用於超聲電機的驅動裝置的製作方法
2023-06-19 21:20:51
專利名稱：用於超聲電機的驅動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於超聲電機的驅動裝置。特別涉及一種用於旋轉超聲電機和直線超聲電機的驅動裝置。
背景技術：
眾所周知，超聲電機包括一個由壓電體和彈性體構成的振動體以及一個設置成與轉動體以一定壓力相接觸的旋轉體。通過向該壓電體提供一個高頻交變電壓，由于振動體的振動作用發出彈性位移波，因此轉動體利用摩擦力作用可以轉動起來。
壓電超聲電機利用的是非電磁效應，這替代了普通的電機原理。在超聲電機中，為了得到可以轉換成移動部分的連續移動的行波，會形成兩個超聲振動，通常這兩個超聲振動相位移為90°或45°。通過簡單地極化以不同方式設置的壓電環或通過疊積壓電元件，將導致超聲振動。
發明內容
圖1示出的是旋轉超聲電機的例子，該電機尤其適於用在自動電路斷路器中。
如該圖所示，一臺壓電電機，一般由參考標記1表示，包括一個定子單元和一個轉子單元。該轉子單元包括一個金屬盤或環2，其在結構上與所述電機的軸剛性匹配。此外，為了允許軸承3旋轉，軸承3就其功能上與該電機軸相聯接。
按順序說，定子單元包括一個片盤53，軸承3連接其上，還包括一個環狀彈性盤4，其連接到片盤53上並具有基板5和環6，環6形成具有多個齒的形狀，這些齒橫向地尤其以垂直角度從基板5突出。
定子單元進一步包括至少一個壓電材料層7，該層固定到例如粘接到彈性板4上。特別是，壓電材料層7包括多個扇形片8，這些扇形片在相反的方向上交替極化並且通過外部控制單元的控制信號對其電激勵。
電機1進一步包括例如由橡膠片或塑料片或金屬片構成的摩擦件10，其置於金屬盤2和具有齒的成型環6之間，該電機也包括固位件，其可以利用例如設置在金屬盤2表面上的金屬彈性體11構成，其中金屬盤2處於與環形彈性盤4相對的位置上。在杆13端部設有螺紋處擰上一螺母12，該螺母使安裝在定子上的轉子的各種元件能被保持住。
圖1中的超聲電機的操作過程如下所述。
當輸入電壓時，環7的每個扇形片8將發生扭曲並且彈性環也將發生扭曲。為了使由壓電扇形片引起的微振動增大，彈性環上設有齒。結果，沿著該環將會產生一個行進超聲波。當這個行進超聲曲波沿該環移動時，定子和轉子之間的接觸點具有橢圓形的運動行程，進而可以利用摩擦帶動轉子連續轉動。
圖2示出的是直線超聲電機中的定子的實例，由參考標記15表示，其中該壓電元件16如圖示出的那樣互疊和設置。
其它類型的直線電機利用了一種或多種由至少一個壓電材料片引起的超聲振動，其中該壓電材料片粘接在具有適當突起的板上面。
該壓電元件與橢圓形構件27連接，因此壓電元件16在箭頭14表示的方向上使該構件振動。
圖3示出的是用於超聲電機的標準驅動電路，其特別包括了一電壓控制振蕩器20，該振蕩器根據輸入到其控制端的電壓可發出不同頻率的信號。
該振蕩器發出一個交流電壓信號，該信號分離出兩個信號其中的一個信號通過移相電路21移相，然後上述兩個信號輸入到由兩個電源放大器組成的電源放大級22中。利用由普通型號的線圈繞組組成的變壓器23的性能，該信號的電壓可以增大到足以驅動該超聲電機的電平。接著上述信號輸入到用於驅動超聲電機振動體的兩個端子上，該電機在圖3中由參考標記1表示。所述超聲電機由圖1中採用的相同參考標記來表示，但是它也可以是圖2中示出超聲電機的類型，因此在這種情況下其也可以由參考標記15表示。
所述信號傳輸的結果是，在超聲電機的振動體中激勵出曲線式振動位移波，因此引起轉動體旋轉，正如前面結合圖1所解釋的。圖3中以結構圖示出的電路中輸入一個直流電源電壓。
該電路通過一個用於檢測超聲電機速度的電路24和一個適於驅動電壓控制振蕩器20和移相電路21的速度控制電路25而成為完整的電路。
然而，超聲電機的驅動裝置，就像圖3中示出的驅動裝置，還具有缺陷。
首先，圖3中的電路需要採用用於高頻的具有特殊線圈繞組的變壓器。而且，振蕩頻率的精確度大約為20％，因為元件的數量多電路板不是很緊湊。
此外，圖1中的電子電路成本很高，而該控制系統的效率很低。
本發明的目的在於提供一種超聲電機驅動裝置，該裝置比公知的驅動裝置更簡單更可靠。
在這個目的範圍內，本發明的一個目標在於提供一個用於超聲電機的驅動裝置，其中電子部分相對於已知的驅動裝置大大地簡化。
本發明的另一個目標在於提供一個用於超聲電機的驅動裝置，其比已知的驅動裝置具有較高的效率和較高的可達到的振動頻率的精確度。
本發明的另一個目標在於提供一個用於超聲電機的驅動裝置，其可在電機端子短路情況下自保護。
本發明的另一個目標在於提供一個用於超聲電機的驅動裝置，其與公知的具有相等輸出電壓的裝置相比具有更小的尺寸。
本發明的另一個目標在於提供一個用於超聲電機的驅動裝置，其具有很高的可靠性、更簡單並具有更經濟的成本。
利用一種超聲電機的驅動裝置可以實現上述目的、這些目標以及其它目的在下文將會很明顯，其特徵在於，它包括至少一個用於驅動超聲電機的壓電變壓器。本發明進一步的特性和優點將通過對本發明中的驅動裝置較佳的而非唯一的實施方式的描述中變得清楚，其僅通過附圖中非限制性的例子來說明。其中，圖1是旋轉超聲電機的分解透視圖；圖2是直線超聲電機的定子的示意圖；圖3是公知的用於超聲電機的驅動裝置的結構圖；圖4是本發明中的超聲電機驅動裝置的示意圖；圖5是應用在圖4中的超聲電機驅動裝置裡的壓電變壓器的視圖；圖6是圖5中示出的壓電變壓器的透視圖；圖7是根據發明的超聲電機驅動裝置更詳細的結構圖。
具體實施例方式
參照上述圖，特別是參照圖4，本發明中的超聲電機驅動裝置，如圖4大致所示的，其具有的特性在於它包括至少一個壓電變壓器以及更優選地具有一對壓電變壓器，用於向超聲電機的端子供電。
在圖4中，再次以參考標記1表示的超聲電機由本發明中以參考標記30表示的驅動裝置驅動，其包括兩個壓電變壓器31，這兩個變壓器由振蕩波發生器32按順序驅動。
該發生器由直流電源供電。
一個壓電變壓器由兩個電極組成，一個初級和一個次級，如圖6所示，其中初級電極由參考標記33表示以及次級電極由參考標記34表示。
通常情況下，壓電變壓器也可以具有多個次級電極並且為環形。
這些電極就像一個振動器那樣一起工作而發生壓電振動。當初級電極發出一個普通的交流電壓頻率時，其中該頻率取決於尺寸大小、尤其是長度或取決於變壓器的限制條件，該電極利用壓電效應的特性引起了強烈的機械振動，使次級電極發出一個高壓輸出提供給負載，在本實施例中為超聲電機。
反之也一樣，如果超聲電機需要一個比壓電變壓器的輸入電壓還要低的輸入電壓，該壓電變壓器也可以用來降低電壓。
圖5是已在圖6的透視圖中示出的壓電變壓器的示意圖。
圖7示出了適於驅動超聲電機1的壓電逆變器。
實質上，依本發明的超聲電機驅動裝置，在本實施例中又包括一對壓電變壓器31，其由移相電路35和電壓控制積分振蕩器38驅動，電壓控制積分振蕩器按順序接收輸入一個時鐘頻率f0，其中該頻率是對超聲電機1發出的反饋信號36處理的結果以及該反饋信號將輸入到電路37中用於檢測和控制超聲電機1的速度，電路37也接收輸入一個參考速度Vrif。
速度檢測和控制電路37按順序提供一個與預定速度成比例的信號，並輸入到電壓控制振蕩器38中，其按順序發出上述時鐘頻率f0。
該積分振蕩器提供預定頻率的低壓正弦和餘弦信號，其驅動壓電變壓器31工作，使壓電變壓器可以按順序達到超聲電機的所需電壓。
實質上，本發明中的具有壓電變壓器的驅動裝置可以提供具有高壓線圈繞組的變壓器的移動，其中該變壓器具有更高的效率；從電子學的角度來看更簡單的驅動電路；由於沒有電磁噪音而具有的更高的振蕩頻率精確度；以及同具有相等輸入電壓裝置相比具有更緊湊的結構。
另外，壓電變壓器可以很方便的被採用，用於獲得DC/DC或DC/AC或AC/DC的逆變器，特別是在需要輸入或輸出高電壓和電鍍絕緣的時候。
如圖4所示的振蕩波發生器32實質上由電壓控制積分振蕩器構成，其可以提供輸出正弦和餘弦波，例如為了向壓電變壓器供電並可輸出一個用於驅動該超聲電機1的電壓，這些波彼此移相90°。
在實際操作中，已經發現本發明的驅動裝置足以完成這些預定目標和目的，因為它通過採用壓電變壓器和普通的壓電逆變器來驅動超聲電機，使一臺超聲電機在驅動精度和效率方面有很大的改善。
本發明的驅動裝置尤其適於應用於自動電路斷路器中，主要是遙控型的，以及適於應用於或是斷續的或是連續的高壓壓電激勵機構中，特別是由於採用了當前的壓電變壓器。因此，本發明進一步的目標涉及一種自動電路斷路器，其特徵在於，它包括一個由前面描述的驅動裝置驅動的超聲電機，以及一種用於高壓壓電激勵機構的驅動裝置，其特徵在於，它包括至少一個壓電變壓器。
因此，所述的裝置允許各種調整和改變，所有的調整和改變均在本發明內容範圍內；所有的元件也可以進一步由功能上相當的元件來代替。在實際操作中，採用的材料可以是根據需要和技術領域選取的任何材料，只要它們能與具體應用以及可能的形狀與尺寸相適應。
權利要求
1.一種用於超聲電機的驅動裝置，其特徵在於，它包括至少一個用於驅動超聲電機的壓電變壓器。
2.如權利要求1中的驅動裝置，其特徵在於，它包括一個壓電逆變器，該逆變器包括所述至少一個壓電變壓器。
3.如權利要求2中的驅動裝置，其特徵在於，所述壓電逆變器包括兩個壓電變壓器，其適於由可發出信號的元件驅動，為了發出一對用於驅動該超聲電機的電壓，這些信號移相90°。
4.如前述一個或多個權利要求中的驅動裝置，其特徵在於，它包括用於檢測和控制所述超聲電機速度的元件，所述元件適於接收輸入一個所述超聲電機的速度信號和一個參考速度信號，所述用於檢測和控制超聲電機速度的元件適於驅動一個電壓控制振蕩器，電壓控制振蕩器輸出一個適於驅動一個積分振蕩器的時鐘頻率，該積分振蕩器為了驅動所述壓電變壓器按順序發出移相90°的所述信號。
5.如權利要求3中的驅動裝置，其特徵在於，每個所述壓電變壓器包括一個初級輸入電極和一個次級輸出電極。
6.如前述一個或多個權利要求中的驅動裝置，其特徵在於，所述超聲電機是旋轉超聲電機。
7.如前述一個或多個權利要求中的驅動裝置，其特徵在於，所述超聲電機是直線超聲電機。
8.一種自動電路斷路器，其特徵在於，它包括一個由前述一個或多個權利要求中的驅動裝置驅動的超聲電機。
9.一種用於高壓壓電激勵機構的驅動裝置，其特徵在於，它包括至少一個壓電變壓器。
全文摘要
一種用於超聲電機的驅動裝置，它的特別之處在於它包括至少一個壓電變壓器用於驅動一臺超聲電機。
文檔編號H01L41/107GK1554145SQ02802552
公開日2004年12月8日 申請日期2002年7月23日 優先權日2001年7月23日
發明者P·曼杜裡諾, M·卡皮塔, G·賽康多, C·斯普雷費科, A·克拉文納, F·科洛姆波, E·諾爾茨尼, P 曼杜裡諾, に , 刀, 哪, 綻追芽, 迥凡 申請人:Abb服務有限公司