[發明專利]用于超聲電機的多頻、寬帶、雙路驅動裝置

有效

• 申請號: 200810037831.0
• 申請日: 2008-05-22
• 公開（公告）號: CN101282094A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 楊明;陳許英;鄭喆俊;李世陽
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H02N2/06;H02N2/14
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種超聲電機技術領域的驅動裝置，特別涉及到一種用于超聲電機的多頻、寬帶、雙路驅動裝置。

背景技術

超聲電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應和超聲振動，將材料的微觀變形轉換為轉子(動子)宏觀運動的新型驅動器。與傳統電磁式電機相比，超聲電機中的壓電陶瓷片取代了電磁電機中成千上萬圈的銅線，具有結構緊湊，體積小，低速、轉矩大，響應快，斷電自鎖、功率密度大(是電磁型的3-10倍)及不受電磁干擾，運動準確等優點，在航空航天，機器人，醫療器械，精密儀器，汽車工業等領域有著廣泛的應用前景。然而超聲電機由于絕對的輸出力矩較小，限制了超聲電機在機器人等需要較大輸出力矩等場合的應用。所以如何提高超聲電機的輸出力矩，在國內、外一直是超聲電機領域的研究熱點，這也是擴大超聲電機應用領域的基礎。

經對現有技術的文獻檢索發現，“美國電氣與電子工程學會”的《超聲波、鐵電材料和頻率控制學報》上發表的《振子大小為8mm*2.16mm*1mm的方形直線超聲電機的調幅驅動》(2006年第53卷第12期第2435-2441頁)，和《利用雙頻驅動提高方形直線超聲電機的性能》(2004年12月第51卷第12期第1600-1606頁)，提出采用雙頻、調幅驅動，激發超聲電機的高階模態或支撐結構的振動，提高超聲電機的輸出功率。然而，這里信號源是用兩個信號發生器與加法器直接相加或采用方波驅動單個攻率放大器實現的。實際上大多數超聲電機是采用兩路相移90度，而且兩個信號源直接相加并不能保證兩個信號之間的相位差，因而文中提到的方法并不具有通用性。

發明內容

本發明針對現有超聲電機的驅動器(驅動電源)的不足，提供一個用于超聲電機的多頻、寬帶、雙路驅動裝置，該裝置比公知裝置頻帶寬，可提供雙路多頻率成分的信號驅動。通過對超聲電機驅動電路的設計，使其滿足超聲電機的工作需求，為多諧振超聲電機的研究和開發打下重要的基礎。該裝置比已知的驅動裝置用途更廣，其不但能給多諧振超聲電機提供多頻驅動，并且也能給一般的不同結構的超聲電機提供單頻驅動。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

本發明包括信號發生電路、光耦隔離電路、復合反饋式功率放大電路和保護電路，信號發生電路的信號輸出端連接到光耦隔離電路的信號輸入端，光耦隔離電路的信號輸出端連接到復合反饋式功率放大電路的信號輸入端。復合反饋式功率放大電路的端子連接相應的保護電路。信號發生電路經過光耦隔離電路實現信號的輸入和輸出電氣隔離，確保信號發生電路不會受到后面高電壓電路的影響而損壞。光耦隔離電路的輸出信號進入復合反饋式功率放大電路進行功率放大，使得輸出信號的電壓和電流都符合需求。信號進行功率放大的同時，通過保護電路進行短路、過流等電路保護，提高電路的可靠性。

所述信號發生電路包括六路正弦信號發生電路和相應的濾波電路，六路正弦信號發生電路的信號輸出端連接到相應濾波電路的信號輸入端。信號通過六路正弦信號發生電路，分成兩組正弦信號A、B，每組信號都由三路正弦信號組成，分別記為A1、A2、A3和B1、B2、B3。其中A1、A2、A3(B1、B2、B3)的初始相位一樣，頻率各不相同。而A1和B1(A2和B2、A3和B3)的頻率一樣。兩組信號分別通過相應的濾波電路進行濾波，得到兩組六路比較純正的正弦信號，供后面的電路使用。

所述光耦隔離電路包括六路電壓跟隨電路、兩路加法電路、兩路反向電路、四路光耦隔離電路、兩路減法電路，六路電壓跟隨電路的信號輸出端，每3個輸出端構成一組，共兩組，分別連接到兩路加法電路的信號輸入端，兩路加法電路的信號輸出端，分別同時連接到兩路反向電路的信號輸入端和四路光耦隔離電路的兩路，反向電路的信號輸出端連接到剩下的兩路光耦隔離電路的信號輸入端。連接到加法電路輸出端和相應反向電路的輸出端的兩個光耦合隔離電路構成一組，每一組光耦隔離電路的信號輸出端，分別連接到兩路減法電路的信號輸入端。信號通過六路電壓跟隨電路，提高各路信號的驅動能力。再分成兩組信號輸入到兩路加法電路中進行合成，同時可以放大電壓幅值。信號從加法電路疊加輸出后，一方面信號直接輸入光耦隔離電路，進行信號的輸入和輸出的電氣隔離，得到正弦正半周信號的隔離信號；一方面輸入到反向電路，對信號進行反相。反相后的信號輸入到剩下的兩路光耦隔離電路，進行輸入和輸出的電氣隔離，得到正弦負半周信號的隔離信號。這樣從四路光耦隔離電路輸出的四路信號，正半周隔離信號和負半周隔離信號組成一組輸入到減法電路，對信號進行減法合成，得到完整的正弦信號。合成信號輸出供后面的電路使用。