JPH02193575A

JPH02193575A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH02193575A
Application number: JP1015499A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kuwabara; 保雄桑原; Takao Saeki; 佐伯　孝夫; Naofumi Fujie; 直文藤江
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1989-01-25
Publication date: 1990-07-31
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JP2757416B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はステータに発生する振動を駆動源とした超音波
モータに関するものである。

（従来の技術）従来よりステータに発生する振動を利用してロータを回
転させる超音波モータが知られている。

これらの超音波モータでは、ステータに発生した振動エ
ネルギーが摩擦力によってロータに伝達され、ロータが
回転する。それゆえに、従来の超音波モータでは、ロー
タに接続された負荷が大きくなると、ロータとステータ
の間の滑りが大きくなり、ロータの回転速度が低くなる
。

（発明が解決しようとした課Ｂ）過負荷によってロータの回転速度が低くなった状態にお
いては、ロータとステータの間に大きな滑りが発生して
いるので、このような状態が長い時間継続すると、ロー
タとステータの間の滑りによって摩耗が発生し、超音波
モータの特性が劣化してしまうという問題点が発生する
。

本発明は、このような従来装置の問題点を解決するため
になされたもので、過負荷によって発生する摩耗を低減
することを技術的課題とした。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）前述した技術的課題を達成するために講じた技術的手段
は、回転速度検出手段によってロータの回転速度を検出
し、ロータの回転速度が所定回転速度以下になった時、
制御回路が発振回路の発振を停止させるように構成した
ことである。

（作用）前述した技術的手段によれば、ロータに過負荷が接続さ
れ、ロータの回転速度が所定回転速度以下になると、制
御回路が発振回路の発振を停止させる。発振回路の発振
が停止した後は、ロータとステータの間に大きな滑りは
発生しない。それゆえに、ロータとステータの間の滑り
によって発生する摩耗が低減される。

（実施例）以下、添付図面に基づいて、本発明の好ましい一実施例
を説明する。

第１図に第一実施例の超音波モータ１００の縦断面図を
示す。略円板状のベース４の中心部には開口部４ａが開
けられている。開口部４ａには、軸受け１６が圧入され
ている。

ベース４には、リング状のステータ３の内孔が嵌合して
いる。ステータ３は螺子１）によってベース４に固定さ
れている。ステータ３はリング状の弾性体１の一面にリ
ング状の圧電振動子２を導電性の接着剤によって貼り付
けたものである。

弾性体１は大径リング部１ａと小径リング部１ｂの間が
薄肉部１ｃを介して連続となった形状を有している。弾
性体重は、小径リング部１ｂが螺子１）で支持されるこ
とによりベース４に固定されている。大径リング部１ａ
の上面には全周に渡って定ピツチの突部１ｅが多数形成
されている。

弾性体１は導電性の金属材料（りん青銅）で作られてい
るので、電気的には弾性体ｌがベース４に接続されてい
ることになる。

圧電振動子２は、超音波モータ１００の進行波発生用の
公知の素子で、一対の圧電素子２ａと２ｂを備えている
。圧電振動子２には電気リード１７．１８が接続されて
いる。電気リード１７とベース４の間に交流電圧を印加
することにより圧電素子２ａが伸縮し、電気リード１８
とベース４の間に交流電圧を印加することにより圧電素
子２ａが伸縮する。圧電素子２ａと２ｂに適当な交流電
圧によって伸縮させると、弾性体１に進行波振動が生起
される。

ベース４には略円筒状の側部材１２が螺子により固定さ
れている。また、側部材１２の内周側には蓋部材５が配
設されている。蓋部材５と側部材１２０間には螺子が切
られており、蓋部材５を回転させると、蓋部材５が回転
軸９の長手方向に移動する。ベース部材４と側部材１２
、及び蓋部材５は超音波モータ１゛００の外部を取り囲
むハウジング部材を構成する。

蓋部材５には、ベアリング部材１５が固定されている。

回転軸９はベアリング１５と軸受け１６によって支承さ
れる。ベアリング１５は回転軸９のフランジ部９ａに当
接しており、回転軸９が蓋部材５に向かって移動するこ
とを防止する。

ベアリング１５と弾性体１の間にはロータ６とゴムシー
ト１４および皿バネ１３が挿入されている。ロータ６と
ゴムシート１４は皿ばね１３の弾性力によってステータ
３に押さえつけられる。ゴムシート１４は、ロータ６の
振動によってロータ６と皿ばね１３の間から音が発生す
ることを防止する。

皿ばね１３は、回転軸９に形成されたフランジ部９ａに
よって拘束されており、蓋部材５に向かう移動が制限さ
れている。また、皿ばね１３はフランジ部９ａによって
ベアリング部材１５と同軸に保持されている。従って、
蓋部材５を回転させ、蓋部材５を回転軸９の長手方向に
移動させることにより、ステータ３とロータ６の間の加
圧力が調整される。

ロータ６の外周縁部には摺動部６ａが形成されている。

摺動部６ａの下面は弾性体１の大径リング部１ａに対向
している。また、摺動部６ａと弾性体１の間には摩擦材
フィルム７が挿入される。

ロータ６は皿ばね１３の加圧力により下方に押さえつけ
られているので、摺動部６ａの下面は大径リング部１ａ
に形成された突部１ｅに摩擦材フィルム７を介して当接
する。

電気リード１８とベース４の間に交流電力を印加すると
、圧電振動子２が振動して弾性体１に進行波が発生する
。この進行波は、弾性体１の大径リング部１ａを進行（
周回）する。この時、大径リング部１ａに形成された突
部１ｅによって進行波の振幅が拡大される。ロータ６が
摩擦材フィルム７を介して大径リング部１ａの突部１ｅ
に当接しているので、大径リング部１ａの進行波がロー
タ６に回転モーメントを与える。これによりロータ６お
よび回転軸９が回転する。

回転軸９の一端には、ロータ６と一体回転するように、
リング磁石６１が固定されている。リング磁石６１は、
その円周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に２０極着磁さ
れている。リング磁石６１の近傍には、ホール素子６２
が配設されている。

ホール素子６２は回路基板１０に固定されている。

この回路基板１０上には、発振回路５０と制御回路６０
が配設されている。回路基板１０はロアカバー８に固定
される。また、ロアカバー８は螺子によってベース４に
固定される。

第２図は回路基板１０上に配設された発振回路５０と制
御回路６０を描いたブロック図である。

最初に発振回路５０について説明する。発振回路５０は
、発振器５１、位相回路５２、駆動回路５３．５４、変
圧器５５．５６を備えている。発振回路５１が発振した
交流信号は位相回路５２に与えられる。位相回路５２は
発振回路５１から与えられた交流信号を分周して位相が
９０’ずれた二つの交流信号を出力する。位相回路５２
が出力した二つの交流信号は、駆動回路５３．５４と変
圧器５５．５６を介して圧電素子２ａ、２ｂに印加され
る。圧電素子２ａ、’ｌｂに位相回路５２が出力した二
つの交流信号が印加された時、ステータ３を周回する進
行波が発生し、ロータ６が回転する。

次に、制御回路６０について説明する。制御回路６０は
、リング磁石６１、ホール素子６２、増幅回路６３、Ｆ
／Ｖ変換回路６４、比較回路６５、遅延回路６６を備え
ている。ロータ６の回転速度は、リング磁石６１とホー
ル素子６２によって交流信号に変換される。

リング磁石６１とホール素子６２によって変換された交
流信号は、ロータ６の回転速度に相当する周波数を有し
ている。ホール素子６２から出力された交流信号は増幅
器６３によって増幅された後、Ｆ／Ｖ変換回路６４によ
って直流信号に変換される。Ｆ／Ｖ変換回路６４によっ
て変換された直流信号は、ロータ６の回転速度に相当す
る電圧を有している。

Ｆ／Ｖ変換回路６４から出力された直流信号は比較回路
６５に印加される。比較回路６５の内部には予め設定さ
れた比較電圧が記憶されている。

この比較電圧は、ロータ６が停止する直前の回転速度に
基づいて定められる。比較回路６５は、Ｆ／■変換回路
６４から出力された直流信号が比較電圧を越えている間
“Ｈ”　（電源電圧レベル）を出力し、逆にＦ／Ｖ変換
回路６４から出力された直流信号が比較電圧以下の間“
Ｌ”　（接地電圧レベル）を出力する。比較回路６５の
出力信号は、遅延回路６６を介して発振器５１に入力さ
れる。

発振器５１は、遅延回路６６の出力信号が“Ｈ”である
間に限って発振し、ステータ３を振動させる。

以下、第３図を参照して説明する。時刻１．においてロ
ータ６に過負荷が接続されると、ロータ６の回転速度が
低下する。ロータ６の回転速度が低下すると、Ａ点の電
圧（Ｆ／Ｖコンバータ６４が出力した直流電圧）が低下
する。時刻ｔ２においてＡ点の電圧が比較回路６５に設
定された比較電圧以下になると、Ｂ点の電圧（比較回路
６５の出力電圧）が“Ｈ”から“Ｌ”に反転し、モータ
ロックが検出される。この時、ロータ６とステータ３の
間に大きな滑りが発生するので、ロータ６やステータ３
．および摩擦材７の摩耗が増加する。

モータロックが検出された後、遅延回路６６の動作によ
ってΔを時間後に０点の電圧（遅延回路６６の出力電圧
）が“Ｈ”から“Ｌ″に反転するので、発振器５１の発
振が停止する。

このように、ロータ６に過負荷が接続され、ロータ６の
回転速度が所定回転速度以下になると、制御回路６０に
よって発振回路５０の発振が停止される。発振回路５０
の発振が停止すると、ロータ６とステータ３の間に大き
な滑りが発生しなくなるので、ロータ６やステータ３お
よび摩擦材７の摩耗が低減される。

なお、第一実施例装置では、モータロックが検出された
後も、Δを時間の間、発振回路５０が発振するので、瞬
間的な過負荷によって超音波モータ１００が停止してし
まうことはない。

次に、第一実施例装置をさらに改良した第二実施例装置
について説明する。第二実施例装置は、回路基板１０上
に配設された制御回路７０を除いて第１図に示した第一
実施例装置と全く同様である。従って、制御回路７０に
ついて詳細に説明し、他の説明は省略する。

以下、第４図を参照して第二実施例装置に内蔵された制
御回路７０について説明する。

第二実施例装置の制御回路７０は、第一実施例装置の遅
延回路６６に代えて発振器７１とカウンタ７２およびオ
アゲート７３を備えている。他の構成要素は第一実施例
と全く同様である。

比較回路６５の出力信号はオアゲート７３を介して発振
器５１に印加される。また、比較回路６５の出力信号は
カウンタ７２のリセット端子７２Ｒにも印加される。カ
ウンタ７２には方形波発振器７１が接続されている。カ
ウンタ７２は、比較回路６５の出力信号が“Ｈ”から“
Ｌ”に反転している間、発振器７１が発生した交流信号
を分周し、所定時間Δを毎に反転する電気信号を出力す
る。カウンタ７２が出力した電気信号はオアゲート７３
を介して発振器５１に印加される。発振器５１はオアゲ
ート７３の出力が“Ｈ”である間に限って発振し、ステ
ータ３を振動させる。

以下、第５図を参照して説明する。時刻１．においてロ
ータ６に過負荷が接続されると、ロータ６の回転速度が
低下する。

ロータ６の回転速度が低下すると、Ａ点の電圧（Ｆ／Ｖ
コンバータ６４が出力した直流電圧）が低下する。時刻
ｔ２においてＡ点の電圧が比較回路６５に設定された比
較電圧以下になると、Ｂ点の電圧（比較回路６５の出力
電圧）が“Ｈ”から“Ｌ”に反転し、モータロックが検
出される。この時、カウンタ７２のリセット端子７２Ｒ
の電圧が“Ｈ″からＬ″に反転するので、カウンタ７２
の分周が開始される。また、この時、ロータ６とステー
タ３の間に大きな滑りが発生するので、ロータ６やステ
ータ３．および摩擦材７の摩耗が増加する。

モータロックが検出された後、Δを時間後にＤ点の電圧
（カウンタ７２の出力電圧）が“Ｈ”から“Ｌ”に反転
するので、０点の電圧（オアゲート７３の出力電圧）も
“Ｈ”から“Ｌ”に反転し、発振器５１の発振が停止す
る。

このように、ロータ６に過負荷が接続され、ロータ６の
回転速度が所定回転速度以下になると、制御回路６０に
よって発振回路５０の発振が止められる。発振回路５０
の発振が停止すると、ロータ６とステータ３の間に大き
な滑りが発生しなくなるので、ロータ６やステータ３お
よび摩擦材７の摩耗が低減される。

第二実施例装置では、カウンタ７２が所定時間Δを毎に
反転する電気信号を発生するので、発振回路５０の発振
が停止した後、Δを時間が経過すると再び発振回路５０
が発振を開始し、ロータ６が再起動される。

なお、時刻ｔ、として示されているように、ロータ６が
再起動された結果、ロータ６が回転し始めれば、比較回
路６５の出力信号が“Ｌ″から“Ｈ”に反転するので、
カウンタ７２は初期化される。

第一実施例装置と同様に第二実施例装置でも、モータロ
ックが検出された後、Δを時間の間、発振回路５０が発
振し続けるので、瞬間的な過負荷によってモータが停止
してしまうことはない。

さらに、第二実施例装置では、所定時間Δを毎に発振回
路５０が発振し、ロータ６が再起動されるので、過負荷
が消失すれば、再びロータ６が回転し始める。

次に、第二実施例装置をさらに改良した第三実施例装置
について説明する。第三実施例装置は、回路基板１０上
に配設された制御回路８０を除いて第１図に示した第一
実施例装置と全く同様である。従って、制御回路８０に
ついて詳細に説明し、他の説明は省略する。

以下、第６図を参照して第三実施例装置に内蔵された制
御回路８０について説明する。

第三実施例装置の制御回路８０は、第二実施例装置の制
御回路７０にカウンタ７４とアンドゲート７５を加えた
もので、他の構成要素は第二実施例装置と全く同様であ
る。

比較回路６５の出力信号はオアゲート７３およびアンド
ゲート７５を介して発振器５１に印加される。また、比
較回路６５の出力信号は、カウンタ７２のリセット端子
７２Ｒおよびカウンタ７４のリセット端子７４Ｒにも印
加される。カウンタ７２は、比較回路６５の出力信号が
“Ｈ”から“Ｌ″に反転している間、発振器７１が発生
した交流信号を分周し、所定時間Δを毎に反転する電気
信号を発生する。また、カウンタ７４は、カウンタ７２
が発生した交流信号が反転した回数を数え、カウンタ７
２からの交流信号が３回反転すると、アンドゲート７５
を閉じる。

カウンタ７２が出力した電気信号はオアゲート７３とア
ンドゲート７５を介して発振器５１に印加される。発振
器５１はアンドゲート７５の出力がＨ”である間に限っ
て発振し、ステータ３を振動させる。

以下、第７図を参照して説明する。時刻１．においてロ
ータ６に過負荷が接続されると、ロータ６の回転速度が
低下する。

ロータ６の回転速度が低下し、時刻ｔ２においてＡ点の
電圧が比較回路６５に設定された比較電圧以下になると
、Ｂ点の電圧が“Ｈ”から“Ｌ”に反転し、モータロッ
クが検出される。この時、カウンタ７２．７４のリセッ
ト端子７２Ｒ，７４Ｒの電圧が“Ｈ″からＬ″に反転す
るので、カウンタ７２．７４が動作し始める。

モータロックが検出された後、Δを時間毎にＤ点および
０点の電圧が“Ｈ″から“Ｌ”に反転するが、時刻ｔ４
においてＤ点の電圧が３回反転すると、カウンタ７４に
よりアンドゲート７５が閉じられるので、０点の電圧は
“Ｌ”に保持される。

この時、発振器５１は発振停止を続ける。

このように、ロータ６に過負荷が接続され、ロータ６の
回転速度が所定回転速度以下になると、制御回路６０に
よって発振回路５０の発振が止められる０発振回路５０
の発振が停止すると、ロータ６とステータ３の間に大き
な滑りが発生しなくなるので、ロータ６やステータ３お
よび摩擦材７の摩耗が低減される。

第三実施例装置では、カウンタ７４がアンドゲート７５
を閉じるので、ロータ６を３回再起動してもロータ６が
回転し始めない場合には、その後の再起動が中断される
。それゆえに、第三実施例装置によれば、瞬間的な過負
荷によって一時的にロータ６が停止した場合にはロータ
６が再起動され、しかも、過負荷が長時間継続した場合
には再起動に要する無駄な消費電力が低減される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ロータに過負荷が接続され、ロータの
回転速度が所定回転速度以下になると、制御回路が発振
回路の発振を停止させる。発振回路の発振が停止した後
は、ロータとステータの間に大きな滑りが発生しな（な
る。それゆえに、ロータとステータの間の滑りによって
発生する摩耗が低減され、超音波モータの経時変化が低
減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい第一実施例装置を描いた超音
波モータの断面図である。第２図は第一実施例装置に通用された発振回路および制
御回路を描いたブロック図である。第３図は第２図から選ばれた様々な点における電圧波形
を描いた波形図である。第４図は第二実施例装置に適用された発振回路および制
御回路を描いたブロック図である。第５図は第４図から選ばれた様々な点における電圧波形
を描いた波形図である。第６図は第三実施例装置に適用された発振回路および制
御回路を描いたブロック図である。第７図は第６図から選ばれた様々な点における電圧波形
を描いた波形図である。 ■・・・弾性体、２・・・圧電振動子（振動子）、２ａ
、２ｂ・・・圧電素子、３・・・ステータ、４・・・ベ
ース、５・・・蓋部材、６・・・ロータ、７・・・摩擦
材、８・・・ロアカバー、９・・・回転軸、１０・・・
回路基板、１）・・・螺子、１２・・・側部材、１３・・・皿ばね
。１４・・・ゴムシート、１５・・・ベアリング部材。１６・・・軸受け、１７・・・引出電極。１８・・・電気リード、１９・・・ゴムシート。５０・・・発振回路、５１・・・発振器、５２・・・位
相回路、５３．５４・・・駆動回路、５５．５６・・・
変圧器、６０．７０・・・制御回路、６１・・・リング
磁石（回転速度検出手段）、６２・・・ホール素子（回
転速度検出手段）、６３・・・増幅回路、６４・・・Ｆ／Ｖコンバータ、６
５・・・比較回路、６６・・・遅延回路、７１・・・方
形波発振器、７２川カウンタ、７３・・・オアゲート、
７４・・・カウンタ、７５・・・アンドゲート、１００
・・・超音波モータ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）振動子が固着されたステータと、該ステータに当
接し、該ステータの振動によつて駆動され回転するロー
タと、前記振動子を振動させる発振回路とを有する超音
波モータにおいて、前記ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、該回転速度検出手段が検出したロータの回転速度が所定
回転速度以下になると、前記発振回路の発振を停止させ
る制御回路と、を備える超音波モータ。
（２）前記制御回路は、前記回転速度検出手段が検出し
たロータの回転速度が所定回転速度以下になつた後、し
ばらくの間、前記発振回路を発振させ続けることを特徴
とした請求項（１）記載の超音波モータ。
（３）前記制御回路は、前記回転速度検出手段が検出し
たロータの回転速度が所定回転速度以下になつた後、一
定時間毎に、前記発振回路を発振させることを特徴とし
た請求項（１）記載の超音波モータ。
（４）前記制御回路は、前記回転速度検出手段が検出し
た回転速度が所定回転速度以下になつた後、一定時間毎
に所定の回数だけ前記発振回路を発振させることを特徴
とした請求項（１）記載の超音波モータ。