一種控制用超聲波電機系統的製作方法

2023-06-01 07:17:26 5

專利名稱：一種控制用超聲波電機系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及自控檢測技術領域，具體涉及一種對位置精密控制的控制 用超聲電機系統。
背景技術：
超聲波電機是一種全新概念的電機，它沒有電磁繞組，不依靠電磁感應傳 遞能量，而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應，將材料的微觀變形通過磨擦耦合和 共振放大轉換為宏觀的機械運動。與傳統的電磁電機相比，具有低速大扭矩、 響應時間快、斷電自鎖、結構簡單、體積小、重量輕、運行無噪聲等特點，能 直接驅動負載，控制特性好，在自動控制系統、非連續工作領域可替代傳統的 伺服電機、步進電機、力矩電機。現有的超聲電機在結構上設計簡單，但是配
合件精度要求非常高，給加工、裝配和調試都帶來極大的不便；在使用功能上 只是輸出一種機械運動，無法實現精密位置控制，並且工作溫度範圍窄，在實 際應用中具有一定的局限性，而且沒有做成一套系統，直接用於精密控制領域。
發明內容
本實用新型的目的在於提供一種控制用超聲電機系統，以克服現有技術中 超聲波電機只輸出轉動，無法實現位置精密控制的缺點，並且在電機結構上進 行了獨特的設計，提供了一種易於加工、便於裝配和調試的超聲電機。
為克服現有技術存在的問題，本實用新型的技術方案是
一種控制用超聲波電機系統，包括超聲波電機本體l、光電編碼器2和驅動
控制電源三部分，電機本體1包括底座3、轉軸4、端蓋5和在端蓋5內的加壓
系統6、定子7和轉子8;其特徵在於超聲電機本體l採用雙軸端輸出，在電 機轉軸4 一端安裝光電編碼器2以實現電機的閉環控制和精密的位置控制；由
驅動控制電源實現對電機本體1的控制，其採用直接數字合成技術(DDS)及D 類放大技術；所述的電機本體中，定子7是由彈性體9和壓電陶瓷10粘接組成 的，轉子8是由圓盤11和摩擦片12粘接組成的，轉子圓盤11與轉軸4通過齒 輪嚙合，轉子8的一側裝配有定子7，定子彈性體9沿圓周方向開有均勻分布多 個齒槽13，定子彈性體9上的齒頂與轉子摩擦片12相接觸，定子7與底座3通 過固定件14連接，在轉子8的另一側設置有加壓系統6。
所述的壓電陶瓷10正反面電極分割一一對應，用導電膠將A區各分區和B 區各分區連接，構成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。 所述的彈性體9採用青銅類彈性材料，經過72小時的時效處理。 所述的驅動控制電源採用直接數字合成技術(DDS)及D類放大技術。 本實用新型向對於現有技術，其的優點如下
1. 本實用新型提供了一種結構合理、裝配調試方便、控制性能好的一種控 制用超聲波電機系統。
2. 本實用新型提供的超聲電機控制系統，外加光電編碼器，實現精密定位， 工作溫度範圍寬。
3. 本實用新型還涉及到一種新型的驅動控制線路，可方便地對電機轉速、 轉向及啟停進行控制。


圖1為超聲波電機本體結構示意圖2為轉子結構示意圖3為定子結構示意圖4為壓電陶瓷電極分割圖5為驅動控制電源原理圖6為光電編碼器信號處理原理l一電機本體； 2—光電編碼器； 3—底座； 4一轉軸；
5—端蓋； 6—加壓系統； 7—定子； 8—轉子；
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；
具體實施方式
一種控制用超聲電機系統，包括超聲電機本體l、光電編碼器2、驅動控制 電源。在電機轉軸4 一端安裝有光電編碼器2，電機本體還連接了驅動控制線路， 由驅動控制電源控制。
如圖1所示，超聲電機本體1包括底座3、轉軸4、端蓋5和在端蓋5內的 加壓系統6、定子7和轉子9。定子7是由彈性體9和壓電陶瓷10粘接組成的， 轉子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 採用特種環氧樹脂粘接，膠層厚度控制在5微米以內。轉子圓盤11和摩擦片12 連接也採用特種環氧樹脂粘接。轉子圓盤11與轉軸4通過齒輪嚙合，這種配合 方式一方面可以調整機械加工引起的偏差，另一方面可以增加配合的可靠性。 轉子8的一側裝配有定子7，定子7與底座3通過固定件14連接，另一側安裝 有加壓系統6。
如圖2，圖3所示，定子彈性體9採用青銅類彈性材料，沿圓周方向開有均
勻分布80個齒槽13，定子彈性體9上的齒頂與轉子摩擦片12相接觸，當轉子 8轉動時，其摩擦片12與定子7上的齒產生摩擦驅動力，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在驅動電源的激勵下產生振 動，通過定子7共振放大以及轉子8與定子7之間的摩擦耦合轉換為宏觀的機 械運動。
如圖4所示，定子上壓電陶瓷10正反面電極分割一一對應，用導電膠將A 區各分區和B區各分區連接，構成A相和B相。
如圖5所示，超聲波電機本體1連接了驅動控制線路，這種驅動控制線路 採用直接數字合成技術(DDS)及D類放大技術。其目的是對電機的轉速，轉向 及啟停進行精密控制。這種驅動控制線路的驅動原理是按照與用戶商定的接 口電路，三路邏輯電平信號(CMOS電平)經光電隔離、電平變換後送入CPU，分 別控制電機的啟動與停止、電機正反轉及電機的轉速。CPU在接收到啟動指令後， 控制DDS晶片產生兩路相位差為90度的正弦波，經D類放大器放大、升壓，驅 動電機工作。轉速控制的實現是事先將轉速-頻率-反饋電壓值對應表存放在CPU 內，用戶送來的P麗信號經電平變換送入CPU， CPU採集此速度信號，並查表得 出驅動頻率及此轉速下的反饋電壓值，控制DDS晶片產生所需頻率的正弦波， 與此同時不斷採集孤極反饋電壓信號並與查表得到的反饋電壓值進行比較，當 孤極反饋電壓信號低於查表所得到的電壓值時，CPU逐漸降低DDS的合成頻率， 從而實現轉速控制。
如圖6所示，超聲波電機本體1上安裝光電編碼器2，其目的實現位置的精 密控制。其工作原理是CPU採用標準BISS協議，通過晶片SN65179採集編碼 器的數據，再經過CPU把採集到的串行數據變成並行數據，鎖存到鎖存器中，最後把鎖存器的數據傳出來，和用戶實際要求的位置信號相比較，完成對某精 密系統的位置控制。
權利要求1.一種控制用超聲波電機系統，包括超聲波電機本體(1)、光電編碼器(2)和驅動控制電源三部分，電機本體(1)包括底座(3)、轉軸(4)、端蓋(5)和在端蓋(5)內的加壓系統(6)、定子(7)和轉子(8)；其特徵在於超聲電機本體(1)採用雙軸端輸出，在電機轉軸(4)一端安裝光電編碼器(2)以實現精密的位置控制；由驅動控制電源實現對電機本體(1)的控制，其採用直接數字合成技術及D類放大技術；所述的電機本體中，定子(7)是由彈性體(9)和壓電陶瓷(10)粘接組成的，轉子(8)是由圓盤(11)和摩擦片(12)粘接組成的，轉子圓盤(11)與轉軸(4)通過齒輪嚙合，轉子(8)的一側裝配有定子(7)，定子彈性體(9)沿圓周方向開有均勻分布多個齒槽(13)，定子彈性體(9)上的齒頂與轉子摩擦片(12)相接觸，定子(7)與底座(3)通過固定件(14)連接，在轉子(8)的另一側設置有加壓系統(6)。
2. 如權利要求1所述的一種控制用超聲波電機系統，其特徵在於所述的 壓電陶瓷(10)正反面電極分割一一對應，用導電膠將A區各分區和B區各分 區連接，構成A相和B相。
3. 如權利要求1或2所述的一種控制用超聲波電機系統，其特徵在於所 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。
4. 如權利要求3所述的一種控制用超聲波電機系統，其特徵在於所述的 彈性體(9)採用青銅類彈性材料，加工中必須經過72小時以上的時效處理。
5. 如權利要求3所述的一種控制用超聲波電機系統，其特徵在於所述的 驅動控制電源採用直接數字合成技術及D類放大技術。
專利摘要本實用新型涉及自控檢測技術領域，具體涉及一種實現位置精密定位的控制用超聲波電機系統。現有技術的超聲波電機存在結構缺陷，無法實現精密位置控制，工作溫度範圍窄。本實用新型包括超聲波電機本體、光電編碼器和驅動控制電源，電機本體包括底座、轉軸、端蓋和在端蓋內的加壓系統、定子和轉子。定子是由彈性體和壓電陶瓷粘接組成的，轉子是由圓盤和摩擦片粘接組成的，轉子圓盤與轉軸通過齒輪嚙合，轉子的一側裝配有定子，定子彈性體沿圓周方向開有均勻分布多個齒槽，定子彈性體上的齒頂與轉子摩擦片相接觸，定子與底座通過固定件連接，在轉子的另一側設置有加壓系統。本實用新型提供了一種結構合理、裝配調試方便、控制性能好的精密位置控制用超聲波電機系統。
文檔編號H02N2/00GK201066826SQ20062013629
公開日2008年5月28日 申請日期2006年12月6日 優先權日2006年12月6日
發明者武 張, 潘雲華 申請人:西安創聯超聲技術有限責任公司