JPH04217882A - 超音波モータ - Google Patents

超音波モータ

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JPH04217882A
JPH04217882A JP2412141A JP41214190A JPH04217882A JP H04217882 A JPH04217882 A JP H04217882A JP 2412141 A JP2412141 A JP 2412141A JP 41214190 A JP41214190 A JP 41214190A JP H04217882 A JPH04217882 A JP H04217882A
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JP
Japan
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ultrasonic motor
drive
piezoelectric body
monitor
input electrode
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JP2412141A
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English (en)
Inventor
Daisuke Satani
大助 佐谷
Ryoichi Suganuma
亮一 菅沼
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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    • 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
    • H02N2/14—Drive circuits; Control arrangements or methods

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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ステータの圧電体に高
周波電圧を印加させたときの振動を利用して、弾性体に
発生した進行性振動波によって、ロータを駆動する超音
波モータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の超音波モータは、小型化
,容易な正逆回転,高い耐久性,応答性等を改善するた
めに、圧電体を2枚貼合わせステータを構成したもの(
特開昭60−91878号公報記載),半径方向に2枚
の圧電体を貼り付けたもの(特開昭60−190178
号公報記載)などが提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の圧電体
を2枚貼合わせたものでは、1枚目と2枚目では駆動負
荷が変化してしまい、その制御は難しい。後者の半径方
向に2枚の圧電体を貼り付けたものでは、内周外周相互
間で、各々のセグメントの大きさが異なり共振周波数が
一致しないため互いに打ち消しあい駆動効率が悪くなる
。
【0004】また、前記いずれの場合でも、単一モニタ
電極では細かい動作状況判断が難しく、駆動力が小さく
てすむときでも、全駆動しなければならないので、消費
電力を抑えることは難しい。
【0005】本発明の目的は、これらの課題を解決し、
圧電体に設けられた複数の電極を選択的に駆動すること
で、相対的に駆動効率を高くできる超音波モータを提供
することである。また、他の目的は、複数のモニタで超
音波モータの状態を詳細に検出し、きめ細かな制御がで
きる超音波モータを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明による超音波モータは、第1の解決手段とし
て、圧電体とその圧電体の励振で進行性振動波を発生す
る弾性体からなるステータと、前記ステータに加圧接触
され前記進行性振動波によって駆動されるロータとから
なる超音波モータにおいて、前記圧電体の周方向に少な
くとも2組以上の入力電極群を設けた構成としてある。
【0007】第2の解決手段として、前記入力電極群は
、異なる周期の駆動信号が印加される構成としてある。
【0008】第3の解決手段として、前記各入力電極群
にそれぞれ駆動信号を出力する複数の駆動手段と、前記
駆動手段を選択する選択手段とを設けた構成としてある
。
【0009】第4の解決手段として、前記入力電極群を
選択する選択手段と、前記選択手段で選択された入力電
極群に駆動信号を出力する駆動手段とを設けた構成とし
てある。
【0010】第5の解決手段として、前記各入力電極群
の間に、少なくとも1つ以上のモニタ電極を設けた構成
としてある。
【0011】第6の解決手段として、前記モニタ電極か
らのモニタ信号に基づいて、前記選択手段を制御する制
御手段を設けた構成としてある。
【0012】
【作用】前記構成によれば、駆動力の要求に応じて、適
宜、超音波モータの同方向に設けられた複数の入力電極
群の中から選択した電極群にのみ、駆動電圧を印加する
ことができる。また、圧電体に設けられたモニタ電極が
複数あることから、超音波モータの状態を詳細に検出で
きる。
【0013】
【実施例】以下、図面などを参照して、実施例につき、
本発明を詳細に説明する。図1から図3は、本発明によ
る第1の実施例である超音波モータMT1 を示した図
であって、図1,図2は圧電体の分極の様子と圧電体の
電極群の構成を示す図、図3は制御系を示したブロック
図である。
【0014】第1の超音波モータMT1 の電極群の構
成の特徴部分は、以下の様な構成である。圧電体1は、
図1のように2つの入力電極群の電極群PA と電極群
PB と4つのモニタ電極P1,P2,P3,P4とか
らなり、図2のように進行性振動波の波長λの半分のλ
/2のセグメントで構成された2つの入力電極群(PA
 電極群,PB 電極群)とλ/4のセグメントで構成
された4つのモニタ電極P1〜P4が圧電体1に配置さ
れている。
【0015】その分極方向は、図2のようにλ/2の部
分では隣り合うセグメントどうしの方向は反対方向に分
極し、モニタ電極は一組の入力電極群の間のものはその
隣り合うセグメントの反対方向に分極してある。その他
のモニタ電極部分は、異なる方向で分極してある。
【0016】次に、図3を参照しながら、第1の制御系
を含めた実施例を説明する。この実施例は、超音波モー
タMT1 ,モニタ出力検出手段2,制御手段3,選択
手段4,駆動手段5a,5bから構成されている。
【0017】モニタ出力検出手段2は、超音波モータM
T1 のステータを構成する上述の圧電体1のモニタ電
極P1,P2,P3,P4からの信号を入力し、超音波
モータMT1 の状態信号を制御手段3に送出している
。制御手段3は、スタートの段階では、超音波モータM
T1 へ起動信号を送り、駆動中には、モニタ出力検出
手段2からの信号を処理して超音波モータMT1 の駆
動を制御する制御信号を発し、選択手段4,駆動手段5
a,5bを介し、超音波モータMT1 を制御する。選
択手段4は、制御手段3の制御信号により最適な駆動手
段5a,5bを選択する。駆動手段5a,5bは、入力
電極群PA ,PB に各々接続されており、選択手段
4からの信号に応じて、それらを駆動する。
【0018】次に、本発明の特徴について、モータ出力
に応じた動作の説明をする。このモータ出力は、モータ
の回転数とモータの出力トルクの積として表されるもの
である。モータ出力が大きく要求される場合は、圧電体
1の電極の全駆動することになり、制御手段3は選択手
段4を介し駆動手段5a,5bの両方を駆動する制御信
号を出力する。圧電体1の励振の始動は、入力電極PA
−R とPB−L 、入力電極PA−L とPB−R 
の時間的位相が同一であるように、入力電極PA−R 
とPA−Lへの駆動信号にπ/2もしくは−π/2の時
間的位相差を持たせる。この圧電体1での励振が弾性体
に進行性振動波を発生し、ロータを駆動する。この間、
モニタ出力検出手段2は、圧電体1に設けられたモニタ
電極P1,P2,P3,P4からの出力を検出し、平均
化処理や相関処理等の適切な処理を行い、超音波モータ
MT1 の状態を、逐次、信号化して制御手段3に制御
用信号として送出し、この信号を演算処理して超音波モ
ータMT1 を制御する。この場合には、従来例の1枚
の圧電体のなかで1組の電極を構成したものに比べ、一
つの電極に対する負荷部分を分散できるので、安定した
駆動,走行動作が得られる。
【0019】モータ出力要求が小さくてよい場合に、圧
電体1の電極群を選択駆動するために、制御手段3は、
選択手段4を介し、駆動手段5a,5bの1方を駆動す
る制御信号を出力する。ここでは、駆動手段5aを選択
して説明する。駆動手段5aは、圧電体1の入力電極P
A−R とPA−L へ相互にπ/2もしくは−π/2
の時間的位相差を持つ駆動信号を入力して、圧電体1を
励振し、不図示の弾性体に進行性振動波が発生し、ロー
タを駆動する。この間、全駆動と同様に、モニタ出力検
出手段2は、圧電体1のモニタ電極P1,P2,P3,
P4からのモニタ出力を検出して、平均化処理や相関処
理等の適切な処理を行い、超音波モータMT1 の状態
を逐次信号化して制御手段3に制御用信号として送出し
、この信号を演算処理して超音波モータMT1を制御す
る。
【0020】この場合には、圧電体1の全電極群を駆動
しなくてすみ、その上、モータの駆動制御をするときに
は、従来の制御のように大きく周波数を変化させる必要
がなく、効率よく安定した駆動領域で駆動できるので消
費電力を抑えることができる。
【0021】図4,図5は、第2の実施例である超音波
モータMT2 の圧電体の分極の様子と圧電体の電極群
の構成を示す図である。第2の実施例の超音波モータM
T2 は、図4のように、電極群を3組の電極群PA2
,PB2,PC2にしたものであり、同一周期で駆動し
、必要なトルクに応じて電極群PA2,PB2,PC2
を1組,2組,3組のように選択駆動する。図5のよう
に、モニタ電極P1,P2,P3は、超音波モータMT
1 と同様に、波長の1/4の構成である。
【0022】図6,図7は、第3の実施例である超音波
モータMT3 の圧電体の分極の様子と圧電体の電極群
の構成を示す図である。第3の実施例の超音波モータM
T3 は、図6のように、異なる波長λ1 ,λ2 の
進行波で駆動する電極群PAD,PBDを設けたもので
ある。モニタ電極P1D,P2Dにおいて、図7のよう
に、異なる波長λ1 ,λ2 に対応して、モニタ電極
P1はそれぞれλ1 /4、モニタ電極P2はλ2 /
4になるようにしてある。 そして、電極群PAD,PBDには、それぞれ、波長λ
1 ,λ2 の進行波が効率良く駆動する周期の駆動信
号を入力するようにしてある。
【0023】図8は、第4の実施例である超音波モータ
MT4 のブロック図である。第4の実施例は、超音波
モータMT1 ,モニタ出力検出手段2,制御手段3,
選択手段4N ,駆動手段5N から構成されるが、複
数の電極を駆動する駆動手段5N の前段に選択手段4
N を設けてある点で、第1の実施例と相違する。この
ため、超音波モータMT1 を駆動するにあたり、駆動
手段5N の前段に選択手段4N を設け、圧電体1の
電極群への駆動信号を、選択手段4N で選択するよう
にしてある。
【0024】モータ出力要求が大きい場合は、制御手段
3は、第1の実施例と同様に、全ての入力電極群PA 
,PB を選択手段4が選択するように制御信号を出力
する。その制御信号を受けた選択手段4は、入力電極群
PA ,PB に駆動手段5N の全駆動信号を出力す
る。ここで、駆動信号は、前述の第1の実施例同様に、
制御手段3を中枢とした制御系で制御されたものである
。
【0025】モータ出力要求が小さい場合は、制御手段
3は、任意の入力電極群(例えば、PA )を選択する
ように、選択手段4に制御信号を出力する。その制御信
号を受けて選択手段4は、入力電極群PA に駆動手段
5N で出力された駆動信号を選択した後に出力する。 ここでは、駆動信号は、前述の第1の実施例同様に、制
御手段3を中枢とした制御系で制御される。
【0026】この第4の実施例は、1つの駆動手段です
むようにでき、回路の小型化を図れるという利点がある
。
【0027】以上説明した実施例に限定されず、種々の
変形ができ、それらも、本発明の範囲内である。例えば
、超音波モータMT1 ,MT2 ,MT3 ,MT4
 の圧電体と制御系の組合せは自由にできる。また、圧
電体の分極配置は、本実施例に限定されるものではなく
、その構成自体において、電極の数などは、限定されず
、制御系については、他の駆動制御上の要素を加えるこ
とができる。
【0028】
【発明の効果】以上、詳しく説明した様に、請求項1,
請求項3,請求項4によれば、複数の入力電極群の中か
ら選択した電極群にのみ駆動電圧を印加するだけですむ
ので、消費電力を抑え効率的駆動ができる。また、請求
項2によれば、異なる周期の駆動信号で駆動できるので
、周期対応性が高くなる。さらに、請求項5によれば、
モニタ電極により、超音波モータの状態を詳細に検出で
きる。
【0029】総じて、モニタ電極により、制御系でより
詳細に安定走行等のデータを解析し制御でき、駆動力が
相対的に小さくて良い場合には、複数の入力電極群の中
から選択した電極群にのみ、駆動電圧を印加するだけす
み、また、モータの駆動制御をするのでも従来の制御の
ように大きく周波数を変化する挙動も要らなくなるとと
もに、効率もよく安定した駆動領域で駆動することがで
き、消費電力を抑ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の超音波モータの圧電体の分極を
示す平面図である。
【図2】第1の実施例の超音波モータの圧電体の電極群
の構成図である。
【図3】第1の実施例である超音波モータのブロック図
である。
【図4】第2の実施例の超音波モータの圧電体の分極を
示す平面図である。
【図5】第2の実施例の超音波モータの圧電体の電極群
の構成図である。
【図6】第3の実施例の超音波モータの圧電体の分極を
示す平面図である。
【図7】第3の実施例の超音波モータの圧電体の電極群
の構成図である。
【図8】第4の実施例の超音波モータのブロック図であ
る。
【符号の説明】
MT1 ,MT2 ,MT3 ,MT4   超音波モ
ータ1  圧電体 PA ,PB ,PA−L ,PA−R ,PB−L 
,PB−R ,PA2,PB2,PC2,PAD,PB
D  入力電極群P1,P2,P3,P4,P1D,P
2D  モニタ電極2  モニタ出力検出手段 3  制御手段 4,4N   選択手段 5a,5b,5N   駆動手段

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  圧電体とその圧電体の励振で進行性振
    動波を発生する弾性体からなるステータと、前記ステー
    タに加圧接触され前記進行性振動波によって駆動される
    ロータと、からなる超音波モータにおいて、前記圧電体
    の周方向に少なくとも2組以上の入力電極群を設けたこ
    とを特徴をする超音波モータ。
  2. 【請求項2】  前記入力電極群は、異なる周期の駆動
    信号が印加されることを特徴とする請求項1記載の超音
    波モータ。
  3. 【請求項3】  前記各入力電極群にそれぞれ駆動信号
    を出力する複数の駆動手段と、前記駆動手段を選択する
    選択手段と、を設けたことを特徴とする請求項1または
    請求項2記載の超音波モータ。
  4. 【請求項4】  前記入力電極群を選択する選択手段と
    、前記選択手段で選択された入力電極群に駆動信号を出
    力する駆動手段と、を設けたことを特徴とする請求項1
    または請求項2記載の超音波モータ。
  5. 【請求項5】  前記各入力電極群の間に、少なくとも
    1つ以上のモニタ電極を設けたことを特徴とする請求項
    1から請求項4記載の超音波モータ。
  6. 【請求項6】  前記モニタ電極からのモニタ信号に基
    づいて、前記選択手段を制御する制御手段を設けたこと
    を特徴とする請求項1から請求項5記載の超音波モータ
    。
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