[發(fā)明專利]基于溫度跟蹤的自適應(yīng)超聲電機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310301352.6
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號(hào): CN103888019A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘云華;張武;李剛強(qiáng);史玉娣;劉富品
• 申請（專利權(quán)）人: 西安創(chuàng)聯(lián)超聲技術(shù)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H02N2/10
• 分類號(hào): H02N2/10;H02N2/14
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 61114
• 代理人: 李罡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微特電機(jī)分支——超聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于溫度跟蹤的自適應(yīng)超聲電機(jī)。

背景技術(shù)

超聲電機(jī)是近十年發(fā)展起來的新原理電機(jī)，突破了傳統(tǒng)電機(jī)的概念，它沒有磁鋼和繞組，不依靠電磁感應(yīng)傳遞能量，是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，通過壓電陶瓷伸縮振動(dòng)模態(tài)的轉(zhuǎn)換與耦合以及特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，將材料的微觀變形通過共振放大和摩擦耦合轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀運(yùn)動(dòng)。具有低速大力矩、響應(yīng)時(shí)間快、控制特性好、電磁兼容性好、斷電自鎖等特性，在不連續(xù)工作領(lǐng)域可取代傳統(tǒng)的步進(jìn)微電機(jī)、力矩微電機(jī)以及伺服控制微電機(jī)，有著廣闊的應(yīng)用前景。

在專利號(hào)ZL200620136297.5，專利名稱為：《精密控制用超聲電機(jī)系統(tǒng)》所提出的設(shè)計(jì)方案是由超聲波電機(jī)本體、光電編碼器和驅(qū)動(dòng)控制電源三部分組成，提供了通過外加光電編碼器、結(jié)構(gòu)簡單﹑裝配調(diào)試方便﹑可實(shí)現(xiàn)精密定位、工作溫度范圍寬、控制性能好的控制用超聲波電機(jī)系統(tǒng)。通過新型的驅(qū)動(dòng)控制線路，方便地對電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向及啟停進(jìn)行控制；利用外加光電編碼器實(shí)現(xiàn)在設(shè)定工作帶寬范圍內(nèi)的電機(jī)的自適應(yīng)控制，通常可調(diào)節(jié)的溫度范圍為-10℃~55℃。

超聲電機(jī)依靠摩擦驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)化總效率通常為30%，也就是說此類電機(jī)的有效輸出功率為30%左右，其他的能量均以熱量的形式傳遞到定子、轉(zhuǎn)子，到電機(jī)殼體表面，通常殼體的表面溫升可達(dá)到30℃。若環(huán)境本身溫度范圍為-55℃~85℃，電機(jī)定子實(shí)際的溫度范圍即為-25℃~115℃，定子工作的幅頻曲線已經(jīng)向右或向左發(fā)生了平移，利用光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或者電位計(jì)作為閉環(huán)控制傳感器已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)精密的電機(jī)控制。

隨著環(huán)境溫度的上升，電機(jī)定子的工作頻率下降，當(dāng)環(huán)境溫度升高到85℃，電機(jī)定子工作頻率降低的變化量為1.2~1.6KHz，若不進(jìn)行電機(jī)定子的幅頻曲線向左平移，則電機(jī)的輸出力矩和最高轉(zhuǎn)速下降約為30%，工作轉(zhuǎn)速范圍變窄。同理，隨著環(huán)境溫度的降低，電機(jī)定子的工作頻率上升，當(dāng)環(huán)境溫度降低到-55℃，電機(jī)定子工作頻率升高的變化量為0.8~1.2KHz（電機(jī)工作伊始即產(chǎn)生熱量，因此高低溫狀態(tài)下工作瞬間定子的工作頻率變化不盡相同，高溫時(shí)電機(jī)工作瞬間，定子的實(shí)際溫度高于85℃，而低溫時(shí)定子的實(shí)際溫度高于-55℃。），若不進(jìn)行電機(jī)定子幅頻曲線向右平移，則電機(jī)的輸出力矩和最高轉(zhuǎn)速同樣下降約為30%，工作轉(zhuǎn)速范圍變窄。

發(fā)明內(nèi)容

????本發(fā)明的目的是提供在寬溫度范圍-55℃～85℃工作時(shí)，電機(jī)頻率可進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，保證電機(jī)輸出穩(wěn)定性的基于溫度跟蹤的自適應(yīng)超聲電機(jī)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

基于溫度跟蹤的自適應(yīng)超聲電機(jī)，包括定子金屬件1和壓電陶瓷2組成的定子、底座3、電機(jī)控制單元9；其特殊之處在于：所述的超聲電機(jī)內(nèi)設(shè)置溫度傳感器4，同時(shí)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器中設(shè)置溫度傳感器控制單元8；所述的溫度傳感器4固定在電機(jī)內(nèi)部非運(yùn)動(dòng)零部件上；溫度傳感器4的信號(hào)I/O電極通過柔性印刷線路板5、柔性印刷線路板/引出線纜焊接線路板6與超聲電機(jī)引出線纜7一起引出，并與控制系統(tǒng)中的溫度傳感器控制單元8連接；溫度傳感器控制單元8采用恒流源法測量溫度，由電機(jī)控制單元9的單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器對電機(jī)定子的幅頻曲線進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

上述的溫度傳感器4設(shè)置在定子的中間位置，固定在定子金屬件1內(nèi)環(huán)面的定子溫度傳感器放置槽10上。

上述的溫度傳感器4設(shè)置在底座3上，固定在底座3與定子金屬件1的環(huán)形接觸面的底座溫度傳感器放置槽Ⅰ11上。

上述的溫度傳感器4設(shè)置在底座3上，固定在底座的環(huán)槽的底座溫度傳感器放置槽Ⅱ12內(nèi)。

上述的溫度傳感器4為熱敏電阻，由I/O電極13、?Al₂O₃陶瓷基板14、熱敏電阻體15組成。

上述的柔性印刷線路板5由外環(huán)壓電陶瓷連接I/O線路16、內(nèi)環(huán)電機(jī)公用端/隔離線路17、溫度傳感器I/O線路18以及電機(jī)引出線纜焊接端19組成。

上述的超聲電機(jī)引出線纜7中溫度傳感器信號(hào)線采用獨(dú)立屏蔽信號(hào)線。

上述的溫度傳感器控制單元8的溫度測量單元采用恒流源法測量溫度傳感器。

上述的溫度傳感器控制單元8由電機(jī)控制單元9的單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器通過D/A轉(zhuǎn)換及壓控振蕩器VCO來控制定子幅頻曲線的左、右平移，完成驅(qū)動(dòng)諧振頻率的自動(dòng)跟蹤。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)如下：