JPS63140676A

JPS63140676A - 電歪モ−タの制御方法

Info

Publication number: JPS63140676A
Application number: JP61286256A
Authority: JP
Inventors: Mikio Umeda; 梅田　幹雄
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1986-12-01
Filing date: 1986-12-01
Publication date: 1988-06-13

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】「技術分野」本発明は、電歪モータに関し、特に単一位相の周波電圧
で振動波（定在波）を発生させて駆動することができる
電歪モータの制御方法に闇する。

「従来技術およびその問題点」電歪素子を利用したモータは、従来各種提案されでいる
か、そのうち超音波振動子の界面に励振される横波と縦
波の合成された進行波によって、直線運＠（ワニアモー
タ〕または回転運動を得るものは、特開昭５８−１４８
６８２号で最初に提案された。この超音波振動を利用し
たモータは、横波と縦波の合成波による進行波を発生さ
せるため、位相の異なる二つ以上の周波電圧を電歪素子
に加えなければならない。しかし位相の異なる周波電圧
を得るためには、複雑な電源回路を必要とし、かつこれ
を特定の方向に分極処理した電歪素子に印加するための
複雑な配線を必要とする。

このような問題点に鑑み、本出願人は既に、単一位相の
周波電圧で駆動することができ、電源回路および配線処
理を単純化することができる電歪モータを提案した（特
願昭６１−２３３４６号）、この電歪モータは、弾性体
に接合した電歪素子を有するｗＲ１７１子と、この振動
子の弾゛ｉ体の界面に接触する接触子とを備えてあり、
この振動子と接触子のいずれか一方が固定される。例え
ば、接触子を移動子とすると、この電歪素子は、この移
動子の移動方向に間＠を置いて、周波電圧を印加する直
接伸縮極と、この直接伸縮極の左右に位置する付随伸縮
極とを含むように分極処理されてあり、かつこれらの伸
縮極の分極処理方向は、Ｍ接伸縮極とその左右のいずれ
か一方の付随伸縮極が同一の極性て、他方の付随伸縮極
か異なる極性とされている。

このような分極処理を施した電歪素子によると、これに
接合された弾性体に、定在波でありながら、移動子に移
動力を付与する振動波が生し、移動子を回転または直線
移動させることができる。

「発明の目的」本発明は、以上の特願昭６１−２３３４６号で提案した
電歪モータにおいて、その直接伸縮極に与える周波電圧
を、理想的な、あるいは管理された周波数として移動子
を好適に移動させることができる電歪モータの制御方法
を得ることを目的とする。

「発明の概要」本発明は、以上の電歪モータには、周波電圧を印加する
直接伸縮極の隣りの付随伸縮極には、必ず正圧電効果に
よる周波電圧が生じることに着目し、この付随伸縮極の
周波電圧をモニタすることにより、ＭＷｉ伸縮極に与え
る周波電圧の周波数を管理するという発想に基づいてな
されたものである。つまり、付随伸縮極には、直接伸縮
極に与える周波電圧の漏れ電圧により伸縮が生し、この
伸縮により正圧電効果による周波電圧が生じる。そして
この付随伸縮極に生じる周波電圧は、直接伸縮極に与え
る周波電圧の周波数とと接な関係を有するから、これを
モニタするとともに、そのときの実際の定在波の発生状
況を観察することで、最適な定在波を生じさせる駆動周
波電圧の周波数を知ることができるのである。

したがって本発明は、特願昭６１−２３３４６号で提案
した電歪モータにおいて、付随伸縮極に正圧電効果によ
って生じる周波電圧をモニタするモニタ手段を設け、こ
のモニタ手段によって検出された周波電圧の大小または
位相に基づき、直接伸縮極に対する周波電圧の周波数を
制御するようにしたことを特徴としている。

「発明の実施例」以下図面に基づいて本発明を説明する。第３図、第４図
は特願昭６１−２３３４６号で提案した電歪モータを回
転モータに適用した場合の機械的構成例を示すもので、
固定される振動子１０は、環状または円板状の電歪素子
１１と、この電歪素子１］上に接合した環状の弾性体１
２がらなっている０弾性体１２は例えばＡ１合金、ステ
ンレス等の金属材料から構成され、その上面は、電歪素
子１１による振動波を拡大するため、鋸歯状に形成され
ている。

この振動子１０上には、電歪素子１１および弾性体１２
と同軸の回転子（Ｗｉ触子、移動子）２０が位置しでい
る。この回転子２０は、その軸２１を振動子１０の軸受
１３に挿入し、その下端面を弾性体１２の界面（上端面
）１４に接触させでいる。電歪素子１１に加える周波電
圧によって界面１４に生じる振動波（定在波）により、
回転子２０を回転させる構成である。

第５図（Ａ）および第６図は、電歪素子１１に与える分
極処理を最も単純にしで示したもので、電歪素子１１は
周方向に３極に分極処理されでいる。この分極処理は、
電歪素子１１の表面に、共通電極１５を付す一方、裏面
に、互いに分離された分Ｍ電極１６．１７．１８そ付し
、これらの電極を利用しで、図に示す＋、−の極゛注に
したものである。＋は周波電圧の十が印加されたとき縮
小し、−が印加されたとき伸張する性質、逆に−は＋が
印加されたとき伸張し、−が印加されたとき縮小する極
性を示している。

そしてこの電歪素子１１の＋、−の極性は次のように設
定されでいる。すなわちこれらの３極の分極処理電極の
うち、例えば、十に分極処理された分離電極１７を有す
る極を周波電圧を印加する直接伸縮機Ａとしたとき、そ
の左右のいずれか一方の分離電極１６を有する極Ｂは直
接伸縮機Ａと同極牲の＋、他方の分離電極１８を有する
極Ｃは直接伸縮機Ａと異極性の−となるように極性が設
定されている。この分離電極１６と分離電極１８を有す
る極を付随伸縮極８．Ｃとする。

第７図（Ａ）、（Ｂ）は、以上の電歪素子１１の直接伸
縮機Ａの共通電極１５と分離電極１７間に、周波電圧を
加えたときの電歪素子１１の伸縮による変形、および弾
性体１２の界面１４に主しる変形を誇張して模式的に描
いたものである。まず分離電極１７（直接伸縮機Ａ）に
＋か印加されたときには、直接伸縮機Ａは縮む。このと
き、付随伸縮極Ｂと付随伸縮極Ｃには、分離電極１７と
共通電極１５間に印加した十電圧の幾分かの漏れ電圧が
加わるため、付随伸縮極Ｂは若干縮み、付随伸縮極Ｃは
若干伸びて、電歪素子１１は曲線ａのように変形する。

つまり直接伸縮機Ａを中心に考えると、この極の中心を
センタとして、電歪素子１１の変形は非対称に生し、付
随伸縮極Ｂ側に縮みが偏ることになる。このため、弾′
注体１２は、第７図（Ａ）のように変形することとなる
。

そして次の瞬間にＭ接伸縮極Ａに−が印加されると、今
度は以上と逆に、直接伸縮機Ａが最も伸び、付随伸縮極
Ｂが若干伸び、付随伸縮極Ｃが若干縮むため、電歪素子
１１の表面は曲線すで示すように変形する。すると、電
歪素子１１に接合されでいる弾性体１２は、第７図ＣＢ
）のように変形することとなる。その結果、第７図（８
）から明らかなように、回転子２０に矢印方向に力が加
わつ、この方向の力の界面１４の平面方向の分力により
回転子２０が回転する。回転子２０の回転方向は、常に
直接伸縮機Ａと異極の付随伸縮極Ｃ側である。なお直接
伸縮機Ａに十が印加される際には、回転子２０には回転
力は付与されない、そして以上の定在波が連続して弾性
体１２の界面］４に生じる結果、回転子２０が連続的に
回転する。

したがって仮に、分離電極１６（付随伸縮極Ｂ）に周波
電圧を与えると、電圧印加極の左右の極性が反転するた
め、周波電圧を印加する極と異極の付随伸縮極Ｃ方向、
つまり以上と逆の方向に回転子２０が回転することとな
る。また第５図（８）のように、電歪素子１１に与える
分極処理を、−１−１十とし、二つの一極のいずれかに
周波電圧を加えても、全く同様に回転子２０が回転する
。ざらに分極処理は、以上のように＋、＋、−または−
１−１十か効率的であるが、効率が若干下がるのを許容
すれば、＋、＋、＋、−のように同一極性の極数を増や
（）ても、回転力を得ることができる。要は、周波電圧
を印加する直接伸縮機の左右の一方をこれと同一極性、
他方を異極性とするという関係か成立すれば、以上の定
在波による電歪モータは成立する。

第１図（Ａ）、（Ｂ）は、第３図（Ａ）、（８）の二種
類のパターンを組合せて連続させて形成した実際的な分
極処理例と、この分極処理に対して、本発明方法を適用
した実施例を示すものである。この例では、分極処理は
、＋、＋、−１−の連続となっており、同図（＾）と（
８）では、周波電圧を印加する直接伸縮機Ａを異ならせ
ている。すなわち同図（＾）、ＣＢ）はいずれも、直接
伸縮機Ａに対し周波電圧源３０から周波電圧を印加する
とともに、直接伸縮機Ａの両隣りの付随伸縮極Ｂ、Ｃ％
モニタ手段３１に接続した点で共通するが、（Ａ）と（
８）とては、直接伸縮機Ａの両隣りの付随伸縮極Ｂ、　
Ｃの極性が異なっている。よって（Ａ）とＣＢ）とでは
、矢印で示すように回転子２ｏの回転方向が異なる。

以上の構成によると、周波電源３０によって直接伸縮機
Ａに駆動周波電圧を与えると、この駆動周波電圧の一部
か付随伸縮極Ｂ、Ｃに漏れ、その結果、モニタ手段３１
には、付随伸縮極８．Ｃがこの漏れ電圧によって伸縮す
ることに基づく正圧電効果によるモニタ周波電圧か生じ
る。このモニタ周波電圧と、実際に振動子１０の弾′注
体］２の界面１４に生ずる定在波とは、明らかに相関が
ある。よって実際の回転子２０の回転の様子と、このモ
ニタ周波電圧とを関連付けるデータを作成すれば、この
データにより、最も効率的に回転子２０が回転するとき
のモニタ周波電圧が生じるように、周波数設定手段３２
によって周波電源３０の周波数を設定することができる
。

第２図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）　ハ振動子１０
（７）共振周波数の周辺で、直接伸縮極Ａに与える駆動
周波電圧ＡＶを微妙に変化させた場合に、この駆動周波
電圧ＡＶと、付随伸縮極Ｂ、Ｃに生するモニタ周波電圧
ＭＶの関係を示したものである。この例では、駆動周波
電圧ＡＶとモニタ周波電圧ＭＶの位相が１８０°ずれた
第２図（８）の場合と、モニタ周波電圧Ｍの絶対値が最
大となる同図（Ｃ）の場合に、回転子２０が良好に回転
した。勿論この例は、一つの例であり、常に駆動周波電
圧ＡＶとモニタ周波電圧ＭＶの位相が１８０°すれるの
場合と、モニタ周波電圧ＭＶの絶対値か最大となる場合
か良好な回転状態となるとは限らない。分極処理の施し
方、分柵数等の要素によって、これらは変動する可能′
荘がある。要は、モニタ手段３１によるモニタ周波電圧
と、実際に振動子１０に生じる定在波（回転子２００回
転状態）とを比較して両者の相関データを作成し、この
相関データに基づき、周波数設定手段３２により設定さ
れる駆動周波電圧の周波数をモニタ周波電圧によって設
定すればよい。

なおモニタ手段３］は、図の例では付随伸縮極Ｂ、　Ｃ
に共通に設けているか、個々の付随伸縮極Ｂ、Ｃに個別
にこれを設けてもよい。

この第１図の実施例にあいで、電歪素子１１を直線状に
展開すれば、リニアモータか得られる。

この場合回転子は、直線移動子となる。このりニアモー
タの場合には、ざらに利点かある。すなわち従来の進行
波による電歪モータは、原理的にはりニアモータにも適
用可能であるが、実際に適用すると、進行波の反射の問
題が生じる。振動子の終点が必ず存在するため、この終
点においで、進行波が反射するのである。この反射波は
、明らかにリニアモータの駆動力である進行波と合成さ
れ、最適な駆動力が得られなくなるから、なんらかの進
行波の吸収製雪が必要となる。これに対し、以上の電歪
モータは定在波によって駆動力を得ているため、このよ
うな反射波の問題は基本的に生じない。よってより単純
な構成のりニアモータか得られる。そして本発明方法は
、このリニアモータに関しても全く同様に適用できる。

ざらに本電歪モータの制御方法は、接触子２０を固定し
、振動子１ｏを移動子とするようにした場合にも適用で
きる。この構成は特にリニアモータの場合に好適である
。すなわち電気的な結線を要しない接触子２０を固定し
、これと界面で接触する撮動子１ｏそ移動子とすれば、
移動ストロークを簡単に大きくすることができる。

「発明の効果」以上のように本発明の電歪モータの制御方法は、周波電
圧を印加する直接伸縮極の伸縮と２接に関連する付随伸
縮極の正圧電効果による周波電圧をモニタし、このモニ
タ周波電圧によつ、駆動周波電圧の周波数を制御するよ
うにしたものであるから、定量的に移動子の移動状態を
把握し、より理想的な状態で、回転子または移動子を制
御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、ＣＢ）は本発明の電歪モータの制御方法
の実施例を示す平面図ミ第２図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）
。（Ｄ）は本発明による駆動周波電圧とモニタ周波電圧の
相関例を示すグラフ、第３図は本発明の対象とする電歪
モータの例を示す断面図、第４図は第３図のｒＶ−ｒＶ
線に治う断面図、第５図（Ａ）、（Ｂ）は電歪素子に対
する分極処理の最も単純な例を示す平面図、第６図は第
５図（Ａ）の展開断面図、第７図（Ａ）、（Ｂ）は本発
明の対象とする電歪モータの動作原理を示す図である。Ａ・・・直接伸縮極、Ｂ、Ｃ・・・付随伸縮極、］Ｏ・
・・振動子、１１・・・電歪素子、１２・・・弾性体、
１４・・・界面、１５・・・共通電極、１６．１７、］
８・・・分離電極、２０・・・回転子（移動子）、２１
・・・軸、３０・・・周波電圧源、３１・・・モニタ手
段、３２・・・周波数設定手段。特許出願人　　アルプス電気株式会社同代理人　　　　三　浦　邦　夫同　　　松井　茂第　− ヤ頭噌　＼４　Ｊ第３図第４図（Ａ）（巳）第５図（Ａ） −を爾）七〇改ヒ芝（Ｂ）第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）弾性体に接合した電歪素子を有する振動子と、こ
の振動子の弾性体の界面に接触する接触子とを備え、こ
の振動子または接触子のいずれか一方が固定され、上記
電歪素子は、接触子または移動子の移動方向に間隔を置
いて、周波電圧を印加する直接伸縮極と、この直接伸縮
極の左右に位置する付随伸縮極とを含むように分極処理
されており、かつこれらの伸縮極の分極処理方向は、直
接伸縮極とその左右のいずれか一方の付随伸縮極が同一
の極性で、他方の付随伸縮極が異なる極性とされている
電歪モータにおいて、上記付随伸縮極に正圧電効果によ
って生じる周波電圧をモニタするモニタ手段を設け、こ
のモニタ手段によって検出された周波電圧の大小または
位相に基づき、上記直接伸縮極に対する周波電圧の周波
数を制御することを特徴とする電歪モータの制御方法。
（２）特許請求の範囲第１項において、周波電圧を印加
する直接伸縮極は、接触子または振動子の移動方向を反
転するために、その左右の付随伸縮極の極性が異なるよ
うに選択可能であり、モニタ手段によってその正圧電効
果による周波電圧をモニタする付随伸縮極も、この直接
伸縮極の選択に伴なって変更される電歪モータの制御方
法。