JPS6026476A - 圧電体モ−タ - Google Patents

圧電体モ−タ

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Publication number
JPS6026476A
JPS6026476A JP58136054A JP13605483A JPS6026476A JP S6026476 A JPS6026476 A JP S6026476A JP 58136054 A JP58136054 A JP 58136054A JP 13605483 A JP13605483 A JP 13605483A JP S6026476 A JPS6026476 A JP S6026476A
Authority
JP
Japan
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piezoelectric
stator
plate
piezoelectric motor
parallel
Prior art date
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Pending
Application number
JP58136054A
Other languages
English (en)
Inventor
Akio Kumada
熊田 明生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Maxell Ltd filed Critical Hitachi Maxell Ltd
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Publication of JPS6026476A publication Critical patent/JPS6026476A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/002Driving devices, e.g. vibrators using only longitudinal or radial modes
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/026Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/103Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧電体を用いたモータの改良に係シ、単純な駆
動力発生機構にもとづく高効率なモータを提供すること
を目的とする。
従来のとの種装置は固定子と可動子又は回転子との接触
面において一方の表面を同位相もしくは週期位相で部内
運動させ、部内の回転の向きと逆に生ずるトルクを利用
したものである。圧電体はとの部内運動の発生源として
利用されるが、たてモード素子の上に辷先モード素子を
結合し部内運動をさせる方法があるが、この方法では辷
シモード素子の製造が容易ではない欠点があった。一方
、圧電体で固定子もしくは可動子の表面に表面弾性波を
発生させ、生ずる進行波のうち一方を消滅させ他方を利
用する表面弾性波モーターもある。この場合も固体の表
面は周期位相の部内運動を行うが、反射波の制御を要す
るなど、駆動力への変換効率が低い欠点があった。
この発明は上述した従来技術の欠点を解消するもので、
固定子と可動子とからなるモータにおいて、固定子と可
動子の面を略々一定間隔の平行平面に保つごとく保持し
、との平行平面間に、両主面に電極を施し、厚み方向を
電気軸とする圧電体の矩形状板を少なくとも1枚以上平
行面と垂直ならざる方位に固定するものとし、矩形状板
の一辺に沿った部分を支持部として、固定子もしくは可
動子のいづれか一方の平行面に斜めに接したとき、他の
平行面にも矩形板の対辺が固く接する状順で支持部を固
定し交番電圧の印加に伴う圧電体の伸縮が平面四隅を斜
めに押し広げるよう作用する結果、その分力を受けて可
動子が固定子に対して平行に移動することを特徴とする
圧電体モータによって目的を達成したものである。
本発明の圧電体モータの動作原理を第1図に従って説明
する。
圧電体結晶を電気軸に垂直にスライスし、スライスした
面に電極を施した圧電素子板に電圧を印加すると厚さが
変化すると同時に面内にも変形が生じる。例えば圧電セ
ラミック板を厚み方向に分極した圧電板の場合は、電圧
によって厚さが増加すると面が一様に縮少し、厚さが減
少すると面が一様に伸張する。この変形ひずみ5n=8
22 は印加電圧■に対して S 11 : d xs V/l (11で表わされる
。ここでdxsは圧電定数tは板の厚さである。板の長
さlの変化△lは(1)式よシ△l = dxs V’
 (21 と表わされるので、同じ電圧に対する伸びはIAに比例
し、薄く長い程大きい。さてこの板1の一辺に沿った部
分11を板5に斜めに埋め込み固定する。この圧電セラ
ミック薄板の先端が別の平板6に斜めに接した状態で平
板5と6を平りな一定間隔に保ったままセラミック薄板
1の電極2.3に電圧を印加する。板が長さ方向に伸び
ようとすると、平行平板5と6の間隔を広げる力が作用
し、平板5と6とはその分力で互に逆方向に平行移動し
、板lは点線のように反る。この反シで板1には曲けの
力が作用しているので、電圧をOにすると板1線元の状
態に縮むがこのとき平板5と6と線移動しない。したが
って平板5と6とは、圧電板が伸びたときだけ移動する
ので、交流電比を印加すると半周期ごとに移動する。−
回の移動距離Δ)は(21式で表わされ、dsx=28
0pm/vl=14朋、t = 0.1 vrmとする
と△JI−+4XlOmm/Vとなり印加電圧に比例す
る。印加電圧が100vの場合は4μ惟である。板と平
板5.6とのなす角を45°にした場合平板の移動距離
は4/、/′Tttmである0ここで、実効値100V
の交流電圧に対する一周期分の移動距離は4μ情であシ
、印加電圧の周波数を50KHzとすると移動速度は2
0 Qim/Sとなる。以上が本発明の圧電モータの動
作原理である。以下、本発明の実施例を図面に従って説
明する。
実施例1 第1図で説、明したのと同じ、厚さQ、 l tsm、
幅10闘、長さ14闘の圧電セラミック板を多数用意し
、長さ方向に直角に厚さ0.1xi @ 12順、長さ
4mytの燐青銅板9をセラミック板の端部に導電ペー
ストで接着した部分S4の向きが互いに逆になるように
重ね、45°の傾斜面を有する高さ4−の真鍮ブロック
7.8で挾み、これらをネジ11で可動子5に固定した
0燐青銅板は交互に’lnwrだけセラミックの左右へ
はみ出すように付けられておシ、左側へはみ出したグル
ープと右側へはみ出したグループとは別々のリード線1
0.12を半田付けしてグループ同志接続し、グループ
間に電圧を印加できるようにした。リード線10.12
を通してグループ間に電圧を印加するとセラミック板1
には交互に逆位相の電圧が印加されるが、分極の向きが
交互に逆向きになっているので結局、分極の向きに対し
てはどの圧電セラミックにも同じ極性の同じ大きさの電
圧が印加されることになる。
圧電セラミック板lを100枚と燐青銅板99枚とを上
述したように組み合わせた約30朋のブロックを内蔵し
た可動子5を第3図に示したように車輪14のついた枠
13によってレール15の上に固定した。接触圧調整ネ
ジ16および17によって駆動力を調整した。
レール上にセットされた可動子5の前に1klilの重
さの鉄製の直方体ブロックを置き、リード線10.12
、に70V約50KHzの交流電圧を印加したところ可
動子は1kgのブロックを滑らせなから100闘/Sの
早さで移動した。
実施例2 実施例1と同じ圧電セラミック板を120枚用意し、こ
れを直径60朋の円筒状回転子5の上に第4図に示すよ
うに放射状に並らべ、回転子の面と45°の角度で、間
に約1.4mm厚さのベーク板9と真鍮板8とを交互に
スペーサとして挿入した状態で固定した。真鍮板8は老
ラミック板1の電極と接し、さらに真鍮の回転子と電気
的に接しておシ、これらは回転軸11を通して接地され
ている。ベークライトのスペーサと接した面の電極はベ
ークライト上の導電ペーストで電気的に接続されさらに
、リード線10を通して全て同電位にまとめられている
。第4図に示した回転子のセラミック、駆動体と接する
ように直径60闘の固定子の中心孔を回転軸11に通し
て嵌め込む、固定子と回転子とは回転軸によって、回転
中心を固定し、さらにバネによってセラミック、駆動子
が固定子の面と強く接触するよう接触圧力を調整する。
リード線lOと接地端子の間に50KHz100Vの電
圧を印加したところ回転子が秒速2回転位で回転し始め
た。この状態で周波数を変えてみたところ、53KHz
付近で鋭い共振特性を有するらしく、電圧を30V程度
に下げても、毎秒数10回転で回わることが判った。以
上の実施例では、老ラミック状には矩形板を用いたが、
二辺が平行ならば台形でも菱形でも良い。なおこれら士
ラミック駆動子を固定子に取シ付けた場合も同様に可動
子を動かすことができた。さらに本実施例では駆動子に
圧電セラミックを用いた例について説明したが、チタン
酸バリウム、ニオブ酸リチウム、硫酸グリシン、ロッシ
エル塩など圧電効果の大きな単結晶を用いても同様の結
果が得られることは言うまでもない。
以上説明したように、固定子と可動子とからなるモータ
において、固定子と可動子の面を略々上定間隔の平行平
面に保つべく保持し、この平行平面間に両生面に電極を
施し、厚み方向を電気軸とする圧電体の矩形状板を少な
くとも1枚以上子行面と垂直ならざる方位に固定するも
のとし、矩形状板の一辺に沿った部分を支持部として、
固定子もしくは可動子のいづれか一方の平行面に斜めに
接したとき、他方の平行面にも、矩形状板の対辺が固く
接する状態で支持部を固定し、交番電圧の印加に伴う圧
電体の伸縮が平面間隔を斜めに押し広げるように作用す
る結果、その分力として可動子が固定子に対して平行移
動するように構成したから、入力電気エネルギーに対し
て得られる機械的駆動力の割合が高い高効率のモータを
、単純な原理にもとづく単純な構成法で実現できた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による圧電体モータの原理説明図0第2
図は本発明による圧電体モータの一実施例の構成説明の
断面図。 第3図は第2図の圧電モータをレール上にセットして、
駆動する構成説明のための断m1図。 第4図は本発明による圧電体モータの回転型の一実施例
を示す回転子面の平面図。 1・・・セラミック板、4・・・分極、5・・・可動子
、7,8・・・真鍮ブロック、9・・・燐青銅板、10
.12・・・リード線、13・・・枠、14・・・車輪
、15・・・レール出願人 日立マクセル株式会社 代表者 永 井 厚 第1図 \ 第2図 / 第3図 6 5 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)固定子と可動子とからなるモータにおいて、固定
    子と可動子の面を略々一定間隔の平行平面に保つごとく
    保持し、この平行平面間に、両生面に電極を施し、厚み
    方向を電気軸とする圧電体の矩形状板を少なくとも1枚
    以上子行面と垂直ならざる方位に固定するものとし、矩
    形状板の一辺に沿った部分を支持部として、固定子もし
    くは可動子のいづれか一方の平行面に斜めに接したとき
    、他方の平行面にも、矩形状板の対辺が固く接する状態
    で支持部を固定し、交番電圧の印加に伴う圧電体の伸縮
    が平面間隔を斜めに押し広げるよう作用する結果、その
    分力として可動子が固定子に対して平行に移動すること
    を特徴とする圧電体モータ。 (2、特許請求の範囲第1項記載の圧電体モータにおい
    て、圧電体が厚み方向に分極されたセラミック圧電板で
    あることを特徴とした圧電体モータ。 (3)特許請求の範囲第1項記載の圧電体モータにおい
    て、2枚以上の圧電板を用い、これらを同位相で、駆動
    することを特徴とした圧電体モータ0(4)特許請求の
    範囲第1項記載の圧電体モータにおいて、駆動子を中心
    軸に対して回転する円板とし、圧電板を円周に沿って放
    射状に配置したことを特徴とする圧電体モータ。 (5)特許請求の範囲第1項記載の圧電体モータにおい
    て固定子を直線状のレールとし、可動子に圧電板を直線
    状に配置し直線移動を可能としたことを特徴とする圧電
    モータ。 (6)特許請求の範囲第5項記載の圧電体モータにおい
    て固定子と可動子とを車輪付き支持枠で固定することに
    よって両者間の距離を一定に保ち、かつ、圧電体板に作
    用り声接触圧力を調整可能としたことを特徴とする圧電
    体モータ。
JP58136054A 1983-07-25 1983-07-25 圧電体モ−タ Pending JPS6026476A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2021513829A (ja) * 2018-03-09 2021-05-27 ウーテーアー・エス・アー・マニファクチュール・オロロジェール・スイス 移動がより長い線形圧電モータ

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