JPH0241676A - Oscillating wave motor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、超音波を駆動源とする振動波モータに関する
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a vibration wave motor using ultrasonic waves as a driving source.
第2図は一般的な振動波モータの進行波によるステータ
の振動の状態を示す説明図、第10図は従来の振動波モ
ータの一例の主要部を示す分解斜視図、第11図は第1
0図の例に回転角検出器であるロークリエンコーダを組
合わせた状態を示す部分断面を含む正面図、第12図(
a)および(b)および(C)は振動波モータとロータ
リエンコータとの異った組合せの例を示す説明図である
。Fig. 2 is an explanatory diagram showing the state of vibration of the stator due to the traveling wave of a general vibration wave motor, Fig. 10 is an exploded perspective view showing the main parts of an example of a conventional vibration wave motor, and Fig. 11 is
FIG. 12 is a front view including a partial cross section showing a state in which a rotary encoder, which is a rotation angle detector, is combined with the example shown in FIG.
a), (b), and (C) are explanatory diagrams showing examples of different combinations of a vibration wave motor and a rotary encoder.
一般に進行波を利用した円環形の振動波モータは、第1
0図に示すように、円環状の弾性の共振子1−1の裏面
に、この共振子1−1と同様な形状の円環状の振動子1
−2を接着して一体化したステータ1−3を有している
。ここで使用する振動子としては、セラミックスの一種
である圧電素子が用いられることが多い。ステータ1−
3の上には、同様に円環状をした動体くロータ)105
が設けられており、皿ばね1−8等の加圧手段によって
所定の圧力で押圧されている。ロータ10−5のステー
タ1−3との摺動面に、耐磨耗性を有する材料(例えは
芳香族ポリアミド繊維を充填材とし、ポリウレタン樹脂
をマI・ソックスとした複合プラスチック材料)で形成
したライニング1−4を設けることにより、ステータ1
−3の磨耗を防止している。振動子1−2に振動波形を
有する電気信号を入力してバイメタル効果によってステ
ータ1−3に進行波のたわみ振動を発生させる。ステー
タ1−3上の進行波は、第2図に示すように、ステータ
の表面上の一つの点Eに着目すると、この点Eは楕円状
の軌跡Fを描く。ライニング2〜4はステータ2−3の
進行波の頂点りに接触している。ロータ2−5は楕円の
頂点りの軌跡の方向へ摩擦によって移動てきるため、ロ
ータ2−5は進行波の進行方向Sとは逆の方向に左に進
む。従って、ロータ2−5はステータ23上の進行波の
進行方向とは逆に回転する(矢印R)。In general, an annular vibration wave motor that uses traveling waves is
As shown in FIG.
The stator 1-3 has a stator 1-3 which is integrated by bonding the stator 1-2. As the vibrator used here, a piezoelectric element, which is a type of ceramic, is often used. Stator 1-
Above 3, there is a rotor (also an annular moving body) 105.
is provided, and is pressed with a predetermined pressure by a pressure means such as a disc spring 1-8. The sliding surface of the rotor 10-5 with the stator 1-3 is made of a wear-resistant material (for example, a composite plastic material with aromatic polyamide fiber as a filler and polyurethane resin as a material). By providing the lining 1-4, the stator 1
-3 wear is prevented. An electric signal having a vibration waveform is inputted to the vibrator 1-2 to generate a traveling wave deflection vibration in the stator 1-3 due to the bimetal effect. As shown in FIG. 2, the traveling wave on the stator 1-3 draws an elliptical trajectory F when focusing on one point E on the surface of the stator. The linings 2-4 are in contact with the top of the traveling wave of the stator 2-3. Since the rotor 2-5 is moved by friction in the direction of the locus around the apex of the ellipse, the rotor 2-5 moves to the left in a direction opposite to the traveling direction S of the traveling wave. Therefore, the rotor 2-5 rotates in the opposite direction to the traveling direction of the traveling wave on the stator 23 (arrow R).
ところで、振動波モータを、装置に組込んで使用する場
合は、その回転角を検出して装置の制御を行う必要性が
ある。振動波モータの使用のときにその回転角を検出す
るために広く採られてきた従来の手段は、ロータリエン
コーダやポテンションメータなどの回転角度の検出器を
ロータに取付ける手段である。すなわち、第11図に示
すように、振動波モータ11−1の出力軸]0−9から
出力された回転運動をロークリエンコーダ]12の検出
軸1−5に伝達してロータリエンコーダ11−2内に伝
達し、その回転角を電気信号として出力する。By the way, when a vibration wave motor is incorporated into a device and used, it is necessary to control the device by detecting its rotation angle. A conventional means that has been widely used to detect the rotation angle of a vibration wave motor is to attach a rotation angle detector such as a rotary encoder or a potentiometer to the rotor. That is, as shown in FIG. 11, the rotational motion output from the output shaft 0-9 of the vibration wave motor 11-1 is transmitted to the detection shaft 1-5 of the rotary encoder 12, and the rotary motion is transmitted to the rotary encoder 11-2. The rotation angle is transmitted as an electrical signal.
このようなロークリエンコーダと振動波モータとのいく
つかの組合せの例を第12図に示す。FIG. 12 shows examples of several combinations of such a row encoder and a vibration wave motor.
第12図(a)は、ロータリエンコーダ122を振動波
モータ12−1の背面に位置し、振動波モータの出力軸
から歯車などを介さずに直接に回転角を検出するように
したものである。第12図(b)は、軸貫通形のロータ
リエンコータ124を用い、振動波モータ12−3の前
方にロータリエコーダ12−4を配設した例である。こ
の二つの例の場合、ロークリエンコーダを振動波モータ
と直列に配設するため、全体の軸方向の長さが長くなる
。第12図(C)は、歯車列12−7を介してロータリ
エンコーダ12−6に振動波モータ12−5の回転運動
を伝達するようにした例であり、歯車列12−7におけ
るバックラッシュが存在し、また2本の回転軸を並列に
並べるため、ロータリエンコーダ12−6の分だけ余分
にスペースか必要となる。In FIG. 12(a), a rotary encoder 122 is located on the back of a vibration wave motor 12-1, and the rotation angle is directly detected from the output shaft of the vibration wave motor without using a gear or the like. . FIG. 12(b) is an example in which a rotary encoder 124 of a shaft-through type is used and a rotary encoder 12-4 is disposed in front of a vibration wave motor 12-3. In these two examples, since the row encoder is arranged in series with the vibration wave motor, the overall length in the axial direction becomes long. FIG. 12(C) is an example in which the rotational motion of the vibration wave motor 12-5 is transmitted to the rotary encoder 12-6 via the gear train 12-7, and the backlash in the gear train 12-7 is Moreover, since the two rotating shafts are arranged in parallel, an extra space is required for the rotary encoder 12-6.
上述のように、振動波モータの回転角をロータリエンコ
ーダやポテンションメータ等の検出器を用いて検出する
場合、検出器を振動波モータに取り付けるための機構が
複雑となり、またそのためのスペースも大きくなるとい
う問題がある。さらに、検出器とその取付けのために部
品の点数が増大し、これにともなってコストも高くなる
という問題もある。As mentioned above, when detecting the rotation angle of a vibration wave motor using a detector such as a rotary encoder or potentiometer, the mechanism for attaching the detector to the vibration wave motor is complicated, and the space required for it is also large. There is a problem with becoming. Furthermore, there is a problem in that the number of parts required for the detector and its attachment increases, and the cost also increases accordingly.
本発明の振動波モータは、一定周波数の振動波形を有す
る電気信号を入力して機械振動に変換する振動子と前記
振動子と結合した円環状の共振子とを有する円環状のス
テータと、前記ステータに加圧されて接触する円環状の
ロータとを備える振動波モータにおいて、前記ロータに
設けた前記ステータと前記ロータとの間の圧力を検出す
るための圧力検出手段を備え、前記圧力検出手段は絶縁
部を挟んで所定の位相角で配設された2種の圧力検出部
を有する圧力検出群を少くとも1組以上価え、前記2種
の圧力検出部のそれぞれから出力する信号を並列に接続
した2個の信号と前記の円環状の共振子に入力する信号
を分岐した信号とを入力してそれらの位相差を検出する
位相差検出部を備えるか、または円環状の共振子の円周
上の一部に入力電気信号の振動の振幅を検出するための
振幅検出器を設け、この振幅検出器からの出力信号を円
環状の共振子に入力する信号を分岐した信号に代えて位
相差検出部に入力するようにしたものである。The vibration wave motor of the present invention includes a toroidal stator having a vibrator that inputs an electric signal having a vibration waveform of a constant frequency and converts it into mechanical vibration, and a toroidal resonator coupled to the vibrator; A vibration wave motor comprising an annular rotor pressurized and in contact with a stator, comprising pressure detection means provided on the rotor for detecting pressure between the stator and the rotor, the pressure detection means At least one set of pressure detection groups each having two types of pressure detection units are arranged at a predetermined phase angle with an insulating part in between, and the signals output from each of the two types of pressure detection units are connected in parallel. or a phase difference detection unit that inputs two signals connected to the toroidal resonator and a signal branched from the signal input to the annular resonator and detects the phase difference between them; An amplitude detector is provided on a part of the circumference to detect the amplitude of the vibration of the input electric signal, and the output signal from this amplitude detector is used to input the signal input to the annular resonator into a branched signal. The signal is input to the phase difference detection section.
一定周波数の振動波形を有する電気振動を機械振動に変
換する振動子と円環状の共振子とを接着した円環状のス
テータと円環状のロータとを加圧して接触させる振動波
モータは、ロータとステータとの接触は、第2図に示す
ように、ステータに励振された進行波の山の頂点りの部
分で行われている。ロータとステータとが接触する位置
は、進行波の波の動きとロータの回転とによって変化す
る。従って、ロータの一部分に着目すると、その部分の
ステータとの接触の有無は周期的に繰返される。同様に
ステータの一部分に着目すると、この部分を通過する進
行波の山と谷が周期的に繰り返される。そして、ロータ
において検出されるステータとの接触の有無による振動
性の信号の位相と、ステータに生じる進行波の振幅また
はステータに供給する振動性の信号の位相との位相差は
、ロータの回転角に応じて変化する。本発明は、ロータ
とステータとの接触の状態を圧電素子などの圧力検出器
を用いて検出する。このとき、第3図に示すように、圧
力検出器1−6の設計時に設定した位相角αに相当する
長さだけ隔たった位置に2個の圧力検出部4−1および
4−2を設け、さらにステータの振動の検出をステータ
に供給する信号またはステータに進行波を励振している
圧電素子の一部から出力する信号を利用して進行波の振
幅の検出を行ない、このステータからの信号と、上述の
ロータとステータとの接触圧の変化によって得られる複
数個(圧力検出部は上述のように複数個ある)の信号と
の位相を比較することによってロータの回転角を検出す
るものである。A vibration wave motor is a motor that pressurizes and contacts an annular stator with an annular resonator and an annular resonator that converts electrical vibrations having a vibration waveform of a constant frequency into mechanical vibrations. As shown in FIG. 2, contact with the stator occurs at the top of the peak of the traveling wave excited by the stator. The contact position between the rotor and the stator changes depending on the movement of the traveling wave and the rotation of the rotor. Therefore, when focusing on a portion of the rotor, the presence or absence of contact between that portion and the stator is periodically repeated. Similarly, when focusing on a part of the stator, the peaks and troughs of the traveling wave passing through this part are periodically repeated. The phase difference between the phase of the vibratory signal detected in the rotor due to the presence or absence of contact with the stator and the amplitude of the traveling wave generated in the stator or the phase of the vibratory signal supplied to the stator is determined by the rotation angle of the rotor. It changes depending on. The present invention detects the state of contact between the rotor and the stator using a pressure detector such as a piezoelectric element. At this time, as shown in FIG. 3, two pressure detecting sections 4-1 and 4-2 are provided at positions separated by a length corresponding to the phase angle α set at the time of designing the pressure detector 1-6. Furthermore, the vibration of the stator is detected by using a signal supplied to the stator or a signal output from a part of the piezoelectric element that excites the traveling wave in the stator, and the amplitude of the traveling wave is detected. The rotation angle of the rotor is detected by comparing the phase with the signal obtained from the change in the contact pressure between the rotor and the stator described above (there are multiple pressure detection parts as described above). be.
第4図は、ロータの圧力検出部がステータに対して回転
角mなる回転位置にある場合のステータに励振されてい
る進行波とロータの接触の変化の状態を示す説明図であ
る。第4図(a)〜(d)に示すように、ロータ3−5
とステータ3−4との接触点は、ステータ3−4に供給
する信号(進行波)の進行に伴って順次移動する。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of change in the contact between the traveling wave excited in the stator and the rotor when the pressure detection section of the rotor is at a rotational position having a rotation angle m with respect to the stator. As shown in FIGS. 4(a) to 4(d), the rotor 3-5
The contact point between the stator 3-4 and the stator 3-4 sequentially moves as the signal (travelling wave) supplied to the stator 3-4 advances.
第5図は第3図のロータに設けた位相角αの位置を隔て
た2個の圧力検出部4=1および4−2からの出力信号
3−14aおよび3−14bの変化の状態と、ステータ
に供給するモータ駆動電源からの信号3−15の状態を
示すグラフである。FIG. 5 shows the state of change in the output signals 3-14a and 3-14b from the two pressure detection units 4=1 and 4-2 separated by the phase angle α provided on the rotor in FIG. It is a graph showing the state of signal 3-15 from the motor drive power supply supplied to the stator.
第5図に示すように、信号3−15と信号3−14aま
たは3−14bとの間には位相差(mn>または(mn
十αn)か生じ、この位相差(mn)または(mn+α
n)によって回転角を算出できる。As shown in FIG. 5, there is a phase difference (mn> or (mn
10αn) is generated, and this phase difference (mn) or (mn+α
n), the rotation angle can be calculated.
以下このことを数式を用いて説明する。This will be explained below using mathematical formulas.
第6図(a)および(b)は振動波モータの回転角を算
出するためステータ上に設けた座標軸を示すための平面
図および断面図である。FIGS. 6(a) and 6(b) are a plan view and a sectional view showing coordinate axes provided on the stator for calculating the rotation angle of the vibration wave motor.
第6図の説明図に示すように、ステータ1−3上に座標
を定めて、ステータ1−3に励振される進行波の振動の
振幅の式を導出する。As shown in the explanatory diagram of FIG. 6, coordinates are determined on the stator 1-3, and an expression for the amplitude of the vibration of the traveling wave excited in the stator 1-3 is derived.
ステータに進行波を励振するために、振動子に供給され
る電気信号は、
ξ−A 5in(ωt) −(
1)ξ= A cos(ωt)
−(2)である。ここで(Al (rad/5ec
)は角周波数、A (v)は振幅、t (sec)は時
間である。To excite a traveling wave in the stator, the electrical signal supplied to the oscillator is ξ−A 5in(ωt) −(
1) ξ= A cos(ωt)
-(2). Here, (Al (rad/5ec
) is the angular frequency, A (v) is the amplitude, and t (sec) is the time.
二つの入力信号による波長をλmとし、ξ1= A 5
in(ωt)X cos(2yr x/λ) −(3
)ξ2 =−A cos(ωL)X 5in(2yt
x/λ)−(4)の定在波を合成して
δ−Asin(ωt −2ytx/λ) −(
5)で示す進行波がステータに励振される。ここでA(
V)は振幅、t (sec)は時間、x(m)は位置で
ある。Let the wavelength of the two input signals be λm, and ξ1= A 5
in(ωt)X cos(2yr x/λ) −(3
)ξ2 =-A cos(ωL)X 5in(2yt
x/λ)-(4) standing waves are synthesized and δ-A sin(ωt-2ytx/λ)-(
A traveling wave shown in 5) is excited in the stator. Here A(
V) is amplitude, t (sec) is time, and x(m) is position.
ステータに設けた極座標に変換して整理するなめ、f(
1−1z)をステータに供給する信号の周波数(周期)
、θ(rad)をステータ上の位置、nをステータに励
振した進行波の波数、r (m)をステータの円環の半
径とすると、
λ−2πr / n ・・・(6
)θ−x / J−・・・(7)
の関係があり、これらを(1)および(2)および(5
)式に代入すると、
ξ1 = A 5in(2yr ft)
−(8)ξ2 = A cos(2yr ft)
−(9)δ −A 5in(2yr ft
、−θn) −(10)となる。(10)式
がステータに励振される進行波の振幅を表す式である。In order to convert and organize the polar coordinates provided on the stator, f(
Frequency (period) of the signal that supplies 1-1z) to the stator
, θ (rad) is the position on the stator, n is the wave number of the traveling wave excited in the stator, r (m) is the radius of the stator ring, then λ-2πr / n ... (6
) θ−x / J− (7), and these can be expressed as (1), (2), and (5
), then ξ1 = A 5in(2yr ft)
−(8) ξ2 = A cos(2yr ft)
-(9)δ -A 5in(2yr ft
, -θn) -(10). Equation (10) represents the amplitude of the traveling wave excited in the stator.
ところで、ロータに設けた位相角αの位置を隔てた圧力
検出群の位置が、ステータに設定した極座標で(θ−0
)の位置にある場合、すなわち圧力検出部の位置が(θ
−0)および(θ−α)については、ロータの圧力検出
器の部分から出力される振動性の信号は、(10)式に
おいて(θ−〇)および(θ=0+α)として、
ζ1=Bsin(2πft> −(
11)ζ2 = B 5in(2yr ft −a n
) −(12)となる。By the way, the position of the pressure detection group provided on the rotor separated by the position of phase angle α is (θ-0) in polar coordinates set on the stator.
), that is, the pressure detection part is at the position (θ
-0) and (θ-α), the oscillatory signal output from the pressure detector part of the rotor is expressed as (θ-〇) and (θ=0+α) in equation (10), ζ1=Bsin (2πft> −(
11) ζ2 = B 5in (2yr ft - an
) −(12).
ステータの振動検出器から出力される振動性の信号は、
同様に(10)式において(θ−0)として、
77 −C5in(2yr ft)
−(13)となる。ここでBお
よびC(v)は振幅である。The vibration signal output from the stator vibration detector is
Similarly, in equation (10), as (θ-0), 77 -C5in(2yr ft)
−(13). Here B and C(v) are amplitudes.
一方、ロータの圧力検出部の位置が(θ−m(rad)
)の場合は、ステータに励振されている進行波かロータ
の検出器に到達するまてにある時間を要する。このため
、ステータに供給する振動性の信号とロータの検出器か
ら出力する振動性の信号との位相差は、角度mに応じて
変化する。ロータの圧力検出器から出力する信号は、〈
1o)式において(θ−m)および(θ−m+α)とし
て、ζ1= B 5in(2yr ft −mn)
−(14)ζ 2 = B 5in(2
π fL−mn −a n) −(1
5)と表される。On the other hand, the position of the pressure detection part of the rotor is (θ-m (rad)
), it takes a certain amount of time for the traveling wave excited in the stator to reach the rotor detector. Therefore, the phase difference between the vibratory signal supplied to the stator and the vibratory signal output from the rotor detector changes depending on the angle m. The signal output from the rotor pressure sensor is
1o) In equation (θ-m) and (θ-m+α), ζ1=B 5in(2yr ft -mn)
−(14)ζ 2 = B 5in(2
π fL-mn-a n)-(1
5).
本発明においては、り14)式および(15)式で示す
信号と(8)式または(9)式で示す信号または(12
)式で示す信号を比較する。また両者の場合とも、ロー
タの回転角か(m)のときには信号の比較による位相差
は(mn)および(mn+αl)である。nおよびαは
ステータを設計するときに既知である。従って位相差を
検出することによってロータの回転角mを求めることか
できる。In the present invention, the signals shown by equations 14) and (15) and the signals shown by equations (8) or (9) or (12)
) Compare the signals shown by the formula. In both cases, when the rotation angle of the rotor is (m), the phase difference obtained by comparing the signals is (mn) and (mn+αl). n and α are known when designing the stator. Therefore, the rotation angle m of the rotor can be determined by detecting the phase difference.
ロータ上に、ステータの駆動振動の位相角が0度と18
0度に相当する角度を除いたあらかじめ定められた角度
分だけ離れた位置に、p個の検出部を設けた場合、すな
わち、その角度をα1α2・・・αPとした場合におい
ては、位相差を算出するのに必要な信号かp個存在する
。p個の信号は互いに異なる位相差を有する信号であり
、したかってロータ上に検出部を1個しか設けない場合
に比較して、ロータが一回転する間にロータの検出器か
ら出力する信号の数かp倍に増大したことになる。した
がってその分たけ検出の分解能が向上したことになる。On the rotor, the phase angle of the stator drive vibration is 0 degrees and 18 degrees.
When p detection units are provided at positions separated by a predetermined angle excluding the angle corresponding to 0 degrees, that is, when the angle is α1α2...αP, the phase difference is There are p signals necessary for calculation. The p signals have different phase differences from each other, and therefore, compared to the case where only one detection unit is provided on the rotor, the number of signals output from the rotor detector during one rotation of the rotor is smaller. This means that it has increased by several p times. Therefore, the resolution of detection has improved by that amount.
しかし、実際には検出器から出力する信号は、上記の三
角関数で示す信号のほかに、種々の周波数の信号が重畳
したものである。このため、圧力検出群は、ステータに
励振されている振動の波長(λ)の整数倍だけ隔てた位
置に設ける。そして、各検出群を第8図に示すように接
続して信号8−14aおよび8−14bを得る。このよ
うにすることにより、検出群より得られる信号8−14
aおよび8−14bは、複数個の信号の平均をとった信
号となり、信号3−14aおよび3−14bに比較して
(14)式および〈15)式で示す信号に近い信号とな
ってノイズの低減化を図ることができる。However, in reality, the signal output from the detector is a superposition of signals of various frequencies in addition to the signal represented by the above-mentioned trigonometric functions. For this reason, the pressure detection groups are provided at positions separated by an integral multiple of the wavelength (λ) of the vibration excited in the stator. Then, each detection group is connected as shown in FIG. 8 to obtain signals 8-14a and 8-14b. By doing this, the signal 8-14 obtained from the detection group
a and 8-14b are signals obtained by taking the average of multiple signals, and compared to signals 3-14a and 3-14b, they are closer to the signals shown in equations (14) and <15), and are noise-free. can be reduced.
さらにノイズの低減を図るために、(15)式で示す周
波数fを通過帯域とするフィルタによってこのノイズ成
分の排除を行なう。In order to further reduce the noise, this noise component is eliminated by a filter whose passband is the frequency f shown by equation (15).
次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明の第一の実施例の主要部を示す分解斜視
図、第3図は第1図の実施例の振幅検出器の電極の分割
の状態を示す平面図、第5図は第1図の実施例の圧力検
出群の信号をを示すグラフ、第9図は第1図の実施例の
位相差検出部の詳細を示すフロック図である。FIG. 1 is an exploded perspective view showing the main parts of the first embodiment of the present invention, FIG. 3 is a plan view showing how the electrodes of the amplitude detector of the embodiment shown in FIG. 1 are divided, and FIG. FIG. 9 is a graph showing signals of the pressure detection group in the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 9 is a block diagram showing details of the phase difference detection section in the embodiment shown in FIG.
第1図において、3−1は燐青銅やアルミ青銅などの弾
性を有する材料で形成された円環状の共振子であり、こ
の共振子3−1の下面に接着された振動子(圧電素子〉
3−2は、電気振動信号(例えば55 k Hz、±7
0Vの正弦波状の超音波)を入力してステータ3−3の
屈曲進行波を励振する。この振動子3−2は、先に第2
図を参照して説明したように、ステータ3−3に屈曲進
行波が生しることによって楕円軌跡Fをもつ振動を生じ
る。この振動をライニング3−4に皿ばね3−8によっ
て加圧して接触させることによって、ロータ3−5に回
転運動か生しる。In FIG. 1, 3-1 is an annular resonator made of an elastic material such as phosphor bronze or aluminum bronze.
3-2 is an electric vibration signal (e.g. 55 kHz, ±7
0V sinusoidal ultrasonic waves) are input to excite the bending traveling wave of the stator 3-3. This vibrator 3-2 is first
As explained with reference to the drawings, vibrations having an elliptical locus F are generated by the bending traveling wave generated in the stator 3-3. By pressurizing and contacting the lining 3-4 with the disc spring 3-8 by applying this vibration, rotational movement is generated in the rotor 3-5.
3−6は軸方向の圧力によって生ずる歪みに対して電圧
か変化する圧力検出器であり、PZT等の圧電セラミク
スの材料で形成した直径30mm厚さ]、 mmの円環
状の圧力検出器である。圧力検出器3−6のステータ3
−3と接触する表面には、耐磨耗性に優れたエンジニア
リングプラスヂクスを用いたライニング3−4が接着さ
れている。ロータに設けた圧力検出器3−6は、前述の
ように、ステータ3−3に励振された屈曲進行波の状態
に対応した接触圧力を検出する。圧力検出器3−6は、
第3図に示すように、α度の角度をなす2個の圧力検出
部4−1および4−2に分割してあり、それらの間およ
びその側部には絶縁部5−1および5〜2か設けられて
いる。3-6 is a pressure sensor whose voltage changes in response to strain caused by pressure in the axial direction, and is an annular pressure sensor with a diameter of 30 mm and a thickness of 30 mm, made of a piezoelectric ceramic material such as PZT. . Stator 3 of pressure detector 3-6
A lining 3-4 made of engineering plastics with excellent abrasion resistance is adhered to the surface in contact with the lining 3-3. As described above, the pressure detector 3-6 provided on the rotor detects the contact pressure corresponding to the state of the bending traveling wave excited in the stator 3-3. The pressure detector 3-6 is
As shown in FIG. 3, it is divided into two pressure detecting sections 4-1 and 4-2 forming an angle of α degrees, and insulating sections 5-1 and 5-1 are provided between them and on their sides. 2 are provided.
第1図の実施例においては、第1図に示すように、ステ
ータ3−3に電源を供給するモータ駆動電源3−13か
らの駆動信号の一部から抵抗なとでゲインを調整した後
に取り出した信号3〜15と、圧力検出器3−6がら出
力する複数個の出力信号3−14a・l−14bとを位
相差検出部3−11に入力して出力信号3−12aおよ
び312bを得ることによって定められた位相差αと波
数りとで演算して回転角を得ることができる。In the embodiment of FIG. 1, as shown in FIG. 1, a portion of the drive signal from the motor drive power source 3-13 that supplies power to the stator 3-3 is extracted after adjusting the gain with a resistor. The output signals 3-15 and the plurality of output signals 3-14a and 1-14b output from the pressure detector 3-6 are input to the phase difference detection section 3-11 to obtain output signals 3-12a and 312b. The rotation angle can be obtained by calculating the phase difference α and the wave number.
第9図は位相差検出部3−11の詳細を示すブロック図
である。FIG. 9 is a block diagram showing details of the phase difference detection section 3-11.
第9図に示す信号3−14 aおよび3−14bおよび
314.nは、それぞれバントパスフィルタ7−3aお
よび7−3bおよび7−30に入力されてステータ3−
3の振動の周波数を中心周波数とする信号成分が取り出
される。これら信号はそれぞれアンプ7−8aおよび7
−8bおよび78nによって増幅されてゼロクロスコン
パレータ7−6aおよび7−6bおよび7−6nによっ
てその振動波形の正負がそれぞれ“′1′と“O“′に
対応するパルス信号に変換されて出力される。Signals 3-14a and 3-14b and 314. shown in FIG. n is input to band pass filters 7-3a, 7-3b and 7-30, respectively, and is input to stator 3-3.
A signal component whose center frequency is the frequency of vibration No. 3 is extracted. These signals are connected to amplifiers 7-8a and 7, respectively.
-8b and 78n, the positive and negative vibration waveforms are amplified by zero cross comparators 7-6a, 7-6b and 7-6n, and are output after being converted into pulse signals corresponding to "'1" and "O"', respectively. .
これらのパルス信号は位相差検出器7−7aおよび7−
7 nによって位相差が検出され、回転角に比例した信
号3−12aおよび3−1.2 bとして出力される。These pulse signals are sent to phase difference detectors 7-7a and 7-
The phase difference is detected by 7n and output as signals 3-12a and 3-1.2b proportional to the rotation angle.
なお、上記の圧力検出器として、圧電素子のかわりに圧
電高分子であるポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用
いる方法や歪ゲージを用いる方法もある。PVDFを用
いる場合は、その厚さが100μm程度てあって圧電素
子に比較して薄いため、圧力検出機構の厚さを薄くする
ことができる。In addition, as the above-mentioned pressure detector, there is also a method of using polyvinylidene fluoride (PVDF), which is a piezoelectric polymer, or a method of using a strain gauge instead of the piezoelectric element. When using PVDF, its thickness is approximately 100 μm, which is thinner than a piezoelectric element, so that the pressure detection mechanism can be made thinner.
第13図は本発明の第二の実施例の主要部を示す分解斜
視図、第7図は第13図の実施例の振動子を示す平面図
である。FIG. 13 is an exploded perspective view showing the main parts of a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a plan view showing the vibrator of the embodiment of FIG. 13.
第13図の実施例においては、ステータ6−3に接着さ
れている振動子6−2の一部を、第7図に示すように、
2個の絶縁部6−2cを設けることによって分割し、そ
の間に進行波の振幅を検出するための振幅検出器6−2
dを設けたものである。振幅検出器6−2dからの信号
6−15と、ロータ6〜5の圧力検出器6−6からの出
力信号6−14aおよび6−14bとは、位相差検出部
6−11に入力されて回転角を算出するための信号6〜
12aおよび6−12bを出力する。In the embodiment of FIG. 13, a part of the vibrator 6-2 bonded to the stator 6-3 is as shown in FIG.
An amplitude detector 6-2 for detecting the amplitude of a traveling wave divided by providing two insulating parts 6-2c between them.
d. The signal 6-15 from the amplitude detector 6-2d and the output signals 6-14a and 6-14b from the pressure detectors 6-6 of the rotors 6-5 are input to the phase difference detection section 6-11. Signal 6 to calculate rotation angle
12a and 6-12b.
第14図は本発明の第三の実施例の圧力検出器を示す平
面図、第8図は第14図の圧力検出器の電気的接続状態
を示す平面図である。FIG. 14 is a plan view showing a pressure sensor according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a plan view showing an electrical connection state of the pressure sensor shown in FIG. 14.
第14図の圧力検出器8−6は、波長λの整数倍の角度
を隔てた位置に複数個の圧力検出群95を設けている。The pressure detector 8-6 shown in FIG. 14 includes a plurality of pressure detection groups 95 at positions separated by an angle that is an integral multiple of the wavelength λ.
各圧力検出群9−5は、絶縁部9−3を間に挟んで角度
αをなす2個の圧力検出部9−1および9−2と、その
両側部の絶縁部94とを有している。このように構成し
た圧力検出部8−6は、第8図に示すように接続する。Each pressure detection group 9-5 has two pressure detection parts 9-1 and 9-2 forming an angle α with an insulating part 9-3 in between, and insulating parts 94 on both sides thereof. There is. The pressure detection section 8-6 configured in this way is connected as shown in FIG.
すなわち複数個の圧力検出部9−1および9−2をそれ
ぞれ並列に接続しておのおのから信号8−14aおよび
8−14bを取出す。That is, a plurality of pressure detecting sections 9-1 and 9-2 are respectively connected in parallel and signals 8-14a and 8-14b are taken out from each.
このようにして得られた信号8−14aおよび8−14
bは、第1図の実施例の信号3 14aおよび3−14
bに比較してノイズ成分の少ない信号を得ることができ
る。信号8−14aおよび8−14bは、ともに位相差
検出部に入力する。Signals 8-14a and 8-14 thus obtained
b is signal 3 14a and 3-14 of the embodiment of FIG.
It is possible to obtain a signal with fewer noise components compared to signal b. Both signals 8-14a and 8-14b are input to the phase difference detection section.
以上説明したように、本発明の振動波モータは、ロータ
の回転角の検出をロータリエンコーダなどの回転角検出
機構を用いずに、ロータとステータとの間の接触圧力を
利用して検出することができるため、簡単の構成の振動
波モータが得られるという効果かある。また、ステータ
の共振周波数以上の間隔で回転角が検出できるため、高
い分解能で回転角の検出ができ、従って低コストで小形
であり、しかも分解能がすぐれた振動波モータが得られ
るという効果がある。As explained above, the vibration wave motor of the present invention detects the rotation angle of the rotor by using the contact pressure between the rotor and the stator without using a rotation angle detection mechanism such as a rotary encoder. This has the effect of providing a vibration wave motor with a simple configuration. Additionally, since the rotation angle can be detected at intervals equal to or greater than the stator's resonant frequency, the rotation angle can be detected with high resolution, resulting in a vibration wave motor that is low cost, compact, and has excellent resolution. .
第1図は本発明の第一の実施例の主要部を示す分解斜視
図、第2図は一般的な振動波モータの進行波によるステ
ータの振動の状態を示す説明図、第3図は第1図の実施
例の圧力検出器を示す平面図、第4図はステータに励振
されている進行波とロータの接触の変化の状態を示す説
明図、第5図は第4図のロータ上の圧力の変化およびス
テータに供給する信号の変化を示すグラフ、第6図(a
)および(b)は振動波モータの回転角を算出するため
ステータ上に設けた座標軸を示すための平面図および断
面図、第7図は第13図の実施例の振動子を示す平面図
、第8図は第14図の実施例の圧力検出器の電気的接続
状態を示す平面図、第9図は第1図の実施例の位相差検
出部の詳細を示すフロック図、第10図は従来の振動波
モータの一例を示す部分断面を含む正面図、第11図は
第10図の例に回転角検出器であるロータリエンコーダ
を組合わせた状態を示す部分断面を含む正面図、第12
図(a)および(b)および(c)は振動波モータとロ
ータリエンコーダとの異った組合せの例を示す説明図、
第13図は本発明の第二の実施例の主要部を示す分解斜
視図、第14図は本発明の第三の実施例の圧力検出器を
示す平面図である。
1−1・2−1・3−1・・・共振子、1−2・22・
3−2・6−2・・・振動子、1−3・2−3・3−3
・6−3・・・ステータ、1−4・2−43−4・・・
ライニング、1−5・・・検出軸、2−5・3−5・6
−5・10−5・・・ロータ、1−6・36・6−6・
8−6・・・圧力検出器、1−8・38・・・皿ばね、
10−9・・・出力軸、3−11・61 ]、−・・位
相差検出部、3−12a−3−12b3−14a・3−
14b−3−158−14a・8−14b・・信号、3
−13・・モータ駆動電源、4−1・4−2・9−1・
9−2・・・圧力検出部、4−3・・・圧力検出群、5
−1・5−2・62c・9−3・9−4・・・絶縁部、
6−2d・・・振幅検出部、6−6・・・圧力検出歪ゲ
ージ、7−3a・7−3b・7−3n・・・バンドパス
フィルタ、76a・7−6b・7−6n・・・ゼロクロ
スコンパレータ、7−8a −7−8b −7−8n−
・・アンプ、7−7a 7−7n・・・位相差検出部
、11−1・12−1・12−3・12−5・・・振動
波モータ、11−2・12−2・12−4・12−6・
・・ロータリエンコーダ、12−7・・・歯車列。FIG. 1 is an exploded perspective view showing the main parts of the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing the state of vibration of the stator due to traveling waves of a general vibration wave motor, and FIG. 1 is a plan view showing the pressure detector of the embodiment, FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of change in the contact between the traveling wave excited in the stator and the rotor, and FIG. Graph showing changes in pressure and changes in signal supplied to the stator, Figure 6 (a
) and (b) are a plan view and a sectional view showing the coordinate axes provided on the stator for calculating the rotation angle of the vibration wave motor, FIG. 7 is a plan view showing the vibrator of the embodiment shown in FIG. 13, FIG. 8 is a plan view showing the electrical connection state of the pressure detector of the embodiment shown in FIG. 14, FIG. 9 is a block diagram showing details of the phase difference detection section of the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 11 is a front view including a partial cross section showing an example of a conventional vibration wave motor; FIG. 11 is a front view including a partial cross section showing a state in which the example of FIG.
Figures (a), (b), and (c) are explanatory diagrams showing examples of different combinations of a vibration wave motor and a rotary encoder,
FIG. 13 is an exploded perspective view showing the main parts of a second embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a plan view showing a pressure detector according to a third embodiment of the present invention. 1-1, 2-1, 3-1...resonator, 1-2, 22,
3-2, 6-2... vibrator, 1-3, 2-3, 3-3
・6-3...Stator, 1-4・2-43-4...
Lining, 1-5...Detection axis, 2-5, 3-5, 6
-5・10-5...Rotor, 1-6・36・6-6・
8-6...Pressure detector, 1-8.38... Belleville spring,
10-9...Output shaft, 3-11.61], --.Phase difference detection section, 3-12a-3-12b3-14a.3-
14b-3-158-14a/8-14b...Signal, 3
-13... Motor drive power supply, 4-1, 4-2, 9-1,
9-2...Pressure detection section, 4-3...Pressure detection group, 5
-1, 5-2, 62c, 9-3, 9-4...Insulation section,
6-2d... Amplitude detection section, 6-6... Pressure detection strain gauge, 7-3a, 7-3b, 7-3n... Band pass filter, 76a, 7-6b, 7-6n...・Zero cross comparator, 7-8a -7-8b -7-8n-
...Amplifier, 7-7a 7-7n...Phase difference detection section, 11-1, 12-1, 12-3, 12-5...Vibration wave motor, 11-2, 12-2, 12- 4.12-6.
...Rotary encoder, 12-7...Gear train.
Claims (2)
力して機械振動に変換する振動子と前記振動子と結合し
た円環状の共振子とを有する円環状のステータと、前記
ステータに加圧されて接触する円環状のロータとを備え
る振動波モータにおいて、前記ロータに設けた前記ステ
ータと前記ロータとの間の圧力を検出するための圧力検
出手段を備え、前記圧力検出手段は絶縁部を挟んで所定
の位相角で配設された2種の圧力検出部を有する圧力検
出群を少くとも1組以上備え、前記2種の圧力検出部の
それぞれから出力する信号を並列に接続した2個の信号
と前記の円環状の共振子に入力する信号を分岐した信号
とを入力してそれらの位相差を検出する位相差検出部を
備えることを特徴とする振動波モータ。(1) An annular stator having a vibrator that inputs an electric signal having a vibration waveform of a constant frequency and converts it into mechanical vibration, and an annular resonator coupled to the vibrator; A vibration wave motor is provided with an annular rotor that is in contact with the rotor, and includes pressure detection means for detecting pressure between the stator and the rotor, which is provided on the rotor, the pressure detection means sandwiching an insulating part between the vibration wave motor and the rotor. At least one pressure detection group having two types of pressure detection units arranged at a predetermined phase angle is provided, and the signals output from each of the two types of pressure detection units are connected in parallel. A vibration wave motor comprising a phase difference detection unit that receives a signal and a signal obtained by branching the signal input to the annular resonator and detects a phase difference between the signals.
環状の共振子の円周上の一部に入力電気信号の振動の振
幅を検出するための振幅検出器を設け、この振幅検出器
からの出力信号を円環状の共振子に入力する信号を分岐
した信号に代えて位相差検出部に入力することを特徴と
する振動波モータ。(2) In the vibration wave motor according to claim (1), an amplitude detector for detecting the amplitude of the vibration of the input electric signal is provided on a part of the circumference of the annular resonator, and the amplitude detector A vibration wave motor characterized in that a signal inputted to an annular resonator is inputted to a phase difference detection section instead of a branched signal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63191493A JPH0241676A (en) | 1988-07-29 | 1988-07-29 | Oscillating wave motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63191493A JPH0241676A (en) | 1988-07-29 | 1988-07-29 | Oscillating wave motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0241676A true JPH0241676A (en) | 1990-02-09 |
Family
ID=16275560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63191493A Pending JPH0241676A (en) | 1988-07-29 | 1988-07-29 | Oscillating wave motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0241676A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106549603A (en) * | 2017-01-11 | 2017-03-29 | 上海交通大学 | A kind of dual-travel-wave rotary ultrasonic motor of simple oscialltor excitation |
-
1988
- 1988-07-29 JP JP63191493A patent/JPH0241676A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106549603A (en) * | 2017-01-11 | 2017-03-29 | 上海交通大学 | A kind of dual-travel-wave rotary ultrasonic motor of simple oscialltor excitation |
| CN106549603B (en) * | 2017-01-11 | 2018-12-25 | 上海交通大学 | A kind of dual-travel-wave rotary ultrasonic motor of simple oscialltor excitation |
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