JPS63110971A - 超音波モ−タ駆動法 - Google Patents

超音波モ−タ駆動法

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JPS63110971A
JPS63110971A JP61256042A JP25604286A JPS63110971A JP S63110971 A JPS63110971 A JP S63110971A JP 61256042 A JP61256042 A JP 61256042A JP 25604286 A JP25604286 A JP 25604286A JP S63110971 A JPS63110971 A JP S63110971A
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driving
signal
interval
ultrasonic motor
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JP61256042A
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Osamu Kawasaki
修 川崎
Katsu Takeda
克 武田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/14Drive circuits; Control arrangements or methods
    • 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
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

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】 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。
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注目さ
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。
第4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。
第5図は第4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(=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5図に示め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5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=Vt xsin(ωt)         −−−
(1)で表される電圧を印加するとくただし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6図は第4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。
第7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v1×cos(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の円周方向に曲げ撮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−ξs 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 ×(cos(ωt)xcos(kx)+5i
n(ωt)xsin(kx))   −−−(3)と書
き直せ、(3)式は進行波が時間的に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(
kx)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
持つ発撮器の出力から、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に曲げ撮動の進行波を作れる。
第7図は進行波の励起によって、駆動体の表面の質点が
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。
以上説明したように、超音波モータは曲げ振動の進行波
を利用しているので、移動体6の速度を遅くしようとす
れば、駆動電圧を小さくして駆動体3の振動の振幅を小
さくし、上記の短軸Uを小さくすればよい。しかし、振
動の振幅があまり小さくなると、駆動体3あるいは移動
体6の接触面の凹凸により、上記楕円の頂点が移動体6
の接触面に安定に接触できな(なり、移動体6の速度が
不安定になる。第8図にこの様子を示す。
従って、第8図に示した速度Vよりも低速で移動体6を
移動させる時には、第9図に示すようにバースト信号で
駆動体3を駆動して、移動体の平均速度を目的の低速に
する。
発明が解決しようとする問題点 ところが、超音波モータは共振周波数近傍の駆動周波数
より低い周波数帯域に、無数の機械共振を有するので、
駆動バースト信号の間隔T1およびバースト信号の幅T
2の両方とも一定にすると、バースト信号の強勢な周波
数成分が一定になり、その周波数に対応した耳障りな雑
音が発生する。
すなわち、従来は超音波モータを低速で動作させる時、
駆動信号として間隔および幅の両方とも一定にしたバー
スト信号を採用したため、そのバースト信号の強勢な周
波数成分が一定になり、その周波数に対応した耳障りな
雑音が発生するという欠点がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、耳障りな雑
音を軽減した、しかも安定した低速駆動の可能な超音波
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 間隔および幅の少な(とも一方は変化するバースト信号
で、駆動体を駆動することにより、耳障りな雑音を軽減
し、しかも安定した低速駆動を実現する。
作  用 間隔および幅の少なくとも一方は変化するバースト信号
で、駆動体を駆動することにより、駆動バースト信号の
強勢な周波数成分を分散することより、発生雑音の周波
数成分を分散することにより、耳障りな雑音を軽減し、
しかも安定した低速駆動を実現する。
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。
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90度移相器8に入力されて
バースト変調回路9に入力される。他方はそのままバー
スト変調回路10に入力される。バースト変調回路つと
lOは、それぞれバースト間隔設定器11およびバース
ト幅設定器12により決められたバースト間隔と幅に、
入力信号を変調する。バースト信号に変調された駆動信
号は、増幅器13および14で駆動体を駆動するに必要
な振幅値にまで増幅される。増幅後の駆動信号は、駆動
体3を構成する圧電体202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。ここで
、バースト間隔設定器11およびバースト幅設定器12
は、駆動バースト信号の周波数成分が一定値のみ強勢に
ならないように、移動体のバースト間隔よりも長時間に
おける平均速度がほぼ一定になるように、バースト間隔
およびバースト幅を変化させている。
第2図は第1図の実施例の駆動回路における駆動バース
ト信号波形と、その信号で駆動したときの移動体の実際
の移動速度と、バースト間隔の間の移動体の平均速度、
およびバースト間隔よりも長時間での移動体の平均速度
を示している。バースト間隔程度の時間での平均速度は
変化しているが、もっと長時間での平均速度は一定とみ
なせる。例えば、人間の目程度では一定速度と見える。
第3図は、従来のようにバースト間隔および)く−スト
幅一定にしたバースト信号で駆動した時の超音波モータ
が発生する雑音の周波数特性と、第1図の実施例におけ
るバースト信号で駆動した時の雑音の周波数特性である
。同図より、雑音のある周波数でのピーク値が減り、雑
音が耳障りでなくなっているのがわかる。
以上では、バースト間隔およびバースト幅の両方とも変
化させているが、少なくとも一方を変化させても、効果
がある。
発明の効果 本発明によれば、耳障りな雑音を減らした、しかも安定
な低速動作をする超音波モータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
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図はバース
ト駆動信号と移動体の速度のタイミングを示す波形図、
第3図はバースト駆動時の超音波モータの雑音の周波数
特性図、第4図は従来の超音波モータの斜視図、第5図
は第4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6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7図は超音波モータの原理の説明図
、第8図は駆動体の曲げ振動と移動体の速度の関係を示
すグラフ、第9図は従来のバースト駆動信号と移動体の
速度のタイミングを示す波形図である。 7・・・発振回路、8・・・90度移相器、9.10・
・・バースト変調回路、11・・・バースト間隔設定器
、12・・・バースト幅設定器、13.14・・・増幅
器。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか1名第2図 吟間 第3図 !+ yPI涙畝 第4図 第5図 ハ 第6図 第7図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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、上記圧電体に
    、移動体の平均速度がほぼ一定になるようにして、バー
    ストの幅あるいはバーストの間隔の、少なくとも一方は
    変化するバースト信号を駆動信号として印加することを
    特徴とする超音波モータ駆動法。
JP61256042A 1986-10-28 1986-10-28 超音波モ−タ駆動法 Expired - Fee Related JPH0789748B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0404023A2 (en) * 1989-06-19 1990-12-27 Canon Kabushiki Kaisha Control apparatus for vibration driven motor
US6433461B1 (en) 2000-09-29 2002-08-13 Minolta Co., Ltd. Driving apparatus and method using electromechanical conversion elements
JP2017200274A (ja) * 2016-04-26 2017-11-02 株式会社トプコン 超音波モータの制御方法及びそのための測量機

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JPS61139278A (ja) * 1984-12-10 1986-06-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 超音波モ−タ装置

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