一种自适应超声电机驱动器及高压注射器的制作方法

本实用新型属于电机的控制技术领域，涉及一种自适应超声电机驱动器及高压注射器。

背景技术：

超声电机工作时，因为温度上升，其等效阻抗会随着温度的变化而变化，电机驱动器如不能根据其等效阻抗的改变调节输出的控制信号，改变超声电机驱动器输出的匹配阻抗，超声电机的效率将减小，其输出扭矩也将减小，从而使其应用系统的功能不能达到预期的要求。

技术实现要素：

本实用新型提供一种自适应超声电机驱动器及高压注射器，以解决现有技术中对超声电机的输出扭矩不稳定而导致难以实现稳定控制的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种自适应超声电机驱动器，包括微处理器、电流检测模块和宽频带自适应模块，所述电流检测模块检测超声电机的驱动电流，并将所述驱动电流反馈至所述微处理器，所述微处理器将所述驱动电流与最大驱动电流进行对比处理，并输出调节信号至所述宽频带自适应模块的控制端，调整所述宽频带自适应模块自身的输出阻抗。

在本实用新型的一种实施例中，所述宽频带自适应模块包括阻抗匹配模块，所述阻抗匹配模块与超声电机并联；所述阻抗匹配模块根据所述调节信 号调节自身的输出阻抗。

在本实用新型的一种实施例中，所述阻抗匹配模块包括控制单元和阻抗变换单元，所述阻抗变换单元的控制端与所述控制单元的输出端连接，另一端与所述超声电机连接，所述控制单元根据所述调节信号调整所述阻抗变换单元的输出阻抗。

在本实用新型的一种实施例中，所述控制单元包括继电器，所述阻抗变换单元包括多路电感器组，在所述多路电感器组的每一路电感器组的输入端均设置有所述继电器；所述微处理器输出所述调节信号控制所述继电器的开、合，调整所述阻抗变换单元的输出阻抗；

所述控制单元包括多路选择器，所述阻抗变换单元包括多路电感器组，所述多路选择器的输出端与所述多路电感器组输入端连接，所述多路选择器根据所述调节信号选择接通或断开所述多路电感器组中的至少一路电感器组。

在本实用新型的一种实施例中，所述电感器组包括至少一个电感器，所述电感器通过串和/或并联连接。

在本实用新型的一种实施例中，所述电感器组包括至少一个电感器，当所述电感器组具体包括一个电感器时，所述多路电感器组由多个电感器并联组成；

当所述电感器组具体包括至少两个电感器时，所述电感器组通过所述电感器串和/或并联组成，所述多路电感器组通过将多个所述电感器的一端连接在一起并与所述超声电机连接，另一端与所述控制单元的输出端连接。

在本实用新型的一种实施例中，所述宽频带自适应模块还包括驱动信号调制模块和逆变变压器升压模块，所述驱动信号调制模块接收所述微处理器 输出的控制信号进行调制处理，调制处理后的控制信号经所述逆变变压器升压模块进行升压处理后，输出至超声电机的输入端，控制超声电机的转动。

在本实用新型的一种实施例中，所述宽频带自适应模块还包括电源模块和电压检测模块，所述电压检测模块检测所述电源模块的输入电压，所述电源模块将所述输入电压进行变换处理后输出至其他模块供电。

在本实用新型的一种实施例中，所述宽频带自适应模块还包括速度方向检测模块和编码接口模块，所述速度方向检测模块经所述编码接口与超声电机电连接，所述速度方向检测模块检测超声电机的速度和转动方向，并将检测到的所述速度和转动方向信号反馈至所述微处理器。

为了解决上述的技术问题，本发明还提供了一种高压注射器，包括：主控制器，在所述主控制器上设有如上所述的自适应超声电机驱动器。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种自适应超声电机驱动器及高压注射器，通过电流检测模块实时检测超声电机的驱动电流，并将检测到的驱动电流反馈给微处理器进行处理，微处理器根据对驱动电流处理的结果控制宽频带自适应模块调节输出与超声电机等效阻抗相匹配的阻抗值，从而实现对超声电机可高效稳定运行的控制，使超声电机能够更安全、效率更高的运行，解决了超声电机持续运行时由于温度变化导致其等效阻抗变化，使超声电机输出效率降低以及输出扭矩不稳定的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的自适应超声电机驱动器结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的自适应超声电机驱动器的一种结构 示意图；

图3为本实用新型实施例二提供的自适应超声电机驱动器的另一种结构示意图；

图4为本实用新型实施例二提供的自适应超声电机驱动器的又一种结构示意图；

图5为本实用新型实施例三提供的高压注射器的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例的自适应超声电机驱动器包括：微处理器11、电流检测模块12和宽频带自适应模块13，所述电流检测模块12检测超声电机的驱动电流，并将所述驱动电流反馈至所述微处理器11，所述微处理器11将所述驱动电流与初始驱动电流进行对比处理，并输出调节信号至所述宽频带自适应模块13的控制端，调整所述宽频带自适应模块13的输出阻抗。

本实施例中电流检测模块12可以为包括电流传感器以及其他外围电子元器件组成的电流传感器模块，如霍尔电流传感器，该霍尔电流传感器为带有显示装置的电子式电流互感器，可以直接的观察到超声电机的实时驱动电流。

本实施例的自适应超声电机驱动器可以通过与超声电机连接的宽频带自适应模块13根据电流检测模块12检测到的电流信号实时调整超声电机的驱动电流，实现对超声电机输出的稳定控制。本实施例的宽频带自适应模块 13包括阻抗匹配模块131，且所述阻抗匹配模块131与超声电机之间的连接关系为并联连接关系，采用该并联方式的优点在于利用了并联连接中，在驱动电压不变的前提下，可以更加精准地、有针对性地单一调整超声电机上的驱动电流。

如图2所示，在本实施提供的自适应超声电机驱动器的所述阻抗匹配模块131包括控制单元1311和阻抗变换单元1312，所述阻抗变换单元1312的控制端与所述控制单元1311的输出端连接，通过所述控制单元1311所输出的调节信号控制阻抗变换单元1312的实时输出阻抗。所述阻抗变换单元1312可以由多个电感器进行串联和/或并联组成的多路电感器，也可以是直接使用现有的可调电感器。本实施阻抗变换单元的组成方式有很多种，只要能实现实时变换输出阻抗即可。

本实施例的自适应超声电机驱动器是通过阻抗匹配模块131来实现自适应调整。本实施例介绍了以下几种阻抗匹配模块131的组成方式：

方式一：阻抗匹配模块131包括控制单元1311和阻抗变换单元1312，所述阻抗变换单元1312的控制端与所述控制单元1311的输出端连接，另一端与所述超声电机连接，所述控制单元1311根据所述调节信号调整所述阻抗变换单元1312输出的阻抗。

方式二：所述控制单元1311至少包括继电器，所述阻抗变换单元1312至少包括多路电感器组，所述多路电感器组中的每一路电感器输入端组均设置有一个所述继电器；所述微处理器11通过输出的调节信号来控制所述继电器的开与合，从而实现对阻抗变换单元1312输出阻抗的实时调整。

本实施例中的电感器组包括至少一个电感器，并且每个电感器组都是固定阻抗值的、可以单独存在的电感器组。分别将多个电阻器电感器组的输入 端、输出端并联连接在一起组成了一个多路电感器组，并且在每一路电感器组中串联一个继电器，通过微处理器11输出调节信号来控制选择多路电感器组中的哪一个继电器进行开、合操作，从而实现调整与超声电机匹配的阻抗。

方式三，所述控制单元1311还可以为光耦合器，所述微处理器11根据驱动电流的检测对比结果输出调节信号控制所述光耦合器的开、合，从而实现对阻抗变换单元的输出阻抗进行适应性的调整。

在本实施例中，所述控制单元还可以为多路选择器，所述阻抗变换单元1312可以为多路电感器组，所述多路选择器的输出端与所述多路电感器组输入端连接，所述多路选择器根据所述调节信号选择接通或断开所述多路电感器组中的至少一路电感器组，每一路电感器组至少包括一个电感器，电感器之间为串联和/或并联。该种组成方式的每一路电感器组也都是可以单独存在的电感器组，也是与超声电机并联的连接方式。

在本实施例中，当每一路电感器组包括一个电感器时，所述多路电感器组由多个电感器直接并联连接组成，并且在每个电感器的输入端上设置有继电器用于控制或者将所有电感器的输入端与多路选择器的输出端连接。

在本实施例中，当每一路电感器组包括两个以上的电感器时，所述电感器组可以通过将每个电感器串联起来，也可以将每个电感器并联起来。还可以串并联一起使用，然后再将每个电感器组的输入端、输出端并联形成一个多路电感器组。

本实施例自适应超声电机驱动器上的宽频带自适应模块13为实时可调的，当电流检测模块12检测到超声电机上的驱动电流大于最大驱动电流时，所述微处理器11可以根据检测到的驱动电流信号调整阻抗变换单元1312， 控制宽频带自适应模块13调节输出与超声电机等效阻抗相匹配的阻抗值，从而实现对超声电机可高效稳定运行的控制，解决了超声电机持续运行时由于温度变化导致其等效阻抗变化，使超声电机输出效率降低，输出扭矩不稳定的问题，使超声电机能够更安全、效率更高的运行。

实施例二：

本实施例以所述阻抗匹配模块131的控制单元1311为继电器，所述阻抗变换单元1312为三路电感器组为例，说明本实用新型自适应超声电机驱动器的自适应调整过程。

如图3所示，在实施例一的基础上，本实施例自适应超声电机驱动器的阻抗匹配模块131包括三个继电器(分别为继电器1、继电器2、继电器3)和一个三路电感器组，所述三路电感器组包括电感器1、电感器2、电感器3，所述三个继电器的输出端分别与三路电感器的三个输入端连接，实现将所述阻抗匹配模块131与所述超声电机并联连接。

本实施例自适应超声电机驱动器的自适应调整过程为：

在超声电机运行过程中，所述电流检测模块12检测超声电机的驱动电流；

所述电流检测模块12将检测到的驱动电流反馈至所述微处理器11；

所述微处理器11将所述驱动电流与超声电机的最大驱动电流进行对比处理；

进一步地，在本实施例中，当检测到的驱动电流大于最大驱动电流，这时微处理器11将根据对比结果输出一个较优的调节信号至阻抗匹配模块131，控制选择三个继电器中的一个继电器开、合，以实现是增大输出阻抗 还是减小输出阻抗。

优选的，根据并联连接方式的特征，当需要超声电机的等效阻抗变化时，若需要调小匹配阻抗，这时微处理器11输出的调节信号为控制闭合继电器开关的闭合信号；反之，则所述调节信号为断开信号。

在本实施例中，还可以采用多级阻抗匹配的方式来调整阻抗匹配模块131的输出阻抗，所述阻抗匹配模块131的组成方式与上述相同，其调整过程为多级调整，例如：当前检测到驱动电流为I₁，对应的阻抗匹配值为Z₁；微处理器调节阻抗变换单元使阻抗匹配值变为Z₂，其中Z₂>Z₁，然后检测到驱动电流I₂<I₁，说明调节后效果更好，微处理器将进一步调节阻抗匹配值为Z₃，其中Z₃>Z₂，若I₃>I₂，则说明Z₂阻抗匹配最佳，反之可以进一步调节跟合适的阻抗。

本实施例自适应超电机驱动器的阻抗匹配模块131还包括驱动信号调制模块132和逆变变压器升压模块133，所述驱动信号调制模块132接收所述微处理器11输出的控制信号进行调制处理，调制处理后的控制信号经所述逆变变压器升压模块133进行升压处理后，输出至超声电机的输入端，控制超声电机的转动。

在本实施例中，在超声电机驱动运行之前，需要通过所述微处理器11输出驱动控制信号，优选的，所述微处理器11输出的四路方波频率信号，分别为：COSA、COSN、SINA、SINN，其中COSA和COSN为一组驱动信号，两者的相位相差为180°；SINA和SINN为另一组驱动信号，两者的相位差为180°；而COSA与SINA的相位差为90°。在两路驱动信号COSA和COSN进入驱动信号调制模块132后，两路驱动信号将会被调制为一路峰值为+12V和-12V的COSA1方波信号输出；同理，另外两路驱动信 号SINA和SINN进入驱动信号调制模块132后，也会被调制为一路峰值为+12V和-12V的SINA1方波信号输出，值得注意的是在本实施例中，调制信号驱动模块132由两路相同的调制信号电路组成，分别调制出SINA1和COSA1两路信号。调制出的SINA1与COSA1方波信号的相位差为90°。

值得注意的是，上述调制出的SINA1和COSA1信号的峰值并不是唯一的，可以根据实际的应用情况调整，只要在超声电机能够承受的电压范围均可。例如：逆变变压器升压模块133的升压比是1：20，超声电机的承受的驱动电压上限为500V，则输入的初级电压值不大于25V均可以。

所述逆变变压器升压模块133由两组相同的逆变变压器电路组成，分别用来升压COSA1和SINA1两路方波信号。所述驱动信号调制模块132调制出的两路信号SINA1信号和COSA1信号输出到逆变变压器模块133后，将分别被两组逆变变压器升压到峰值为正负200V的SINA2信号和COSA2信号。

值得注意的是，所述逆变变压器升压模块133自带漏感，其作用是不进行阻抗匹配调节，其自带的漏感值就能满足与大多数超声电机的阻抗匹配。逆变变压器升压后输出的高电压方波信号的值与逆变变压器的初次级线圈匝数比和初级输入信号大小有关，逆变变压器升压输出后的大电压信号需小于超声电机可承受的运行电压最大值。

所述逆变变压器升压模块133输出的SINA2信号和COSA2信号形成了驱动超声电机运转的一组驱动信号，其相位差为90°，在接入超声电机后SINA2信号和COSA2信号将变换为驱动超声电机运行的高频率大峰值的正弦信号进行驱动超声电机运行。

进一步地，如图4所示，本实施例自适应超电机驱动器还包括电源模块 14和电压检测模块15，所述电源模块14将外部输入电源进行变换后给系统各模块供电，所述电压检测模块15用于检测外部供给系统的电源输入是否稳定，由于电机的驱动信号是通过逆变变压器升压模块133升压得到的，优选的，在本实施例的实际应用中，所述逆变变压器升压模块133的升压比一般设置为8:132，但这比例不是唯一的，也可以根据实际的应用环境调整设置。如果外部提供的电源不正常，过大了，会损坏电机。电压检测模块15检测到的电压值会实时反馈给微处理器11，过压后微处理器11会停止工作，使得超声电机运行终止。

在超声电机运行时，为了能更加精确的控制所述超声电机的运行情况，本实施的自适应超声电机驱动器还设置了速度方向检测模块16和编码接口模块17，所述速度方向检测模块16经所述编码接口模块17与超声电机电连接，所述速度方向检测模块16检测超声电机的速度和转速方向，并将检测到的所述速度和转速方向信号反馈至所述微处理器11，所述微处理器11根据所述速度方向检测模块16检测到的信号作进一步的调整，从而大大提高了对超声电机运行的控制性能，以及超声电机运行的安全性能。

实施例三：

本实施例提供了一种高压注射器，如图5所示，所述高压注射器包括控制器，所述控制器包括实施例一或者实施例二所述的自适应超声电机驱动器，可以参考图5。

本实施例中的自适应超声电机驱动器的介绍可以参考实施例一或者实施例二中的相关描述，此处就不再赘述。

优选地，所述高压注射器为应用于MR造影检查的高压注射器，所述 MR高压注射器通过自适应超声电机驱动器的自适应调整，可以实现超声电机在运行时稳定的输出控制，从而大大提高了MR高压注射器注射药物时的稳定性和安全可靠性，同时也降低了患者的心理压力。

综上可知，通过本实用新型的实施，至少存在以下有效效果：

本实用新型提供的自适应超声电机驱动器及高压注射器，通过电流检测模块实时检测超声电机的驱动电流，并将检测到的驱动电流反馈给微处理器进行处理，微处理器根据驱动电流反馈处理结果控制宽频带自适应模块调节输出与超声电机等效阻抗相匹配的阻抗值，从而实现对超声电机可高效稳定运行的控制，使超声电机能够更安全、效率更高的运行输出，解决了超声电机持续运行时由于温度变化导致其等效阻抗变化，使超声电机输出效率降低，输出扭矩不稳定的问题。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。