JP7297489B2 - 振動型アクチュエータおよび振動型アクチュエータの駆動装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態に係る振動体ユニット10の構成の一例を示す図である。振動体ユニット10は、接触体と接触して、相互に相対移動する。これにより、振動体ユニット10は、接触体を駆動する。図1(a)は、3つの振動体1、2、3が直列に接続されている回路構成を示す。振動体1、2、3には、電気-機械エネルギー変換手段である圧電体や電歪素子等が接合されている。以下、各振動体には圧電体が接合されているものとして説明する。図1(b)は、図1(a)の振動体ユニット10の等価回路図である。図1(a)および(b)に示されるように、振動体1、2、3には、それぞれ、インダクタが並列に接続されている。図1(a)の例では、振動体1にインダクタ5が並列接続されており、振動体2にインダクタ6が並列接続されており、振動体3にインダクタ7が並列接続されている。また、インダクタ5とインダクタ6とインダクタ7とは直列に接続されている。本実施形態では、振動体1、2、3に圧電体が接合されている場合について説明するが、振動体1、2、3自体が圧電体で構築されていてもよい。また、圧電体は積層圧電体であってもよい。振動体ユニット10の振動子の数およびインダクタの数は3つに限定されない。
ト10は、振動体1、2、3にショートや断線等の故障が発生したとしても、インダクタ5、6、7は、直列接続されているため、接触体(例えば、円柱シャフト4等)の駆動を継続することができる。図7の振動体1、2、3のうち一部の振動体が電気的にショートしたとしても、残りの振動体に継続して交流電圧が印加される。ショートした振動体は振動が停止するため、その分、負荷が重くなり、直列接続されている振動体の数が減り推力が低下する。一方、振動体の数が減り、残りの振動体への印加電圧が増加して推力を維持しようとするフィードバックが自動的にかかる。これにより、振動体ユニット10の駆動制御を継続することができる。
次に、第2実施形態について説明する。図13は、第2実施形態の振動型アクチュエータの一例を示す図である。図13において、軸出力の3つの振動型アクチュエータ20、27、30は、それぞれ、1つの振動体を有しており、傘歯歯車で結合して1つの軸を回転している。出力軸21は振動型アクチュエータ20の出力軸であり、出力軸28は振動型アクチュエータ27の出力軸であり、出力軸31は振動型アクチュエータ30の出力軸である。傘歯歯車22は出力軸21の先端に取り付けられており、傘歯歯車29は出力軸28の先端に取り付けられており、傘歯歯車32は出力軸31の先端に取り付けられている。傘歯歯車22、29、32には、不図示の回転シャフトに取り付けられた一回り大きな傘歯歯車33が120°間隔で結合している。
次に、第3実施形態について説明する。図19は、第3実施形態の振動体の構成および振動モードを示す図である。図19(a)において、振動体49は、非導電性材料で製造された板状の振動体である。振動体49の表面には、接触体に接触する2つの突起が設けられている。圧電体50は、振動体49の一部を構成し、振動体49を加振する。図19(b)は、圧電体50に設けられた電極を示しており、電極53と電極54との間は電気的に絶縁されている。電極53と電極54とには、それぞれ位相が独立して変化する2つの交流電圧が印加される。圧電体50の裏面にも同様の2つの電極が設けられており、電極53、54の一部に設けられた不図示のビアを介して表面から通電可能に構成されている。
次に、第4実施形態について説明する。図24は、第4実施形態の振動型アクチュエータの第1の例を示す図である。図24において、振動体65、67および振動体66、68は、それぞれ2つで1つの振動体ユニットを構成している。振動体65、67は、Y軸方向に接触体69を駆動するY軸振動体ユニットを構成している。振動体65と振動体67とは電気的に直列に接続され、振動体65と振動体67とのそれぞれにインダクタが並列に接続されている。振動体66、68は、X軸方向に接触体69を駆動するX軸振動体ユニットを構成している。振動体66と振動体68とは電気的に直列に接続され、振動体66と振動体68とのそれぞれにインダクタが並列に接続されている。X軸振動体ユニットの共振周波数とY軸振動体ユニットとの共振周波数とは相互に影響しない程度に十分に離れており、駆動周波数域が重ならないように各振動体の形状が調整されている。
4 円柱シャフト
5、6、7 インダクタ
10、11、12 振動体ユニット
13 電圧発生部
14 抵抗
15 振幅検知部
16 比較部
17 電源制御部
18 トランス
25 圧電体
Claims (17)
- 相互に相対移動する振動体ユニットと接触体とを備える振動型アクチュエータであって、
前記振動体ユニットは、
制動容量を有する圧電体を備えた直列に接続される複数の振動体と、
前記複数の振動体のそれぞれに並列接続されるインダクタと、
を備えることを特徴とする振動型アクチュエータ。 - 相互に相対移動する振動体ユニットと接触体とを備える振動型アクチュエータであって、
前記振動体ユニットは、
入力される交流電圧の位相がそれぞれ異なる複数の振動区画を有し、制動容量を有する圧電体を備えた複数の振動体を有し、
該複数の振動体の該複数の振動区画は異なる位相毎に直列に接続されており且つ直列に接続された前記複数の振動区画のそれぞれにインダクタが並列に接続されていることを特徴とする振動型アクチュエータ。 - 前記インダクタに対してコンデンサが接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記複数の振動体は、前記接触体の周囲に略等間隔で配置されて前記接触体を加圧接触していることを特徴とする請求項1乃至3のうち何れか1項に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記インダクタの値は、前記振動体ユニットの共振周波数から所定範囲内の周波数でマッチングされていることを特徴とする請求項1乃至4のうち何れか1項に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記複数の振動体のそれぞれに並列接続されるインダクタは直列接続されていることを特徴とする請求項1乃至5のうち何れか1項に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記接触体に、並列に接続された複数の前記振動体ユニットが接続されていることを特徴とする請求項1乃至6のうち何れか1項に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記複数の振動体の共振周波数の平均値が、所定の周波数範囲内であることを特徴とする請求項6または7に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記複数の振動体の共振周波数の分散が、所定の分散範囲内であることを特徴とする請求項6また7に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記複数の振動体ユニットのそれぞれの駆動周波数域は重ならないことを特徴とする請求項7乃至9のうち何れか1項に記載の振動型アクチュエータ。
- 前記振動体ユニットは、入力側にトランスを備えることを特徴とする請求項1乃至10のうち何れか1項に記載の振動型アクチュエータ。
- 同一の前記接触体を駆動する複数の前記振動体ユニットのそれぞれの前記トランスの巻線比が異なることを特徴とする請求項11に記載の振動型アクチュエータ。
- 請求項1乃至10のうち何れか1項に記載の振動型アクチュエータを駆動する振動型アクチュエータの駆動装置であって、
前記振動体ユニットに印可する交流電圧を発生させる電圧発生部と、
前記振動体ユニットに流れる電流から交流電圧の振幅を検知する振幅検知部と、
前記振幅検知部が検知した前記電流の振幅に基づいて、前記電圧発生部が発生する前記交流電圧を制御する電源制御部と、
を備えることを特徴とする振動型アクチュエータの駆動装置。 - 前記振幅検知部は、前記電流の増加量が所定量以上である場合、前記振動体ユニットに故障が生じたことが検知されることを特徴とする請求項13に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
- 前記電圧発生部は、複数の異なる周波数域の交流電圧を合成した交流電圧を発生し、
前記振幅検知部は、前記異なる周波数域のそれぞれについて前記電流の振幅を検知し、
前記電源制御部は、前記異なる周波数域のそれぞれについて、前記電圧発生部が発生する交流電圧を制御することを特徴とする請求項13または14に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。 - 前記電圧発生部と前記振動体ユニットとの間にトランスが挿入されていることを特徴とする請求項13乃至15のうち何れか1項に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
- 同一の前記接触体を駆動する複数の前記振動体ユニットのそれぞれの前記トランスの巻線比が異なることを特徴とする請求項16に記載の振動型アクチュエータの駆動装置
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