[发明专利]一种驻波型步进超声波电机及其控制方法

说明书

本发明公开了一种驻波型步进超声波电机及其控制方法，该驻波型步进电机结构包括定子、转子、轴承、转轴、端盖与底座，定子结构包括金属弹性环、压电陶瓷环及弹性叶片，转子为圆筒形且上面开有若干相同形状与宽度的定位槽。对电机施加一定频率的单相电压，通过压电陶瓷的径向振动驱动电机转子转动，当转子卡入定位槽处时电机停止运行，继续施加一个高脉冲电压，转子脱离定位槽继续转动，此时重新施加单相电压使得电机能够继续运行至下一个定位槽从而实现了开环情况下的步进运行。本发明电机相比于传统的超声波电机，结构简单体积小，而且实现了开环控制下的步进运行。

技术领域

本发明涉及超声波电机的制造和控制领域，尤其涉及一种驻波型步进超声波电机及其控制方法。

背景技术

在航空航天、机器人以及数控机床等高科技领域，步进电机得到了广泛的应用。作为控制使用的特种电机，步进电机无法直接接到直流或者交流电源上工作，必须使用专用的驱动器进行控制，并且针对不同的步进电机需要设计不同的驱动电源，给步进电机的推广使用造成了很大的难度。

随着超声波电机技术的日趋完善，其应用领域也越来越多。传统的超声波电机在步进控制系统中，与步进电机一样必须引入传感器进行闭环反馈控制才能进行精密移动，使得电机控制结构变得复杂。自校正型步进超声波电机可以实现开环下的步进定位，从而可以省略传感器以及时序电路，简化结构与控制方式。

合理的结构与控制方法相配合是自校正步进超声波电机实现准确的步进定位与输出大转矩的必须条件，也是超声波电机领域研究的热点。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种驻波型步进超声波电机及其控制方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种驻波型步进超声波电机，包括定子、转子、转轴、轴承、端盖与底座，底座中间设置轴承，转子连接转轴并通过轴承固定，定子置于转子内部；定子包括压电陶瓷环、金属弹性环和若干弹性叶片，金属弹性环通过胶水固定压电陶瓷环外圈，若干弹性叶片通过焊接固定在金属弹性环外圈且均匀分布；转子为圆筒形，转子内侧沿圆周方向均匀开有宽度、深度、形状相同的凹槽。

进一步地，所述弹性叶片的固定点法线与其夹角在25-35度之间。

进一步地，所述压电陶瓷环位于定子内部并占定子大部分体积。

一种驻波型步进超声波电机的控制方法，包括步骤：

(1)向电机施加单相电压，弹性叶片受到压电陶瓷环与转子间的压力产生弯曲变形，推动电机转动；

(2)电机连续转动，当定位槽卡主弹性叶片，完成定位后，电机停止旋转完成一次步进运动；

(3)向电机施加高脉冲电压，推动弹性叶片冲出定位槽，电机继续转动；

(4)电机继续运行后，施加电压变为单相电压，电机稳定运行直到进行下一次定位。

进一步地，高脉冲电压的峰峰值为单相电压的1.5-2倍，驱动时间为单相电压驱动时间的0.04倍。

进一步地，施加电压的大小取决于弹性叶片与定位槽的数量，当定位槽数增加时，所需的驱动电压幅值越大。

有益效果：本发明驻波型步进超声波电机仅使用单相电压便可驱动，是传统超声波电机所不具备的；与普通步进超声波电机进行自行修正角位移累积误差不同，驻波型步进超声波电机在开环状态下可进行无累积误差的步进运行；开环调压驱动方法省略了驱动器以及时序电路，使电机驱动步进运动得到了大大的简化。

附图说明

图1是本发明驻波型步进超声波电机的装配结构图；

图2是本发明驻波型步进超声波电机的定、转子部件图；