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Dokumentenidentifikation DE10134105A1 28.02.2002
Titel Ultraschallmotor, der sowohl dessen Längs- als auch dessen Torsionsvibrationen erfassen kann, und Verfahren zum Betrieb des Ultraschallmotors
Anmelder Asmo Co., Ltd., Kosai, Shizuoka, JP
Erfinder Kato, Yukiyasu, Kosai, Shizuoka, JP;
Komoda, Masahiko, Kosai, Shizuoka, JP;
Yano, Motoyasu, Kosai, Shizuoka, JP
Vertreter Tiedtke, Bühling, Kinne & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 13.07.2001
DE-Aktenzeichen 10134105
Offenlegungstag 28.02.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.02.2002
IPC-Hauptklasse H02N 2/00
Zusammenfassung Ein Stator (2) weist eine Längsvibrationserfassungselektrode (12) auf. Der Stator (2) weist außerdem ein piezoelektrisches Torsionsvibrationserfassungselement (8) und eine Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte (14) zur Erfassung von Torsionsvibrationen auf. Ein Spannungssignal (V1s) aus der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte (14) oder ein Spannungssignal (V2s) aus der Längsvibrationserfassungselektrode (12) wird erfasst. Dann wird ein Antriebsspannungssignal (V1f oder V2f) zum Antrieb des Stators (2) in einer Selbsterregungs-Oszillationsantriebsschaltung (50, 60) derart erzeugt, dass eine tatsächliche Vibrationsfrequenz (fn) des Stators (2) im Wesentlichen mit einer Resonanzfrequenz (f1 oder f2) übereinstimmt. Danach wird das erzeugte Antriebsspannungssignal (V1f oder V2f) zwischen einer Antriebselektrode (11) und jede der ersten und zweiten Elektrodenplatten (9, 10) angelegt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallmotor und ein Verfahren zum Betrieb des Ultraschallmotors.

Ein Beispiel für einen bekannten vorgeschlagenen Ultraschallmotor ist ein Ultraschallmotor der Bauart mit stehenden Wellen, wie er in Fig. 16 und 17 gezeigt ist. Diese Bauart des Ultraschallmotors weist einen Rotor 101 und einen Stator 102 auf. Der Stator 102 weist Metallblöcke 104 und 105, piezoelektrische Elemente 106 und 107, eine Ansteuerungselektrodenplatte 108, eine Längsvibrationserfassungselektrodenplatte 109 und Masseelektrodenplatten 110 und 111 auf, die alle durch einen einzelnen Bolzen 112 miteinander verbunden und befestigt sind. Gemäß Fig. 16 sind die Ansteuerungselektrodenplatte 108 und die Längsvibrationserfassungselektrodenplatte 109 in einer einzelnen Scheibe integriert und sind elektrisch voneinander isoliert.

Gemäß Fig. 17 ist ein Abschnitt des Bolzens 112, der von einer oberen Oberfläche des Stators 102 (Metallblock 104) vorspringt, innerhalb des Rotors 101 aufgenommen, und eine Mutter 113 ist auf dem Bolzen 112 geschraubt, um den Rotor 101 und den Stator 102 fest miteinander zu verbinden.

Der Ultraschallmotor wird sowohl vorwärts als auch rückwärts durch eine Antriebssteuerungsschaltung 119 in Drehung versetzt. Gemäß Fig. 17 weist die Antriebssteuerungsschaltung 119 eine Rotationsrichtungsauswahlschaltung 120, eine Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 121 und einen Leistungsverstärker 122 auf. Die Rotationsrichtungsauswahlschaltung 120 gibt ein Vorwärtsrotationssignal s1 und ein Rückwärtsrotationssignal s2 zu der Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 121 aus, wenn der Ultraschallmotor vorwärts bzw. rückwärts in Drehung versetzt wird. Die Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 121 erzeugt ein Signal SGf1 mit einer Resonanzfrequenz f1 (oder ein Signal SGf2 mit einer Resonanzfrequenz f2) zum Versetzen des Ultraschallmotors in Vorwärtsdrehung (oder Rückwärtsdrehung) auf der Grundlage des Vorwärtsdrehsignals s1 (oder Rückwärtsdrehsignal s2), das aus der Rotationsrichtungsauswahlschaltung 120 ausgegeben wird, und gibt dieses dann zu dem Leistungsverstärker 122 aus. Der Leistungsverstärker 122 verstärkt das Signal SGf1 mit der Frequenz f1 (oder das Signal SGf2 mit der Frequenz f2) und legt dieses zwischen der Antriebselektrodenplatte 108 und jeweils einer der Masseelektrodenplatten 110 und 111 an.

Dann wird der Ultraschallmotor mit der Hochfrequenzspannung, die die Resonanzfrequenz f1 aufweist und die durch den Leistungsverstärker 122 verstärkt worden ist, in Vorwärtsdrehung versetzt. Vibrationen des Stators 102, die während der Vorwärtsdrehung des Ultraschallmotors erzeugt werden, sind komplexe Vibrationen, die Torsionsvibrationen (hauptsächlich sekundäre Torsionsvibrationen) als Hauptkomponente aufweisen und zusätzlich Längsvibrationen als Nebenkomponente aufweisen. Ebenfalls wird der Ultraschallmotor mit der Hochfrequenzspannung, die die Resonanzfrequenz f2 aufweist, und die durch den Leistungsverstärker 122 verstärkt worden ist, in Rückwärtsdrehung versetzt. Vibrationen des Stators 102, die während der Rückwärtsdrehung des Ultraschallmotors erzeugt werden, sind komplexe Vibrationen, die Längsvibrationen (hauptsächlich primäre Längsvibrationen) als Hauptkomponente aufweisen und zusätzlich Torsionsvibrationen als Nebenkomponente aufweisen.

Eine Änderung in der Umgebungstemperatur oder der dem Ultraschallmotor beaufschlagten Last können bewirken, dass der Ultraschallmotor (Stator 102) in einer anderen Frequenz als die Resonanzfrequenz f1 vibriert, obwohl die Hochfrequenzspannung mit der Resonanzfrequenz f1 für die Vorwärtsdrehung aus dem Leistungsverstärker 122 an den Ultraschallmotor angelegt wird. Dies führt zu einem verringerten Rotationswirkungsgrad des Ultraschallmotors. Dasselbe geschieht, wenn der Ultraschallmotor bei Anlegen der Hochfrequenzspannung mit der Resonanzfrequenz f2 für die Rückwärtsdrehung an den Ultraschallmotor in Rückwärtsrichtung in Drehung versetzt wird.

Damit der Ultraschallmotor mit der Resonanzfrequenz f1 (oder der Resonanzfrequenz f2) ungeachtet der Änderung in der Umgebungstemperatur oder Last vibriert, wird die Frequenz der zwischen der Antriebselektrodenplatte 108 und jeweils der Massenelektrodenplatte 110 oder 111 anzulegenden Hochfrequenzspannung geregelt. Genauer weist die Antriebssteuerungsschaltung 119 eine Vibrationsvergleichsschaltung 130 und eine Frequenzsteuerungsschaltung 131 auf.

Die Vibrationsvergleichsschaltung 130 empfängt ein Signal, das den gegenwärtigen Vibrationszustand des Stators 102 angibt, aus einer Längsvibrationserfassungselektrodenplatte 109 und erhält dadurch eine Vibrationsfrequenz (gegenwärtige Vibrationsfrequenz) des Stators 102. Die Vibrationsvergleichsschaltung 130 vergleicht die gegenwärtige Vibrationsfrequenz mit der Resonanzfrequenz f1 (oder die Resonanzfrequenz f2 in dem Fall der Rückwärtsdrehung) und führt das Vergleichsergebnis der Frequenzsteuerungsschaltung 131 zu. Die Frequenzsteuerungsschaltung 131 berechnet eine erforderliche Steuerungsgröße zur Verschiebung der gegenwärtigen Vibrationsfrequenz des Stators 102 auf die Resonanzfrequenz f1 (oder die Resonanzfrequenz f2 im Falle der Rückwärtsdrehung) auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses und führt die berechnete Steuerungsgröße der Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 121 zu. Die Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 121 verschiebt die Frequenz des Signals SGf1 (oder des Signals SGf2) auf der Grundlage der aus der Frequenzsteuerungsschaltung 131 ausgegebenen Steuerungsgröße derart, dass die gegenwärtige Vibrationsfrequenz des Stators 102 im Wesentlichen mit der Resonanzfrequenz f1 (oder der Resonanzfrequenz f2 im Falle der Rückwärtsdrehung) zusammenfällt, und führt es dem Leistungsverstärker 122 zu.

Somit kann, selbst wenn die Umgebungstemperatur oder die Last sich ändern, der Ultraschallmotor mit der Resonanzfrequenz f1 (oder der Resonanzfrequenz f2) im Falle der Rückwärtsdrehung vibrieren, so dass der Ultraschallmotor wirksam in Drehung versetzt werden kann.

Jedoch sind die Vibrationen des Stators 102 komplexe Vibrationen, die die Längsvibrationen und die Torsionsvibrationen aufweisen. Ein Vibrationsmuster der Längsvibrationen unterscheidet sich von einem Vibrationsmuster der Torsionsvibrationen. Somit ist es schwierig, das Vibrationsmuster jeweils der Längsvibrationen und der Torsionsvibrationen mit der einzelnen Längsvibrationserfassungselektrodenplatte 109 genau zu erfassen. Weiterhin verwendet der herkömmlich vorgeschlagene Ultraschallmotor die Vibrationsvergleichsschaltung 130 und die Frequenzsteuerungsschaltung 131, die eher komplex und teuer sind, was zu einem Anstieg bei den Herstellungskosten des Ultraschallmotors führt.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallmotor derart auszugestalten, dass dessen Betriebsbedingungen optimiert werden und eine Verringerung der Herstellungskosten des Ultraschallmotors ermöglicht wird. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Ultraschallmotors bereit zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch einen Ultraschallmotor gemäß Patentanspruch 1 und alternativ durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Ultraschallmotor mit einem Rotor und einem Stator bereitgestellt. Der Stator erzeugt komplexe Vibrationen, um den Rotor in Drehung zu versetzen. Die komplexen Vibrationen enthalten Längsvibrationen und Torsionsvibrationen. Der Stator weist eine Vielzahl piezoelektrischer Antriebselemente, eine Vielzahl von Energieversorgungselektrodenplatten zur Energieversorgung der piezoelektrischen Antriebselemente, eine Längsvibrationserfassungseinrichtung zur Erfassung der Längsvibrationen, einen ersten Metallblock und einen zweiten Metallblock auf. Die piezoelektrischen Antriebselemente, die Energieversorgungselektrodenplatten und die Längsvibrationserfassungseinrichtung sind zwischen dem ersten Metallblock und dem zweiten Metallblock festgeklemmt. Der Rotor ist gegen den Stator drehbar gedrängt. Der Stator weist weiterhin eine Torsionsvibrationserfassungseinrichtung zur Erfassung der Torsionsvibrationen auf. Die Torsionsvibrationserfassungseinrichtung ist getrennt von den piezoelektrischen Antriebselementen und den Energieversorgungselektrodenplatten vorgesehen ist.

Außerdem wird ein Verfahren zum Betrieb eines Ultraschallmotors mit einem Rotor und einem Stator bereitgestellt. Der Stator erzeugt komplexe Vibrationen, um den Rotor in Drehung zu versetzen. Die komplexen Vibrationen enthalten Längsvibrationen und Torsionsvibrationen. Der Stator weist eine Vielzahl piezoelektrischer Antriebselemente, eine Vielzahl von Energieversorgungselektrodenplatten zur Energieversorgung der piezoelektrischen Antriebselemente, eine Längsvibrationserfassungseinrichtung zur Erfassung der Längsvibrationen, einen ersten Metallblock und einen zweiten Metallblock auf. Die piezoelektrischen Antriebselemente, die Energieversorgungselektrodenplatten und die Längsvibrationserfassungseinrichtung sind zwischen dem ersten Metallblock und dem zweiten Metallblock festgeklemmt. Der Rotor ist gegen den Stator drehbar gedrängt. Das Verfahren weist die Schritte auf: Erfassen von Spannungssignalen durch die Längsvibrationserfassungseinrichtung und ebenfalls durch eine Torsionsvibrationserfassungseinrichtung, die in dem Stator zur Erfassung der Torsionsvibrationen vorgesehen ist, Erzeugen eines Antriebsspannungssignals zum Antrieb des Stators auf der Grundlage des Spannungssignals derart, dass die tatsächliche Vibrationsfrequenz des Stators im Wesentlichen mit einer Resonanzfrequenz des Stators übereinstimmt, und Anlegen des Antriebsspannungssignals an die Energieversorgungselektrodenplatten.

Die Erfindung wird zusammen mit zusätzlicher Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen davon anhand der folgenden Beschreibung der beigefügten Ansprüche und der beigefügten Zeichnung verdeutlicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ultraschallmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Ultraschallmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine schematische Längs-Querschnittsdarstellung des Ultraschallmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 ein Schaltbild, das eine Antriebsschaltung zum Antrieb des Ultraschallmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt,

Fig. 5 einen Graphen, der Kennlinien von Resonanzvibrationen in einem Stator des Ultraschallmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt,

Fig. 6A und 6B schematische Darstellungen, die Konturen des vibrierenden Ultraschallmotors während einer Vorwärtsdrehung des Ultraschallmotors darstellen,

Fig. 7A und 7B zeigen schematische Darstellungen, die Konturen des vibrierenden Ultraschallmotors während einer Rückwärtsdrehung des Ultraschallmotors darstellen,

Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Beschreibung von Vibrationen des Ultraschallmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel,

Fig. 9 eine schematische Querschnittsdarstellung in Längsrichtung, die eine Abänderung des Ultraschallmotors darstellt,

Fig. 10 eine schematische Querschnittsdarstellung in Längsrichtung, die eine weitere Abänderung des Ultraschallmotors darstellt,

Fig. 11 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung, die eine weitere Abänderung des Ultraschallmotors darstellt,

Fig. 12 eine Querschnittsdarstellung in Längsrichtung, die eine weitere Abänderung des Ultraschallmotors darstellt,

Fig. 13 eine perspektivische Darstellung, die eine Abänderung eines piezoelektrischen Torsionsvibrationserfassungselements des Ultraschallmotors darstellt,

Fig. 14 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung, die eine weitere Abänderung des Ultraschallmotors darstellt,

Fig. 15 ein Schaltbild, das eine Abänderung der Antriebsschaltung zum Antrieb des Ultraschallmotors darstellt,

Fig. 16 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines herkömmlich vorgeschlagenen Ultraschallmotors, und

Fig. 17 eine schematische Darstellung, die den herkömmlich vorgeschlagenen Ultraschallmotor und eine Ansteuerungsschaltung zum Antrieb des Motors darstellt.

Ein Ultraschallmotor der Bauart mit stehenden Wellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.

Gemäß Fig. 1 bis 3 weist der Ultraschallmotor 1 einen Stator 2 und einen Rotor 3 auf. Der Stator 2 weist erste und zweite Metallblöcke 4 und 5, erste und zweite piezoelektrische Antriebselemente 6 und 7, ein piezoelektrisches Torsionsvibrationserfassungselement 8, erste und zweite Elektrodenplatten 9 und 10, eine dritte Elektrode 13, eine Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 sowie eine dielektrische Platte 15 auf. Das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8 bildet eine Torsionsvibrationserfassungseinrichtung. Die ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10 dienen als Energieversorgungselektrodenplatten. Die dritte Elektrodenplatte 13 weist eine Antriebselektrode 11 und eine Längsvibrationserfassungselektrode 12 auf, die als Längsvibrationserfassungseinrichtung dient. Die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 bildet ebenfalls die Torsionsvibrationserfassungseinrichtung. Die ersten und zweiten piezoelektrischen Antriebselemente 6 und 7 erzeugen Vibrationen, um den Rotor 3 in Drehung zu versetzen, und dienen ebenfalls als die piezoelektrischen Längsvibrationserfassungselemente, die ebenfalls die Längsvibrationserfassungseinrichtung bilden.

Der erste Metallblock 4 ist ein einstückiger Körper, der aus einer elektrisch leitenden Aluminiumlegierung hergestellt ist. Weiterhin weist der erste Metallblock 4 erste und zweite Blockabschnitte 16 und 17, einen Flansch 18 und einen Bolzen 19 auf.

Der zweite Blockabschnitt 17 weist eine Vielzahl (gemäß diesem Ausführungsbeispiel sechs) von schräg verlaufenden Statornuten 20 an deren äußeren umlaufenden Oberfläche auf. Der Bolzen 19 springt von der Mitte einer oberen Oberfläche 17a des zweiten Blockabschnitts 17 vor. Der Bolzen 19 weist einen Wellenabschnitt 21 und einen Gewindeabschnitt 22 auf. Der Gewindeabschnitt 22 ist an dem abgelegenen Teil des Wellenabschnitts 21 angeordnet und weist einen verringerten Durchmesser auf. An der äußeren umlaufenden Oberfläche des Gewindeabschnitts 22 sind Gewinde bzw. Windungen gebildet.

Der zweite Metallblock 5 besteht aus einer elektrisch leitenden Aluminiumlegierung und weist eine Aussparung 24 auf, die in der Mitte einer oberen Endoberfläche 23 des zweiten Metallblocks 5 gebildet ist. Eine Bolzeneingriffsöffnung 25 verläuft axial durch den zweiten Metallblock 5 an der Mitte des Sockels der Aussparung 24 hindurch.

Das erste und das zweite piezoelektrische Element 6 und 7 sind scheibenförmig und weisen jeweils eine durch deren Zentrum hindurchführende Durchgangsöffnung 6a und 7a auf. Weiterhin ist jedes der ersten und zweiten piezoelektrischen Elemente 6 und 7 in deren Dickenrichtung oder axialer Richtung des Ultraschallmotors (vertikale Richtung gemäß Fig. 2) polarisiert.

Das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8 ist scheibenförmig und weist eine durch deren Zentrum hindurchführende Durchgangsöffnung 8a auf. Das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8 ist in einer Torsionsrichtung um die Rotationsachse des Ultraschallmotors (eine umlaufende Richtung, die gemäß Fig. 2 durch einen Pfeil P angegeben ist) polarisiert.

Jede der ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10 ist scheibenförmig und weist eine durch deren Zentrum hindurchführende Durchgangsöffnung 9a und 10a auf. Ein Anschlussstück 9b und 10b ist an einer umlaufenden Oberfläche jeder der ersten und zweiten Elektroden 9 und 10 gebildet. Eine vorbestimmte Wechsel-Hochfrequenzspannung wird zwischen dem Anschlussstück 9b und dem Anschlussstück 10b angelegt.

Die dritte Elektrodenplatte 13 ist scheibenförmig und weist die Antriebselektrode 11 und die Längsvibrationserfassungselektrode 12 auf. Die dritte Elektrodenplatte 13 weist eine durch deren Zentrum hindurchführende Durchgangsöffnung 13a auf. Die Ansteuerungselektrode 11 und die Längsvibrationserfassungselektrode 12 sind elektrisch voneinander isoliert. Ein Anschlussstück 11b und ein Anschlussstück 12b sind an der äußeren umlaufenden Oberfläche der dritten Elektrodenplatte 13 vorgesehen. Das Anschlussstück 11b ist elektrisch mit der Ansteuerungselektrode 11 verbunden. Das Anschlussstück 12b ist elektrisch mit der Längsvibrationserfassungselektrode 12 verbunden. Das Anschlussstück 11b und das Anschlussstück 12b sind über Leitungsdrähte mit einer als Antriebsschaltung agierenden Selbsterregungs-Oszillationsantriebsschaltung 50 verbunden, die in Fig. 4 gezeigt ist und ausführlicher im weiteren Verlauf der Beschreibung beschrieben ist.

Die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 ist scheibenförmig und weist eine durch deren Zentrum hindurchführende Durchgangsöffnung 14a. Ein Anschlussstück 14b ist an einer äußeren umlaufenden Oberfläche der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 gebildet. Das Anschlussstück 14b ist mit der Selbsterregungs- Oszillationsantriebsschaltung 50 über einen Leitungsdraht verbunden. Die dielektrische Platte 15 ist scheibenförmig und ist aus einem dielektrischen Material wie einem Harzmaterial hergestellt. Die dielektrische Platte 15 weist eine durch deren Zentrum hindurchführende Durchgangsöffnung 15a auf.

Die ersten und zweien piezoelektrischen Antriebselemente 6 und 7, das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8, die ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10, die dritte Elektrodenplatte 13, die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 und die dielektrische Platte 15 sind zwischen dem ersten Metallblock 4 und dem zweiten Metallblock 5 angeordnet. Genauer sind die erste Elektrodenplatte 9, das erste piezoelektrische Antriebselement 6, die dritte Elektrodenplatte 13, das zweite piezoelektrische Antriebselement 7, die zweite Elektrodenplatte 10, das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8, die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 und die dielektrische Platte 15 in dieser Reihenfolge zwischen einer oberen Oberfläche des ersten Metallblocks 4 und einer unteren Oberfläche des zweiten Metallblocks 5 gestapelt.

Gemäß Fig. 3 sind der erste Metallblock 4 und der zweite Metallblock 5 miteinander befestigt, indem der Gewindeabschnitt 22 des Bolzens 19 in die Bolzenbefestigungsöffnung 25 des zweiten Metallblocks 5 in Schraubeingriff gebracht wird, wobei die ersten und zweiten piezoelektrischen Antriebselemente 6 und 7 das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8, die ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10, die dritte Elektrodenplatte 13, die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 und die dielektrische Platte 15 in der beschriebenen Reihenfolge gestapelt sind und zwischen dem ersten Metallblock 4 und dem zweiten Metallblock 5 gehalten werden.

Gemäß Fig. 3 ist eine zylindrische dielektrische Hülse 26 durch die Durchgangsöffnungen 6a bis 14a der ersten und zweiten piezoelektrischen Antriebselemente 6 und 7, des piezoelektrischen Torsionsvibrationserfassungselements 8, der ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10, der dritten Elektrodenplatte 13, der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 und der dielektrischen Platte 15 eingefügt. Der Bolzen 19 ist innerhalb der Hülse 26 aufgenommen.

Die ersten und zweiten piezoelektrischen Antriebselemente 6 und 7, das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8, die ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10, die dritte Elektrodenplatte 13, die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 und die dielektrische Platte 15 sind von dem Bolzen 19 elektrisch isoliert.

Ein ringförmiges Belagmaterial 27 ist an der oberen Endoberfläche 23 des zweiten Metallblocks geklebt. Der Rotor 3 wird koaxial an einer oberen Oberfläche 27a des Belagmaterials 27 gehalten.

Eine Wellenmittenöffnung 28 verläuft axial durch die Mitte des Rotors 3 hindurch. Die Wellenmittenöffnung 28 weist eine erste Wellenmittenöffnung 29 und eine zweite Wellenmittenöffnung 30 auf, die unterhalb der ersten Wellenmittenöffnung 29 angeordnet ist. Die zweite Wellenmittenöffnung 30 weist im Vergleich zu der ersten Wellenmittenöffnung 29 einen verringerten Durchmesser auf und ist von der ersten Wellenmittenöffnung 29 durch einen Stufenabschnitt 28a getrennt.

Gemäß Fig. 2 sind eine Vielzahl (gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwölf) von Rotornuten 31 schräg an einer äußeren umlaufenden Oberfläche des Rotors 3 angeordnet. Kühlerförmige Vorsprünge 32 sind zwischen benachbarten Rotornuten 31 angeordnet. Jeder kühlerförmige Vorsprung 32 weist eine ansteigende umlaufende Breite auf, die zu ihrem radial äußeren Ende hin ansteigt. Eine Kontaktoberfläche 32a ist zwischen jedem Vorsprung 32 und dem Belagmaterial 27 gebildet, wenn der Rotor 3 auf dem Belagmaterial 27 gehalten wird.

Gemäß Fig. 3 wird der Rotor 3 gegen den Stator 2 (die obere Oberfläche 27a des Belagmaterials 27) durch einen Drängmechanismus 41 gedrängt. Der Drängmechanismus 41 weist eine Aufnahmehülse 42, eine Belleville-Feder 43, ein Kugellager 44 und eine Mutter 45 auf.

Die Aufnahmehülse 42 ist an der Wellenmittenöffnung 28 des Rotors 3 befestigt. Die Aufnahmehülse 42 ist allgemein zylindrisch geformt und weist einen unteren Abschnitt auf. Die Aufnahmehülse 42 weist einen äußeren Durchmesser auf, der etwas kleiner als ein innerer Durchmesser der zweiten Wellenmittenöffnung 30 ist. Ein Flansch 42a ist an einem oberen Öffnungsende der Aufnahmehülse 42 gebildet und springt radial nach außen vor. Der Flansch 42a weist einen äußeren Durchmesser auf, der im Wesentlichen derselbe wie ein innerer Durchmesser der ersten Wellenmittenöffnung 29 ist. Eine Durchgangsöffnung 42b verläuft durch die Mitte des unteren Abschnitts der Aufnahmehülse 42 hindurch. Die Durchgangsöffnung 42b weist einen inneren Durchmesser auf, der etwas größer als sein äußerer Durchmesser des Bolzens 19 (Gewindeabschnitts 22) ist. Die Aufnahmehülse 42 wird an den Rotor 3 bei Einfügung des Bolzens 19 (Gewindeabschnitts 22) innerhalb der Durchgangsöffnung 42b und Anordnung des Flansches 42a innerhalb der ersten Wellenmittenöffnung 29 an dem Stufenabschnitt 28a befestigt.

Die Belleville-Feder 43 ist innerhalb der Aufnahmehülse 42 aufgenommen. Der Bolzen (Gewindeabschnitt 22) 19verläuft durch eine Mittenöffnung 43a der Belleville-Feder 43 hindurch. Ein ringförmiger unterer Abschnitt der Belleville-Feder 43 steht im Eingriff mit dem unteren Abschnitt der Aufnahmehülse 42.

Die Mutter 45 wird schraubbar über den Gewindeabschnitt 22 des Bolzens 19 eingefügt, bis sie eine vorbestimmte Position an dem Kugellager 44 erreicht. Ein innerer Ring 44b des Kugellagers 44 wird durch die Mutter 45 nach unten gedrängt. Auf diese Weise wird die Belleville-Feder 43 durch einen äußeren Ring 44a des Kugellagers 44 nach unten gedrängt, so dass die Belleville-Feder 43 axial zusammengedrückt wird. Der untere Abschnitt der Aufnahmehülse 42 wird nach unten durch die Belleville-Feder 43 gedrängt, und der Rotor 3 (Vorsprünge 32) wird gegen die obere Oberfläche des Stator 2 (obere Oberfläche 27a des Belagmaterials 27) gedrängt. Weiterhin wird in diesem Zustand der Rotor 3 durch das Kugellager 44 in drehbarer Weise in Bezug auf den Bolzen 19 (Stator 2) gestützt.

Wenn zwischen der Antriebselektrode 11 und jeder der ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10 des Ultraschallmotors eine Hochfrequenzspannung angelegt wird, vibrieren die ersten und zweiten piezoelektrischen Antriebselemente 6 und 7. Die Vibrationen der ersten und zweiten piezoelektrischen Antriebselemente 6 und 7 werden auf den zweiten Metallblock 5 durch das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8, die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 und die dielektrische Platte 15 übertragen. Fig. 6A und 7B zeigen schematische Darstellungen, die Konturen des vibrierenden Ultraschallmotors veranschaulichen, die mit der Hilfe eines Finiteelementeverfahrens (FEM) wiedergegeben sind. Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung zur Beschreibung von Vibrationen des Ultraschallmotors. Wenn der Ultraschallmotor 1im Uhrzeigersinn (CW, clockwise direction) gemäß Fig. 6A in Drehung versetzt wird, sind die Vibrationen des Stators 2 (die Vibrationen der oberen Oberfläche des Metallblocks 5) komplexe Vibrationen (C) mit den Torsionsvibrationen (hauptsächlich sekundäre Torsionsvibrationen) (C1) als Hauptkomponente und ebenfalls mit den Längsvibrationen (C2) als Nebenkomponente, wie es in Fig. 6A und einem Graphen gezeigt ist, der mit "(a)" in Fig. 8 gezeigt ist. Wenn der Ultraschallmotor 1 gegen den Uhrzeigersinn (CCW) gemäß Fig. 7A rückwärts in Drehung versetzt wird, sind die Vibrationen des Stators 2 (die Vibrationen der oberen Oberfläche des Metallblocks 5) komplexe Vibrationen (C), mit den Längsvibrationen (hauptsächlich die primären Längsvibrationen) (C2) als Hauptkomponente und ebenfalls mit den Torsionsvibrationen (C1) als Nebenkomponente, wie es in Fig. 7A und einem Graphen gezeigt ist, der in Fig. 8 mit "(b)" dargestellt ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist nachstehend die Selbsterregungs-Oszillationsantriebsschaltung 50, die als die Antriebsschaltung zum Antrieb des Ultraschallmotors 1 dient, ausführlicher beschrieben.

Die Selbsterregungs-Oszillationsantriebsschaltung 50 gemäß diesen Ausführungsbeispiel weist einen Schalter 51, eine Spannungssignalerzeugungsschaltung 52, eine Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 und einen Transformator 54 auf.

Gemäß Fig. 4 weist der Schalter 51 einen ersten Schalteranschluss 51a und einen zweiten Schalteranschluss 51b auf. Der erste Schalteranschluss 51a ist mit der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 verbunden. Der zweite Schalteranschluss 51b ist mit der Längsvibrationserfassungselektrode 12 verbunden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Schalter 51 zu dem ersten Schalteranschluss 51a geschaltet, wenn der Ultraschallmotor 1 in Vorwärtsrichtung in Drehung versetzt wird. Der Schalter 51 wird zu dem zweiten Schalteranschluss 51b geschaltet, wenn der Ultraschallmotor 1 in Rückwärtsrichtung in Drehung versetzt wird. Wenn der Ultraschallmotor 1 in Vorwärtsrichtung in Drehung versetzt wird, wird ein in der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 erzeugtes Spannungssignal V1s über den Schalter 51 der Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 zugeführt. Wenn der Ultraschallmotor 1 in Rückwärtsrichtung in Drehung versetzt wird, wird ein in der Längsvibrationserfassungselektrodenplatte 12 erzeugtes Spannungssignal V2s über den Schalter 51 der Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 zugeführt.

Ein Ausgangsanschluss der Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 ist mit der Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 verbunden. Die Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 gemäß diesem Ausführungsbeispiel erzeugt ein variables Spannungssignal V1x (oder V2x in dem Fall der Rückwärtsdrehung) auf der Grundlage des Spannungssignals V1s auf der Torsionsvibrationserfassungselektrode 14 (oder V2s aus der Längsvibrationserfassungselektrode 12 im Fall der Rückwärtsdrehung) und führt dieses der Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 zu. Außerdem erzeugt die Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 gemäß diesem Ausführungsbeispiel beim Anlaufen des Ultraschallmotors 1 unmittelbar nach Einschalten des Ultraschallmotors 1, genauer, wenn das Spannungssignal V1s (oder V2s) nach Einschalten des Ultraschallmotors 1 null ist, ein Spannungssignal V1xa (oder V2xa in dem Fall der Rückwärtsdrehung des Motors) und führt dieses der Oszillationsschaltung 53 mit variabler Frequenz zu.

Ein Eingangsanschluss der Oszillationsschaltung 53 mit variabler Frequenz ist mit der Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 verbunden. Ein Ausgangsanschluss der Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 ist mit einer Primärwicklung 54a des Transformators 54 verbunden.

Die Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 gemäß diesem Ausführungsbeispiel erzeugt ein Spannungssignal V1f (oder V2f in dem Fall der Rückwärtsdrehung des Motors) als Antriebsspannungssignal mit einer variablen Frequenz f1x (oder f2x in dem Fall der Rückwärtsdrehung des Motors) auf der Grundlage des Spannungssignals V1x (oder V2x), das aus der Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 ausgegeben wird. Dann führt die Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 das Spannungssignal V1f (oder V2f) dem Transformator 54 zu.

Wenn die Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 das Spannungssignal V1x gleich "V1xa" aus der Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 empfängt, gibt diese das Spannungssignal V1f mit der Frequenz f1x gleich "f1" aus. Wenn die Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 das Spannungssignal V2x gleich "V2xa" aus der Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 empfängt, gibt diese das Spannungssignal V2f mit der Frequenz f2x gleich "f2" aus. Gemäß Fig. 5 ist die Frequenz f1 die Resonanzfrequenz des Stators 2 während der Vorwärtsdrehung des Ultraschallmotors 1 und ist die Frequenz f2 die Resonanzfrequenz des Stators 2 während der Rückwärtsdrehung des Ultraschallmotors 1.

Die Primärwicklung 54a des Transformators 54 ist mit der Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 verbunden, und eine Sekundärwicklung 54b des Transformators 54 ist mit der Antriebselektrode 11, der ersten Elektrodenplatte 9 und der zweiten Elektrodenplatte 10 verbunden. Der Transformator 54 gemäß diesem Ausführungsbeispiel verstärkt das Spannungssignal V1f (oder V2f), das aus der Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 ausgegeben wird und legt dieses zwischen der Antriebselektrode 11 und jede der ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10 an.

Ein Verfahren zum Betrieb des Ultraschallmotors 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit der Selbsterregungs- Oszillationsantriebsschaltung 50 ist nachstehend beschrieben.

Wenn der Ultraschallmotor 1 in Vorwärtsrichtung in Drehung versetzt wird, wird der Schalter 51 zu dem ersten Schalteranschluss 51a geschaltet. Beim Anlaufen des Ultraschallmotors 1 unmittelbar nach Einschalten des Ultraschallmotors 1 erzeugt die Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 das Spannungssignal V1x (= V1xa) auf der Grundlage der Tatsache, dass das Spannungssignal V1s null ist, und führt dieses dann zu der Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 zu.

Dann erzeugt die Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 das Spannungssignal V1f mit der Frequenz gleich der Resonanzfrequenz f1 auf der Grundlage des Spannungssignals V1x ( = V1xa), das aus der Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 ausgegeben wird. Das Spannungssignal V1f wird durch den Transformator 54 angehoben (verstärkt) und wird dann zwischen der Antriebselektrode 11 und jeder der ersten und zweiten Elektroden 9 und 10 angelegt. Danach wird der Rotor 3, der gegen die obere Oberfläche des Metallblocks 5 gedrängt ist, im Uhrzeigersinn (CW) gemäß Fig. 6A durch die komplexen Vibrationen, die hauptsächlich aus den sekundären Torsionsvibrationen zusammengesetzt sind, in Vorwärtsrichtung in Drehung versetzt.

Wenn der Ultraschallmotor 1 beginnt, aufgrund der Vibrationen des Stators 2 in Vorwärtsrichtung zu drehen, wird das Spannungssignal V1s in dem piezoelektrischen Torsionsvibrationserfassungselement 8 erzeugt, das zusammen mit dem Stator 2 vibriert wird. Das Spannungssignal V1s wird der Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 zugeführt. Die Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 erzeugt das Spannungssignal V1x zum Antrieb des Stators 2 auf der Grundlage des Spannungssignals V1s, das aus der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 ausgegeben wird, derart, dass die tatsächliche Vibrationsfrequenz fn des Stators 2 im Wesentlichen mit der Resonanzfrequenz f1 übereinstimmt. Dann führt die Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 das erzeugte Spannungssignal V1x der Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 zu.

Die Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 erzeugt das Spannungssignal V1f mit der Frequenz f1x auf der Grundlage des aus der Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 ausgegebenen Spannungssignals V1x derart, dass die tatsächliche Vibrationsfrequenz fn des Stators 2 im Wesentlichen mit der Resonanzfrequenz f1 übereinstimmt. Dann führt die Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 das erzeugte Spannungssignal V1f dem Transformator 54 zu.

Danach hebt der Transformator 54 das aus der Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 ausgegebene Spannungssignal V1f an und legt dieses zwischen der Antriebselektrode 11 und jeder der ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10 an. Somit wird der Ultraschallmotor 1 derart gesteuert, dass die tatsächliche Vibrationsfrequenz des Stators 2 im Wesentlichen mit der Resonanzfrequenz f1 übereinstimmt, wobei der Ultraschallmotor 1 durch die komplexen Vibrationen, die hauptsächlich aus den sekundären Torsionsvibrationen zusammengesetzt sind, in Vorwärtsrichtung in Drehung versetzt wird.

Wenn demgegenüber der Ultraschallmotor 1 in Rückwärtsrichtung in Drehung versetzt wird, wird der Schalter 51 zu dem zweiten Schalteranschluss 51b geschaltet. Beim Anlaufen des Ultraschallmotors 1 unmittelbar nach Einschalten des Ultraschallmotors 1 erzeugt die Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 das Spannungssignal V2x (= V2xa) auf der Grundlage der Tatsache, dass das Spannungssignal V2s null ist und führt dieses der Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 zu.

Dann erzeugt die Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 das Spannungssignal V2f mit der Frequenz gleich der Resonanzfrequenz f2 auf der Grundlage des Spannungssignals V2x (= V2xa), das aus der Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 ausgegeben wird. Das Spannungssignal V2f wird durch den Transformator 54 angehoben und wird dann zwischen der Antriebselektrode 11 und jeder der ersten und zweiten Elektroden 9 und 10 angelegt. Danach wird der Rotor 3, der gegen die obere Oberfläche des Metallblocks 5 gedrängt wird, durch die komplexen Vibrationen, die hauptsächlich aus den primären Längsvibrationen zusammengesetzt sind, in Rückwärtsrichtung in Drehung gegen den Uhrzeigersinn (CCW) gemäß Fig. 7A versetzt.

Wenn der Ultraschallmotor 1 einmal beginnt, sich aufgrund der Vibrationen des Stators 2 in Rückwärtsrichtung zu drehen, wird das Spannungssignal V2s in den ersten und zweiten piezoelektrischen Antriebselementen 6 und 7 erzeugt, die zusammen mit dem Stator 2 in Vibration versetzt werden. Das Spannungssignal V2s wird der Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 zugeführt. Die Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 erzeugt das Spannungssignal V2x zum Antrieb des Stators 2 auf der Grundlage des aus der Längsvibrationserfassungselektrode 12 ausgegebenen Spannungssignals V2s derart, dass die tatsächliche Vibrationsfrequenz fn des Stators 2 im Wesentlichen mit der Resonanzfrequenz f2 übereinstimmt. Dann führt die Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 das erzeugte Spannungssignal V2x der Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 zu.

Die Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 erzeugt das Spannungssignal V2f mit der Frequenz f2x auf der Grundlage des aus der Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 ausgegebenen Spannungssignals V2x derart, dass die tatsächliche Vibrationsfrequenz (Ist- Vibrationsfrequenz) fn des Stators 2 im Wesentlichen mit der Resonanzfrequenz f2 übereinstimmt. Dann führt die Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 das erzeugte Spannungssignal V2f dem Transformator 54 zu.

Danach hebt der Transformator 54 das aus der Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 53 ausgegebene Spannungssignal V2f an und legt dieses zwischen der Antriebselektrode 11 und jeder der ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10 an. Somit wird der Ultraschallmotor 1 derart gesteuert, dass die tatsächliche Vibrationsfrequenz fn des Stators 2 im Wesentlichen mit der Resonanzfrequenz f2 übereinstimmt, wobei der Ultraschallmotor 1 durch die komplexen Vibrationen, die hauptsächlich aus den primären Gelenksvibrationen zusammengesetzt sind, in Rückwärtsrichtung in Drehung versetzt wird.

Nachstehend sind Eigenschaften des Ultraschallmotors 1 beschrieben.

(1) Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Stator 2 das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8 und die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 auf.

Somit kann die Vorwärtsdrehungssteuerung des Ultraschallmotors 1 auf der Grundlage der Spannungssignale durchgeführt werden, die aus dem piezoelektrischen Torsionsvibrationserfassungselement 8 und der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 ausgegeben werden. Folglich kann die Vorwärtsdrehungssteuerung des Ultraschallmotors 1, der aufgrund der hauptsächlich aus den sekundären Torsionsvibrationen zusammengesetzten komplexen Vibrationen sich in Vorwärtsrichtung dreht, mit höherer Genauigkeit als im Vergleich zu dem herkömmlichen, bekannten Ultraschallmotor ausgeführt werden, der durch die Vorwärtsdrehungssteuerung auf der Grundlage der Spannungssignale gedreht wird, die aus der Längsvibrationserfassungseinrichtung ausgegeben werden.

(2) Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8 und die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 benachbart zu dem zweiten Metallblock 5 des Stators 2 angeordnet, wo relativ große Spannungen aufgrund der Torsionsvibrationen erzeugt werden (oder angenähert an einem Punkt, an dem ein Wellenscheitel oder ein Wellental während der Torsionsvibrationen beobachtet wird, beispielsweise angenähert an einem vertikalen axialen Zentrum des Graphens, der gemäß Fig. 8 mit "(a)" bezeichnet ist) Somit können Torsionsvibrationssignale mit dem piezoelektrischen Torsionsvibrationserfassungselement 8 und der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 genauer erfasst werden. Folglich ist es möglich, die optimalen Betriebsbedingungen für den Ultraschallmotor 1 bereitzustellen.

(3) Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Stator 2 das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8 und die Torsionsvibrationserfassungselektrode 14 auf. Weiterhin weist der Stator 2 die dritte Elektrodenplatte 13 auf, die die Längsvibrationserfassungselektrode 12 aufweist und die zwischen dem ersten piezoelektrischen Antriebselement 6 und dem zweiten piezoelektrischen Antriebselement 7 geklemmt ist.

Folglich werden das Spannungssignal V1s, das den Vibrationszustand des Ultraschallmotors 1 während dessen Vorwärtsdrehung angibt, und das Spannungssignal V2s, das den Vibrationszustand des Ultraschallmotors 1 während dessen Rückwärtsdrehung angibt, mit der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 und der Längsvibrationserfassungselektrode 12 jeweils erfasst. Vibrationen des Ultraschallmotors 1 während dessen Vorwärtsdrehung und dessen Rückwärtsdrehung werden durch die Selbsterregungs- Oszillationsantriebsschaltung 50 auf der Grundlage der erfassten Spannungssignale V1s und V2s jeweils gesteuert. Somit kann der Ultraschallmotor 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem herkömmlichen Ultraschallmotor, in dem die Vibrationszustände während der Vorwärtsdrehung und der Rückwärtsdrehung lediglich mit der Längsvibrationserfassungselektrode erfasst werden, genauer gesteuert werden. Folglich sind die eher komplexen Vibrationsvergleichsschaltung und Frequenzsteuerungsschaltung, die in dem herkömmlich vorgeschlagenen Ultraschallmotor erforderlich sind, gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht weiter erforderlich, so dass die Anzahl der Komponenten sowie die Herstellungskosten des Ultraschallmotors 1 verringert werden können.

(4) Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden das Spannungssignal V1s aus der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 und das Spannungssignal V2s aus der Längsvibrationserfassungselektrode 12 erfasst. Dann wird das Antriebsspannungssignal V1f (oder V2f) zum Antrieb des Stators 2 in der Selbsterregungs- Oszillationsantriebsschaltung 50 derart erzeugt, dass die tatsächliche Vibrationsfrequenz fn des Stators 2 im Wesentlichen mit der Resonanzfrequenz f1 (oder f2) übereinstimmt. Danach wird das erzeugte Antriebsspannungssignal V1f (oder V2f) zwischen der Antriebselektrode 11 und jede der ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10 angelegt.

Somit kann der Ultraschallmotor 1 unter den optimalen Betriebsbedingungen betrieben werden, die bewirken, dass die tatsächliche Vibrationsfrequenz fn des Stators 2 im Wesentlichen oder fast mit der Resonanzfrequenz f1 (oder f2) übereinstimmt. Folglich sind die eher komplexe Frequenzvergleichsschaltung und Frequenzsteuerungsschaltung, die bei dem herkömmlichen Unterschallmotor erforderlich sind, um die optimalen Betriebsbedingungen bereitzustellen, nicht weiter erforderlich. Auf diese Weise wird die Antriebsschaltung des Ultraschallmotors 1 vereinfacht, weshalb die Anzahl der Komponenten sowie die Herstellungskosten des Ultraschallmotors 1 verringert werden können.

(5) Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Selbsterregungs-Oszillationsantriebsschaltung 50 die Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 auf. Die Spannungssignalerzeugungsschaltung 52 erzeugt das Spannungssignal V1x (oder V2x) zum Antrieb des Stators 2 auf der Grundlage des Spannungssignals V1s aus der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 oder des Spannungssignals V2s aus der Längsvibrationserfassungselektrode 12 derart, dass die tatsächliche Vibrationsfrequenz Vn des Stators 2 im Wesentlichen mit der Resonanzfrequenz f1 (oder f2) übereinstimmt. Somit können die Vibrationszustände des Ultraschallmotors 1 während dessen Vorwärtsdrehung und dessen Rückwärtsdrehung genauer erfasst werden, so dass es möglich ist, die optimalen Betriebsbedingungen für den Ultraschallmotor 1 bereitzustellen.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel kann wie nachstehend beschrieben abgeändert werden.

Wie es in Fig. 9 gezeigt ist, kann das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8 an einer unteren Oberfläche des ersten Blockabschnitts 16 befestigt werden. Bei dieser Anordnung kann das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8 direkt mit dem ersten Schalteranschluss 51a des Schalters 51 der Selbsterregungs-Oszillationsantriebsschaltung 50 über einen (nicht gezeigten) Leitungsdraht verbunden werden. In diesem Fall können neben den in den vorstehend beschriebenen Abschnitten (1), (3)-(5) beschriebenen Vorteile die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 und die dielektrische Platte 15 vorteilhafterweise entfallen. Somit können die Anzahl der Komponenten sowie die Herstellungskosten des Ultraschallmotors 1 weiter verringert werden.

Weiterhin kann, wie es in Fig. 10 gezeigt ist, ein piezoelektrisches Torsionsvibrationserfassungselement 46, das in dessen Dickenrichtung polarisiert ist (Richtung M gemäß Fig. 10) an einer umlaufenden Oberfläche des ersten Blocks 16 befestigt werden (angenähert an einem Punkt, bei dem ein Wellental oder ein Wellenscheitel während der Torsionsvibrationen beobachtet wird, beispielsweise angenähert an einer vertikalen axialen Unterseite des Graphens, der in Fig. 8 mit "(a)" bezeichnet ist). Bei dieser Anordnung kann das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement direkt mit dem ersten Schalteranschluss 51a des Schalters 51 der Selbsterregungs- Oszillationsantriebsschaltung 50 über einen (nicht gezeigten) Leitungsdraht verbunden werden. In diesem Fall können neben den in den vorstehenden Abschnitten (1), (3)-(5) beschriebenen Vorteilen die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 und die dielektrische Platte 15 vorteilhafterweise entfallen. Folglich kann die Anzahl der Komponenten sowie die Herstellungskosten des Ultraschallmotors 1 weiter verringert werden.

Weiterhin kann, wie es in Fig. 11 und 12 gezeigt ist, die Elektrode 11 lediglich die Antriebselektrode aufweisen, und können die Längsvibrationserfassungselektrode 12 und die Torsionsvibrationserfassungselektrode 14 in einem einstückigen Körper integriert sein, wobei diese elektrisch voneinander isoliert sind. Bei dieser Anordnung ist eine Durchgangsöffnung 80a vorgesehen, die durch eine Mitte einer Elektrodenplatte 80 hindurch verläuft, die sowohl die Längsvibrationserfassungselektrode 12 als auch die Torsionsvibrationserfassungselektrode 14 aufweist, die in einem einstückigen Körper integriert sind und elektrisch voneinander getrennt sind.

Sowohl ein elektrisch mit der Torsionsvibrationserfassungselektrode 14 verbundenes Anschlussstück 14b als auch ein elektrisch mit der Längsvibrationserfassungselektrode 12 verbundenes Anschlussstück 12b sind an einer äußeren umlaufenden Oberfläche der Elektrodenplatte 80 vorgesehen. Das Anschlussstück 14b und das Anschlussstück 12b sind über Leitungsdrähte mit der Selbsterregungs- Oszillationsantriebsschaltung 50 verbunden.

Ebenfalls kann eine Hälfte des piezoelektrischen Torsionsvibrationserfassungselements in dessen Dickenrichtung (oder der axialen Richtung des Ultraschallmotors) polarisiert sein, wobei die andere Hälfte des piezoelektrischen Torsionsvibrationserfassungselements in Umlaufrichtung (Torsionsrichtung um die Rotationsachse des Ultraschallmotors) polarisiert sein kann. Das heißt, dass ein Abschnitt des piezoelektrischen Torsionsvibrationserfassungselements 8 als ein piezoelektrisches Längsvibrationserfassungselement verwendet werden kann, das als die Längsvibrationserfassungseinrichtung dient. Alternativ dazu kann, wie es in Fig. 13 gezeigt ist, das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement in einer Richtung polarisiert sein, die schräg zu der Axialrichtung des Ultraschallmotors verläuft. In beiden der vorstehend beschriebenen Fälle können sowohl Längs- als auch Torsionsspannungen mit dem einzelnen piezoelektrischen Torsionsvibrationserfassungselement 8 erfasst werden. Auf diese Weise können neben den in den vorstehenden Abschnitten (1)-(5) beschriebenen Vorteile des ersten Ausführungsbeispiels die ersten und zweiten piezoelektrischen Antriebselemente 6 und 7 wirksamer verwendet werden.

Der Stator 2 gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann wie in Fig. 14 gezeigt abgeändert werden. Insbesondere weist, wie es in Fig. 14 gezeigt ist, der Stator 2 die ersten und zweiten Metallblöcke 4 und 5, die ersten und zweiten piezoelektrischen Antriebselemente 6 und 7, das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8, die ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10, die Antriebselektrode 11, die Längsvibrationserfassungselektrode 12, die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14, ein piezoelektrisches Längsvibrationserfassungselement 47 sowie dielektrische Platten 15 und 48 auf. Das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8 bildet die Torsionsvibrationserfassungseinrichtung. Die ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10 dienen als Energieversorgungselektrodenplatten. Die Längsvibrationserfassungselektrode 12 bildet die Längsvibrationserfassungseinrichtung. Die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 bildet die Torsionsvibrationserfassungseinrichtung. Das piezoelektrische Längsvibrationserfassungselement 47 bildet die Längsvibrationserfassungseinrichtung.

Die Antriebselektrode 11 ist scheibenförmig und weist eine durch dessen Zentrum hindurch verlaufende Durchgangsöffnung 11a auf. Ein Anschlussstück 11b ist an einer äußeren umlaufenden Oberfläche der Antriebselektrode 11 gebildet. Das Anschlussstück 11b ist mit der Selbsterregungs-Oszillationsantriebsschaltung 50 über einen Leitungsdraht verbunden.

Die Längsvibrationserfassungselektrode 12 ist scheibenförmig und weist einen durch deren Zentrum hindurch verlaufende Durchgangsöffnung 12a auf. Ein Anschlussstück 12b ist an einer äußeren umlaufenden Oberfläche der Längsvibrationserfassungselektrode 12 gebildet. Das Anschlussstück 12b ist mit der Selbsterregungs- Oszillationsantriebsschaltung 50 über einen Leitungsdraht verbunden.

Die Torsionsvibrationserfassungselektrode 14 ist scheibenförmig und weist eine durch deren Zentrum hindurch verlaufende Durchgangsöffnung 14a auf. Ein Anschlussstück 14b ist an einer äußeren umlaufenden Oberfläche der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 gebildet. Das Anschlussstück 14b ist mit der Selbsterregungs- Oszillationsantriebsschaltung 50 über einen Leitungsdraht verbunden.

Das piezoelektrische Längsvibrationserfassungselement 47 ist scheibenförmig und weist eine durch dessen Zentrum hindurch verlaufende Durchgangsöffnung 47a auf. Das piezoelektrische Längsvibrationserfassungselement 47 ist in einer Dickenrichtung oder der axialen Richtung des Ultraschallmotors (vertikale Richtung in Fig. 14) polarisiert.

Die dielektrische Platte 48 ist scheibenförmig und aus einem dielektrischen Material wie einem Harzmaterial hergestellt. Die dielektrische Platte 48 weist eine durch dessen Zentrum hindurchführende Durchgangsöffnung 48a auf.

Die ersten und zweiten piezoelektrischen Antriebselemente 6 und 7, das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement 8, das piezoelektrische Längsvibrationserfassungselement 47, die ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10, die Antriebselektrode 11, die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14, die Längsvibrationserfassungselektrode 12 sowie die dielektrischen Platten 15 und 18 sind zwischen dem ersten Metallblock 4 und dem zweiten Metallblock 5 angeordnet. Genauer sind die dielektrische Platte 48, die Längsvibrationserfassungselektrode 12, das piezoelektrische Längsvibrationserfassungselement 47, die erste Elektrodenplatte 9, das erste piezoelektrische Antriebselement 6, die Antriebselektrode 11, das zweite piezoelektrische Antriebselement 7, die zweite Elektrodenplatte 10, das piezoelektrische Torsionserfassungselement 8, die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 sowie die dielektrische Platte 15 in dieser Reihenfolge zwischen der oberen Oberfläche des ersten Metallblocks 4 und der unteren Oberfläche des zweiten Metallblocks 5 gestapelt.

In dieser Anordnung können Vorteile erreicht werden, die ähnlich zu denen in den vorstehenden Abschnitten (1)-(5) beschriebenen sind.

Weiterhin kann die Selbsterregungs- Oszillationsantriebsschaltung gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Selbsterregungs- Oszillationsantriebsschaltung 60 gemäß Fig. 15 sein. Genauer weist die Selbsterregungs- Oszillationsantriebsschaltung 60 eine erste Antriebseinrichtung 60a und eine zweite Antriebseinrichtung 60b auf, wie es in Fig. 15 gezeigt ist. Die erste Antriebseinrichtung 60a weist einen Schalter 61, eine erste Spannungserzeugungsschaltung 63, eine erste Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 65 und einen ersten Transformator 67 auf. Die zweite Antriebseinrichtung 60b weist einen Schalter 62, eine zweite Spannungssignalerzeugungsschaltung 64, eine zweite Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 66 und einen zweiten Transformator 68 auf.

Der Schalter 61 ist mit der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 verbunden, und der Schalter 62 ist mit der Längsvibrationserfassungselektrode 12 verbunden. Der Schalter 61 wird eingeschaltet, wenn der Ultraschallmotor 1 in Vorwärtsrichtung in Drehung versetzt wird. Weiterhin wird der Schalter 61 ausgeschaltet, wenn der Ultraschallmotor 1 in Rückwärtsrichtung in Drehung versetzt wird. Demgegenüber wird der Schalter 62 ausgeschaltet, wenn der Ultraschallmotor 1 in Vorwärtsrichtung in Drehung versetzt wird. Weiterhin wird der Schalter 62eingeschaltet, wenn der Ultraschallmotor 1 in Rückwärtsrichtung in Drehung versetzt wird.

Wenn der Ultraschallmotor 1 in Vorwärtsrichtung in Drehung versetzt wird, wird ein in der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte 14 erzeugtes Spannungssignal V1s der ersten Spannungserzeugungsschaltung 63 über den Schalter 61 zugeführt. Wenn der Ultraschallmotor 1 in Rückwärtsrichtung in Drehung versetzt wird, wird ein in der Längsvibrationserfassungselektrode 12 erzeugtes Spannungssignal V2s der zweiten Spannungssignalerzeugungsschaltung 64 über den Schalter 62 zugeführt.

Ein Ausgangsanschluss der ersten Spannungssignalerzeugungsschaltung 63 ist mit der ersten Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 65 verbunden. Die erste Spannungssignalerzeugungsschaltung 63 erzeugt ein variables Spannungssignal V1x auf der Grundlage des Spannungssignals V1s aus der Torsionsvibrationserfassungselektrode 14 und führt dieses der ersten Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 65 zu. Beim Anlaufen des Ultraschallmotors 1 unmittelbar nach Einschalten des Ultraschallmotors 1, genauer, wenn das Spannungssignal V1s nach Einschalten des Ultraschallmotors 1 null ist, erzeugt die erste Spannungssignalerzeugungsschaltung 63 das Spannungssignal V1xa und führt dieses der ersten Oszillatorschaltung mit variabler Frequenz 65 zu.

In ähnlicher Weise ist ein Ausgangsanschluss der zweiten Spannungssignalerzeugungsschaltung 64 mit der zweiten Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 66 verbunden. Die zweite Spannungssignalerzeugungsschaltung 64 erzeugt das variable Spannungssignal V2x auf der Grundlage des Spannungssignals V2s aus der Längsvibrationserfassungselektrode 12 und führt dieses der zweiten Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 66 zu. Beim Anlaufen des Ultraschallmotors 1 unmittelbar nach Einschalten des Ultraschallmotors 1, genauer, wenn das Spannungssignal V2s nach Einschalten des Ultraschallmotors 1 null ist, erzeugt die zweite Spannungssignalerzeugungsschaltung 64 das Spannungssignal V2xa und führt dieses der zweiten Oszillatorschaltung mit variabler Frequenz 66 zu.

Eingangsanschlüsse der ersten und zweiten Oszillationsschaltungen mit variabler Frequenz 65 und 66 sind jeweils mit den ersten und zweiten Spannungssignalerzeugungsschaltungen 63 und 64 verbunden. Ausgangsanschlüsse der ersten und zweiten Oszillationsschaltungen mit variabler Frequenz 65 und 66 sind mit den Primärwindungen 67a und 68a jeweils des ersten und zweiten Transformators 67 und 68 verbunden.

Die erste Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 65 erzeugt das Spannungssignal V1f als das Torsionsvibrationsantriebsspannungssignal mit einer variablen Frequenz flx auf der Grundlage des aus der ersten Spannungssignalerzeugungsschaltung 63 ausgegebenen Spannungssignals V1x. Dann führt die erste Oszillationsschaltung 65 mit variabler Frequenz 65 das Spannungssignal V1f dem ersten Transformator 67 zu. In ähnlicher Weise erzeugt die zweite Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 66 das Spannungssignal V2f als Längsvibrationsantriebsspannungssignal mit einer variablen Frequenz f2x auf der Grundlage des aus der zweiten Spannungssignalerzeugungsschaltung 64 ausgegebenen Spannungssignals V2x. Dann führt die zweite Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 66 das Spannungssignal V2f dem zweiten Transformator 68 zu.

Wenn die erste Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 65 das Spannungssignal V1x gleich "V1xa" aus der ersten Spannungssignalerzeugungsschaltung 63 empfängt, gibt diese das Spannungssignal V1f mit der Frequenz f1x gleich "f1" aus. Wenn die zweite Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 66 das Spannungssignal V2x gleich "V2xa" aus der zweiten Spannungssignalerzeugungsschaltung 64 empfängt, gibt diese das Spannungssignal V2f mit der Frequenz f2x gleich "f2" aus. Die Frequenz f1 ist die Resonanzfrequenz des Stators 2 während der Vorwärtsdrehung des Ultraschallmotors 1, und die Frequenz f2 ist die Resonanzfrequenz des Stators 2 während der Rückwärtsdrehung des Ultraschallmotors 1.

Die Primärwicklung 67a des ersten Transformators 67 ist mit der ersten Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 65 verbunden, und die Primärwicklung 68a des zweiten Transformators 68 ist mit der zweiten Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz 66 verbunden. Sekundärwicklungen 67b und 68b der ersten und zweiten Transformatoren 67 und 68 sind beide mit der Antriebselektrode 11 und ebenfalls mit den ersten und zweiten Elektroden 9 und 10 jeweils verbunden. Die ersten und zweiten Transformatoren 67 und 68 heben die Spannungssignale V1f und V2f an, die jeweils aus den ersten und zweiten Oszillationsschaltungen mit variabler Frequenz 65 und 66 ausgegeben werden. Dann legen die ersten und zweiten Transformatoren 67 und 68 die angehobenen Spannungssignale V1f und V2f zwischen der Antriebselektrode 11 und jede der ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10 an.

In dieser Anordnung können neben den in den vorstehenden Abschnitten (1)-(5) beschriebenen Vorteilen Steuerungen für die Vorwärtsdrehung und die Rückwärtsdrehung des Ultraschallmotors 1 getrennt durchgeführt werden, da die erste Antriebseinrichtung 60a zur Erzeugung des Torsionsvibrationsantriebsspannungssignals getrennt von der zweiten Antriebseinrichtung 60b zur Erzeugung des Längsvibrationsantriebsspannungssignals getrennt ist, so dass die Zuverlässigkeit der Betriebssteuerung des Ultraschallmotors 1 verbessert werden kann.

Die Selbsterregungs-Oszillationsantriebsschaltung 60 kann derart abgeändert werden, dass diese nur einen Transformator aufweist. Das heißt, dass die ersten und zweiten Transformatoren 67 und 68 in einen einzelnen Transformator integriert sind, wobei die Spannungssignale V1f und V2f, die aus den ersten und zweiten Oszillationsschaltungen mit variabler Frequenz 65 und 66 mit dem einzelnen Transformator angehoben werden können. Dann werden die angehobenen Spannungssignale V1f und V2f zwischen den Antriebselektroden 11 und jede der ersten und zweiten Elektrodenplatten 9 und 10 angelegt.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die vorliegende Erfindung auf den Ultraschallmotor 1 angewendet, der sowohl vorwärts als auch rückwärts dreht. Jedoch kann die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf einen Ultraschallmotor angewendet werden, der lediglich in Vorwärtsrichtung dreht. In diesem Fall kann die Längsvibrationserfassungselektrode 12 entfallen. In dieser Anordnung können Vorteile ähnlich zu den in den vorstehenden Abschnitten (1) und (2) beschriebenen Vorteilen erreicht werden.

Zusätzliche Vorteile und Abänderungen sind für den Fachmann leicht ersichtlich. Die Erfindung in ihrer breiteren Ausgestaltung ist daher nicht auf die spezifischen Einzelheiten, das repräsentative Gerät und veranschaulichte Beispiele beschränkt, die gezeigt und beschrieben worden sind.

Wie vorstehend beschrieben, weist ein Stator (2) eine Längsvibrationserfassungselektrode (12) auf. Der Stator (2) weist außerdem ein piezoelektrisches Torsionsvibrationserfassungselement (8) und eine Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte (14) zur Erfassung von Torsionsvibrationen auf. Ein Spannungssignal (V1s) aus der Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte (14) oder ein Spannungssignal (V2s) aus der Längsvibrationserfassungselektrode (12) wird erfasst. Dann wird ein Antriebsspannungssignal (V1f oder V2f) zum Antrieb des Stators (2) in einer Selbsterregungs-Oszillationsantriebsschaltung (50, 60) derart erzeugt, dass eine tatsächliche Vibrationsfrequenz (fn) des Stators (2) im Wesentlichen mit einer Resonanzfrequenz (f1 oder f2) übereinstimmt. Danach wird das erzeugte Antriebsspannungssignal (V1f oder V2f) zwischen einer Antriebselektrode (11) und jede der ersten und zweiten Elektrodenplatten (9, 10) angelegt.


Anspruch[de]
  1. 1. Ultraschallmotor mit einem Rotor (3) und einem Stator (2), wobei der Stator (2) komplexe Vibrationen erzeugt, um den Rotor (3) in Drehung zu versetzen, die komplexen Vibrationen Längsvibrationen und Torsionsvibrationen enthalten, der Stator (2) eine Vielzahl piezoelektrischer Antriebselemente (6, 7), eine Vielzahl von Energieversorgungselektrodenplatten (9, 10, 11) zur Energieversorgung der piezoelektrischen Antriebselemente (6, 7), eine Längsvibrationserfassungseinrichtung (12, 47) zur Erfassung der Längsvibrationen, einen ersten Metallblock (4) und einen zweiten Metallblock (5) aufweist, wobei die piezoelektrischen Antriebselemente (6, 7), die Energieversorgungselektrodenplatten (9, 10, 11) und die Längsvibrationserfassungseinrichtung (12, 47) zwischen dem ersten Metallblock (4) und dem zweiten Metallblock (5) festgeklemmt sind, der Rotor (3) gegen den Stator (2) drehbar gedrängt ist, wobei der Ultraschallmotor dadurch gekennzeichnet ist, dass der Stator (2) weiterhin eine Torsionsvibrationserfassungseinrichtung (8, 46, 14) zur Erfassung der Torsionsvibrationen aufweist, wobei die Torsionsvibrationserfassungseinrichtung (8, 46, 14) getrennt von den piezoelektrischen Antriebselementen (6, 7) und den Energieversorgungselektrodenplatten (9, 10, 11) vorgesehen ist.
  2. 2. Ultraschallmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsvibrationserfassungseinrichtung (8, 46, 14) ein piezoelektrisches Torsionsvibrationserfassungselement (8, 46) aufweist.
  3. 3. Ultraschallmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsvibrationserfassungseinrichtung (8, 46, 14) weiterhin eine Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte (14) aufweist.
  4. 4. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsvibrationserfassungseinrichtung (8, 46, 14) allgemein ungefähr an einer Position angeordnet ist, wo entweder ein Wellenscheitel oder ein Wellental während der Torsionsvibrationen in dem Stator (2) beobachtet wird.
  5. 5. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsvibrationserfassungseinrichtung (8, 46, 14) benachbart zu einem der piezoelektrischen Antriebselemente (6, 7) angeordnet ist.
  6. 6. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass

    jedes der piezoelektrischen Antriebselemente (6, 7) in einer axialen Richtung des Ultraschallmotors polarisiert ist, und

    das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement (8, 46) in einer Torsionsrichtung um eine Rotationsachse des Ultraschallmotors polarisiert ist.
  7. 7. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

    der Ultraschallmotor durch eine Antriebsschaltung (50) gesteuert wird,

    die Antriebsschaltung (50) ein Torsionsvibrationsantriebsspannungssignal (V1f) auf der Grundlage eines erfassten Signals (V1s), das durch die Torsionsvibrationserfassungseinrichtung (8, 46, 14) erfasst wird, und den Stator (2) mit dem Torsionsvibrationsantriebsspannungssignal (V1f) antreibt, und

    die Antriebsschaltung (50) ein Längsvibrationsantriebsspannungssignal (V2f) auf der Grundlage eines durch die Längsvibrationserfassungseinrichtung (12, 47) erfasstes Erfassungssignal (V2s) erzeugt und den Stator (2) mit dem Längsvibrationsantriebsspannungssignal (V2f) antreibt.
  8. 8. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallmotor durch eine Antriebsschaltung (60) gesteuert wird, wobei die Antriebsschaltung (60) aufweist:

    eine erste Antriebseinrichtung (60a), die ein Torsionsvibrationsantriebsspannungssignal (V1f) auf der Grundlage eines durch die Torsionsvibrationserfassungseinrichtung erfassten Erfassungssignals (V1s) erzeugt und den Stator (2) mit dem Torsionsvibrationsantriebsspannungssignal (V1f) antreibt, und

    einer zweiten Antriebseinrichtung (60a), die ein Längsvibrationsantriebsspannungssignal (V2f) auf der Grundlage eines durch die Längsvibrationserfassungseinrichtung (12, 47) erfassten Erfassungssignals (V2s) erzeugt und den Stator (2) mit dem Längsvibrationsantriebsspannungssignal (V2f) antreibt.
  9. 9. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsvibrationserfassungseinrichtung (12, 47) ein piezoelektrisches Längsvibrationserfassungselement (47) und eine Längsvibrationserfassungselektrodenplatte (12) aufweist, wobei das piezoelektrische Längsvibrationserfassungselement (47) getrennt von den piezoelektrischen Antriebselementen (6, 7) vorgesehen ist.
  10. 10. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass

    die Längsvibrationserfassungseinrichtung (12) ein piezoelektrisches Längsvibrationserfassungselement aufweist, und

    das piezoelektrische Längsvibrationserfassungselement und das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement in einem einstückigen Körper (8) integriert sind und elektrisch voneinander isoliert sind, wobei das piezoelektrische Längsvibrationserfassungselement in einer axialen Richtung des Ultraschallmotors polarisiert ist und das Torsionsvibrationserfassungselement in einer Torsionsrichtung um eine Rotationsachse des Ultraschallmotors polarisiert ist.
  11. 11. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass

    die Längsvibrationserfassungseinrichtung (12) ein piezoelektrisches Längsvibrationserfassungselement und eine Längsvibrationserfassungselektronenplatte (12) aufweist,

    wobei das piezoelektrische Längsvibrationserfassungselement und das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement in einem einstückigen Körper (8) integriert sind und elektrisch voneinander isoliert sind, wobei das piezoelektrische Längsvibrationserfassungselement in axialer Richtung des Ultraschallmotors polarisiert ist, und das piezoelektrische Torsionsvibrationserfassungselement in einer Torsionsrichtung um eine Rotationsachse des Ultraschallmotors polarisiert ist, und

    die Längsvibrationserfassungselektrodenplatte (12) und die Torsionsvibrationserfassungselektrodenplatte (14) in einem einstückigen Körper (80) integriert sind.
  12. 12. Verfahren zum Betrieb eines Ultraschallmotors mit einem Rotor (3) und einem Stator (2), wobei der Stator (2) komplexe Vibrationen erzeugt, um den Rotor (3) in Drehung zu versetzen, die komplexen Vibrationen Längsvibrationen und Torsionsvibrationen enthalten, der Stator (2) eine Vielzahl piezoelektrischer Antriebselemente (6, 7), eine Vielzahl von Energieversorgungselektrodenplatten (9, 10, 11) zur Energieversorgung der piezoelektrischen Antriebselemente (6, 7), eine Längsvibrationserfassungseinrichtung (12, 47) zur Erfassung der Längsvibrationen, einen ersten Metallblock (4) und einen zweiten Metallblock (5) aufweist, wobei die piezoelektrischen Antriebselemente (6, 7), die Energieversorgungselektrodenplatten (9, 10, 11) und die Längsvibrationserfassungseinrichtung (12, 47) zwischen dem ersten Metallblock (4) und dem zweiten Metallblock (5) festgeklemmt sind, der Rotor (3) gegen den Stator (2) drehbar gedrängt ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

    Erfassen von Spannungssignalen (V1s, V2s) durch die Längsvibrationserfassungseinrichtung (12, 47) und ebenfalls durch eine Torsionsvibrationserfassungseinrichtung (8, 46, 14) die in den Stator (2) zur Erfassung der Torsionsvibrationen vorgesehen ist,

    Erzeugen eines Antriebsspannungssignals (V1f, V2f) zum Antrieb des Stators (2) auf der Grundlage des Spannungssignals (V1s, V2s) derart, dass die tatsächliche Vibrationsfrequenz (fn) des Stators (2) im Wesentlichen mit einer Resonanzfrequenz (f1, f2) des Stators (2) übereinstimmt, und

    Anlegen des Antriebsspannungssignals (V1f, V2f) an die Energieversorgungselektrodenplatten (9, 10, 11).
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass

    das Antriebsspannungssignal (V1f, V2f) durch eine Antriebsschaltung (60) erzeugt wird, wobei die Antriebsschaltung (60) eine erste Antriebseinrichtung (60a) und eine zweite Antriebseinrichtung (60b) aufweist, wobei die erste Antriebseinrichtung (60a) eine erste Spannungssignalerzeugungsschaltung (63) und eine erste Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz (65) aufweist, die zweite Antriebseinrichtung (60b) eine zweite Spannungssignalerzeugungsschaltung (64) und eine zweite Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz (66) aufweist,

    wobei der Schritt des Erzeugens des Antriebsspannungssignals (V1f, V2f) weiterhin die Schritte aufweist:

    Erzeugen eines Torsionsantriebsspannungssignals (V1f) durch die erste Spannungssignalerzeugungsschaltung (63) und die erste Oszillationsschaltung mit variabler Frequenz (65) auf der Grundlage des Spannungssignals (V1s), das durch die Torsionsvibrationserfassungseinrichtung (8, 46, 14) erfasst wird, und

    Erzeugen eines Längsantriebsspannungssignals (V2f) durch die zweite Spannungssignalerzeugungsschaltung (64) und die zweite Oszillationsspannung mit variabler Frequenz (66) auf der Grundlage des durch die Längsvibrationserfassungseinrichtung (12, 47) erfassten Spannungssignals (V2s), und

    wobei der Schritt des Anlegens des Antriebsspannungssignals (V1f, V2f) weiterhin einen Schritt zum Anlegen entweder des Torsionsantriebsspannungssignals (V1f) oder des Längsantriebsspannungssignals (V2f) an die Energieversorgungselektrodenplatten (9, 10, 11) aufweist.






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