JPH0510914B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0510914B2 JPH0510914B2 JP59065402A JP6540284A JPH0510914B2 JP H0510914 B2 JPH0510914 B2 JP H0510914B2 JP 59065402 A JP59065402 A JP 59065402A JP 6540284 A JP6540284 A JP 6540284A JP H0510914 B2 JPH0510914 B2 JP H0510914B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration
- vibrating body
- conversion element
- electrostrictive element
- vibrating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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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
- H02N2/16—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駆動する回転型の
振動波モータの構造に関する。
振動波モータの構造に関する。
振動波モータは、電歪素子に周波電圧を印加し
たときに生ずる振動運動を回動運動又は一次元運
動に変換するもので、従来の電磁モータに比べて
巻線を必要としないため、構造が簡単で小型にな
り、低速回転時にも高トルクが得られるという利
点があり、近年注目されている。
たときに生ずる振動運動を回動運動又は一次元運
動に変換するもので、従来の電磁モータに比べて
巻線を必要としないため、構造が簡単で小型にな
り、低速回転時にも高トルクが得られるという利
点があり、近年注目されている。
第１図、第２図は従来の振動波モータの駆動原
理を示すもので、第１図は上記モータの振動波の
発生状態を示している。振動体１（通常は金属）
に接着された電歪素子２ａ，２ｂは、振動体１の
片側、適度に離れた所に、空間的にλ／４の位相
ずれを満足するように配置されている。
理を示すもので、第１図は上記モータの振動波の
発生状態を示している。振動体１（通常は金属）
に接着された電歪素子２ａ，２ｂは、振動体１の
片側、適度に離れた所に、空間的にλ／４の位相
ずれを満足するように配置されている。
振動体１を電歪素子２ａ，２ｂの一方の電極と
し、電歪素子２ａには、交流電源３ａからＶ＝
V0sinωt、電歪素子２ｂには90°移相器３ｂを通し
てλ／４位相のずれたＶ＝V0sin（ωt±π／２）
の交流電圧を印加する前記式中の（＋）（−）が
移動体５を動かす方向によつて移相器３ｂで切換
えられる。今、（−）側に切換えてあり、電歪素
子２ｂにはＶ＝V0sin（ωt−π／２）の電圧が印
加されているとする。電歪素子２ａだけが単独で
電圧Ｖ＝V0sinωtにより振動した場合は、同図ａ
に示すような定在波による振動が起り、電歪素子
２ｂだけが単独で電圧Ｖ＝V0sin（ωt−π／２）
により振動した場合は、同図ｂに示すような定在
波による振動が起る。上記位相のずれた２つの交
流電圧を同時に各々の電歪素子２ａ，２ｂに印加
すると振動波は進行性になる。(イ)は時間ｔ＝
2nπ／ω、(ロ)はｔ＝π／2ω＋2nπ／ω、(ハ)はｔ＝
π／ω＋2nπ／ω、(ニ)はｔ＝3π／2ω＋2nπ／ωの
時のもので、振動波の波面はｘ方向に進行する。
し、電歪素子２ａには、交流電源３ａからＶ＝
V0sinωt、電歪素子２ｂには90°移相器３ｂを通し
てλ／４位相のずれたＶ＝V0sin（ωt±π／２）
の交流電圧を印加する前記式中の（＋）（−）が
移動体５を動かす方向によつて移相器３ｂで切換
えられる。今、（−）側に切換えてあり、電歪素
子２ｂにはＶ＝V0sin（ωt−π／２）の電圧が印
加されているとする。電歪素子２ａだけが単独で
電圧Ｖ＝V0sinωtにより振動した場合は、同図ａ
に示すような定在波による振動が起り、電歪素子
２ｂだけが単独で電圧Ｖ＝V0sin（ωt−π／２）
により振動した場合は、同図ｂに示すような定在
波による振動が起る。上記位相のずれた２つの交
流電圧を同時に各々の電歪素子２ａ，２ｂに印加
すると振動波は進行性になる。(イ)は時間ｔ＝
2nπ／ω、(ロ)はｔ＝π／2ω＋2nπ／ω、(ハ)はｔ＝
π／ω＋2nπ／ω、(ニ)はｔ＝3π／2ω＋2nπ／ωの
時のもので、振動波の波面はｘ方向に進行する。
このような進行性の振動波は縦波と横波を伴な
つており、第２図に示すように振動体１の質点Ａ
について着目すると、縦振幅ｕと横振幅ｗで反時
計方向の回転楕円運動をしている。振動体１の表
面には移動体５が加圧接触しており振動面の頂点
にだけ接触することになるから（実際には、ある
幅をもつて面接触している）、頂点における質点
Ａ，A′、…の楕円運動の縦振幅ｕの成分に駆動
され、移動体５は矢印Ｎ方向に移動する。90°移
相器により＋90°位相をずらせば振動波は−ｘ方
向に進行し、移動体５はＮ方向と逆向きに移動す
る。
つており、第２図に示すように振動体１の質点Ａ
について着目すると、縦振幅ｕと横振幅ｗで反時
計方向の回転楕円運動をしている。振動体１の表
面には移動体５が加圧接触しており振動面の頂点
にだけ接触することになるから（実際には、ある
幅をもつて面接触している）、頂点における質点
Ａ，A′、…の楕円運動の縦振幅ｕの成分に駆動
され、移動体５は矢印Ｎ方向に移動する。90°移
相器により＋90°位相をずらせば振動波は−ｘ方
向に進行し、移動体５はＮ方向と逆向きに移動す
る。
この振動波モータを使つて回転運動を起こさせ
るような回転型振動波モータの構造を第３図に示
す。第４図はその断面図である。第３図において
１１は主に金属よりなる弾性を有する振動体、１
２は振動体１１に接合される電歪素子、１５は振
動体１１に加圧接触する移動体、１６は回転円板
（回転軸）、１７は振動体１１を支持する吸振体、
１８は固定体である。
るような回転型振動波モータの構造を第３図に示
す。第４図はその断面図である。第３図において
１１は主に金属よりなる弾性を有する振動体、１
２は振動体１１に接合される電歪素子、１５は振
動体１１に加圧接触する移動体、１６は回転円板
（回転軸）、１７は振動体１１を支持する吸振体、
１８は固定体である。
電歪素子２と同様の構造よりなる電歪素子１２
に外部電源より周波電圧を印加し、振動体１１が
共振するような駆動周波数とする。バネ２０によ
りスラスト軸受９を介して振動体１１に加圧接触
する移動体１５には摩擦力が作用し、移動体１５
に接合されている回転軸１６は回転する。固定カ
バー２１はビス２２により固定体１８に固定さ
れ、電歪素子１２と固定体１８の間に吸振体１７
を挿入する事で振動体１１の超音波振動を固定体
１８に伝えないような構造となつている。
に外部電源より周波電圧を印加し、振動体１１が
共振するような駆動周波数とする。バネ２０によ
りスラスト軸受９を介して振動体１１に加圧接触
する移動体１５には摩擦力が作用し、移動体１５
に接合されている回転軸１６は回転する。固定カ
バー２１はビス２２により固定体１８に固定さ
れ、電歪素子１２と固定体１８の間に吸振体１７
を挿入する事で振動体１１の超音波振動を固定体
１８に伝えないような構造となつている。
しかしながら、この振動波モータを回転させた
際には振動体１１がリング状をなしているため、
第２図に示す様なモードの振動をするだけではな
く、振動体１１がリング面に垂直な方向に曲げ振
動を生じるとともにリング面の円周方向のまわり
に第５図に示す様なねじりが発生し、リング面に
垂直な曲げ振動とリング面の円周方向のまわりの
ねじりがともに発生する。ここで振動波モータに
おいてはリング面に垂直な方向に生じる曲げ振動
による進行波を利用して移動体１５を駆動してい
たためリング面の円周方向のまわりに発生する振
動のねじり成分による進行波を有効に利用してい
なかつたため、円周方向のまわりに発生する振動
のねじり成分のエネルギーが損失することになつ
た。
際には振動体１１がリング状をなしているため、
第２図に示す様なモードの振動をするだけではな
く、振動体１１がリング面に垂直な方向に曲げ振
動を生じるとともにリング面の円周方向のまわり
に第５図に示す様なねじりが発生し、リング面に
垂直な曲げ振動とリング面の円周方向のまわりの
ねじりがともに発生する。ここで振動波モータに
おいてはリング面に垂直な方向に生じる曲げ振動
による進行波を利用して移動体１５を駆動してい
たためリング面の円周方向のまわりに発生する振
動のねじり成分による進行波を有効に利用してい
なかつたため、円周方向のまわりに発生する振動
のねじり成分のエネルギーが損失することになつ
た。
したがつて振動波モータの効率が低下するとい
う欠点があつた。
う欠点があつた。
更には振動体１１のリング面の円周方向のまわ
りの振動のねじり成分の振幅は第５図に示すよう
にリング面の内径側から外径側にうつるにつれて
大きくなるため振動体１１の表面上に発生する質
点の楕円運動は内径側から外径側に行くに従つて
大きくなる。その結果移動体１５がおもにリング
面の外径側の部分に接触し、振動体１１のリング
面の内径側の部分には接触しなくなる。
りの振動のねじり成分の振幅は第５図に示すよう
にリング面の内径側から外径側にうつるにつれて
大きくなるため振動体１１の表面上に発生する質
点の楕円運動は内径側から外径側に行くに従つて
大きくなる。その結果移動体１５がおもにリング
面の外径側の部分に接触し、振動体１１のリング
面の内径側の部分には接触しなくなる。
すなわち移動体１５と振動体１１の接触面積は
実質的に小さくなり振動体１の進行波が移動体１
５に伝わる効率が低下して充分な出力が得られな
くなるという欠点があつた。
実質的に小さくなり振動体１の進行波が移動体１
５に伝わる効率が低下して充分な出力が得られな
くなるという欠点があつた。
この点に鑑みてリング面の円周方向のまわりの
振幅のねじり成分の振動をモータの駆動に用いる
のではなく、リング面へ面内の曲げ振動を利用し
て移動体を駆動させる方法が考えられている。リ
ング面の面内の曲げ振動を第６図を用いて説明す
る。
振幅のねじり成分の振動をモータの駆動に用いる
のではなく、リング面へ面内の曲げ振動を利用し
て移動体を駆動させる方法が考えられている。リ
ング面の面内の曲げ振動を第６図を用いて説明す
る。
第６図は振動体１１と電歪素子１２のリング面
内の曲げ振動を示す図で、振動体１１の固有振動
モードを有限要素法で解析した図である。（波数
が３の場合）第６図において１１′は振動体で有
限要素法で解析する微小単位を格子に分割して描
いてある。１１″は振動体１１′が面内曲げ振動を
起こしていることを示しており、振動体の内側と
外側のみ示してある。第６図では振動体１１の面
内曲げ振動をわかりやすく表現するため面内曲げ
振動の振幅の大きさを誇張してある。尚面内振動
を起こすのに適した周波数2は下式で求められ
る。
内の曲げ振動を示す図で、振動体１１の固有振動
モードを有限要素法で解析した図である。（波数
が３の場合）第６図において１１′は振動体で有
限要素法で解析する微小単位を格子に分割して描
いてある。１１″は振動体１１′が面内曲げ振動を
起こしていることを示しており、振動体の内側と
外側のみ示してある。第６図では振動体１１の面
内曲げ振動をわかりやすく表現するため面内曲げ
振動の振幅の大きさを誇張してある。尚面内振動
を起こすのに適した周波数2は下式で求められ
る。
ここで、Ａ；振動体の断面図、Ｅ；ヤング率、
ｎ；振動の波数、ｒ；振動体リングの半径、ｖ；
ポアソン比、Ip；断面２次極モーメント、Iy；ｙ
軸に関する断面２次モーメントである。従来用い
られた振動子の電歪素子１２の配置方法は第７図
に示される。尚第７図は電歪素子１２の配置を示
す平面図である。第７図において0°位相極を１２
ａが±90°位相極を１２ｂが示して、それぞれ
λ／４離れていて、この場合は波数６の例を示し
ている。
ｎ；振動の波数、ｒ；振動体リングの半径、ｖ；
ポアソン比、Ip；断面２次極モーメント、Iy；ｙ
軸に関する断面２次モーメントである。従来用い
られた振動子の電歪素子１２の配置方法は第７図
に示される。尚第７図は電歪素子１２の配置を示
す平面図である。第７図において0°位相極を１２
ａが±90°位相極を１２ｂが示して、それぞれ
λ／４離れていて、この場合は波数６の例を示し
ている。
しかしながら従来の電歪素子１２の配置方法で
は第６図に示した面内曲げ振動の振幅が大きくな
らないという欠点があつた。したがつて効率を向
上させることができず、また出力も大きくするこ
とができなかつたという欠点があつた。
は第６図に示した面内曲げ振動の振幅が大きくな
らないという欠点があつた。したがつて効率を向
上させることができず、また出力も大きくするこ
とができなかつたという欠点があつた。
本発明はこの点に鑑みて振動子の面内曲げ振動
を起しやすく電歪素子を配置した振動波モータを
提供することを目的とするものである。
を起しやすく電歪素子を配置した振動波モータを
提供することを目的とするものである。
第８図は本発明の一実施例の振動波モータの断
面図で、第９図は電気−機械エネルギー変換素子
としての電歪素子１１２の配置を示す平面図であ
る。第８図において１１２は電歪素子、３１は振
動体で、移動体３５が接触する内径面３１ａ、内
径面３１ａと対向位置に設けられた外径面３１
ｂ、電歪素子１１２が接着される平面部３１ｃを
有し、平面部３１ｃは内側の電歪素子が接着され
る内周側３１ｅと、外側に配置された電歪素子が
接着される外周側３１ｄとを有している。３６は
回転円板でその他の第４図と同じ要素については
説明を省略する。第９図において0°位相極を１１
２ａが±90°位相極を１１２ｂが示して、それぞ
れλ／４離れているのは第７図に示す従来例と同
じである。これも波数６の例である。但し、内・
外２列に、分極方向の異なる電歪素子の配置とし
ている点が異なる。従つて、外側の電歪素子が長
方方向に伸びる時、内側の電歪素子が縮み、外側
の電歪素子が縮む時、内側の電歪素子が伸びるの
で、リング面内の曲げ振動が発生し易くなる。
面図で、第９図は電気−機械エネルギー変換素子
としての電歪素子１１２の配置を示す平面図であ
る。第８図において１１２は電歪素子、３１は振
動体で、移動体３５が接触する内径面３１ａ、内
径面３１ａと対向位置に設けられた外径面３１
ｂ、電歪素子１１２が接着される平面部３１ｃを
有し、平面部３１ｃは内側の電歪素子が接着され
る内周側３１ｅと、外側に配置された電歪素子が
接着される外周側３１ｄとを有している。３６は
回転円板でその他の第４図と同じ要素については
説明を省略する。第９図において0°位相極を１１
２ａが±90°位相極を１１２ｂが示して、それぞ
れλ／４離れているのは第７図に示す従来例と同
じである。これも波数６の例である。但し、内・
外２列に、分極方向の異なる電歪素子の配置とし
ている点が異なる。従つて、外側の電歪素子が長
方方向に伸びる時、内側の電歪素子が縮み、外側
の電歪素子が縮む時、内側の電歪素子が伸びるの
で、リング面内の曲げ振動が発生し易くなる。
第１０図は、移動体４５ａ，４５ｂ、振動体４
１ａ，４１ｂ、電歪素子１１２よりなる摩擦駆動
部の断面を示す断面図、第１０図ａが、振動体の
内径面を移動体との接触面とする例、第１０図ｂ
が、振動体の外径面を移動体との接触面とする例
である。第１０図に示した実施例に依れば、振動
体の内径面又は外径面を、移動体との接触面と
し、リング面内の振動を駆動に用いる事ができ
る。実際は、第１０図に示す様に、接触面はリン
グ面に対してある傾きを持ち、自動調心性を持た
せてある。
１ａ，４１ｂ、電歪素子１１２よりなる摩擦駆動
部の断面を示す断面図、第１０図ａが、振動体の
内径面を移動体との接触面とする例、第１０図ｂ
が、振動体の外径面を移動体との接触面とする例
である。第１０図に示した実施例に依れば、振動
体の内径面又は外径面を、移動体との接触面と
し、リング面内の振動を駆動に用いる事ができ
る。実際は、第１０図に示す様に、接触面はリン
グ面に対してある傾きを持ち、自動調心性を持た
せてある。
以上説明した様に、振動体の内径又は外径面を
移動体との接触面とし、リング面内の曲げ振動の
発生し易い電歪素子の配置にする事で、リング面
内の曲げ振動を効率よく駆動に利用し、振動体の
厚さに応じて前記接触面積を拡大できるので、高
出力が得られる。また、前記接触面がリング面に
対して傾いているので、自動調心性を有し、回転
ムラの少ない安定した出力が得られる。
移動体との接触面とし、リング面内の曲げ振動の
発生し易い電歪素子の配置にする事で、リング面
内の曲げ振動を効率よく駆動に利用し、振動体の
厚さに応じて前記接触面積を拡大できるので、高
出力が得られる。また、前記接触面がリング面に
対して傾いているので、自動調心性を有し、回転
ムラの少ない安定した出力が得られる。
更に、平板状の電歪素子を用いるので簡単な構
造ですむ。尚、３１，４１ａ，４１ｂ…振動体、
３５，４５ａ，４５ｂ…接触体、１１２，１１２
ａ，１１２ｂ…電気−機械エネルギー変換素子、
３ａ，３ｂ…周波電圧印加手段の夫々を形成す
る。
造ですむ。尚、３１，４１ａ，４１ｂ…振動体、
３５，４５ａ，４５ｂ…接触体、１１２，１１２
ａ，１１２ｂ…電気−機械エネルギー変換素子、
３ａ，３ｂ…周波電圧印加手段の夫々を形成す
る。
第１図、第２図は振動波モータの駆動原理説明
図、第３図、第４図はそれぞれ従来例の斜視図及
び断面図、第５図は従来の振動波モータの振動
体、移動体の振動を示す断面図、第６図は振動体
１１と電歪素子１２のリング面内の曲げ振動を示
す図、第７図は従来の電歪素子の配置方法を示す
図、第８図は本発明の一実施例の振動波モータの
断面図、第９図は本発明の電歪素子の配置方法を
示す図、第１０図は移動体、振動体、電歪素子か
らなる摩擦駆動部の断面を示す断面図である。 １，１１，３１，４１ａ，４１ｂは振動体、
５，１５，３５，４５ａ，４５ｂは移動体、２，
１２，１１２は電歪素子、１７は吸振体である。
図、第３図、第４図はそれぞれ従来例の斜視図及
び断面図、第５図は従来の振動波モータの振動
体、移動体の振動を示す断面図、第６図は振動体
１１と電歪素子１２のリング面内の曲げ振動を示
す図、第７図は従来の電歪素子の配置方法を示す
図、第８図は本発明の一実施例の振動波モータの
断面図、第９図は本発明の電歪素子の配置方法を
示す図、第１０図は移動体、振動体、電歪素子か
らなる摩擦駆動部の断面を示す断面図である。 １，１１，３１，４１ａ，４１ｂは振動体、
５，１５，３５，４５ａ，４５ｂは移動体、２，
１２，１１２は電歪素子、１７は吸振体である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 振動体３１，４１ａ，４１ｂと、接触体３
５，４５ａ，４５ｂと、周波電圧印加手段３ａ，
３ｂとを有する振動波モータであつて、 振動体３１，４１ａ，４１ｂは、リング状で、
平面部３１ｃと、内径面３１ａと、外径面３１ｂ
とを有し、平面部３１ｃに電気−機械エネルギー
変換素子１１２，１１２ａ，１１２ｂが接着され
ており、 変換素子１１２，１１２ａ，１１２ｂは、第
１、第２電気−機械エネルギー変換素子群からな
り、第１変換素子群は、振動体の平面部３１ｅの
外周側３１ｄに配置され、第２変換素子群は、内
周側３１ｅに配置され、かつ第１、第２変換素子
群における対応する領域の分極方向が異なつてい
るものであり、 接触体３５，４５ａ，４５ｂは、振動体３１，
４１ａ，４１ｂの内径面３１ａ又は外径面３１ｂ
に接触して駆動されるものであり、 周波電圧印加手段３ａ，３ｂは、第１、第２変
換素子群１１２，１１２ａ，１１２ｂの夫々に電
圧を印加して、第１、第２変換素子群により振動
体３１，４１ａ，４１ｂに面内曲げ振動の進行性
振動波が発生するものである 振動波モータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59065402A JPS60210175A (ja) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | 振動波モ−タ |
| US07/143,238 US4831305A (en) | 1984-04-02 | 1988-01-07 | Vibration wave motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59065402A JPS60210175A (ja) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | 振動波モ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60210175A JPS60210175A (ja) | 1985-10-22 |
| JPH0510914B2 true JPH0510914B2 (ja) | 1993-02-12 |
Family
ID=13285981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59065402A Granted JPS60210175A (ja) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | 振動波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60210175A (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU805475A1 (ru) * | 1978-05-12 | 1981-02-15 | Специальное Проектно-Конструкторскоеи Технологическое Бюро Малых Электри-Ческих Машин Производственного Объеди-Нения "Эльфа" | Вибродвигатель |
| JPS55145575A (en) * | 1979-04-24 | 1980-11-13 | Sp Pk I Tekunorogichiesukoe Bi | Vibrating motor |
| JPS59183087A (ja) * | 1983-04-02 | 1984-10-18 | Shinsei Kogyo:Kk | 表面波モ−タ |
| JPS60190178A (ja) * | 1984-03-08 | 1985-09-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電モ−タ |
-
1984
- 1984-04-02 JP JP59065402A patent/JPS60210175A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60210175A (ja) | 1985-10-22 |
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