JPH0667233B2 - 超音波モータ装置 - Google Patents
超音波モータ装置Info
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- JPH0667233B2 JPH0667233B2 JP62239316A JP23931687A JPH0667233B2 JP H0667233 B2 JPH0667233 B2 JP H0667233B2 JP 62239316 A JP62239316 A JP 62239316A JP 23931687 A JP23931687 A JP 23931687A JP H0667233 B2 JPH0667233 B2 JP H0667233B2
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- JP
- Japan
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- arm current
- ultrasonic motor
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モー
タ装置に関するものである。
タ装置に関するものである。
従来の技術 近年、圧電セラミック等を用いて、電気−機械変換素子
を用いて種々の超音波振動を励振することにより、回転
あるいは走行運動を得る超音波モータが高いエネルギー
密度を有することから注目されている。
を用いて種々の超音波振動を励振することにより、回転
あるいは走行運動を得る超音波モータが高いエネルギー
密度を有することから注目されている。
第５図に超音波モータの分解斜視図を示す。
特開昭60−190178号公報で示すように、振動体の底面に
は、円板形状で放射状に例えば８分割し、45゜ごとの逆
方向に分極した圧電体18と圧電体19を互いに空間的な位
相を90゜ずらしてはりあわせ、圧電体18と19の各々に時
間的な位相の90゜異なる数10kHzの駆動信号27,28の印加
により、圧電体18,19には、互いに時間的にも空間的に
も位相の90゜異なった定在波が生ずる。２つの前記定在
波の振動が等しくなるようにすると、振動体25には前記
定在波が合成されて、円周方向に進む曲げ振動波が生じ
る。26は移動体,29はバネ,30はネジである。
は、円板形状で放射状に例えば８分割し、45゜ごとの逆
方向に分極した圧電体18と圧電体19を互いに空間的な位
相を90゜ずらしてはりあわせ、圧電体18と19の各々に時
間的な位相の90゜異なる数10kHzの駆動信号27,28の印加
により、圧電体18,19には、互いに時間的にも空間的に
も位相の90゜異なった定在波が生ずる。２つの前記定在
波の振動が等しくなるようにすると、振動体25には前記
定在波が合成されて、円周方向に進む曲げ振動波が生じ
る。26は移動体,29はバネ,30はネジである。
第６図は、振動体25のＡ点が進行波に依って、長軸2w、
短軸2uの楕円運動をしている様子を示し、振動体25に加
圧設置された移動体26が楕円の頂点で接触することによ
り、波の進行波とは逆方向にＶ＝ｗ・ｕ……（１）（ｗ
は進行波の周波数）の速度で運動している事を示してい
る。移動体26は、振動体25との間の摩擦力で波の進行波
とは逆方向に駆動され、外部に対してなす仕事がこの摩
擦力に対して無視できない時、移動体26と振動体25の間
にすべりが生じ、速度はＶより小さくなる。
短軸2uの楕円運動をしている様子を示し、振動体25に加
圧設置された移動体26が楕円の頂点で接触することによ
り、波の進行波とは逆方向にＶ＝ｗ・ｕ……（１）（ｗ
は進行波の周波数）の速度で運動している事を示してい
る。移動体26は、振動体25との間の摩擦力で波の進行波
とは逆方向に駆動され、外部に対してなす仕事がこの摩
擦力に対して無視できない時、移動体26と振動体25の間
にすべりが生じ、速度はＶより小さくなる。
第７図は、圧電体18又は19の電気的等価回路図であり、
圧電効果には寄与しない容量C0と圧電効果に寄与するL,
C1,Rとの並列に結合したものと考えられ、C0に流れる電
流は電気腕電流と呼ばれ、L,C1,Rに流れる電流を機械腕
電流と呼ばれる。前記機械腕電流と前記短軸の振幅2uと
は比例関係である。
圧電効果には寄与しない容量C0と圧電効果に寄与するL,
C1,Rとの並列に結合したものと考えられ、C0に流れる電
流は電気腕電流と呼ばれ、L,C1,Rに流れる電流を機械腕
電流と呼ばれる。前記機械腕電流と前記短軸の振幅2uと
は比例関係である。
第５図の圧電体18,19に印加する電圧と周波数を一定に
しても、周囲温度や機械的負荷の変動によって、前記圧
電体18,19の電気的アドミタンスが変化して、回転数が
変化してしまう。
しても、周囲温度や機械的負荷の変動によって、前記圧
電体18,19の電気的アドミタンスが変化して、回転数が
変化してしまう。
発明が解決しようとする問題点 以上に説明したように、超音波モータの移動速度は、進
行波の周波数ｗと楕円運動の短軸ｕの積で決まり、短軸
ｕの大きさは機械腕電流に比例する。
行波の周波数ｗと楕円運動の短軸ｕの積で決まり、短軸
ｕの大きさは機械腕電流に比例する。
周波数ｗの変動幅に比べ短軸ｕの変動幅の大きさは大き
く、回転数はほぼ機械腕電流により決まる。圧電体18,1
9の機械的負荷が一定であれば、電気的インピーダンス
は一定であり一定電圧，一定周波数であれば、機械腕電
流は、一定である。しかし、実際には、移動体が移動し
ているため機械腕的負荷が変動したり、温度変化によっ
て電気的インピーダンスが変動し、その結果、機械腕電
流が変化して回転数が大きく変動するという問題点があ
る。
く、回転数はほぼ機械腕電流により決まる。圧電体18,1
9の機械的負荷が一定であれば、電気的インピーダンス
は一定であり一定電圧，一定周波数であれば、機械腕電
流は、一定である。しかし、実際には、移動体が移動し
ているため機械腕的負荷が変動したり、温度変化によっ
て電気的インピーダンスが変動し、その結果、機械腕電
流が変化して回転数が大きく変動するという問題点があ
る。
また機械腕電流を一定にしても、機械腕的負荷、温度の
変動により回転数は、細かく変動し、精密な回転数の制
御は困難であるという問題点がある。本発明は、上記の
問題点を解決して、機械的負荷、温度の各変動に対し
て、精密な回転数制御が可能な超音波モータ装置を提供
することにある。
変動により回転数は、細かく変動し、精密な回転数の制
御は困難であるという問題点がある。本発明は、上記の
問題点を解決して、機械的負荷、温度の各変動に対し
て、精密な回転数制御が可能な超音波モータ装置を提供
することにある。
問題点を解決するための手段 そこで、本発明は、圧電体を交流電圧で駆動して、前記
圧電体と弾性体とから構成される振動体に弾性波を励振
することにより前記振動体上に加圧接触して設置された
移動体を移動させる超音波モータと、前記圧電体に流入
する機械腕電流を検出する機械腕電流検出手段と、前記
機械腕電流と機械腕電流基準値とを比較する機械腕電流
比較手段と、機械腕電流比較手段の出力に応じて前記超
音波モータを駆動する超音波モータ駆動手段と、前記移
動体の移動速度を検出する速度検出手段と、前記速度検
出手段出力と速度基準値とを比較する速度比較手段とを
有し、この速度比較手段の出力を前記機械腕電流基準値
とし、前記速度検出手段のの出力に応じて前記機械腕電
流基準値を変化させるように構成した超音波モータ装置
である。
圧電体と弾性体とから構成される振動体に弾性波を励振
することにより前記振動体上に加圧接触して設置された
移動体を移動させる超音波モータと、前記圧電体に流入
する機械腕電流を検出する機械腕電流検出手段と、前記
機械腕電流と機械腕電流基準値とを比較する機械腕電流
比較手段と、機械腕電流比較手段の出力に応じて前記超
音波モータを駆動する超音波モータ駆動手段と、前記移
動体の移動速度を検出する速度検出手段と、前記速度検
出手段出力と速度基準値とを比較する速度比較手段とを
有し、この速度比較手段の出力を前記機械腕電流基準値
とし、前記速度検出手段のの出力に応じて前記機械腕電
流基準値を変化させるように構成した超音波モータ装置
である。
作 用 上記のように構成すると、速度検出手段により検出した
超音波モータの移動速度基準値に応じて機械腕電流基準
値を変化させることにより、この機械腕電流基準値と機
械腕電流検出手段の出力に応じて超音波モータを駆動し
移動体の速度を制御できることとなる。
超音波モータの移動速度基準値に応じて機械腕電流基準
値を変化させることにより、この機械腕電流基準値と機
械腕電流検出手段の出力に応じて超音波モータを駆動し
移動体の速度を制御できることとなる。
実施例 以下図に従って、本発明の実施例について詳細な説明を
行う。第１図は、本発明の超音波モータ装置のブロック
図である。４は超音波モータ、６は超音波モータ４の機
械腕電流を検出する機械腕電流検出器、２は機械腕電流
検出器６の出力である機械腕電流９と機械腕電流基準値
８とを比較する機械腕電流比較器、３は機械腕電流比較
器の出力に基づき、機械腕電流９が一定になるように超
音波モータを駆動する超音波モータ駆動回路である。５
は移動体26の周囲に貼付され着磁されたプラスチッ状の
マグネットから移動速度に比例した磁束の変化を磁気抵
抗素子で検出する周知の周波数発電機のような速度検出
器、１は速度検出器５により得た移動体26の速度信号10
と速度基準値７とを比較し、その出力を機械腕電流基準
値８とする速度比較器である。
行う。第１図は、本発明の超音波モータ装置のブロック
図である。４は超音波モータ、６は超音波モータ４の機
械腕電流を検出する機械腕電流検出器、２は機械腕電流
検出器６の出力である機械腕電流９と機械腕電流基準値
８とを比較する機械腕電流比較器、３は機械腕電流比較
器の出力に基づき、機械腕電流９が一定になるように超
音波モータを駆動する超音波モータ駆動回路である。５
は移動体26の周囲に貼付され着磁されたプラスチッ状の
マグネットから移動速度に比例した磁束の変化を磁気抵
抗素子で検出する周知の周波数発電機のような速度検出
器、１は速度検出器５により得た移動体26の速度信号10
と速度基準値７とを比較し、その出力を機械腕電流基準
値８とする速度比較器である。
第２図a,bは、機械腕電流の大きさと印加電圧に対する
位相の周波数特性図であり、この図より、電圧が一定の
時、駆動周波数によって機械腕電流は変化し、また同じ
駆動周波数ならば、機械腕電流は駆動電圧が大きいほど
大きい。よって一定の機械腕電流で駆動するには、駆動
周波数又は印加電圧を変化させればよいことがわかる。
位相の周波数特性図であり、この図より、電圧が一定の
時、駆動周波数によって機械腕電流は変化し、また同じ
駆動周波数ならば、機械腕電流は駆動電圧が大きいほど
大きい。よって一定の機械腕電流で駆動するには、駆動
周波数又は印加電圧を変化させればよいことがわかる。
第３図は、駆動周波数を変化させて、機械腕電流を一定
にする超音波モータ駆動回路の例であり、第４図は、印
加電圧を変化させて機械腕電流を一定にする超音波モー
タ駆動回路の例である。
にする超音波モータ駆動回路の例であり、第４図は、印
加電圧を変化させて機械腕電流を一定にする超音波モー
タ駆動回路の例である。
全体の動作を説明する前に機械腕電流比較器２と超音波
モータ駆動回路３と超音波モータ４と機械腕電流検出器
６により構成した閉ループ（第１図において、内側のル
ープ）の動作を説明する。まず第３図の機械腕電流検出
器について述べる。電極部Ａには18の圧電体Ａと抵抗素
子RA1とを直列接続し、第７図における圧電体の電気腕
インピーダンスの容量C0と等しい容量のコンデンサ−CA
と前記抵抗素子RA1と等しい抵抗素子RA2を直列接続し、
前記圧電体と抵抗素子より成る直列接続体と並列に接続
する。電極部Ｂについても同様である。電極部Ａの抵抗
素子RA1と抵抗素子RA2の各電位の差を差動増幅器20を用
いて求めることにより、電気腕電流を相殺して機械腕電
流９を検出する。
モータ駆動回路３と超音波モータ４と機械腕電流検出器
６により構成した閉ループ（第１図において、内側のル
ープ）の動作を説明する。まず第３図の機械腕電流検出
器について述べる。電極部Ａには18の圧電体Ａと抵抗素
子RA1とを直列接続し、第７図における圧電体の電気腕
インピーダンスの容量C0と等しい容量のコンデンサ−CA
と前記抵抗素子RA1と等しい抵抗素子RA2を直列接続し、
前記圧電体と抵抗素子より成る直列接続体と並列に接続
する。電極部Ｂについても同様である。電極部Ａの抵抗
素子RA1と抵抗素子RA2の各電位の差を差動増幅器20を用
いて求めることにより、電気腕電流を相殺して機械腕電
流９を検出する。
つぎに第３図の全体の動作を説明する。機械腕電流比較
器では、機械腕電流９を平滑器21を用いて直流に変換し
たものと機械腕電流基準値８とを比較する。機械腕電流
比較器の出力に応じて可変発振器14は駆動周波数13を変
化させる。90゜位相器15互いに90゜位相の異なる２つの
交流信号を出力し各々電力増幅器16,17に接続する。こ
のように構成することにより機械腕電流９を一定になる
ように駆動周波数を変化させて超音波モータを駆動す
る。22は積分フィルターである。
器では、機械腕電流９を平滑器21を用いて直流に変換し
たものと機械腕電流基準値８とを比較する。機械腕電流
比較器の出力に応じて可変発振器14は駆動周波数13を変
化させる。90゜位相器15互いに90゜位相の異なる２つの
交流信号を出力し各々電力増幅器16,17に接続する。こ
のように構成することにより機械腕電流９を一定になる
ように駆動周波数を変化させて超音波モータを駆動す
る。22は積分フィルターである。
第４図は、印加電圧を変化させて機械腕電流を一定にす
る超音波モータ駆動回路の例であり、動作を説明する。
機械腕電流検出器と機械腕電流比較器の内容は第３図と
同様である。位相差検出器24と位相比較器23を用いて、
機械腕電流９の駆動電圧に対する位相差が一定になるよ
うに駆動周波数を決定し、更に機械腕電流比較器の出力
を電力増幅器のゲインコントロール信号とすることによ
り機械腕電流９が一定になるように駆動電圧を変化させ
て超音波モータを駆動する。
る超音波モータ駆動回路の例であり、動作を説明する。
機械腕電流検出器と機械腕電流比較器の内容は第３図と
同様である。位相差検出器24と位相比較器23を用いて、
機械腕電流９の駆動電圧に対する位相差が一定になるよ
うに駆動周波数を決定し、更に機械腕電流比較器の出力
を電力増幅器のゲインコントロール信号とすることによ
り機械腕電流９が一定になるように駆動電圧を変化させ
て超音波モータを駆動する。
このように超音波モータ駆動回路３は、機械腕電流９の
大きさが一定になるように、駆動周波数又は駆動電圧を
変化させて超音波モータを駆動するものであり、第３
図，第４図いずれの例も用いることができる。
大きさが一定になるように、駆動周波数又は駆動電圧を
変化させて超音波モータを駆動するものであり、第３
図，第４図いずれの例も用いることができる。
次に第１図に基づき全体の動作を説明する。前述のよう
に機械腕電流比較器２と超音波モータ駆動回路３と超音
波モータ４と機械腕電流検出器６により構成した閉ルー
プ（第１図において、内側のループ）により超音波モー
タ４の機械腕電流９は、一定になるように駆動されその
一定値は、機械腕電流基準値８により決定される。機械
腕電流を一定することにより超音波モータ４の回転数は
ほぼ決定されるが、負荷変動や温度変動などで回転数
は、精密には決まらない。そこで速度比較器１と速度検
出器５を用いて閉ループ（第１図において、外側のルー
プ）を構成し、速度信号10が精密に一定になるように機
械腕電流基準値を変化させ回転数制御を行う。
に機械腕電流比較器２と超音波モータ駆動回路３と超音
波モータ４と機械腕電流検出器６により構成した閉ルー
プ（第１図において、内側のループ）により超音波モー
タ４の機械腕電流９は、一定になるように駆動されその
一定値は、機械腕電流基準値８により決定される。機械
腕電流を一定することにより超音波モータ４の回転数は
ほぼ決定されるが、負荷変動や温度変動などで回転数
は、精密には決まらない。そこで速度比較器１と速度検
出器５を用いて閉ループ（第１図において、外側のルー
プ）を構成し、速度信号10が精密に一定になるように機
械腕電流基準値を変化させ回転数制御を行う。
以上のように機械腕電流基準値に従って機械腕電流が一
定になるように超音波モータを駆動し更に速度信号が精
密に一定になるように機械腕電流基準値を変化させるこ
とにより精密な回転数制御が可能になり、機械腕電流と
いう超音波モータの回転数に密接なパラメータを検出し
ながらその大きさわ制御して回転数制御を行っているた
め超音波モータの制御性は非常に高くなる。
定になるように超音波モータを駆動し更に速度信号が精
密に一定になるように機械腕電流基準値を変化させるこ
とにより精密な回転数制御が可能になり、機械腕電流と
いう超音波モータの回転数に密接なパラメータを検出し
ながらその大きさわ制御して回転数制御を行っているた
め超音波モータの制御性は非常に高くなる。
なお本実施例では、円板型超音波モータを用いて説明し
たが、本発明は、円板型超音波モータに限定されるもの
ではなく、円環型超音波モータや直線移動のリニア超音
波モータにも適応できる。
たが、本発明は、円板型超音波モータに限定されるもの
ではなく、円環型超音波モータや直線移動のリニア超音
波モータにも適応できる。
発明の効果 以上説明したように本発明によれば、機械腕電流基準値
に従って機械腕電流が一定になるように超音波モータを
駆動することによって一定電圧でかつ一定周波数での駆
動に比べて超音波モータの回転数の変動が大幅に低減
し、更に速度信号が精密に一定になるように機械腕電流
基準値を変化させることにより精密な回転数制御が可能
になる。本発明では、機械腕電流という超音波モータの
回転数に密接なパラメータを検出しながら、機械腕電流
の大きさを制御して回転数制御を行っているため超音波
モータの制御性は非常に高くなり、その実用的効果は大
きい。
に従って機械腕電流が一定になるように超音波モータを
駆動することによって一定電圧でかつ一定周波数での駆
動に比べて超音波モータの回転数の変動が大幅に低減
し、更に速度信号が精密に一定になるように機械腕電流
基準値を変化させることにより精密な回転数制御が可能
になる。本発明では、機械腕電流という超音波モータの
回転数に密接なパラメータを検出しながら、機械腕電流
の大きさを制御して回転数制御を行っているため超音波
モータの制御性は非常に高くなり、その実用的効果は大
きい。
第１図は本発明の一実施例における超音波モータ装置の
ブロック図、第２図a,bは機械腕電流の大きさと駆動電
圧に対する位相差の周波数特性図、第３図は同モータの
駆動周波数を変化させて機械腕電流を一定に制御する場
合の超音波モータ駆動回路のブロック図、第４図は同モ
ータの駆動電圧を変化させて機械腕電流を一定に制御す
る場合の超音波モータ駆動回路のブロック図、第５図は
本発明の一実施例に用いる円板型超音波モータの分解斜
視図、第６図は同モータの原理説明図、第７図は同モー
タの電気等価回路図である。 １……速度比較器、２……機械腕電流比較器、３……超
音波モータ駆動回路、４……超音波モータ、５……速度
検出器、６……機械腕電流検出器。
ブロック図、第２図a,bは機械腕電流の大きさと駆動電
圧に対する位相差の周波数特性図、第３図は同モータの
駆動周波数を変化させて機械腕電流を一定に制御する場
合の超音波モータ駆動回路のブロック図、第４図は同モ
ータの駆動電圧を変化させて機械腕電流を一定に制御す
る場合の超音波モータ駆動回路のブロック図、第５図は
本発明の一実施例に用いる円板型超音波モータの分解斜
視図、第６図は同モータの原理説明図、第７図は同モー
タの電気等価回路図である。 １……速度比較器、２……機械腕電流比較器、３……超
音波モータ駆動回路、４……超音波モータ、５……速度
検出器、６……機械腕電流検出器。
Claims (1)
- 【請求項１】圧電体を交流電圧で駆動してこの圧電体と
弾性体とから構成される振動体に弾性波を励振すること
により前記振動体上に加圧接触して設置された移動体を
移動させる超音波モータと、前記圧電体に流入する機械
腕電流を検出する機械腕電流検出手段と、前記機械腕電
流と機械腕電流基準値とを比較する機械腕電流比較手段
と、機械腕電流比較手段の出力に応じて前記超音波モー
タを駆動する超音波モータ駆動手段と、前記移動体の移
動速度を検出する速度検出手段と、前記速度検出手段出
力と速度基準値とを比較する速度比較手段とを有し、こ
の速度比較手段の出力を前記機械腕電流基準値とし、前
記速度検出手段の出力に応じて前記機械腕電流基準値を
変化させることを特徴とする超音波モータ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62239316A JPH0667233B2 (ja) | 1987-09-24 | 1987-09-24 | 超音波モータ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62239316A JPH0667233B2 (ja) | 1987-09-24 | 1987-09-24 | 超音波モータ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6485585A JPS6485585A (en) | 1989-03-30 |
| JPH0667233B2 true JPH0667233B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=17042901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62239316A Expired - Lifetime JPH0667233B2 (ja) | 1987-09-24 | 1987-09-24 | 超音波モータ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0667233B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0755068B2 (ja) * | 1990-03-06 | 1995-06-07 | セイコー電子工業株式会社 | 超音波モータ装置 |
| JP2006519971A (ja) * | 2003-03-07 | 2006-08-31 | スワゲロック カンパニー | 調節ストップをもつバルブ |
-
1987
- 1987-09-24 JP JP62239316A patent/JPH0667233B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「モータドライブ技術」１９８７年９月（「自動化技術」９月号別冊）、工業調査会、昭和６２年９月２１日、Ｐ．１００〜１０４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6485585A (en) | 1989-03-30 |
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