CN201066826Y - 一种控制用超声波电机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自控检测技术领域，具体涉及一种实现位置精密定位的控制用超声波电机系统。现有技术的超声波电机存在结构缺陷，无法实现精密位置控制，工作温度范围窄。本实用新型包括超声波电机本体、光电编码器和驱动控制电源，电机本体包括底座、转轴、端盖和在端盖内的加压系统、定子和转子。定子是由弹性体和压电陶瓷粘接组成的，转子是由圆盘和摩擦片粘接组成的，转子圆盘与转轴通过齿轮啮合，转子的一侧装配有定子，定子弹性体沿圆周方向开有均匀分布多个齿槽，定子弹性体上的齿顶与转子摩擦片相接触，定子与底座通过固定件连接，在转子的另一侧设置有加压系统。本实用新型提供了一种结构合理、装配调试方便、控制性能好的精密位置控制用超声波电机系统。

Description

一种控制用超声波电机系统

技术领域

本实用新型涉及自控检测技术领域，具体涉及一种对位置精密控制的控制用超声电机系统。

背景技术

超声波电机是一种全新概念的电机，它没有电磁绕组，不依靠电磁感应传递能量，而是利用压电陶瓷的逆压电效应，将材料的微观变形通过磨擦耦合和共振放大转换为宏观的机械运动。与传统的电磁电机相比，具有低速大扭矩、响应时间快、断电自锁、结构简单、体积小、重量轻、运行无噪声等特点，能直接驱动负载，控制特性好，在自动控制系统、非连续工作领域可替代传统的伺服电机、步进电机、力矩电机。现有的超声电机在结构上设计简单，但是配合件精度要求非常高，给加工、装配和调试都带来极大的不便；在使用功能上只是输出一种机械运动，无法实现精密位置控制，并且工作温度范围窄，在实际应用中具有一定的局限性，而且没有做成一套系统，直接用于精密控制领域。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种控制用超声电机系统，以克服现有技术中超声波电机只输出转动，无法实现位置精密控制的缺点，并且在电机结构上进行了独特的设计，提供了一种易于加工、便于装配和调试的超声电机。

为克服现有技术存在的问题，本实用新型的技术方案是：

一种控制用超声波电机系统，包括超声波电机本体1、光电编码器2和驱动控制电源三部分，电机本体1包括底座3、转轴4、端盖5和在端盖5内的加压系统6、定子7和转子8；其特征在于：超声电机本体1采用双轴端输出，在电机转轴4一端安装光电编码器2以实现电机的闭环控制和精密的位置控制；由驱动控制电源实现对电机本体1的控制，其采用直接数字合成技术(DDS)及D类放大技术；所述的电机本体中，定子7是由弹性体9和压电陶瓷10粘接组成的，转子8是由圆盘11和摩擦片12粘接组成的，转子圆盘11与转轴4通过齿轮啮合，转子8的一侧装配有定子7，定子弹性体9沿圆周方向开有均匀分布多个齿槽13，定子弹性体9上的齿顶与转子摩擦片12相接触，定子7与底座3通过固定件14连接，在转子8的另一侧设置有加压系统6。

所述的压电陶瓷10正反面电极分割一一对应，用导电胶将A区各分区和B区各分区连接，构成A相和B相。

所述的定子7弹性体9与压电陶瓷10粘接，胶层厚度控制在5微米以内。

所述的弹性体9采用青铜类弹性材料，经过72小时的时效处理。

所述的驱动控制电源采用直接数字合成技术(DDS)及D类放大技术。

本实用新型向对于现有技术，其的优点如下：

1.本实用新型提供了一种结构合理、装配调试方便、控制性能好的一种控制用超声波电机系统。

2.本实用新型提供的超声电机控制系统，外加光电编码器，实现精密定位，工作温度范围宽。

3.本实用新型还涉及到一种新型的驱动控制线路，可方便地对电机转速、转向及启停进行控制。

附图说明

图1为超声波电机本体结构示意图；

图2为转子结构示意图；

图3为定子结构示意图；

图4为压电陶瓷电极分割图；

图5为驱动控制电源原理图；

图6为光电编码器信号处理原理图；

1-电机本体；  2-光电编码器；  3-底座；  4-转轴；

5-端盖；      6-加压系统；    7-定子；  8-转子；

9-弹性体；    10-压电陶瓷；   11-圆盘； 12-摩擦片；

13-齿槽；     14-固定件；

具体实施方式

一种控制用超声电机系统，包括超声电机本体1、光电编码器2、驱动控制电源。在电机转轴4一端安装有光电编码器2，电机本体还连接了驱动控制线路，由驱动控制电源控制。

如图1所示，超声电机本体1包括底座3、转轴4、端盖5和在端盖5内的加压系统6、定子7和转子9。定子7是由弹性体9和压电陶瓷10粘接组成的，转子8是由圆盘11和摩擦片12粘接组成的。定子弹性体9和压电陶瓷10连接采用特种环氧树脂粘接，胶层厚度控制在5微米以内。转子圆盘11和摩擦片12连接也采用特种环氧树脂粘接。转子圆盘11与转轴4通过齿轮啮合，这种配合方式一方面可以调整机械加工引起的偏差，另一方面可以增加配合的可靠性。转子8的一侧装配有定子7，定子7与底座3通过固定件14连接，另一侧安装有加压系统6。

如图2，图3所示，定子弹性体9采用青铜类弹性材料，沿圆周方向开有均匀分布80个齿槽13，定子弹性体9上的齿顶与转子摩擦片12相接触，当转子8转动时，其摩擦片12与定子7上的齿产生摩擦驱动力，弹性体9上的齿可以增大弹性体9的柔性，增加定子7的振幅，定子7在驱动电源的激励下产生振动，通过定子7共振放大以及转子8与定子7之间的摩擦耦合转换为宏观的机械运动。

如图4所示，定子上压电陶瓷10正反面电极分割一一对应，用导电胶将A区各分区和B区各分区连接，构成A相和B相。

如图5所示，超声波电机本体1连接了驱动控制线路，这种驱动控制线路采用直接数字合成技术(DDS)及D类放大技术。其目的是对电机的转速、转向及启停进行精密控制。这种驱动控制线路的驱动原理是：按照与用户商定的接口电路，三路逻辑电平信号(CMOS电平)经光电隔离、电平变换后送入CPU，分别控制电机的启动与停止、电机正反转及电机的转速。CPU在接收到启动指令后，控制DDS芯片产生两路相位差为90度的正弦波，经D类放大器放大、升压，驱动电机工作。转速控制的实现是事先将转速-频率-反馈电压值对应表存放在CPU内，用户送来的PWM信号经电平变换送入CPU，CPU采集此速度信号，并查表得出驱动频率及此转速下的反馈电压值，控制DDS芯片产生所需频率的正弦波，与此同时不断采集孤极反馈电压信号并与查表得到的反馈电压值进行比较，当孤极反馈电压信号低于查表所得到的电压值时，CPU逐渐降低DDS的合成频率，从而实现转速控制。

如图6所示，超声波电机本体1上安装光电编码器2，其目的实现位置的精密控制。其工作原理是：CPU采用标准BISS协议，通过芯片SN65179采集编码器的数据，再经过CPU把采集到的串行数据变成并行数据，锁存到锁存器中，最后把锁存器的数据传出来，和用户实际要求的位置信号相比较，完成对某精密系统的位置控制。

Claims (5)

1.一种控制用超声波电机系统，包括超声波电机本体(1)、光电编码器(2)和驱动控制电源三部分，电机本体(1)包括底座(3)、转轴(4)、端盖(5)和在端盖(5)内的加压系统(6)、定子(7)和转子(8)；其特征在于：超声电机本体(1)采用双轴端输出，在电机转轴(4)一端安装光电编码器(2)以实现精密的位置控制；由驱动控制电源实现对电机本体(1)的控制，其采用直接数字合成技术及D类放大技术；所述的电机本体中，定子(7)是由弹性体(9)和压电陶瓷(10)粘接组成的，转子(8)是由圆盘(11)和摩擦片(12)粘接组成的，转子圆盘(11)与转轴(4)通过齿轮啮合，转子(8)的一侧装配有定子(7)，定子弹性体(9)沿圆周方向开有均匀分布多个齿槽(13)，定子弹性体(9)上的齿顶与转子摩擦片(12)相接触，定子(7)与底座(3)通过固定件(14)连接，在转子(8)的另一侧设置有加压系统(6)。

2.如权利要求1所述的一种控制用超声波电机系统，其特征在于：所述的压电陶瓷(10)正反面电极分割一一对应，用导电胶将A区各分区和B区各分区连接，构成A相和B相。

3.如权利要求1或2所述的一种控制用超声波电机系统，其特征在于：所述的定子(7)弹性体(9)与压电陶瓷(10)粘接，胶层厚度控制在5微米以内。

4.如权利要求3所述的一种控制用超声波电机系统，其特征在于：所述的弹性体(9)采用青铜类弹性材料，加工中必须经过72小时以上的时效处理。

5.如权利要求3所述的一种控制用超声波电机系统，其特征在于：所述的驱动控制电源采用直接数字合成技术及D类放大技术。

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