專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微型超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用微型超聲波電機(jī)及其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，確切地說(shuō)，它是 一種無(wú)鐵心電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
目前，各類(lèi)航天航空產(chǎn)品和各種軍用飛行器要求系統(tǒng)微型化，電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的微型化是基本要求，由于電磁電機(jī)線圈體積的限制，最小體積充其量只能達(dá)到數(shù)毫米程 度。曾經(jīng)數(shù)毫米直徑的微小型超聲波電機(jī)已被開(kāi)發(fā)試制出來(lái)，由于尚未發(fā)現(xiàn)限制其最小體 積的本質(zhì)因素，因而其體積尚可進(jìn)一步減小。與之相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也成為實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種微型超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)微型超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng) 的數(shù)字化及精確定位的目的。本實(shí)用新型包括由定子底座、壓電陶瓷縱振子和定子斜齒組成的定子，轉(zhuǎn)子及軸 一體化加工成型的轉(zhuǎn)子，沉頭螺絲、不銹鋼滾珠和彈簧構(gòu)成的電機(jī)加緊機(jī)構(gòu)，外殼與定子底 座配合，裝在轉(zhuǎn)子頂面的數(shù)塊磁鋼以及安裝在外殼頂面凹槽內(nèi)的霍爾元件。它是由電機(jī)本體(包括定子、轉(zhuǎn)子、電機(jī)加緊機(jī)構(gòu)、外殼及磁鋼)、霍爾元件位置測(cè) 試、DSP驅(qū)動(dòng)電路組成。它是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子單方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其電 機(jī)轉(zhuǎn)子上安裝有磁鋼，外殼上貼霍爾元件，可對(duì)超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量，并 可對(duì)超聲波電機(jī)進(jìn)行位置反饋控制。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，根據(jù)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)要求可嵌入電機(jī)系統(tǒng)，可與系統(tǒng)一 起集成；易調(diào)速，低速區(qū)平穩(wěn)無(wú)脈動(dòng)(較一般低速電機(jī)諸如步進(jìn)電機(jī)而言)，但在控制上又 可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)，而且定位精度高；電機(jī)停電后具有摩擦自鎖功能，且在高頻域振動(dòng)，能量 衰減極快，有極高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性(機(jī)械時(shí)間常數(shù)在幾ms以?xún)?nèi))、易實(shí)現(xiàn)高精度的速度和位置 伺服控制；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的精確定位；

圖1為微型超聲波電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為微型超聲波電機(jī)外殼剖面圖；圖3為電機(jī)定子結(jié)構(gòu)剖面圖；圖4為電機(jī)定子結(jié)構(gòu)俯視圖；圖5為超聲波電機(jī)的霍耳元件定位檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為霍耳元件排列示意圖；圖7為微型超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主電路圖。在圖中1為轉(zhuǎn)子、2為定子底座、3為壓電陶瓷縱振子、4為外殼、5為定子斜齒、6 為磁鋼、7為沉頭螺絲、8為磁環(huán)、9為不銹鋼滾珠、10為彈簧、11為霍爾元件、12為電機(jī)加緊機(jī)構(gòu)、15、16、17、18為驅(qū)動(dòng)信號(hào)、19、20、21、22為輸入口、23為二極管、25為電阻、25、、26為 電容、27、28為電機(jī)接入點(diǎn)、14為DSP控制芯片、29為驅(qū)動(dòng)芯片。
具體實(shí)施方式
在圖1中，它是由定子底座2、壓電陶瓷縱振子3和定子斜齒5組成的定子 ’轉(zhuǎn) 子——軸一體化成型的轉(zhuǎn)子1，通過(guò)沉頭螺絲7、不銹鋼滾珠9和彈簧10構(gòu)成的電機(jī)加緊機(jī) 構(gòu)加緊；定子底座的外殼4 ；裝在轉(zhuǎn)子1頂面的數(shù)塊磁鋼6以及安裝在外殼頂面凹槽內(nèi)的霍 爾元件11作為電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角無(wú)接觸測(cè)量和位置反饋控制裝置組成。它是利用壓電材料 的逆壓電效應(yīng)，使斜齒端面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橢圓運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子單方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其電機(jī)轉(zhuǎn)子上的 磁鋼6，外殼上貼霍爾元件11，可對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量，并可對(duì)電機(jī)進(jìn)行位置 反饋控制，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器由控制芯片和驅(qū)動(dòng)電路組成。在轉(zhuǎn)子的上表面貼有若干塊磁鋼 6，作為檢測(cè)系統(tǒng)的載體，轉(zhuǎn)子的上下表面保持一定的平面度，且與軸線保持一定的垂直度。無(wú)接觸測(cè)量和位置反饋控制裝置(圖5)——包括在轉(zhuǎn)子的上表面貼有的若干塊 永磁體組成的磁環(huán)8，安裝在外殼4(圖2)頂面凹槽內(nèi)的霍爾元件11，霍爾元件可根據(jù)永磁 體交變磁場(chǎng)引起的電壓數(shù)據(jù)的變化來(lái)判斷轉(zhuǎn)子1位置(圖7所示的輸入信號(hào)7、8、9、10)，輸 出電壓到DSP的4個(gè)端口(圖7所示的信號(hào)3、4、5、6)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的位置反饋控制。此實(shí)施 方式通過(guò)位置傳感器的數(shù)字信號(hào)處理來(lái)控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)新型的步進(jìn)定位系統(tǒng)。定子底座2、壓電陶瓷縱振子3和定子斜齒5組成的定子，轉(zhuǎn)子及軸一體化加工成 型的轉(zhuǎn)子1，沉頭螺絲7、不銹鋼滾珠9和彈簧(10)構(gòu)成的電機(jī)加緊機(jī)構(gòu)12，外殼4與定子 底座2配合，裝在轉(zhuǎn)子頂面的數(shù)塊磁鋼6以及安裝在外殼頂面凹槽內(nèi)的霍爾元件作為電機(jī) 的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角測(cè)量和位置反饋控制。在轉(zhuǎn)子1的上表面貼有的若干塊永磁體組成的磁環(huán)8 ； 安裝在外殼頂面凹槽內(nèi)的霍爾元件11 ；霍爾元件可根據(jù)永磁體交變磁場(chǎng)引起的電壓數(shù)據(jù) 的變化來(lái)判斷轉(zhuǎn)子現(xiàn)在的位置，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的位置反饋。包括DSP控制芯片14和驅(qū)動(dòng)芯片29等組成；其中DSP控制芯片采用 TMS320LF2407DSP，DSP作為控制芯片接受電機(jī)運(yùn)行時(shí)檢測(cè)到的霍爾元件信號(hào)(圖7的輸入 口分別為19、20、21、22)及外部的驅(qū)動(dòng)頻率調(diào)節(jié)信號(hào)(圖7的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別為15、16、17、 18)，對(duì)電機(jī)輸出A、B兩相PWM的頻率、相位及通斷進(jìn)行控制。通過(guò)開(kāi)通及關(guān)斷PWM波的輸 出來(lái)控制超聲波電機(jī)的啟動(dòng)和停止運(yùn)行；通過(guò)調(diào)節(jié)輸出PWM波的頻率及兩相的相位差來(lái)調(diào) 節(jié)電機(jī)的最佳運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)來(lái)接受來(lái)自傳感器的位置反饋信號(hào)計(jì)算超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)角位 置，進(jìn)而進(jìn)行轉(zhuǎn)角位置控制。驅(qū)動(dòng)電路由MOSFET驅(qū)動(dòng)電路組成。驅(qū)動(dòng)電路將DSP輸出的 P麗信號(hào)傳遞給MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，并將DSP與功率電路隔離；集成驅(qū)動(dòng)電路IR2110將P麗 信號(hào)轉(zhuǎn)化為MOSFET的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)芯片由集成驅(qū)動(dòng)電路IR2110電路組成。集成驅(qū) 動(dòng)芯片IR2110將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)化為MOSFET的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。然后通過(guò)二極管23、電阻25、 電容26進(jìn)行功率變化，再由開(kāi)關(guān)管24輸出到電機(jī)接入點(diǎn)27、28。
權(quán)利要求一種微型超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于它包括由定子底座(2)、壓電陶瓷縱振子(3)和定子斜齒(5)組成的定子，轉(zhuǎn)子及軸一體化加工成型的轉(zhuǎn)子(1)，沉頭螺絲(7)、不銹鋼滾珠(9)和彈簧(10)構(gòu)成的電機(jī)加緊機(jī)構(gòu)(12)，外殼(4)與定子底座(2)配合，裝在轉(zhuǎn)子頂面的數(shù)塊磁鋼(6)以及安裝在外殼頂面凹槽內(nèi)的霍爾元件(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于轉(zhuǎn)子(1)的上 表面貼有的若干塊永磁體組成的磁環(huán)(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制 器由控制芯片和驅(qū)動(dòng)電路組成，其中控制芯片采用TMS320LF2407DSP。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種微型超聲波電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置。本實(shí)用新型包括由定子底座、壓電陶瓷縱振子和定子斜齒組成的定子，轉(zhuǎn)子及軸一體化加工成型的轉(zhuǎn)子，沉頭螺絲、不銹鋼滾珠和彈簧構(gòu)成的電機(jī)加緊機(jī)構(gòu)，外殼與定子底座配合，裝在轉(zhuǎn)子頂面的數(shù)塊磁鋼以及安裝在外殼頂面凹槽內(nèi)的霍爾元件。此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可進(jìn)一步微型化。
文檔編號(hào)H02N2/14GK201699610SQ20102014009
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者傅平, 蔡萍 申請(qǐng)人:閩江學(xué)院