JPS61277380A - Ultrasonic wave motor - Google Patents
Ultrasonic wave motorInfo
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- JPS61277380A JPS61277380A JP60116937A JP11693785A JPS61277380A JP S61277380 A JPS61277380 A JP S61277380A JP 60116937 A JP60116937 A JP 60116937A JP 11693785 A JP11693785 A JP 11693785A JP S61277380 A JPS61277380 A JP S61277380A
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- piezoelectric
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- elastic unit
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、圧電体等の電気−機械変換子を用いて駆動力
を発生するモータに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a motor that generates driving force using an electro-mechanical transducer such as a piezoelectric body.
従来の技術
従来のこの種の圧電体等の電気−機械変換子を用いたモ
ータは1例えば特開gF+59−39801号公報(示
されているように、第4図のような構成になっていた。2. Description of the Related Art A conventional motor using an electro-mechanical transducer such as a piezoelectric body of this kind is disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. gF+59-39801 (as shown in FIG. 4). .
すなわち、2つの円形の圧電振動子11.2)と1円形
の弾性体3とを厚み方向に重ねて構成したステータ6′
と、そのステータ6′ に面接触する円形のロータ14
を濃え、前記ステータ6′の表面に振動エネルギーを作
用させるリング状の突起4を有しており、圧電振動子1
/、2/に互いに位相のずれた電気信号を印加すること
によシ回転力を得るようになっている。That is, the stator 6' is constructed by stacking two circular piezoelectric vibrators 11.2) and one circular elastic body 3 in the thickness direction.
and a circular rotor 14 in surface contact with the stator 6'.
The piezoelectric vibrator 1 has a ring-shaped protrusion 4 for applying vibrational energy to the surface of the stator 6'.
Rotating force is obtained by applying electrical signals that are out of phase with each other to / and 2/.
発明が解決しようとする問題点
しかし、このような構造のものでは所定のドライブ周波
数の電気信号を印加して機械振動を励起すると、ステー
タ6r が発熱して、モータ効率が悪いという問題があ
った。これは下記の理由による。Problems to be Solved by the Invention However, with this type of structure, when an electric signal of a predetermined drive frequency is applied to excite mechanical vibration, the stator 6r generates heat, resulting in poor motor efficiency. . This is due to the following reasons.
W…ヰ円板形の振動子に高次モードを励起したときの縦
方向歪の分布をtnべたが、リンカフ断面方向の振動の
縦方向変位は、約6/6半径近傍となる節円を境にして
位相が反転している。従来例のように、振動の位相関係
を考慮することなく1円板形状の弾性体3と二つの円板
形状の圧電振動子1/、2/ を同一寸法で貼合わすと
、約5/6半径よシ外側となる。圧電振動子の25に程
度にあたる領域が、有効な振動に対して逆方向の無効な
ドライブを行なうことになって、このためて不要な振動
の発生、及びロスによる発熱や、効率の低下を生じた。W...I have plotted the distribution of longitudinal strain when a higher order mode is excited in a disc-shaped vibrator. The phase is reversed at the border. If one disk-shaped elastic body 3 and two disk-shaped piezoelectric vibrators 1/ and 2/ are laminated with the same dimensions without considering the phase relationship of vibrations, as in the conventional example, approximately 5/6 It will be the outside of the radius. The area corresponding to about 25 mm of the piezoelectric vibrator will perform an ineffective drive in the opposite direction to the effective vibration, resulting in generation of unnecessary vibration, heat generation due to loss, and reduction in efficiency. Ta.
そこで本発明は、無効な超音波振動を励起することなく
1発熱を防いで、モータ効率の向上をはかろうとするも
のである。Therefore, the present invention aims to improve motor efficiency by preventing one heat generation without exciting invalid ultrasonic vibrations.
問題点を解決するための手段
圧電振動子を弾性体の約5/6半径となる節円内におい
て構成しようとするものである。Means for Solving the Problem The piezoelectric vibrator is constructed within a nodal circle having a radius of approximately 5/6 of the elastic body.
作用
ステータとなる振動子の超音波振動は1弾性体中に有効
振動のみを(位相が反転する領域はドライブしない)励
起することができるので、これまでの全入力信号の内の
約25%を占める。逆位相の領域が発生する振動を防ぐ
ために消費された同号のエネルギーが不要となり、従来
例に比べてほぼ半分程度以下の電気入力で、同程度の機
械出力を得ることが可能となり、数倍程度の効率アップ
を行なえるものである。The ultrasonic vibration of the vibrator that serves as the working stator can excite only effective vibration in one elastic body (does not drive the region where the phase is reversed), so it generates approximately 25% of the total input signal so far. occupy The energy consumed to prevent vibrations caused by regions of opposite phase is no longer required, and it is now possible to obtain the same mechanical output with approximately half or less of the electrical input compared to the conventional example, which is several times more efficient. It is possible to improve efficiency to some extent.
実施例
以下1本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。Embodiments Below, one embodiment of the present invention will be described based on the accompanying drawings.
超音波モータのステータは例えば第1図に示すような構
造を有する。円板形状の第1圧電振動子1の表面には例
えば46°毎の領域に分割された8個の電極11Lが設
けられている。この電圧1&は銀などの導電材料を用い
て、第1圧電振動子1の表面に形成されている。裏面に
具備される電極(図示せず)は前記表面電極のように分
割されてはいす。全面電極となっている。以上のように
構成された第1圧電振動子1の相隣合う電極毎に。The stator of an ultrasonic motor has a structure as shown in FIG. 1, for example. On the surface of the disk-shaped first piezoelectric vibrator 1, eight electrodes 11L are provided, which are divided into regions of 46 degrees, for example. This voltage 1& is formed on the surface of the first piezoelectric vibrator 1 using a conductive material such as silver. The electrode (not shown) provided on the back surface is divided like the front electrode. The entire surface is electroded. For each adjacent electrode of the first piezoelectric vibrator 1 configured as described above.
板厚方向に分概方向が互いに異なるようにして分極を行
なう。この結果第1図において示すように互い違いにプ
ラス極性あるいはマイナス極性を有する領域からなる8
極、4組の振動子が構成される。電極1aは1分罹後は
分割されている必要はなく、一括して電圧を印加できる
ように接続される。円板形状の第2圧電振動子2も第1
圧電振動子1と同様の構造であシ、互い違いにプラス極
性あるいはマイナス極性を有する8極、4組の振動子が
構成されている。Polarization is performed so that the dividing directions are different from each other in the plate thickness direction. As a result, as shown in FIG.
It consists of poles and four sets of oscillators. The electrodes 1a do not need to be divided after one minute, and are connected so that voltage can be applied all at once. The disk-shaped second piezoelectric vibrator 2 also
It has the same structure as the piezoelectric vibrator 1, and includes four sets of eight poles each having alternating positive or negative polarity.
前記第1圧電振動子1あるいは第2圧電振動子2の周方
向の縦振幅の最小振幅位置は、各々相隣合う電極どうし
の境界位置近傍となり、最大振幅位置は各々の電極の中
央近傍位置となる。そして。The minimum amplitude position of the longitudinal amplitude in the circumferential direction of the first piezoelectric vibrator 1 or the second piezoelectric vibrator 2 is near the boundary position between adjacent electrodes, and the maximum amplitude position is near the center of each electrode. Become. and.
両圧電振動子1,2は、第1圧電振動子1の最大振幅位
置となる電極中央近傍に、第2圧電振動子29最小振幅
位置となる相隣合う電極どうしの境界が位置するよう重
ね合わされている。Both piezoelectric vibrators 1 and 2 are superimposed so that the boundary between adjacent electrodes, which is the minimum amplitude position of the second piezoelectric vibrator 29, is located near the center of the electrode, which is the maximum amplitude position of the first piezoelectric vibrator 1. ing.
以上のように構成された第1圧電振動子1及び第2圧電
振動子2は、圧電振動子と同等ないし100倍程度の厚
みを有する弾性体3に重ね合わせて取付けられる。この
弾性体3は、アルミニウム、黄銅、ステンレス等の金属
を用いて形成されている。また前記ステータとなる弾性
体3の表面には、例えば直径の約%程度となる位置近傍
に振動伝達部材である突起4.中心に軸5が形成されて
いる。The first piezoelectric vibrator 1 and the second piezoelectric vibrator 2 configured as described above are attached to overlap with an elastic body 3 having a thickness equal to or about 100 times that of the piezoelectric vibrator. This elastic body 3 is formed using metal such as aluminum, brass, and stainless steel. Further, on the surface of the elastic body 3 serving as the stator, there are protrusions 4, which are vibration transmitting members, located in the vicinity of a position corresponding to approximately % of the diameter, for example. A shaft 5 is formed at the center.
また第1圧電振動子1及び第2圧電振動子2は。Moreover, the first piezoelectric vibrator 1 and the second piezoelectric vibrator 2 are as follows.
前記弾性体3の直径(例えば40M)に対して約5/6
半径となる節円位置(例えば33jljr)を最大外径
とする寸法の円板形状の圧電体を用いており、リンカフ
新面方向の振動の正方向振動部にのみ設けられている。Approximately 5/6 of the diameter of the elastic body 3 (for example, 40M)
A disk-shaped piezoelectric body whose maximum outer diameter is at the nodal circle position (for example, 33jljr) serving as the radius is used, and is provided only in the positive direction vibration part of the vibration in the direction of the new surface of the link cuff.
以上のように構成したものを第2図において示すステー
タ6として用いる。第2図に示すようにステータ6によ
シ定まる駆動周波数にて発振器7によシ発振された出力
信号を分岐し、一方を直接増幅器8K、他方を位相器9
を介して増幅器1゜に入力する。前記位相器9では正方
向回転あるいは逆方向回転に使用する±10°ないし±
170゜の範囲で位相シフトした信号が整形される。前
記発振器7の出力信号を直接増幅器8に入力して増幅し
た信号をリード線11及び12によシ第1圧電極動子1
に印加する。それによりステータ6にld、第1圧電振
動子1の分槙方向が互いに異なるプラス極性あるいはマ
イナス極性を有する領域の一対を1波長として8極、4
組の振動子に対応する4波長の励振波が発生される。第
2圧電振動子2も増幅器1oの出力をリードm12,1
3を介して印加することによシ同様に駆動される。The structure constructed as described above is used as the stator 6 shown in FIG. As shown in FIG. 2, the output signal oscillated by the oscillator 7 at the driving frequency determined by the stator 6 is branched, one side is directly connected to the amplifier 8K, and the other side is connected to the phase shifter 9.
input to amplifier 1° via. The phase shifter 9 has an angle of ±10° or ± used for forward or reverse rotation.
The signal is shaped with a phase shift within a range of 170°. The output signal of the oscillator 7 is directly input to the amplifier 8, and the amplified signal is passed through the lead wires 11 and 12 to the first piezoelectric actuator 1.
to be applied. As a result, the stator 6 has eight poles and four
Excitation waves of four wavelengths corresponding to the set of vibrators are generated. The second piezoelectric vibrator 2 also leads the output of the amplifier 1o m12,1
It is similarly driven by applying it through 3.
上述のようにステータ6を駆動すると、ステータ6にお
けるロータ14に面する側の振動の頂点がロータ14に
接触し、しかもその頂点が時間とともに移動するため、
ロータ14には横方向成分を有する力が加えられること
になる。かくしてロータ14は、ステータ6によシ定ま
る駆動周波数によシ横方向成分による位置移動を繰シ返
す結果。When the stator 6 is driven as described above, the apex of the vibration on the side of the stator 6 facing the rotor 14 comes into contact with the rotor 14, and the apex moves with time.
A force having a lateral component will be applied to the rotor 14. Thus, the rotor 14 repeatedly moves in position due to the lateral component according to the drive frequency determined by the stator 6.
はぼ1分間に数回転ないし数千回転程度の範囲での回転
運動を得ることができる。It is possible to obtain rotational motion in the range of several to several thousand revolutions per minute.
このさいのステータとロータの接触位置は、ステータ6
のリンカフ断面方向の振動の正方向変位部(例えば上向
き方向)の頂点付近近傍となる。The contact position between the stator and rotor at this time is stator 6.
This is near the apex of the positive displacement portion (for example, upward direction) of the vibration in the cross-sectional direction of the link cuff.
第3図に本発明によるステータ6に電気信号を印加した
駆動時のたて方向の歪を、仮想像にて示すステータ6の
断面方向に対する変化として測定した結果を示す。50
V印加時、振動伝達部材である突起4近傍において、1
゜8μm程度の最大振幅を示した。振幅の位相折シ返し
点いわゆる振動の節(節円)は、直径を100%とする
と、80〜90%の位置となシはぼ直線的に変化してお
り終端は2.6μm程度の振幅となった。これらのこと
からステータ6は1円板の2次のモードの変形次数が4
次の、高次振動モードにより励振されているのがわかる
。また前記振動の節円近傍から電気信号印加用リード線
11.12.13をとシだすと振動疲労による断線が皆
無となった。FIG. 3 shows the results of measuring the distortion in the vertical direction when the stator 6 according to the present invention is driven by applying an electric signal, as a change in the cross-sectional direction of the stator 6 shown in a virtual image. 50
When V is applied, 1 in the vicinity of the protrusion 4 which is the vibration transmission member.
The maximum amplitude was approximately 8 μm. The phase turning point of the amplitude, the so-called vibration node (nodal circle), changes almost linearly from 80 to 90%, assuming the diameter is 100%, and the end has an amplitude of about 2.6 μm. It became. From these facts, in the stator 6, the deformation order of the second mode of one disk is 4.
It can be seen that it is excited by the following higher-order vibration mode. Furthermore, when the electrical signal application lead wires 11, 12, and 13 were brought out from near the vibration nodal circle, there was no disconnection due to vibration fatigue.
発明の効果
本発明による超音波モータは5円板形状のバルク波を直
接な手段で励振する構造により、推力となる横方向成分
を得る構造となっているので、一定電圧では機械的変位
が数倍となシ、かつ断面方向の撓みの全域を出力してい
るので、スピードが平均化されずにピーク速度を取り出
すことが可能である。また発熱も低くモータ効率の高い
ものである。Effects of the Invention The ultrasonic motor according to the present invention has a structure in which a 5-disk-shaped bulk wave is excited by direct means to obtain a lateral component that becomes a thrust. Since the output is doubled and the entire deflection in the cross-sectional direction is output, it is possible to extract the peak speed without averaging the speed. Furthermore, the heat generation is low and the motor efficiency is high.
第1図は本発明の一実施例における超音波モータのステ
ータとロータの分解斜視図、第2図は同ステータとロー
タを用いた超音波モータの概要とその駆動回路を示す断
面図、第3図は第1図及び第2図の超音波モータステー
タの駆動時における歪分布を示す図、第4図は従来例の
超音波モータの分解斜視図である。
1.2・・・・・・圧電振動子、11L・・・・・・電
極、3・・・・・・弾性体、4・・・・・・突起、6・
・・・・・ステータ、14・・・・・・ロータ、7・・
・・・・発振器、8.10・・・・・・増幅器、9・・
・・・・移相器。
代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図
第2図
第4図FIG. 1 is an exploded perspective view of the stator and rotor of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing an outline of an ultrasonic motor using the same stator and rotor, and its drive circuit, and FIG. This figure shows the strain distribution when the ultrasonic motor stator shown in FIGS. 1 and 2 is driven, and FIG. 4 is an exploded perspective view of the conventional ultrasonic motor. 1.2... Piezoelectric vibrator, 11L... Electrode, 3... Elastic body, 4... Protrusion, 6...
...Stator, 14...Rotor, 7...
...Oscillator, 8.10...Amplifier, 9...
...Phase shifter. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person No. 1
Figure 2 Figure 4
Claims (2)
と、そのステータに接触するロータとを備え、前記電気
−機械変換振動子は周方向に進行する振動波を発生する
とともに、その振動による前記弾性体のたわみ振動にお
いて互いに同一方向となる範囲に設けられたことを特徴
とする超音波モータ。(1) Equipped with a stator consisting of an elastic body and an electro-mechanical transducer, and a rotor in contact with the stator, the electro-mechanical transducer generates a vibration wave that travels in the circumferential direction, and The ultrasonic motor is characterized in that the elastic body is provided in a range where the deflection vibrations of the elastic body are in the same direction.
のたわみ振動の高次振動モードの節円内に設けられたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波モー
タ。(2) The ultrasonic motor according to claim 1, characterized in that the electro-mechanical transducer having a disk shape is provided within a nodal circle of a higher-order vibration mode of the flexural vibration of the elastic body. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60116937A JPH0640747B2 (en) | 1985-05-30 | 1985-05-30 | Ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60116937A JPH0640747B2 (en) | 1985-05-30 | 1985-05-30 | Ultrasonic motor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61277380A true JPS61277380A (en) | 1986-12-08 |
JPH0640747B2 JPH0640747B2 (en) | 1994-05-25 |
Family
ID=14699394
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60116937A Expired - Lifetime JPH0640747B2 (en) | 1985-05-30 | 1985-05-30 | Ultrasonic motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0640747B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01144370A (en) * | 1987-11-27 | 1989-06-06 | Nec Corp | Ultrasonic motor |
JPH04114792U (en) * | 1991-03-19 | 1992-10-09 | 株式会社豊田中央研究所 | ultrasonic motor |
-
1985
- 1985-05-30 JP JP60116937A patent/JPH0640747B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01144370A (en) * | 1987-11-27 | 1989-06-06 | Nec Corp | Ultrasonic motor |
JPH04114792U (en) * | 1991-03-19 | 1992-10-09 | 株式会社豊田中央研究所 | ultrasonic motor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0640747B2 (en) | 1994-05-25 |
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