JPH09501818A - 進行波圧電電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 進行波を備えた圧電電動機は、一つ又は複数のロータ（２０、２１）と、一つ又は複数の環状の固定子（２７、２８）と、固定子に分配された二組の圧電素子（２９）とを具備し、該圧電素子は、固定子と常に接触し、更に固定子表面に進行波状変形を引き起こすために、グループ間でπ／２ほど位相がシフトされた交流電流によって加圧される。圧電素子は、互いに独立しかつ固定子に垂直な、バイアスがかけられたセラミックロッド（２９）で形成され、各ロッドは結合部（１４）によって該固定子に結合される。

Description

【発明の詳細な説明】 進行波圧電電動機 技術分野 本発明の主題は進行波圧電電動機であり、その進行波圧電電動機は、環状の弾 性本体で構成された固定子を具備し、更に固定子のまわりに分散された二つのグ ループの圧電素子を具備し、その圧電素子は、固定子に常に接触されかつグルー プ間で９０°位相がシフトされた交流電流が流されることによって、固定子の表 面に進行波状変形を引き起こし、更に固定子に引き起こされた進行波による回転 駆動のために、固定子に接触して弾性的に保持されたディスク形状のロータを具 備する。 技術背景 そのような電動機の構成及び作動の原理は、米国特許第4 562 374 号に詳細に 記載されている。固定子に進行波を引き起こすために、二つのグループの圧電素 子は、振動数は等しいが、位相が角度π／２ほど調子を合わせてシフトされた、 電圧を固定子にある方法で供給され、その方法では、各グループによって発生さ れる定在波はλ／４ほど間隔をあけてシフトされ、ここでλは定在波の波長であ る。圧電素子のグループは、互いから離されることが可能であり、あるいは組重 ねられることが可能であり、その際二つのグループの圧電素子は挿入され、その 結果、各グループから交互に圧電素子が存在する。米国特許第4 562 374 号に記 載された電動機は、環部分状のセラミックウエファで製作され、これらのウエフ ァは、固定子に接着され、グループが組重ねられるか組重ねられないかに依存し て、 完全な環又は環の一部分を形成する。 同様な構想の電動機は、米国特許第4 562 373 号記載されている。そのような 電動機の有効性を増加させるために、組重ねられた圧電素子の二つのリングは、 重ねられかつ適切に位相がシフトされる。 米国特許第4 513219 号は電歪型電動機を説明し、その中では、電歪素子は、 同様に固定子に抗して加圧されたウエファで構成される。 それゆえ注目されることとして、一般に、圧電要素は、固定子の起伏に適合す るために、薄いウエファ形状で使用されてきた。これらのウエファは、３．１モ ードで作用する、つまり適用された電場に垂直方向に膨張及び収縮する。３．１ モードの歪みの振幅は比較的小さく、このことは、まさに電動機の有効性を増加 させるために二つのウエファの装置を重ねることが米国特許第4 562 373 号に提 案されている理由である。更に、使用されるセラミックは、複雑な形状のもろい 部品であり、更に製造のための精巧な生産設備、更にはしばしば各セラミックで 特有な分極及び処理を必要とする。それゆえそれらは、実施するのに費用がかか り、大量生産にあまり適さない。 発明の開示 本発明の目的は、堅牢かつ有効な、更に製造コストが効果的な進行波圧電電動 機を提案することである。 この目的のために、本発明に関する圧電電動機では、圧電素子は、固定子に垂 直に配列されかつ関節部によってそれぞれ固定子に結合された、互いに独立して 分極されたセラミックバーである。 固定子に垂直に作用するバーの使用により、固有共振振動数で３．３モードの 作用が可能にされ、更に高い電気機械結合係数から利益 を得ることが可能であり、更にそれゆえ一定の電場で、従来の技術に関する電動 機で得られるレベルの約三倍の変形を得ることが可能である。 セラミックバーは、比較的強い要素であり、それゆえ実施のために特別な予備 策を必要としない。セラミックバーは、例えば安く非常に大量に製造されるガス 及びたばこライターのセラミックバーのように、標準的な市場で入手可能な部品 であることが可能である。 バーにより、各グループの圧電素子が、固定子の周囲の全体のまわりで分散さ れる、組重ねられた装置をより容易に製造することが更に可能にされる。 端部が従来の技術の固定子に接着されるバーの使用は、ある問題を持ち出して しまう。実際に、固定子は、バーの軸方向の変形を妨害してしまう、及び固定子 及びそれゆえ電動機の正確な作動を不可能にしてしまう、波状の変形を受けてし まう。この問題は、固定子の支持面に垂直な位置に実質的にバーを残す関節部に よって固定子にバーを結合することによって特には解決された。一つの実施形態 では、関節部は、固定子の軸方向の突起の狭部形状に製作され、その端部は、例 えば接着によってセラミックバーに固定される。 二重式分極バーにより、二つの固定子及び二つの同軸のロータを備えた電動機 が製作可能であり、それゆえ電動機の動力を二倍にすることが可能である。更に 、電気供給の際の、振動の節での固定子の不動化が容易にされる。 図面の簡単な説明 添付の図面は、例として、本発明に関する電動機の実施形態を示す。 図１は、圧電励起子を備えた固定子の概略の平面図である。 図２は、図１の固定子の展開図である。 図３は、第二の実施形態に関する固定子の展開図を概略に示す。 図４は、セラミックバーの関節部又は固定子の他の実施形態を示す。 図５は、図４に示された原理に従って構成された二個ロータ式電動機の軸方向 の断面図である。 図６は、図５に関する電動機に使用されるような二重式分極バーを示す。 好ましい実施態様の詳細な記載 図１及び２は平坦なリング状固定子１を示し、固定子１には、二つのグループ Ａ及びＢの分極されたセラミックバー２が関節部３によって結合される。矢印は 、バーの分極方向を示す。示されるように、これらのバーは、各グループに交互 の分極作用を有する。グループＡ及びＢは、振動数がバーの固有共振振動数と等 しいが、位相が互いに角度π／２ほどシフトされた、類似の電圧を供給される。 二つのグループＡ及びＢは、固定子の周囲のまわりにある方法で配列され、その 方法では、図面に示されるように、各グループによって発生される定在波は、λ ／４ほど間隔をあけられてシフトされ、ここでλは定常波の波長である。各グル ープで、バーは、λ／２に等しい距離ほど離されて固定子１のまわりに配列され る。図２では、λ／２及びλの部分は、定常波の位置を示す。 図３は、開発された同様の固定子１を示し、グループＡ及びＢと同様の方法で 供給される二つのグループＡ’及びＢ’に分散された分極されたセラミックバー ２は、再び関節部３によって、固定子１に結合され、ここではこれらのグループ は組重ねられ、その結果、固定子の周囲には、グループＡ’のバーとグループＢ ’のバーが交 互に存在する。矢印は、再びバーの分極方向を示す。この場合、バー２は、λ／ ４に等しい距離ほど離されて、固定子１の周囲全体のまわりに均一に分散される 。 図４は、折りたたまれていない環状の固定子部分１１を示す。この固定子は、 固定子の軸に平行な、及び固定子の周囲のまわりに規則的に分散された、突起１ ２を有する。突起１２は、それらの間に概略楕円状の切り欠き１３を限定し、そ の結果、突起１２は、この領域での突起の折り曲げを可能にする、及びそれゆえ 例えば接着によってこれらの突起の端部に固定されたセラミックバー２の関節部 を形成する、狭部１４を有する。 電動機の実際の説明的な実施形態は、図５に示される。 この電動機は、フランジを取付けられた二つの半分のシェル２３及び２４で構 成されるケーシング内のボールスラストベアリングによって配置される軸２２上 に設置されたディスク形状の二つのロータ２０及び２１を具備し、二つの半分の シェル２３及び２４は、ロータ２０及び２１の間に配置された二重式固定子駆動 装置のための支持部として機能するディスク形状の、合成材料で製作された部品 ２６の挿入と共に、フランジを介してねじ２５によって組み立てられ、更に電動 機は、ロータ２０を駆動するための第一の環状の固定子２７と、ロータ２１を駆 動するための第二固定子２８とを具備する。固定子２７及び２８は、二重式分極 バー２９によって共に結合される。そのバーは図６に示される。そのバーは、一 方の端部によって極性が反対に接着された二つのバー２９ａ及び２９ｂによって 、又は中央に配列された環状の単一の電極から両方向に分極された単一のバー２ ９によって構成される。これらのバー２９は、ディスク２６によって支持され、 図３に説明されるように配列及び供給される。それらは、再び図４に関し、図４ の参照番号１２、１３、１４ に示されるように、固定子２７及び２８に結合される。 固定子及びバーは、リスのかごのようなかごを構成する。 ロータ２０及び２１の軸方向のプレストレスは、ケーシングの二つの半分のシ ェル２３及び２４の組立によって自動的に得られる。このプレストレスは、二つ の軸方向のボールベアリング３０及び３１の間に及ぼされる。ボールベアリング ３０は、半分のシェル２３の下部に形成されたカップ３２に収容され、ボールベ アリング３１は、半分のシェル２４を延長する円筒形のスリーブ３３に収容され る。ボールベアリング３１は、スリーブ３３の縁部３５に隣接する半径方向のボ ールベアリング３４によって軸方向に保持される。プレストレスは、各ロータ及 び相当するボールベアリングの間に配置される、さら座金(Belleville washer) 型の弾性座金３６及び３７によって達成される。ゴムシート３８及び３９は、そ れぞれ弾性座金３６及び３７とロータとの間に配列され、更に作用して、ロータ の振動を減衰させる。それぞれの弾性座金３６及び３７と相当するベアリングと の間には、それぞれ座金４０、４０’、及びそれぞれくさびを構成する金属座金 ４１、４２が配置される。特には、くさびにより、半分のシェル２３及び２４の 組立によるモータのケーシングの閉鎖の際に、必要なプレストレスを自動的に得 ることが可能にされる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レルム，ニコラス フランス国，エフ―38240 モーペルトゥ, アレ デ エタンジュ，13 (72)発明者 ゴンナール，ポール フランス国，エフ―69100 ビルールバン ヌ，リュ フランシス―ドゥ―プレッセン ス，246ビス (72)発明者 ギレモ−アマデ，マリー マデレーヌ フランス国，エフ―69100 ビルールバン ヌ，リュ フランシス―ドゥ―プレッセン ス，44 (72)発明者 リブルン，ローレン アントワーヌ アン ドレ フランス国，エフ―69100 ビルールバン ヌ，リュ デ アントーニ，36，レジデン ス ル タマリ，アパルトマン 16

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 環状本体で構成される固定子（１；２７、２８）を具備し、更に該固定 子と常に接触して前記固定子のまわりに分散された圧電素子（２；２９）の二つ のグループ（Ａ、Ｂ；Ａ’、Ｂ’）を具備し、該圧電素子の二つのグループは、 前記グループの間でπ／２位相シフトされた交流電流が流されて、前記固定子の 表面に進行波状変形を引き起こし、更に前記固定子に引き起こされた前記進行波 による回転駆動のために前記固定子と弾性的に接触して保持されたディスク形状 のロータ（２０、２１）を具備する、進行波圧電電動機において、前記圧電素子 は、前記固定子に垂直に、つまり前記電動機の軸に平行に、配列された互いに独 立した分極されたセラミックバー（２；２９）であり、更に関節部（３；１４） によって前記固定子にそれぞれ結合される、圧電電動機。 ２． 前記固定子（１；２７、２８）は、前記圧電素子の方に向けられた突起 （１２）を有し、更に前記圧電素子（２）は、弾性的な関節部を形成する中間狭 部（１４）を有するこれらの突起の端部に固定される、請求項１に記載の圧電電 動機。 ３． 前記バー（２；２９）は、前記固定子の周囲全体のまわりに規則的に配 列され、更に前記固定子の前記相当する突起（１２）は、それらの間に、概略楕 円状の切り欠き（１３）を限定する、請求項２に記載の圧電電動機。 ４． 前記圧電電動機は、二つの固定子（２７、２８）と結合された二つの同 軸のロータ（２０、２１）を具備し、該二つの固定子（２７、２８）は前記ロー タと二重式分極セラミックバー（９）との間に配置され、該二重式分極セラミッ クバー（９）は前記固定子の間に配列され、更に前記二重式分極セラミックバー の端部はそれ ぞれ前記固定子に結合される、請求項１、２又は３に記載の圧電電動機。 ５． 前記圧電素子（２９）及び前記固定子（２７、２８）は前記ロータの間 に円筒形のかごを形成し、更に前記ロータ（２０、２１）は、二つの軸方向のボ ールベアリング（３０、３１）の間に配置された軸（２２）上に設置され、更に それぞれの前記ベアリング及びロータの間に配置されプレストレスがかけられた 弾性要素（３６、３７）によって前記固定子に抗して保持される、請求項４に記 載の圧電電動機。 ６． 前記二重式分極セラミックバー（２９）は、一方の端部によって極性を 向かい合わせて接着された二つのバー（２９ａ、２９ｂ）で構成される、請求項 ４又は５に記載の圧電電動機。 ７． 前記二重式分極セラミックバー（２９）は、中央に配列された環状の単 一の電極から両方向に分極された単一のバーで構成される、請求項４又は５に記 載の圧電電動機。