JPS63110970A - 超音波モ−タ駆動法 - Google Patents
超音波モ−タ駆動法Info
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- JPS63110970A JPS63110970A JP61256041A JP25604186A JPS63110970A JP S63110970 A JPS63110970 A JP S63110970A JP 61256041 A JP61256041 A JP 61256041A JP 25604186 A JP25604186 A JP 25604186A JP S63110970 A JPS63110970 A JP S63110970A
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
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- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
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
- H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods
-
- 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
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
本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モータ
の駆動法に関する。
の駆動法に関する。
従来の技術
近年圧電セラミック等の圧電体を用いた駆動体に弾性撮
動を励振し、これを駆動力とした超音波モータが１主目
されている。
動を励振し、これを駆動力とした超音波モータが１主目
されている。
以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術につ
いて説明を行う。
いて説明を行う。
第３図は従来の超音波モータの斜視図であり、円環形の
弾性体１の円環面の一方に圧電体として円環形圧電セラ
ミック２を貼合せて圧電駆動体３を構成している。４は
耐磨耗性材料のスライダ、５は弾性体であり、互いに貼
合せられて移動体６を構成している。移動体６はスライ
ダ４を介して駆動体３と加圧接触している。圧電体２に
電界を印加すると駆動体３の周方向に曲げ振動の進行波
が励起され、移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は
移動体６の回転方向を示す。
弾性体１の円環面の一方に圧電体として円環形圧電セラ
ミック２を貼合せて圧電駆動体３を構成している。４は
耐磨耗性材料のスライダ、５は弾性体であり、互いに貼
合せられて移動体６を構成している。移動体６はスライ
ダ４を介して駆動体３と加圧接触している。圧電体２に
電界を印加すると駆動体３の周方向に曲げ振動の進行波
が励起され、移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は
移動体６の回転方向を示す。
第４図は第３図の超音波モータに使用した圧電セラミッ
ク２の電極構造の一例を示している。同図では円周方向
に９波長の弾性波がのるようにしである。同図において
、Ａ、Ｂはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から成る
電極群で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分′の１波長の長
さの電極である。従って、Ａの電極群とＢの電極群とは
位置的に４分の１波長く＝９０度）の位相ずれがある。
ク２の電極構造の一例を示している。同図では円周方向
に９波長の弾性波がのるようにしである。同図において
、Ａ、Ｂはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から成る
電極群で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分′の１波長の長
さの電極である。従って、Ａの電極群とＢの電極群とは
位置的に４分の１波長く＝９０度）の位相ずれがある。
電極群Ａ、Ｂ内の隣り合う小電極部は互いに反対に厚み
方向に分極されている。圧電セラミック２の弾性体１と
の接着面は第４図に示された面と反対の面であり、電極
はベタ電極である。使用時には電極群Ａ、Ｂは第４図に
斜線で示されたように、それぞれ短絡して用いられる。
方向に分極されている。圧電セラミック２の弾性体１と
の接着面は第４図に示された面と反対の面であり、電極
はベタ電極である。使用時には電極群Ａ、Ｂは第４図に
斜線で示されたように、それぞれ短絡して用いられる。
以上のように構成された超音波モータについて、その動
作を以下に説明する。前記圧電体２の電極群Ａに Ｖ＝Ｖ１ ｘｓｉｎ（ωｔ） −−−
（１）で表される電圧を印加すると（ただしＶｌは電圧
の瞬時値、ωは角周波数、ｔは時間）、駆動体３は円周
方向に曲げ振動をする。
作を以下に説明する。前記圧電体２の電極群Ａに Ｖ＝Ｖ１ ｘｓｉｎ（ωｔ） −−−
（１）で表される電圧を印加すると（ただしＶｌは電圧
の瞬時値、ωは角周波数、ｔは時間）、駆動体３は円周
方向に曲げ振動をする。
第５図は第３図の超音波モータの駆動体を直線近似した
時の斜視図であり、同図（ａ）は圧電体２に電圧を印加
していない時、同図（ｂ）は圧電体２に電圧を印加した
時の様子を示す。
時の斜視図であり、同図（ａ）は圧電体２に電圧を印加
していない時、同図（ｂ）は圧電体２に電圧を印加した
時の様子を示す。
第６図は移動体６と駆動体３の接触状況を拡大して描い
たものである。前記圧電体２の電極群ＡにＶｌ ｘｓｉ
ｎ（ωｔ）、他の電極群ＢにＶｔ ｘｃｏｓ（ωｔ）の
互いに時間的に位相がπ／２だけずれた電圧を印加すれ
ば、駆動体３の円周方向に曲げ振動の進行波を作ること
ができる。一般に進行波は振幅をξとすれば ξ−ξ１ ｘｃｏｓ（ωｔ−ｋｘ） −−
−（２）ただし ξ１ ＝波の大きさの瞬時値 ｋ ：波数（２π／λ） λ：波長 Ｘ ：位置 で表せる。（２）式は ξ−ξ１に（Ｃｏｓ（ωｔ）ｘｃｏｓ（ｋｘ）＋５ｉｎ
（ωｔ）ｘｓｉｎ（ｋｘ）） −−−（３）と書き
直せ、（３）式は準行波が時間的にπ／２だけ位相のず
れた波ｃｏｓ（ωｔ）と５ｉｎ（ωｔ）、および位置的
にπ／２だけ位相のずれたｃｏｓ（ｋｘ）と５ｉｎ（ｋ
ｘ）との、それぞれの積の和で得られることを示してい
る。前述の説明より、圧電体２は互いに位置的にπ／２
（＝λ／４）だけ位相のずれた電極群Ａ、Ｂを持ってい
るので、駆動体３の共振周波数に近傍の周波数出力を持
つ発振器の出力から、それぞれに時間的に位相のπ／２
だけずれた交流電圧を作り、前記電極群に印加すれば駆
動体３に曲げ振動の進行波を作れる。
たものである。前記圧電体２の電極群ＡにＶｌ ｘｓｉ
ｎ（ωｔ）、他の電極群ＢにＶｔ ｘｃｏｓ（ωｔ）の
互いに時間的に位相がπ／２だけずれた電圧を印加すれ
ば、駆動体３の円周方向に曲げ振動の進行波を作ること
ができる。一般に進行波は振幅をξとすれば ξ−ξ１ ｘｃｏｓ（ωｔ−ｋｘ） −−
−（２）ただし ξ１ ＝波の大きさの瞬時値 ｋ ：波数（２π／λ） λ：波長 Ｘ ：位置 で表せる。（２）式は ξ−ξ１に（Ｃｏｓ（ωｔ）ｘｃｏｓ（ｋｘ）＋５ｉｎ
（ωｔ）ｘｓｉｎ（ｋｘ）） −−−（３）と書き
直せ、（３）式は準行波が時間的にπ／２だけ位相のず
れた波ｃｏｓ（ωｔ）と５ｉｎ（ωｔ）、および位置的
にπ／２だけ位相のずれたｃｏｓ（ｋｘ）と５ｉｎ（ｋ
ｘ）との、それぞれの積の和で得られることを示してい
る。前述の説明より、圧電体２は互いに位置的にπ／２
（＝λ／４）だけ位相のずれた電極群Ａ、Ｂを持ってい
るので、駆動体３の共振周波数に近傍の周波数出力を持
つ発振器の出力から、それぞれに時間的に位相のπ／２
だけずれた交流電圧を作り、前記電極群に印加すれば駆
動体３に曲げ振動の進行波を作れる。
−第６図は進行波の励起によって、駆動体の表面の質点
Ａが長軸２ Ｗ 、短軸２ｕの楕円運動をしている様子
を示し、駆動体３上に置かれた移動体６が楕円の頂点で
接触することにより、波の進行方向とは逆方向にＶ−ω
×ｕの速度で運動する様子を示している。即ち移動体６
は任意の静圧で駆動体３に押し付けられて、駆動体３の
表面に接触し、移動体６と駆動体３との摩擦力で波の進
行方向と逆方向に速度Ｖで駆動される。両者の間にすべ
りがある時は、速度が上記のりよりも小さくなる。
Ａが長軸２ Ｗ 、短軸２ｕの楕円運動をしている様子
を示し、駆動体３上に置かれた移動体６が楕円の頂点で
接触することにより、波の進行方向とは逆方向にＶ−ω
×ｕの速度で運動する様子を示している。即ち移動体６
は任意の静圧で駆動体３に押し付けられて、駆動体３の
表面に接触し、移動体６と駆動体３との摩擦力で波の進
行方向と逆方向に速度Ｖで駆動される。両者の間にすべ
りがある時は、速度が上記のりよりも小さくなる。
駆動体の振動は圧電体の機械腕に流れる電流に比例する
から、２つのアドミッタンス特性が一致してれば、振幅
値が等しく、互いに９０度位相の異なる２つの交流電界
で駆動すれば、駆動体３に振幅値が等しく、互いに時間
的および位置的に９０度位相の異なる２つの曲げ振動の
定在波が励振でき、（３）式より進行波が効率良く励振
でき、従って効率の良く超音波モータが実現できる。
から、２つのアドミッタンス特性が一致してれば、振幅
値が等しく、互いに９０度位相の異なる２つの交流電界
で駆動すれば、駆動体３に振幅値が等しく、互いに時間
的および位置的に９０度位相の異なる２つの曲げ振動の
定在波が励振でき、（３）式より進行波が効率良く励振
でき、従って効率の良く超音波モータが実現できる。
しかし、電極群ＡおよびＢから見たアドミッタンスの絶
対値および位相の周波数特性は、第７図に示すようにそ
れぞれ異なっている。同図において、Ａ、Ｂは電極群Ａ
、Ｂに対応し、実線はアドミッタンスの絶対値の特性、
点線は位相の特性を示す。例えば、駆動周波数を同図中
のｆｌに選んだ場合、圧電体２の電極群Ａ、Ｂに印加す
る交流電圧の振幅値を等しく、また位相差を９０度にし
ても、圧電体２の機械腕に流入する電流の振幅値は同図
中のＲだけ異なり、位相差も同図中のＰだけ９０度より
異なってしまう。従って、この条件では、駆動体３に定
在波がのってしまい、効率良く進行波を励振することか
できずモータ効率が低下する。
対値および位相の周波数特性は、第７図に示すようにそ
れぞれ異なっている。同図において、Ａ、Ｂは電極群Ａ
、Ｂに対応し、実線はアドミッタンスの絶対値の特性、
点線は位相の特性を示す。例えば、駆動周波数を同図中
のｆｌに選んだ場合、圧電体２の電極群Ａ、Ｂに印加す
る交流電圧の振幅値を等しく、また位相差を９０度にし
ても、圧電体２の機械腕に流入する電流の振幅値は同図
中のＲだけ異なり、位相差も同図中のＰだけ９０度より
異なってしまう。従って、この条件では、駆動体３に定
在波がのってしまい、効率良く進行波を励振することか
できずモータ効率が低下する。
発明が解決しようとする問題点
以上説明した様に、従来の超音波モータは駆動電圧とし
て、振幅値の等しい、また位相差が９０度の２つの交流
電圧を採用していたため、駆動体に定在波がのり、効率
の良い超音波モータが実現できないという欠点がある。
て、振幅値の等しい、また位相差が９０度の２つの交流
電圧を採用していたため、駆動体に定在波がのり、効率
の良い超音波モータが実現できないという欠点がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、効率良（弾
性進行波を励振して、効率の良い超音波モータを提供す
ることを目的としている。
性進行波を励振して、効率の良い超音波モータを提供す
ることを目的としている。
問題点を解決するための手段
駆動電圧の振幅値により、２つの機械腕に流入する電流
の振幅値を等しくし、上記電圧の位相により、上記電流
の位相差を常に９０度に保つように制御する。
の振幅値を等しくし、上記電圧の位相により、上記電流
の位相差を常に９０度に保つように制御する。
作用
２つの機械腕に流入する電流の振幅値を等しくし、また
、その位相差を常に９０度に保つことにより、定在波を
極力少な（した弾性進行波を励振することができ、効率
良（移動体を駆動する。
、その位相差を常に９０度に保つことにより、定在波を
極力少な（した弾性進行波を励振することができ、効率
良（移動体を駆動する。
実施例
以下、図面に従って本発明の一実施例について詳細な説
明を行う。
明を行う。
第１図は本発明の１実施例の超音波モータ駆動回路のブ
ロック図である。同図において、７は発振回路であり、
超音波モータの駆動信号を発生している。発振回路７の
出力は２分割され、一方は可変移相器８に入力されて可
変増幅器９に入力される。他方はそのまま増幅器１０に
入力される。
ロック図である。同図において、７は発振回路であり、
超音波モータの駆動信号を発生している。発振回路７の
出力は２分割され、一方は可変移相器８に入力されて可
変増幅器９に入力される。他方はそのまま増幅器１０に
入力される。
可変増幅器９および増幅器１０では、それぞれ上記の駆
動信号が超音波モータを駆動するのに必要な振幅値にま
で増幅される。増幅後の駆動信号は、駆動電流検出用の
抵抗素子Ｒ１およびＲ２を通じて、駆動体３を構成する
圧電体２の２つの電極群に印加される。駆動体３は駆動
信号に対応した弾性振動をする。
動信号が超音波モータを駆動するのに必要な振幅値にま
で増幅される。増幅後の駆動信号は、駆動電流検出用の
抵抗素子Ｒ１およびＲ２を通じて、駆動体３を構成する
圧電体２の２つの電極群に印加される。駆動体３は駆動
信号に対応した弾性振動をする。
第２図は駆動体３を構成する圧電体２の一方の電極群か
ら見た等価回路である。同図中の電気腕のＣは電気容量
である。また、機械腕の０１は弾性、Ｌｌは質量を、Ｒ
は機械的損失を表す。機械腕に流入する電流の振幅値が
等しく、互いの位相が９０度異なるように交流電界で駆
動すれば、駆動体３に振幅値が等しく、互いに時間的お
よび位置的に９０度位相の異なる２つの曲げ振動の定在
波が励振でき、（３）式より進行波が効率良く励振でき
、従って効率の良い超音波モータが実現できる。
ら見た等価回路である。同図中の電気腕のＣは電気容量
である。また、機械腕の０１は弾性、Ｌｌは質量を、Ｒ
は機械的損失を表す。機械腕に流入する電流の振幅値が
等しく、互いの位相が９０度異なるように交流電界で駆
動すれば、駆動体３に振幅値が等しく、互いに時間的お
よび位置的に９０度位相の異なる２つの曲げ振動の定在
波が励振でき、（３）式より進行波が効率良く励振でき
、従って効率の良い超音波モータが実現できる。
第１図の１１および１２は、２つの電極群に流れる電流
を抵抗素子Ｒ１およびＲ２の両端の電圧より検出して、
機械腕に流れる電流を検出する電流検出器である。また
、１３は電流検出器１１．１２の出力である２つの機械
腕に流れる電流の振幅比較器であり、振幅値の違いに比
例した出力を可変増幅器９に入力して、２つの機械腕に
流れる電流の振幅値が等しくなるように制御する。１４
は位相検出器で、２つの機械腕に流れる電流の位相を検
出して９０度からのずれに応じた出力を、可変移相器８
に入力する。可変移相器８は機械腕に流れる２つの電流
間の位相差を９０度に保つように制御する。
を抵抗素子Ｒ１およびＲ２の両端の電圧より検出して、
機械腕に流れる電流を検出する電流検出器である。また
、１３は電流検出器１１．１２の出力である２つの機械
腕に流れる電流の振幅比較器であり、振幅値の違いに比
例した出力を可変増幅器９に入力して、２つの機械腕に
流れる電流の振幅値が等しくなるように制御する。１４
は位相検出器で、２つの機械腕に流れる電流の位相を検
出して９０度からのずれに応じた出力を、可変移相器８
に入力する。可変移相器８は機械腕に流れる２つの電流
間の位相差を９０度に保つように制御する。
発明の効果
本発明によれば、効率の良い、しかも安定な動作をする
超音波モータを提供できる。
超音波モータを提供できる。
第１図は本発明の一実施例の超音波モータ駆動法を用い
た超音波モータ駆動回路のブロック図、第２図は１電極
群から見た等価回路図、第３図は従来の超音波モータの
斜視図、第４図は第３図に用いられている圧電体の形状
と電極構造を示す平面図、第５図は超音波モータの駆動
体部の振動状態を示すモデル図、第６図は超音波モータ
の原理を説明するための斜視図、第７図は駆動体を構成
する圧電体の２つの電極群から見たアドミッタンスの絶
対値の特性と位相特性を示すグラフである。 ７・・・・・・発振回路、８・・・・・・可変移相器、
９・・・・・・可変増幅器、１０・・・・・・増幅器、
１１・・・・・・電流増幅器体、１２・・・・・・電流
検出器、１３・・・・・・振幅比較器、１４・・・・・
・位相検出器。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 ＋を 潤放数
た超音波モータ駆動回路のブロック図、第２図は１電極
群から見た等価回路図、第３図は従来の超音波モータの
斜視図、第４図は第３図に用いられている圧電体の形状
と電極構造を示す平面図、第５図は超音波モータの駆動
体部の振動状態を示すモデル図、第６図は超音波モータ
の原理を説明するための斜視図、第７図は駆動体を構成
する圧電体の２つの電極群から見たアドミッタンスの絶
対値の特性と位相特性を示すグラフである。 ７・・・・・・発振回路、８・・・・・・可変移相器、
９・・・・・・可変増幅器、１０・・・・・・増幅器、
１１・・・・・・電流増幅器体、１２・・・・・・電流
検出器、１３・・・・・・振幅比較器、１４・・・・・
・位相検出器。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 ＋を 潤放数
Claims (1)
- 弾性体と圧電体とから成る駆動体に弾性進行波を励振
することにより、上記駆動体上に接触して設置された移
動体を移動させる超音波モータにおいて、上記圧電体の
２相の電極に、それぞれ交流電圧を印加した時に機械腕
に流れる２相の電流の振幅値が等しくなるように、上記
電圧の振幅値を制御し、上記２相の電流の位相が９０度
異なるように、上記２相の電圧の位相を制御することを
特徴とする超音波モータ駆動法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61256041A JP2604731B2 (ja) | 1986-10-28 | 1986-10-28 | 超音波モータ駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61256041A JP2604731B2 (ja) | 1986-10-28 | 1986-10-28 | 超音波モータ駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63110970A true JPS63110970A (ja) | 1988-05-16 |
| JP2604731B2 JP2604731B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=17287088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61256041A Expired - Lifetime JP2604731B2 (ja) | 1986-10-28 | 1986-10-28 | 超音波モータ駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2604731B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01174281A (ja) * | 1987-12-28 | 1989-07-10 | Canon Inc | 振動波モータ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61124274A (ja) * | 1984-11-19 | 1986-06-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モ−タ装置 |
-
1986
- 1986-10-28 JP JP61256041A patent/JP2604731B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61124274A (ja) * | 1984-11-19 | 1986-06-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モ−タ装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01174281A (ja) * | 1987-12-28 | 1989-07-10 | Canon Inc | 振動波モータ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2604731B2 (ja) | 1997-04-30 |
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