JPH0640744B2 - 振動波モ−タ - Google Patents
振動波モ−タInfo
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- JPH0640744B2 JPH0640744B2 JP59024024A JP2402484A JPH0640744B2 JP H0640744 B2 JPH0640744 B2 JP H0640744B2 JP 59024024 A JP59024024 A JP 59024024A JP 2402484 A JP2402484 A JP 2402484A JP H0640744 B2 JPH0640744 B2 JP H0640744B2
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- JP
- Japan
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- vibrating body
- voltage
- vibration
- vibration wave
- electrostrictive element
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Links
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- 238000013016 damping Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 7
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- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
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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
-
- 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
- H02N2/145—Large signal circuits, e.g. final stages
-
- 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
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は進行性振動波により移動体を摩擦駆動する、振
動波モータの駆動回路に関するものである。
動波モータの駆動回路に関するものである。
最近実用化されつつある、進行性振動波によって駆動す
る振動波モータの実施例の概略図が第１図に示してあ
る。同図で、１は電歪素子で例えばＰＺＴ（チタン酸ジ
ルコン酸鉛）で、２は振動体で弾性物質からなり、電歪
素子１を接着してある。振動体２は電歪素子１と共にス
テータ（不図示）側に保持されている。３は移動体で振
動体２に対し押圧接触されていてロータを形成する。電
歪素子１は複数個接着されておりそのうちの一つの群に
対し、他の群は振動波の波長λの1/4波長分だけずれた
ピッチで配置される。群内での各電歪素子は1/2波長の
ピッチで、相隣り合うものの極性が逆になるように配置
されている。
る振動波モータの実施例の概略図が第１図に示してあ
る。同図で、１は電歪素子で例えばＰＺＴ（チタン酸ジ
ルコン酸鉛）で、２は振動体で弾性物質からなり、電歪
素子１を接着してある。振動体２は電歪素子１と共にス
テータ（不図示）側に保持されている。３は移動体で振
動体２に対し押圧接触されていてロータを形成する。電
歪素子１は複数個接着されておりそのうちの一つの群に
対し、他の群は振動波の波長λの1/4波長分だけずれた
ピッチで配置される。群内での各電歪素子は1/2波長の
ピッチで、相隣り合うものの極性が逆になるように配置
されている。
このような構成の振動波モータで、第２図に示すように
電歪素子１の厚さ方向（分極方向）に交流電源９から電
圧を印加する。すると電圧印加の方向と直交する面方向
に伸縮する。このとき、一つの群の電歪素子に印加する
交流電圧をＶ０ＳｉｎωＴとすると、もう一方の群の電
歪素子に印加する交流電圧をＶ０ＣｏｓωＴにする。従
って各電歪素子は相隣り合うものどうし極性が逆向きで
二つの群どうし９０゜位相のずれた交流電圧が印加され
る。電歪素子１の伸縮が伝えられて、振動体２は電歪素
子１の配置ピッチに従って曲げ振動をする。振動体２が
一つおきの電歪素子の位置で出っ張ると、他の一つおき
の電歪素子の位置が引っ込む。一方、前記の如く電歪素
子の一群は他の一群に対し、1/4波長ずれた位置にある
ため曲げ振動が進行する。交流電圧が印加されている
間、次々と振動が励起されて、進行性曲げ振動波となっ
て振動体２を伝わってゆく。
電歪素子１の厚さ方向（分極方向）に交流電源９から電
圧を印加する。すると電圧印加の方向と直交する面方向
に伸縮する。このとき、一つの群の電歪素子に印加する
交流電圧をＶ０ＳｉｎωＴとすると、もう一方の群の電
歪素子に印加する交流電圧をＶ０ＣｏｓωＴにする。従
って各電歪素子は相隣り合うものどうし極性が逆向きで
二つの群どうし９０゜位相のずれた交流電圧が印加され
る。電歪素子１の伸縮が伝えられて、振動体２は電歪素
子１の配置ピッチに従って曲げ振動をする。振動体２が
一つおきの電歪素子の位置で出っ張ると、他の一つおき
の電歪素子の位置が引っ込む。一方、前記の如く電歪素
子の一群は他の一群に対し、1/4波長ずれた位置にある
ため曲げ振動が進行する。交流電圧が印加されている
間、次々と振動が励起されて、進行性曲げ振動波となっ
て振動体２を伝わってゆく。
このときの波の進行状態が第３図(a)(b)(c)(d)に示して
ある。いま、進行性曲げ振動波が矢示Ｘ１方向に進むと
する。０を静止状態に於ける振動体の中心面とすると振
動状態では鎖線示の状態となり、この中立面６は曲げに
よる応力が拮抗している。中立面６と直交する断面７１
についてみると、これら二面の交線５１では応力がかか
らず上下振動しているだけである。同時に断面７１は交
線５１を中心として左右の振り子振動している。断面７
２又は７３についても同じように交線５２又は５３を中
心として左右の振り子振動する。
ある。いま、進行性曲げ振動波が矢示Ｘ１方向に進むと
する。０を静止状態に於ける振動体の中心面とすると振
動状態では鎖線示の状態となり、この中立面６は曲げに
よる応力が拮抗している。中立面６と直交する断面７１
についてみると、これら二面の交線５１では応力がかか
らず上下振動しているだけである。同時に断面７１は交
線５１を中心として左右の振り子振動している。断面７
２又は７３についても同じように交線５２又は５３を中
心として左右の振り子振動する。
同図 (a)に示す状態では断面７１と振動体２の移動体側
１の表面との交線上の点Ｐ１は左右振動の右死点となっ
ており上方向運動だけしている。この振り子振動は交線
５１・５２又は５３が波の正側では（中心面０の上側に
あるとき）左方向（波の進行方向Ｘ１と逆方向）の応力
が加わり、波の負側（同じく下側にあるとき）右方向の
応力が加わる。即ち同図 (a)に於て、交線５２と断面７
２が前者のときの状態で、点Ｐ２は矢示方向の応力が加
わる。交線５３と断面７３が後者のときの状態で、点Ｐ
３は矢示方向の応力が加わる。波が進行し、 (b)に示す
ように波の正側に交線５１がくると点Ｐ１は左方向の運
動をすると同時に上方向の運動をする。 (c)で点Ｐ１は
上下振動の上死点で左方向の運動だけする。 (d)で点Ｐ
１は左方向の運動と下方向運動をする。さらに波が進行
し、右方向と下方向の運動、右方向と上方向の運動を経
て (a)の状態に戻る。この一連の運動を合成すると点Ｐ
１は回転楕円運動をしている。移動体３は振動体２に加
圧接合しており、 (c)に示すように、振動体２上の点Ｐ
１の回転楕円運動が移動体３をＸ２方向に摩擦駆動す
る。点Ｐ２・Ｐ３及びその他振動体２上の全ての点が点
Ｐ１と同じように移動体３を摩擦駆動する。なお印加交
流電圧の周波数ｆ、振動体２の厚さｈ、弾性係数Ｅ、密
度ρとすると、 の関係を満足するとき、振動体２は共振状態になり、効
率よく振動する。
１の表面との交線上の点Ｐ１は左右振動の右死点となっ
ており上方向運動だけしている。この振り子振動は交線
５１・５２又は５３が波の正側では（中心面０の上側に
あるとき）左方向（波の進行方向Ｘ１と逆方向）の応力
が加わり、波の負側（同じく下側にあるとき）右方向の
応力が加わる。即ち同図 (a)に於て、交線５２と断面７
２が前者のときの状態で、点Ｐ２は矢示方向の応力が加
わる。交線５３と断面７３が後者のときの状態で、点Ｐ
３は矢示方向の応力が加わる。波が進行し、 (b)に示す
ように波の正側に交線５１がくると点Ｐ１は左方向の運
動をすると同時に上方向の運動をする。 (c)で点Ｐ１は
上下振動の上死点で左方向の運動だけする。 (d)で点Ｐ
１は左方向の運動と下方向運動をする。さらに波が進行
し、右方向と下方向の運動、右方向と上方向の運動を経
て (a)の状態に戻る。この一連の運動を合成すると点Ｐ
１は回転楕円運動をしている。移動体３は振動体２に加
圧接合しており、 (c)に示すように、振動体２上の点Ｐ
１の回転楕円運動が移動体３をＸ２方向に摩擦駆動す
る。点Ｐ２・Ｐ３及びその他振動体２上の全ての点が点
Ｐ１と同じように移動体３を摩擦駆動する。なお印加交
流電圧の周波数ｆ、振動体２の厚さｈ、弾性係数Ｅ、密
度ρとすると、 の関係を満足するとき、振動体２は共振状態になり、効
率よく振動する。
ところが、このようにして駆動される振動波モータで
も、駆動効率などの面で充分に満足できるものができて
いるとはいえない。
も、駆動効率などの面で充分に満足できるものができて
いるとはいえない。
その原因の一つとして屈曲振動の振幅、つまり振動体２
の表面に於ける波の底部から頂上部までの高さを充分大
きくできないことが挙げられる。振動振幅が微小である
と、振動体２或は移動体３の接触面に振幅程度の凹凸が
ある場合、移動体３は必ずしも振動波の頂上部にだけ押
圧されることにはならず、振動波の底部にも押圧される
ことが起る。振動波の底部の質点は頂上部の質点と逆方
向の速度成分を持つ（第３図参照）。移動体が振動振幅
の頂上部および底部に同時に接すると、左右反対方向の
摩擦駆動力が打ち消し合って駆動の効率が低下してしま
う。たとえ移動体３および振動体２の接触面の状態が良
好であっても、振動振幅の大きさ程度のゴミが両面の間
にあると、同様に駆動不良を生ずる。振幅の大きさは、
印加交流の電圧にほぼ比例するから、電圧を高くすれば
振動振幅は大きくなる。従って、印加電圧を高くすれ
ば、このような問題は解決できるかに見えるが、以下の
ようなあらたな問題が起るため、単純に印加電圧を高く
するには限界がある。
の表面に於ける波の底部から頂上部までの高さを充分大
きくできないことが挙げられる。振動振幅が微小である
と、振動体２或は移動体３の接触面に振幅程度の凹凸が
ある場合、移動体３は必ずしも振動波の頂上部にだけ押
圧されることにはならず、振動波の底部にも押圧される
ことが起る。振動波の底部の質点は頂上部の質点と逆方
向の速度成分を持つ（第３図参照）。移動体が振動振幅
の頂上部および底部に同時に接すると、左右反対方向の
摩擦駆動力が打ち消し合って駆動の効率が低下してしま
う。たとえ移動体３および振動体２の接触面の状態が良
好であっても、振動振幅の大きさ程度のゴミが両面の間
にあると、同様に駆動不良を生ずる。振幅の大きさは、
印加交流の電圧にほぼ比例するから、電圧を高くすれば
振動振幅は大きくなる。従って、印加電圧を高くすれ
ば、このような問題は解決できるかに見えるが、以下の
ようなあらたな問題が起るため、単純に印加電圧を高く
するには限界がある。
振幅が大きくなれば、振動体２の上面の質点の惰円運動
が大きくなり、移動体３の駆動速度が速くなる。駆動速
度が速くなり過ぎると速度コントロールしにくくなるば
かりでなく、摩擦駆動のため移動体３がスリップして発
熱を起し、振動体２との焼付き現象を起す場合もある。
また高電圧を長時間に渡って電歪素子に加えることは、
大きな電気エネルギーを必要とするし、電歪素子の耐久
性の上からも好ましいことではない。このような理由か
ら電歪素子にはせいぜい数１０Ｖ程度の高周波電圧を与
え、振動振幅も２〜３μｍ程度であることが一般的であ
る。
が大きくなり、移動体３の駆動速度が速くなる。駆動速
度が速くなり過ぎると速度コントロールしにくくなるば
かりでなく、摩擦駆動のため移動体３がスリップして発
熱を起し、振動体２との焼付き現象を起す場合もある。
また高電圧を長時間に渡って電歪素子に加えることは、
大きな電気エネルギーを必要とするし、電歪素子の耐久
性の上からも好ましいことではない。このような理由か
ら電歪素子にはせいぜい数１０Ｖ程度の高周波電圧を与
え、振動振幅も２〜３μｍ程度であることが一般的であ
る。
従って、振動振幅がある程度大きい方が好ましく、しか
も振動振幅を大きくしても、駆動速度が早くならないこ
とが求められる。
も振動振幅を大きくしても、駆動速度が早くならないこ
とが求められる。
本発明はこのような事態に鑑みなされたもので、駆動効
率、耐久性の良い振動波モータを提供することを目的と
するものである。
率、耐久性の良い振動波モータを提供することを目的と
するものである。
この目的を達成するため本発明は、電歪素子に間歇的に
電圧を印加し、該電歪素子と接合する振動体に生ずる進
行性振動波によって、該振動体と接合する移動体を駆動
することを特徴とする振動波モータである。
電圧を印加し、該電歪素子と接合する振動体に生ずる進
行性振動波によって、該振動体と接合する移動体を駆動
することを特徴とする振動波モータである。
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
第６図は、第５図に示す印加周期ｔｃの間歇的な交流電
圧を発生させる回路のブロック図である。同図で、１１
は周期taの高周波を発振する発振器、１２は同期パルス
発生器で、周期ｔｃの矩形パルスを発生する。１３は変
調器、１４は増巾器で、高周波を矩形パルスで変調・増
巾して第５図の波形の交流ができる。この交流を電歪素
子１に印加する。
圧を発生させる回路のブロック図である。同図で、１１
は周期taの高周波を発振する発振器、１２は同期パルス
発生器で、周期ｔｃの矩形パルスを発生する。１３は変
調器、１４は増巾器で、高周波を矩形パルスで変調・増
巾して第５図の波形の交流ができる。この交流を電歪素
子１に印加する。
ところで電歪素子に与えられる電気エネルギは印加電圧
の２乗に比例する。いま周期ｔｃに比べて充分に長い時
間、従来の場合（第４図）と本発明の場合（第５図）と
で等しい電気エネルギを電歪素子に与えると、 となる（但し、A＝ｔｃ／ｔｂ＞１）。従って、同じ電
気エネルギでも本発明の場合 高い電圧が印加されることになる。
の２乗に比例する。いま周期ｔｃに比べて充分に長い時
間、従来の場合（第４図）と本発明の場合（第５図）と
で等しい電気エネルギを電歪素子に与えると、 となる（但し、A＝ｔｃ／ｔｂ＞１）。従って、同じ電
気エネルギでも本発明の場合 高い電圧が印加されることになる。
前述のように振動振幅は印加電圧に比例するから、大き
な振動振幅が得られることになる。振動体や移動体の接
触面の状態や接触面間のゴミなどの影響を受けにくい駆
動ができる。駆動力が断続的に与えられるため駆動速度
が速くなり過ぎたりすることもなく速度コントロールが
やりやすい。また時間平均的に見て、大きな電気エネル
ギーを電歪素子に与えることが無く、電歪素子の耐久性
も良い。なお、このような断続的な間歇駆動でも、駆動
速度に対して周期ｔｃを小さくしておけば、充分滑らか
な駆動をさせることができる。
な振動振幅が得られることになる。振動体や移動体の接
触面の状態や接触面間のゴミなどの影響を受けにくい駆
動ができる。駆動力が断続的に与えられるため駆動速度
が速くなり過ぎたりすることもなく速度コントロールが
やりやすい。また時間平均的に見て、大きな電気エネル
ギーを電歪素子に与えることが無く、電歪素子の耐久性
も良い。なお、このような断続的な間歇駆動でも、駆動
速度に対して周期ｔｃを小さくしておけば、充分滑らか
な駆動をさせることができる。
次に、より簡単にしたもので、印加する間歇電圧を直流
電圧にする実施例を説明する。電歪素子１に第７図に示
すような非常に短時間のパルス状の直流電圧を印加する
と、振動体２はそれ自身の持つ共振周波数 で減衰振動する。第８図にはその振動波形を現してあ
り、いわゆるリンキングといわれているものである。
電圧にする実施例を説明する。電歪素子１に第７図に示
すような非常に短時間のパルス状の直流電圧を印加する
と、振動体２はそれ自身の持つ共振周波数 で減衰振動する。第８図にはその振動波形を現してあ
り、いわゆるリンキングといわれているものである。
第９図は、第７図に示すパルス状の直流電圧を発生さ
せ、電歪素子１に印加する回路である。直流電源Ｅから
高抵抗Ｒを通して、コンデンサＣを連続的に充電する。
充分充電したら、スィッチＳを閉じて放電すれば、電歪
素子１には電源Ｅの電圧に略等しい電圧がかかり振動す
る。
せ、電歪素子１に印加する回路である。直流電源Ｅから
高抵抗Ｒを通して、コンデンサＣを連続的に充電する。
充分充電したら、スィッチＳを閉じて放電すれば、電歪
素子１には電源Ｅの電圧に略等しい電圧がかかり振動す
る。
より実際的には、電気信号によってスィッチの作用をす
るために、サイリスタなどが使用される。その回路例が
第１０図に示してある。同図でＳＣＲはサイリスタ、Ｄ
はダイオード、Ｔｒ１・Ｔｒ２はトランジスタ、Ｃ１・
Ｃ２はコンデンサ、Ｒ１〜Ｒ５は抵抗、ＶＲは可変抵
抗、Ｌはインダクタンスである。入力端子ＩＮに入力し
たパルスでサイリスタＳＣＲが導通状態になり、コンデ
ンサＣ２に充電された電荷が放電する。次にサイリスタ
は逆バイアスされて不導通になるので、コンデンサＣ
２、インダクタンスＬ、抵抗Ｒ５・ＶＲ及び電歪素子１
の容量でつくられる共振回路で発振する。なお抵抗ＶＲ
はこの共振回路のＱを調整するために可変にしてある。
るために、サイリスタなどが使用される。その回路例が
第１０図に示してある。同図でＳＣＲはサイリスタ、Ｄ
はダイオード、Ｔｒ１・Ｔｒ２はトランジスタ、Ｃ１・
Ｃ２はコンデンサ、Ｒ１〜Ｒ５は抵抗、ＶＲは可変抵
抗、Ｌはインダクタンスである。入力端子ＩＮに入力し
たパルスでサイリスタＳＣＲが導通状態になり、コンデ
ンサＣ２に充電された電荷が放電する。次にサイリスタ
は逆バイアスされて不導通になるので、コンデンサＣ
２、インダクタンスＬ、抵抗Ｒ５・ＶＲ及び電歪素子１
の容量でつくられる共振回路で発振する。なお抵抗ＶＲ
はこの共振回路のＱを調整するために可変にしてある。
以上説明したように、本発明によれば、駆動効率が向上
し、耐久性の良い振動波モータを得ることができる。
し、耐久性の良い振動波モータを得ることができる。
なお、本発明は実施例に示した回転型の振動波モータ以
外に、リニア型の振動波モータに対しても適用し得るも
のである。
外に、リニア型の振動波モータに対しても適用し得るも
のである。
第１図は振動波モータの主要部の概略図、第２図・第３
図は振動波モータの駆動原理を説明する図、第４図は従
来の振動波モータに印加された電圧波形図、第５図は本
発明を適用する振動波モータに印加される電圧波形の実
施例を示す図、第６図はその電圧波形を発生させる回路
ブロック図、第７図は他の実施例の波形図、第８図は共
振波形図、第９図・第１０図は他の実施例の波形を発生
させる回路である。 １は電歪素子、２は振動体、３は移動体、ｔｃは電圧の
印加周期である。
図は振動波モータの駆動原理を説明する図、第４図は従
来の振動波モータに印加された電圧波形図、第５図は本
発明を適用する振動波モータに印加される電圧波形の実
施例を示す図、第６図はその電圧波形を発生させる回路
ブロック図、第７図は他の実施例の波形図、第８図は共
振波形図、第９図・第１０図は他の実施例の波形を発生
させる回路である。 １は電歪素子、２は振動体、３は移動体、ｔｃは電圧の
印加周期である。
Claims (1)
- 【請求項１】複数の電歪素子を振動体に設け、該素子を
位置的にずらして前記振動体に配置し、前記素子の夫々
に時間的に位相のずれた振動を発生させる電圧を印加す
ることによって前記振動体に進行性振動波を発生させ、
該振動波により前記振動体の接触部に接触する被接触部
材と前記振動体とを相対運動させる振動波モータにおい
て、 前記電歪素子に前記振動体の共振周期より短い時間のパ
ルス状直流電圧を間歇的に印加する手段を設け、該電圧
に応答して前記振動体に減衰振動を生じさせるようにし
た事を特徴とする振動波モータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59024024A JPH0640744B2 (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | 振動波モ−タ |
| US06/695,719 US4692672A (en) | 1984-02-10 | 1985-01-28 | Vibration wave motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59024024A JPH0640744B2 (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | 振動波モ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60170474A JPS60170474A (ja) | 1985-09-03 |
| JPH0640744B2 true JPH0640744B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=12126958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59024024A Expired - Lifetime JPH0640744B2 (ja) | 1984-02-10 | 1984-02-10 | 振動波モ−タ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4692672A (ja) |
| JP (1) | JPH0640744B2 (ja) |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4794294A (en) * | 1986-06-12 | 1988-12-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave motor |
| JPH078153B2 (ja) * | 1986-07-14 | 1995-01-30 | キヤノン株式会社 | 振動波モーター装置 |
| US5136215A (en) * | 1986-12-15 | 1992-08-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving circuit for vibration wave motor |
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