超声波电动机及其运转方法技术

本发明专利技术提供一种超声波电动机及其运转方法。在同时产生多个振动模式的超声波电动机中，更有效地产生各振动模式、获得稳定且高的电动机输出。该超声波电动机（１）：具备超声波振子（３）和将该超声波振子（３）的输出端（１４）按压在被驱动体（２）上的按压装置（４），所述超声波振子（３）具备电气机械变换元件，通过给该电气机械变换元件提供预定的相位差和预定的驱动频率的二相交变电压而同时产生２个不同的振动模式，从而在输出端（１４）产生近似椭圆振动；其中，通过该按压装置（４）的超声波振子（３）的输出端（１４）的向被驱动体（２）的按压力被设定为使２个振动模式的机械共振频率大体一致。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
近年来，作为取代电磁式电动机的新型电动机，超声波电动机受到关注。该超声波电动机与现有技术的电磁式电动机相比具有以下优点(1)无齿轮，能够获得高的转矩。(2)断电时具有保持力。(3)具有高分辨率。(4)安静性好。(5)不产生磁性干扰，并且不受干扰的影响。作为现有技术的超声波电动机，有日本专利特开平9-224385号公报所公开的结构。该文献所公开的超声波电动机采取用压簧以预定的按压力将超声波振子压在被驱动体上的结构。在该专利文献中，将按压力设定为不足使纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率一致的按压力的值，并且将驱动频率设定为纵向振动共振频率与弯曲振动共振频率之间的频率。在这样的条件下，超声波振子中被激励起纵向振动和弯曲振动，被驱动体被向左方向或向右方向驱动。但是，像上述日本专利特开平9-224385号公报所公开的现有技术的超声波电动机，由于将按压力设定为不足使纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率一致的按压力的值，纵向振动的共振频率与弯曲振动的共振频率不一致，因此存在不能利用两振动模式的最大振幅，作为电动机的输出不能获得足够的特性的问题。并且，由于驱动频率也采用纵向振动模式的共振频率与弯曲振动模式的共振频率之间的频率，因此同样存在不能利用两振动模式的最大振幅，作为电动机的输出仍然不能获得足够的特性的问题。
技术实现思路
本专利技术就是鉴于上述问题，其目的是要提供一种在同时产生多种振动模式的超声波电动机中能够有效地产生各振动模式、从而能够获得稳定且高的电动机输出的。为了达到上述目的，本专利技术提供以下方法。本专利技术的第1种方式提供这样一种超声波电动机具备超声波振子和将该超声波振子的输出端按压在被驱动体上的按压装置，所述超声波振子具备电气机械变换元件，通过给该电气机械变换元件提供预定的相位差和预定的驱动频率的二相交变电压而同时产生2个不同的振动模式，从而在输出端产生近似椭圆振动；其中，通过该按压装置的超声波振子输出端的向被驱动体的按压力被设定为使2个振动模式的机械共振频率大体一致。如果采用上述第1方式，通过给超声波振子的电气机械变换元件提供预定的相位差和预定的振动频率的二相交变电压而同时产生2个不同的振动模式，在超声波振子的输出点产生近似椭圆振动。通过按压装置的动作将输出端压在被驱动体上，利用输出端与被驱动体之间产生的摩擦力沿输出端的近似椭圆振动的切线方向驱动被驱动体。在这种情况下，通过用按压装置适当调节按压力，将2个振动模式的机械共振频率设定为大体一致，因此，在被驱动体的驱动中能够同时利用2个振动模式的几乎最大的振幅。结果，能够获得高的电动机输出，能够高效地驱动被驱动体。在上述方式中，上述按压力最好设定为使2个振动模式的机械共振频率一致的预定按压力范围的大致中间值。通过这样，即使因为某种原因按压力产生一些变动，也不会超出使2个振动模式的机械共振频率一致的按压力范围地运转，因此能够稳定地利用两振动模式的几乎最大的振幅。在上述方式中，上述驱动频率最好设定为大于等于2个振动模式的一致的机械共振频率。通过这样，能够在振动速度的变化相对于驱动频率的变化比较缓慢的区域驱动超声波振子，能够进行稳定的控制。在上述方式中，优选上述超声波振子的输出端的一个振动模式的振动方向为上述按压装置的按压方向，另一个振动模式的振动方向为与上述按压方向大致垂直的方向。虽然随着按压装置的按压力的增加两振动模式的机械共振频率变化，但使振动方向为按压方向地配置的一个振动模式因按压力变化引起的机械共振频率的变化大，而使振动方向与按压装置近似垂直地配置的另一个振动模式因按压力变化引起的机械共振频率的变化比较小。因此，通过利用两振动模式的机械共振频率相对于按压力变化的变化之差改变按压装置的动作产生的按压力，能够容易地使两振动模式的机械共振频率一致。在上述方式中，优选2个振动模式为弯曲振动模式和纵向振动模式。通过用弯曲振动模式和纵向振动模式构成振动模式，可以使超声波振子的输出端沿相互垂直的2个方向振动，能够简单地获得近似椭圆的振动。并且，由于按压装置的动作使两振动模式的机械共振频率一致，使2个垂直振动的振幅为近似最大的状态下运转，因此能够获得高的电动机输出。在上述方式中，可以使上述被驱动体直线动作。由此，可以构成高电动机输出的超声波线性电动机。并且，在上述专利技术中，可以使上述被驱动体旋转运动。由此，可以构成高电动机输出的超声波旋转电动机。本专利技术的第2方式提供这样一种超声波电动机的运转方法，其特征在于，该超声波电动机具备超声波振子，所述超声波振子具备电气机械变换元件，通过给该电气机械变换元件提供预定的相位差和预定的驱动频率的二相交变电压而同时产生2个不同的振动模式，从而在输出端产生近似椭圆振动；其中，将上述超声波振子的输出端按压在被驱动体上的按压力被设定为使2个振动模式的机械共振频率大体一致。如果采用这样的方式，通过给超声波振子的电气机械变换元件提供预定的相位差和预定的振动频率的二相交变电压而同时产生2个不同的振动模式，在超声波振子的输出点产生近似椭圆振动。通过将超声波振子的输出端按压在被驱动体上，利用输出端与被驱动体之间产生的摩擦力沿输出端的近似椭圆振动的切线方向驱动被驱动体。在这种情况下，通过适当调节按压力，能够使2个振动模式的机械共振频率大体一致，在被驱动体的驱动中能够同时利用2个振动模式的几乎最大的振幅。结果，能够以高的电动机输出运转超声波电动机，能够高效地驱动被驱动体。在上述方式中，上述按压力最好设定在使2个振动模式的机械共振频率一致的预定按压力范围的大致中间值。通过这样，即使因为某种原因按压力产生一些变动，也不会超出使2个振动模式的机械共振频率一致的按压力范围地运转，因此能够稳定地利用两振动模式的几乎最大的振幅。在上述方式中，上述驱动频率最好设定为大于等于2个振动模式的一致的机械共振频率。通过这样，能够在振动速度的变化相对于驱动频率的变化比较缓慢的区域驱动超声波振子，能够进行稳定的控制。如果采用本专利技术，通过在2个不同的振动模式的机械共振频率大体一致的状态下驱动超声波振子，能够同时利用2个振动模式的几乎最大的振幅。因此，能够获得高的电动机输出，起到能够有效地驱动被驱动体这样的效果。附图说明图1是表示本专利技术的第1实施方式的超声波电动机的整体结构的图。图2是表示图1的超声波电动机的超声波振子的透视图。图3是表示构成图2的超声波振子的压电层叠体的透视图。图4A是表示构成图3的压电层叠体的压电陶瓷片的透视图。图4B是表示构成图3的压电层叠体的压电陶瓷片的透视图。图5是用计算机分析表示图2的压电层叠体以一维(1次)纵向振动模式振动时的样子的图。图6是用计算机分析表示图2的压电层叠体以二维(2次)弯曲振动模式振动时的样子的图。图7A是表示图2的超声波振子的振动速度随与按压力相对应的频率特性而变化的曲线图。图7B是表示图2的超声波振子的振动速度随与按压力相对应的频率特性而变化的曲线图。图7C是表示图2的超声波振子的振动速度随与按压力相对应的频率特性而变化的曲线图。图8是表示图2的超声波振子在各种振动模式下的机械共振频率对按压力的依赖性的曲线图。图9是表示本专利技术的第2实施方式的超声波电动机的整体结构的图。图10是表示图9的超声波电动机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波电动机，其特征在于，具备超声波振子和将该超声波振子的输出端按压在被驱动体上的按压装置，所述超声波振子具备电气机械变换元件，通过给该电气机械变换元件提供预定的相位差和预定的驱动频率的二相交变电压而同时产生２个不同的振动模式，从而在输出端产生近似椭圆振动；其中，通过该按压装置的超声波振子的输出端向被驱动体的按压力被设定为使２个振动模式的机械共振频率大体一致。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：舟洼朋树，
申请(专利权)人：奥林巴斯株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]