layer, 44... Electromagnet.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ステータおよびロータを備え、このステータおよび
ロータは一方が他方に対して成る一定の力で押圧され、
前記ステータおよびロータ間で摩擦接触が行なわれ、し
かもその摩擦接触は前記ロータの回転の軸心を中心とす
る線分の回転軌跡によって形成されるロータ表面上で行
なわれる圧電モータにおいて、縦振動を発生する少なく
とも一つの圧電振動子が前記ステータに設けられ、その
圧電振動子の表面の一部は前記ロータの表面の少なくと
も一部と摩擦接触し、前記圧電振動子は前記摩擦接触部
に縦振動および横振動を生じるような分極および形状を
持っており、その縦振動および横振動のうちの一方が前
記ロータを駆動させ、他方が前記ステータおよびロータ
間に作用する力に変化を与えることを特徴とする圧電モ
ータ。
1 comprising a stator and a rotor, the stator and rotor being pressed with a constant force, one against the other;
In a piezoelectric motor, a frictional contact is made between the stator and the rotor, and the frictional contact is made on the rotor surface formed by a rotation locus of a line segment centered on the axis of rotation of the rotor. At least one piezoelectric vibrator is provided on the stator, and a portion of the surface of the piezoelectric vibrator is in frictional contact with at least a portion of the surface of the rotor, and the piezoelectric vibrator generates longitudinal vibration in the frictional contact portion. and has a polarization and shape that causes transverse vibration, one of the longitudinal vibration and transverse vibration drives the rotor, and the other changes the force acting between the stator and rotor. piezoelectric motor.
JP50105847A 1975-09-01 1975-09-01 piezoelectric motor Expired JPS5832518B2 (en)

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