專利名稱:一種控制用超聲波電機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及自控檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種對(duì)位置精密控制的控制 用超聲電機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù):
超聲波電機(jī)是一種全新概念的電機(jī),它沒(méi)有電磁繞組,不依靠電磁感應(yīng)傳 遞能量,而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng),將材料的微觀變形通過(guò)磨擦耦合和 共振放大轉(zhuǎn)換為宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)的電磁電機(jī)相比,具有低速大扭矩、 響應(yīng)時(shí)間快、斷電自鎖、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、運(yùn)行無(wú)噪聲等特點(diǎn),能 直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載,控制特性好,在自動(dòng)控制系統(tǒng)、非連續(xù)工作領(lǐng)域可替代傳統(tǒng)的 伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、力矩電機(jī)?,F(xiàn)有的超聲電機(jī)在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,但是配
合件精度要求非常高,給加工、裝配和調(diào)試都帶來(lái)極大的不便;在使用功能上 只是輸出一種機(jī)械運(yùn)動(dòng),無(wú)法實(shí)現(xiàn)精密位置控制,并且工作溫度范圍窄,在實(shí) 際應(yīng)用中具有一定的局限性,而且沒(méi)有做成一套系統(tǒng),直接用于精密控制領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種控制用超聲電機(jī)系統(tǒng),以克服現(xiàn)有技術(shù)中 超聲波電機(jī)只輸出轉(zhuǎn)動(dòng),無(wú)法實(shí)現(xiàn)位置精密控制的缺點(diǎn),并且在電機(jī)結(jié)構(gòu)上進(jìn) 行了獨(dú)特的設(shè)計(jì),提供了一種易于加工、便于裝配和調(diào)試的超聲電機(jī)。
為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題,本實(shí)用新型的技術(shù)方案是
一種控制用超聲波電機(jī)系統(tǒng),包括超聲波電機(jī)本體l、光電編碼器2和驅(qū)動(dòng)
控制電源三部分,電機(jī)本體1包括底座3、轉(zhuǎn)軸4、端蓋5和在端蓋5內(nèi)的加壓
系統(tǒng)6、定子7和轉(zhuǎn)子8;其特征在于超聲電機(jī)本體l采用雙軸端輸出,在電 機(jī)轉(zhuǎn)軸4 一端安裝光電編碼器2以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)控制和精密的位置控制;由
驅(qū)動(dòng)控制電源實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)本體1的控制,其采用直接數(shù)字合成技術(shù)(DDS)及D 類放大技術(shù);所述的電機(jī)本體中,定子7是由彈性體9和壓電陶瓷10粘接組成 的,轉(zhuǎn)子8是由圓盤11和摩擦片12粘接組成的,轉(zhuǎn)子圓盤11與轉(zhuǎn)軸4通過(guò)齒 輪嚙合,轉(zhuǎn)子8的一側(cè)裝配有定子7,定子彈性體9沿圓周方向開(kāi)有均勻分布多 個(gè)齒槽13,定子彈性體9上的齒頂與轉(zhuǎn)子摩擦片12相接觸,定子7與底座3通 過(guò)固定件14連接,在轉(zhuǎn)子8的另一側(cè)設(shè)置有加壓系統(tǒng)6。
所述的壓電陶瓷10正反面電極分割一一對(duì)應(yīng),用導(dǎo)電膠將A區(qū)各分區(qū)和B 區(qū)各分區(qū)連接,構(gòu)成A相和B相。
所述的定子7彈性體9與壓電陶瓷10粘接,膠層厚度控制在5微米以內(nèi)。 所述的彈性體9采用青銅類彈性材料,經(jīng)過(guò)72小時(shí)的時(shí)效處理。 所述的驅(qū)動(dòng)控制電源采用直接數(shù)字合成技術(shù)(DDS)及D類放大技術(shù)。 本實(shí)用新型向?qū)τ诂F(xiàn)有技術(shù),其的優(yōu)點(diǎn)如下
1. 本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)合理、裝配調(diào)試方便、控制性能好的一種控 制用超聲波電機(jī)系統(tǒng)。
2. 本實(shí)用新型提供的超聲電機(jī)控制系統(tǒng),外加光電編碼器,實(shí)現(xiàn)精密定位, 工作溫度范圍寬。
3. 本實(shí)用新型還涉及到一種新型的驅(qū)動(dòng)控制線路,可方便地對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、 轉(zhuǎn)向及啟停進(jìn)行控制。
圖1為超聲波電機(jī)本體結(jié)構(gòu)示意圖2為轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖3為定子結(jié)構(gòu)示意圖4為壓電陶瓷電極分割圖5為驅(qū)動(dòng)控制電源原理圖6為光電編碼器信號(hào)處理原理l一電機(jī)本體; 2—光電編碼器; 3—底座; 4一轉(zhuǎn)軸;
5—端蓋; 6—加壓系統(tǒng); 7—定子; 8—轉(zhuǎn)子;
9—彈性體; IO—壓電陶瓷; ll一圓盤; 12—摩擦片;
13—齒槽; 14一固定件;
具體實(shí)施方式
一種控制用超聲電機(jī)系統(tǒng),包括超聲電機(jī)本體l、光電編碼器2、驅(qū)動(dòng)控制 電源。在電機(jī)轉(zhuǎn)軸4 一端安裝有光電編碼器2,電機(jī)本體還連接了驅(qū)動(dòng)控制線路, 由驅(qū)動(dòng)控制電源控制。
如圖1所示,超聲電機(jī)本體1包括底座3、轉(zhuǎn)軸4、端蓋5和在端蓋5內(nèi)的 加壓系統(tǒng)6、定子7和轉(zhuǎn)子9。定子7是由彈性體9和壓電陶瓷10粘接組成的, 轉(zhuǎn)子8是由圓盤11和摩擦片12粘接組成的。定子彈性體9和壓電陶瓷10連接 采用特種環(huán)氧樹(shù)脂粘接,膠層厚度控制在5微米以內(nèi)。轉(zhuǎn)子圓盤11和摩擦片12 連接也采用特種環(huán)氧樹(shù)脂粘接。轉(zhuǎn)子圓盤11與轉(zhuǎn)軸4通過(guò)齒輪嚙合,這種配合 方式一方面可以調(diào)整機(jī)械加工引起的偏差,另一方面可以增加配合的可靠性。 轉(zhuǎn)子8的一側(cè)裝配有定子7,定子7與底座3通過(guò)固定件14連接,另一側(cè)安裝 有加壓系統(tǒng)6。
如圖2,圖3所示,定子彈性體9采用青銅類彈性材料,沿圓周方向開(kāi)有均
勻分布80個(gè)齒槽13,定子彈性體9上的齒頂與轉(zhuǎn)子摩擦片12相接觸,當(dāng)轉(zhuǎn)子 8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),其摩擦片12與定子7上的齒產(chǎn)生摩擦驅(qū)動(dòng)力,彈性體9上的齒可以 增大彈性體9的柔性,增加定子7的振幅,定子7在驅(qū)動(dòng)電源的激勵(lì)下產(chǎn)生振 動(dòng),通過(guò)定子7共振放大以及轉(zhuǎn)子8與定子7之間的摩擦耦合轉(zhuǎn)換為宏觀的機(jī) 械運(yùn)動(dòng)。
如圖4所示,定子上壓電陶瓷10正反面電極分割一一對(duì)應(yīng),用導(dǎo)電膠將A 區(qū)各分區(qū)和B區(qū)各分區(qū)連接,構(gòu)成A相和B相。
如圖5所示,超聲波電機(jī)本體1連接了驅(qū)動(dòng)控制線路,這種驅(qū)動(dòng)控制線路 采用直接數(shù)字合成技術(shù)(DDS)及D類放大技術(shù)。其目的是對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)向 及啟停進(jìn)行精密控制。這種驅(qū)動(dòng)控制線路的驅(qū)動(dòng)原理是按照與用戶商定的接 口電路,三路邏輯電平信號(hào)(CMOS電平)經(jīng)光電隔離、電平變換后送入CPU,分 別控制電機(jī)的啟動(dòng)與停止、電機(jī)正反轉(zhuǎn)及電機(jī)的轉(zhuǎn)速。CPU在接收到啟動(dòng)指令后, 控制DDS芯片產(chǎn)生兩路相位差為90度的正弦波,經(jīng)D類放大器放大、升壓,驅(qū) 動(dòng)電機(jī)工作。轉(zhuǎn)速控制的實(shí)現(xiàn)是事先將轉(zhuǎn)速-頻率-反饋電壓值對(duì)應(yīng)表存放在CPU 內(nèi),用戶送來(lái)的P麗信號(hào)經(jīng)電平變換送入CPU, CPU采集此速度信號(hào),并查表得 出驅(qū)動(dòng)頻率及此轉(zhuǎn)速下的反饋電壓值,控制DDS芯片產(chǎn)生所需頻率的正弦波, 與此同時(shí)不斷采集孤極反饋電壓信號(hào)并與查表得到的反饋電壓值進(jìn)行比較,當(dāng) 孤極反饋電壓信號(hào)低于查表所得到的電壓值時(shí),CPU逐漸降低DDS的合成頻率, 從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制。
如圖6所示,超聲波電機(jī)本體1上安裝光電編碼器2,其目的實(shí)現(xiàn)位置的精 密控制。其工作原理是CPU采用標(biāo)準(zhǔn)BISS協(xié)議,通過(guò)芯片SN65179采集編碼 器的數(shù)據(jù),再經(jīng)過(guò)CPU把采集到的串行數(shù)據(jù)變成并行數(shù)據(jù),鎖存到鎖存器中,最后把鎖存器的數(shù)據(jù)傳出來(lái),和用戶實(shí)際要求的位置信號(hào)相比較,完成對(duì)某精 密系統(tǒng)的位置控制。
權(quán)利要求1.一種控制用超聲波電機(jī)系統(tǒng),包括超聲波電機(jī)本體(1)、光電編碼器(2)和驅(qū)動(dòng)控制電源三部分,電機(jī)本體(1)包括底座(3)、轉(zhuǎn)軸(4)、端蓋(5)和在端蓋(5)內(nèi)的加壓系統(tǒng)(6)、定子(7)和轉(zhuǎn)子(8);其特征在于超聲電機(jī)本體(1)采用雙軸端輸出,在電機(jī)轉(zhuǎn)軸(4)一端安裝光電編碼器(2)以實(shí)現(xiàn)精密的位置控制;由驅(qū)動(dòng)控制電源實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)本體(1)的控制,其采用直接數(shù)字合成技術(shù)及D類放大技術(shù);所述的電機(jī)本體中,定子(7)是由彈性體(9)和壓電陶瓷(10)粘接組成的,轉(zhuǎn)子(8)是由圓盤(11)和摩擦片(12)粘接組成的,轉(zhuǎn)子圓盤(11)與轉(zhuǎn)軸(4)通過(guò)齒輪嚙合,轉(zhuǎn)子(8)的一側(cè)裝配有定子(7),定子彈性體(9)沿圓周方向開(kāi)有均勻分布多個(gè)齒槽(13),定子彈性體(9)上的齒頂與轉(zhuǎn)子摩擦片(12)相接觸,定子(7)與底座(3)通過(guò)固定件(14)連接,在轉(zhuǎn)子(8)的另一側(cè)設(shè)置有加壓系統(tǒng)(6)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種控制用超聲波電機(jī)系統(tǒng),其特征在于所述的 壓電陶瓷(10)正反面電極分割一一對(duì)應(yīng),用導(dǎo)電膠將A區(qū)各分區(qū)和B區(qū)各分 區(qū)連接,構(gòu)成A相和B相。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種控制用超聲波電機(jī)系統(tǒng),其特征在于所 述的定子(7)彈性體(9)與壓電陶瓷(10)粘接,膠層厚度控制在5微米以 內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種控制用超聲波電機(jī)系統(tǒng),其特征在于所述的 彈性體(9)采用青銅類彈性材料,加工中必須經(jīng)過(guò)72小時(shí)以上的時(shí)效處理。
5. 如權(quán)利要求3所述的一種控制用超聲波電機(jī)系統(tǒng),其特征在于所述的 驅(qū)動(dòng)控制電源采用直接數(shù)字合成技術(shù)及D類放大技術(shù)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及自控檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種實(shí)現(xiàn)位置精密定位的控制用超聲波電機(jī)系統(tǒng)?,F(xiàn)有技術(shù)的超聲波電機(jī)存在結(jié)構(gòu)缺陷,無(wú)法實(shí)現(xiàn)精密位置控制,工作溫度范圍窄。本實(shí)用新型包括超聲波電機(jī)本體、光電編碼器和驅(qū)動(dòng)控制電源,電機(jī)本體包括底座、轉(zhuǎn)軸、端蓋和在端蓋內(nèi)的加壓系統(tǒng)、定子和轉(zhuǎn)子。定子是由彈性體和壓電陶瓷粘接組成的,轉(zhuǎn)子是由圓盤和摩擦片粘接組成的,轉(zhuǎn)子圓盤與轉(zhuǎn)軸通過(guò)齒輪嚙合,轉(zhuǎn)子的一側(cè)裝配有定子,定子彈性體沿圓周方向開(kāi)有均勻分布多個(gè)齒槽,定子彈性體上的齒頂與轉(zhuǎn)子摩擦片相接觸,定子與底座通過(guò)固定件連接,在轉(zhuǎn)子的另一側(cè)設(shè)置有加壓系統(tǒng)。本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)合理、裝配調(diào)試方便、控制性能好的精密位置控制用超聲波電機(jī)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02N2/00GK201066826SQ20062013629
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月6日
發(fā)明者武 張, 潘云華 申請(qǐng)人:西安創(chuàng)聯(lián)超聲技術(shù)有限責(zé)任公司