JPH0732612B2 - 超音波モータのロータ回転角度測定装置 - Google Patents
超音波モータのロータ回転角度測定装置Info
- Publication number
- JPH0732612B2 JPH0732612B2 JP63071237A JP7123788A JPH0732612B2 JP H0732612 B2 JPH0732612 B2 JP H0732612B2 JP 63071237 A JP63071237 A JP 63071237A JP 7123788 A JP7123788 A JP 7123788A JP H0732612 B2 JPH0732612 B2 JP H0732612B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotation angle
- rotor
- stator
- ultrasonic motor
- phase difference
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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、進行波型超音波モータのステータ外周面の進
行波とその表面振動変位を非接触で検出する光学式微小
振動センサを利用した超音波モータのロータ回転角度測
定装置に関するものである。
行波とその表面振動変位を非接触で検出する光学式微小
振動センサを利用した超音波モータのロータ回転角度測
定装置に関するものである。
超音波振動により回転力を得る超音波モータは、小型・
軽量、低速・大トルクという特徴を持っているため、ダ
イレクトドライブモータ、精密位置決めモータ等のアク
チュエータとして非常に着目されている。
軽量、低速・大トルクという特徴を持っているため、ダ
イレクトドライブモータ、精密位置決めモータ等のアク
チュエータとして非常に着目されている。
しかしながら超音波モータを上記目的で使用する場合、
フィードバック制御を行なうため、通常ロータの回転角
度を測定するために独立にロータリーエンコーダーを設
ける必要があり、装置の小型化及びコストの低減等にお
いて問題があった。
フィードバック制御を行なうため、通常ロータの回転角
度を測定するために独立にロータリーエンコーダーを設
ける必要があり、装置の小型化及びコストの低減等にお
いて問題があった。
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点
を除去し、独立したロータリーエンコーダを設けること
なく、ロータの回転角度を測定可能とした超音波モータ
のロータ回転角度測定装置を提供することにある。
を除去し、独立したロータリーエンコーダを設けること
なく、ロータの回転角度を測定可能とした超音波モータ
のロータ回転角度測定装置を提供することにある。
上記課題を解決するため本発明は、進行波型の超音波モ
ータのロータの回転角度を測定するロータ回転角度測定
装置において、第１図に示すようにステータ２の外周面
の超音波振動進行波に伴う表面振動変位を検出するため
の光学式微小振動センサ６と、ロータ１と一体に回転す
る光学式微小振動センサ６のプローブ光集光レンズ系
（反射ミラー８、集光レンズ９、反射ミラー10）と、ス
テータ２の外周部の表面変位検出部のステータ表面上に
設けたプローブ光反射膜16と、ステータ２の外周部に超
音波振動進行波を励振するための圧電素子駆動信号と光
学式微小振動センサからの出力信号との位相差を検出す
る位相差検出回路13と、位相差検出回路13で検出した位
相差によりロータ回転角度を算出する回転角度演算部15
とを具備することを特徴とする。
ータのロータの回転角度を測定するロータ回転角度測定
装置において、第１図に示すようにステータ２の外周面
の超音波振動進行波に伴う表面振動変位を検出するため
の光学式微小振動センサ６と、ロータ１と一体に回転す
る光学式微小振動センサ６のプローブ光集光レンズ系
（反射ミラー８、集光レンズ９、反射ミラー10）と、ス
テータ２の外周部の表面変位検出部のステータ表面上に
設けたプローブ光反射膜16と、ステータ２の外周部に超
音波振動進行波を励振するための圧電素子駆動信号と光
学式微小振動センサからの出力信号との位相差を検出す
る位相差検出回路13と、位相差検出回路13で検出した位
相差によりロータ回転角度を算出する回転角度演算部15
とを具備することを特徴とする。
上記の如く、超音波モータのロータ回転角度測定装置を
構成することにより、ステータ外周面の進行波を一種の
分度器と考え、その表面振動変位を検出することによっ
て、超音波モータの外形寸法を殆ど大きくすることな
く、ロータとステータの相対回転角度を測定することが
可能となる。
構成することにより、ステータ外周面の進行波を一種の
分度器と考え、その表面振動変位を検出することによっ
て、超音波モータの外形寸法を殆ど大きくすることな
く、ロータとステータの相対回転角度を測定することが
可能となる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明に係る超音波モータのロータ回転角度測
定装置の構成を示すブロック図である。同図において、
１は超音波モータのロータ、２は超音波モータのリング
状のステータ、３はステータ２の外周面に進行波を発生
させる圧電セラミックス素子である。４は前記圧電セラ
ミックス素子３の駆動信号発生回路、５は前記駆動信号
発生回路回路からの駆動信号を適当なレベルに増幅する
圧電セラミックス素子３の駆動回路である。６は前記ス
テータ２の外周面に生じる進行波の表面振動変位を光学
的に非接触で検出する光学式微小振動センサの本体、７
は前記光学式微小振動センサ本体６からのプローブレー
ザ光である。このプローブレーザ光７は中空のロータ１
の軸中を通り、先ず反射ミラー８によって光路がロータ
１の円板外周に向けられ、次にステータ２の表面におい
て、プローブレーザ光７をスポット状に集光させるため
の集光レンズ９を通り、最後に反射ミラー10によってプ
ローブレーザ光７がステータ表面に対して垂直に入射す
るように90゜光路が変換される。これら反射ミラー８、
集光レンズ９及び反射ミラー10はロータ１に埋め込み固
定され、ロータ１と一体に回転する。
定装置の構成を示すブロック図である。同図において、
１は超音波モータのロータ、２は超音波モータのリング
状のステータ、３はステータ２の外周面に進行波を発生
させる圧電セラミックス素子である。４は前記圧電セラ
ミックス素子３の駆動信号発生回路、５は前記駆動信号
発生回路回路からの駆動信号を適当なレベルに増幅する
圧電セラミックス素子３の駆動回路である。６は前記ス
テータ２の外周面に生じる進行波の表面振動変位を光学
的に非接触で検出する光学式微小振動センサの本体、７
は前記光学式微小振動センサ本体６からのプローブレー
ザ光である。このプローブレーザ光７は中空のロータ１
の軸中を通り、先ず反射ミラー８によって光路がロータ
１の円板外周に向けられ、次にステータ２の表面におい
て、プローブレーザ光７をスポット状に集光させるため
の集光レンズ９を通り、最後に反射ミラー10によってプ
ローブレーザ光７がステータ表面に対して垂直に入射す
るように90゜光路が変換される。これら反射ミラー８、
集光レンズ９及び反射ミラー10はロータ１に埋め込み固
定され、ロータ１と一体に回転する。
上記光学式微小振動センサ本体６としては、例えば特願
昭62−79213号に開示されたものを用いる。光学式微小
振動センサ本体６によって検出された進行波表面振動変
位信号11は、増幅回路12で適当なレベルに増幅され、位
相差検出回路13に送られる。この位相差検出回路13では
前記駆動信号発生回路４からの参照信号14を受け取り、
この参照信号14と光学式微小振動センサ６で検出された
進行波表面振動変位信号11との間の位相差が測定され
る。これらの測定データは回転角度演算部15に送られ、
最終的にはロータ１の回転角度が算出される。以下、上
記構成の本発明に係る超音波モータのロータ回転角度測
定装置で回転角度算出する方法を説明する。
昭62−79213号に開示されたものを用いる。光学式微小
振動センサ本体６によって検出された進行波表面振動変
位信号11は、増幅回路12で適当なレベルに増幅され、位
相差検出回路13に送られる。この位相差検出回路13では
前記駆動信号発生回路４からの参照信号14を受け取り、
この参照信号14と光学式微小振動センサ６で検出された
進行波表面振動変位信号11との間の位相差が測定され
る。これらの測定データは回転角度演算部15に送られ、
最終的にはロータ１の回転角度が算出される。以下、上
記構成の本発明に係る超音波モータのロータ回転角度測
定装置で回転角度算出する方法を説明する。
今、ステータ２の外周面のある点にプローブレーザ光７
のスポットが位置し、その点での参照信号14と進行波表
面振動変位信号11との間の位相差をΦ０（但し｜Φ0|≦
180゜）とする。そして、今のロータ１の回転角度を仮
の基準角度とすると、この基準角度からの相対角度θ
は、 θ＝（Φ−Φ０）×λ／（360×Ｒ）（度） …（１） で与えられる。ここでΦ（度）はロータ１の新しい回転
角度における位相差、λは進行波の波長、Ｒは進行波の
表面振動変位の検出点半径である。
のスポットが位置し、その点での参照信号14と進行波表
面振動変位信号11との間の位相差をΦ０（但し｜Φ0|≦
180゜）とする。そして、今のロータ１の回転角度を仮
の基準角度とすると、この基準角度からの相対角度θ
は、 θ＝（Φ−Φ０）×λ／（360×Ｒ）（度） …（１） で与えられる。ここでΦ（度）はロータ１の新しい回転
角度における位相差、λは進行波の波長、Ｒは進行波の
表面振動変位の検出点半径である。
検出信号の信号対雑音比が高い場合、その参照信号に対
する位相差の測定精度は一周期360゜の数百分の１から1
/1000程度は比較的容易に得られる。今例えばステータ
外周面に100λの進行波が生じているとすれば、ロータ
１の角度測定分解能は1/（100×1000）となり、非常に
高分解能の角度測定が可能となる。
する位相差の測定精度は一周期360゜の数百分の１から1
/1000程度は比較的容易に得られる。今例えばステータ
外周面に100λの進行波が生じているとすれば、ロータ
１の角度測定分解能は1/（100×1000）となり、非常に
高分解能の角度測定が可能となる。
なお、Φの参照番号に対する進み遅れ（ロータ１の回転
方向）の判別は、参照番号として互いに90゜位相の異な
る２つの参照番号を用意し、この２つの参照番号に対す
る検出変位信号の位相差測定を行なうことによって可能
である。また、進行波の伝搬波長λは、使用するステー
タ２、圧電セラミックス素子３の特性によって異なる。
相対角度θを独立に他の高精度角度センサで校正するこ
とによって逆に得るのが望ましい。
方向）の判別は、参照番号として互いに90゜位相の異な
る２つの参照番号を用意し、この２つの参照番号に対す
る検出変位信号の位相差測定を行なうことによって可能
である。また、進行波の伝搬波長λは、使用するステー
タ２、圧電セラミックス素子３の特性によって異なる。
相対角度θを独立に他の高精度角度センサで校正するこ
とによって逆に得るのが望ましい。
ステータ２の外周部表面のプローブレーザ光７の焦点近
傍の全円周部は、プローブレーザ光７の反射率を高める
ため、例えば保護膜MgF2付きのアルミニウム蒸着膜で作
ったレーザ光反射膜16が付されている。
傍の全円周部は、プローブレーザ光７の反射率を高める
ため、例えば保護膜MgF2付きのアルミニウム蒸着膜で作
ったレーザ光反射膜16が付されている。
なお、本発明に係る超音波モータのロータ回転角度測定
装置は上記実施例の構成に限定されるものではなく、い
くつかの変形が考えられる。例えば、光学式微小振動セ
ンサ６からの反射ミラー８へのプローブレーザ光７の導
光に偏波面保存光ファイバーを用いることができる。こ
のようにすれば、超音波モータと光学式微小振動センサ
６が分離され、外見上超音波モータの寸法を殆ど大きく
することなくロータ１の回転角度を測定することが可能
となる。
装置は上記実施例の構成に限定されるものではなく、い
くつかの変形が考えられる。例えば、光学式微小振動セ
ンサ６からの反射ミラー８へのプローブレーザ光７の導
光に偏波面保存光ファイバーを用いることができる。こ
のようにすれば、超音波モータと光学式微小振動センサ
６が分離され、外見上超音波モータの寸法を殆ど大きく
することなくロータ１の回転角度を測定することが可能
となる。
以上説明したように本発明によれば、従来のように独立
にロータリーエンコーダ或いはそれに準じるエンコーダ
をステータやロータと別体に設けることなく、ステータ
外周面の進行波を一種の分度器と考え、その表面振動変
位を検出することによって、超音波モータの外形寸法を
殆ど大きくすることなく、ロータとステータの相対回転
角度を測定できる優れた効果が得られる。
にロータリーエンコーダ或いはそれに準じるエンコーダ
をステータやロータと別体に設けることなく、ステータ
外周面の進行波を一種の分度器と考え、その表面振動変
位を検出することによって、超音波モータの外形寸法を
殆ど大きくすることなく、ロータとステータの相対回転
角度を測定できる優れた効果が得られる。
第１図は本発明に係る超音波モータのロータ回転角度測
定装置の構成を示すブロック図である。 図中、１……ロータ、２……ステータ、３……圧電セラ
ミックス素子、４……駆動信号発生回路、５……駆動回
路、６……光学式微小振動センサ本体、７……プローブ
レーザ光、８……反射ミラー、９……集光レンズ、10…
…反射ミラー、11……進行波表面振動変位信号、12……
増幅回路、13……位相差検出回路、14……参照信号、15
……回転角度演算部。
定装置の構成を示すブロック図である。 図中、１……ロータ、２……ステータ、３……圧電セラ
ミックス素子、４……駆動信号発生回路、５……駆動回
路、６……光学式微小振動センサ本体、７……プローブ
レーザ光、８……反射ミラー、９……集光レンズ、10…
…反射ミラー、11……進行波表面振動変位信号、12……
増幅回路、13……位相差検出回路、14……参照信号、15
……回転角度演算部。
Claims (1)
- 【請求項１】進行波型の超音波モータのロータの回転角
度を測定するロータ回転角度測定装置において、 ステータ外周面の超音波振動進行波に伴う表面振動変位
を検出するための光学式微小振動センサと、 ロータと一体に回転する前記光学式微小振動センサのプ
ローブ光集光レンズ系と、 前記ステータ外周部の表面変位検出部のステータ表面上
に設けたプローブ光反射膜と、 前記ステータ外周面に超音波振動進行波を励振するため
の圧電素子駆動信号と前記光学式微小振動センサからの
出力信号との位相差を検出する位相差検出回路と、 該位相差検出回路で検出した位相差によりロータ回転角
度を算出する回転角度算出手段とを具備することを特徴
とする超音波モータのロータ回転角度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63071237A JPH0732612B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 超音波モータのロータ回転角度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63071237A JPH0732612B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 超音波モータのロータ回転角度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01243862A JPH01243862A (ja) | 1989-09-28 |
| JPH0732612B2 true JPH0732612B2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=13454889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63071237A Expired - Fee Related JPH0732612B2 (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 超音波モータのロータ回転角度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0732612B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108512338B (zh) * | 2018-04-09 | 2024-03-19 | 西安创联超声技术有限责任公司 | 一体式高精度大力矩旋转行波超声波电机系统 |
| CN109590494B (zh) * | 2018-11-28 | 2020-09-04 | 河南理工大学 | 一种超声纵弯车刀的设计方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07108105B2 (ja) * | 1985-09-04 | 1995-11-15 | 松下電器産業株式会社 | 超音波モータの駆動方法 |
| JPS62254668A (ja) * | 1986-04-28 | 1987-11-06 | Olympus Optical Co Ltd | 超音波モ−タ |
-
1988
- 1988-03-25 JP JP63071237A patent/JPH0732612B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01243862A (ja) | 1989-09-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |