JPS63314181A - Magnetic encoder integral type ultrasonic servomotor able to drive one movable piece forward and reverse running - Google Patents

Magnetic encoder integral type ultrasonic servomotor able to drive one movable piece forward and reverse running

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JPS63314181A
JPS63314181A JP62148318A JP14831887A JPS63314181A JP S63314181 A JPS63314181 A JP S63314181A JP 62148318 A JP62148318 A JP 62148318A JP 14831887 A JP14831887 A JP 14831887A JP S63314181 A JPS63314181 A JP S63314181A
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JP
Japan
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ultrasonic
movable element
magnetic
magnetic encoder
vibrator
Prior art date
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Application number
JP62148318A
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Japanese (ja)
Inventor
Manabu Shiraki
学 白木
Toshio Sashita
年生 指田
Osami Miyao
宮尾 修美
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Shicoh Engineering Co Ltd
Original Assignee
Shicoh Engineering Co Ltd
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve resolving power by forming a motor integrally with a magnetic encoder and using a magnetoresistance element as a magnetic sensor. CONSTITUTION:A rotary magnetic encoder-integrally formed rotary type ultrasonic servomotor 6 enables one rotor to be driven forward and reversely running, and a motor main unit 7 is constituted of a cup-shaped casing 8 and its cover body 9. The servomotor 6 fixes bearings 11, 12, turnably supporting a rotary shaft 10, being provided in an upper part of the casing 8 and a disc- shaped rotor 14 to this rotary shaft 10 through a circular annular connecting ring 13. The servomotor 6 forms a magnetized layer structure 15 in the peripheral part of the rotor and magnetizes an N.S pole in the peripheral direction alternately by a fine pitch, forming a magnetic pole 16 for a rotary magnetic encoder 20 in the above described magnetized layer structure 15. And the servomotor 6, which opposes a magnetoresistance element 19 to a magnetic sensor supporting plate 18 fixed to the casing 8 through that magnetic pole 16 and an air gap 17, obtains an encoder signal of phase A-B.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の産業上の利用分野コ 本発明は、超音波振動を利用して超音波振動子の往復運
動を可動子の走行方向の運動に変換させるようにした一
つの可動子を正逆転走行できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application of the Invention The present invention is directed to a method of converting reciprocating motion of an ultrasonic vibrator into motion of a movable element in a running direction by using ultrasonic vibration. The mover can run in forward and reverse directions.

所謂「きつつき型」と称される超音波モータに関し、特
に磁気エンコーダ一体型とすることによってサーボ用に
適するように精成された一つの可動子を正逆転走行でき
る磁気エンコーダ一体型超音波サーボモータである。
Regarding the so-called "kitsuki-type" ultrasonic motor, this ultrasonic servo motor with an integrated magnetic encoder is refined to be suitable for servo use by having an integrated magnetic encoder, and is capable of running a single mover in forward and reverse directions. It is.

[従来技術とその問題点] 超音波モータは、超音波の持つ強力な振動エネルギーを
利用して機械エネルギーを得るようにしたアクチュエー
タであり、近年、この種のモータが実用化されるに至っ
ている。
[Prior art and its problems] An ultrasonic motor is an actuator that uses the powerful vibrational energy of ultrasonic waves to obtain mechanical energy, and in recent years, this type of motor has come into practical use. .

この種の超音波モータとしては1種々のものが知られて
いるが1例えば、特公昭59−37672号に示す所謂
「きつつき型」と称されるものがあるので、これを基に
、その原理を以下に説明する。
Various types of ultrasonic motors of this kind are known.1 For example, there is a so-called "woodpecker type" as shown in Japanese Patent Publication No. 59-37672, and based on this, its principle was will be explained below.

第9図を参照して1回転軸1がベアリング2によって回
動自在に支持されており、この回転軸1の一端面に板状
の振動子片3が1回転軸1の軸方向に対して適当な傾斜
角度を持たせて回転軸1と一体に設けている。振動子片
3の反対の面には。
Referring to FIG. 9, a rotating shaft 1 is rotatably supported by a bearing 2, and a plate-shaped vibrator piece 3 is mounted on one end surface of the rotating shaft 1 in the axial direction of the rotating shaft 1. It is provided integrally with the rotating shaft 1 with an appropriate inclination angle. On the opposite side of the vibrator piece 3.

超音波振動子4に固定された振動板5が接するように保
持されている。超音波振動子4は、矢印a方向に往復振
動が可能に配置され、また超音波振動子4には2図示し
ないコイルが巻装されている。
A diaphragm 5 fixed to the ultrasonic vibrator 4 is held so as to be in contact with it. The ultrasonic vibrator 4 is arranged so as to be able to vibrate back and forth in the direction of arrow a, and two coils (not shown) are wound around the ultrasonic vibrator 4.

尚、超音波を発生させるための超音波振動子4としては
、一般に磁歪型振動子と電歪型振動子の2種類が実用化
されているのでいずれを用いてもよいが、ここに用いて
いるのは、後者の磁歪型振動子で、コイルに高周波を印
加すると磁歪体である超音波振動子4が伸縮し、従って
、振動板5を励振するようにしている。
In addition, as the ultrasonic vibrator 4 for generating ultrasonic waves, two types of vibrators, magnetostrictive vibrators and electrostrictive vibrators, are generally put into practical use, and either of them may be used. What is included is the latter magnetostrictive vibrator, and when a high frequency is applied to the coil, the ultrasonic vibrator 4, which is a magnetostrictive body, expands and contracts, thereby exciting the diaphragm 5.

また2回転軸1の周縁部分に切り込みによって振動子片
3が突起して形成されている。尚、切り込み部分は、第
9図に示したように右側上方に形成するものと、右側下
方(図示せず)に形成するものとがある。
Further, a vibrator piece 3 is formed to protrude from the peripheral edge of the two-rotation shaft 1 by cutting. There are two types of notches: one is formed on the upper right side as shown in FIG. 9, and the other is formed on the lower right side (not shown).

次に、実際の駆動状態の原理を説明すると、先ず第10
図(A)に示すように、振動板5の一端面5aと振動子
片3の一端面3aの接している最下位部をX−Y座標の
原点とする。この時、振動子片3の軸方向に対する傾き
θは、振動子板5と振動子片3の中擦角をより小さくし
ておくことが必要である。
Next, to explain the principle of the actual driving state, first, the 10th
As shown in Figure (A), the lowest point where one end surface 5a of the diaphragm 5 and one end surface 3a of the vibrator piece 3 are in contact is defined as the origin of the X-Y coordinates. At this time, the inclination θ of the vibrator piece 3 with respect to the axial direction needs to be such that the neutral friction angle between the vibrator plate 5 and the vibrator piece 3 is made smaller.

これは、振動子片3が振動板5から受ける力は、第11
図に示すように振動板5の法線方向の力fxと接線方向
の力fyの成分として表されるので、振動子片3と振動
板5との摩擦係数μは最大静止摩擦角θ5=jan−1
μである。それ故に、可動子3の一端面3aがスリップ
せずに、効率良く駆動力を受けるには、振動子片3の傾
θは最大摩擦角θSより小さくしておかなければならな
い。
This means that the force that the vibrator piece 3 receives from the diaphragm 5 is the 11th
As shown in the figure, it is expressed as a component of force fx in the normal direction and force fy in the tangential direction of the diaphragm 5, so the friction coefficient μ between the vibrator piece 3 and the diaphragm 5 is the maximum static friction angle θ5=jan -1
μ. Therefore, in order for one end surface 3a of the movable element 3 to efficiently receive the driving force without slipping, the inclination θ of the vibrator piece 3 must be made smaller than the maximum friction angle θS.

次に第10図(B)のように振動板5が振動を開始する
ことにより、振動板5がX方向にΔXだけ変府した場合
、一端面3aを+X方向に押すが2回転軸1が固定され
ているため、第11図に示す傾斜角θとX方向の変位f
xによる分力fJが生じて、振動子片3は回転軸1に対
して+yX方向押し上げる力が働き2回転軸1をΔY1
だけ移動さぜる。
Next, as shown in FIG. 10(B), when the diaphragm 5 starts vibrating and is displaced by ΔX in the X direction, one end surface 3a is pushed in the +X direction, but the second rotation axis 1 Since it is fixed, the inclination angle θ and the displacement f in the X direction shown in FIG.
A component force fJ due to x is generated, and the vibrator piece 3 is pushed up in the +y and
Just move.

次に、第10図(B)のように振動板5が振動開始する
ことにより、振動板5がX方向にΔXだけ変位した場合
、一端面3aを+X方向に押すが1回転軸1は固定され
ているため、第11図に示す傾斜角θとX方向の変位f
xによる分力fyが生じて、振動子片3は回転軸1に対
して+Y方向に押し上げる力が働き1回転軸1をΔY1
だけ移動させる。
Next, when the diaphragm 5 starts vibrating as shown in FIG. 10(B) and is displaced by ΔX in the X direction, one end surface 3a is pushed in the +X direction, but the rotation axis 1 is fixed. Therefore, the inclination angle θ and the displacement f in the X direction shown in FIG.
A component force fy is generated due to
move only.

次に、第10図(C)に示すように振動板5が−X方向
に一ΔXだけ変位した場合は、一端面5aと一端面3a
とが離脱して両者間に摩擦力が働かなくなり固有振動数
の周期によって回転軸1が+Y方向に移動することにな
る。しかしながら1この期間も回転軸1は慣性力によっ
て+Y方向にΔY2だけ移動する。
Next, when the diaphragm 5 is displaced by 1 ΔX in the -X direction as shown in FIG. 10(C), one end surface 5a and one end surface 3a
When the two are separated, no frictional force acts between them, and the rotating shaft 1 moves in the +Y direction according to the period of the natural frequency. However, during this period as well, the rotating shaft 1 moves by ΔY2 in the +Y direction due to inertial force.

更に、振動板5が振動を継続することによって、再び、
第10図(A)の状態となって前記動作を繰り返すこと
になり2回転軸1の回転が継続して行われる。
Furthermore, as the diaphragm 5 continues to vibrate,
The state shown in FIG. 10(A) is reached and the above operation is repeated, so that the rotation of the rotation shaft 1 continues.

ここで、慣性力について説明すると、第10図において
振動板5の振動運動が振動子片3を一方向運動に変換す
る機構であって、振動子片3は間欠的に駆動力を受ける
ことができるようになっている。一方、超音波振動は、
一般に20KHz以上の振動を取り扱い、慣性力は周波
数の2乗に比例するのであるから、十分な慣性力を有し
、一様な連続回転を得ることができる。
Here, to explain the inertial force, as shown in FIG. 10, it is a mechanism that converts the vibration motion of the diaphragm 5 into a unidirectional motion of the vibrator piece 3, and the vibrator piece 3 is not subject to intermittent driving force. It is now possible to do so. On the other hand, ultrasonic vibration
Generally, vibrations of 20 KHz or more are handled, and since the inertial force is proportional to the square of the frequency, it has sufficient inertial force and can obtain uniform continuous rotation.

上記した従来の超音波モータは、上記駆動原理にて回転
する有用なものである。
The conventional ultrasonic motor described above is useful because it rotates on the above driving principle.

しかしながら、かかる構成の所謂「きつつき型」の超音
波モータによると、一方向にしか回転できないため1種
々の制御を行なわそうとするサーボモータとして利用で
きないという欠点があった。
However, the so-called "woodpecker type" ultrasonic motor having such a configuration has the disadvantage that it cannot be used as a servo motor for performing various types of control because it can only rotate in one direction.

また、このように有用な超音波モータにおいて、これを
サーボをかけて各種の速度制御1位置制御を行うには、
エンコーダ等の各種の変移量検出手段が必要になる。
In addition, in order to perform various speed control and position control by applying a servo to this useful ultrasonic motor,
Various displacement detection means such as an encoder are required.

特に超音波モータでは、微妙なミクロン単位の回転送り
等の偏位が可能なため、用いるエンコーダも高精度のも
のを用いれば、より高精度の位置決め制御等が可能にな
る。
In particular, ultrasonic motors are capable of subtle deviations such as rotational feed in micron units, so if a highly accurate encoder is used, even more accurate positioning control, etc. is possible.

しかしながら、この超音波モータに高精度のエンコーダ
を付設すると、このエンコーダ等が大きくなり、また超
音波モータは振動を利用していることから、エンコーダ
とのカップリング精度もシビアに要求され、大型且つ高
価なエンコーダ付き超音波モータになる欠点があった。
However, if a high-precision encoder is attached to this ultrasonic motor, the encoder etc. will become larger, and since the ultrasonic motor uses vibration, severe coupling accuracy with the encoder is required, making it large and This had the disadvantage of being an expensive ultrasonic motor with an encoder.

また上記のように単体としてのエンコーダを用いる変わ
りに、エンコーダの構成要素をなすロータリエンコーダ
用メインスケールを回転軸に固定し、該メインスケール
に対向して固定側にインデックススケールを固定して対
向させ、これら2つのスケールを介して発光素子と受光
素子を設けて光学式エンコーダを内蔵する方法があるが
、この方法によっても超音波モータを大型且つ高価にす
る欠点があった。
In addition, instead of using a single encoder as described above, the main scale for a rotary encoder, which is a component of the encoder, is fixed to the rotating shaft, and an index scale is fixed on the fixed side opposite to the main scale. There is a method of providing a light emitting element and a light receiving element via these two scales and incorporating an optical encoder, but this method also has the drawback of making the ultrasonic motor large and expensive.

その他にエンコーダに変わるものとしては、レゾルバが
知られているものの、このレゾルバは。
Resolvers are also known as an alternative to encoders, but this resolver...

構造が複雑であり、高価なため、安価且つ従来の超音波
モータを大型化することなく、当該レゾルバを組み込む
ことは非常に困難なことであった。
Since the structure is complex and expensive, it has been very difficult to incorporate the resolver into an inexpensive and conventional ultrasonic motor without increasing its size.

(発明の課題] 本発明は、従来の所謂「きつつき型」超音波モータをサ
ーボモータとして適するように一つの可動子を正逆走行
できるようにすると共に、高価且つ大型゛のエンコーダ
やレゾルバを用いることなく、超音波モータの構成要素
および従来の超音波モータの空きスペースを利用して磁
気エンコーダ一体型とし、超音波モータを超音波サーボ
モータに構成し、当該超音波サーボモータを安価且つ小
型に構成できるようにしたものである。
(Problems to be solved by the invention) The present invention makes a conventional so-called "woodpecker type" ultrasonic motor suitable as a servo motor so that one mover can run in forward and reverse directions, and also uses an expensive and large encoder and resolver. By using the components of an ultrasonic motor and the empty space of a conventional ultrasonic motor, the ultrasonic motor can be configured into an ultrasonic servo motor, making the ultrasonic servo motor inexpensive and compact. It is designed to be configurable.

また、磁気エンコーダ一体型とすることにより、超音波
サーボモータの振動によっても、正確な磁気エンコーダ
信号が得られ、しかも磁気エンコーダの磁気センサとし
て磁気抵抗素子を用いることで、磁気抵抗素子から得ら
れるエンコーダ信号を電気的に分解能を上げることによ
って、高精度な磁気エンコーダ一体型超音波サーボモー
タを安価に構成できる。
In addition, by integrating the magnetic encoder, accurate magnetic encoder signals can be obtained even from the vibrations of the ultrasonic servo motor, and by using a magnetoresistive element as the magnetic sensor of the magnetic encoder, the signal can be obtained from the magnetoresistive element. By electrically increasing the resolution of the encoder signal, a highly accurate magnetic encoder-integrated ultrasonic servo motor can be constructed at low cost.

更に磁気エンコーダ一体型としても、従来の超音波モー
タに特別大きなスペースを占領することがないようにし
、わずかな改良を施すのみで、磁気エンコーダ一体型の
超音波サーボモータを小型且つ安価に量産できるように
すること。
Furthermore, even with an integrated magnetic encoder, it does not take up a particularly large space compared to conventional ultrasonic motors, and with only slight improvements, ultrasonic servo motors with an integrated magnetic encoder can be mass-produced in a small size and at low cost. To do so.

本発明は、上記の効用を発揮させることができる超音波
サーボモータを得ることを課題に成されたものである。
An object of the present invention is to obtain an ultrasonic servo motor that can exhibit the above-mentioned effects.

[本発明の課題達成手段」 かかる本発明の課題は、正逆方向に走行自在に支持され
た可動子と、該可動子に圧接されることで該可動子を所
定方向に走行させることができる第1の超音波振動装置
と、該可動子に圧接されることで第1の超音波振動装置
とは反対方向に上記可動子を走行させることができる第
2の超音波振動装置と、上記第1または第2の超音波振
動装置選択切換手段を設け、該第1または第2の超音波
振動装置選択切換手段の一方を選択切換して上記第1ま
たは第2の超音波振動装置を作動させて可動子を正逆転
走行できるようになすと共に、上記可動子に形成された
被着磁層に微細なピッチでN極、S極の磁極を交互に多
極着磁した磁気エンコーダ磁極を形成し、該磁気エンコ
ーダ磁極に対向して少なくともA相およびB相の磁気エ
ンコーダ信号を得ることのできるように磁気センサを設
けることによって達成できる。
[Means for achieving the object of the present invention] The object of the present invention is to provide a movable element that is supported so as to be freely movable in forward and reverse directions, and a movable element that can be moved in a predetermined direction by being pressed against the movable element. a first ultrasonic vibrating device; a second ultrasonic vibrating device capable of causing the movable device to travel in a direction opposite to that of the first ultrasonic vibrating device by being pressed against the movable device; a first or second ultrasonic vibrating device selection switching means is provided, and one of the first or second ultrasonic vibrating device selection switching means is selectively switched to operate the first or second ultrasonic vibrating device. The movable element is made to be able to run in forward and reverse directions, and magnetic encoder magnetic poles are formed in a magnetized layer formed on the movable element, with N poles and S poles alternately magnetized at a fine pitch. This can be achieved by providing a magnetic sensor opposite to the magnetic encoder magnetic poles so as to be able to obtain at least A-phase and B-phase magnetic encoder signals.

[発明の実施例] 第1図は本発明の一実施例としての一つのロータを正逆
回転できるロータリ磁気エンコーダ一体型回転形超音波
サーボモータ6の縦断面図で、符号7は超音波サーボモ
ータ本体で、超音波サーボモータ本体7は、カップ形ケ
ーシング8と、このケーシング8の下端開口部を閉じる
蓋体9とによって構成されている。
[Embodiment of the Invention] FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a rotary magnetic encoder-integrated rotary ultrasonic servo motor 6 that can rotate one rotor in forward and reverse directions as an embodiment of the present invention, and reference numeral 7 indicates an ultrasonic servo motor. The ultrasonic servo motor main body 7 is composed of a cup-shaped casing 8 and a lid 9 that closes the opening at the lower end of the casing 8 .

ケーシング8の上部には9回転軸10の上部が突出する
ように、ケーシング8と蓋体9の内部の略々中央部に固
設された軸受11,12によって、当該回転軸10が回
動自在に支持されている。
The rotating shaft 10 is rotatable by bearings 11 and 12 fixed approximately at the center inside the casing 8 and the lid 9 so that the upper part of the rotating shaft 10 protrudes from the upper part of the casing 8. is supported by

回転軸10の上記超音波サーボモータ本体7内の位置に
は1円環状の連結リング13が固定され、この連結リン
グ13の外周に円環状であり且つ金属体からなる円板状
ロータ14が適宜な手段により固定されている。
An annular connecting ring 13 is fixed to a position of the rotating shaft 10 in the ultrasonic servo motor main body 7, and a circular disk-shaped rotor 14 made of a metal body is attached to the outer periphery of the connecting ring 13 as appropriate. It is fixed by suitable means.

なお2円板状ロータ14は、できれば2第2図に示すよ
うに内周部を厚みを薄く形成したものを用い、材質的に
は弾性を有するリン青銅等の金属を用いるのが望ましい
The disc-shaped rotor 14 preferably has a thinner inner circumference as shown in FIG. 2, and is preferably made of an elastic metal such as phosphor bronze.

円板状ロータ14は、第2図に示すようフラットな円環
状のものになっており、その外周部には、プラスチック
マグネット、ゴムマグネット。
The disc-shaped rotor 14 has a flat annular shape as shown in FIG. 2, and a plastic magnet and a rubber magnet are attached to the outer periphery of the rotor 14.

あるいは塗布等の手段により着磁できる材質の磁性塗料
等の被着磁層体15を円環状に形成している。
Alternatively, a magnetized layer 15 made of a magnetic paint or the like that can be magnetized by means such as coating is formed in an annular shape.

円環状の被着磁層体15には、第2図に示すように周方
向に沿ってN極、S極の磁極を交互に微細なピッチ(第
2図では1図面の便宜上、N極。
As shown in FIG. 2, the annular magnetized layer body 15 has N poles and S poles alternately arranged at fine pitches along the circumferential direction (in FIG. 2, N poles are used for convenience of drawing one drawing).

S極の磁極は比較的大きく描いている)で1例えば、2
00μmピッチで交互に極配向且つ径方向の配向で微細
着磁して上記被着磁層体15にロータリ磁気エンコーダ
20の為のロータリ磁気エンコーダ磁極16を形成して
いる。
The magnetic pole of the S pole is drawn relatively large) and 1, for example, 2
The rotary magnetic encoder magnetic poles 16 for the rotary magnetic encoder 20 are formed on the magnetized layer body 15 by finely magnetizing the magnetized layer body 15 in alternating polar orientation and radial orientation at a pitch of 00 μm.

尚、被着磁層体15にロータリ磁気エンコーダ磁極16
を着磁形成するには2円板状ロータ14に被着磁層体1
5を形成した後に多極着磁を行っても良く、あるいはフ
ラットな円環状のプラスチックマグネット、ゴムマグネ
ット、その他の適宜なマグネット等で形成した被着磁層
体15に。
Incidentally, a rotary magnetic encoder magnetic pole 16 is attached to the magnetized layer body 15.
To magnetize and form the magnetized layer 1 on the two disc-shaped rotor 14,
After forming 5, multi-polar magnetization may be performed, or the magnetized layer 15 may be formed of a flat annular plastic magnet, rubber magnet, or other appropriate magnet.

予めロータリ磁気エンコーダ磁極16を多極着磁してお
き、これを円板状ロータ14の外周に接着等の手段を用
いて固定しても良い。
The rotary magnetic encoder magnetic poles 16 may be multipolarized in advance and fixed to the outer periphery of the disc-shaped rotor 14 using adhesive or other means.

該ロータリ磁気エンコーダ磁極16と径方向の微細な空
隙17を介して、ケーシング8に固定された磁気センサ
支持板18に配設された少なくともA相、B相のエンコ
ーダ信号を得ることのできる磁気抵抗素子19を対向さ
せている。
A magnetic resistor capable of obtaining at least A-phase and B-phase encoder signals is disposed on a magnetic sensor support plate 18 fixed to the casing 8 via the rotary magnetic encoder magnetic pole 16 and a fine radial gap 17. The elements 19 are opposed to each other.

尚、磁気抵抗素子1つの上記ロータリ磁気エンコーダ磁
極16と対向する反対側の背面の上記支持板18には2
図示しない磁性体1例えば、パーマロイを配設している
が、外界の磁界からの影響が受けにくい場合やコストを
安価にするためには、省略しても差し支えない。
The support plate 18 on the opposite side facing the rotary magnetic encoder magnetic pole 16 of one magnetoresistive element has two
Although the magnetic material 1 (not shown), for example, permalloy, is disposed, it may be omitted if it is not easily affected by an external magnetic field or in order to reduce the cost.

また磁気センサとして磁気抵抗素子19の変わりに、ホ
ール素子、ホールIC,磁気ヘッド等の他の磁気センサ
を用いても良いが、ロータリ磁気エンコーダ磁極16は
、微細なピッチでN極、S極が交互に多極に着磁形成さ
れているため、A相、B相の磁気エンコーダ信号を得る
には、2個の磁気センサを互いに電気角で90°位相を
ずらせて配設しなくてはならないため2組立調整が厄介
になるので、できれば磁気センサとしては磁気抵抗素子
19を用いるのが望ましい。
In addition, other magnetic sensors such as a Hall element, a Hall IC, or a magnetic head may be used instead of the magnetoresistive element 19 as a magnetic sensor, but the rotary magnetic encoder magnetic pole 16 has an N pole and an S pole at a fine pitch. Because they are alternately magnetized into multiple poles, in order to obtain the A-phase and B-phase magnetic encoder signals, the two magnetic sensors must be placed with a phase shift of 90 degrees in electrical angle. Therefore, if possible, it is desirable to use a magnetoresistive element 19 as the magnetic sensor, since the two assembly adjustments become troublesome.

特にこの磁気抵抗素子19は、一つの磁気センサであり
ながら、A相及びB相の磁気エンコーダ信号が得られる
のみならず、磁気抵抗素子1つのパターンの設計仕様に
よってはZ相の信号まで容易に得ることができて望まし
いものとなる。したがって、この実施例では、磁気セン
サとして、磁気抵抗素子1つを用いている。
In particular, although this magnetoresistive element 19 is a single magnetic sensor, it can not only obtain A-phase and B-phase magnetic encoder signals, but also easily obtain Z-phase signals depending on the design specifications of the pattern of one magnetoresistive element. It is obtainable and desirable. Therefore, in this embodiment, one magnetoresistive element is used as the magnetic sensor.

上記ロータリ磁気エンコーダ磁極16と磁気抵抗素子1
9とで、ロータリ磁気エンコーダ20を形成している。
The above rotary magnetic encoder magnetic pole 16 and magnetoresistive element 1
9 forms a rotary magnetic encoder 20.

このロータリ磁気エンコーダ20並びに磁気抵抗素子1
9については、後記で詳しく説明する。
This rotary magnetic encoder 20 and magnetoresistive element 1
9 will be explained in detail later.

上記本体7内の円板状ロータ14の上方部と下方部には
、それぞれ第1.第2の超音波振動装置21.22が軸
方向に摺動部材23.24によって往復振動可能に装着
されている。
The upper and lower parts of the disc-shaped rotor 14 in the main body 7 are provided with first and second rotors, respectively. A second ultrasonic vibration device 21.22 is mounted in the axial direction by a sliding member 23.24 so as to be able to vibrate back and forth.

摺動部材23,24は2回転軸10の軸方向に摺動自在
に装着され、それぞれ第1.第2の超音波振動装置21
.22の第1.第2の超音波振動子25.26に固定さ
れている。
The sliding members 23 and 24 are slidably mounted in the axial direction of the two-rotation shaft 10, respectively. Second ultrasonic vibration device 21
.. 22 1st. It is fixed to the second ultrasonic transducer 25,26.

第1の超音波振動装置21は、摺動部材23に固定され
た第1の超音波振動子25と、該第1の超音波振動子2
5の下面に固定した第1の振動板27と、上記第1の超
音波振動子25の上部に巻装された第1のコイル28と
、上記第1の振動板27の下面と軸方向の空隙を介して
対向する円板状ロータ14の上面に固設された第1の振
動子片29とよりなる。
The first ultrasonic vibrator 21 includes a first ultrasonic vibrator 25 fixed to a sliding member 23, and a first ultrasonic vibrator 25 fixed to a sliding member 23.
5, a first diaphragm 27 fixed to the lower surface of the first ultrasonic transducer 25, a first coil 28 wound around the upper part of the first ultrasonic transducer 25, and a first diaphragm 28 fixed to the lower surface of the first diaphragm 27 in the axial direction. It consists of a first vibrator piece 29 fixedly installed on the upper surface of the disc-shaped rotor 14 facing each other with a gap in between.

第2の超音波振動装置22は、摺動部材24に固定され
た第2の超音波振動子26と、該第2の超音波振動子2
6の上面に固定した第2の振動板30と、上記第2の超
音波振動子26の下部に巻装された第2のコイル31と
、上記第2の振動板30の上面と軸方向の空隙を介して
対向する円板状ロータ14の下面に固設された第2の振
動子片32とよりなる。
The second ultrasonic vibrator 22 includes a second ultrasonic vibrator 26 fixed to a sliding member 24, and a second ultrasonic vibrator 26 fixed to a sliding member 24.
6, a second diaphragm 30 fixed to the upper surface of the second ultrasonic transducer 26, a second coil 31 wound around the lower part of the second ultrasonic transducer 26, and a second diaphragm 31 fixed to the upper surface of the second diaphragm 30 in the axial direction. It consists of a second vibrator piece 32 fixed to the lower surface of the disc-shaped rotor 14 facing each other with a gap in between.

超音波振動装置21.22のそれぞれの円板状ロータ1
4と対向する面に固定された第1.第2の振動板27.
30と円板状ロータ14に固定された板状または棒状の
第1.第2の振動子片29.32は、それぞれ後記する
第1.第2の圧接・解除選択切換手段33.34を駆動
することで、互いに接触保持されるようになっている。
Each disc-shaped rotor 1 of the ultrasonic vibrator 21, 22
1 fixed to the surface opposite to 4. Second diaphragm 27.
30 and a plate-shaped or rod-shaped first. The second vibrator pieces 29 and 32 are respectively connected to the first vibrator pieces 29 and 32, which will be described later. By driving the second pressure contact/release selection switching means 33, 34, they are kept in contact with each other.

第1.第2の振動子片29.32は、軸方向に対して適
当な傾斜角度を持たせて上記円板状ロータ14に固定さ
れているが、それぞれ第3図(a)、(b)に示すよう
に、第1の振動子片29と第2の振動子片32の傾斜角
度は互いに反対方向に傾斜させて形成されている。
1st. The second vibrator pieces 29 and 32 are fixed to the disc-shaped rotor 14 at appropriate inclination angles with respect to the axial direction, as shown in FIGS. 3(a) and 3(b), respectively. As such, the first vibrator piece 29 and the second vibrator piece 32 are formed such that the inclination angles are opposite to each other.

第1.第2の振動子片29.32を構成するには1円板
状ロータ14の上下両方の面それぞれの中心部に当該円
板状ロータ14の径よりも小さい径の凹部14a、14
bを形成し、残りの周縁部分に、予め設定した角度の切
り込みを形成することによって作成できる。
1st. To configure the second vibrator piece 29, 32, 1. Recesses 14a, 14 having a diameter smaller than the diameter of the disc-shaped rotor 14 are formed in the center of each of the upper and lower surfaces of the disc-shaped rotor 14.
b, and then cut at a preset angle in the remaining peripheral portion.

第3図(a)、第3図(b)はそれぞれ、第1図の円板
状ロータ14の周縁面に傾斜角度の方向が異なるように
、切り込みによって形成された第1、第2の振動子片2
9.32が突起して形成されている。
FIGS. 3(a) and 3(b) show first and second vibrations formed by cuts in the circumferential edge surface of the disc-shaped rotor 14 in FIG. 1 so that the directions of the inclination angles are different. Child piece 2
9.32 is formed with a protrusion.

第1の振動子片29を形成するための切り込みは、第1
図に示すように右側上方に形成するものと1図示しない
が右側下方に形成するものとがある。また第2の振動子
片32を形成するための切り込みは、第1図に示すよう
に左側上方に形成するものと2図示しないが左側下方に
形成するものとがある。
The notch for forming the first vibrator piece 29 is the first
As shown in the figure, there is one that is formed on the upper right side, and one that is formed on the lower right side (not shown). The cut for forming the second vibrator piece 32 is either formed on the upper left side as shown in FIG. 1 or on the lower left side (not shown).

なお、第1.第2の振動子片29.32は1回転軸10
の近傍まで延長形成すると第1.第2の振動子片29.
32の運動量と円板状ロータ14の運動量との合成運動
量は、振動子片29.32の内周部と外周部において大
きな差が生じるので、その結果、第1の振動子片29と
第1の振動板27との間、及び第2の振動子片32と第
2の振動板30との間でスリップが生じ、エネルギー効
率の低下、摩耗の発生が生じるので、最適な位置に第1
.第2の振動子片29.32を形成するように設計時に
考慮する必要がある。
In addition, 1. The second vibrator piece 29.32 has one rotation axis 10
When it is extended and formed near the 1st. Second vibrator piece 29.
32 and the momentum of the disc-shaped rotor 14, there is a large difference between the inner and outer circumferences of the vibrator pieces 29 and 32, and as a result, the first vibrator pieces 29 and the first diaphragm 27 and between the second oscillator piece 32 and the second diaphragm 30, resulting in a decrease in energy efficiency and wear.
.. It is necessary to take into consideration the formation of the second vibrator pieces 29 and 32 at the time of design.

なお、上記した第1.第2の振動子25.26それぞれ
に巻装した第1.第2のコイル28゜31は、コントロ
ーラ35からの信号に基づいて駆動回路36によって高
周波電圧が印加されるもので、このことにより上記した
と同様に高周波電圧がコイル28または31に印加され
ると、磁歪体である超音波振動子25または26が磁界
により、伸縮し、振動板27または30を励振する。
In addition, the above-mentioned 1. The first oscillator wound around each of the second oscillators 25 and 26. A high frequency voltage is applied to the second coil 28° 31 by the drive circuit 36 based on a signal from the controller 35, so that when a high frequency voltage is applied to the coil 28 or 31 in the same manner as described above, The ultrasonic transducer 25 or 26, which is a magnetostrictive material, expands and contracts due to the magnetic field and excites the diaphragm 27 or 30.

上記第1の超音波振動装置21の上部には、この超音波
振動装置21を上下動させる第1の圧接・解除選択切換
手段33を設けている。この第1の切換手段33は:第
1の振動子25の側面に連結固定され且つ第1の振動子
25及び第2のコイル28の上部に固定形成された絶縁
板37と。
At the top of the first ultrasonic vibrating device 21, a first pressure contact/release selection switching means 33 for moving the ultrasonic vibrating device 21 up and down is provided. The first switching means 33 includes: an insulating plate 37 connected and fixed to the side surface of the first vibrator 25 and fixedly formed above the first vibrator 25 and the second coil 28;

該絶縁板37の軸方向の空隙を介して第1の電磁コイル
38と対向する上面に固定された導電板39を設けてい
る。
A conductive plate 39 is fixed to the upper surface of the insulating plate 37 facing the first electromagnetic coil 38 with an axial gap therebetween.

第1の電磁コイル38は、絶縁物40によって円環状に
形成され、ケーシング8の上向面部に固定されると共に
回転軸10を回動自在に中に通したバネ41の上端部を
上記回転軸10と同心状配置にして上記絶縁物40に埋
設固定している。
The first electromagnetic coil 38 is formed into an annular shape by an insulator 40, is fixed to the upper surface of the casing 8, and has the upper end of a spring 41 through which the rotating shaft 10 is rotatably inserted. 10 and is embedded and fixed in the insulator 40.

またバネ41の下端は、摺動部材23に当接させている
Further, the lower end of the spring 41 is brought into contact with the sliding member 23.

上記第2の超音波振動装置22の下部には、この第2の
超音波振動装置22を上下動させる第2の圧接・解除選
択切換手段34を設けている。この第2の切換手段34
は、第2の超音波振動子26の側面に連結固定され且つ
第2の超音波振動子26及び第2のコイル31の下部に
固定形成された絶縁板42と、該絶縁板42の軸方向の
空隙を介して第2の電磁コイル43と対向する下面に固
定された導電板44を設けている。
A second press/release selection switching means 34 for moving the second ultrasonic vibrator 22 up and down is provided at the bottom of the second ultrasonic vibrator 22 . This second switching means 34
includes an insulating plate 42 connected and fixed to the side surface of the second ultrasonic transducer 26 and fixedly formed below the second ultrasonic transducer 26 and the second coil 31, and an axial direction of the insulating plate 42. A conductive plate 44 is fixed to the lower surface facing the second electromagnetic coil 43 with a gap in between.

第2の電磁コイル31は、絶縁物45のモールド手段等
によって円環状に形成され、蓋体9の上面内部に固定さ
れると共に回転軸10を回動自在に中に通したバネ46
の下端部を上記回転軸10と同心状配置にして上記絶縁
物45に埋設固定している。またバネ46の下端は、摺
動部材24に当接させている。
The second electromagnetic coil 31 is formed into an annular shape by molding an insulator 45, etc., and is fixed inside the upper surface of the lid 9, and has a spring 46 through which the rotating shaft 10 is rotatably passed.
The lower end of the rotary shaft 10 is arranged concentrically with the rotating shaft 10 and is embedded and fixed in the insulator 45. Further, the lower end of the spring 46 is brought into contact with the sliding member 24.

従って1本発明の超音波サーボモータ6を正転方向に回
転させるには、コントローラ35からの信号によって切
換回路47で切換スイッチ機構48をオンし、第1の圧
接・解除選択切換手段33によって(この時、第2の圧
接・解除選択切換手段34によって、第2の超音波振動
装置34を円板状ロータ14の第2の振動子片32に圧
接させないように制御している)、第1の超音波振動装
置21を軸方向に移動して円板状ロータ14に固設した
第1の振動子片29に当接させ、第1の超音波振動子2
1および第1のコイル28を泗択し、第1のコイル28
にコントローラ35からの指令に基づいて駆動回路36
によって高周波を印加して第1の超音波振動子25を励
振することで可能になる。
Therefore, in order to rotate the ultrasonic servo motor 6 of the present invention in the normal rotation direction, the changeover switch mechanism 48 is turned on in the changeover circuit 47 in response to a signal from the controller 35, and the first pressure contact/release selection changeover means 33 ( At this time, the second pressure contact/release selection switching means 34 controls the second ultrasonic vibration device 34 so as not to contact the second vibrator piece 32 of the disc-shaped rotor 14), the first The ultrasonic vibrator 21 is moved in the axial direction to contact the first vibrator piece 29 fixed to the disk-shaped rotor 14, and the first ultrasonic vibrator 2
1 and the first coil 28, and select the first coil 28.
drive circuit 36 based on commands from controller 35.
This is made possible by applying a high frequency to excite the first ultrasonic transducer 25.

また超音波モータ6を反対方向に逆回転させるには、切
換回路47で、切換スイッチ機fl149をオンして第
1の圧接・解除選択切換手段33によって、第1の超音
波振動装置21を円板状ロータ14の第1の振動子片2
9に圧接させないような状態にして、第2の圧接・解除
選択切換手段34によって第2の超音波振動装置22を
軸方向に移動して円板状ロータ14に固設した第2の振
動子片32に圧接し、第2の超音波振動子26及び第2
のコイル31を選択し、第2のコイル31に上記同様に
高周波を印加して第2の超音波振動子26を励振するこ
とで可能になる。
In order to reversely rotate the ultrasonic motor 6 in the opposite direction, the changeover circuit 47 turns on the changeover switch fl149, and the first pressure contact/release selection changeover means 33 causes the first ultrasonic vibrator 21 to rotate in a circular motion. First vibrator piece 2 of plate rotor 14
9, the second ultrasonic vibrator 22 is moved in the axial direction by the second pressure contact/release selection switching means 34, and the second vibrator is fixed to the disc-shaped rotor 14. The second ultrasonic transducer 26 and the second
This is possible by selecting the coil 31 of , and applying high frequency to the second coil 31 in the same manner as described above to excite the second ultrasonic transducer 26.

上記の第1.第2の切換手段33.34について、更に
説明すると、切換スイッチ機構48゜4つは、切換回路
47からの信号に基づき、電磁コイル38または43に
駆動用パルス電流を供給するパルス電源となっていて、
この例では、それぞれコンデンサとスイッチで楕成し、
スイッチを閉じたときにコンデンサの充電電荷を放電さ
せて駆動用パルス電流を供給する形式のものとなってい
る。
No. 1 above. To further explain the second switching means 33 and 34, the four changeover switch mechanisms 48 serve as pulse power supplies that supply pulsed driving current to the electromagnetic coil 38 or 43 based on the signal from the changeover circuit 47. hand,
In this example, the capacitor and switch form an ellipse, respectively.
When the switch is closed, the capacitor's charge is discharged to supply a driving pulse current.

いま第1図において、切換回路47からの動作指令に応
じてスイッチ機W449のスイッチが閉じられると、コ
ンデンサの充電電荷が第2の電磁コイル43を通して放
電し、パルス状の電流を流す。
Now, in FIG. 1, when the switch of the switch W449 is closed in response to an operation command from the switching circuit 47, the charge in the capacitor is discharged through the second electromagnetic coil 43, causing a pulsed current to flow.

これによって導体板44に誘導電流が発生し。This generates an induced current in the conductor plate 44.

このなめバネ46に抗した電磁反発力によって。Due to the electromagnetic repulsive force resisting this tongue spring 46.

それまでに第2の電磁コイル43の絶縁物45に押し付
けられていた導電板44が絶縁物45から反発されるの
で、バネ46によって第2の圧接・解除選択切換手段3
4が円板状ロータ14と共に回転することになる。
Since the conductive plate 44 that had been pressed against the insulator 45 of the second electromagnetic coil 43 is repelled from the insulator 45, the spring 46 causes the second pressure contact/release selection switching means 3
4 rotates together with the disc-shaped rotor 14.

逆に円板状ロータ14を正方向に回転するには、上記し
たようにスイッチ機構49をオフにし、スイッチ機構4
8をオンすることで可能となる。
Conversely, in order to rotate the disc-shaped rotor 14 in the forward direction, the switch mechanism 49 is turned off as described above.
This is possible by turning on 8.

第4図以降はロータリ磁気エンコーダ20および磁気抵
抗素子19の説明図で、第4図は、上記ロータリ磁気エ
ンコーダ磁極16と磁気抵抗素子19とで構成されるロ
ータリ磁気式エンコーダ20の説明図で2円環状の被着
磁層体15の面には、上記したようにN極(16Nとす
る)、s極(16Sとする)の磁極を交互等間隔に微細
ピッチで極配向で且つラジアル配向に周方向に沿って多
極着磁したロータリ磁気エンコーダ磁極16を形成して
いる。該円板状ロータ14のロークリ磁気エンコーダ磁
極16と径方向の空隙17を介して対向する磁気センサ
支持板18位置に磁気抵抗素子(MRセンサ)1つを対
向配設してなる。
4 and subsequent figures are explanatory diagrams of the rotary magnetic encoder 20 and the magnetoresistive element 19. FIG. On the surface of the annular magnetized layer body 15, as described above, magnetic poles of N pole (16N) and S pole (16S) are arranged alternately and evenly spaced at fine pitches and radially aligned. Rotary magnetic encoder magnetic poles 16 are formed with multi-pole magnetization along the circumferential direction. One magnetoresistive element (MR sensor) is disposed facing the rotary magnetic encoder magnetic pole 16 of the disc-shaped rotor 14 at a position of a magnetic sensor support plate 18 that faces the rotary magnetic encoder magnetic pole 16 with a radial gap 17 interposed therebetween.

上記ロータリ磁気エンコーダ磁極16のN極16N、S
極16Sそれぞれの磁極幅は、λ(電気角で2πで表さ
れる幅に等しい)幅で着磁されている。
N poles 16N and S of the above rotary magnetic encoder magnetic poles 16
The magnetic pole width of each pole 16S is magnetized to have a width of λ (equal to the width expressed by 2π in electrical angle).

また磁気抵抗素子19は1例えば強磁性体磁気抵抗効果
素子を用いるとして、先ずロータリ磁気エンコーダ20
の原理を説明するために、磁気抵抗素子1つを構成する
強磁性体薄膜で形成された素線である磁気抵抗エレメン
ト50について第4図を用いて説明する。
Furthermore, assuming that the magnetoresistive element 19 is a ferromagnetic magnetoresistive element, for example, the rotary magnetic encoder 20
In order to explain the principle of this, a magnetoresistive element 50, which is a wire made of a ferromagnetic thin film constituting one magnetoresistive element, will be explained with reference to FIG.

この磁気抵抗エレメント50は、数千久単位程゛度の厚
みでNi−Co系の金属薄膜(強磁性金属薄膜)をガラ
ス等の基板に真空蒸着やエツチング等の手段で形成する
ことで上記磁気抵抗素子19を形成できる。
This magnetoresistive element 50 is made by forming a Ni-Co metal thin film (ferromagnetic metal thin film) with a thickness of several thousand degrees on a substrate such as glass by means such as vacuum evaporation or etching. A resistive element 19 can be formed.

磁気抵抗エレメント50は、第4図に示すように、これ
に流れる電流Iと磁界(磁束)51どの方向が垂直とな
るように配設しておくと、磁束51は、N極16Nから
S極16Sに向かう。
As shown in FIG. 4, if the magnetoresistive element 50 is arranged so that the direction of the current I flowing through it and the magnetic field (magnetic flux) 51 are perpendicular, the magnetic flux 51 will move from the north pole 16N to the south pole. Head to 16S.

この磁気抵抗エレメント50は、第5図に示すように磁
界51内において横方向の磁束51Xによって、抵抗値
の減少をきたす。尚、51Yは。
As shown in FIG. 5, this magnetoresistive element 50 causes a decrease in resistance value due to a lateral magnetic flux 51X within a magnetic field 51. In addition, 51Y is.

縦方向の磁束を示す。Indicates longitudinal magnetic flux.

このときの磁気抵抗エレメント50の抵抗の変化率は、
数%で、ロータリ磁気エンコーダ磁極16の一磁極の幅
をλとしたとき、λ/4及び3λ/4の位置における時
の磁気抵抗エレメント50の抵抗値をR1抵抗の変化値
をΔrとすると、磁極(16Nまたは16S)と磁気抵
抗エレメント50の位相θ(−磁極幅16N、163を
それぞれ電気角で2πとしたときの位相θとする)にお
ける抵抗値R(θ)は。
The rate of change in resistance of the magnetoresistive element 50 at this time is
When the width of one magnetic pole of the rotary magnetic encoder magnetic pole 16 is λ, and the resistance value of the magnetoresistive element 50 at the positions λ/4 and 3λ/4 is R1, the change value of the resistance is Δr. The resistance value R(θ) at the phase θ of the magnetic pole (16N or 16S) and the magnetoresistive element 50 (the phase θ is when the −magnetic pole widths 16N and 163 are respectively set to 2π in electrical angle) is:

R(θ)=R−Δr−cosθ  (1)で表すことが
できる。
It can be expressed as R(θ)=R−Δr−cosθ (1).

横方向の磁束(磁界)51Xは9位相θ、磁気抵抗エレ
メント50及びロータリ磁気エンコーダ磁極16の距離
に関係し、磁気抵抗エレメント50も、それに応じた抵
抗値Rをとる。
The lateral magnetic flux (magnetic field) 51X is related to the nine phases θ and the distance between the magnetoresistive element 50 and the rotary magnetic encoder magnetic pole 16, and the magnetoresistive element 50 also takes a resistance value R corresponding thereto.

尚、磁気抵抗素子19の場合、ホール素子等の他の磁気
センサと異なり、磁界中心(N極16N、S極16Sそ
れぞれの中間部のところの磁界状態)では、無磁界(N
極16NとS極16Sの境界部のところの磁界状態)と
同様に出力信号が変化しないという特徴がある。
In addition, in the case of the magnetoresistive element 19, unlike other magnetic sensors such as Hall elements, at the center of the magnetic field (the magnetic field state at the middle of the N pole 16N and the S pole 16S), there is no magnetic field (N
Similar to the magnetic field state at the boundary between the pole 16N and the south pole 16S, the output signal does not change.

上記した1本の磁気抵抗エレメント50を有する磁気抵
抗素子1つによっては、A相及びB相の磁気エコーダ信
号を得ることができないので、第6図に示すように4本
の磁気抵抗エレメント50a、50b、50a’ 、5
0b’ をそれぞれ順次にλ/4だけずらして形成し、
入相及びB相の磁気エンコーダ信号を得るようにしてい
る。
Since it is not possible to obtain the A-phase and B-phase magnetic echoer signals with a single magnetoresistive element having one magnetoresistive element 50, as shown in FIG. 6, four magnetoresistive elements 50a, 50b, 50a', 5
0b' are formed by sequentially shifting them by λ/4,
Input phase and B phase magnetic encoder signals are obtained.

この磁気抵抗素子19は、A相の磁気エンコーダ信号を
得るために2つの磁気抵抗エレメント50a、50a’
 と、B相の磁気エンコーダ信号を得るために磁気抵抗
エレメント50b。
This magnetoresistive element 19 includes two magnetoresistive elements 50a and 50a' to obtain an A-phase magnetic encoder signal.
and a magnetoresistive element 50b for obtaining a B-phase magnetic encoder signal.

50b′を形成したものとなっている。50b'.

磁気抵抗エメント50aと50a′は、互いに逆位相と
なるように、ロータリ磁気エンコーダ磁極16の一磁極
(N極16Nまたは5i16S)の幅をλ(を気角で2
π)とするとき、λ/2幅ずらせて形成している。
The magnetoresistive elements 50a and 50a' are arranged so that the width of one magnetic pole (N pole 16N or 5i16S) of the rotary magnetic encoder magnetic pole 16 is λ (2 in air angle) so that the magnetoresistive elements 50a and 50a' have opposite phases to each other.
π), they are formed with a width shifted by λ/2.

同様に磁気抵抗エレメント50bと50b′とは、互い
に逆位相となるように、λ/2幅ずらせて形成している
Similarly, the magnetoresistive elements 50b and 50b' are formed to be shifted by a width of λ/2 so as to have opposite phases.

また磁気抵抗エレメント50aと50b、及び50a°
と50b’とは、互いにλ/4幅ずらして形成されてい
る。
Also, the magnetoresistive elements 50a and 50b, and 50a°
and 50b' are formed to be shifted by λ/4 width from each other.

従って、磁気抵抗素子19は、λ/4ピッチずれて順次
、磁気抵抗エレメント50a、50b。
Therefore, the magnetoresistive element 19 is sequentially arranged with magnetoresistive elements 50a and 50b shifted by λ/4 pitch.

50a’ 、50b’を形成している。50a' and 50b' are formed.

このように形成された磁気抵抗素子19からの磁気エン
コーダ信号を処理する回路としては1例えば第7図に示
すようなものを用いる。
As a circuit for processing the magnetic encoder signal from the magnetoresistive element 19 formed in this manner, a circuit as shown in FIG. 7, for example, is used.

この磁気エンコーダ信号処理回路52は、抵抗器53−
1.  ・・・、53−4により、ブリッジを構成して
抵抗変化を電圧変化に変換し、コンパレータ54−1.
54−2により、第8図(a>、(b)に示すような9
0°位相が異なる2つの矩形波の磁気エンコーダ信号5
5−1.55−2を得ることができるようにしている。
This magnetic encoder signal processing circuit 52 includes resistors 53-
1. . . , 53-4 form a bridge to convert resistance changes into voltage changes, and comparators 54-1 .
54-2, 9 as shown in FIG. 8(a>,(b))
Two square wave magnetic encoder signals with 0° phase difference 5
5-1.55-2 can be obtained.

この矩形波の磁気エンコーダ信号55−1゜55−2を
カウンタによって計数すれば、ロータリ磁気エンコーダ
20.即ち超音波サーボモータ6の回転角を計測できる
If the square wave magnetic encoder signals 55-1 and 55-2 are counted by a counter, the rotary magnetic encoder 20. That is, the rotation angle of the ultrasonic servo motor 6 can be measured.

この矩形波の磁気エンコーダ信号55−1゜55−2は
、2逓倍形回転方向弁別回路56に加えることで、右回
転パルス及び左回転パルスを得て、このアップ信号また
はダウン信号を、アップダウンカウンタ57に加えるこ
とで、現在の回転角を得る。
This rectangular wave magnetic encoder signal 55-1, 55-2 is added to the double rotation direction discrimination circuit 56 to obtain a clockwise rotation pulse and a counterclockwise rotation pulse, and this up signal or down signal is converted into an up-down signal. By adding it to the counter 57, the current rotation angle is obtained.

したがって1本発明の超音波サーボモータ6を駆動して
上記したように所定方向に円板状ロータ14を回転する
とこの外周に形成されたロータリ磁気エンコーダ磁極1
6も回転するので、これを磁気抵抗素子19で検出すれ
ば1回転角1回転方向2回転速度等が判別し、フィード
バックループ制御して当該超音波サーボモータ6の回転
速度。
Therefore, when the ultrasonic servo motor 6 of the present invention is driven to rotate the disc-shaped rotor 14 in a predetermined direction as described above, the rotary magnetic encoder magnetic pole 1 is formed on the outer periphery of the disc-shaped rotor 14.
6 also rotates, so if this is detected by the magnetoresistive element 19, one rotation angle, one rotation direction, two rotation speeds, etc. are determined, and the rotation speed of the ultrasonic servo motor 6 is determined by feedback loop control.

回転方向1位置決め等をサーボすることができる。It is possible to servo positioning in one rotational direction.

上記実施例におけるロータリ磁気エンコーダ磁極16は
、金属からなる円板状ロータ14の外周に形成した被着
磁層体15に形成した例を示したが、別の方法としては
1円板状ロータ14をプラスチックマグネット等のマグ
ネットで形成し、該マグネットに直接ロータリ磁気エン
コーダを多極着磁しても良い。
In the above embodiment, the rotary magnetic encoder magnetic poles 16 are formed on the magnetized layer body 15 formed on the outer periphery of the disk-shaped rotor 14 made of metal, but as another method, one disk-shaped rotor 14 may be formed. may be formed of a magnet such as a plastic magnet, and a rotary magnetic encoder may be directly magnetized with multiple poles on the magnet.

また上記例においては1回転形の超音波サーボモータに
ついてのみ説明したが、直線運動を行う形式のリニア超
音波サーボモータにも2本発明は当然適用がある。
Further, in the above example, only a one-rotation type ultrasonic servo motor has been described, but the present invention is naturally applicable to a type of linear ultrasonic servo motor that performs linear motion.

また振動子片は、ロータ側に固定形成した例を示したが
、振動板に固定形成しても良く、更にまた振動子片はロ
ータまたは振動板に固定するに当たって、これらと一体
したものであっても良く。
In addition, the example in which the vibrator piece is fixedly formed on the rotor side is shown, but it may also be formed fixedly on the diaphragm.Furthermore, when the vibrator piece is fixed to the rotor or the diaphragm, it can be integrated with these. It's okay.

あるいは適宜な手段により、付設固定しても良い、また
、圧接・解除選択切換手段は、上記したちの以外の適切
なものを用いても良いことは言うまでもない。
Alternatively, it may be attached and fixed by an appropriate means, and it goes without saying that an appropriate pressure contact/release selection switching means other than those described above may be used.

[発明の効果コ 以上から明らかなように2本発明によれば、特別、厄介
な手段を施すことなく2強力な回転力。
[Effects of the Invention] As is clear from the above, according to the present invention, a strong rotational force can be obtained without using any special or troublesome means.

推力、駆動力を持つ小型軽量な9回転形あるいは直線形
の一つの可動子を正逆回転あるいは正逆転走行でき、し
かも磁気エンコーダを合理的に形成し、一体化している
ので、各種の位置決めや速度制御等のサーボを精度良く
行える磁気エンコーダ一体型超音波サーボモータを小型
且つ安価に量産でき、その適用分野も一段と拡大するも
のとなる。また2本発明において、第1の超音波振動装
置を駆動して可動子を所定の方向に走行させているとき
、可動子を反対方向に走行させるための第2の超音波振
動装置は、可動子と接触しないようにしているため、寿
命の延長が期待できる。
A single small and lightweight 9-turn type or linear type movable element with thrust and driving force can be rotated in forward and reverse directions or forward and reverse, and the magnetic encoder is rationally formed and integrated, so it can be used for various positioning and other purposes. A magnetic encoder integrated ultrasonic servo motor that can accurately perform servo control such as speed control can be mass-produced in a small size and at low cost, and the fields of its application will further expand. Further, in the present invention, when the first ultrasonic vibrating device is driven to make the mover move in a predetermined direction, the second ultrasonic vibrating device for making the mover move in the opposite direction is movable. Because they are prevented from coming into contact with their offspring, their lifespans can be expected to be extended.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例の一つのロータを正逆回転で
きるロータリ磁気エンコーダ一体型回転形超音波サーボ
モータの縦断面図、第2図はロータリ磁気エンコーダを
形成した円板状ロータの一部切欠斜視図、第3図(a)
、同(b)はそれぞれ第1の振動子、第2の振動子を有
する円板状ロータの上面図、下面図、第4図乃至第6図
はロータリ磁気エンコーダ並びに磁気抵抗素子の原理説
明図、第7図は磁気エンコーダ信号処理回路の説明図、
第8図は磁気エンコーダ信号の波形図、第9図は従来の
超音波モータの縦断面図、第10図(A)、同(B)及
び同(C)はそれぞれ超音波モータの動作原理の説明図
、第11図は振動子片が受ける力の分力説明図である。 1・・・回転軸、2・・・ベアリング。 3・・・振動子片、4・・・超音波振動子。 5・・・振動板、6・・・一つのロータを正逆回転でき
るロータリ磁気エンコーダ一体型超音波サーボモータ、
7・・・超音波サーボモータ本体。 8・・・カップ形ケーシング、9・・・蓋体。 10・・・回転軸、11.12・・・軸受。 13・・・連結リング、14・・・円板状ロータ、15
・・・被着磁層体、16・・・ロータリ磁気エンコーダ
磁極、16N・・・N極。 165・・・S極、17・・・空隙。 18・・・磁気センサ支持板、19・・・磁気抵抗素子
、20・・・ロータリ磁気エンコーダ。 21・・・第1の超音波振動装置、22・・・第2の超
音波振動装置、23.24・・・摺動部材、25・・・
第1の超音波振動子。 26・・・第2の超音波振動子、27・・・第1の振動
板、28・・・第1のコイル。 2つ・・・第1の振動子片、30・・・第2の振動板2
31・・・第2のコイル、32・・・第2の振動子片、
33・・・第1の圧接・解除選択切換手段、34・・・
第2の圧接・解除選択切換手段、35・・・コントロー
ラ、36・・・駆動回路、37・・・絶縁板、38・・
・第1の電磁コイル、39・・・導電板、40・・・・
・・絶縁物、41・・・バネ、42・・・絶縁板。 43・・・第2の電磁コイル544・・・導電板、45
・・・絶縁物、46・・・バネ。 47・・・切換回路、48.49・・・切換スイッチ機
構。 50.50a、50a’  、50b、50b’  −
−・・・・磁気抵抗エレメント、51・・・磁界(磁束
)、52・・・磁気エンコーダ信号処理回路、53−1
.  ・・・・、53〜4・・・抵抗器、54−1.5
4−2・・・コンパレータ。 55−1.55−2・・・磁気エンコーダ信号。 56・・・2逓倍形回転方向弁別回路757・・・アッ
プダウンカウンタ。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a rotary ultrasonic servo motor with an integrated rotary magnetic encoder that can rotate the rotor in forward and reverse directions according to an embodiment of the present invention, and FIG. Partially cutaway perspective view, Figure 3(a)
, (b) are top and bottom views of a disk-shaped rotor having a first vibrator and a second vibrator, respectively, and FIGS. 4 to 6 are diagrams explaining the principle of a rotary magnetic encoder and a magnetoresistive element. , FIG. 7 is an explanatory diagram of the magnetic encoder signal processing circuit,
Fig. 8 is a waveform diagram of a magnetic encoder signal, Fig. 9 is a vertical cross-sectional view of a conventional ultrasonic motor, and Figs. 10 (A), (B), and (C) respectively illustrate the operating principle of an ultrasonic motor. The explanatory diagram, FIG. 11, is an explanatory diagram of the components of force applied to the vibrator piece. 1...Rotating shaft, 2...Bearing. 3... Vibrator piece, 4... Ultrasonic vibrator. 5... Vibration plate, 6... Ultrasonic servo motor with integrated rotary magnetic encoder that can rotate one rotor in forward and reverse directions,
7...Ultrasonic servo motor body. 8... Cup-shaped casing, 9... Lid body. 10... Rotating shaft, 11.12... Bearing. 13... Connection ring, 14... Disc-shaped rotor, 15
...Magnetized layer body, 16...Rotary magnetic encoder magnetic pole, 16N...N pole. 165...S pole, 17... air gap. 18... Magnetic sensor support plate, 19... Magnetoresistive element, 20... Rotary magnetic encoder. 21... First ultrasonic vibrator, 22... Second ultrasonic vibrator, 23.24... Sliding member, 25...
First ultrasonic transducer. 26... Second ultrasonic transducer, 27... First diaphragm, 28... First coil. 2...first vibrator piece, 30...second diaphragm 2
31... Second coil, 32... Second vibrator piece,
33...first pressure contact/release selection switching means, 34...
Second pressure contact/release selection switching means, 35... Controller, 36... Drive circuit, 37... Insulating plate, 38...
・First electromagnetic coil, 39... Conductive plate, 40...
...Insulator, 41...Spring, 42...Insulating plate. 43... Second electromagnetic coil 544... Conductive plate, 45
...Insulator, 46...Spring. 47...Switching circuit, 48.49...Switching mechanism. 50.50a, 50a', 50b, 50b'-
-... Magnetoresistive element, 51... Magnetic field (magnetic flux), 52... Magnetic encoder signal processing circuit, 53-1
.. ..., 53-4...Resistor, 54-1.5
4-2... Comparator. 55-1.55-2...Magnetic encoder signal. 56...Double multiplication type rotation direction discrimination circuit 757...Up/down counter.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)正逆方向に走行自在に支持された可動子と、該可
動子に圧接されることで該可動子を所定方向に走行させ
ることができる第1の超音波振動装置と、該可動子に圧
接されることで第1の超音波振動装置とは反対方向に上
記可動子を走行させることができる第2の超音波振動装
置と、上記第1または第2の超音波振動装置選択切換手
段を設け、該第1または第2の超音波振動装置選択切換
手段の一方を選択切換して上記第1または第2の超音波
振動装置を作動させて可動子を正逆転走行できるように
なすと共に、上記可動子に形成された被着磁層に微細な
ピッチでN極、S極の磁極を交互に多極着磁した磁気エ
ンコーダ磁極を形成し、該磁気エンコーダ磁極に対向し
て少なくともA相およびB相の磁気エンコーダ信号を得
ることのできるように磁気センサを設けてなることを特
徴とする、一つの可動子を正逆転走行できる磁気エンコ
ーダ一体型超音波サーボモータ。
(1) A movable element supported so as to be freely movable in forward and reverse directions, a first ultrasonic vibrating device capable of causing the movable element to travel in a predetermined direction by being pressed against the movable element, and the movable element. a second ultrasonic vibrating device that can cause the mover to run in the opposite direction to the first ultrasonic vibrating device by being pressed against the first ultrasonic vibrating device; and a first or second ultrasonic vibrating device selection switching means. is provided, and selectively switches one of the first or second ultrasonic vibrating device selection switching means to operate the first or second ultrasonic vibrating device so that the movable element can run in the forward and reverse directions. , a magnetic encoder magnetic pole is formed by alternately magnetizing N-pole and S-pole magnetic poles at a fine pitch on the magnetized layer formed on the movable element, and at least an A-phase magnetic pole is formed opposite to the magnetic encoder magnetic pole. and a magnetic encoder integrated ultrasonic servo motor capable of running one movable element in forward and reverse directions, characterized in that it is provided with a magnetic sensor so as to be able to obtain a B-phase magnetic encoder signal.
(2)正逆方向に走行自在に支持された可動子と、該可
動子方向に移動自在に支持され且つ可動子に圧接される
ことで該可動子を所定方向に走行させることができる第
1の超音波振動装置及び該第1の超音波振動装置とは反
対方向に上記可動子を走行させることができる第2の超
音波振動装置と、固定側に設けられ且つそれぞれ第1、
第2の超音波振動装置と可動子とを圧接若しくは解除さ
せるための第1、第2の圧接・解除選択切換手段を設け
、該第1または第2の圧接・解除選択切換手段の一方を
選択切換して第1または第2の超音波振動装置の一方を
作動させて可動子を適宜な方向に走行できるようになす
と共に、上記可動子に設けた被着磁層に微細なピッチで
N極、S極の磁極を交互に多極着磁した磁気エンコーダ
磁極を形成し、該磁気エンコーダ磁極に対向して少なく
ともA相およびB相の磁気エンコーダ信号を得ることの
できるように磁気センサを設けてなることを特徴とする
、特許請求の範囲第(1)項記載の一つの可動子を正逆
転走行できる磁気エンコーダ一体型超音波サーボモータ
(2) A movable element supported so as to be freely movable in forward and reverse directions, and a first movable element supported movably in the direction of the movable element and capable of causing the movable element to travel in a predetermined direction by being pressed against the movable element. a second ultrasonic vibrator capable of causing the movable element to run in a direction opposite to the first ultrasonic vibrator; and a first ultrasonic vibrator provided on the fixed side, and
First and second pressure contact/release selection switching means are provided to press or release the second ultrasonic vibration device and the movable element, and one of the first and second pressure contact/release selection switching means is selected. The switch operates one of the first or second ultrasonic vibration devices to enable the movable element to travel in an appropriate direction, and at the same time, N poles are applied to the magnetized layer provided on the movable element at a fine pitch. , a magnetic encoder magnetic pole is formed by alternately magnetizing multiple S poles, and a magnetic sensor is provided opposite the magnetic encoder magnetic pole so as to be able to obtain at least A-phase and B-phase magnetic encoder signals. A magnetic encoder-integrated ultrasonic servo motor capable of moving one movable element in forward and reverse directions as set forth in claim (1).
(3)上記磁気サンサは、磁気抵抗素子であることを特
徴とする、特許請求の範囲第(1)項または第(2)項
記載の一つの可動子を正逆転走行できる磁気エンコーダ
一体型超音波サーボモータ。
(3) The magnetic sensor integrated with a magnetic encoder capable of moving one mover in forward and reverse directions according to claim (1) or (2), characterized in that the magnetic sensor is a magnetoresistive element. Sonic servo motor.
(4)上記可動子は、回動自在に支持されたロータであ
ることを特徴とする、特許請求の範囲第(1)項または
第(2)項記載の一つの可動子を正逆転走行できる磁気
エンコーダ一体型超音波サーボモータ。
(4) The movable element is a rotor supported rotatably, and one movable element according to claim (1) or (2) can run in forward and reverse directions. Ultrasonic servo motor with integrated magnetic encoder.
(5)上記可動子は、回動自在に支持された円板状のロ
ータであり、この円板状ロータの一方の面側に上記第1
の超音波振動装置及び第1の圧接・解除選択切換手段を
設け、上記円板状ロータの他方の面側に上記第2の超音
波振動装置及び第2の圧接・解除選択切換手段を設けた
ことを特徴とする、特許請求の範囲第(4)項記載の一
つの可動子を正逆転走行できる磁気エンコーダ一体型超
音波サーボモータ。
(5) The movable element is a disc-shaped rotor that is rotatably supported, and the first
an ultrasonic vibration device and a first pressure contact/release selection switching means are provided, and the second ultrasonic vibration device and a second pressure contact/release selection switching device are provided on the other surface side of the disc-shaped rotor. A magnetic encoder-integrated ultrasonic servo motor capable of moving one movable element in forward and reverse directions according to claim (4).
(6)上記第1の超音波振動装置と第2の超音波振動装
置は、第1の超音波振動子と、第2の超音波振動子と、
第1の超音波振動子の一端面に設けられた第1の振動板
と、第2の超音波振動子の一端面に設けられた第2の振
動板とを有し、上記可動子と第1の振動板との間に傾斜
角度を有する第1の振動子片を設け、該第1の振動子片
を可動子または第1の振動板の何れかに固定形成し、上
記可動子と第2の振動板との間に上記第1の振動子片と
反対方向の傾斜角度を有する第2の振動子片を設け、該
第2の振動子片を可動子または第2の振動板の何れかに
固定形成したものであることを特徴とする、特許請求の
範囲第(1)項、第(2)項または第(5)項いずれか
に記載の一つの可動子を正逆転走行できる磁気エンコー
ダ一体型超音波サーボモータ。
(6) The first ultrasonic vibrator and the second ultrasonic vibrator include a first ultrasonic vibrator, a second ultrasonic vibrator,
A first diaphragm provided on one end surface of the first ultrasonic transducer and a second diaphragm provided on one end surface of the second ultrasonic oscillator, A first vibrator piece having an inclination angle is provided between the movable element and the first diaphragm, the first vibrator piece is fixedly formed on either the movable element or the first diaphragm, and the movable element and the first vibrating element are fixed to each other. A second vibrator piece having an inclination angle in the opposite direction to the first vibrator piece is provided between the second vibrator piece and the second vibrator piece. A magnet capable of moving one mover in forward and reverse directions according to any one of claims (1), (2), or (5), characterized in that the magnet is fixedly formed in Ultrasonic servo motor with integrated encoder.
(7)上記磁気エンコーダ磁極は、上記円板状ロータの
外周に形成された被着磁層に多極着磁に形成してなるロ
ータリ磁気エンコーダ磁極であることを特徴とする、特
許請求の範囲第(1)項、第(2)項または第(6)項
いずれかに記載の一つの可動子を正逆転走行できる磁気
エンコーダ一体型超音波サーボモータ。
(7) Claims characterized in that the magnetic encoder magnetic poles are rotary magnetic encoder magnetic poles formed in a multi-pole magnetized manner on a magnetized layer formed on the outer periphery of the disc-shaped rotor. A magnetic encoder-integrated ultrasonic servo motor capable of forward and reverse rotation of one movable element according to any one of item (1), item (2), or item (6).
(8)上記ロータは、マグネットロータであり、該マグ
ネットロータにロータリ磁気エンコーダ磁極を着磁形成
してなることを特徴とする、特許請求の範囲第(4)項
または第(7)項記載の一つの可動子を正逆転走行でき
る磁気エンコーダ一体型超音波サーボモータ。
(8) The rotor is a magnet rotor, and a rotary magnetic encoder magnetic pole is magnetized and formed on the magnet rotor, as set forth in claim (4) or (7). An ultrasonic servo motor with an integrated magnetic encoder that can run a single mover in forward and reverse directions.
JP62148318A 1987-06-15 1987-06-15 Magnetic encoder integral type ultrasonic servomotor able to drive one movable piece forward and reverse running Pending JPS63314181A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0410593U (en) * 1990-05-11 1992-01-29

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