| 研究課題/領域番号 |
05555023
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| 研究種目 |
試験研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究分野 |
応用物理学一般
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
上羽 貞行 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (90016551)
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| 研究分担者 |
黒澤 実 東京大学, 工学部, 助教授 (70170090)
深尾 正 東京工業大学, 工学部, 教授 (10016545)
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| 研究期間 (年度) |
1993 – 1994
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| 研究課題ステータス |
完了 (1994年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 6,500千円)
1994年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
1993年度: 5,100千円 (直接経費: 5,100千円)
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| キーワード | 超音波モータ / 複合振動子型 / 精密位置決め / 高速位置決め / 圧電素子 / 等価回路モデル / 弾性潤滑状態 / 負荷特性 |
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| 研究概要 |
本研究は、研究代表者らが提案した複合振動子型超音波モータの精密制御への本格的な応用をめざして、高効率化など(1)本モータのさらなる性能改善と、(2)制御方法の開発を行ったものである。得られた成果は以下のようになる。
1.モータの試作 これまでに直径5mm〜80mm、駆動周波数20kHz〜30kHzの複合振動子型超音波モータを試作し、動作特性を明らかにした。直径5mmのモータで最大トルク50gf・cm、無負荷回転数800rpm、効率20%、直径80mmのモータでは最大トルク160kgf・cm、無負荷回転数3rpm、効率2%を得ている。
2.効率改善 駆動正弦波波形の奇数倍の高調波を用いることで効率を改善できる可能性があることを理論的に示した。そこで、これを実現するために、振動子形状を工夫することで、3次共振周波数を1次共振周波数の整数倍に一致させる手法を考案した。これにより、十分な強度の高調波振動成分が効率よく励振可能となり、モータ効率が20%程度改善された。
3.摩擦特性・摩擦材料の検討 本モータの性能を決定するステ-タ・ロータ間の摩擦特性の理論的・実験的検討に引き続き、最適な摩擦材料を効率よく選定する評価方法を提案した。これにより、従来の摩擦試験方法で超音波モータの寿命の予測が可能となった。
4.制御系の開発 1)位置決め制御 本モータのステ-タ振動子のねじり圧電素子に直流電圧を印加すると精密な角度変位が得られることに着目し、これと本来のモータとしての動作を組み合わせることで、新しい精密角度位置決め系を開発した。高分解能ロータリーエンコーダを用いることで、その分解能に等しい1秒の位置決め精度を実現した。2)回転速度制御 本モータは、従来の電磁型モータとは対照的に、駆動電流と回転速度が比例関係にあることを指摘し、この性質を利用した回転速度の制御方法を提案した。また、複数のモータの同期運転法についても理論的・実験的に検討を行い、回転数同期のためには直列接続が適していることを示した。
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