JPS6387183A - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
- Publication number
- JPS6387183A JPS6387183A JP61229214A JP22921486A JPS6387183A JP S6387183 A JPS6387183 A JP S6387183A JP 61229214 A JP61229214 A JP 61229214A JP 22921486 A JP22921486 A JP 22921486A JP S6387183 A JPS6387183 A JP S6387183A
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- Japan
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- stator
- modes
- electrode
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- ultrasonic motor
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- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 2
- 230000007306 turnover Effects 0.000 abstract 1
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000406668 Loxodonta cyclotis Species 0.000 description 1
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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〉
本発明は、圧電振動子を備えたステータと、該ステータ
と接触するロータにより構成されてなる超音波モータに
関する。
と接触するロータにより構成されてなる超音波モータに
関する。
〈従来技術〉
周方向に圧電振動子を配設した円環状または円板状等の
局内状ステータとステータにより、口→りを駆動する超
音波モータは、特開昭５８−１４８６８２号、特開昭５
９−９６８８１号、特開昭５９−９６８８２号及び特開
昭６１−１４２９７６号等、多数のものが開示されてい
る。
局内状ステータとステータにより、口→りを駆動する超
音波モータは、特開昭５８−１４８６８２号、特開昭５
９−９６８８１号、特開昭５９−９６８８２号及び特開
昭６１−１４２９７６号等、多数のものが開示されてい
る。
これらは、弾性体に圧電振動子を加振源として組込んで
、円環振動体または円板振動体によりステータを構成し
、これに高次のたわみ振動や、伸縮振動などの定在波を
複数の点で励振し、モードを回転させて進行波を生じさ
せ、ロータを回動するものである。
、円環振動体または円板振動体によりステータを構成し
、これに高次のたわみ振動や、伸縮振動などの定在波を
複数の点で励振し、モードを回転させて進行波を生じさ
せ、ロータを回動するものである。
この励振を生じさせる従来の一例として、第１１図に示
すように円環状振動素子ａを上下方向に分極し、その上
下面に設けた電極す、ｃのうち、−側に接している四以
上の分割電極Ｃに夫々２π／Ｘの時間的位相がずれたＶ
ｓｉｎωｔの交番電圧を印加し、伸縮モードを回転させ
て進行波の励振を得るようにし、該ステータに接触して
いるロータに推進力を与えて回動させていた。
すように円環状振動素子ａを上下方向に分極し、その上
下面に設けた電極す、ｃのうち、−側に接している四以
上の分割電極Ｃに夫々２π／Ｘの時間的位相がずれたＶ
ｓｉｎωｔの交番電圧を印加し、伸縮モードを回転させ
て進行波の励振を得るようにし、該ステータに接触して
いるロータに推進力を与えて回動させていた。
〈発明が解決しようとする問題点〉
上述のように、従来のものは、伸縮振動を利用したもの
やたわみ振動を利用したもの等、使用モードが相違した
り、圧電振動子の分極方向が相違する等の点で、種々の
駆動方式のものがあるが、いずれも、周方向へ適当に位
相をずらした多相の駆動電圧を与えることにより、該方
向へ位相差的に励振して、送り面に進行波を生じさせ、
その送り面に接触したロータを回転させてなる点で共通
している。
やたわみ振動を利用したもの等、使用モードが相違した
り、圧電振動子の分極方向が相違する等の点で、種々の
駆動方式のものがあるが、いずれも、周方向へ適当に位
相をずらした多相の駆動電圧を与えることにより、該方
向へ位相差的に励振して、送り面に進行波を生じさせ、
その送り面に接触したロータを回転させてなる点で共通
している。
ところで、このように多相の駆動電圧を与える必要から
従来のものは駆動回路が複雑となるという欠点があった
。
従来のものは駆動回路が複雑となるという欠点があった
。
本発明は、単相の駆動電圧によって、進行波を生じさせ
、ロータを回転し得るようにした超音波モータの提供を
目的とするものである。
、ロータを回転し得るようにした超音波モータの提供を
目的とするものである。
く問題点を解決するための手段〉
本発明は、周方向に圧電振動子を配設した周円状ステー
タと、該ステータと接触するロータにより構成されてな
る超音波モータにおいて、前記ステータに共振周波数が
互いに近似する二つのモードに分離するための摂動付加
手段を適用し、かつこの二つのモードの中間の共振周波
数で前記ステータを励振させる単相駆動電圧源を備えて
なるものである。
タと、該ステータと接触するロータにより構成されてな
る超音波モータにおいて、前記ステータに共振周波数が
互いに近似する二つのモードに分離するための摂動付加
手段を適用し、かつこの二つのモードの中間の共振周波
数で前記ステータを励振させる単相駆動電圧源を備えて
なるものである。
前記周円状ステータとしては、円環９円板９円筒または
円柱等の形状のステータがある。
円柱等の形状のステータがある。
前記摂動付加手段として、周方向の一部に質量体を付加
したり、または逆にその一部を削り取る等して質量減少
を生じさせてなる質量歪部によって構成される。また環
状ステータにあっては、真円ではなく、その形状を楕円
形等の偏心形状とし、かかる形状付与を摂動付加手段と
することもできる。
したり、または逆にその一部を削り取る等して質量減少
を生じさせてなる質量歪部によって構成される。また環
状ステータにあっては、真円ではなく、その形状を楕円
形等の偏心形状とし、かかる形状付与を摂動付加手段と
することもできる。
く作用〉
本発明者は、圧電振動子を備えた円環振動体等からなる
ステータに摂動付加手段を適用し、該圧電振動子に特定
周波数の電圧を印加すると、該周波数は共振周波数が互
いに近似する二つのモードに分離することを確かめた。
ステータに摂動付加手段を適用し、該圧電振動子に特定
周波数の電圧を印加すると、該周波数は共振周波数が互
いに近似する二つのモードに分離することを確かめた。
そして、単相駆動電圧源により各モードの共振周波数の
中間の共振周波数で前記円環振動体を励振させると、位
相差を有する二つの定在波で伸縮し、モードが回転して
進行波が発生することを確認した。このためこれをステ
ータとして用い、単相駆動電圧源により特定周波数で円
環振動体を励振すると、円環振動体と接触するロータの
回転駆動を生じた。
中間の共振周波数で前記円環振動体を励振させると、位
相差を有する二つの定在波で伸縮し、モードが回転して
進行波が発生することを確認した。このためこれをステ
ータとして用い、単相駆動電圧源により特定周波数で円
環振動体を励振すると、円環振動体と接触するロータの
回転駆動を生じた。
ここで、円環の伸縮モードを例にして摂動を付加した場
合の縮退モードの分離について説明する。
合の縮退モードの分離について説明する。
第１図イ９口は、互いに縮退している二次のモードを示
し、各々第２図イ、口の電極配置より励振され、固有周
波数は同一である。
し、各々第２図イ、口の電極配置より励振され、固有周
波数は同一である。
この変位ポテンシャルφは、
２φ＋ｎ２φ＝０
φ＝φ１ 、φ２
ｎ：モードの次数
となる。
次に第３図のように振動体の一部に摂動として、質量Δ
ｍを付加すると、変位ポテンシャルφは、 ２φ’＋
ｎ″２φ゛＝０ φ″＝ α φ 暑 ＋ β φ ２ ＋ Σ Ｃ
二１． φ 、二。
ｍを付加すると、変位ポテンシャルφは、 ２φ’＋
ｎ″２φ゛＝０ φ″＝ α φ 暑 ＋ β φ ２ ＋ Σ Ｃ
二１． φ 、二。
で表される。この式をΔｍの一次近似で、摂動法を用い
て解くと、 ｎａ＝ｎ−４７ｎｏΔｍ ／ Ｍ ｎｂ＝ｎ＋４／ｎｏΔｍ ／ Ｍ （ここでＭは振動体の等髄質量） となり、モードが分離することが解る。
て解くと、 ｎａ＝ｎ−４７ｎｏΔｍ ／ Ｍ ｎｂ＝ｎ＋４／ｎｏΔｍ ／ Ｍ （ここでＭは振動体の等髄質量） となり、モードが分離することが解る。
次に単相駆動で進行波が発生する原理について述べる。
第４図に示すような電極配δで、円環振動体を構成し、
適当な摂動量を付与して、該電極に単相駆動電圧源から
交番電圧を印加すると、モードが回転する。
適当な摂動量を付与して、該電極に単相駆動電圧源から
交番電圧を印加すると、モードが回転する。
ここでφａとφｂは、次式のように表される。
φａ＝１／ｎφｔ−１／ＩＴφ２
φｂ＝１／ＩＴφ１＋ｌ／ＪＴφ２
二つのモードに対するアドミタンスの大きさと位相は、
各々第５図イ、口のようにすることができる、この条件
は、 （ｆ ｂ ｆ ａ ） ／ ｆ ｏ ” ２ ／ ｎ
・６ｍ ／ Ｍである。従って、ｆ ｏ ＝ （ｆ
ｂ −ｆ ａ ） ／ ２の周波数で駆動すると、φａ
は４５°遅れて、φｂは４５０進んで励振されることと
なりモードの回転が得られる。また十及び−の電極を接
地し、Ｇ÷を＋、Ｇ−を−とすれば逆向きにモードが回
転する。
各々第５図イ、口のようにすることができる、この条件
は、 （ｆ ｂ ｆ ａ ） ／ ｆ ｏ ” ２ ／ ｎ
・６ｍ ／ Ｍである。従って、ｆ ｏ ＝ （ｆ
ｂ −ｆ ａ ） ／ ２の周波数で駆動すると、φａ
は４５°遅れて、φｂは４５０進んで励振されることと
なりモードの回転が得られる。また十及び−の電極を接
地し、Ｇ÷を＋、Ｇ−を−とすれば逆向きにモードが回
転する。
第６図は単相駆動でモードが回転する円環振動体の、ア
ドミタンスルーズの例である。ここでループがくびれた
先端の周波数ｆ０において、モードが回転し、円環振動
体はロータと接触させることにより超音波モータとして
動作することを確認した。またＧ◆とＧ−の間には駆動
電流とほぼ同じ量で、９０°の位相差の電波が流れてい
た。
ドミタンスルーズの例である。ここでループがくびれた
先端の周波数ｆ０において、モードが回転し、円環振動
体はロータと接触させることにより超音波モータとして
動作することを確認した。またＧ◆とＧ−の間には駆動
電流とほぼ同じ量で、９０°の位相差の電波が流れてい
た。
〈実施例〉
第７〜１０図は、本発明の実施例を示す。
ここで円環振動体からなるステータ１は、ＰＺＴ等のセ
ラミック電歪素子からなるものであって、図中上面を負
、下面を正となるように上下方向へ分極し、その上面に
アース側電極２を、その下面にへ等分域されてなる分割
電極３を設けている。前記分割電極３は、第４図の配置
のように夫々を正負電極及び接地電極とするとともに、
その側面に質量体Ｘを配設する。前記質量体Ｘは脱着可
能とし、適宜周縁に位置変換し得るようにしている。
ラミック電歪素子からなるものであって、図中上面を負
、下面を正となるように上下方向へ分極し、その上面に
アース側電極２を、その下面にへ等分域されてなる分割
電極３を設けている。前記分割電極３は、第４図の配置
のように夫々を正負電極及び接地電極とするとともに、
その側面に質量体Ｘを配設する。前記質量体Ｘは脱着可
能とし、適宜周縁に位置変換し得るようにしている。
前記上面の電極２上には、等しい傾斜角度を有する内外
の傾斜面４．５を形成された、断面が二等辺三角形状の
ジュラルミン製の駆動環６が接合される。
の傾斜面４．５を形成された、断面が二等辺三角形状の
ジュラルミン製の駆動環６が接合される。
前記駆動環６には、第７．８図のように内側の傾斜面４
に整一に面接触する連動面８ａを外周面に形成された円
盤状のロータ７ａが乗載される。
に整一に面接触する連動面８ａを外周面に形成された円
盤状のロータ７ａが乗載される。
また駆動環６には、第９．１０図のように前記外側の傾
斜面５に整一に面接触する連動面８ｂを内周面に形成さ
れた伏皿状のロータ７ｂを乗載するようにしてもよい。
斜面５に整一に面接触する連動面８ｂを内周面に形成さ
れた伏皿状のロータ７ｂを乗載するようにしてもよい。
前記各実施例では、前記円環状ステータｌ、駆動環６を
固定し、前記へ枚の分割電極３に、質量体Ｘの配設によ
って生ずる二つのモードの共振周波数の平均値に相当す
る周波数の単相電圧を印加することにより、進行波が発
生し、前記ロータ７ａ、７ｂに回転力Ｆ１が付与される
。
固定し、前記へ枚の分割電極３に、質量体Ｘの配設によ
って生ずる二つのモードの共振周波数の平均値に相当す
る周波数の単相電圧を印加することにより、進行波が発
生し、前記ロータ７ａ、７ｂに回転力Ｆ１が付与される
。
第１０図は、前記円環状ステータｌ下面に絶縁層１０を
形成して電極３を絶縁状に被覆し、さらにその下面に前
記駆動環６を接合し、該下部の駆動環６にロータ７ｂを
外嵌して、前記ロータ７ｂを固定するようにしたもので
ある。この場合に、前記電極２に電圧を印加すると、上
部の駆動環６に乗載したロータ７ａに二倍の回転力Ｆ２
が付与されることとなる。
形成して電極３を絶縁状に被覆し、さらにその下面に前
記駆動環６を接合し、該下部の駆動環６にロータ７ｂを
外嵌して、前記ロータ７ｂを固定するようにしたもので
ある。この場合に、前記電極２に電圧を印加すると、上
部の駆動環６に乗載したロータ７ａに二倍の回転力Ｆ２
が付与されることとなる。
前記駆動環６の形状は種々提案され、傾斜面を一面とし
たものでもよい。
たものでもよい。
また前記ロータ７ａ、７ｂから回転力を取出すには、そ
の中心孔９を利用して、中心に回転軸１１を連結する等
種々の手段がある。
の中心孔９を利用して、中心に回転軸１１を連結する等
種々の手段がある。
その他、前記実施例において、円環状ステータｌに設け
られる上下いずれの電極を分割電極３としてもよい。
られる上下いずれの電極を分割電極３としてもよい。
前記各構成はステータを円環状とし、かつ上下方向に分
極してなるものであるが、前記質量体Ｘの付与による単
相駆動は、円環を径方向に分極して、その内外周面に電
極を形成し、その内外面のいずれかをロータを回動する
ための送り面としたものにも適用することができる。ま
たステータを円環状としたもののみではなく円板状９円
筒状または円柱状としたものにも適用可能である。
極してなるものであるが、前記質量体Ｘの付与による単
相駆動は、円環を径方向に分極して、その内外周面に電
極を形成し、その内外面のいずれかをロータを回動する
ための送り面としたものにも適用することができる。ま
たステータを円環状としたもののみではなく円板状９円
筒状または円柱状としたものにも適用可能である。
〈発明の効果〉
本発明は上述したように、ステータに共振周波数が互い
に近似する二つのモードに分離するための摂動付加手段
を適用して、この二つのモードの中間の共振周波数で前
記ステータを励振させるようにしたから、単相の駆動電
圧で前記ステータに駆動力を発生させることができる。
に近似する二つのモードに分離するための摂動付加手段
を適用して、この二つのモードの中間の共振周波数で前
記ステータを励振させるようにしたから、単相の駆動電
圧で前記ステータに駆動力を発生させることができる。
このため、従来の多相の駆動電圧で、駆動力を発生させ
るものとは異なり、駆動回路が簡単となり、装置が簡易
低廉なものとなる優れた効果がある。
るものとは異なり、駆動回路が簡単となり、装置が簡易
低廉なものとなる優れた効果がある。
添付図面は本発明の実施例を示し、第１図イ。
口は二次モードを示す説明図、第２図イ９口は前記二次
モードを励振するための電極配置図、第３図は質量体Ｘ
を付加した状態の振動体の概念図、第４図は同電極配置
図、第５図イ９口は周波数に対するアドミタンス及び相
との関係を示すグラフ、第６図は振動体のアドミタンス
ループを示すグラフである。また第７図は本発明を適用
した超音波モータの分解斜視図、第８．９図は同組付状
態の縦断側面図、第１θ図は第二実施例の縦断側面図で
ある。さらにまた第１１図は従来のステータの一例を示
す斜視図である。 ｌ；ステータ ２；アース側電極 ３；分割電極 ６；
駆動環 ７ａ、７ｂ；Ｏ−夕 ｘ；質量体 出願人 日本特殊陶業株式会社上 羽 貞
行 第１ 図 イ 〇第
２ 図 イ
０拭３０ 第４図 第５図 イ ０ハミミ象 口 ｔａ ｔｏ ｔｂ
モードを励振するための電極配置図、第３図は質量体Ｘ
を付加した状態の振動体の概念図、第４図は同電極配置
図、第５図イ９口は周波数に対するアドミタンス及び相
との関係を示すグラフ、第６図は振動体のアドミタンス
ループを示すグラフである。また第７図は本発明を適用
した超音波モータの分解斜視図、第８．９図は同組付状
態の縦断側面図、第１θ図は第二実施例の縦断側面図で
ある。さらにまた第１１図は従来のステータの一例を示
す斜視図である。 ｌ；ステータ ２；アース側電極 ３；分割電極 ６；
駆動環 ７ａ、７ｂ；Ｏ−夕 ｘ；質量体 出願人 日本特殊陶業株式会社上 羽 貞
行 第１ 図 イ 〇第
２ 図 イ
０拭３０ 第４図 第５図 イ ０ハミミ象 口 ｔａ ｔｏ ｔｂ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １） 周方向に圧電振動子を配設した周円状ステータと
、該ステータと接触するロータにより構成されてなる超
音波モータにおいて、前記ステータに共振周波数が互い
に近似する二つのモードに分離するための摂動付加手段
を適用し、かつこの二つのモードの中間の共振周波数で
前記ステータを励振させる単相駆動電圧源を備えてなる
超音波モータ。 ２） 前記摂動付加手段が、適宜の周部位置に配設した
質量歪部であ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 |
|---|---|---|---|
| JP61229214A JPH0650948B2 (ja) | 1986-09-27 | 1986-09-27 | 超音波モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61229214A JPH0650948B2 (ja) | 1986-09-27 | 1986-09-27 | 超音波モ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6387183A true JPS6387183A (ja) | 1988-04-18 |
| JPH0650948B2 JPH0650948B2 (ja) | 1994-06-29 |
Family
ID=16888610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61229214A Expired - Lifetime JPH0650948B2 (ja) | 1986-09-27 | 1986-09-27 | 超音波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0650948B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63144774A (ja) * | 1986-12-09 | 1988-06-16 | Hitachi Maxell Ltd | 双峰共振系を用いた超音波モ−タ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6315678A (ja) * | 1986-07-02 | 1988-01-22 | Marcon Electronics Co Ltd | 超音波モ−タ |
-
1986
- 1986-09-27 JP JP61229214A patent/JPH0650948B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6315678A (ja) * | 1986-07-02 | 1988-01-22 | Marcon Electronics Co Ltd | 超音波モ−タ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63144774A (ja) * | 1986-12-09 | 1988-06-16 | Hitachi Maxell Ltd | 双峰共振系を用いた超音波モ−タ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0650948B2 (ja) | 1994-06-29 |
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