[實用新型]一種微型超聲波電機驅動裝置

無效

• 申請號: 201020140094.X
• 申請日: 2010-03-24
• 公開（公告）號: CN201699610U
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 傅平;蔡萍
• 申請（專利權）人: 閩江學院
• 主分類號: H02N2/14
• 分類號: H02N2/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種利用微型超聲波電機及其相應的驅動系統，確切地說，它是一種無鐵心電機的驅動裝置。?

背景技術

目前，各類航天航空產品和各種軍用飛行器要求系統微型化，電機及其驅動系統的微型化是基本要求，由于電磁電機線圈體積的限制，最小體積充其量只能達到數毫米程度。曾經數毫米直徑的微小型超聲波電機已被開發試制出來，由于尚未發現限制其最小體積的本質因素，因而其體積尚可進一步減小。與之相對應的驅動系統，也成為實現的關鍵。?

發明內容

本實用新型提供了一種微型超聲波電機驅動裝置，能夠實現微型超聲波電機驅動的數字化及精確定位的目的。?

本實用新型包括由定子底座、壓電陶瓷縱振子和定子斜齒組成的定子，轉子及軸一體化加工成型的轉子，沉頭螺絲、不銹鋼滾珠和彈簧構成的電機加緊機構，外殼與定子底座配合，裝在轉子頂面的數塊磁鋼以及安裝在外殼頂面凹槽內的霍爾元件。?

它是由電機本體(包括定子、轉子、電機加緊機構、外殼及磁鋼)、霍爾元件位置測試、DSP驅動電路組成。它是利用壓電材料的逆壓電效應，實現轉子單方向旋轉運動，其電機轉子上安裝有磁鋼，外殼上貼霍爾元件，可對超聲波電機的轉速轉角進行無接觸測量，并可對超聲波電機進行位置反饋控制。?

本實用新型具有結構緊湊簡單，根據驅動結構要求可嵌入電機系統，可與系統一起集成；易調速，低速區平穩無脈動(較一般低速電機諸如步進電機而言)，但在控制上又可實現步進驅動，而且定位精度高；電機停電后具有摩擦自鎖功能，且在高頻域振動，能量衰減極快，有極高動態響應特性(機械時間常數在幾ms以內)、易實現高精度的速度和位置伺服控制；驅動系統可實現電機的精確定位；?

附圖說明

圖1為微型超聲波電機結構示意圖；?

圖2為微型超聲波電機外殼剖面圖；?

圖3為電機定子結構剖面圖；?

圖4為電機定子結構俯視圖；?

圖5為超聲波電機的霍耳元件定位檢測裝置結構示意圖；?

圖6為霍耳元件排列示意圖；?

圖7為微型超聲波電機驅動系統主電路圖。?

在圖中：1為轉子、2為定子底座、3為壓電陶瓷縱振子、4為外殼、5為定子斜齒、6為磁鋼、7為沉頭螺絲、8為磁環、9為不銹鋼滾珠、10為彈簧、11為霍爾元件、12為電機加緊機構、15、16、?17、18為驅動信號、19、20、21、22為輸入口、23為二極管、25為電阻、25、、26為電容、27、28為電機接入點、14為DSP控制芯片、29為驅動芯片。?

具體實施方式

在圖1中，它是由定子底座2、壓電陶瓷縱振子3和定子斜齒5組成的定子；轉子——軸一體化成型的轉子1，通過沉頭螺絲7、不銹鋼滾珠9和彈簧10構成的電機加緊機構加緊；定子底座的外殼4；裝在轉子1頂面的數塊磁鋼6以及安裝在外殼頂面凹槽內的霍爾元件11作為電機的轉速轉角無接觸測量和位置反饋控制裝置組成。它是利用壓電材料的逆壓電效應，使斜齒端面質點產生橢圓運動，實現轉子單方向旋轉運動，其電機轉子上的磁鋼6，外殼上貼霍爾元件11，可對電機的轉速轉角進行無接觸測量，并可對電機進行位置反饋控制，電機驅動控制器由控制芯片和驅動電路組成。在轉子的上表面貼有若干塊磁鋼6，作為檢測系統的載體，轉子的上下表面保持一定的平面度，且與軸線保持一定的垂直度。?

無接觸測量和位置反饋控制裝置(圖5)——包括在轉子的上表面貼有的若干塊永磁體組成的磁環8，安裝在外殼4(圖2)頂面凹槽內的霍爾元件11，霍爾元件可根據永磁體交變磁場引起的電壓數據的變化來判斷轉子1位置(圖7所示的輸入信號7、8、9、10)，輸出電壓到DSP的4個端口(圖7所示的信號3、4、5、6)，實現電機的位置反饋控制。此實施方式通過位置傳感器的數字信號處理來控制電機，實現新型的步進定位系統。?

定子底座2、壓電陶瓷縱振子3和定子斜齒5組成的定子，轉子及軸一體化加工成型的轉子1，沉頭螺絲7、不銹鋼滾珠9和彈簧(10)構成的電機加緊機構12，外殼4與定子底座2配合，裝在轉子頂面的數塊磁鋼6以及安裝在外殼頂面凹槽內的霍爾元件作為電機的轉速轉角測量和位置反饋控制。在轉子1的上表面貼有的若干塊永磁體組成的磁環8；安裝在外殼頂面凹槽內的霍爾元件11；霍爾元件可根據永磁體交變磁場引起的電壓數據的變化來判斷轉子現在的位置，實現電機的位置反饋。?

包括DSP控制芯片14和驅動芯片29等組成；其中DSP控制芯片采用TMS320LF2407DSP，DSP作為控制芯片接受電機運行時檢測到的霍爾元件信號(圖7的輸入口分別為19、20、21、22)及外部的驅動頻率調節信號(圖7的驅動信號分別為15、16、17、18)，對電機輸出A、B兩相PWM的頻率、相位及通斷進行控制。通過開通及關斷PWM波的輸出來控制超聲波電機的啟動和停止運行；通過調節輸出PWM波的頻率及兩相的相位差來調節電機的最佳運行狀態。通過來接受來自傳感器的位置反饋信號計算超聲波電機的轉角位置，進而進行轉角位置控制。驅動電路由MOSFET驅動電路組成。驅動電路將DSP輸出的PWM信號傳遞給MOSFET驅動電路，并將DSP與功率電路隔離；集成驅動電路IR2110將PWM信號轉化為MOSFET的驅動控制信號。驅動芯片由集成驅動電路IR2110電路組成。集成驅動芯片IR2110將PWM信號轉化為MOSFET的驅動控制信號。然后通過二極管23、電阻25、電容26進行功率變化，再由開關管24?輸出到電機接入點27、28。?