JPS6258886A - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
- Publication number
- JPS6258886A JPS6258886A JP60195102A JP19510285A JPS6258886A JP S6258886 A JPS6258886 A JP S6258886A JP 60195102 A JP60195102 A JP 60195102A JP 19510285 A JP19510285 A JP 19510285A JP S6258886 A JPS6258886 A JP S6258886A
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- JP
- Japan
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- motor
- ultrasonic
- detector
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- Granted
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- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
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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
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
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】
産業上の利用分野
この発明は超音波振動を駆動源とした超音波モータ或い
は超音波リニヤモータに関するものである０ 従来の技術 超音波振動を利用したモータに関しては、すてて各種の
構造、原理の特許或いは学会発表がなされている○それ
らの技術の基本は圧電体に電圧を印加した時に生ずる、
延び、或いは縮みを利用したものであるっ円環或いは円
板状の圧電体に毎秒数十キロヘルツの電界を印加し、そ
の時圧電体に生ずる機械的変位を、摩擦力を介して外部
に取り出す事を基本としている。
は超音波リニヤモータに関するものである０ 従来の技術 超音波振動を利用したモータに関しては、すてて各種の
構造、原理の特許或いは学会発表がなされている○それ
らの技術の基本は圧電体に電圧を印加した時に生ずる、
延び、或いは縮みを利用したものであるっ円環或いは円
板状の圧電体に毎秒数十キロヘルツの電界を印加し、そ
の時圧電体に生ずる機械的変位を、摩擦力を介して外部
に取り出す事を基本としている。
更に円板状圧電体を直線化したりニヤーモータも報告さ
れ同様の駆動原理で動く。
れ同様の駆動原理で動く。
発明が解決しようとする問題点
上記のような超音波モータは多くの欠点を有していて、
未だに旬用化の報告はない。超音波モータの特性は直流
モータの特性に似ており、加えられる負荷或いは、モー
タに印加される電圧により、回転数或いはトルク、が変
化する。その結果回転角、移動距離が一定ではなくなり
一定に保つためには何らかの手段を用い、外部より制御
する必要がある。しかし、外部に制御用トルク、回転数
検出器を付加する事は、超音波モータの動作のためのコ
ストアップとなるため、このような使い方は適していな
いと思われていた。
未だに旬用化の報告はない。超音波モータの特性は直流
モータの特性に似ており、加えられる負荷或いは、モー
タに印加される電圧により、回転数或いはトルク、が変
化する。その結果回転角、移動距離が一定ではなくなり
一定に保つためには何らかの手段を用い、外部より制御
する必要がある。しかし、外部に制御用トルク、回転数
検出器を付加する事は、超音波モータの動作のためのコ
ストアップとなるため、このような使い方は適していな
いと思われていた。
超音波モータにおいて速度制御するか或いは外部信号に
応じた回転角で動く機能を持たせる事は、超音波モータ
の、応用範囲を大巾に広げる事が可能となるが、その様
な技術が存在していなかった。
応じた回転角で動く機能を持たせる事は、超音波モータ
の、応用範囲を大巾に広げる事が可能となるが、その様
な技術が存在していなかった。
問題点を解決するための手段
１駆動用の超音波振動の波数を計測し、同時に他に設け
た一定の回転或いは移動量に応ずる検出器の波数を計測
し、それらの波数の関係に応じてモータの速度或いは、
回転角を制御する。
た一定の回転或いは移動量に応ずる検出器の波数を計測
し、それらの波数の関係に応じてモータの速度或いは、
回転角を制御する。
作用
超音波振動の波数及び検出器の波数の関係をディジタル
的に関連付けて制御すれば良いだめ、簡単な装置で容易
に高い精度の制御が可能となる。
的に関連付けて制御すれば良いだめ、簡単な装置で容易
に高い精度の制御が可能となる。
実施例
超音波、駆動モータは、超音波振動を駆動力として利用
したもので、毎秒数十キロヘルツ以上の可聴周波数で、
ステーターを振動させ、ステーター表面の極く微少の機
械送りをモータの駆動力とするものである。１振動当り
の送り量は１ミクロン内外と極くわずかな送り量である
が、数多くの回数を送るため、毎分数百回転の回転数が
得られている。
したもので、毎秒数十キロヘルツ以上の可聴周波数で、
ステーターを振動させ、ステーター表面の極く微少の機
械送りをモータの駆動力とするものである。１振動当り
の送り量は１ミクロン内外と極くわずかな送り量である
が、数多くの回数を送るため、毎分数百回転の回転数が
得られている。
本発明は回転角或いは位置を検出し、その検出量をもと
に振動数を制御し、コントロールすることにより従来の
モータでは実現し得なかった高精度の位置精度を制御す
る事が可能となったものである。さらに位置検出同様の
精度で速度制御も可能となったものである。
に振動数を制御し、コントロールすることにより従来の
モータでは実現し得なかった高精度の位置精度を制御す
る事が可能となったものである。さらに位置検出同様の
精度で速度制御も可能となったものである。
毎分−例として毎分３６０回転の回転数で動いているモ
ータば、１秒間に６回転している。いまこのモータを３
０ＫＨｚ の振動数で駆動している時、１回転に要す
る振動数は、３０ＫＨ２÷６＝５ＫＨ２即ち１回転当り
５ＫＨ２：となる。 １ヘルツ当りの送り量は、３６０
°÷５０００＝０．０７２゜となり、これは１回の振動
で０．０７２°の送りが実現している事を示している。
ータば、１秒間に６回転している。いまこのモータを３
０ＫＨｚ の振動数で駆動している時、１回転に要す
る振動数は、３０ＫＨ２÷６＝５ＫＨ２即ち１回転当り
５ＫＨ２：となる。 １ヘルツ当りの送り量は、３６０
°÷５０００＝０．０７２゜となり、これは１回の振動
で０．０７２°の送りが実現している事を示している。
超音波駆動モータが正確に回転するためには、超音波振
動の開始と同時に正しくスタートし、停止時にも正しく
停止することが条件となる。従来のモータではこの様な
概念は成立しなかった。
動の開始と同時に正しくスタートし、停止時にも正しく
停止することが条件となる。従来のモータではこの様な
概念は成立しなかった。
これらの要求を比較的満足しだモータとして、パルスモ
ータ或いはステップモータがあるが、磁気的結合力で行
うだめのギャンブ数が有限であるため、動きが連続とな
らず、コギングと言われる振動を伴ない、使い難い。
ータ或いはステップモータがあるが、磁気的結合力で行
うだめのギャンブ数が有限であるため、動きが連続とな
らず、コギングと言われる振動を伴ない、使い難い。
パルスモータはパルスの応答速度が大きく取れず、高速
応答特性を有するパルスモータが求められていた。
応答特性を有するパルスモータが求められていた。
超音波モータの駆動においては、超音波振動の発生が、
直接モータトルクの発生となる。さらに超音波振動の停
止がブレーキ作用として瞬時に作動するため、即座に停
止する事が特徴である。
直接モータトルクの発生となる。さらに超音波振動の停
止がブレーキ作用として瞬時に作動するため、即座に停
止する事が特徴である。
つぎに本発明による超音波モータの実施例を示す。第１
図において、１は回転取り出し部であるロータ、２は超
音波振動を発生しモータの駆動力部となるステータ、３
は圧電体を示し、４はモータの固定台を示す。超音波モ
ータの速度或いは位を検出用のエンコーダ５は、ロータ
１に取付けられている。６は光学的検出用の発光ダイオ
ードおよびフォトダイオードを含む検出器を示す。検出
器６の発光ダイオードより出だ光はエンコーダ５で反射
され検出器６のフォトダイオードで受光される。
図において、１は回転取り出し部であるロータ、２は超
音波振動を発生しモータの駆動力部となるステータ、３
は圧電体を示し、４はモータの固定台を示す。超音波モ
ータの速度或いは位を検出用のエンコーダ５は、ロータ
１に取付けられている。６は光学的検出用の発光ダイオ
ードおよびフォトダイオードを含む検出器を示す。検出
器６の発光ダイオードより出だ光はエンコーダ５で反射
され検出器６のフォトダイオードで受光される。
第１図に示す実施例では、エンコーダ５として３６０
を１０２４ 分割してスリットを設けた構造体をステー
タ２内に挟入した位置でロータ１と一体化している。
を１０２４ 分割してスリットを設けた構造体をステー
タ２内に挟入した位置でロータ１と一体化している。
超音波モータの特徴は先に記したように、その立上り、
停止、の応答性に特徴されるが、第２図に回転、停止の
電流電圧波形を示す。横軸は時間軸を示し、たて軸は出
力波形を示す。第２図は回転数２０Ｏｒ、ｐ、ｍ、、ト
ルク１ｏｏｇ−ｃｗの負荷での特性であるが、超音波モ
ータの停止特性がいかに優れているかが示されている。
停止、の応答性に特徴されるが、第２図に回転、停止の
電流電圧波形を示す。横軸は時間軸を示し、たて軸は出
力波形を示す。第２図は回転数２０Ｏｒ、ｐ、ｍ、、ト
ルク１ｏｏｇ−ｃｗの負荷での特性であるが、超音波モ
ータの停止特性がいかに優れているかが示されている。
第２図において、（ａ）は立上り時の電圧、電流特性を
示し、（ｂ）は立下り時の電圧、電流特性を示す。
示し、（ｂ）は立下り時の電圧、電流特性を示す。
この両者のデータがロータリ、エンコーダでの計測と一
致する事により、計測データが正しい事が確認された。
致する事により、計測データが正しい事が確認された。
第２図において、上記エンコーダの１パルスの出力間に
、超音波駆動の波数は２００波程度であるが、２００波
の波をディジタル的に計測し、回転角に対応させて、外
挿或いは内挿して用いるならば０．０１ の角度分解能
を有する超音波駆動パルスモータが実現出来る。
、超音波駆動の波数は２００波程度であるが、２００波
の波をディジタル的に計測し、回転角に対応させて、外
挿或いは内挿して用いるならば０．０１ の角度分解能
を有する超音波駆動パルスモータが実現出来る。
実験は４００００回転に亘り各累積回転数と設定値から
のズレとで評価したが、累積誤差としては１／４０００
０ 以下となった。この結果より３６０゜の設定範囲
内で０．０１ 以内の精度で停止が行なわれている事
を確認した。
のズレとで評価したが、累積誤差としては１／４０００
０ 以下となった。この結果より３６０゜の設定範囲
内で０．０１ 以内の精度で停止が行なわれている事
を確認した。
さらに第３図に上記構成による超音波パルスモータの回
転角、パルス特性を示す。
転角、パルス特性を示す。
発明の効果
本発明によれば、極めて簡単な構造及び制御により高精
度の位置制御精度が得られる。
度の位置制御精度が得られる。
流の立上り、立下り特性を示すグラフ、第３図は同モー
タの回転角−パルス数特性を示すグラフである。 １・・・・・・ロータ、２・・・・・・ステータ、３・
・・・・・圧電体、４・・・・・・支持台、５・・・・
・・エンコーダ、６・・・・・・検出器。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 （勾 （’ｂン
タの回転角−パルス数特性を示すグラフである。 １・・・・・・ロータ、２・・・・・・ステータ、３・
・・・・・圧電体、４・・・・・・支持台、５・・・・
・・エンコーダ、６・・・・・・検出器。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 （勾 （’ｂン
Claims (3)
- （１）超音波振動する固定子に移動子を当接し両者間の
摩擦力を介して前記移動子を駆動するよう構成され、前
記固定子の超音波振動の波数を計測するとともに他に設
けた一定の回転或いは移動量に応ずる波数を計測し、そ
の波数の関係に応じて前記超音波振動の振動数を制御す
ることにより、モータの速度或いは、回転角を制御する
事を特徴とする超音波モータ。 - （２）一定の超音波振動数内での移動量を計測するため
の角度検出器或いは位置検出器を有する事を特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。 - （３）移動量計測のための手段として、光学的方法又は
磁気的方法を用いる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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60195102A JPH07108105B2 (ja) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 超音波モータの駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60195102A JPH07108105B2 (ja) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 超音波モータの駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6258886A true JPS6258886A (ja) | 1987-03-14 |
| JPH07108105B2 JPH07108105B2 (ja) | 1995-11-15 |
Family
ID=16335552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60195102A Expired - Lifetime JPH07108105B2 (ja) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 超音波モータの駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07108105B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6429593A (en) * | 1987-07-25 | 1989-01-31 | Japan Engine Valve Mfg | Travelling drive for electric door |
| JPH01243862A (ja) * | 1988-03-25 | 1989-09-28 | Japan Radio Co Ltd | 超音波モータのロータ回転角度測定装置 |
| JPH0265093U (ja) * | 1988-10-31 | 1990-05-16 | ||
| JPH0274374U (ja) * | 1988-11-21 | 1990-06-06 | ||
| JPH02206372A (ja) * | 1989-02-03 | 1990-08-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータの制御方法 |
| JPH04187U (ja) * | 1990-04-16 | 1992-01-06 | ||
| JPH04154424A (ja) * | 1990-10-19 | 1992-05-27 | Nippondenso Co Ltd | 空調装置の吹出し温度調節装置 |
| JPH04163323A (ja) * | 1990-10-19 | 1992-06-08 | Sansho Kk | 開繊装置 |
| US5625263A (en) * | 1989-06-15 | 1997-04-29 | Nikon Corporation | Driving device for ultrasonic wave motor |
-
1985
- 1985-09-04 JP JP60195102A patent/JPH07108105B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6429593A (en) * | 1987-07-25 | 1989-01-31 | Japan Engine Valve Mfg | Travelling drive for electric door |
| JPH01243862A (ja) * | 1988-03-25 | 1989-09-28 | Japan Radio Co Ltd | 超音波モータのロータ回転角度測定装置 |
| JPH0732612B2 (ja) * | 1988-03-25 | 1995-04-10 | 日本無線株式会社 | 超音波モータのロータ回転角度測定装置 |
| JPH0265093U (ja) * | 1988-10-31 | 1990-05-16 | ||
| JPH0274374U (ja) * | 1988-11-21 | 1990-06-06 | ||
| JPH02206372A (ja) * | 1989-02-03 | 1990-08-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータの制御方法 |
| US5625263A (en) * | 1989-06-15 | 1997-04-29 | Nikon Corporation | Driving device for ultrasonic wave motor |
| JPH04187U (ja) * | 1990-04-16 | 1992-01-06 | ||
| JPH04154424A (ja) * | 1990-10-19 | 1992-05-27 | Nippondenso Co Ltd | 空調装置の吹出し温度調節装置 |
| JPH04163323A (ja) * | 1990-10-19 | 1992-06-08 | Sansho Kk | 開繊装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07108105B2 (ja) | 1995-11-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |