JPH07108105B2 - 超音波モータの駆動方法 - Google Patents
超音波モータの駆動方法Info
- Publication number
- JPH07108105B2 JPH07108105B2 JP60195102A JP19510285A JPH07108105B2 JP H07108105 B2 JPH07108105 B2 JP H07108105B2 JP 60195102 A JP60195102 A JP 60195102A JP 19510285 A JP19510285 A JP 19510285A JP H07108105 B2 JPH07108105 B2 JP H07108105B2
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- ultrasonic
- motor
- rotor
- stator
- ultrasonic motor
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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】 産業上の利用分野 この発明は超音波振動を駆動源とした超音波モータ或い
は超音波リニヤモータに関するものである。
は超音波リニヤモータに関するものである。
従来の技術 超音波振動を利用したモータに関しては、すでに各種の
構造、原理の特許或いは学会発表がなされている。それ
らの技術の基本は圧電体に電圧を印加した時に生ずる、
延び、或いは縮みを利用したものである。円環或いは円
板状の圧電体に毎秒数十キロヘルツの電界を印加し、そ
の時圧電体に生ずる機械的変位を、摩擦力を介して外部
に取出す事を基本としている。
構造、原理の特許或いは学会発表がなされている。それ
らの技術の基本は圧電体に電圧を印加した時に生ずる、
延び、或いは縮みを利用したものである。円環或いは円
板状の圧電体に毎秒数十キロヘルツの電界を印加し、そ
の時圧電体に生ずる機械的変位を、摩擦力を介して外部
に取出す事を基本としている。
更に円板状圧電体を直線化したリニヤーモータも報告さ
れ同様の駆動原理で動く。
れ同様の駆動原理で動く。
発明が解決しようとする問題点 上記のような超音波モータは多くの欠点を有していて、
未だに実用化の報告はない。超音波モータの特性は直流
モータの特性に似ており、加えられる負荷或いは、モー
タの印加される電圧により、回転数が変化する。その結
果回転角、移動距離が一定ではなくなり一定に保つため
には何らかの手段を用い、外部より制御する必要があ
る。しかし、外部に回転数検出器を付加することは、超
音波モータの動作のためのコストアップとなるため、こ
のような使い方は適していないと思われていた。
未だに実用化の報告はない。超音波モータの特性は直流
モータの特性に似ており、加えられる負荷或いは、モー
タの印加される電圧により、回転数が変化する。その結
果回転角、移動距離が一定ではなくなり一定に保つため
には何らかの手段を用い、外部より制御する必要があ
る。しかし、外部に回転数検出器を付加することは、超
音波モータの動作のためのコストアップとなるため、こ
のような使い方は適していないと思われていた。
超音波モータにおいて速度制御するか或いは外部信号に
応じて回転角で動く機能を持たせる事は、超音波モータ
の応用範囲を大幅に広げることが可能となるが、安価に
高精度の位置あるいは速度制御ができる超音波モータを
実現する技術が存在していなかった。
応じて回転角で動く機能を持たせる事は、超音波モータ
の応用範囲を大幅に広げることが可能となるが、安価に
高精度の位置あるいは速度制御ができる超音波モータを
実現する技術が存在していなかった。
問題点を解決するための手段 駆動用の超音波振動の波数を計測すると同時に、超音波
モータに設けた回転数検出器の出力信号の波数を計測
し、超音波モータの回転速度から回転数検出器の出力信
号の波数と超音波振動の振動回数の関係から、回転数検
出器の出力信号の１分解能である信号間を、超音波振動
の波数により補間することにより、超音波モータの位置
あるいは速度を制御する。
モータに設けた回転数検出器の出力信号の波数を計測
し、超音波モータの回転速度から回転数検出器の出力信
号の波数と超音波振動の振動回数の関係から、回転数検
出器の出力信号の１分解能である信号間を、超音波振動
の波数により補間することにより、超音波モータの位置
あるいは速度を制御する。
作用 ステータに励振する超音波振動の波数を計測すると同時
に、超音波モータに設けた回転数検出器の出力信号の波
数を計測し、回転数検出器の出力信号の波数と超音波振
動の波数の関係から、回転数検出器の出力信号の信号間
を超音波振動の波数により補間することにより、超音波
モータの速度あるいは回転角を制御する。
に、超音波モータに設けた回転数検出器の出力信号の波
数を計測し、回転数検出器の出力信号の波数と超音波振
動の波数の関係から、回転数検出器の出力信号の信号間
を超音波振動の波数により補間することにより、超音波
モータの速度あるいは回転角を制御する。
実施例 超音波駆動モータは、超音波振動を駆動力として利用し
たもので、毎秒数十キロヘルツ以上の可聴周波数で、ス
テーターを振動させ、ステーター表面の極く微小の機械
送りをモータの駆動力とするものである。１振動当りの
送り量は１ミクロン内外と極くわずかな送り量である
が、数多くの回数を送るため、毎分数百回転の回転数が
得られている。
たもので、毎秒数十キロヘルツ以上の可聴周波数で、ス
テーターを振動させ、ステーター表面の極く微小の機械
送りをモータの駆動力とするものである。１振動当りの
送り量は１ミクロン内外と極くわずかな送り量である
が、数多くの回数を送るため、毎分数百回転の回転数が
得られている。
本発明は、比較的分解能の低い回転数検出器を用い、そ
の１分解能の間をステータに励振する超音波振動の波数
即ち駆動用交流電界の波数で補間することにより、超音
波モータの位置あるいは速度を高精度に制御することを
可能にするものである。
の１分解能の間をステータに励振する超音波振動の波数
即ち駆動用交流電界の波数で補間することにより、超音
波モータの位置あるいは速度を高精度に制御することを
可能にするものである。
毎分一例として毎分360回転の回転数で動いているモー
タは、１秒間に６回転している。いまこの超音波モータ
のステータを30kHzの振動数で駆動しているとすれば、
ロータの１回転に要する超音波振動の振動数（波数）
は、 30k÷６＝5k となり、即ちロータを１回転させるのに要する超音波振
動の波数は5000波となる。これより、１波当りの送り量
（ロータの移動量）は、 360°÷5000＝0.072° となり、これはステータの超音波振動の１回の振動で0.
072°の送りをしていることを示している。
タは、１秒間に６回転している。いまこの超音波モータ
のステータを30kHzの振動数で駆動しているとすれば、
ロータの１回転に要する超音波振動の振動数（波数）
は、 30k÷６＝5k となり、即ちロータを１回転させるのに要する超音波振
動の波数は5000波となる。これより、１波当りの送り量
（ロータの移動量）は、 360°÷5000＝0.072° となり、これはステータの超音波振動の１回の振動で0.
072°の送りをしていることを示している。
超音波駆動モータが正確に回転するためには、超音波振
動の開始と同時に正しくスタートし、停止時にも正しく
停止することが条件となる。従来のモータではこの様な
概念は成立しなかった。
動の開始と同時に正しくスタートし、停止時にも正しく
停止することが条件となる。従来のモータではこの様な
概念は成立しなかった。
これらの要求を比較的満足したモータとして、パルスモ
ータ或いはステップモータがあるが、磁気的結合力で行
うためのギャップ数が有限であるため、動きが連続とな
らず、コギングと言われる振動を伴ない、使い難い。
ータ或いはステップモータがあるが、磁気的結合力で行
うためのギャップ数が有限であるため、動きが連続とな
らず、コギングと言われる振動を伴ない、使い難い。
パルスモータはパルスの応答速度が大きく取れず、高速
応答特性を有するパルスモータが求められていた。
応答特性を有するパルスモータが求められていた。
超音波モータの駆動においては、超音波振動の発生が、
直接モータトルクの発生となる。さらに超音波振動の停
止がブレーキ作用として瞬時に作動するため、即座に停
止する事が特徴である。
直接モータトルクの発生となる。さらに超音波振動の停
止がブレーキ作用として瞬時に作動するため、即座に停
止する事が特徴である。
つぎに本発明による超音波モータの実施例を示す。第１
図において、１は回転取り出し部であるロータ、２は超
音波振動を発生しモータの駆動部となるステータであ
り、金属、セラミック等の弾性体に圧電体３を貼合わせ
て構成している。４はモータの固定台を示す。超音波モ
ータの速度或いは位置検出用のエンコーダ５は、ロータ
１に取付けられている。６は光学的検出用の発光ダイオ
ードおよびフォトダイオードを含む検出器を示す。検出
器６の発光ダイオードより出た光はエンコーダ５で反射
され検出器６のフォトダイオードで受光される。
図において、１は回転取り出し部であるロータ、２は超
音波振動を発生しモータの駆動部となるステータであ
り、金属、セラミック等の弾性体に圧電体３を貼合わせ
て構成している。４はモータの固定台を示す。超音波モ
ータの速度或いは位置検出用のエンコーダ５は、ロータ
１に取付けられている。６は光学的検出用の発光ダイオ
ードおよびフォトダイオードを含む検出器を示す。検出
器６の発光ダイオードより出た光はエンコーダ５で反射
され検出器６のフォトダイオードで受光される。
第１図に示す実施例では、エンコーダ５として360°を1
024分割してスリットを設けた構造体をステータ２内に
捜入した位置でロータ１と一体化している。
024分割してスリットを設けた構造体をステータ２内に
捜入した位置でロータ１と一体化している。
超音波モータの特徴は先に記したように、その立上り、
停止、の応答性に特徴されるが、第２図に回転、停止の
電流電圧波形を示す。横軸は時間軸を示し、たて軸は出
力波形を示す。第２図は回転数200r.p.m.、トルク100g-
cwの負荷での特性であるが、超音波モータの停止特性が
いかに優れているかが示されている。
停止、の応答性に特徴されるが、第２図に回転、停止の
電流電圧波形を示す。横軸は時間軸を示し、たて軸は出
力波形を示す。第２図は回転数200r.p.m.、トルク100g-
cwの負荷での特性であるが、超音波モータの停止特性が
いかに優れているかが示されている。
第２図において、（ａ）は立上り時の電圧、電流特性を
示し、（ｂ）は立下り時の電圧、電流特性を示す。この
両者のデータがロータリ、エンコーダでの計測と一致す
る事により、計測データが正しい事が確認された。
示し、（ｂ）は立下り時の電圧、電流特性を示す。この
両者のデータがロータリ、エンコーダでの計測と一致す
る事により、計測データが正しい事が確認された。
第２図において、上記エンコーダの１パルスの出力間
に、超音波駆動の波数は200波程度であるが、これは本
願明細書の第４ページに一例として記載した30kHzの交
流電界で超音波モータを駆動した時に、超音波モータの
回転数が8.789rpmになる時に相当する。これを説明する
と、超音波モータの毎秒の回転数は、 8.789÷60＝0.1465rps 従って、ロータ１の１回転に要する超音波振動の波数
は、 30k÷0.1465＝204.78k となり、即ちロータの１回転させるのに要する超音波振
動の波数は204780波となる。これより、ロータリーエン
コーダの１パルス当りの超音波振動の波数は、 204780÷1024＝200 となる。
に、超音波駆動の波数は200波程度であるが、これは本
願明細書の第４ページに一例として記載した30kHzの交
流電界で超音波モータを駆動した時に、超音波モータの
回転数が8.789rpmになる時に相当する。これを説明する
と、超音波モータの毎秒の回転数は、 8.789÷60＝0.1465rps 従って、ロータ１の１回転に要する超音波振動の波数
は、 30k÷0.1465＝204.78k となり、即ちロータの１回転させるのに要する超音波振
動の波数は204780波となる。これより、ロータリーエン
コーダの１パルス当りの超音波振動の波数は、 204780÷1024＝200 となる。
従って、正確な位置はロータリー・エンコーダの出力に
より知り、ロータリー・エンコーダの１出力パルスの間
では、ステータ２の超音波振動の波数を位置信号として
使用することにより、ロータリー・エンコーダの分解能
を200倍に高めることができる。即ち、実施例では理論
的には 360÷1024÷200＝0.00176° の分解能が実現できるが、実際には0.01°の分解能が実
現できた。
より知り、ロータリー・エンコーダの１出力パルスの間
では、ステータ２の超音波振動の波数を位置信号として
使用することにより、ロータリー・エンコーダの分解能
を200倍に高めることができる。即ち、実施例では理論
的には 360÷1024÷200＝0.00176° の分解能が実現できるが、実際には0.01°の分解能が実
現できた。
つまり、通常はロータリー・エンコーダの出力を位置あ
るいは速度制御をするための位置あるいは速度信号とし
て用い、ロータリー・エンコーダの１出力パルスの間で
は、ステータ２の超音波振動の波数を位置あるいは速度
信号として使用することにより、分解能の低いロータリ
ー・エンコーダを用いた場合でも、精度の高い位置ある
いは速度制御が可能な超音波モータが実現できる。
るいは速度制御をするための位置あるいは速度信号とし
て用い、ロータリー・エンコーダの１出力パルスの間で
は、ステータ２の超音波振動の波数を位置あるいは速度
信号として使用することにより、分解能の低いロータリ
ー・エンコーダを用いた場合でも、精度の高い位置ある
いは速度制御が可能な超音波モータが実現できる。
実験は40000回転に亘り各累積回転数と設定値からのズ
レとで評価したが、累積誤差としては1/40000以下とな
った。この結果より360°の設定範囲内で0.01°以内の
精度で停止が行なわれている事を確認した。
レとで評価したが、累積誤差としては1/40000以下とな
った。この結果より360°の設定範囲内で0.01°以内の
精度で停止が行なわれている事を確認した。
さらに第３図に上記で説明した１回転1024分解能のロー
タリー・エンコーダを用いて、１分解能の間をステータ
の超音波振動の波数で200等分して位置制御をした時の
特性である。同図より、ロータが１周する間で回転角に
対してロータリー・エンコーダの１分解能にあたる出力
パルスの間も線形性よく位置制御ができていることがわ
かる。
タリー・エンコーダを用いて、１分解能の間をステータ
の超音波振動の波数で200等分して位置制御をした時の
特性である。同図より、ロータが１周する間で回転角に
対してロータリー・エンコーダの１分解能にあたる出力
パルスの間も線形性よく位置制御ができていることがわ
かる。
発明の効果 本発明によれば、分解能の低い回転位置検出器を用いて
も、回転位置検出器の１分解能をステータの超音波振動
の波数で補間して、位置あるいは速度制御信号に用いる
ことにより、コストが低くても高精度の位置あるいは速
度制御ができる超音波モータを提供することができる。
も、回転位置検出器の１分解能をステータの超音波振動
の波数で補間して、位置あるいは速度制御信号に用いる
ことにより、コストが低くても高精度の位置あるいは速
度制御ができる超音波モータを提供することができる。
第１図は本発明の一実施例における超音波パルスモータ
の分解斜視図、第２図は同モータの電圧、電流の立上
り、立下り特性を示すグラフ、第３図は同モータの回転
角−パルス数特性を示すグラフである。 １……ロータ、２……ステータ、３……圧電体、４……
支持台、５……エンコーダ、６……検出器。
の分解斜視図、第２図は同モータの電圧、電流の立上
り、立下り特性を示すグラフ、第３図は同モータの回転
角−パルス数特性を示すグラフである。 １……ロータ、２……ステータ、３……圧電体、４……
支持台、５……エンコーダ、６……検出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川崎 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 実開 昭58−54709（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】弾性体と圧電体から成るステータに、ロー
タを移動可能に接触して設置し、前記圧電体に交流電界
を印加して、前記ステータに超音波振動を励振して前記
ロータを駆動する超音波モータの駆動方法であって、 前記ロータの回転位置検出器を設置し、前記回転位置検
出器の位置情報出力信号と、前記位置情報出力信号の１
分解能の間を、前記１分解能の位置情報出力時間内にお
いて前記ステータに励振される超音波振動の波数に基づ
いて補間した補間信号を、前記ロータの位置制御信号に
用いることを特徴とする超音波モータの駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60195102A JPH07108105B2 (ja) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 超音波モータの駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60195102A JPH07108105B2 (ja) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 超音波モータの駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6258886A JPS6258886A (ja) | 1987-03-14 |
| JPH07108105B2 true JPH07108105B2 (ja) | 1995-11-15 |
Family
ID=16335552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60195102A Expired - Lifetime JPH07108105B2 (ja) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 超音波モータの駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07108105B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6429593A (en) * | 1987-07-25 | 1989-01-31 | Japan Engine Valve Mfg | Travelling drive for electric door |
| JPH0732612B2 (ja) * | 1988-03-25 | 1995-04-10 | 日本無線株式会社 | 超音波モータのロータ回転角度測定装置 |
| JPH0265093U (ja) * | 1988-10-31 | 1990-05-16 | ||
| JPH0718766Y2 (ja) * | 1988-11-21 | 1995-05-01 | 新日鐵化学株式会社 | 圧縮梱包されたロックウールのほぐし装置 |
| JPH02206372A (ja) * | 1989-02-03 | 1990-08-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波モータの制御方法 |
| JP2890484B2 (ja) * | 1989-06-15 | 1999-05-17 | 株式会社ニコン | 超音波モータの駆動装置 |
| JPH04187U (ja) * | 1990-04-16 | 1992-01-06 | ||
| JP2540663B2 (ja) * | 1990-10-19 | 1996-10-09 | 有限会社ザ・アクセス | 開繊装置 |
| JPH04154424A (ja) * | 1990-10-19 | 1992-05-27 | Nippondenso Co Ltd | 空調装置の吹出し温度調節装置 |
-
1985
- 1985-09-04 JP JP60195102A patent/JPH07108105B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6258886A (ja) | 1987-03-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |