CN1133265C - 驻波型自校正超声电机 - Google Patents
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Abstract
一种驻波型自校正超声电机属超声电机，它包括转子1、摩擦材料2、定子3、压电陶瓷片4、底座5、轴承6、螺母8、弹簧9所构成，在转子上有缝隙和定子上有凸起齿。压电陶瓷片采取沿整个圆周以“正、正”、“负、负”、“正、正”、“负、负”的极性顺序进行极化的形式，且满足凸起齿二边极性相同。驱动控制方法是：当超声方波信号加入压电片的输入端1或输入端2时，电机连续运转；而当二个超声方波信号同相且同时加入到压电片的输入端1和输入端2时，电机步进。本发明自校精度高，工作稳定，且不产生失步现象。
Description
技术领域：
本发明所涉及的驻波型自校正超声电机属超声电机领域。
背景技术：
超声电机是近十多年来发展起来的一种全新原理和结构的微型电机。它通过压电效应将电能转换成定子的微观机械振动。再通过摩擦传递将这种微观的振动转换成转子的宏观的转动。超声电机具有直接驱动、控制性好、无噪声、与磁场无缘和重量轻等优点，特别适用于小型、精密度装置的驱动器。由于它是通过定子和转子间的摩擦来获得转子运动的，若长期、连续运行，会发热和磨损。因此，目前间断运动的步进电机是其发展的方向之一。
由于压电材料的滞后效应和摩擦驱动中存在着滑动的随机性，步进超声电机的定位精度受以影响，需要有位置传感器来进行反馈和校正，从而形成结构和电路较为复杂的闭环控制系统。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种新型的步进超声电机，在其运动的每一步中均能自行精确定位，从而消除其积累误差，即它具有自行校正的功能。
本发明的驻波型自校正型超声电机由转子、摩擦材料、定子、压电陶瓷片、底座、轴承、螺母所构成。与现在技术不同的是，转子上开有缝隙，定上有凸起齿。且这些凸起齿设在定子的波腹或波谷上。当转子步进时，转子上的缝隙总是落在凸起齿上。为了使定子上的凸起齿恰好落在波腹上或波谷上。本发明的压电陶瓷片采用的分区极化形式和驱动控制方法也不同于流行的自校正超声电机。本发明的压电陶瓷片的分区极化形式是：沿着压电陶瓷片整个圆周依次以“正、正”、“负、负”、“正、正”、“负、负”的极性顺序交替极化，且满足凸起齿二边极性相同。其驱动控制方法是：当电机工作处于(t1、t2)时段内，电机连续运转。当电机处于(t2、t3)时段内，二个超声方波信号e1和e2同相且同时分别加入到压电陶瓷片的输入端1和输入端2，电机将步进，且具有自校正功能。其自校精度较高，工作较稳定，且不会产生失步现象。
附图说明：
附图1驻波型自校正超声电机结构示意图。
附图2驻波型自校正超声电机的转子上有缝隙，定子上有凸起齿的示意图。
附图3驻波型自校正超声电机压电陶瓷片分区极化区极化形式和驱动控制方法示意图。
附图4流行的自校正超声电机压电陶瓷片分区极化形式和驱动控制方法示意图。
具体实施方式：
本发明的驻波型自校正超声电机的组成结构如附图1所示。它由转子1、摩擦材料2、定子3、压电陶瓷征4、底座5还有轴承6、螺母8、弹簧9所组成。转子1通过轴承6(图中标号7为轴承衬套)来定位，摩擦材料2贴于转子1的靠近定子的一侧，压电陶瓷片4贴于定子3靠近底座5一侧，定子3通过螺钉固定于底座5上，转子与定子之间的压力，通过螺母8、弹簧9的松紧来调整。如附图2所示，本发明的特点是，转子上开有缝隙10，定子上有凸起齿11。当转子步进时，转子缝隙总是落在定子上的凸起齿上。
本发明的压电陶瓷片采取的分区极化形式和驱动控制方法与流行的自校正超声电机所采取的压电陶瓷片的分区极化形式和驱动控制方法，分别如附图3和附图4所示。如附图3所示，本发明的压电陶瓷片的分区极化形式是，沿着压电陶瓷片整个圆周依次以“正、正”、“负、负”、“正、正”、“负、负”的极性顺序交替极化，且满足凸起齿两边极化相同。其驱动控制方法是：在(t1、t2)连续运转时段内，当超声方波信号e1和e2加入到压电陶瓷片输入端1或输入端2时，电机连续运转，而在(t2、t3)的电机步进时段内，二个超声方波信号e1和e2同相且同时分别加入到压电陶瓷片1端或2端时，电机将步进，且具有自校正功能。而附图4所示的流行的自校正超声电机，其压电陶瓷片的分区极化形式是：沿着压电陶瓷片整个圆周依次以“正、负”、“负、正”、“正、负”、“负、正”的交替次序进行极化。其驱动控制方法是，在(t1、t2)的连续运转时段内，与附图3相同，但在(t2、t3)的步进时段内，二个超声方波信号e1和e2是反相且同时加入到压电陶瓷片1端和2端，电机将步进，且具有自校正功能。实验结果表明，前者的自校精度高，工作稳定。
本发明的实施例的定子采用B12模态，具有4个凸起齿，获得90°/步的步距，随着齿数增加，如采用8，16……，则可获得步矩为45°/步、22.5°/步……
Claims (1)
1、一种驻波型自校正超声电机，包括转子(1)、摩擦材料(2)、定子(3)、压电陶瓷片(4)、底座(5)、轴承(6)、螺母(8)、弹簧(9)所构成，其特征在于摩擦材料(2)贴于转子(1)的靠近定子的一侧，压电陶瓷片(4)贴于定子(3)靠近底座(5)一侧，压电陶瓷片有输入端1和输入端2，转子上开有缝隙(10)、定子上有凸起齿(11)；当电机步进时，转子缝隙总是停留在定子的凸起齿；压电陶瓷片所采取的分区极化形式是：沿着压电陶瓷片整个圆周依次以“正、正”、“负、负”、“正、正”、“负、负”的极性顺序交替极化，且满足凸起齿二边极性相同，其驱动控制方法是：当超声方波信号e1和e2加入到压电陶瓷片的输入端1或输入端2时，电机连续运转；而当二个超声方波信号e1和e2同相且同时分别加入到压电陶瓷片输入端1和输入端2时，电机将步进。
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