專利名稱：多相式步進超聲電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是利用壓電效應(yīng)和超聲振動的步進超聲電機。
壓電超聲電機是利用壓電陶瓷的逆壓效應(yīng)和超聲振動，通過摩擦來驅(qū)動的新型電機。盡管它具有許多獨特的優(yōu)點，但由于摩擦驅(qū)動的過程中會伴隨產(chǎn)生熱量，使之不能長時間連續(xù)運行。因此，它作為間斷工作的步進電機將有廣闊的應(yīng)用前景。由于壓電材料的滯后效應(yīng)和摩擦驅(qū)動的隨機性，使之定位精度不高，必須使用位置傳感器來進行反饋，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種控制方式使電機體積增大，控制系統(tǒng)變復雜。當前流行的超聲步進電機是利用較簡單的開環(huán)控制系統(tǒng)來代替復雜的控制系統(tǒng)，定位精度仍達不到要求，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，控制簡單、定位精度高，在額定負載下不失步的多相式步進超聲電機。
流行的自校正步進超聲電機基于這樣一個的物理現(xiàn)象固體顆粒放置在振動物體平面上，它們將會向駐波振動的節(jié)線聚集。
本發(fā)明的步進電機在上述現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，通過驅(qū)動電路中步進時鐘和多相計數(shù)器一相接一相地分別激勵定子上相應(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，進而驅(qū)動帶凸齒的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生步進運動。這種多相驅(qū)動的方式下，電機所獲的步進運動能夠保證電機在額定負載下不會失步，且具有很高的定位精度。其電機結(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圓周被分成m=2n個區(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個扇形(p≥3)并標上序號。把所有序號相同的扇形用導線聯(lián)接起來，接入電源的一相中。
附

圖1多相式步進超聲電機結(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)動電路的原理框圖。
本發(fā)明的多相式步進超聲電機包括轉(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。本電機結(jié)構(gòu)與流行的自校正超聲電機之差異在于在轉(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。定子通過駐波振動對轉(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)子步進的過程，即為自動校正定位的過程。
本發(fā)明用來激勵定子駐波振動的壓電陶瓷片分區(qū)極化形式異于流行的自校正步進電機所采用的“+、-”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的節(jié)徑數(shù)目)，每區(qū)里又分成P個扇形，(P≥3)，并標上序號，把所有序號相同的扇形用導線聯(lián)接起來，接入電源的一相中。附圖2所示的是驅(qū)動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)下有八個波峰，八個波谷。于是每走一周的步數(shù)N=2n×P=16×5=80步，步長=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，可形成旋轉(zhuǎn)步進超聲電機(RSUM)多相式步進電機系列。
多相式步進超聲電機的驅(qū)動電路的原理框圖如附圖3所示由正、反轉(zhuǎn)設(shè)定1、步進時鐘2、零位設(shè)定3、多相計數(shù)器4、驅(qū)動信號5、鎖定輸出信號6、功放D1-D5所組成。標號1-5為電源的1-5相。步進時鐘2的出口與多相計數(shù)器4的輸入端相連接，多相計數(shù)器4的各相輸出端與相應(yīng)的驅(qū)動信號5的輸入端相連，驅(qū)動信號的功放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；多相計數(shù)器的相數(shù)及驅(qū)動信號的相數(shù)與每個區(qū)域中的壓電陶瓷片的扇形塊數(shù)目相同。驅(qū)動控制線路按照壓電陶瓷片上扇形的序號的次序依次分別激勵著定子，從而使轉(zhuǎn)子按每步4.5°的步長產(chǎn)生步進運動。所以，本發(fā)明中步進電機每轉(zhuǎn)一圈需走80步。根據(jù)上述原理，進一步研制了每轉(zhuǎn)一圈需走120步和每轉(zhuǎn)一圈需走168步的多相式步進超聲電機。
權(quán)利要求
1．一種多相式步進超聲電機，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，壓電陶瓷片沿整個圓周被分成定子駐波節(jié)徑數(shù)目的兩倍個區(qū)，每個區(qū)又分成等于或大于3個扇形，并標上序號，將所有相同的扇形用導線聯(lián)接起來，通過驅(qū)動電路中的步進時鐘和多相計數(shù)器依次一相一相地分別接到多相驅(qū)動電源的各相中，來激勵定子上相應(yīng)的壓電陶瓷片之扇形塊。
全文摘要
一種多相式步進超聲電機屬超聲電機。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,沿整個圓周分成m個區(qū),每個區(qū)內(nèi)有P個扇形,并標上序號,把相同序號的扇形用導線聯(lián)接起來,通過驅(qū)動電路中的步進時鐘和多相計數(shù)器依次一相一相地分別接到多相驅(qū)動電源的各相中來激勵定子上相應(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,進而轉(zhuǎn)子跟隨節(jié)線的移動而產(chǎn)生步進運動。
文檔編號H02N2/10GK1299180SQ0013437
公開日2001年6月13日 申請日期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 申請人:南京航空航天大學