JPH0542230B2 - - Google Patents
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- JPH0542230B2 JPH0542230B2 JP58053362A JP5336283A JPH0542230B2 JP H0542230 B2 JPH0542230 B2 JP H0542230B2 JP 58053362 A JP58053362 A JP 58053362A JP 5336283 A JP5336283 A JP 5336283A JP H0542230 B2 JPH0542230 B2 JP H0542230B2
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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
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/005—Mechanical details, e.g. housings
- H02N2/0065—Friction interface
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は超音波モータに関するものである。[Detailed description of the invention] The present invention relates to an ultrasonic motor.
従来から広く用いられている各種モータ装置
は、その駆動源として電磁力を応用したものが大
部分であり、各種用途に使われている。しかしこ
れら装置の大きさ、重量及び回転力等は用いられ
る材料によつて一定の制限を受けるものである。 Most of the various motor devices that have been widely used in the past utilize electromagnetic force as their driving source, and are used for various purposes. However, the size, weight, rotational force, etc. of these devices are subject to certain limitations depending on the materials used.
何故ならば、これらの因子は用いられる材料の
磁気的特性等によつて決められるものであり、こ
れらの特性を超えた装置は回転駆動を行うことが
不可能となるためである。 This is because these factors are determined by the magnetic properties of the materials used, and devices exceeding these properties cannot be rotated.
一方、これらの各種モータ装置に代替する装置
として、本出願人によつて超音波振動を利用した
モータ装置即ち、超音波振動子によつて固定子を
励振させて屈曲進行波を発生させ、固定子表面に
加圧接触させた可動子を所定方向に移動させる超
音波モータが提案されている（特願昭57−205220
号〔特公平１−17354号〕、特願昭57−29400号
〔特公平１−17353号〕）。 On the other hand, as an alternative to these various motor devices, the present applicant has proposed a motor device that uses ultrasonic vibration, that is, a stator is excited by an ultrasonic vibrator to generate a bending traveling wave, and a fixed motor device is proposed. An ultrasonic motor has been proposed that moves a movable element in a predetermined direction while being in pressure contact with the surface of the element (Japanese Patent Application No. 57-205220).
No. [Special Publication No. 1-17354], Japanese Patent Application No. 57-29400 [Special Publication No. 1-17353]).
これら発明によつて超音波の持つ強力な振動エ
ネルギーを回転又は直進運動に変換することによ
つて小形にして軽量なモータ装置を実現したもの
であるが、本発明はこれらの装置のうち、特に固
定子に相当する弾性体の断面形状を設定すること
により、可動子の速度を上げることができ、種々
の使用目的にかなつた超音波モータを提供するこ
とを目的とするものである。 These inventions have realized a compact and lightweight motor device by converting the powerful vibrational energy of ultrasonic waves into rotational or linear motion. The purpose of this invention is to provide an ultrasonic motor that can increase the speed of the movable element by setting the cross-sectional shape of the elastic body corresponding to the stator, and that can be used for various purposes.
以下、図面を参照して本発明に係るモータ装置
の動作原理と実施例に関し詳細な説明を行う。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The operating principle and embodiments of the motor device according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第１図は動作原理を説明するための一部拡大斜
視図である。２は金属等弾性体からなる固定子で
あり、その表面２Ａ上に横振動と縦振動が合成さ
れた屈曲進行波が形成された状態を拡大して示し
ている。ここで、屈曲進行波とは弾性体の屈曲振
動により生ずる波であり、弾性体の表面には縦波
と横波ととが90゜位相のずれた楕円振動が形成さ
れ、固定子２に沿つて伝搬する。第１図は屈曲振
動による屈曲進行波の伝搬状態（振動源は図示せ
ず）のみを示している。即ち、質点Ｃに着目する
と、横振巾ａ（上下方向）と縦振巾ｂ（左右方向）
との合成された楕円Ｑ上を矢印Ｍの方向に運動し
ており、その屈曲進行波は音速Ｕのスピードで移
動している。
FIG. 1 is a partially enlarged perspective view for explaining the principle of operation. Reference numeral 2 denotes a stator made of an elastic material such as metal, and the state in which a bending traveling wave, which is a combination of transverse vibration and longitudinal vibration, is formed on the surface 2A of the stator is shown in an enlarged manner. Here, the bending traveling wave is a wave generated by bending vibration of an elastic body, and an elliptical vibration in which a longitudinal wave and a transverse wave are out of phase by 90 degrees is formed on the surface of the elastic body, and the wave is generated along the stator 2. propagate. FIG. 1 shows only the propagation state of a bending traveling wave due to bending vibration (the vibration source is not shown). That is, if we focus on mass point C, we have a lateral swing width a (vertical direction) and a vertical swing width b (horizontal direction).
It is moving in the direction of the arrow M on the ellipse Q synthesized with the ellipse Q, and its curved traveling wave is moving at the speed of sound U.
この運動は固定子２の表面２Ａ上のどの点であ
つても同様であつて、この状態下でフリーな可動
子５の表面を固定子２の表面上に加圧接触させる
と、可動子５は固定子２の屈曲進行波の頂点Ａ及
びA′の部分でのみ接触しており、かつこれらの
頂点Ａ，A′は振動速度ｖ＝2πfb（ただしｆは振動
数）で矢印Ｍの方向に運動しているのであるか
ら、フリーな可動子５は固定子２との摩擦力によ
つて矢印Ｎの方向に駆動されることになる。可動
子５は固定子２に沿つて所定方向に移動し、固定
子２が円形の場合には円運動をし、固定子２が直
線の場合には直進動する。 This movement is the same at any point on the surface 2A of the stator 2, and when the surface of the free movable element 5 is pressed into contact with the surface of the stator 2 under this condition, the movable element 5 are in contact only at the vertices A and A' of the bending traveling wave of the stator 2, and these vertices A and A' are vibrating in the direction of arrow M at a vibration velocity v = 2πfb (where f is the frequency). Since it is in motion, the free movable element 5 is driven in the direction of arrow N by the frictional force with the stator 2. The movable element 5 moves in a predetermined direction along the stator 2, and when the stator 2 is circular, it moves in a circular motion, and when the stator 2 is linear, it moves in a straight line.
そこで、可動子５の速度を上げるには振動速度
ｖ＝2πfbを上げればよいことがわかる。つまり横
振巾ａに比べ縦振巾ｂを大きくすればよい。固定
子２の屈曲振動による屈曲進行波の横振巾ａおよ
び縦振巾ｂの割合は
ｂ／ａ＝2πh1／λ …(1)
λ：波長
h1：中立軸から表面までの距離
であり、波長λは
…(2)
Ｅ：ヤング率
ρ：密度
Ｒ：断面２次半径
である。 Therefore, it can be seen that in order to increase the speed of the mover 5, it is sufficient to increase the vibration speed v=2πfb. In other words, it is sufficient to make the vertical swing width b larger than the lateral swing width a. The ratio of the transverse amplitude a and the longitudinal amplitude b of the bending traveling wave due to the bending vibration of the stator 2 is b/a=2πh 1 /λ...(1) λ: wavelength h 1 : distance from the neutral axis to the surface. , the wavelength λ is ...(2) E: Young's modulus ρ: density R: secondary radius of cross section.
断面２次半径は次式により定義される。 The secondary radius of the cross section is defined by the following formula.
…(3)
Ｉ：中立軸に関する断面２次モーメント
Ａ：断面積
(1)、(2)式よりｂ／ａを大きくするにはｆ，Ｅ，
ρを既定値とするとh1を大きくするか、Ｒを小さ
くすれば良いことがわかる。 ...(3) I: Second moment of area about the neutral axis A: Cross-sectional area From formulas (1) and (2), to increase b/a, f, E,
It can be seen that if ρ is a default value, h 1 should be increased or R should be decreased.
既に開示された超音波モータの固定子の断面形
状は□型または〇型であり、その断面２次半径は
それぞれ0.578h1および0.5h1であるが、特許請求
の範囲第１項に記載される本願の第１発明は固定
子の断面２次半径を、これらの断面２次半径より
さらに小さくする事にある。 The cross-sectional shape of the stator of the already disclosed ultrasonic motor is □ type or O type, and the secondary radius of the cross section is 0.578h 1 and 0.5h 1 , respectively. The first invention of the present application is to make the secondary radius of the section of the stator even smaller than these secondary radii of the section.
又特許請求の範囲第２項に記載される本願の第
２発明は、h1を実質的に大きくすることに着目
し、固定子を中心軸弾性体に対し、所定の間隔で
配列された板状部材が貫通固着されたもので構成
したものである。 Further, the second invention of the present application described in claim 2 focuses on substantially increasing h1 , and the stator is made of plates arranged at a predetermined interval with respect to the central axis elastic body. It is constructed of a shaped member that is fixed through the hole.
本発明は上記原理に従つて可動子５の速度を上
げることを基本とした超音波モータに関するもの
であつて、その実施例を以下に説明する。 The present invention relates to an ultrasonic motor based on increasing the speed of the movable element 5 according to the above principle, and embodiments thereof will be described below.
第２図は棒状弾性体からなる固定子２の断面図
を示し、固定子２の底面に圧電体１が接着されて
おり、圧電体１により破線Ｂを中立軸として屈曲
振動が励振され、固定子２の表面２Ａに縦波と横
波を伴つた屈曲進行波が形成される。
Fig. 2 shows a cross-sectional view of a stator 2 made of a rod-shaped elastic body. A piezoelectric body 1 is bonded to the bottom surface of the stator 2. The piezoelectric body 1 excites bending vibration with the broken line B as a neutral axis, and the stator 2 is fixed. A bending traveling wave accompanied by a longitudinal wave and a transverse wave is formed on the surface 2A of the child 2.
この図のように凸形の断面形状とすることによ
り断面２次半径Ｒを１／2h1より小さくでき、
ｂ／ａの比を大きくすることができる。 By making the cross section convex as shown in this figure, the secondary radius R of the cross section can be made smaller than 1/2 h 1 ,
The b/a ratio can be increased.
第３図は棒状弾性体からなる固定子２の断面図
を示し、固定子２を外部の振動子により破線Ｂを
中立軸として屈曲振動を励振させると固定子２の
表面２Ａに縦波と横波を伴つた屈曲進行波が形成
される。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the stator 2 made of a rod-shaped elastic body. When the stator 2 is excited with bending vibration using an external vibrator with the broken line B as the neutral axis, longitudinal waves and transverse waves appear on the surface 2A of the stator 2. A bending traveling wave with .
第４図は棒状弾性体からなる固定子２の断面図
を示し、その断面上下に対し、異種材料が複合さ
れた複合材からなるものを示している。上側の材
質２ｍを下側の材質２ｎに較べヤング率Ｅの小さ
いものとすることによりｂ／ａの比を大きくする
ことが出来る。
FIG. 4 shows a sectional view of the stator 2 made of a rod-shaped elastic body, and shows that the stator 2 is made of a composite material in which different materials are combined at the top and bottom of the section. By making the upper material 2m smaller in Young's modulus E than the lower material 2n, the b/a ratio can be increased.
第５図は中心軸弾性体２ａに対し、所定の間隔
で配列された多数の板状部材４を嵌込み固定させ
た場合で、第５図Ｂはその断面である。中心軸弾
性体２ａの屈曲振動により板状部材４の上下端面
２Ａは縦波と横波を伴つた屈曲進行波が形成され
る。
FIG. 5 shows a case where a large number of plate members 4 arranged at predetermined intervals are fitted and fixed to the central axis elastic body 2a, and FIG. 5B is a cross section thereof. Due to the bending vibration of the central axis elastic body 2a, a bending traveling wave including a longitudinal wave and a transverse wave is formed on the upper and lower end surfaces 2A of the plate member 4.
以上本発明に係る超音波モータに関して、その
駆動原理及びその実施例の説明を行つたが、棒状
弾性体からなる固定子２の断面形状が例えば第６
図に示すように、種々の形状をとる場合であつて
も、中立軸を基準線とする断面２次半径が中立軸
から表面までの距離に比べ１／２より小となる場
合には、本発明の範囲に含まれる。
The driving principle and the embodiments of the ultrasonic motor according to the present invention have been explained above.
As shown in the figure, even if various shapes are taken, if the secondary radius of the cross section with the neutral axis as the reference line is less than 1/2 of the distance from the neutral axis to the surface, the main within the scope of the invention.
本発明は以上説明したように、弾性体からなる
固定子の断面形状を、中立軸を基準線とする断面
２次半径が中立軸から表面までの距離に比べ１／
２より小となるように構成することにより、或い
は固定子を、中心弾性体に対し、所定の間隔で配
列された板状部材が貫通固定されたもので構成す
ることにより、可動子の速度を速めることがで
き、使用目的にかなつた超音波モータを提供する
ことができるという効果がある。
As explained above, the present invention has a cross-sectional shape of a stator made of an elastic body such that the secondary radius of the cross-section with the neutral axis as the reference line is 1/1/2 compared to the distance from the neutral axis to the surface.
2, or by configuring the stator with plate-like members arranged at predetermined intervals and fixed through the central elastic body, the speed of the mover can be controlled. This has the effect of providing an ultrasonic motor that can speed up the speed and meet the intended use.
第１図は本発明の動作原理を説明するための一
部拡大斜視図、第２〜４図は固定子の断面図、第
５図は板状部材を中心軸弾性体に貫通固定させた
固定子の説明図、第６図は他の固定子の断面図で
ある。
１…圧電体、２…固定子、２Ａ…表面、２ａ…
中心軸弾性体、４…板状部材、５…可動子、Ｂ…
中立軸、h1…中立軸から表面までの距離。
Fig. 1 is a partially enlarged perspective view for explaining the operating principle of the present invention, Figs. 2 to 4 are cross-sectional views of the stator, and Fig. 5 is a fixation in which a plate member is fixed through the central axis elastic body. FIG. 6 is a sectional view of another stator. 1...Piezoelectric body, 2...Stator, 2A...Surface, 2a...
Central axis elastic body, 4... plate member, 5... mover, B...
Neutral axis, h 1 ...Distance from the neutral axis to the surface.
Claims (1)
タであつて、 固定子２は、弾性体からなり励振されて屈曲進
行波を発生し、表面に当接された可動子５を駆動
するものであり、固定子２の断面形状は、その中
立軸Ｂを基準線とする断面２次半径Ｒが中立軸か
ら表面までの距離h1に比べ１／２より小となる形
状である 超音波モータ。 ２ 固定子２は、断面形状が非円形である 特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。 ３ 固定子２は、断面上下に対し、異種材料が結
合された複合材からなる 特許請求の範囲第１項記載の超音波モータ。 ４ 固定子２と、可動子５とを有する超音波モー
タであつて、 固定子２は、弾性体からなり、励振されて屈曲
進行波を発生し、表面に当接された可動子５を駆
動するものであり、中心軸の弾性体２ａに対し、
所定の間隔で配列された板状部材４が貫通固定さ
れたものである 超音波モータ。[Claims] 1. An ultrasonic motor having a stator 2 and a movable element 5, wherein the stator 2 is made of an elastic body and is excited to generate a bending traveling wave, which is brought into contact with a surface. It drives the movable element 5, and the cross-sectional shape of the stator 2 is such that the secondary radius R of the cross-section with its neutral axis B as the reference line is smaller than 1/2 of the distance h1 from the neutral axis to the surface. An ultrasonic motor with the shape of 2. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the stator 2 has a non-circular cross-sectional shape. 3. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the stator 2 is made of a composite material in which different materials are bonded in the top and bottom of the cross section. 4. An ultrasonic motor having a stator 2 and a movable element 5, wherein the stator 2 is made of an elastic body, and is excited to generate a bending traveling wave to drive the movable element 5 in contact with the surface. For the elastic body 2a of the central axis,
An ultrasonic motor in which plate-like members 4 arranged at predetermined intervals are penetrated and fixed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58053362A JPS59178988A (en) | 1983-03-29 | 1983-03-29 | Stator of surface wave motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58053362A JPS59178988A (en) | 1983-03-29 | 1983-03-29 | Stator of surface wave motor |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007368A Division JPH0315278A (en) | 1990-01-16 | 1990-01-16 | ultrasonic motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59178988A JPS59178988A (en) | 1984-10-11 |
| JPH0542230B2 true JPH0542230B2 (en) | 1993-06-25 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58053362A Granted JPS59178988A (en) | 1983-03-29 | 1983-03-29 | Stator of surface wave motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS59178988A (en) |
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- 1983-03-29 JP JP58053362A patent/JPS59178988A/en active Granted
Also Published As
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