一种压电调速电机及其驱动控制方法技术

本发明专利技术公开了一种压电调速电机及其驱动控制方法，涉及压电材料应用领域，所述压电调速电机包括定子、转子、预压力机构、供电滑环和输出轴；利用压电陶瓷片各激励出一列行波，两列行波通过所述定子、所述转子的摩擦接触表面相接触，所述定子通过摩擦力驱动所述转子运转；所述驱动控制方法包括调整所述定子、所述转子上激励信号的电压、频率和两相信号的相位差，获得转速小于1rpm的驱动效果并实现调速功能。本发明专利技术使压电电机获得了超低速度运行兼具带负载能力的特点。通过在定子、转子上产生同向传播的行波的方法，使得定子、转子上相接触的驱动点切向振动速度相近，从而获得超低速驱动特性，并具有良好的载荷能力和宽泛的调速能力。

A piezoelectric adjustable speed motor and its driving control method

【技术实现步骤摘要】
一种压电调速电机及其驱动控制方法
本专利技术属于压电材料应用领域，涉及振动利用、压电材料应用，尤其是涉及一种压电调速电机及其驱动控制方法。
技术介绍
压电电机工作在超声频段时又叫做超声电机或者超声波电机。按照工作模式，压电电机分为行波型、摇头型、纵扭型和钳位式等多种类型。环形行波型压电电机具有工作稳定性好、低速大扭矩、静音、本体无磁等特点。日本新生电机株式会社已经将行波型压电电机产品化，国内类似的改进型专利也有很多，如CN201810993238.7等。该类电机已经应用在光学变焦等光学设备、核磁共振等医疗设备、微卫星/月球车等航空航天设备、导航制导等国防领域和静音窗帘等各种民用领域中等，其凭借其本身特点，未来会具有更广阔的应用前景。行波型压电电机总的来说是一种低速电机，低速特性较好(10rpm-1rpm)，但这是相对于电磁电机来说的，针对目标跟踪等更精细的低速特性需求(如1rpm以下时)，此类电机常规的驱动和调速方式和调速范围仍不能满足实际需求。我们不妨把1rpm以下叫做超低速。行波型压电电机的调速手段有调频、调幅和调相位差。调频和调幅都将弱化振动，调相位差使得行波波形畸变得厉害，从原理上影响驱动效果。虽然能利用一定脉冲数形成步进的进给方式得到类似步进的低速，但是启停速度在毫秒量级，会严重影响电机的响应速度和输出功率。因而转速更低的稳定的超低速如何获得？这对于行波型压电电机仍是个丞待解决的课题。为此需要提出新的调速方法。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种稳定可靠的压电电机超低速调速方法，特别是一些带负载的超低速应用情况下，在能够有效调速的同时，保持力矩特性不发生严重衰落。为实现上述目的，本专利技术提供了一种压电调速电机及其驱动控制方法，其特征在于，所述压电调速电机包括定子、转子、预压力机构、供电滑环和输出轴；所述定子、所述转子上粘贴有压电陶瓷片，利用所述压电陶瓷片各激励出一列行波，两列行波通过所述定子、所述转子的摩擦接触表面相接触，所述定子通过摩擦力驱动所述转子运转；所述驱动控制方法包括调整所述定子、所述转子上激励信号的电压、频率和两相信号的相位差，获得转速小于1rpm的驱动效果并实现调速功能。进一步地，所述压电调速电机包括单独驱动的所述定子和所述转子；所述定子、所述转子的工作驱动频率可以相同，也可以不同；所述定子、所述转子的一周包含的振动波数可以相同，也可以不同。进一步地，所述定子、所述转子在驱动转速为10rpm-1rpm或小于1rpm时，所述定子、所述转子的上行波的传播方向相同。进一步地，所述驱动控制方法为：保持所述定子的额定驱动电压、频率和两相相位差不变，在所述转子上施加额定的驱动信号，当所述定子、所述转子上的波同向传播时，所述转子实现转速接近于零的低速驱动；当所述定子、所述转子上的波反向传播时，所述转子的转速是常规单定子电机参数的二倍。进一步地，所述驱动控制方法为：保持所述定子的额定驱动电压、频率和两相相位差不变，保持所述转子两相驱动信号的频率和相位差不变，通过调整所述转子的驱动电压，达到调速的目的：当所述定子、所述转子上的波同向传播时，所述转子的转数随所述转子的驱动电压的减小而上升；当所述定子、所述转子上的波反向传播时，所述转子的转数随所述转子的驱动电压的增大而上升。进一步地，所述驱动控制方法为：保持所述定子的驱动电压、频率和两相相位差不变，在所述转子上施加额定的驱动电压，保持所述转子的驱动电压、两相驱动信号相位差不变，通过调整所述转子的驱动频率，达到调速的目的：当所述定子、所述转子上的波同向传播时，所述转子的驱动信号频率远离共振频率，所述转子的转速上升；当所述定子、所述转子上的波反向传播时，所述转子的驱动信号频率远离共振频率，所述转子的转速下降。进一步地，所述驱动控制方法为：保持所述定子的驱动电压、频率和两相相位差不变，在所述转子上施加额定的驱动电压，保持所述转子的驱动电压、频率不变，通过调整两相驱动信号的相位差，达到调速的目的：当所述定子、所述转子上的波同向传播时，所述转子的两相振动相位差偏离90度，所述转子的转速上升；当所述定子、所述转子上的波反向传播时，所述转子的两相振动相位差偏离90度，所述转子的转速下降。进一步地，所述驱动控制方法为：保持所述定子的驱动电压、频率和两相相位差不变，保持所述转子的两相驱动信号的频率和相位差不变，在所述转子的一相信号上施加额定的驱动电压，通过调整另一相信号的电压大小，达到调速的目的：当所述定子、所述转子上的波同向传播时，所述转子的转速随着所述转子的另一相信号的电压减小而上升；当所述定子、所述转子上的波反向传播时，所述转子的转速随着所述转子的另一相信号的电压减小而下降。进一步地，所述定子、所述转子互换驱动策略，驱动和调速的效果相同。本专利技术的有益效果是，与现有技术相比，本专利技术在常规的行波型压电电机的基础上，在定子、转子上都激励出行波，通过调速方法，使电机获得了两个突出的特点：1、获得了超低速度运行兼具带负载能力的特点。通过在定子、转子上产生同向传播的行波的方法，使得定子、转子上相接触的驱动点切向振动速度相近，从而获得超低速驱动特性，并具有良好的载荷能力。同时，两列行波驱动的方法使得低速/极低速下的调速变得容易实现；2、宽泛的调速能力。能达到从零到接近单定子驱动两倍转速的调速范围。负载能力也亦然。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。提供这些说明的目的仅在于帮助解释本专利技术，不应当用来限制本专利技术的权利要求的范围。附图说明图1为行波型压电电机结构原理图；图2为压电调速电机结构原理图；图3为压电调速电机减速接触状态及其驱动原理图；图4为调速原理；图5为不同波数下的调速原理；图6为压电调速电机增速时的接触状态及其驱动原理图。其中，11-压电陶瓷片，12-定子，13-转子，14-摩擦材料，15-端盖，16-轴承，17-碟簧，18-底座，21-轴承，22-螺钉，23-底板，24-压电陶瓷片，25-定子，26-定子上的摩擦层，27-转子上的摩擦层，28-转子，29-压电陶瓷片，210-端盖，211-碟簧，212-垫片，213-轴承，214-套筒，215-接触供电滑环，216-轴，217-套筒，31-定子上驱动点的椭圆振动轨迹，32-定子上驱动点，33-定子及定子上传播的行波，34-转子及转子上传播的行波，35-转子上的驱动点，36-转子上驱动点的椭圆振动轨迹，41-定子上接触驱动点的椭圆振动轨迹，42-定子上的接触驱动点，43-转子上的接触驱动点，44-转子上接触驱动点的椭圆振动轨迹，51-相对瘦长的转子上接触驱动点的椭圆振动轨迹，52-相对扁平的转子上接触驱动点的椭圆振动轨迹，61-定子上接触驱动点的椭圆振动轨迹，62-定子上的接触驱动点，63-转子上的接触驱动点，64-转子上接触驱动点的椭圆振动轨迹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电调速电机及其驱动控制方法，其特征在于，所述压电调速电机包括定子、转子、预压力机构、供电滑环和输出轴；所述定子、所述转子上粘贴有压电陶瓷片，利用所述压电陶瓷片各激励出一列行波，两列行波通过所述定子、所述转子的摩擦接触表面相接触，所述定子通过摩擦力驱动所述转子运转；/n所述驱动控制方法包括调整所述定子、所述转子上激励信号的电压、频率和两相信号的相位差，获得转速小于1rpm的驱动效果并实现调速功能。/n

【技术特征摘要】
1.一种压电调速电机及其驱动控制方法，其特征在于，所述压电调速电机包括定子、转子、预压力机构、供电滑环和输出轴；所述定子、所述转子上粘贴有压电陶瓷片，利用所述压电陶瓷片各激励出一列行波，两列行波通过所述定子、所述转子的摩擦接触表面相接触，所述定子通过摩擦力驱动所述转子运转；
所述驱动控制方法包括调整所述定子、所述转子上激励信号的电压、频率和两相信号的相位差，获得转速小于1rpm的驱动效果并实现调速功能。


2.如权利要求1所述的压电调速电机及其驱动控制方法，其特征在于，所述压电调速电机包括单独驱动的所述定子和所述转子；所述定子、所述转子的工作驱动频率可以相同，也可以不同；所述定子、所述转子的一周包含的振动波数可以相同，也可以不同。


3.如权利要求1所述的压电调速电机及其驱动控制方法，其特征在于，所述定子、所述转子在驱动转速为10rpm-1rpm或小于1rpm时，所述定子、所述转子的上行波的传播方向相同。


4.如权利要求1所述的压电调速电机及其驱动控制方法，其特征在于，所述驱动控制方法为：保持所述定子的额定驱动电压、频率和两相相位差不变，在所述转子上施加额定的驱动信号，当所述定子、所述转子上的波同向传播时，所述转子实现转速接近于零的低速驱动；当所述定子、所述转子上的波反向传播时，所述转子的转速是常规单定子电机参数的二倍。


5.如权利要求1所述的压电调速电机及其驱动控制方法，其特征在于，所述驱动控制方法为：保持所述定子的额定驱动电压、频率和两相相位差不变，保持所述转子两相驱动信号的频率和相位差不变，通过调整所述转子的驱动电压，达到调速的目的：当所述定子、所述转子上的波同向传播时，所述转子的转数随所述转子的驱动电压的减小而上升；当所述定子、所述转子上的波反向传播时，所述转子...

【专利技术属性】
技术研发人员：鹿存跃，方成，易超，权令伟，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31