JPH0654561A - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JPH0654561A
JPH0654561A JP4204935A JP20493592A JPH0654561A JP H0654561 A JPH0654561 A JP H0654561A JP 4204935 A JP4204935 A JP 4204935A JP 20493592 A JP20493592 A JP 20493592A JP H0654561 A JPH0654561 A JP H0654561A
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JP
Japan
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phase
standing wave
piezoelectric element
ultrasonic motor
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP4204935A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akio Atsuta
暁生 熱田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH0654561A publication Critical patent/JPH0654561A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make it possible to position a moving body at a desired position, by changing the amplitude of a standing wave generated in a vibrating body through a plurality of electrical-to-mechanism energy conversion elements. CONSTITUTION:An operation microcomputer 4 issues commands to an oscillator 5 so as to output an AC voltage having a certain frequency. Then, the AC voltage E1 having the certain frequency outputted from the oscillator 5 is applied to a piezoelectric element 3A for A-having driving through a gain controller 7A and an amplifier 8A. Also, the AC voltage E1 is applied to a piezoelectric element 3B for B-phase driving through a phase-shifting circuit 6, a gain controller 7B and an amplifier 8B. The phase-shifting circuit 6 moves a phase shift of the AC voltage E1. Next, the gain controllers 7A and 7B amplify the inputted AC voltage with a gain according to a signal from the microcomputer 4, and output the amplified voltage as AC voltages E3 and E4. Now, in the gain controllers 7A and 7B, an input gain is controlled according to the signal from the microcomputer 4 in order to generate a standing wave at a desired position in a stator 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レンズ駆動、プリンタ
の紙送り、印字ヘッド送り等に用いられる超音波モータ
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic motor used for driving a lens, feeding a paper for a printer, feeding a print head and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】振動体に進行波を発生させ、前記振動体
に接する移動体を駆動させる超音波モータは数多く提案
されており、さらに、製品化も実現している。一方、定
在波を用いて移動体を駆動させる超音波モータに関して
も種々のタイプのものが例えば特開平3−261383
号公開公報などで提案されている。
2. Description of the Related Art There have been proposed many ultrasonic motors for generating traveling waves in a vibrating body and driving a moving body in contact with the vibrating body, and further commercialization has been realized. On the other hand, various types of ultrasonic motors for driving a moving body by using a standing wave include, for example, JP-A-3-261383.
It is proposed in the issue publication.

【0003】以下、定在波を用いて移動体を駆動させる
超音波モータの一例について図面に基づいて説明する。
An example of an ultrasonic motor for driving a moving body using a standing wave will be described below with reference to the drawings.

【0004】図14は従来の超音波モータの振動体と移
動体の位置関係を示す図である。また、図15は図14
に示す超音波モータの駆動源としての2相の圧電素子の
各領域の分極方向と、振動体の動作を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a positional relationship between a vibrating body and a moving body of a conventional ultrasonic motor. In addition, FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the polarization directions of respective regions of a two-phase piezoelectric element as a drive source of the ultrasonic motor shown in FIG.

【0005】図14において、1は移動体であり、1a
は移動体1の振動体に接する面側に設けられた突起部、
2は励振状態にある振動体である。振動体2が定在波で
励振されることにより、振動体2には図に示すような定
在波の節(図中のN)ができる。そして、その定在波の
節の近傍で移動体の突起部1aと振動体2が接触し(図
14参照)、移動体1の位置決めがなされる。さらに、
励振された定在波の節を移動することによりそれに追随
して移動体1も移動する。尚、振動体2を定在波で励振
するためには図15(A)に示されるように配置された
圧電素子3が用いられる。圧電素子3はA相駆動用圧電
素子3A、B相駆動用圧電素子3Bの2つから成り、そ
の3Aおよび3Bは位置的に90度ずれた電極配置にな
っており、圧電素子内の電極は公知の電圧素子同様に交
互に逆方向の分極処理がなされている。
In FIG. 14, 1 is a moving body, and 1a
Is a protrusion provided on the surface side of the moving body 1 in contact with the vibrating body,
Reference numeral 2 is a vibrating body in an excited state. When the vibrating body 2 is excited by the standing wave, a node of the standing wave (N in the figure) shown in the figure is formed in the vibrating body 2. Then, the protrusion 1a of the moving body and the vibrating body 2 contact each other near the node of the standing wave (see FIG. 14), and the moving body 1 is positioned. further,
By moving the node of the excited standing wave, the moving body 1 also moves following the node. Incidentally, in order to excite the vibrating body 2 with a standing wave, the piezoelectric element 3 arranged as shown in FIG. 15 (A) is used. The piezoelectric element 3 is composed of two piezoelectric elements 3A for driving the A phase and 3B for driving the B phase, and the electrodes 3A and 3B are arranged so as to be 90 degrees apart from each other. Similarly to the known voltage element, polarization processing in opposite directions is alternately performed.

【0006】次にこの公知の従来の超音波モータ駆動方
法の詳細について説明する。図15(a)では3A、3
Bの両圧電素子に同時に交流信号が印加された状態を示
している。その結果振動体2はその2つの合成波で励振
されることになる。図15(a)の点線は3Aのみによ
って励振された場合の振動体2に発生する定在波、一点
鎖線は3Bのみの場合の定在波、実線がそれらの合成に
よりできる定在波である。また、図15(b)では3A
のみを駆動させたときの定在波である。次に、図15
(c)では、3A、3Bともの励振させ、その両相の振
幅の差分によりできる定在波を示している。そして、図
15(d)では3Bのみに交流信号を印加してた時に振
動体2に発生する定在波を示している。以上説明した図
12(a)、(b)、(c)、(d)の順序で振動体2
を励振させると、図からわかるように節Nが
Next, details of the known conventional ultrasonic motor driving method will be described. In FIG. 15A, 3A, 3
It shows a state in which an AC signal is simultaneously applied to both piezoelectric elements of B. As a result, the vibrating body 2 is excited by the two combined waves. The dotted line in FIG. 15A is the standing wave generated in the vibrating body 2 when excited by only 3A, the dashed-dotted line is the standing wave when only 3B, and the solid line is the standing wave formed by combining them. . Also, in FIG.
It is a standing wave when only one is driven. Next, FIG.
(C) shows a standing wave that is generated by exciting both 3A and 3B and by the difference in the amplitude of both phases. Then, FIG. 15D shows the standing wave generated in the vibrating body 2 when the AC signal is applied only to 3B. The vibrating body 2 in the order of FIGS. 12 (a), 12 (b), 12 (c), and 12 (d) described above.
When you excite the

【0007】[0007]

【外1】 ステップ毎に移動していき、その結果振動体2に圧接さ
れた移動体1も、振動体2に生じた定在波の節位置の移
動に伴って同じステップ毎に移動することになる。以上
が定在波を利用して移動体を駆動させる前述した公知の
超音波モータの駆動原理である。
[Outer 1] The moving body 1 moves step by step, and as a result, the moving body 1 pressed against the vibrating body 2 also moves at the same step as the node position of the standing wave generated in the vibrating body 2 moves. The above is the drive principle of the above-described known ultrasonic motor that drives a moving body using a standing wave.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来の定在波を用いた
超音波モータでは移動体の移動を制御する際に
In the conventional ultrasonic motor using the standing wave, when controlling the movement of the moving body,

【0009】[0009]

【外2】 ごとの制御しかできない。つまり、移動体を任意の位置
に位置決めし、連続的に制御することは不可能であっ
た。本願発明は上記のような問題点を解決し、より高精
度な制御の可能な超音波モータを提供することである。
[Outside 2] You can only control each. That is, it is impossible to position the moving body at an arbitrary position and continuously control it. The present invention solves the above problems and provides an ultrasonic motor that can be controlled with higher precision.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は振動体に配置さ
れた複数の電気−機械エネルギ変換素子により、振動体
を定在波で励振させ、該振動体の定在波の節を移動させ
ることにより、該定在波の節近傍において該振動体に接
する突部を有する移動体を移動させる超音波モータにお
いて、該複数の電気−機械エネルギ変換素子それぞれに
より該振動体に発生する定在波の振幅を変える手段を設
けたことであり、それにより、移動体を任意の位置で位
置決めすることを可能にした。
According to the present invention, a plurality of electro-mechanical energy conversion elements arranged on a vibrating body excite the vibrating body with a standing wave and move a node of the standing wave of the vibrating body. As a result, in an ultrasonic motor that moves a moving body having a protrusion that is in contact with the vibrating body near the node of the standing wave, the standing wave generated in the vibrating body by each of the plurality of electro-mechanical energy conversion elements. By providing a means for changing the amplitude of, the moving body can be positioned at any position.

【0011】[0011]

【実施例】図1は本発明の一例の円環形超音波モータの
ステータ、ロータの斜視図である。1はロータ、2はス
テータである。ロータ1には、ステータ2に発生する定
在波の数の2倍の凸部1a(図中黒く塗りつぶされてい
る部分)が設けられている。3はステータ2に張りつけ
られた圧電素子である。図2はステータ2に張り付けら
れた圧電素子3の電極のパターンを示すものである。圧
電素子3はA相の定在波を発生する圧電素子3A、B相
の定在波を発生する圧電素子3Bの2つの相で構成され
ており、公知の超音波モータの圧電素子と同様に、それ
ぞれの圧電素子により発生する相が
1 is a perspective view of a stator and a rotor of an annular ultrasonic motor according to an example of the present invention. Reference numeral 1 is a rotor and 2 is a stator. The rotor 1 is provided with a convex portion 1a (a black portion in the figure) having twice the number of standing waves generated in the stator 2. Reference numeral 3 is a piezoelectric element attached to the stator 2. FIG. 2 shows a pattern of electrodes of the piezoelectric element 3 attached to the stator 2. The piezoelectric element 3 is composed of two phases, that is, a piezoelectric element 3A that generates an A-phase standing wave and a piezoelectric element 3B that generates a B-phase standing wave, and is similar to a piezoelectric element of a known ultrasonic motor. , The phase generated by each piezoelectric element

【0012】[0012]

【外3】 ずらして配置してある。各相内は図示の如き領域に分割
され、各領域は交互に逆方向の分極処理がなされてい
る。また本実施例においてはこの圧電素子3はステータ
2全周で定在波が7個各相内の電極の数が決められてい
てできるよう分極処理されている。このようなステータ
2に発生した定在波の節の部分にロータの凸部1aを接
触させることによりロータの位置決めをする。以下にそ
の動作を説明する。
[Outside 3] They are arranged in a staggered manner. The inside of each phase is divided into regions as shown in the drawing, and the regions are alternately polarized in opposite directions. Further, in the present embodiment, the piezoelectric element 3 is polarized so that seven standing waves are provided all around the stator 2 and the number of electrodes in each phase is determined. The rotor is positioned by bringing the convex portion 1a of the rotor into contact with the node portion of the standing wave generated in the stator 2. The operation will be described below.

【0013】図3に図1、図2に示す本実施例の超音波
モータを駆動させるための回路のブロック図を示す。図
3において、図1、図2と同一部材に関しては同一符号
をつけた。4は演算マイコン、5は発振器、6は移相
器、7A、7Bはゲインコントローラ、8A、8Bはア
ンプである。
FIG. 3 is a block diagram of a circuit for driving the ultrasonic motor of this embodiment shown in FIGS. 3, the same members as those in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals. 4 is an arithmetic microcomputer, 5 is an oscillator, 6 is a phase shifter, 7A and 7B are gain controllers, and 8A and 8B are amplifiers.

【0014】次に本実施例の超音波モータにおいて定在
波によって駆動させるときの制御について説明する。
Next, the control when the ultrasonic motor of this embodiment is driven by a standing wave will be described.

【0015】演算マイコン4は、ある周波数の交流電圧
を出力するように発振器5に指令を与える。そして発振
器5から出たある周波数の交流電流E1 はゲインコント
ローラ7Aおよびアンプ8Aを介してA相駆動用圧電素
子3Aに加えられる。また、同時に交流電圧E1 は移相
回路6、ゲインコントローラ7Bおよびアンプ8Bを介
してB相駆動用圧電素子3Bに加えられる。移相回路6
は交流電圧E1の位相ずらすための回路である(E1
2 )。次にゲインコントローラ7A、7Bは入力され
る交流電圧をマイコン4からの信号に応じたゲインで増
幅して交流電圧E3 、E4 として出力するためのもので
ある。ここでステータ2において任意の位置に定在波を
発生させるために、ゲインコントローラ7A、7Bでは
マイコン4からの信号に応じて以下のような式に従って
入力ゲインを制御する。
The arithmetic microcomputer 4 gives a command to the oscillator 5 to output an AC voltage of a certain frequency. The alternating current E 1 of a certain frequency output from the oscillator 5 is applied to the A-phase driving piezoelectric element 3A via the gain controller 7A and the amplifier 8A. At the same time, the AC voltage E 1 is applied to the B-phase driving piezoelectric element 3B via the phase shift circuit 6, the gain controller 7B and the amplifier 8B. Phase shift circuit 6
Is a circuit for shifting the phase of the AC voltage E1 (E 1 =
E 2 ). Then the gain controller 7A, 7B is for outputting an AC voltage input as an AC voltage E 3, E 4 are amplified by a gain according to the signal from the microcomputer 4. Here, in order to generate a standing wave at an arbitrary position in the stator 2, the gain controllers 7A and 7B control the input gain according to the following equation according to the signal from the microcomputer 4.

【0016】E3 =cos(θ)・E14 =sin(θ)・E2 =sinθ・E1 (E1 =E
2 の時、即ち移相回路6が作動しない時) ここで、ゲインコントローラ7A、7Bにおけるゲイン
はそれぞれcos(θ)、sin(θ)にあたり、θは
ステータ2に発生させようとする定在波位置に応じて変
わる変数である。つまりθを制御することによりステー
タ2に発生させる定在波の節の位置を制御することがで
きる。さらには節で接するロータの凸部の位置も位置決
め可能になることから、ロータ自体の位置制御が可能に
なる。E1(=E2 )は交流電圧なのでE1 =Esin
(wt)(E:交流電圧の振幅)と表すことができる。
したがってゲインコントローラ7A、7Bにおける交換
式は以下のようになる。
E 3 = cos (θ) E 1 E 4 = sin (θ) E 2 = sin θE 1 (E 1 = E
2 when the phase shift circuit 6 does not operate) Here, the gains in the gain controllers 7A and 7B are cos (θ) and sin (θ), respectively, and θ is the standing wave to be generated in the stator 2. It is a variable that changes depending on the position. That is, the position of the node of the standing wave generated in the stator 2 can be controlled by controlling θ. Further, since the position of the convex portion of the rotor that is in contact with the node can be positioned, the position of the rotor itself can be controlled. Since E 1 (= E 2 ) is an AC voltage, E 1 = Esin
(Wt) (E: amplitude of AC voltage).
Therefore, the exchange formula in the gain controllers 7A and 7B is as follows.

【0017】 E3 =cos(θ)・Esin(ωt) E4 =sin(θ)・Esin(ωt)E 3 = cos (θ) · Esin (ωt) E 4 = sin (θ) · Esin (ωt)

【0018】次に、ゲインコントローラ7A、7Bから
の出力電圧はそれぞれ、アンプ8A、8Bにより、同じ
振幅率で増幅され、それぞれA相駆動用圧電素子3A、
B相駆動用圧電素子3Bに出力される。ここでアンプ8
A、8Bの増幅率をともにaとすると、 EA =a・cos(θ)・Esin(ωt)=cos(θ)・aEsin(ω t)=cos(θ)・C・sin(ωt) EB =a・sinθ・Esin(ωt)=sinθ・aEsin(ωt)=s in(θ)・C・sin(ωt)(aE=Cとする) になる。ゲインコントローラ7A、7Bを適宜上式に従
って制御して超音波モータを駆動させたときの駆動過程
を示したのが図4、5、6である。
Next, the output voltages from the gain controllers 7A and 7B are amplified by the amplifiers 8A and 8B at the same amplitude rate, and the A phase driving piezoelectric elements 3A and 3A, respectively.
It is output to the B-phase driving piezoelectric element 3B. Amplifier 8 here
If the amplification rates of A and 8B are both a, then E A = a · cos (θ) · Esin (ωt) = cos (θ) · aEsin (ωt) = cos (θ) · C · sin (ωt) E B = a · sin θ · E sin (ωt) = sin θ · aE sin (ωt) = sin (θ) · C · sin (ωt) (assuming aE = C). 4, 5 and 6 show the driving process when the gain controllers 7A and 7B are appropriately controlled according to the above equation to drive the ultrasonic motor.

【0019】図4(a)はθ=−90°のときを示すθ
=−90°においては各圧電素子3A、3Bに印加され
る交流電圧EA 、EB は、 EA =cos(−90°)Csin(ωt)=0 EB =sin(−90°)Csin(ωt)=−Csin(ωt) となる。したがって、B相の圧電素子のみによってステ
ータは励振され、図4(a)に示すような定在波ができ
る。ここで定在波の1つの節をNとし、その節の近傍の
ステータ2に接するロータの凸部を1asとし、以後こ
の凸部1asの移動に注目しつつ、本発明の動作を説明
する。尚、図4の右側に描かれた電気回路は各圧電素子
3A、3Bと、それに印加される電圧EA 、EB を模式
的に表したものである。
FIG. 4 (a) shows θ when θ = −90 °.
= −90 °, the AC voltages E A and E B applied to the piezoelectric elements 3A and 3B are: E A = cos (−90 °) C sin (ωt) = 0 E B = sin (−90 °) C sin (Ωt) = − Csin (ωt). Therefore, the stator is excited only by the B-phase piezoelectric element, and a standing wave as shown in FIG. Here, one node of the standing wave is N, and the convex portion of the rotor that is in contact with the stator 2 in the vicinity of the node is 1as. Hereinafter, the operation of the present invention will be described while paying attention to the movement of the convex portion 1as. The electric circuit drawn on the right side of FIG. 4 schematically shows the piezoelectric elements 3A and 3B and the voltages E A and E B applied thereto.

【0020】次に図4(b)においてはθ=−60°の
場合である。
Next, FIG. 4B shows the case of θ = −60 °.

【0021】θ=−60°においては印加電圧EA 、E
B の夫々は、
At θ = −60 °, applied voltages E A , E
Each of B is

【0022】[0022]

【外4】 となる。そして、A相、B相は90°ずれて配置されて
いることから、それぞれの相により発生する定在波は図
のようになる(A相:点線、B相一点鎖線参照)。
[Outside 4] Becomes Since the A-phase and the B-phase are displaced by 90 °, the standing waves generated by the respective phases are as shown in the figure (A-phase: see dotted line, B-phase alternate long and short dash line).

【0023】ここでそれぞれの相に発生する定在波の振
幅は印加される電圧EA 、EB に比例する。また、この
場合はEA 、EB の振幅はそれぞれ
The amplitude of the standing wave generated in each phase is proportional to the applied voltages E A and E B. In this case, the amplitudes of E A and E B are

【0024】[0024]

【外5】 であることからEA 、EB の振幅の比は[Outside 5] Therefore, the ratio of the amplitudes of E A and E B is

【0025】[0025]

【外6】 となる。以上のことから、圧電素子A相、B相の振幅の
比も
[Outside 6] Becomes From the above, the amplitude ratio of the piezoelectric elements A phase and B phase is also

【0026】[0026]

【外7】 となる。このような位相ずれが90°で振幅の比が[Outside 7] Becomes When such a phase shift is 90 °, the amplitude ratio is

【0027】[0027]

【外8】 である2つの定在波がステータに存在し、結果的にステ
ータ2にはこの2つの定在波の合成波(図中実線)によ
って励振されることになる。そしてこの合成波において
は節のNは図のような位置となり、つまりθ=−90°
のときより右方向へ移動する。また、それに伴い、凸部
1asも移動する。
[Outside 8] 2 are present in the stator, and as a result, the stator 2 is excited by a composite wave of these two standing waves (solid line in the figure). And in this composite wave, the node N is at the position shown in the figure, that is, θ = -90 °
Move to the right from when. Further, along with this, the convex portion 1as also moves.

【0028】次に図4(C)はθ=45°のときの各相
により振動体(ステータ)に発生する定在波並びに凸部
1asの位置を示す。
Next, FIG. 4C shows the standing waves generated in the vibrating body (stator) and the positions of the convex portions 1as due to each phase when θ = 45 °.

【0029】θ=−45°においては、各圧電素子3
A,3Bに印加される電圧EA 、EBは、
At θ = -45 °, each piezoelectric element 3
The voltages E A and E B applied to A and 3B are

【0030】[0030]

【外9】 となる。この場合、A相、B相によりステータに発生す
る振動の振幅の比は1:1となる。このような2相の振
動の合成波は図の実線のようになり1つの節のNはθ=
−60°の場合よりも更に右方向に移動する。
[Outside 9] Becomes In this case, the ratio of the amplitude of the vibration generated in the stator by the A phase and the B phase is 1: 1. The composite wave of such two-phase vibration is as shown by the solid line in the figure, and N of one node is θ =
It moves further to the right than at -60 °.

【0031】さらに、図5(a)はθ=−30°のとき
を示す。
Further, FIG. 5A shows the case where θ = −30 °.

【0032】θ=−30°においては前記のEA 、EB
は、夫々
At θ = −30 °, the above E A and E B
Respectively

【0033】[0033]

【外10】 となる。この場合、A相、B相の振幅の比は√3:1と
なり、合成波は図の実線のようになり1つの節Nはθ=
−45°の場合よりもさらに右方向へ移動する。
[Outside 10] Becomes In this case, the amplitude ratio of the A phase and the B phase is √3: 1, the composite wave is as shown by the solid line in the figure, and one node N is θ =
Move further to the right than at -45 °.

【0034】さらに、図5(b)はθ=0°のときを示
す。
Further, FIG. 5B shows the case where θ = 0 °.

【0035】θ=0°においてはEA 、EB は EA =cos(0°)Csin(ωt)=Csin(ωt) EB =sin(0°)Csin(ωt)=0 となる。したがってA相のみの励振されていることにな
る。1つの節Nはθ=−30°のときよりもさらに右方
向へ移動している。
At θ = 0 °, E A and E B are E A = cos (0 °) Csin (ωt) = Csin (ωt) E B = sin (0 °) Csin (ωt) = 0 Therefore, only phase A is excited. One node N moves further to the right than when θ = −30 °.

【0036】さらに、同様にθ=90°まで順次θを変
化させた過程が図5(c)、図6(a)〜(c)に示さ
れている。つまりここで図4(a)(θ=−90°)と
図6(c)(θ=90°)を比較すると節Nの位置が半
波長分移動しており、それに伴い凸部1asも半波長分
移動している。図4の動作を繰返すことにより、さらに
ロータ1を駆動させることができる。尚、本実施例の場
合は、ステータ一周に7波長できるようにA相、B相駆
動用圧電素子の電極が配置されていたので図4(a)〜
図6(c)の動作を14回繰返すことによりロータを1
回転させることができる。
Further, similarly, the process of sequentially changing θ to θ = 90 ° is shown in FIGS. 5 (c) and 6 (a)-(c). That is, comparing FIG. 4 (a) (θ = −90 °) with FIG. 6 (c) (θ = 90 °), the position of the node N is moved by half a wavelength, and the convex portion 1as is also moved by half. It has moved by the wavelength. By repeating the operation of FIG. 4, the rotor 1 can be further driven. In the case of this embodiment, the electrodes of the piezoelectric elements for driving the A-phase and the B-phase are arranged so that seven wavelengths can be formed around the circumference of the stator.
By repeating the operation of FIG. 6 (c) 14 times, the rotor 1
It can be rotated.

【0037】また図4、5、6ではθ=0、±30°、
±45°、±60°、±90°に限って図示したが、こ
ららの変数θに限定されることはない。任意のθについ
て同様に制御することができ、つまりはA相、B相の振
幅を任意に可変とすることによりステータの節位置を任
意に可変でき、ロータを任意位置に位置決めすることが
できるものである。
In FIGS. 4, 5 and 6, θ = 0, ± 30 °,
Although shown as ± 45 °, ± 60 °, and ± 90 °, they are not limited to these variables θ. The same control can be performed for any θ, that is, the node position of the stator can be arbitrarily changed by arbitrarily changing the amplitudes of the A phase and the B phase, and the rotor can be positioned at any position. Is.

【0038】このように、定在波を自由な位置に発生さ
せることができるようにすることにより、ステータとロ
ータの位置関係をエンコーダなどのセンサなしに決定す
ることができる。
By thus allowing the standing wave to be generated at a free position, the positional relationship between the stator and the rotor can be determined without using a sensor such as an encoder.

【0039】本発明では理想的にはいくらでも分解能を
上げることができる。よって停止精度の高い超音波モー
タができるようになる。
In the present invention, ideally, the resolution can be increased as much as possible. Therefore, an ultrasonic motor with high stopping accuracy can be obtained.

【0040】定在波によってロータを駆動させる場合に
ついて説明したが、ロータを回転させるためには従来の
進行波型超音波モータ同様進行波を用い、ロータを所望
の位置にとめるときに初めて定在波を用いる様にモータ
を構成し、定在波駆動の時に上述の本発明の駆動方法を
適用に構成しても良い。なお、斯様に構成した場合に進
行波を発生させたいときには、図3に示す移相回路6に
おいて、入力される交流電圧E1 の位相をずらし、交流
信号E2 として出力することにより進行波を発生させる
ことができる。また、その進行波によって回転している
ロータを所望の位置に止めるときは移相回路6におい
て、E1 とE2 の位相が同じになるようにもどし、ステ
ータに定在波を発生させ、それ以後は図4、図5、図6
のような制御を行う。
Although the case where the rotor is driven by the standing wave has been described, the traveling wave is used to rotate the rotor as in the case of the conventional traveling wave type ultrasonic motor, and the standing wave is first held when the rotor is stopped at a desired position. The motor may be configured to use waves, and the driving method of the present invention described above may be applied when the standing wave drive is performed. When a traveling wave is to be generated in such a configuration, the phase shift circuit 6 shown in FIG. 3 shifts the phase of the input AC voltage E 1 and outputs it as an AC signal E 2. Can be generated. Further, when the rotor which is rotating by the traveling wave is stopped at a desired position, in the phase shift circuit 6, the phases of E 1 and E 2 are returned to be the same, and the standing wave is generated in the stator. Thereafter, FIG. 4, FIG. 5, and FIG.
Control as follows.

【0041】また、本実施例において振動体(ステー
タ)を励振させるための圧電素子は2組設けられていた
が、A相、B相、C相の3組以上設けた場合にも、本発
明は適用可能である。
Further, although two sets of piezoelectric elements for exciting the vibrating body (stator) are provided in the present embodiment, the present invention is also applicable when three or more sets of A phase, B phase and C phase are provided. Is applicable.

【0042】次に本発明の第2の実施例を説明する。第
1の実施例はリング型の超音波モータの例であったが、
本実施例は特開平3−11981号公開公報で示される
様な棒状超音波モータに本発明を適用した例である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The first embodiment is an example of the ring type ultrasonic motor,
The present embodiment is an example in which the present invention is applied to a rod-shaped ultrasonic motor as disclosed in JP-A-3-1-11981.

【0043】図7は上述の第2の実施例の棒状超音波モ
ータの概略の構成を示す図である。9はロータで、P、
Qはロータ9の略円周位置の対角線上に設けられた凸部
である。10はステータ、11は圧電素子群で、さら
に、その中の11AがA相駆動用圧電素子、11BがB
相駆動用圧電素子を構成する圧電素子で、公知の圧電素
子と同様に夫々は2分割され、図示の極性に分極されて
いる(図7(b)参照)。この圧電素子11A、11B
に電圧を印加することによりステータ10に所望の定在
波を発生させ、その定在波の節部にロータの凸部P、Q
を接触させることによりロータ9の位置決めをする。素
子11A、11Bは図のように90°ずらして配置さ
れ、さらに、それぞれが図7(b)の最下図に示すよう
なX、Y方向に振動する。これらの圧電素子11A、1
1Bそれぞれがステータ10を定在波で励振し、結果的
に11A、11Bにより発生される定在波の合成波によ
ってロータ9が励振されることになる。そして、この合
成波の節の位置は11A、11Bの振幅の比によって変
えることができる。図8はその制御を行うための回路を
示すブロック図である。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic structure of the rod-shaped ultrasonic motor of the second embodiment described above. 9 is a rotor, P,
Q is a convex portion provided on the diagonal line of the substantially circumferential position of the rotor 9. Reference numeral 10 is a stator, 11 is a piezoelectric element group, and 11A in the piezoelectric element group is an A-phase driving piezoelectric element and 11B is a B element.
Piezoelectric elements constituting a phase driving piezoelectric element, each of which is divided into two and polarized to the polarity shown in the figure like the known piezoelectric element (see FIG. 7B). This piezoelectric element 11A, 11B
By applying a voltage to the stator 10, a desired standing wave is generated in the stator 10, and the protrusions P and Q of the rotor are formed at the nodes of the standing wave.
The rotor 9 is positioned by contacting. The elements 11A and 11B are arranged so as to be shifted by 90 ° as shown in the figure, and further, each vibrates in the X and Y directions as shown in the bottom diagram of FIG. 7B. These piezoelectric elements 11A, 1
Each of 1B excites the stator 10 by a standing wave, and as a result, the rotor 9 is excited by the combined wave of the standing waves generated by 11A and 11B. The position of the node of this composite wave can be changed by the ratio of the amplitudes of 11A and 11B. FIG. 8 is a block diagram showing a circuit for performing the control.

【0044】図3、7と同様な部分は同一の符合がつけ
てある。回路の動作は第1の実施例の図3の場合と同様
である。ここではゲインコントローラ7A、7Bでのゲ
イン値とステータ10に発生する定在波の関係について
のみ説明する。第1の実施例同様ステータのA相、B相
に印加される電圧はそれぞれ EA =cos(θ)・Csin(ωt) EB =sin(θ)・Csin(ωt) C:振幅 となる。cos(θ)、sin(θ)がゲインコントロ
ーラ7A、7Bで与えられるゲインである。図9はθの
値の変化にともなう定在波の変化を示す図である。図7
と同様な部分は同一の符合が付けてある。
The same parts as those in FIGS. 3 and 7 are designated by the same reference numerals. The operation of the circuit is the same as in the case of FIG. 3 of the first embodiment. Here, only the relationship between the gain values in the gain controllers 7A and 7B and the standing wave generated in the stator 10 will be described. A phase of the first embodiment similarly stator, respectively the voltage applied to the B phase E A = cos (θ) · Csin (ωt) E B = sin (θ) · Csin (ωt) C: the amplitude. cos (θ) and sin (θ) are gains given by the gain controllers 7A and 7B. FIG. 9 is a diagram showing changes in the standing wave with changes in the value of θ. Figure 7
The same parts as in are marked with the same numerals.

【0045】図9(a)はθ=0°のときを示す θ=0°では EA =C・sin(ωt) EB =0 であるから振動体(ステータ)10はA相駆動用圧電素
子の正電極と負電極の境界が節部となる定在波が発生す
る。そして、このときロータの凸部Pは振動振幅の最小
な所である節ができる位置Nに安定して止まる。
FIG. 9A shows the case of θ = 0 °. At θ = 0 °, E A = C · sin (ωt) E B = 0. Therefore, the vibrating body (stator) 10 is a piezoelectric element for driving the A phase. A standing wave is generated where the boundary between the positive electrode and the negative electrode of the element is the node. Then, at this time, the convex portion P of the rotor stably stops at the position N where a node is formed, which is the minimum vibration amplitude.

【0046】図9(b)はθ=45°のときを示す θ=45°ではFIG. 9B shows the case of θ = 45 °.

【0047】[0047]

【外11】 であるから振動体10はA相駆動用圧電素子の正電極と
B相駆動用圧電素子の正電極が重なっている部分の中心
を腹とする定在波が発生する。そして、この定在波の節
部はそこから90π/180radずれてでき、そこ
に、ロータの凸部Pは安定する。
[Outside 11] Therefore, the vibrating body 10 generates a standing wave with the center of the portion where the positive electrode of the A-phase driving piezoelectric element and the positive electrode of the B-phase driving piezoelectric element overlap as the antinode. The node portion of this standing wave is deviated from that by 90π / 180 rad, and the convex portion P of the rotor is stabilized there.

【0048】図9は(c)はθ=90°のときを示す θ=90°では EA =0 EB =C・sin(ωt) であるから振動体10はB相駆動用圧電素子の正電極と
負電極の境界が節となるような定在波が発生する。そし
て、このときロータの凸部Pは節Nに安定して止まる。
FIG. 9 (c) shows the case of θ = 90 ° At θ = 90 °, E A = 0 E B = C · sin (ωt) Therefore, the vibrating body 10 is a piezoelectric element for driving the B phase. A standing wave is generated so that the boundary between the positive electrode and the negative electrode becomes a node. Then, at this time, the convex portion P of the rotor stably stops at the node N.

【0049】図9は(d)はθ=135°のときを示す θ=135°ではFIG. 9 shows (d) when θ = 135 °. At θ = 135 °

【0050】[0050]

【外12】 であるから振動体10はA相駆動用圧電素子の正電極と
B相駆動用圧電素子の負電極が重なっている部分の中心
を腹とする定在波が発生する。そして、このとき節Nは
図のような位置にでき、ロータの凸部Pはそこで安定す
る。
[Outside 12] Therefore, in the vibrating body 10, a standing wave is generated with the center of the portion where the positive electrode of the A-phase driving piezoelectric element and the negative electrode of the B-phase driving piezoelectric element overlap. At this time, the node N can be positioned as shown in the figure, and the convex portion P of the rotor is stabilized there.

【0051】図10(a)はθ=180°のときを示
す。
FIG. 10A shows the case where θ = 180 °.

【0052】θ=180°では EA =C・cos(180°)sinωt=−Csinωt EB =0 であるからステータはA相駆動用圧電素子の正電極と負
電極の境界が節部となる定在波が発生する。そして、こ
のときロータの凸部Pは振動振幅の最小な所である節が
できる位置Nに安定して止まる。
At θ = 180 °, E A = C · cos (180 °) sin ωt = −C sin ωt E B = 0. Therefore, in the stator, the boundary between the positive electrode and the negative electrode of the piezoelectric element for driving the A phase serves as a node. Standing waves are generated. Then, at this time, the convex portion P of the rotor stably stops at the position N where a node is formed, which is the minimum vibration amplitude.

【0053】以上、図9(a)〜(c)、図10(a)
でロータ9は半回転したことになる。同じ動作をもう1
度繰返すことにより、ロータは一回転することになる。
As described above, FIGS. 9 (a) to 9 (c) and 10 (a)
Thus, the rotor 9 has rotated half a turn. Do the same action another 1
By repeating the process once, the rotor makes one revolution.

【0054】このように、定在波を自由な位置に発生さ
せることができるようにすることにより、ステータとロ
ータの位置関係をエンコーダなどのセンサなしに決定す
ることができる。
By thus allowing the standing wave to be generated at any position, the positional relationship between the stator and the rotor can be determined without a sensor such as an encoder.

【0055】また、図9(a)〜(c)、図10(a)
のあるポイント(P)に着目すると理解できるように、
θを0〜135π/180radというふうに順々に変
えていくことにより棒状超音波モータ10はステップ状
に動かすことが可能である。
In addition, FIGS. 9A to 9C and 10A.
As you can understand by focusing on a certain point (P),
The rod-shaped ultrasonic motor 10 can be moved stepwise by sequentially changing θ from 0 to 135π / 180 rad.

【0056】しかも上記説明では45π/180rad
きざみでモータを送っているが本発明では理想的にはい
くらでも分解能を上げることができる。よって停止制度
の高い棒状超音波モータができるようになる。
Moreover, in the above description, 45π / 180 rad
Although the motor is sent in steps, ideally, the resolution can be increased in the present invention. Therefore, a rod-shaped ultrasonic motor with a high stopping accuracy can be obtained.

【0057】図11に第2の実施例で用いたロータおよ
び、他の形状のロータを示す。
FIG. 11 shows a rotor used in the second embodiment and a rotor having another shape.

【0058】図11(a)は段差を付けてステータに2
カ所当たるようにしているのに対し、図11(b)はな
めらかな曲線状に図中Pのところ2カ所でステータに当
たるようなっている。このような形状だと2つ折れの状
態で加工するなどして容易に作ることが可能である。
In FIG. 11 (a), the stator is provided with two steps.
11 (b), the stator hits the stator at two points P in the drawing in a smooth curved shape. With such a shape, it is possible to easily make it by processing in a state of being folded in two.

【0059】図11(c)はロータの摩擦面2カ所に薄
いシート材のようなものを張りつけた例である。これ
も、加工が容易になる。
FIG. 11C shows an example in which a thin sheet-like material is attached to the two friction surfaces of the rotor. This also facilitates processing.

【0060】図11(d)はロータの摩擦面は平面であ
りながらツバばねの硬さが2カ所だけ硬いという例であ
りこの方法だとモータ効率を落とさずに本発明が実施で
きる。
FIG. 11D shows an example in which the friction surface of the rotor is flat, but the hardness of the brim spring is hard in only two places. With this method, the present invention can be carried out without reducing the motor efficiency.

【0061】図12に本発明の第3の実施例の振動子の
分解斜視図示す。
FIG. 12 is an exploded perspective view of the vibrator of the third embodiment of the present invention.

【0062】駆動用の圧電素子群a1、a2および電極
板群A1、A2、G1、G2、G3は図7と同じである
が、この例は、振動検出用圧電素子が2枚になっており
それぞれが圧電素子a1の励振した振動を検出できるも
の(s1)と圧電素子a2の励振した振動を検出できる
もの(s2)とに分かれている。s1とs2の間にはお
互いにショートしないように絶縁シートd−1が入って
いる。この振動体a1、a2を用いて第2の実施例を用い
て振動体に定在波を発生させてやったときA相方向振動
検出圧電素子S1とB相方向振動検出圧電素子S2の出
力比から定在波の方向が検出できこれをフィードバック
することでA相、B相の共振周波数、力係数などの差が
あっても正確な位置に定数波を発生させることができ
る。以下にその式を示す。S1、S2それぞれの出力が VS1=b・cos(θ)・sin(ω+ψ) VS2=b・sin(θ)・sin(ω+ψ)であるため
The driving piezoelectric element groups a1, a2 and the electrode plate groups A1, A2, G1, G2, G3 are the same as those in FIG. 7, but in this example, there are two vibration detecting piezoelectric elements. Each of them is divided into one capable of detecting the excited vibration of the piezoelectric element a1 (s1) and one capable of detecting the excited vibration of the piezoelectric element a2 (s2). An insulating sheet d-1 is inserted between s1 and s2 so as not to short-circuit each other. When a standing wave is generated in the vibrating body by using the vibrating bodies a 1 and a 2 according to the second embodiment, the A-phase direction vibration detecting piezoelectric element S1 and the B-phase direction vibration detecting piezoelectric element S2 are The direction of the standing wave can be detected from the output ratio, and by feeding back this, the constant wave can be generated at an accurate position even if there is a difference in the resonance frequency of the A phase and the B phase, the force coefficient, and the like. The formula is shown below. Since the output of each of S1 and S2 is V S1 = b · cos (θ) · sin (ω + ψ) V S2 = b · sin (θ) · sin (ω + ψ)

【0063】[0063]

【外13】 でθが求められる。[Outside 13] Then, θ can be obtained.

【0064】図13に第3の実施例の回路のブロック図
を示す。4〜8までは実施例1と同じで振幅および位相
差検出器12が振動検出手段の2つある棒状超音波モー
タ13につながっている。
FIG. 13 shows a block diagram of the circuit of the third embodiment. 4 to 8 are the same as those in the first embodiment, and the amplitude and phase difference detector 12 is connected to the rod-shaped ultrasonic motor 13 having two vibration detecting means.

【0065】この検出器12の信号より定在波の状態を
検知しフィードバックをかける。
The state of the standing wave is detected from the signal of the detector 12 and feedback is applied.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上説明したように本発明により、超音
波モータにおいて、エンコーダなどのセンサなしに位置
決めさせる方法の精度を向上させることができる。しか
もそれを利用して細かい分解能のステップ駆動も可能に
することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to improve the accuracy of the method of positioning an ultrasonic motor without a sensor such as an encoder. Moreover, it is possible to use this to enable step driving with fine resolution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例のリング型超音波モータ
の移動体と振動体を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a moving body and a vibrating body of a ring type ultrasonic motor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の振動体を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the vibrating body of FIG.

【図3】本発明の第1の実施例の回路のブロック図。FIG. 3 is a block diagram of a circuit according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例の超音波モータの動作を
示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the operation of the ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例の超音波モータの動作を
示す図。
FIG. 5 is a diagram showing the operation of the ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施例の超音波モータの動作を
示す図。
FIG. 6 is a diagram showing the operation of the ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2の実施例の棒状超音波モータを示
す図。
FIG. 7 is a diagram showing a rod-shaped ultrasonic motor according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施例の回路のブロック図。FIG. 8 is a block diagram of a circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2の実施例の超音波モータの動作を
示す図。
FIG. 9 is a diagram showing the operation of the ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2の実施例の超音波モータの動作
を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing an operation of the ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2の実施例の超音波モータの他の
ロータ形状。
FIG. 11 is another rotor shape of the ultrasonic motor according to the second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第3の実施例の振動体の分解斜視
図。
FIG. 12 is an exploded perspective view of a vibrating body according to a third embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第3の実施例の回路のブロック図。FIG. 13 is a block diagram of a circuit according to a third embodiment of the present invention.

【図14】従来の定在波を用いる超音波モータの移動体
と振動体を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a moving body and a vibrating body of an ultrasonic motor using a conventional standing wave.

【図15】従来の定在波を用いる超音波モータの動作を
示す図。
FIG. 15 is a diagram showing an operation of a conventional ultrasonic motor using a standing wave.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 リング状超音波モータのロ−タ 2 リング状超音波モータのステータ 3 リング状超音波モータのステータに配置された圧電
素子 4 マイコン 5 発振回路 6 移相回路 7 ゲインコントローラ 8 アンプ 9 棒状超音波モータのロータ 10 棒状超音波モータのステータ 11 棒状超音波モータの圧電素子 13 振動検出圧電素子を有する棒状超音波モータ
1 Rotor of ring-shaped ultrasonic motor 2 Stator of ring-shaped ultrasonic motor 3 Piezoelectric element arranged on stator of ring-shaped ultrasonic motor 4 Microcomputer 5 Oscillation circuit 6 Phase shift circuit 7 Gain controller 8 Amplifier 9 Rod-shaped ultrasonic wave Motor rotor 10 Rod-shaped ultrasonic motor stator 11 Rod-shaped ultrasonic motor piezoelectric element 13 Rod-shaped ultrasonic motor having a vibration detection piezoelectric element

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動体に配置された複数の電気−機械エ
ネルギ変換素子により、振動体を定在波で励振させ、該
振動体の定在波の節を移動させることにより、該定在波
の節近傍において該振動体に接する突部を有する移動体
を移動させる超音波モータにおいて、該複数の電気−機
械エネルギ変換素子それぞれにより該振動体に発生する
定在波の振幅を異ならせる手段を設けたことを特徴とす
る超音波モータ。
1. A standing wave is excited by a plurality of electric-mechanical energy conversion elements arranged on the vibrating body, and the nodes of the standing wave of the vibrating body are moved to move the standing wave. In the ultrasonic motor for moving a moving body having a protrusion in contact with the vibrating body in the vicinity of the node, a means for varying the amplitude of the standing wave generated in the vibrating body by each of the plurality of electro-mechanical energy conversion elements is provided. An ultrasonic motor characterized by being provided.
JP4204935A 1992-07-31 1992-07-31 Ultrasonic motor Pending JPH0654561A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009005560A (en) * 2007-06-25 2009-01-08 Canon Inc Vibration wave drive device control device, vibration wave drive device control method, and program

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