JP3729288B2 - Electrostatic actuator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄型のフィルムを利用した静電アクチュエータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、このような分野の先行技術としては、例えば、以下に示すようなものがあった。
【0003】
図17に示すように、静電アクチュエータは、第1部材201と第2部材301と呼ばれる、3相からなる等ピッチの平行帯状電極203,303を埋め込んだ絶縁部材のフィルム202,302からなり、それをそれぞれの帯状電極203,303が平行になるように重ね合わせることにより構成されていた。
【0004】
一つの簡単な駆動方法として、本願の発明者等は、図18に示すように、第1部材201と、第2部材301のそれぞれの3相電極203a,203b,203cと、303a,303b,303cとが互いに逆順になるように、3相交流401を印加する方式を提案した〔例えば、特開平6−78566号公報(米国特許第5,448,124号)参照〕。
【0005】
これにより、3相交流の変化に伴い、それぞれの3相電極では電位分布が変化し、静電気力により移動子が駆動されることになる。ここでは、移動子・固定子は同等なものであるが、便宜上、固定されている側を固定子、駆動される側を移動子と呼ぶ。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
静電アクチュエータは、上記したような電圧印加により駆動されるが、3相交流の位相の変化に対して推力の発生は一定ではなく、大きな変動が生じる。このため、一定周波数の印加に対して一定速度の駆動が得られず、図19に示すように、電極ピッチ毎に速度変化を伴う駆動となってしまい、十分に滑らかな駆動が得られないといった問題があった。
【0007】
また、これに伴い、移動子の位置制御が困難になってしまう。従って、静電アクチュエータの容易な駆動方法である3相交流を逆順に接続する駆動方法は、制御性の低いものとなるといった問題があった。
【0008】
本発明は、上記問題点を除去し、静電アクチュエータを構成する移動子と固定子の間に、特定の傾斜(スキュー)を持たせることにより、移動子と固定子との位置関係による推力の変動を低減し、制御性の向上を図ることができる静電アクチュエータを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
〔1〕平板型の第1部材と第2部材とを具備し、これらの第1部材と第2部材はともに絶縁部材中に所定ピッチで3相の電極を埋め込んで構成される静電アクチュエータにおいて、前記第1部材の電極は直線状平行帯状電極を有し、前記第2部材の電極はW型の平行帯状電極を有し、スキュー値を1.5に設定するようにしたものである。
【0010】
〔2〕第1部材と第2部材とを具備し、該第1部材と第2部材はともに絶縁部材中に所定ピッチで3相の電極を埋め込んで構成される静電アクチュエータにおいて、前記第1部材と第2部材は円板からなり、前記部材の一方の電極は前記部材の中心部から延びる放射状帯状電極を有し、もう一方の部材の電極は前記部材の中心部から延びる前記部材の電極に対して傾斜する直線からなる放射状平行帯状電極を有し、スキュー値を1.5に設定するようにしたものである。
【0011】
〔3〕第1部材と第2部材とを具備し、該第1部材と第2部材はともに絶縁部材中に所定ピッチで3相の電極を埋め込んで構成される静電アクチュエータにおいて、前記第1部材は円筒体からなり、前記第2部材は前記円筒体の第1部材に対応して同心円状に配置される円筒体からなり、前記第1部材の電極は螺旋状電極を有し、前記第2部材の電極は前記第1部材の電極に対して傾斜する螺旋状電極を有し、スキュー値を1.5に設定するようにしたものである。
【0012】
〔4〕上記〔1〕から〔3〕のうちいずれか1項記載の静電アクチュエータにおいて、電極は3相を除く多相とするようにしたものである。
【0013】
〔5〕上記〔1〕記載の静電アクチュエータにおいて、1組の平板からなる静電アクチュエータを複数段に積層して、リニア駆動を行うようにしたものである。
【0014】
〔6〕上記〔2〕記載の静電アクチュエータにおいて、1組の円板からなる静電アクチュエータを複数段に積層して、回転駆動を行うようにしたものである。
【0015】
〔7〕上記〔3〕記載の静電アクチュエータにおいて、1組の円筒状の静電アクチュエータを複数段に積層して、リニア駆動を行うようにしたものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
【0017】
図1は本発明の原理を示す静電アクチュエータの構成図、図2はその静電アクチュエータのスキュー値と推力の関係を表す図である。
【0018】
本発明は3相交流を逆順に接続する駆動方法を用いることにより、従来課題となっていた3相交流の位相変化に対する推力の変動を低減し、制御性の向上を図るものである。従来、固定子電極と移動子電極は平行な状態で駆動していたが、本発明ではこれを傾斜させた状態で駆動する。
【0019】
この傾斜の決定にあたっては、電極の位置関係と3相交流の各電極への印加状況の全てにわたっての状態での推力とモーメントの解析によって行われる。この傾斜の表し方は、移動子の一本の電極に注目して、その電極の一方の端からもう一方の端までの間に固定子の電極をどれだけ跨がせるかを指標にすることで、電極の幅やピッチによらず相対的な位置関係を一様に表すことができる。この値をスキュー値と定義する。
【0020】
解析の結果スキュー値が、1.5、4.3、7.4、10.4、…(以降ほぼ3.0毎)の時に推力の変動が減少することが分かった。
【0021】
また、スキュー値が、4.3、7.4、10.4、13.4、…(以降、ほぼ3.0毎)の時に、その傾斜付近で安定するようにモーメントが働くことがモーメントの解析で分かっている。
【0022】
そこで、図1に示すように、固定子電極1と移動子電極2とに傾斜をつけて、配置したときの移動子の進行方向は、固定子軸線3と移動子軸線4とすると、Aの方向である。また、スキュー値と推力の関係は図2に表されている。
【0023】
図2において、横軸はスキュー値(Skew Factor)、左縦軸はモータの推力を示し、電極平行配置時の引上げ推力を1.0としている。右縦軸はモータの推力のリプル率(%)を示している。
【0024】
図2において、aはリプル率、bは推力の最大値、cは推力の最小値を示している。リプル率aの小さいところが推力変動の小さいところである。推力の最小値cはスキュー値1.5の時は平行な時より大きな値をとる。推力の最小値cは常に発生させ得る最小限の力と言える。スキュー値が増えるに従い、安定傾斜点での推力の最小値は低下していく。これにより、スキュー値1.5の状態を利用することで推力変動が少なく、また、常に出せる力は最大値をとることができる。
【0025】
安定傾斜点ではないスキュー値1.5を利用するには、V字もしくはへの字形の電極を利用することで実現できる。このスキュー値の時は平行電極の傾斜配置だけでは電極が平行になるようにモーメントが働いてしまう。このモーメントを打ち消すように線対称に電極を配置することで、スキュー値1.5で安定させることができる。
【0026】
ここで、本発明の静電アクチュエータとしては、平板型のリニアモータ、円板型の回転モータ、円筒型のリニアモータなどとして実施することができる。
【0027】
以下、それらのモータについて順を追って詳細に説明する。
【0028】
図3は本発明の第1実施例を示す平板型の静電リニアモータの構成図であり、図3(a)はその静電リニアモータの移動子の平面図、図3(b)はその静電リニアモータの固定子の平面図、図3(c)はその静電リニアモータの固定子と移動子を重ね合わせた状態を示す拡大平面図である。
【0029】
図3(b)に示すように、第1部材としての平板からなる固定子11は、絶縁部材12中に等ピッチの3相の平行帯状電極13を埋め込んで構成される。また、図3(a)に示すように、第2部材としての平板からなる移動子14は、絶縁部材15中に等ピッチの傾斜を有する3相の平行帯状電極16を埋め込んで構成される。
【0030】
そこで、図3(c)に示すように、固定子11上に移動子14を重ね合わせると、3相の平行帯状電極13に対して3相の平行帯状電極16は傾斜(スキュー)することになる。
【0031】
これにより、上記したように、静電リニアモータは、固定子と移動子の電極を平行に配置した時より推力変動の少ない滑らかなリニア駆動が得られる。
【0032】
また、スキュー値が1.5の時には常に発生させ得る最低限の力が最大になる(図2参照)。
【0033】
図4は本発明の第2実施例を示す平板型の静電リニアモータの構成図であり、図4(a)はその静電リニアモータの移動子の平面図、図4(b)はその静電リニアモータの固定子の平面図、図4(c)はその静電リニアモータの固定子と移動子を重ね合わせた状態を示す拡大平面図である。
【0034】
図4(b)に示すように、第1部材としての平板からなる固定子21は、絶縁部材22中に等ピッチの3相の平行帯状電極23を埋め込んで構成される。また、図4(a)に示すように、第2部材としての平板からなる移動子24は、絶縁部材25中に、への字もしくはV形で等ピッチの3相の平行帯状電極26を埋め込んで構成される。
【0035】
そこで、図4(c)に示すように、固定子21上に移動子24を重ね合わせると、3相の平行帯状電極23に対して、3相の平行帯状電極26は傾斜(スキュー)することになる。
【0036】
図5は本発明の第3実施例を示す平板型の静電リニアモータの構成図である。
【0037】
この実施例においては、固定子は図示していないが、図3及び図4と同様であり、第1部材としての固定子が、絶縁部材中に等ピッチの3相の平行帯状電極を埋め込んで構成される。
【0038】
つまり、図5に示すように、第2部材としての平板からなる移動子31は、絶縁部材32中にW形で等ピッチの3相の平行帯状電極33を埋め込んで構成される。
【0039】
そこで、固定子上に移動子31を重ね合わせると、固定子の平行帯状電極に対して、3相の平行帯状電極33は傾斜(スキュー)することになる。
【0040】
図6は本発明の第4実施例を示す平板型の静電リニアモータの構成図である。
【0041】
この実施例においても、固定子は図示していないが、図3及び図4と同様であり、第1部材としての固定子が、絶縁部材中に等ピッチの3相の平行帯状電極を埋め込んで構成される。
【0042】
つまり、図6に示すように、第2部材としての移動子34は、絶縁部材35中に直線部36aと、その両側に形成される山の形状部36b,36cを形成する。
【0043】
そこで、固定子上に移動子34を重ね合わせると、固定子の平行帯状電極に対して、3相の平行帯状電極36は傾斜(スキュー)することになる。すなわち、山の形状部36bにスキュー部A,B、山の形状部36cにスキュー部C,Dが形成される。
【0044】
図7は本発明の第5実施例を示す円板型の静電回転型モータの構成図であり、図7(a)はその静電回転型モータの移動子の平面図、図7(b)はその静電回転型モータの固定子の平面図である。
【0045】
図7(b)に示すように、第1部材としての円板からなる固定子41は、絶縁部材42中に放射状で等ピッチの3相の帯状電極43を埋め込んで構成される。また、図7(a)に示すように、第2部材としての円板からなる回転子44が絶縁部材45中に略放射状で等ピッチの傾斜を有する3相の帯状電極46を埋め込んで構成される。
【0046】
そこで、固定子41上に回転子44を重ね合わせると、3相の帯状電極43に対して3相の帯状電極46は傾斜(スキュー)することになる。
【0047】
これにより、上記したように、静電リニアモータは、固定子と回転子の電極を平行に配置した時よりトルク変動の少ない滑らかな回転駆動が得られる。
【0048】
また、スキュー値が1.5の時には常に発生させ得る最低限のトルクが最大になる(図2参照)。
【0049】
なお、上記実施例では、第1部材としての固定子41は円板として示したが、必ずしも円板でなくとも矩形板などでもよいことは言うまでもない。このことは、以下の実施例の円板回転型モータにおいても同様である。
【0050】
図8は本発明の第6実施例を示す円板型の静電回転型モータの構成図であり、図8(a)はその静電回転型モータの回転子の平面図、図8(b)はその静電回転型モータの固定子の平面図である。
【0051】
図8(b)に示すように、第1部材としての円板からなる固定子51は、絶縁部材52中に放射状で等ピッチの3相の帯状電極53を埋め込んで構成される。また、図8(a)に示すように、第2部材としての円板からなる回転子54は、絶縁部材55中にへの字もしくはV形の放射状で等ピッチの3相の帯状電極56を埋め込んで構成される。
【0052】
そこで、固定子51上に回転子54を重ね合わせると、3相の帯状電極53に対して3相の帯状電極56は傾斜(スキュー)することになる。
【0053】
図9は本発明の第7実施例を示す円板型の静電回転型モータの構成図であり、図9(a)はその静電回転型モータの回転子の平面図、図9(b)はその静電回転型モータの固定子の平面図である。
【0054】
図9(b)に示すように、第1部材としての円板からなる固定子61は、絶縁部材62中に放射状で等ピッチの3相の帯状電極63を埋め込んで構成される。また、図9(a)に示すように、第2部材としての円板からなる回転子64が絶縁部材65中にW形で等ピッチの3相の帯状電極66を埋め込んで構成される。
【0055】
そこで、固定子61上に回転子64を重ね合わせると、3相の帯状電極63に対して3相の帯状電極66は傾斜(スキュー)することになる。
【0056】
図10は本発明の第8実施例を示す円板型の静電回転型モータの構成図であり、図10(a)はその静電回転型モータの回転子の平面図、図10(b)はその静電回転型モータの固定子の平面図である。
【0057】
図10(b)に示すように、第1部材としての円板からなる固定子71は、絶縁部材72中に放射状で等ピッチの3相の帯状電極73を埋め込んで構成される。また、図10(a)に示すように、第2部材としての円板からなる回転子74が絶縁部材75中に波形からなる3相の帯状電極76を埋め込んで構成される。
【0058】
そこで、固定子71上に回転子74を重ね合わせると、3相の帯状電極73に対して3相の帯状電極76は傾斜(スキュー)することになる。
【0059】
図11は本発明の第9実施例を示す円板型の静電回転型モータの構成図であり、図11(a)はその静電リニアモータの回転子の平面図、図11(b)はその静電リニアモータの固定子の平面図である。
【0060】
図11(b)に示すように、第1部材としての円板からなる固定子81は、絶縁部材82中に放射状で等ピッチの3相の帯状電極83を埋め込んで構成される。また、図11(a)に示すように、第2部材としての円板からなる回転子84が絶縁部材85中に曲線状からなる3相の帯状電極86を埋め込んで構成される。
【0061】
そこで、固定子81上に回転子84を重ね合わせると、3相の帯状電極83に対して3相の帯状電極86は傾斜(スキュー)することになる。
【0062】
なお、図6に対応するように、円板状の回転子の電極を形成する、つまり回転子の電極は、中央部分は直線部からなり、この直線部の両側に山の形状部からなる放射状帯状電極を有し、回転駆動を行うように構成してもよい。
【0063】
図12は本発明の第10実施例を示す円筒型の静電リニアモータの構成図であり、図12(a)はその静電リニアモータの回転子の斜視図、図12(b)はその静電リニアモータの固定子の斜視図である。
【0064】
図12(b)に示すように、第1部材としての円筒体からなる固定子91は、絶縁部材92中に等ピッチの3相の螺旋状電極93を埋め込んで構成される。また、図12(a)に示すように、固定子91の径より僅かに径が大きい円筒体からなる第2部材としての移動子94が、絶縁部材95中に螺旋状電極93に対して傾斜を有する3相の螺旋状電極96を埋め込んで構成される。
【0065】
そこで、固定子91上に移動子94を重ね合わせると、3相の螺旋状電極93に対して3相の螺旋状電極96は傾斜(スキュー)することになる。
【0066】
図13は本発明の第11実施例を示す円筒型の静電リニアモータの構成図であり、図13(a)はその静電リニアモータの移動子の斜視図、図13(b)はその静電リニアモータの固定子の斜視図である。
【0067】
図13(b)に示すように、第1部材としての円筒体からなる固定子101は、絶縁部材102中に等ピッチの3相の螺旋状電極103を埋め込んで構成される。また、図13(a)に示すように、固定子101の径より僅かに径が大きい円筒体からなる第2部材としての移動子104が、絶縁部材105中に波形の3相の螺旋状電極106を埋め込んで構成される。
【0068】
そこで、固定子101上に移動子104を重ね合わせると、3相の螺旋状電極103に対して3相の螺旋状電極106は傾斜(スキュー)することになる。
【0069】
図14は本発明の第12実施例を示す平板積層型の静電リニアモータの構成図であり、上記した平板型の静電アクチュエータを積層した構造を有する。
【0070】
図14に示すように、上記した平板型の静電アクチュエータの固定子111上に、移動子112を少なくとも一部を重ね合わせて、それらの組を多段に積層する。
【0071】
このように構成することにより、移動子112は、推力変動の少ない滑らかな、かつ高い推力を出力することができ、推力変動の少ない滑らかなリニア駆動を行うことができる。
【0072】
図15は本発明の第13実施例を示す円板積層型の静電回転型モータの構成図であり、上記した円板型の静電アクチュエータを積層した構造を有する。
【0073】
図15に示すように、上記した円板型の静電アクチュエータにおける固定子121上に回転子122を少なくとも一部を重ね合わせて、それらの組を多段に積層する。
【0074】
このように構成することにより、トルク変動の少ない滑らかな、かつ高い回転トルクを出力することができる。
【0075】
なお、この第13実施例においては、固定子121は円板でなく矩形をしているが、円形やその他の形状であってもよい。
【0076】
図16は本発明の第14実施例を示す円筒積層型の静電リニアモータの構成図であり、円筒型の静電アクチュエータを積層した構造を有する。
【0077】
図16に示すように、円筒型の静電アクチュエータにおける固定子131上に移動子132を少なくとも一部を重ね合わせて、それらの組を多段に積層する。
【0078】
このように構成することにより、移動子132は、推力変動の少ない滑らかな、かつ高いトルクを出力可能な静電リニアモータを得ることができる。
【0079】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0080】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【0081】
(1)請求項1記載の発明によれば、静電アクチュエータを構成する平板からなる移動子と固定子の一方のW型の形状部からなる特定の傾斜(スキュー)を持たせることにより、移動子と固定子との位置関係によるリニア駆動における推力の変動を低減し、制御性の向上を図ることができる。
【0082】
(2)請求項2記載の発明によれば、静電アクチュエータを構成する円板からなる移動子と固定子の電極間に特定の傾斜(スキュー)を持たせることにより、移動子と固定子との位置関係による回転駆動における推力の変動を低減し、制御性の向上を図ることができる。
【0083】
(3)請求項3記載の発明によれば、静電アクチュエータを構成する円筒体からなる固定子と円筒体からなる移動子の一方に他方の電極と交差する螺旋状電極を設け、特定の傾斜(スキュー)を持たせることにより、移動子と固定子との位置関係によるリニア駆動における推力の変動を低減し、制御性の向上を図ることができる。
【0084】
(4)請求項4記載の発明によれば、電極に印加する交流を3相に代えて3相を除く多相によって駆動することにより、推力の変動を低減し、制御性の向上を図ることができる。
【0085】
(5)請求項5記載の発明によれば、各段における平板からなる静電アクチュエータの推力の変動を低減し、制御性の向上を図り得る高出力のリニア駆動型の静電アクチュエータを提供することができる。
【0086】
(6)請求項6記載の発明によれば、各段における円板からなる静電アクチュエータのトルクの変動を低減し、制御性の向上を図り得る高出力の回転駆動型の静電アクチュエータを提供することができる。
【0087】
(7)請求項7記載の発明によれば、各段における円筒状静電アクチュエータの推力の変動を低減し、制御性の向上を図り得る高出力のリニア駆動型の静電アクチュエータを提供することができる。
【0088】
このように、本発明によれば、推力乃至はトルクの変動を低減し、推力リプル乃至はトルクリプルの少ない静電アクチュエータを得ることができ、構成が簡単であるにもかかわらず、その効果は著大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理を示す静電アクチュエータの構成図である。
【図2】 本発明の静電アクチュエータのスキュー値と推力の関係を表す図である。
【図3】 本発明の第1実施例を示す平板型の静電リニアモータの構成図である。
【図4】 本発明の第2実施例を示す平板型の静電リニアモータの構成図である。
【図5】 本発明の第3実施例を示す平板型の静電リニアモータの構成図である。
【図6】 本発明の第4実施例を示す平板型の静電リニアモータの構成図である。
【図7】 本発明の第5実施例を示す円板型の静電回転型モータの構成図である。
【図8】 本発明の第6実施例を示す円板型の静電回転型モータの構成図である。
【図9】 本発明の第7実施例を示す円板型の静電回転型モータの構成図である。
【図10】 本発明の第8実施例を示す円板型の静電回転型モータの構成図である。
【図11】 本発明の第9実施例を示す円板型の静電回転型モータの構成図である。
【図12】 本発明の第10実施例を示す円筒型の静電リニアモータの構成図である。
【図13】 本発明の第11実施例を示す円筒型の静電リニアモータの構成図である。
【図14】 本発明の第12実施例を示す平板積層型の静電リニアモータの構成図である。
【図15】 本発明の第13実施例を示す円板積層型の静電回転型モータの構成図である。
【図16】 本発明の第14実施例を示す円筒積層型の静電リニアモータの構成図である。
【図17】 従来の静電アクチュエータの構成図である。
【図18】 従来の静電アクチュエータの電極を示す斜視図である。
【図19】 従来の静電アクチュエータの移動子の位置変化を示す図である。
【符号の説明】
1 固定子電極
2 移動子電極
3 固定子軸線
4 移動子軸線
11,21,41,51,61,71,81,91,101,111,121,131 固定子
12,15,22,25,32,35,42,45,52,55,62,65,72,75,82,85,92,95,102,105 絶縁部材
13,16,23,26,33,36 3相の平行帯状電極
14,24,31,34,94,104,112,132 移動子
44,54,64,74,84,122 回転子
36a 直線部
36b,36c 山の形状部
43,46,53,56,63,66,73,76,83,86 3相の帯状電極
93,96,103,106 3相の螺旋状電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic actuator using a thin film.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as the prior art in such a field, for example, there are the following.
[0003]
As shown in FIG. 17, the electrostatic actuator is composed of
[0004]
As one simple driving method, the inventors of the present application, as illustrated in FIG. A method of applying a three-phase
[0005]
Thereby, with the change of the three-phase alternating current, the potential distribution changes in each of the three-phase electrodes, and the movable element is driven by the electrostatic force. Here, the mover / stator is equivalent, but for the sake of convenience, the fixed side is called the stator and the driven side is called the mover.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The electrostatic actuator is driven by the voltage application as described above, but the thrust generation is not constant with respect to the change in the phase of the three-phase alternating current, and a large fluctuation occurs. For this reason, driving at a constant speed cannot be obtained with respect to application of a constant frequency, and as shown in FIG. 19, the driving is accompanied by a speed change for each electrode pitch, so that a sufficiently smooth driving cannot be obtained. There was a problem.
[0007]
In addition, this makes it difficult to control the position of the mover. Therefore, the driving method for connecting the three-phase AC in reverse order, which is an easy driving method for the electrostatic actuator, has a problem that the controllability is low.
[0008]
The present invention eliminates the above-described problems and provides a specific inclination (skew) between the mover and the stator constituting the electrostatic actuator, thereby reducing the thrust generated by the positional relationship between the mover and the stator. It is an object of the present invention to provide an electrostatic actuator that can reduce fluctuations and improve controllability.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
[1] An electrostatic actuator comprising a flat plate-type first member and a second member, and both the first member and the second member are configured by embedding three-phase electrodes at a predetermined pitch in an insulating member. The electrode of the first member has a linear parallel strip electrode, the electrode of the second member has a W-shaped parallel strip electrode, and the skew value is set to 1.5 .
[0010]
[ 2 ] An electrostatic actuator comprising a first member and a second member, wherein both the first member and the second member are configured by embedding three-phase electrodes at a predetermined pitch in an insulating member. member and second member comprises a disc, one of the electrodes of said member has a radial strip electrode extending from the central portion of the member, the other member electrodes of said members extending from the center of said member It has a straight-line or Ranaru radially parallel strip electrodes which are inclined with respect to the electrode, in which so as to set the skew value to 1.5.
[0011]
[ 3 ] An electrostatic actuator comprising a first member and a second member, wherein both the first member and the second member are formed by embedding three-phase electrodes in a predetermined pitch in an insulating member. The member is a cylindrical body, the second member is a cylindrical body arranged concentrically corresponding to the first member of the cylindrical body, the electrode of the first member has a spiral electrode, The two-member electrode has a spiral electrode inclined with respect to the electrode of the first member, and the skew value is set to 1.5 .
[0012]
[ 4 ] The electrostatic actuator according to any one of [1] to [ 3 ] above, wherein the electrodes are multiphase except for three phases.
[0013]
[5] In the electrostatic actuator described in [1] Symbol mounting, by laminating an electrostatic actuator comprising a pair of flat plates in a plurality of stages, in which to perform the linear drive.
[0014]
[ 6 ] The electrostatic actuator according to [ 2 ] above, wherein the electrostatic actuators made up of a set of discs are stacked in a plurality of stages and are driven to rotate.
[0015]
[ 7 ] In the electrostatic actuator described in [ 3 ], a set of cylindrical electrostatic actuators are stacked in a plurality of stages to perform linear driving.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a configuration diagram of an electrostatic actuator showing the principle of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the skew value and thrust of the electrostatic actuator.
[0018]
The present invention uses a driving method in which three-phase alternating currents are connected in reverse order, thereby reducing fluctuations in thrust with respect to phase changes of three-phase alternating current, which has been a problem in the past, and improving controllability. Conventionally, the stator electrode and the mover electrode are driven in a parallel state, but in the present invention, they are driven in an inclined state.
[0019]
The inclination is determined by analyzing the thrust and moment in a state over all of the positional relationship of the electrodes and the application state of the three-phase alternating current to each electrode. The way of expressing this inclination is to focus on one electrode of the moving element and use as an index how much the stator electrode can be straddled from one end of the electrode to the other end. Thus, the relative positional relationship can be expressed uniformly regardless of the width and pitch of the electrodes. This value is defined as a skew value.
[0020]
As a result of the analysis, it was found that the variation in thrust decreases when the skew value is 1.5, 4.3, 7.4, 10.4,.
[0021]
In addition, when the skew value is 4.3, 7.4, 10.4, 13.4,... (Hereinafter, approximately every 3.0), the moment works so as to stabilize near the inclination. I know by analysis.
[0022]
Therefore, as shown in FIG. 1, when the stator electrode 1 and the
[0023]
In FIG. 2, the horizontal axis indicates the skew value, the left vertical axis indicates the motor thrust, and the pulling thrust when the electrodes are arranged in parallel is 1.0. The right vertical axis represents the motor thrust ripple rate (%).
[0024]
In FIG. 2, a represents the ripple rate, b represents the maximum value of thrust, and c represents the minimum value of thrust. A place where the ripple rate a is small is a place where the thrust fluctuation is small. The minimum value c of the thrust is larger when the skew value is 1.5 than when parallel. It can be said that the minimum value c of thrust is the minimum force that can always be generated. As the skew value increases, the minimum value of thrust at the stable tilt point decreases. Thereby, by using the state having the skew value of 1.5, the fluctuation of the thrust is small, and the force that can always be obtained can take the maximum value.
[0025]
The use of a skew value of 1.5, which is not a stable tilt point, can be realized by using a V-shaped or U-shaped electrode. At this skew value, a moment acts so that the electrodes are parallel only by the inclined arrangement of the parallel electrodes. By arranging the electrodes symmetrically so as to cancel out this moment, the skew can be stabilized at 1.5.
[0026]
Here, the electrostatic actuator of the present invention can be implemented as a flat plate type linear motor, a disk type rotary motor, a cylindrical type linear motor, or the like.
[0027]
Hereinafter, the motors will be described in detail in order.
[0028]
FIG. 3 is a block diagram of a flat-plate electrostatic linear motor showing a first embodiment of the present invention. FIG. 3 (a) is a plan view of a moving element of the electrostatic linear motor, and FIG. FIG. 3C is an enlarged plan view showing a state in which the stator and the movable element of the electrostatic linear motor are overlapped with each other.
[0029]
As shown in FIG. 3B, the stator 11 formed of a flat plate as the first member is configured by embedding three-phase
[0030]
Therefore, as shown in FIG. 3C, when the
[0031]
As a result, as described above, the electrostatic linear motor can achieve smooth linear drive with less thrust fluctuation than when the stator and mover electrodes are arranged in parallel.
[0032]
Further, when the skew value is 1.5, the minimum force that can always be generated is maximized (see FIG. 2).
[0033]
FIG. 4 is a block diagram of a flat-plate electrostatic linear motor showing a second embodiment of the present invention. FIG. 4 (a) is a plan view of a moving element of the electrostatic linear motor, and FIG. FIG. 4C is an enlarged plan view showing a state where the stator and the movable element of the electrostatic linear motor are overlapped with each other.
[0034]
As shown in FIG. 4B, the stator 21 made of a flat plate as the first member is configured by embedding a three-phase
[0035]
Therefore, as shown in FIG. 4C, when the
[0036]
FIG. 5 is a configuration diagram of a flat electrostatic linear motor showing a third embodiment of the present invention.
[0037]
In this embodiment, the stator is not shown, but it is the same as FIG. 3 and FIG. 4, and the stator as the first member embeds the three-phase parallel strip electrodes of equal pitch in the insulating member. Composed.
[0038]
That is, as shown in FIG. 5, the
[0039]
Therefore, when the
[0040]
FIG. 6 is a block diagram of a flat electrostatic linear motor showing a fourth embodiment of the present invention.
[0041]
Also in this embodiment, the stator is not shown, but it is the same as FIG. 3 and FIG. 4, and the stator as the first member embeds the three-phase parallel strip electrodes of equal pitch in the insulating member. Composed.
[0042]
That is, as shown in FIG. 6, the moving
[0043]
Therefore, when the
[0044]
FIG. 7 is a block diagram of a disk-type electrostatic rotary motor showing a fifth embodiment of the present invention. FIG. 7 (a) is a plan view of a slider of the electrostatic rotary motor, and FIG. ) Is a plan view of the stator of the electrostatic rotary motor.
[0045]
As shown in FIG. 7B, a
[0046]
Therefore, when the
[0047]
Thereby, as described above, the electrostatic linear motor can obtain a smooth rotational drive with less torque fluctuation than when the stator and rotor electrodes are arranged in parallel.
[0048]
In addition, the minimum torque that can always be generated when the skew value is 1.5 is maximized (see FIG. 2).
[0049]
In the above embodiment, the
[0050]
FIG. 8 is a block diagram of a disk-type electrostatic rotary motor showing a sixth embodiment of the present invention. FIG. 8 (a) is a plan view of the rotor of the electrostatic rotary motor, and FIG. ) Is a plan view of the stator of the electrostatic rotary motor.
[0051]
As shown in FIG. 8B, the
[0052]
Therefore, when the
[0053]
FIG. 9 is a block diagram of a disk-type electrostatic rotary motor showing a seventh embodiment of the present invention. FIG. 9A is a plan view of the rotor of the electrostatic rotary motor, and FIG. ) Is a plan view of the stator of the electrostatic rotary motor.
[0054]
As shown in FIG. 9B, a
[0055]
Therefore, when the
[0056]
FIG. 10 is a block diagram of a disk-type electrostatic rotary motor showing an eighth embodiment of the present invention. FIG. 10 (a) is a plan view of the rotor of the electrostatic rotary motor, and FIG. ) Is a plan view of the stator of the electrostatic rotary motor.
[0057]
As shown in FIG. 10B, a
[0058]
Therefore, when the
[0059]
FIG. 11 is a block diagram of a disk-type electrostatic rotary motor showing a ninth embodiment of the present invention. FIG. 11 (a) is a plan view of the rotor of the electrostatic linear motor, and FIG. 11 (b). These are the top views of the stator of the electrostatic linear motor.
[0060]
As shown in FIG. 11B, a
[0061]
Therefore, when the
[0062]
As shown in FIG. 6, a disk-shaped rotor electrode is formed, that is, the rotor electrode has a central portion formed of a straight portion, and radial portions formed of mountain-shaped portions on both sides of the straight portion. A belt-like electrode may be provided and rotationally driven.
[0063]
FIG. 12 is a block diagram of a cylindrical electrostatic linear motor showing a tenth embodiment of the present invention. FIG. 12 (a) is a perspective view of the rotor of the electrostatic linear motor, and FIG. It is a perspective view of the stator of an electrostatic linear motor.
[0064]
As shown in FIG. 12B, the
[0065]
Therefore, when the
[0066]
FIG. 13 is a block diagram of a cylindrical electrostatic linear motor showing an eleventh embodiment of the present invention. FIG. 13 (a) is a perspective view of the slider of the electrostatic linear motor, and FIG. It is a perspective view of the stator of an electrostatic linear motor.
[0067]
As shown in FIG. 13B, a
[0068]
Therefore, when the
[0069]
FIG. 14 is a configuration diagram of a flat plate type electrostatic linear motor showing a twelfth embodiment of the present invention, and has a structure in which the flat plate type electrostatic actuators described above are stacked.
[0070]
As shown in FIG. 14, at least a part of the
[0071]
With this configuration, the
[0072]
FIG. 15 is a block diagram of a disk-stacked electrostatic rotary motor showing a thirteenth embodiment of the present invention, and has a structure in which the above-described disk-type electrostatic actuators are stacked.
[0073]
As shown in FIG. 15, at least a part of a rotor 122 is superposed on a stator 121 in the disk-type electrostatic actuator described above, and these sets are laminated in multiple stages.
[0074]
With this configuration, it is possible to output a smooth and high rotational torque with little torque fluctuation.
[0075]
In the thirteenth embodiment, the stator 121 is not a disc but a rectangle, but it may be a circle or other shapes.
[0076]
FIG. 16 is a configuration diagram of a cylindrical laminated electrostatic linear motor showing a fourteenth embodiment of the present invention, and has a structure in which cylindrical electrostatic actuators are laminated.
[0077]
As shown in FIG. 16, at least a part of the movable element 132 is superposed on the stator 131 in the cylindrical electrostatic actuator, and these sets are laminated in multiple stages.
[0078]
By configuring in this way, the movable element 132 can obtain an electrostatic linear motor that can output a smooth and high torque with little thrust fluctuation.
[0079]
In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention, and they are not excluded from the scope of the present invention.
[0080]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0081]
(1) According to the invention of claim 1 Symbol placement, by providing made from one W-like shape portion of the moving element and the stator consisting of a flat plate constituting the electrostatic actuator certain tilt (skew), It is possible to reduce fluctuations in thrust in linear drive due to the positional relationship between the mover and the stator, and to improve controllability.
[0082]
(2) According to the invention described in
[0083]
(3) According to the invention described in claim 3, a spiral electrode that intersects with the other electrode is provided on one of a stator composed of a cylindrical body and a movable body composed of a cylindrical body constituting an electrostatic actuator, and a specific inclination By providing (skew), fluctuations in thrust in linear drive due to the positional relationship between the mover and the stator can be reduced, and controllability can be improved.
[0084]
(4) According to the invention described in
[0085]
(5) According to the invention described in claim 5 , there is provided a high output linear drive type electrostatic actuator capable of reducing fluctuations in thrust of the electrostatic actuator composed of a flat plate in each stage and improving controllability. be able to.
[0086]
(6) According to the invention described in
[0087]
(7) According to the seventh aspect of the present invention, there is provided a high output linear drive type electrostatic actuator capable of reducing fluctuations in thrust of the cylindrical electrostatic actuator at each stage and improving controllability. Can do.
[0088]
Thus, according to the present invention, it is possible to obtain an electrostatic actuator with less thrust ripple or torque ripple and less thrust ripple or torque ripple. It ’s big.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an electrostatic actuator showing the principle of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a skew value and a thrust of the electrostatic actuator of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a flat electrostatic linear motor illustrating a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a flat electrostatic linear motor showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a flat electrostatic linear motor showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a flat electrostatic linear motor showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of a disk-type electrostatic rotary motor showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of a disk-type electrostatic rotary motor showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a disc-type electrostatic rotary motor showing a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram of a disk-type electrostatic rotary motor showing an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a configuration diagram of a disc-type electrostatic rotary motor showing a ninth embodiment of the invention.
FIG. 12 is a configuration diagram of a cylindrical electrostatic linear motor showing a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a configuration diagram of a cylindrical electrostatic linear motor showing an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a configuration diagram of a flat plate type electrostatic linear motor showing a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a block diagram of a disk-stacked electrostatic rotary motor showing a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a configuration diagram of a cylindrical laminated electrostatic linear motor showing a fourteenth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a configuration diagram of a conventional electrostatic actuator.
FIG. 18 is a perspective view showing electrodes of a conventional electrostatic actuator.
FIG. 19 is a diagram showing a change in the position of a moving element of a conventional electrostatic actuator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記第1部材の電極は直線状平行帯状電極を有し、前記第2部材の電極はW型の平行帯状電極を有し、スキュー値を1.5に設定することを特徴とする静電アクチュエータ。In an electrostatic actuator comprising a flat plate-type first member and a second member, both of the first member and the second member being configured by embedding three-phase electrodes at a predetermined pitch in an insulating member,
The electrode of the first member has a linear parallel strip electrode, the electrode of the second member has a W-shaped parallel strip electrode, and the skew value is set to 1.5. .
前記第1部材と第2部材は円板からなり、前記部材の一方の電極は前記部材の中心部から延びる放射状帯状電極を有し、もう一方の部材の電極は前記部材の中心部から延びる前記部材の電極に対して傾斜する直線からなる放射状平行帯状電極を有し、スキュー値を1.5に設定することを特徴とする静電アクチュエータ。An electrostatic actuator comprising a first member and a second member, wherein both the first member and the second member are configured by embedding three-phase electrodes at a predetermined pitch in an insulating member,
The first member and the second member comprises a disc, one of the electrodes of said member has a radial strip electrodes extending from a central portion of the member, the electrodes of the other member extending from a central portion of the member an electrostatic actuator, characterized in that a straight line or Ranaru radially parallel strip electrodes which are inclined with respect to the electrode of the members, to setting the skew value to 1.5.
前記第1部材は円筒体からなり、前記第2部材は前記円筒体の第1部材に対応して同心円状に配置される円筒体からなり、前記第1部材の電極は螺旋状電極を有し、前記第2部材の電極は前記第1部材の電極に対して傾斜する螺旋状電極を有し、スキュー値を1.5に設定することを特徴とする静電アクチュエータ。An electrostatic actuator comprising a first member and a second member, wherein both the first member and the second member are configured by embedding three-phase electrodes at a predetermined pitch in an insulating member,
The first member is a cylindrical body, the second member is a cylindrical body arranged concentrically corresponding to the first member of the cylindrical body, and the electrode of the first member has a spiral electrode The electrode of the second member has a spiral electrode inclined with respect to the electrode of the first member, and the skew value is set to 1.5 .
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