JPS6139870A - 圧電形直線モ−タ - Google Patents
圧電形直線モ−タInfo
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- JPS6139870A JPS6139870A JP15807484A JP15807484A JPS6139870A JP S6139870 A JPS6139870 A JP S6139870A JP 15807484 A JP15807484 A JP 15807484A JP 15807484 A JP15807484 A JP 15807484A JP S6139870 A JPS6139870 A JP S6139870A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/0075—Electrical details, e.g. drive or control circuits or methods
- H02N2/008—Means for controlling vibration frequency or phase, e.g. for resonance tracking
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/08—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
本発明は弾性体からなるレール上を伝播する超音波振動
によって、レール上に加圧接触させた摺動体を移動させ
る圧電形直線モータにおいて、圧電振動子の駆動周波数
を、振動子の共振周波数に自動追尾させた圧電形直線モ
ータに関する。
によって、レール上に加圧接触させた摺動体を移動させ
る圧電形直線モータにおいて、圧電振動子の駆動周波数
を、振動子の共振周波数に自動追尾させた圧電形直線モ
ータに関する。
［発明の技術的背景］
従来、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するのに
、電気エネルギーを−Ｈ磁気エネルギーに変え磁気の吸
引力と反発力を利用し機械エネルギーを得る方法がとら
れ、鉄心と巻線を有するモータが広く使用されている。
、電気エネルギーを−Ｈ磁気エネルギーに変え磁気の吸
引力と反発力を利用し機械エネルギーを得る方法がとら
れ、鉄心と巻線を有するモータが広く使用されている。
しかし、この方法は構造が複雑で重いこと、直線運動を
させるには回転運動を機械的に直線運動に変えなければ
ならないこと、磁束が外部に漏れること、電源投入時突
入電流があり電源遮断時に高い逆起電圧を発生、するこ
となどの問題があった。
させるには回転運動を機械的に直線運動に変えなければ
ならないこと、磁束が外部に漏れること、電源投入時突
入電流があり電源遮断時に高い逆起電圧を発生、するこ
となどの問題があった。
このため近年ＢａＴｉＯ３やＰＺＴ等の圧電セラミック
による振動子を応用した圧電形直線モータが提案されて
いる。第８図に圧電形直線モータの構造例を示す。Ｂａ
ＴｉＯ３やＰＺＴ等の圧電セラミックからなる圧電振動
子（２）、鉄、黄銅等の金属またはプラスチックなどの
弾性体からなるレール（１）、レールに加圧接触させた
摺動体（３）から構成される。つぎに第８図、第９図を
用いて圧電形直線モータの原理を説明する。
による振動子を応用した圧電形直線モータが提案されて
いる。第８図に圧電形直線モータの構造例を示す。Ｂａ
ＴｉＯ３やＰＺＴ等の圧電セラミックからなる圧電振動
子（２）、鉄、黄銅等の金属またはプラスチックなどの
弾性体からなるレール（１）、レールに加圧接触させた
摺動体（３）から構成される。つぎに第８図、第９図を
用いて圧電形直線モータの原理を説明する。
第８図の圧電振動子（２）のどちらか一方を圧電振動子
（２）の共振周波数の交番電圧で駆動すると、圧電振動
子（２）はレール（１）の長手方向とは直角方向に振動
してレール（１）に振動を与える。このときレール（１
）には第９図に拡大図で示すような弾性波が発生し弾性
体からなるレール（１）上を伝播する。このとき弾性体
表面の質点（４）は、縦振幅Ｕ、横振幅Ｖの楕円運動を
行っており、楕円運動の回転方向は弾性波の進む方向と
は逆向きである。この波は１波長毎に頂点（５）をもっ
ていて、レール（１）上に摺動体（３）を加圧接触させ
ると、摺動体（３）のレール（１）に接する面は弾性波
の頂点（５）のみに接触するので摺動体（３）はレール
（１）との摩擦力によって質点（４）の楕円運動の方向
に移動する。これは第８図において弾性体レール（１）
上を摺動体（３）が移動することを示している。また第
８図において駆動されていない他方の圧電振動子（２）
は、レール（１）上に発生ずる弾性波が効率よくレール
（１）上を伝播するようにインピーダンスの整合をとる
ためのものである。
（２）の共振周波数の交番電圧で駆動すると、圧電振動
子（２）はレール（１）の長手方向とは直角方向に振動
してレール（１）に振動を与える。このときレール（１
）には第９図に拡大図で示すような弾性波が発生し弾性
体からなるレール（１）上を伝播する。このとき弾性体
表面の質点（４）は、縦振幅Ｕ、横振幅Ｖの楕円運動を
行っており、楕円運動の回転方向は弾性波の進む方向と
は逆向きである。この波は１波長毎に頂点（５）をもっ
ていて、レール（１）上に摺動体（３）を加圧接触させ
ると、摺動体（３）のレール（１）に接する面は弾性波
の頂点（５）のみに接触するので摺動体（３）はレール
（１）との摩擦力によって質点（４）の楕円運動の方向
に移動する。これは第８図において弾性体レール（１）
上を摺動体（３）が移動することを示している。また第
８図において駆動されていない他方の圧電振動子（２）
は、レール（１）上に発生ずる弾性波が効率よくレール
（１）上を伝播するようにインピーダンスの整合をとる
ためのものである。
この圧電モータは構造が簡単で直接直線運動が得られる
。停止時は摩擦で摺動体がレール上に固定されるので位
置決め精度が高く、また外部に磁束の漏洩がない等の特
徴を有し多方面への応用が考えられている。
。停止時は摩擦で摺動体がレール上に固定されるので位
置決め精度が高く、また外部に磁束の漏洩がない等の特
徴を有し多方面への応用が考えられている。
［背景技術の問題点］
この圧電形直線モータは、上記のように多くの特徴を兼
ね備えているが、圧電振動子を駆動させるには振動子の
固有共振周波数の交番電圧で駆動させる必要がある。し
かし圧電形直線モータを動かすことのできる共振周波数
幅は非常に狭り２８ＫＨ２付近の共振周波数で駆動する
場合でも駆動周波の変動は±１％以内に抑える必要があ
る。
ね備えているが、圧電振動子を駆動させるには振動子の
固有共振周波数の交番電圧で駆動させる必要がある。し
かし圧電形直線モータを動かすことのできる共振周波数
幅は非常に狭り２８ＫＨ２付近の共振周波数で駆動する
場合でも駆動周波の変動は±１％以内に抑える必要があ
る。
しかし圧電形直線モータを駆動できる共振周波数は調度
変化や外部からの機械的ストレス等によって変化するな
どの問題点があって圧電形直線モータを安定に駆動させ
ることは困難で、すぐれた特長を十分引出せない欠点が
あった。 □［発明の目的〕 圧電形直線モータを励振する圧電振動子の共振周波数が
外部要因により変化しても、変化に追随し、常に共振周
波数で圧電振動子を駆動する″ことのできる圧電形直線
モータを提供せんとするものである。
変化や外部からの機械的ストレス等によって変化するな
どの問題点があって圧電形直線モータを安定に駆動させ
ることは困難で、すぐれた特長を十分引出せない欠点が
あった。 □［発明の目的〕 圧電形直線モータを励振する圧電振動子の共振周波数が
外部要因により変化しても、変化に追随し、常に共振周
波数で圧電振動子を駆動する″ことのできる圧電形直線
モータを提供せんとするものである。
［発明の概要］
この発明になる圧電形直線モータは、金属等の弾性体か
らなるレールと、該レールの一端または両端に結合した
圧電振動子と、該レール表面に加圧接触させた摺動体と
を有し、該摺動体を前記圧電振動子の発する振動により
レール上に発生させた超音波の進行波によってレール上
を移動させる圧電形直線モータにおいて、前記圧電振動
子を駆動させる駆動回路と、該駆動回路の出力駆動信号
の周波数と該周波数によって駆動する圧電振動子または
系の共振周波数の差を検知する検知回路と、該検知回路
から出力される信号によって発振周波数を制御できる制
御発振回路とを具備し、−一御発振回路の発振周波数を
圧電振動子または系の共振周波数へ自動追尾させること
によって前記出力駆動用信号の周波数と圧電振動子また
は系の共振周波数との差が最小になるようにしたことを
特徴とするものである。
らなるレールと、該レールの一端または両端に結合した
圧電振動子と、該レール表面に加圧接触させた摺動体と
を有し、該摺動体を前記圧電振動子の発する振動により
レール上に発生させた超音波の進行波によってレール上
を移動させる圧電形直線モータにおいて、前記圧電振動
子を駆動させる駆動回路と、該駆動回路の出力駆動信号
の周波数と該周波数によって駆動する圧電振動子または
系の共振周波数の差を検知する検知回路と、該検知回路
から出力される信号によって発振周波数を制御できる制
御発振回路とを具備し、−一御発振回路の発振周波数を
圧電振動子または系の共振周波数へ自動追尾させること
によって前記出力駆動用信号の周波数と圧電振動子また
は系の共振周波数との差が最小になるようにしたことを
特徴とするものである。
［発明の実施例］
実 施 例 １
第１図に示すように鉄、黄銅などの金属やプラスチック
などの弾性体からなるレール（１）に超音波振動を与え
る圧電振動子（２）を駆動する交番電圧を検知する電圧
検知回路（６）、圧電振動子（２）を−動する交番電流
を検知する電流検知回路（７）を有し、それぞれの出力
は位相弁別回路（８）に麺続され駆動電圧と電流の位相
差信号が取り出される。位相弁別回路（８）の出力、す
なわち位相差信号は制御発振回路（９）に入力される。
などの弾性体からなるレール（１）に超音波振動を与え
る圧電振動子（２）を駆動する交番電圧を検知する電圧
検知回路（６）、圧電振動子（２）を−動する交番電流
を検知する電流検知回路（７）を有し、それぞれの出力
は位相弁別回路（８）に麺続され駆動電圧と電流の位相
差信号が取り出される。位相弁別回路（８）の出力、す
なわち位相差信号は制御発振回路（９）に入力される。
制御発振回路（９）は入力信号によって発振出力周波数
が変化するもので、ここでは位相差に応じた発振周波数
が出力される。この制御発振回路（９）の出力を駆動回
路（１０）で増幅し、圧電振動子（２）を駆動させる回
路構成からなるものである。つぎにこの回路で重要な動
作について第１図、第２図を参照して説明する。
が変化するもので、ここでは位相差に応じた発振周波数
が出力される。この制御発振回路（９）の出力を駆動回
路（１０）で増幅し、圧電振動子（２）を駆動させる回
路構成からなるものである。つぎにこの回路で重要な動
作について第１図、第２図を参照して説明する。
圧電形直線モータは、圧電振動子（２）の共振周波数ｆ
ｏ で駆動したとき第２図のグラフ（ａ）に示すように
摺動体（３）の移動速度もまたその推力も大きい。この
とき圧電振動子（２）の駆［圧と駆動電流の位相差は第
２図のグラフ（ｂ）に示すように最小になる。したがっ
て圧電振動子（２）の駆動電圧と駆動電流の位相差が最
小になる周波数で圧電振動子（２）を駆動すれば、常に
最適周波数での駆動を実現することができる。
ｏ で駆動したとき第２図のグラフ（ａ）に示すように
摺動体（３）の移動速度もまたその推力も大きい。この
とき圧電振動子（２）の駆［圧と駆動電流の位相差は第
２図のグラフ（ｂ）に示すように最小になる。したがっ
て圧電振動子（２）の駆動電圧と駆動電流の位相差が最
小になる周波数で圧電振動子（２）を駆動すれば、常に
最適周波数での駆動を実現することができる。
つぎに第１図において、何らかの原因によって圧電振動
子（２）の共振周波数が変化すると、圧電振動子（２）
の駆動電圧と電流の位相差が変化するので電圧検知回路
（６）と電流検知回路（７）の出力を受けた位相弁別回
路（８）の出力信号が変化する。
子（２）の共振周波数が変化すると、圧電振動子（２）
の駆動電圧と電流の位相差が変化するので電圧検知回路
（６）と電流検知回路（７）の出力を受けた位相弁別回
路（８）の出力信号が変化する。
位相弁別回路（８）の出力は制御発振回路（９）の発振
周波数制御入力に接続されていて、制御発振回路（９）
の発振周波数を位相差が小さくなる方向に変化させるよ
うに働く。さらに制御発振回路（９）の出力は駆動回路
（１０）をへて圧電振動子（２）に接続されているので
、圧電振動子（２）の共振周波数が変化しても圧電振動
子（２）は常に共振周波数に一致した駆動信号が供給さ
れ最適動作条件を保持することができる。
周波数制御入力に接続されていて、制御発振回路（９）
の発振周波数を位相差が小さくなる方向に変化させるよ
うに働く。さらに制御発振回路（９）の出力は駆動回路
（１０）をへて圧電振動子（２）に接続されているので
、圧電振動子（２）の共振周波数が変化しても圧電振動
子（２）は常に共振周波数に一致した駆動信号が供給さ
れ最適動作条件を保持することができる。
実 施 例 ２
第４図において圧電振動子（２）を該振動子（２）の共
振周波数または系の共振周波数ｆｏ で駆動したとき、
摺動体推力（ａ）は最大になる。このとき圧電振動子（
２）に流れる駆動電流（Ｃ）も最大になるので、第３図
に示すように圧電振動子（２）に流れる駆動電流を検知
する電流検知回路（１）の出力で制御発振回路（９）の
発振周波数を圧電振動子（２）に流れる駆動電流が最大
になるような値に追尾させても、前述の実施例１と同様
な結果が得られる。
振周波数または系の共振周波数ｆｏ で駆動したとき、
摺動体推力（ａ）は最大になる。このとき圧電振動子（
２）に流れる駆動電流（Ｃ）も最大になるので、第３図
に示すように圧電振動子（２）に流れる駆動電流を検知
する電流検知回路（１）の出力で制御発振回路（９）の
発振周波数を圧電振動子（２）に流れる駆動電流が最大
になるような値に追尾させても、前述の実施例１と同様
な結果が得られる。
友−」Ｌ」１−ユ
第５図、第６図において圧電振動子（２）を該振動子（
２）の共振周波数または系の共振周波数ｆ’。
２）の共振周波数または系の共振周波数ｆ’。
で駆動したとき摺動体推力（ａ）は最大になる。このと
き摺動体（３）の移動速度（ｄ）も最大になるので、第
５図に示すように摺動体（３）の移動速度を検知する速
度検知器（１１）の出力で制御発振回路（９）の発振周
波数を摺動体（３）の移動速度が最大になるような値に
追尾させても実施例１と同様な結果が得られる。
き摺動体（３）の移動速度（ｄ）も最大になるので、第
５図に示すように摺動体（３）の移動速度を検知する速
度検知器（１１）の出力で制御発振回路（９）の発振周
波数を摺動体（３）の移動速度が最大になるような値に
追尾させても実施例１と同様な結果が得られる。
［発明の効果］
発明の効果について第７図の実施例の結果をもとに説明
する。第７図のグラフは一定時間圧電直線モータを連続
駆動したときの摺動体に発生する推力の変化を表わした
もので、図中（ａ）は従来例、（ｂ）は本発明の構成に
よる実施例である。
する。第７図のグラフは一定時間圧電直線モータを連続
駆動したときの摺動体に発生する推力の変化を表わした
もので、図中（ａ）は従来例、（ｂ）は本発明の構成に
よる実施例である。
これから明らかなように、外部から加わるストレスや圧
電素子自体の経時変化により圧電素子の共振周波数が変
化しても駆動電圧の周波数が自動的に追尾するので、常
に最適条件での駆動が可能になる。このため安定な共振
周波数特性をもった圧電振動子や、高安定な発振周波数
特性をもった発振器も不要になり、さらに圧電形直線モ
ータの推りにおける経時特性を大幅に改善することがで
きた。
電素子自体の経時変化により圧電素子の共振周波数が変
化しても駆動電圧の周波数が自動的に追尾するので、常
に最適条件での駆動が可能になる。このため安定な共振
周波数特性をもった圧電振動子や、高安定な発振周波数
特性をもった発振器も不要になり、さらに圧電形直線モ
ータの推りにおける経時特性を大幅に改善することがで
きた。
つまり、安定性にすぐれた工業的価値の高い圧電形直線
モータを提供することができる。また本発明による構成
はトランジスタ等を組み合わせたディスクリートなもの
でも、あるいは集積回路化されたものでも同様の効果を
得られることは述べるまでもない。
モータを提供することができる。また本発明による構成
はトランジスタ等を組み合わせたディスクリートなもの
でも、あるいは集積回路化されたものでも同様の効果を
得られることは述べるまでもない。
第１図〜第７図は本発明の実施例を示したもので、第１
図は圧電形直線モータのブロック図、第２図は駆動周波
数と摺動体の推力−および駆動電圧と電流間の位相差と
の関係を示す曲線図、第３図は圧電形直線モータの他の
実施例を示すブロック図、第４図は駆動周波数と摺動体
の推力および駆動電流の大きさとの関係を示す曲線図、
第５図は圧電形直線モータの他の実施例を示すブロック
図、第６図は駆動周波数と摺動体の推力および摺動体の
移動速度との関係を示す曲線図、第７図は摺動体推力の
経時変化を従来例と比較して示した曲線図、゛第８図は
従来の圧電形直線モータを示すブロック図、第９図は圧
電形直線モータの動作原理を示す斜視図である。 （１）・・・・・・レール （２）・・・・・・
圧電振動子（３）・・・・・・摺動体 （４）・
・・・・・質点（５）・・・・・・弾性波の頂点 （６
）・・・・・・電圧検知回路（７）・・・・・・電流検
知回路 （８）・・・・・・位相弁別回路（９）・・・
・・・制御発振回路 （１０）・・・・・・駆動回路（
１１）・・・・・・速度検知器 特 許 出 願 人 マルコン電子株式会社
図は圧電形直線モータのブロック図、第２図は駆動周波
数と摺動体の推力−および駆動電圧と電流間の位相差と
の関係を示す曲線図、第３図は圧電形直線モータの他の
実施例を示すブロック図、第４図は駆動周波数と摺動体
の推力および駆動電流の大きさとの関係を示す曲線図、
第５図は圧電形直線モータの他の実施例を示すブロック
図、第６図は駆動周波数と摺動体の推力および摺動体の
移動速度との関係を示す曲線図、第７図は摺動体推力の
経時変化を従来例と比較して示した曲線図、゛第８図は
従来の圧電形直線モータを示すブロック図、第９図は圧
電形直線モータの動作原理を示す斜視図である。 （１）・・・・・・レール （２）・・・・・・
圧電振動子（３）・・・・・・摺動体 （４）・
・・・・・質点（５）・・・・・・弾性波の頂点 （６
）・・・・・・電圧検知回路（７）・・・・・・電流検
知回路 （８）・・・・・・位相弁別回路（９）・・・
・・・制御発振回路 （１０）・・・・・・駆動回路（
１１）・・・・・・速度検知器 特 許 出 願 人 マルコン電子株式会社
Claims (1)
- （１）金属等の弾性体からなるレールと、該レールの一
端または両端に結合した圧電振動子と、該レール表面に
加圧接触させた摺動体とを有し、該摺動体を前記圧電振
動子の発する振動によりレール上に発生させた超音波の
進行波によつてレール上を移動させる圧電形直線モータ
において、前記圧電振動子を駆動させる駆動回路と、該
駆動回路の出力駆動信号の周波数と該周波数によって駆
動する圧電振動子または系の共振周波数の差を検知する
検知回路と、該検知回路から出力される信号によつて発
振周波数を制御できる制御発振回路とを具備し、該制御
発振回路の発振周波数を圧電振動子または系の共振周波
数へ自動追尾させることによつて前記出力駆動信号の周
波数と圧電振動子または系の共振周波数との差が最小に
なるようにしたことを特徴とする圧電形直線モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15807484A JPS6139870A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 圧電形直線モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15807484A JPS6139870A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 圧電形直線モ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6139870A true JPS6139870A (ja) | 1986-02-26 |
Family
ID=15663724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15807484A Pending JPS6139870A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 圧電形直線モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6139870A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63140678A (ja) * | 1986-12-02 | 1988-06-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モ−タの駆動装置 |
| JPS63206169A (ja) * | 1987-02-19 | 1988-08-25 | Nikon Corp | 超音波モータの駆動回路 |
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