专利名称：一种微型超声波电机驱动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用微型超声波电机及其相应的驱动系统，确切地说，它是 一种无铁心电机的驱动装置。
背景技术：
目前，各类航天航空产品和各种军用飞行器要求系统微型化，电机及其驱动系统 的微型化是基本要求，由于电磁电机线圈体积的限制，最小体积充其量只能达到数毫米程 度。曾经数毫米直径的微小型超声波电机已被开发试制出来，由于尚未发现限制其最小体 积的本质因素，因而其体积尚可进一步减小。与之相对应的驱动系统，也成为实现的关键。
发明内容本实用新型提供了一种微型超声波电机驱动装置，能够实现微型超声波电机驱动 的数字化及精确定位的目的。本实用新型包括由定子底座、压电陶瓷纵振子和定子斜齿组成的定子，转子及轴 一体化加工成型的转子，沉头螺丝、不锈钢滚珠和弹簧构成的电机加紧机构，外壳与定子底 座配合，装在转子顶面的数块磁钢以及安装在外壳顶面凹槽内的霍尔元件。它是由电机本体(包括定子、转子、电机加紧机构、外壳及磁钢)、霍尔元件位置测 试、DSP驱动电路组成。它是利用压电材料的逆压电效应，实现转子单方向旋转运动，其电 机转子上安装有磁钢，外壳上贴霍尔元件，可对超声波电机的转速转角进行无接触测量，并 可对超声波电机进行位置反馈控制。本实用新型具有结构紧凑简单，根据驱动结构要求可嵌入电机系统，可与系统一 起集成；易调速，低速区平稳无脉动(较一般低速电机诸如步进电机而言)，但在控制上又 可实现步进驱动，而且定位精度高；电机停电后具有摩擦自锁功能，且在高频域振动，能量 衰减极快，有极高动态响应特性(机械时间常数在几ms以内)、易实现高精度的速度和位置 伺服控制；驱动系统可实现电机的精确定位；
图1为微型超声波电机结构示意图；图2为微型超声波电机外壳剖面图；图3为电机定子结构剖面图；图4为电机定子结构俯视图；图5为超声波电机的霍耳元件定位检测装置结构示意图；图6为霍耳元件排列示意图；图7为微型超声波电机驱动系统主电路图。在图中1为转子、2为定子底座、3为压电陶瓷纵振子、4为外壳、5为定子斜齿、6 为磁钢、7为沉头螺丝、8为磁环、9为不锈钢滚珠、10为弹簧、11为霍尔元件、12为电机加紧机构、15、16、17、18为驱动信号、19、20、21、22为输入口、23为二极管、25为电阻、25、、26为 电容、27、28为电机接入点、14为DSP控制芯片、29为驱动芯片。
具体实施方式
在图1中，它是由定子底座2、压电陶瓷纵振子3和定子斜齿5组成的定子 ’转 子——轴一体化成型的转子1，通过沉头螺丝7、不锈钢滚珠9和弹簧10构成的电机加紧机 构加紧；定子底座的外壳4 ；装在转子1顶面的数块磁钢6以及安装在外壳顶面凹槽内的霍 尔元件11作为电机的转速转角无接触测量和位置反馈控制装置组成。它是利用压电材料 的逆压电效应，使斜齿端面质点产生椭圆运动，实现转子单方向旋转运动，其电机转子上的 磁钢6，外壳上贴霍尔元件11，可对电机的转速转角进行无接触测量，并可对电机进行位置 反馈控制，电机驱动控制器由控制芯片和驱动电路组成。在转子的上表面贴有若干块磁钢 6，作为检测系统的载体，转子的上下表面保持一定的平面度，且与轴线保持一定的垂直度。无接触测量和位置反馈控制装置(图5)——包括在转子的上表面贴有的若干块 永磁体组成的磁环8，安装在外壳4(图2)顶面凹槽内的霍尔元件11，霍尔元件可根据永磁 体交变磁场引起的电压数据的变化来判断转子1位置(图7所示的输入信号7、8、9、10)，输 出电压到DSP的4个端口(图7所示的信号3、4、5、6)，实现电机的位置反馈控制。此实施 方式通过位置传感器的数字信号处理来控制电机，实现新型的步进定位系统。定子底座2、压电陶瓷纵振子3和定子斜齿5组成的定子，转子及轴一体化加工成 型的转子1，沉头螺丝7、不锈钢滚珠9和弹簧(10)构成的电机加紧机构12，外壳4与定子 底座2配合，装在转子顶面的数块磁钢6以及安装在外壳顶面凹槽内的霍尔元件作为电机 的转速转角测量和位置反馈控制。在转子1的上表面贴有的若干块永磁体组成的磁环8 ； 安装在外壳顶面凹槽内的霍尔元件11 ；霍尔元件可根据永磁体交变磁场引起的电压数据 的变化来判断转子现在的位置，实现电机的位置反馈。包括DSP控制芯片14和驱动芯片29等组成；其中DSP控制芯片采用 TMS320LF2407DSP，DSP作为控制芯片接受电机运行时检测到的霍尔元件信号(图7的输入 口分别为19、20、21、22)及外部的驱动频率调节信号(图7的驱动信号分别为15、16、17、 18)，对电机输出A、B两相PWM的频率、相位及通断进行控制。通过开通及关断PWM波的输 出来控制超声波电机的启动和停止运行；通过调节输出PWM波的频率及两相的相位差来调 节电机的最佳运行状态。通过来接受来自传感器的位置反馈信号计算超声波电机的转角位 置，进而进行转角位置控制。驱动电路由MOSFET驱动电路组成。驱动电路将DSP输出的 P丽信号传递给MOSFET驱动电路，并将DSP与功率电路隔离；集成驱动电路IR2110将P丽 信号转化为MOSFET的驱动控制信号。驱动芯片由集成驱动电路IR2110电路组成。集成驱 动芯片IR2110将PWM信号转化为MOSFET的驱动控制信号。然后通过二极管23、电阻25、 电容26进行功率变化，再由开关管24输出到电机接入点27、28。
权利要求一种微型超声波电机驱动装置，其特征在于它包括由定子底座(2)、压电陶瓷纵振子(3)和定子斜齿(5)组成的定子，转子及轴一体化加工成型的转子(1)，沉头螺丝(7)、不锈钢滚珠(9)和弹簧(10)构成的电机加紧机构(12)，外壳(4)与定子底座(2)配合，装在转子顶面的数块磁钢(6)以及安装在外壳顶面凹槽内的霍尔元件(11)。
2.根据权利要求1所述的一种微型超声波电机驱动装置，其特征在于转子(1)的上 表面贴有的若干块永磁体组成的磁环(8)。
3.根据权利要求1所述的一种微型超声波电机驱动装置，其特征在于电机驱动控制 器由控制芯片和驱动电路组成，其中控制芯片采用TMS320LF2407DSP。
专利摘要本实用新型公开了一种微型超声波电机的驱动装置。本实用新型包括由定子底座、压电陶瓷纵振子和定子斜齿组成的定子，转子及轴一体化加工成型的转子，沉头螺丝、不锈钢滚珠和弹簧构成的电机加紧机构，外壳与定子底座配合，装在转子顶面的数块磁钢以及安装在外壳顶面凹槽内的霍尔元件。此驱动系统结构较简单，可进一步微型化。
文档编号H02N2/14GK201699610SQ20102014009
公开日2011年1月5日 申请日期2010年3月24日 优先权日2010年3月24日
发明者傅平, 蔡萍 申请人:闽江学院