JPH04138084A - 超音波モータ用振動体および超音波モータ - Google Patents

超音波モータ用振動体および超音波モータ

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JPH04138084A
JPH04138084A JP2258516A JP25851690A JPH04138084A JP H04138084 A JPH04138084 A JP H04138084A JP 2258516 A JP2258516 A JP 2258516A JP 25851690 A JP25851690 A JP 25851690A JP H04138084 A JPH04138084 A JP H04138084A
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千明 梅村
Mutsuo Aoyama
睦朗 青山
Takeshi Noda
武司 野田
Shinji Sagara
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    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
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    • H02N2/163Motors with ring stator
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
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    • HELECTRICITY
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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) 本発明は進行波を利用した超音波モータに関するもので
ある。
(従来の技術) 第11図および第12図を参照して従来の超音波モーフ
について説明する。弾性体lにはリング状の圧電振動体
2が接合されている。圧電振動体2には、第一組および
第二組の駆動用振動子3゜4が形成されている。第一組
の駆動用振動子3は、さらに8個の振動素子31〜38
を備えている。
振動素子31〜38は隣接する振動素子の分極方向が逆
方向になるように分極処理されている。全く同様に、第
二組の駆動用振動子4は、さらに8個の振動素子41〜
48を備えている。振動素子41〜48は隣接する振動
素子の分極方向が逆方向になるように分極処理されてい
る。
第一組の駆動用振動子3と第二組の駆動用振動子4の間
には、所定距離の隙間5.6が形成されている。
弾性体I上に発生させる進行波の所望の波長をλと定義
すると、前述した振動素子31〜38゜41−48はλ
/2に相当する距離に設計され、隙間5は3λ/4に相
当する距離に設計される。
また、駆動用振動子3.4および隙間5を形成した残り
の部分が隙間6になる。
第一組および第二組の駆動用振動子3,4に電気的な位
相が90度異なる一対の交流電圧を印加すると、駆動用
振動子3,4によって弾性体lに振動が発生する0発生
した振動は弾性体1において相互に干渉し、弾性体l(
こ進行波を発生させる。
このようにして発生した進行波を利用した超音波モータ
は、例えば特開昭59−204477号公報や特開昭6
3−73887号公報等に紹介されている。
以下、第12図を参照して、特開昭63−73887号
公報に開示された超音波モーフの構造について簡単に説
明する。
ベース11にはリング状のステータ12の内孔が嵌合し
、皿ねじ13を介してステータの内周側が振動不可能と
なるように固着されている。ステータ12の一面にはリ
ング状の圧電振動体2が振動を伝えるように接着されて
いる。ステータ12の表面には多数の突部12aが形成
されている。
圧電振動体2に交流電圧を印加することにより、圧電振
動体2が伸縮し、ステータ12に進行波振動が発生する
ロータ16は皿バネ17の加圧力によりステータ12に
常時圧接されている。ロータ16には摩擦材16aが接
着されており、摩擦材16aがステータ12に接触する
。また、皿バネ1)とロータ16の間にはゴムシー)1
Bが挟まれている。
皿バネ17は回転軸20のホルダ部20aにより保持さ
れている。ロータ16の駆動力は皿バネ17、ホルダ部
20aを通して回転軸20に伝達される。回転軸20は
ベース11に固定された軸受23とハウジング15に固
定されたベアリング19によって回転自在に支持される
駆動回路(図示せず)から圧電振動体2へ交流電圧が印
加されると、ステータ12上を周回する進行波が発生す
る。発生した進行波はロータ16に回転モーメントを与
え、ロータ16を回転させる。
(発明が解決しようとする課題) 従来の超音波モータでは、回転軸に作用する負荷トルク
が大き過ぎる場合や、外力によりロータが回転できない
場合(いわゆるモーターロック)が発生した場合等にス
テータ上に所望の波長以外の振動(以下、異モード振動
と称する)が発生する問題点があった。
特に、異モード振動の波長が長い場合には、耳障りな可
聴周波数帯の雑音が発生する場合があり、非常に好まし
くない。
ところが、従来の超音波モータは異モード振動を検出す
るための手段を備えていなかったので、異モード振動の
発生を防止することができなかった。
本発明は、このような従来装置の問題点を解消するため
になされたもので、異モード振動の発生を検出すること
を技術的課題とする。
〔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、第一組の振動子と、第一組の振動子から離れた位置
に形成された第二組の振動子とを備える超音波モータ用
振動体に、所定距離離れた位置に形成され、互いに電気
的に接続された一対の検出素子を設けたことである。
(作用) 前述した技術的手段によれば、振動体に異モード振動が
発生した場合、一対の検出素子間に電位差が発生する。
従って、検出素子間の電位差を測定することにより、異
モード振動の発生が検出できる。
(実施例) 最初に本発明が適用された好ましい第一実施例装置につ
いて説明する。なお、以後の説明では、従来装置と同じ
部材に同一の番号を付すことによって説明を省略する。
第1図は本発明が適用された圧電振動体2の平面図であ
る。第一組の駆動用振動子3と第二組の駆動用振動子4
の間の隙間5には、一対の検出素子51.52が形成さ
れている。ステータ12に発生させる所望の進行波の波
長をλとする時、検出素子51.52の間はλ/2だけ
離れている。
また、検出素子51.52は同じ極性に分極処理されて
いる。さらに、検出素子51.52の幅は異モード振動
を鋭く選択して検出するために、できるだけ細く設計さ
れている。
駆動用振動子3.4に電気的な位相が90度度異る一対
の交流電圧を印加すると、駆動用振動子3.4によって
ステータ12に進行波が発生する。
第2図は波長λの進行波が発生した様子を描いた第1図
のA−A断面図である。ステータ12に波長λの進行波
が発生すると、第2図に示すようにステータ12が撓む
。この時、検出素子51゜52にはステータ12の撓み
量に従った電圧が発生する。
第3図は検出素子51.52に発生した電圧のグラフで
ある。検出素子51.52の間隔がλ/2なので、検出
素子51.52には位相が互いに180度異取り、しか
も振幅がほぼ等しい電圧V51、VS2が発生する。従
って、電圧V51゜VS2を加算すると、第4図に示す
ように、はぼ零ボルトの電圧が出力される。
第5図は波長λ以外の振動(即ち、異モード振動)が発
生した様子を描いた第1図のA−A断面図である。異モ
ード振動によっても、検出素子51.52には弾性体l
の撓み量に従った電圧v51、VS2が発生するが、発
生する電圧V51゜VS2の位相や振幅が不揃いになる
。この結果、電圧V51.V52を加算すると、第7図
に示すように、不規則な電圧が出力される。
このように、本実施例装置では、検出素子51゜52が
発生した電圧V51.V52を加算することにより、異
モード振動の存無を示す信号が得られる。
なお、検出素子51.52の間隔は、λ/2以外の距離
でも良い、一般に、適当な検出素子51゜52の間隔d
は、第(1)式で表される。
d−n・λ/2・・・(1) 第(1)式において、nは任意の自然数である。ただし
、nが偶数の場合には検出素子51.52を同一方向に
分極させ、nが奇数の場合には検出素子51.52を逆
方向に分極させる必要がある。
以下、第8図と第9図を参照して、本発明が適用された
第二、第三実施例装置について説明する。
第二、第三実施例装置は、第一実施例装置の圧電振動体
2にステータ12の振動状態を検出するためのモニター
素子53を形成した例である。モニター素子53は隙間
5または隙間6の中に形成される。ステータ12の平均
的な振動状態を検出するため、モニター素子53の幅は
、λ/2以下となるように、できるだけ広(設計される
第8図に示した第二実施例装置では、モニター素子53
が駆動用振動子3.4のほぼ中間に位置している。従っ
て、ロータ16の正転時にモニター素子53に発生する
電圧と逆転時にモニター素子53に発生する電圧とがほ
ぼ等しい特性となる。
第9図に示した第三実施例装置では、モニター素子53
が隙間6に位置しているので、第二実施例装置に比べて
モニター素子53の幅を自由に、しかも広く設計するこ
とができる。
モニター素子53はステータ12に発生した進行波の振
幅を検出し、振幅の大きさにほぼ比例した電圧を発生す
る。従って、モニター素子53に発生する電圧がほぼ一
定になるように、駆動用振動子3.4に印加する交流電
圧の周波数を調整すれば、さまざまな環境の変化や負荷
トルクの変化等に伴いステータ12の共振周波数が変化
しても、常に安定な進行波が高効率で発生する。
第10図は第8図と第9図に示した第二、第三実施例装
置を駆動可能な駆動回路100を描いたブロック図であ
る。
駆動回路100には圧電振動体2とスイッチSWが接続
されている。圧電振動体2上に形成された検出素子51
.52は互いに導線で接続されている。従って、検出素
子51.52に発生する電圧は画素子51.52に発生
した電圧を加算した値(正確には平均値)となる。
スイッチSWはロータ16の回転方向を決定するために
使用される。スイッチSWの状態は、入力回路IFを通
して移相回路PH3と発振回路OSCに入力される。
スイッチSWによって接点CWが接地されると、移相回
路PH3は駆動回路DRV2へ供給する交流信号の位相
を駆動回路DRVIへ供給する交流信号に対して90度
遅らせ、ロータ16を時計方向に回転させる。スイッチ
SWによって接点CCWが接地されると、移相回路PH
3は駆動回路DRVIへ供給する交流信号の位相を駆動
回路0Rv2へ供給する交流信号に対して90度遅らせ
、ロータ16を反時計方向に回転させる。スイッチSW
によって接点5TOPが接地されると、移相回路PH3
はロータ16を停止させる。スイッチSWが接点5TO
Pから接点CWまたは接点CCWに切り替わった直後に
は、発振回路O8Cがロータ16を起動させるための処
理を行う。これらの機能を有する移相回路PH3や発振
回路O3Cは既に多(の文献に紹介されており公知なの
で、詳細な説明は省略する。
発振口803Cは所定周波数の交流信号を出力する0発
振回路OSCが出力した交流信号は移相回路PH3に供
給される。移相回路PH3は交流信号を分周して互いに
位相が90度異なる一対の信号を出力する。移相回路P
H3が出力した交流信号は駆動回路DRVI、DRV2
によって増幅された後、駆動用振動子3.4に供給され
る。この時、圧電振動体2はステータ12に進行波を発
生する。
ステータ12に発生した進行波により、モニター素子5
3に進行波の振幅に応じた電圧が発生する。モニター素
子53に発生した電圧は平滑回路SCIを通して発振回
路O3Cにフィードバックされる。発振回路O8Cは、
モニター素子53の電圧が低い時(即ち、進行波の振幅
が小さい時)には、発振周波数をステータ12の共振周
波数に近づけ進行波の振幅を太き(する。逆に、発振回
路O8Cは、モニター素子53の電圧が高い時(即ち、
進行波の振幅が大きい時)には、発振周波数をステータ
12の共振周波数から遠ざけ進行波の振幅を小さくする
。この様にして、ステータ12上の進行波の振幅が最適
な範囲に保持され、ロータ16が効率良く駆動される。
回転軸20に作用する負荷トルクが大き過ぎる場合や、
モータロックが発生した場合等には、ステーク12上に
異モード振動が発生することがある。ステータ12上に
異モード振動が発生すると、検出素子51.52に電圧
が発生する。検出素子51.5!に発生した電圧は平滑
回路SC2を通して比較口i1cMPに入力される。比
較回路CMPには基tjA電圧発住回路REFが接続さ
れている。
比較口IIICMPは平滑回路SC2から供給された電
圧が基準電圧発生回路REFから供給された電圧以上に
なった時、移相回路PH3に駆動停止信号を出力する。
移相回路PH3は、比較回路CMPから駆動停止信号が
供給されると、駆動回路DRVI、DRv2へ交流信号
を出力しな(なる、従って、異モード振動が発生した際
には、直ちに圧電振動体2の駆動が停止され、耳障りな
異音の発生が防止される。
以上に述べた様に、本発明が適用された振動体2では、
予め設計された所望の波長λを存する進行波以外の振動
、即ち、異モード振動を検出素子51.52によってリ
アルタイムで検出できる。
検出素子51,5!はリング状の圧電振動体2の分極処
理によって形成できるので、非常に安価で大蓋生産に適
している。
また、第10図に示した駆動回路を使用した超音波モー
タでは、異モード振動の発生直後に駆動回路lOOが停
止するので、耳障りな雑音を完全に防止できる。
なお、前述した実施例装置では、検出素子51゜52を
隙間5に形成した例のみを示したが、検出素子51.5
2は隙間6に形成しても良い、検出素子51.52は、
圧電振動体2の一部、またはステータ12の一部に形成
されていれば良い。
〔発明の効果〕
本発明によれば、振動体に異モード振動が発生した場合
、一対の検出素子間に電位差が発生する。
従って、検出素子間の電位差を測定することにより、異
モード振動の発生がリアルタイムで検出できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明が適用された第一実施例装置の平面図で
ある。 第2図は所定波長λが発生した様子を描いた第1図のA
−A断面図である。 第3図は所定波長λが発生した際、個々の検出素子に発
すした電圧のグラフである。 第4図は所定波長λが発生した際、一対の検出素子から
供給される電圧のグラフである。 第5図は異モード振動が発生した様子を描いた第1図の
A−A断面図である。 第6図は異モード振動が発生した際、個々の検出素子に
発生した電圧のグラフである。 第7図は異モード振動が発生した際、一対の検出素子か
ら供給される電圧のグラフである。 第8図は本発明が適用された第二実施例装置の平面図で
ある。 第9図は本発明が適用された第三実施例装置の平面図で
ある。 第10図は第二、第三実施例装置を駆動可能な駆動回路
を描いたブロック図である。 第11図は従来の振動体を描いた平面図である。 第12図は従来の超音波モータの構造を描いた縦断面図
である。 1・・・弾性体、2・・・圧電振動体、3.4・・・駆
動用振動子、5,6・・・隙間、12・・・ステータ、
16・・・ロータ、51.52・・・検出素子、53・
・・モニター素子、SC2・・・平滑回路(駆動停止手
段)、REF・・・基準電圧発生回路(駆動停止手段)
、CMP・・・比較回路(駆動停止手段)。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第一組の振動子と、 第一組の振動子から離れた位置に形成された第二組の振
    動子と、 を備える超音波モータ用振動体において、 所定距離離れた位置に形成され、互いに電気的に接続さ
    れた一対の検出素子を備える超音波モータ用振動体。
  2. (2)第一組の振動子と、該第一組の振動子から離れた
    位置に形成された第二組の振動子とを有する振動体と、 該振動体が固定されたステータと、 該ステータに圧接されるロータと、 前記振動体を駆動する駆動回路と、 を備える超音波モータにおいて、 前記振動体は、さらに、所定距離離れた位置に形成され
    、互いに電気的に接続された一対の検出素子を備え、 前記駆動回路は、さらに、前記検出素子に電圧が発生し
    た時、振動体の駆動を停止する駆動停止手段を備えるこ
    とを特徴とした超音波モータ。
  3. (3)前記所定距離は、進行波の所望の波長をλ、nを
    自然数とする時、n・λ/2であることを特徴とした請
    求項(1)記載の超音波モータ用振動体。
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