專利名稱：多相式步進(jìn)超聲電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是利用壓電效應(yīng)和超聲振動(dòng)的步進(jìn)超聲電機(jī)。
壓電超聲電機(jī)是利用壓電陶瓷的逆壓效應(yīng)和超聲振動(dòng)，通過摩擦來驅(qū)動(dòng)的新型電機(jī)。盡管它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但由于摩擦驅(qū)動(dòng)的過程中會(huì)伴隨產(chǎn)生熱量，使之不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。因此，它作為間斷工作的步進(jìn)電機(jī)將有廣闊的應(yīng)用前景。由于壓電材料的滯后效應(yīng)和摩擦驅(qū)動(dòng)的隨機(jī)性，使之定位精度不高，必須使用位置傳感器來進(jìn)行反饋，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種控制方式使電機(jī)體積增大，控制系統(tǒng)變復(fù)雜。當(dāng)前流行的超聲步進(jìn)電機(jī)是利用較簡(jiǎn)單的開環(huán)控制系統(tǒng)來代替復(fù)雜的控制系統(tǒng)，定位精度仍達(dá)不到要求，甚至有失步的現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的在于研制一種體積小，控制簡(jiǎn)單、定位精度高，在額定負(fù)載下不失步的多相式步進(jìn)超聲電機(jī)。
流行的自校正步進(jìn)超聲電機(jī)基于這樣一個(gè)的物理現(xiàn)象固體顆粒放置在振動(dòng)物體平面上，它們將會(huì)向駐波振動(dòng)的節(jié)線聚集。
本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)在上述現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，通過驅(qū)動(dòng)電路中步進(jìn)時(shí)鐘和多相計(jì)數(shù)器一相接一相地分別激勵(lì)定子上相應(yīng)的壓電陶瓷片之扇形塊，使定子上節(jié)線產(chǎn)生一次接一次的移動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)帶凸齒的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。這種多相驅(qū)動(dòng)的方式下，電機(jī)所獲的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)能夠保證電機(jī)在額定負(fù)載下不會(huì)失步，且具有很高的定位精度。其電機(jī)結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子、摩擦材料、定子、壓電陶瓷片、彈簧、軸承、螺母及底座所組成，特點(diǎn)是，在轉(zhuǎn)子上帶有均勻分布的凸起齒，沒有開槽，而定子為平面形狀。本發(fā)明的壓電陶瓷片的極化形式，采用單向分區(qū)極化形式，即壓電陶瓷片沿整個(gè)圓周被分成m=2n個(gè)區(qū)，其中n代表定子工作模態(tài)節(jié)徑數(shù)，n≥1。每區(qū)里又分成p個(gè)扇形(p≥3)并標(biāo)上序號(hào)。把所有序號(hào)相同的扇形用導(dǎo)線聯(lián)接起來，接入電源的一相中。
附

圖1多相式步進(jìn)超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2壓電陶瓷片單向分區(qū)極化形式示意圖。
附圖3驅(qū)動(dòng)電路的原理框圖。
本發(fā)明的多相式步進(jìn)超聲電機(jī)包括轉(zhuǎn)子1、摩擦材料2、定子3、壓電陶瓷片4、彈簧6、螺母7、軸承8及底座9所構(gòu)成。摩擦材料2貼于轉(zhuǎn)子1的凸起齒端，定子3通過螺釘5固定于底座9上，壓電陶瓷片4貼于定子背面，轉(zhuǎn)子1通過裝于定子上的軸承8來定位，轉(zhuǎn)子與定子之間的壓力通過螺母7、調(diào)節(jié)彈簧6的松緊程度來調(diào)整。本電機(jī)結(jié)構(gòu)與流行的自校正超聲電機(jī)之差異在于在轉(zhuǎn)子上帶有均勻分布的凸起齒，不開槽，而定子卻為無齒的平面形狀。定子通過駐波振動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生指向節(jié)徑的周向摩擦力，正是這種周向摩擦力推動(dòng)著轉(zhuǎn)子的凸起齒，使凸起齒移至節(jié)徑位置，從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)并精確定位。轉(zhuǎn)子的凸起齒移向節(jié)徑位置的過程，也就是轉(zhuǎn)子步進(jìn)的過程，即為自動(dòng)校正定位的過程。
本發(fā)明用來激勵(lì)定子駐波振動(dòng)的壓電陶瓷片分區(qū)極化形式異于流行的自校正步進(jìn)電機(jī)所采用的“+、-”交替形式，而采用單向極化形式，即所有被單向極化的小扇形被分成m區(qū)，(m=2n,n≥1,n為定子工作駐波振動(dòng)的節(jié)徑數(shù)目)，每區(qū)里又分成P個(gè)扇形，(P≥3)，并標(biāo)上序號(hào)，把所有序號(hào)相同的扇形用導(dǎo)線聯(lián)接起來，接入電源的一相中。附圖2所示的是驅(qū)動(dòng)電源為五相的單向極化形式示意圖。若定子工作振型為B08，即定子在此共振狀態(tài)下有八個(gè)波峰，八個(gè)波谷。于是每走一周的步數(shù)N=2n×P=16×5=80步，步長(zhǎng)=360/80=4.5°，同樣原理可做成120步，168步……。多相式自校正超聲電機(jī)，可形成旋轉(zhuǎn)步進(jìn)超聲電機(jī)(RSUM)多相式步進(jìn)電機(jī)系列。
多相式步進(jìn)超聲電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路的原理框圖如附圖3所示由正、反轉(zhuǎn)設(shè)定1、步進(jìn)時(shí)鐘2、零位設(shè)定3、多相計(jì)數(shù)器4、驅(qū)動(dòng)信號(hào)5、鎖定輸出信號(hào)6、功放D1-D5所組成。標(biāo)號(hào)1-5為電源的1-5相。步進(jìn)時(shí)鐘2的出口與多相計(jì)數(shù)器4的輸入端相連接，多相計(jì)數(shù)器4的各相輸出端與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)5的輸入端相連，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的功放D1-D5輸出端再與相應(yīng)位置的壓電陶瓷片的扇形塊1-5相連接；多相計(jì)數(shù)器的相數(shù)及驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相數(shù)與每個(gè)區(qū)域中的壓電陶瓷片的扇形塊數(shù)目相同。驅(qū)動(dòng)控制線路按照壓電陶瓷片上扇形的序號(hào)的次序依次分別激勵(lì)著定子，從而使轉(zhuǎn)子按每步4.5°的步長(zhǎng)產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。所以，本發(fā)明中步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈需走80步。根據(jù)上述原理，進(jìn)一步研制了每轉(zhuǎn)一圈需走120步和每轉(zhuǎn)一圈需走168步的多相式步進(jìn)超聲電機(jī)。
權(quán)利要求
1．一種多相式步進(jìn)超聲電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子(1)、摩擦材料(2)、定子(3)、壓電陶瓷片(4)、彈簧(6)、螺母(7)、軸承(8)和底座(9)所構(gòu)成，其特征在于轉(zhuǎn)子上帶有均勻分布的凸起齒且無槽，而定子為無齒的平面形狀，壓電陶瓷片采用單向分區(qū)極化形式，壓電陶瓷片沿整個(gè)圓周被分成定子駐波節(jié)徑數(shù)目的兩倍個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)又分成等于或大于3個(gè)扇形，并標(biāo)上序號(hào)，將所有相同的扇形用導(dǎo)線聯(lián)接起來，通過驅(qū)動(dòng)電路中的步進(jìn)時(shí)鐘和多相計(jì)數(shù)器依次一相一相地分別接到多相驅(qū)動(dòng)電源的各相中，來激勵(lì)定子上相應(yīng)的壓電陶瓷片之扇形塊。
全文摘要
一種多相式步進(jìn)超聲電機(jī)屬超聲電機(jī)。它由轉(zhuǎn)子1、摩擦材料2、定子3、壓電陶瓷片4、彈簧6、螺母7、軸承8及底座9所構(gòu)成。壓電陶瓷片采用單向分區(qū)極化,沿整個(gè)圓周分成m個(gè)區(qū),每個(gè)區(qū)內(nèi)有P個(gè)扇形,并標(biāo)上序號(hào),把相同序號(hào)的扇形用導(dǎo)線聯(lián)接起來,通過驅(qū)動(dòng)電路中的步進(jìn)時(shí)鐘和多相計(jì)數(shù)器依次一相一相地分別接到多相驅(qū)動(dòng)電源的各相中來激勵(lì)定子上相應(yīng)的壓電陶瓷片的扇形塊。使定子工作模態(tài)節(jié)線產(chǎn)生移動(dòng),進(jìn)而轉(zhuǎn)子跟隨節(jié)線的移動(dòng)而產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)H02N2/10GK1299180SQ0013437
公開日2001年6月13日 申請(qǐng)日期2000年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月8日
發(fā)明者趙淳生, 金龍 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)