[實(shí)用新型]行波超聲波電機(jī)步進(jìn)運(yùn)行堵轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220525655.7
• 申請日: 2012-10-15
• 公開（公告）號: CN202888804U
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮玲珠;華亮;趙南生
• 申請（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號: H02H7/085
• 分類號: H02H7/085;G01R31/34
• 代理公司: 南通市永通專利事務(wù)所 32100
• 代理人: 葛雷

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種超聲波電機(jī)堵轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng)，尤其是一種行波超聲波電機(jī)堵轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng)，屬于檢測技術(shù)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

超聲波電機(jī)是一種非電磁電機(jī)，它利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)在定子上產(chǎn)生超聲振動，通過與轉(zhuǎn)子的摩擦耦合傳遞驅(qū)動力。由于其具有轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大、定位精度高、功率密度大、無電磁干擾等優(yōu)越特性，所以在航空航天、機(jī)器人、精密儀器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其卓越的性能是電磁電機(jī)無法替代的。

超聲波電機(jī)亦存在一定的缺陷：電機(jī)運(yùn)行時(shí)會引起溫度升高；長時(shí)間工作導(dǎo)致電機(jī)材料特性和輸出特性變化，產(chǎn)生諧振頻率漂移、轉(zhuǎn)速下降。在有些工作情況下超聲波電機(jī)溫度升高很快，造成輸出特性迅速惡化?？焖偕郎氐脑蚝芏?，堵轉(zhuǎn)是個(gè)主要因素。堵轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子上的負(fù)載力或阻力等于摩擦力，轉(zhuǎn)子靜止，所以轉(zhuǎn)子和定子的摩擦最劇烈，強(qiáng)烈的摩擦迅速轉(zhuǎn)換成熱能，使得電機(jī)短時(shí)間內(nèi)溫升很快；長時(shí)間的劇烈摩擦又造成轉(zhuǎn)子和定子的磨損甚至開裂；同時(shí)堵轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動電流增大，導(dǎo)致壓電陶瓷性能下降，在較大的振幅和轉(zhuǎn)速下，壓電陶瓷極易損壞。所以有必要創(chuàng)建一個(gè)縝密的監(jiān)測和分析系統(tǒng)，對電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以便采取有效手段和措施遏制超聲波電機(jī)的堵轉(zhuǎn)。

行波型超聲波電機(jī)依靠壓電陶瓷的振動在彈性體中形成行波，通過定轉(zhuǎn)子之間的摩擦獲得力矩，這種形式是對電磁電機(jī)能量傳輸形式的一種突破。行波超聲波電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子的強(qiáng)烈摩擦，也會造成壓電陶瓷局部破裂和脫落。所以有必要創(chuàng)建一個(gè)縝密的監(jiān)測和分析系統(tǒng)，對電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，以便采取有效手段和措施遏制超聲波電機(jī)堵轉(zhuǎn)的發(fā)生。在控制方法上，超聲電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行適應(yīng)了市場對通用定位器的要求。文獻(xiàn)（華亮,?馮浩,?顧菊平,?張建生.?行波超聲波電機(jī)微步控制研究[J].?電氣傳動2009，39(3):?72-76）提出了行波超聲波電機(jī)步進(jìn)運(yùn)行方法和策略，并對行波超聲波電機(jī)步進(jìn)運(yùn)行進(jìn)行了詳細(xì)研究和說明。文獻(xiàn)（華亮,?吳曉,?張建生,?易龍芳.?超聲波電機(jī)堵轉(zhuǎn)特性及堵轉(zhuǎn)檢測方法研究[J].?電氣傳動,?2008，38（10）：73-77）對行波超聲波電機(jī)堵轉(zhuǎn)特性及堵轉(zhuǎn)檢測方法進(jìn)行了研究，在理論上闡述了行波超聲波電機(jī)摩擦磨損機(jī)理及堵轉(zhuǎn)的危害，在實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上得到了行波超聲波電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)的特征信息。提出在行波型超聲波電機(jī)微步運(yùn)行時(shí)，通過對孤極反饋電壓信號的峰值檢測，判斷行波型超聲波電機(jī)是否處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，并設(shè)計(jì)出的基于LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的虛擬電機(jī)堵轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)合理，提高控制的性能，延長電機(jī)使用壽命的行波超聲波電機(jī)步進(jìn)運(yùn)行堵轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：

一種行波超聲波電機(jī)步進(jìn)運(yùn)行堵轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng)，其特征是：包括對行波超聲波電機(jī)每一微步孤極反饋信號的峰值進(jìn)行檢測的高頻脈沖峰值檢測電路，高頻脈沖峰值檢測電路與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)連接，單片機(jī)與繼電開關(guān)連接，繼電開關(guān)與超聲波電機(jī)驅(qū)動器連接，超聲波電機(jī)驅(qū)動器與行波超聲波電機(jī)連接。

本實(shí)用新型的行波超聲波電機(jī)步進(jìn)運(yùn)行時(shí)的堵轉(zhuǎn)檢測系統(tǒng)由單片機(jī)、超聲波電機(jī)驅(qū)動器、AD轉(zhuǎn)換模塊、峰值檢測電路、繼電開關(guān)組成。超聲波電機(jī)驅(qū)動器電源由繼電開關(guān)控制，并驅(qū)動電機(jī)步進(jìn)運(yùn)行。由于超聲波定子振動頻率在20KHZ以上，傳統(tǒng)的低速采樣保持電路很難做到捕捉和保持高頻正弦波形的最大峰值，因此采用高頻峰值電壓測量電路檢測超聲波電機(jī)孤極反饋正弦波電壓峰值。峰值檢測電路輸出的直流電壓與AD轉(zhuǎn)換電路相連，轉(zhuǎn)換的數(shù)字量送入單片機(jī)。行波超聲波電機(jī)正常步進(jìn)運(yùn)行時(shí)，每一微步都出現(xiàn)孤極反饋電壓的超調(diào)，此時(shí)可檢測到較高的電壓峰值。行波超聲波電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，每一微步的孤級反饋電壓沒有超調(diào)出現(xiàn)。由單片機(jī)設(shè)置電壓閾值，通過連續(xù)檢測若干個(gè)微步反饋電壓沒有發(fā)生超調(diào)，則可判斷電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)檢測到堵轉(zhuǎn)后，單片機(jī)控制繼電開關(guān)切斷驅(qū)動器電源，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，可通過孤極反饋電壓峰值，判斷超聲波電機(jī)步進(jìn)運(yùn)行時(shí)的堵轉(zhuǎn)信息，不但可提高控制的性能，而且可延長電機(jī)使用壽命。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，采用單片機(jī)軟件設(shè)置堵轉(zhuǎn)電壓檢測閾值，可提高系統(tǒng)的通用性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。