三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达及驱动系统技术方案

三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达及驱动系统属于压电超声波马达技术领域，其特征在于，它含有：转子、中心轴，由上端面与转子间呈三维自支撑式内倾斜接触而两侧减薄的上匹配块，与中心轴间隙配合而与上匹配块螺纹配合的下匹配块，受压于上、下匹配块间且与下匹配块电绝缘的压电陶瓷环片组成的定子，固定在下匹配块内孔中使中心轴定位的塑料圆环，由中心轴位置调整螺钉，弹性压紧件构成的预紧调整机构。同时提出了由脉冲发生电路，受控于斩波控制电路的分频移相电路和电压转换电路依次串接而成的马达驱动系统。它既可连续运动又可作步进角和步进频率均可手动调整的高精度步进运动，具有转子运转平稳，输出力矩大，马达寿命长，加工方便和成本较低的优点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达及驱动系统属于压电超声波马达
，尤其涉及摇头式高精度步进压电超声波马达的
本专利技术的目的在于提供一种转子转动平稳、输出力矩大、马达使用寿命长、马达工作频带宽、驱动系统简单，总体成本低的三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达，其驱动系统既能使马达连续运动，也能使马达实现步进角、步进速度均可连续调节的高精度的步进运动。本专利技术的特征在于，它含有转子，中心轴，由下端面与转子之间呈三维自支撑式内倾斜角环形接触而两侧减薄的上匹配块，与中心轴间隙配合而与上匹配块内螺纹紧密配合的下匹配块，受压于上述上、下匹配块间且与下匹配块电绝缘的压电陶瓷环片共同组成的定子，固定在下匹配块内孔中对中心轴定位用的聚四氟乙烯圆环，由位于中心轴靠近转子一侧的调整螺钉，位于中心轴上端和转子之间的弹性压紧件构成的预紧调整机构。所述转子的下端面设计有外倾斜角三维接触面。所述定子的上匹配件是上端面设计有内倾斜角三维接触面而两侧分别对称地铣掉一块成饼状以减薄来降低弯曲刚度的波纹管。所述定子的压电陶瓷环片由弯曲共振频率简并的上面一对并联的压电陶瓷片和下面一对并联的压电陶瓷片组成，它们的激励频率是马达绕摆弯曲的谐振频率。所述的定子的下匹配块是上端设计有压紧压电陶瓷环片用的环状凸台的螺杆。所述定子的压电陶瓷环片的材料是压电常数d33高于450×10-12C/N、机械品质因数Qm低于100的压电陶瓷片。本专利技术所提出的马达驱动系统，其特征在于，它含有用于超声波发生的脉冲发生电路，与它的输出端依次相连的分频、移相电路和电压变换电路，用于向上述分频、移相电路输出脉宽调制信号和正、反转，起、停控制信号的斩波控制电路。使用证明它可达到预期目的。图2本专利技术实施例总体结构正视图。图3图2的侧视图。图4图2的俯视图。图5本专利技术实施例定子上匹配块的正视图。图6图5的俯视图。图7图6的侧视图。图8本专利技术实施例预紧间整机构示意图。图9本专利技术实施例压电陶瓷环片及激励方式示意图。附图说明图10本专利技术实施例驱动系统电路原理框图。图11本专利技术实施例驱动系统电路原理图。马达的驱动系统含有用芯片4046制的脉冲发生电路，与其输出端依次相连的芯片L297、L298制的分频、移相电路，以及依次用二极管D1～D8组成的门限电路和变压器TRANS1、TANS2串联而成的电压变换电路，用于向上述分频、移相电路输出脉冲调制信号和正反转、起停控制信号的用555芯片制成的斩波控制电路。可变电阻R19可对芯片555输出的脉冲调制信号的占空比进行连续手动调整，以改变其步进角的大小，可变电阻R18可对芯片4046输出的脉冲信号的频率进行手动连续调整，以调整步进马达的谐振频率，切换开关K用于手动控制压电马达的起停。与门电路用4081芯片构成。本实施例的压电超声波马达显示了很好的连续转动和步进特性，其主要性能参数如下外形为园柱形，下端带方形固定法兰盘，定子直径15mm，转子直径16mm，马达总长42mm；轴输出端长10mm，直径3mm。工作频率为30～45KHz，转速0～500r/min，最大力矩大于500gfcm，最小角分辨率小于0.02°，步进震颤小于10nm，可在0°～360°区间以任意步进角完成圆周进给运动。由此可见，本专利技术所述马达具有转子运转平稳，输出力矩大，马达寿命长，加工方便，成本低的优点，同时在驱动系统控制下，它既可连续运动，又可作高精度步进运动，而且步进角和步进频率均可手动调节。权利要求1.一种三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达，含有定子、转子、中心轴和预紧调整机构，其特征在于，它含有转子，中心轴，由上端面与转子之间呈三维自支撑式内倾斜角环形接触而两侧减薄的上匹配块，与中心轴间隙配合而与上匹配块内螺纹紧密配合的下匹配块，受压于上述上、下匹配块间且与下匹配块电绝缘的压电陶瓷环片共同组成的定子，固定在下匹配块内孔中对中心轴定位用的聚四氟乙烯圆环，由位于中心轴靠近转子一侧的调整螺钉，位于中心轴上端和转子之间的弹性压紧件构成的预紧调整机构。2.根据权利要求1的三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达，其特征在于所述转子的下端面设计有外倾斜角三维接触面。3.根据权利要求1的三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达，其特征在于所述定子的上匹配件是上端面设计有内倾斜角三维接触面而两侧分别对称地铣掉一块成饼状以减薄来降低弯曲刚度的波纹管。4.根据权利的要求1的三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达，其特征在于所述定子的压电陶瓷环片由弯曲共振频率简并的上面一对并联的压电陶瓷片和下面一对并联的压电陶瓷片组成，它们的激励频率是马达绕摆弯曲的谐振频率。5.根据权利要求1的三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达，其特征在于所述的定子的下匹配块是上端设计有压紧压电陶瓷环片用的环状凸台的螺杆。6.根据权利要求1或4的三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达，其特征在于所述定子的压电陶瓷环片的材料是压电常数d33高于450×10-12C/N、机械品质因数Qm低于100的压电陶瓷片。7.根据权利要求1的三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达，其特征在于所述的预紧调整机构中的弹性压紧件含有位于中心轴上端的法兰盘，法兰盘下面的薄的预紧调整金属垫片，碟形弹簧，转子上表面的防滑橡胶垫片，稍厚的预紧力调整金属垫片以及插入输出轴一侧卡槽中的标准轴用卡环。8.根据权利要求1的三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达设计的驱动系统，其特征在于，它含有用于超声波发生的脉冲发生电路，与它的输出端依次相连的分频、移相电路和电压变换电路，用于向上述分频、移相电路输出脉宽调制信号和正、反转，起、停控制信号的斩波控制电路。9.根据权利要求1或7的三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达的驱动系统，其特征在于所述的斩波控制电路是其输出的脉冲调制信号的占空比可调的555芯片。10.根据权利要求1或7的三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达的驱动系统，其特征在于所述的用于超声波发生的脉冲发生电路是其输出脉冲的频率可调的4046芯片。11.根据权利要求1或7所述的三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达的驱动系统，其特征在于所述的分频、移相电路是芯片L297和L298。12.根据权利要求1或7的三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达的驱动系统，其特征在于所述的电压变换电路即阻抗匹配电路依次由二极管门限电路和变压器相串接而成。13.根据权利要求1的三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达，其特征在于在定子的下匹配块处的中心轴上连接着一个四角带固定用螺孔的方形法兰式盘基座。全文摘要三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达及驱动系统属于压电超声波马达
,其特征在于,它含有:转子、中心轴,由上端面与转子间呈三维自支撑式内倾斜接触而两侧减薄的上匹配块,与中心轴间隙配合而与上匹配块螺纹配合的下匹配块,受压于上、下匹配块间且与下匹配块电绝缘的压电陶瓷环片组成的定子,固定在下匹配块内孔中使中心轴定位的塑料圆环,由中心轴位置调整螺钉,弹性压紧件构成的预紧调整机构。同时提出了由脉冲发生电路,受控于斩波控制电路的分频移相电路和电压转换电路依次串接而成的马达驱动系统。它既可连续运动又可作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维自支撑摇头式高精度步进压电超声波马达，含有定子、转子、中心轴和预紧调整机构，其特征在于，它含有：转子，中心轴，由上端面与转子之间呈三维自支撑式内倾斜角环形接触而两侧减薄的上匹配块，与中心轴间隙配合而与上匹配块内螺纹紧密配合的下匹配块，受压于上述上、下匹配块间且与下匹配块电绝缘的压电陶瓷环片共同组成的定子，固定在下匹配块内孔中对中心轴定位用的聚四氟乙烯圆环，由位于中心轴靠近转子一侧的调整螺钉，位于中心轴上端和转子之间的弹性压紧件构成的预紧调整机构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：褚祥诚，董蜀湘，李龙土，邢增平，桂治轮，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]