超声电机的驱动方法技术

本发明专利技术为超声电机的驱动方法，对于压电元件的数目为４或其倍数的超声电机，当其压电元件具有共地结构时，相邻压电元件采用＋＋－－的极化方式，控制升压－－三相桥式逆变电路得到两相正交的交流电压依次为各压电元件供电，从而可以有效地降低供电电源电压幅值，减少晶体开关管的数量，提高驱动电路的效率。对于上述超声电机，还可以采用两路相差９０°电角度的单极性直流脉动电压供电的方式，代替通常的交流输出，从而可以大大提高晶体管的开关频率，便于驱动电路的微型化与集成化。对于压电元件的数目为３或其倍数的超声电机，控制升压－－三相桥式逆变电路得到三相对称的交流电压依次为各压电元件供电，也可以减少晶体开关管的数量，提高驱动电路的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及驱动超声电机的方法。
技术介绍
超声电机是利用压电材料的逆压电效应，将多个压电元件组合在特 定的结构内所得到的驱动机构，它一般由定子、转子等功能部件构成， 通常在定子上固定了具有电致伸缩效应的压电元件。现有的超声电机一 般设置四(或其整数倍)个压电元件，其驱动采用四相或两相正交正弦电源，即方法1:在同组的四个压电元件上依次加上电源信号sinM, cosw, -si歸？， -cos纽，或方法2:将同组相对的两个压电元件先 反向串:^l来，再分别加上电源信号sin欲与cos^，如图1所示，从 而在超声电机内产生行波，使电机得以旋转。以上方法2比方法l节省了两路电源，因而在实践中得到了更多的 应用。其缺点是电机中的压电元件需采用反向串联的方式以利用电源 si歸/与面《/来代替原本存在的-si歸,与-cos欣部分来供电。由 于电源实际是给串联的压电元件供电，需要双倍的电压，加之压电元件 本身就需要较高的驱动幅值，所以采用两相正交电源供电时有电压幅值 较高的问题，常常在数十伏至数百伏之间。特别对于采用电池供电的手 持式设备来说，会增加电源设计的难度。在图1所示的一种已有的超声电机中，定子由外贴压电陶资元件的 空心金属柱组成，压电片的外表面被金属化后形成电极，其内表面被金 属柱短接，形成公共点并接地。当其上的压电元件11-14分别正向极 化(以+号表示，指极化方向由外部指向金属内筒)后在压电元件11 与13间加上2AsinW,在压电元件12与14间加上2AcosW,如图1 中虚线所示，其中A为驱动单个压电片所需电压的幅值，电机就能转动起来。由于正弦波电源所需的电路复杂，需要笨重的滤波电路，因而采用 电路结构更为简单的逆变电路输出同频同相的方波往往成为更好的选择。如图2，采用两个独立控制的单相H桥，分别输出相位相差90。电 角度的方波，以替代图1中的正弦波电源，参见图l中实线部分，也可 以使电机转动起来。此时，方波电压中真正有效的部分仅是其基波分量， 基波分量的幅值为方波电压幅值的1.27 ( = tt/4)倍，其余谐波分量则 对驱动电机没有任何贡献，可以采用各种方法加以抑制。需给两个串联的压电片供电，需要输出的电压幅值为2A,其中A为驱动 单个压电片所需电压的幅值。另外，在手持式设备类的应用中，为了用 电池驱动超声电机，常常需要前置一个升压DC/DC开关电路，以便将电 池电压提升到超声电机所需的电压值，再通过如图2所示的逆变电路转 换为超声电机所需的两相正交电压。当电池电压固定而电机的输入电压 幅值增加时，升压DC/DC开关电路的提升比随之增加，实现时的难度增 加。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一在于提供一种具有简化驱动电路 的。本专利技术所要解决的技术问题之二在于提供一种具有更简化驱动电 路、便于IC化的。本专利技术所要解决的技术问题之三在于提供一种具有简化驱动电路、 并且提高驱动电路中的被动元件工作效率的。本专利技术所要解决的技术问题之四在于提供一种具有最简化驱动电 路的。本专利技术是通过以下技术方案实现上述技术问题之一的 一种超声电 机的驱动方法，包括下述步骤A、将超声电机的压电元件两两分组，每组第一个压电元件的一个出线端子接至第一节点，另一个出线端子接至第二节点；而每组第二个 压电元件的一个出线端子接至第三节点，另一个出线端子也接至第二节点；第二节点为各压电元件的公共地，每四个一组相邻的压电元件采用++—的极化方式；B、 采用三相全桥逆变电路，所述三相全桥逆变电路包括第一桥臂、 第二桥臂，以及第三桥臂，其三桥臂的输出端子分别与超声电机的第一 节点、第二节点、第三节点相连；C、 控制第一桥臂的上下晶体管各自导通180。且对称导通；第三桥 臂的控制波形同第一桥臂但反相；第二桥臂的控制波形同第一桥臂但滞 后或超前90。电角度；D、 第一节点及第二节点之间的输出电压以及第三节点及第二节点 之间的输出电压为两相相差90°电角度的交流方波电压，频率为超声电 机在共振区域内的频率。其中三相全桥逆变电路前置DC/DC开关电路，将供电电压变换到所 述压电元件所需的电压幅值。本专利技术是通过以下技术方案实现上述技术问题之二的 一种超声电 机的驱动方法，包括下述步骤A、 超声电^/L的压电元件三三分组，每组第一个压电元件的一个出 线端子接至第一节点，另一个出线端子接至第四节点；每組第二个压电 元件的一个出线端子接至第二节点，另一个出线端子也接至第四节点； 每组第三个压电元件的一个出线端子接至第三节点，另一个出线端子也 接至第四节点；第四节点为各压电元件的公共地，压电元件全部采用正 向极化；B、 采用三相全桥逆变电路，所述三相全桥逆变电路包括第一桥臂、 第二桥臂，以及第三桥臂，其三桥臂的输出端子分别与超声电机的第一 节点、第二节点、第三节点相连；C、 控制第一桥臂的上下晶体管各自导通180。且对称导通；第二桥 臂的控制波形同第一桥臂但滞后或超前120°电角度；第三桥臂的控制 波形同第一桥臂但滞后或超前240。电角度；D、第一节点及第二节点之间的输出电压、第二节点及第三节点之 间的输出电压，以及第三节点及第一节点之间的输出电压为三相互差120°电角度的交流方波电压，频率为超声电机在共振区域内的频率。 其中三相全桥逆变电路前置DC/DC开关电路,将供电电压变换到所述压电元件所需的电压幅值。本专利技术是通过以下技术方案实现上述技术问题之三的 一种超声电机的驱动方法，包括下述步骤A、 将超声电4几的压电元件两两分组，每组第一个压电元件的一个 出线端子接至第一节点，另一个出线端子接至第三节点；而每组第二个 压电元件的一个出线端子接至第二节点，另一个出线端子也接至第三节 点；第三节点为各压电元件的公共地，每四个一组相邻的压电元件采用 ++—的4及化方式；B、 采用两只半桥电路，包括第一桥臂以及第二桥臂，其输出为两 路，分别与超声电机的第一节点与第二节点相连，半桥电路的地则与超 声电机的第三节点相连；C、 控制第一桥臂的上下晶体管各自导通一定的导通角；第二桥臂 的控制波形同第一桥臂但滞后或超前第一桥臂90°电角度；D、 输出为两路相位相差90°电角度的直流脉动电压，脉动的频率 为超声电机在共振区域内的频率。其中所述两半桥电路前置DC/DC开关电路，将供电电压变换到所述 压电元件所需的电压幅值。本专利技术是通过以下技术方案实现上述技术问题之四的 一种超声电 机的驱动方法，包括下述步骤A、 将超声电机的压电元件两两分组，每组第一个压电元件的一个 出线端子接至第一节点，另一个出线端子接至第三节点；而每组第二个 压电元件的一个出线端子接至第二节点，另一个出线端子也接至第三节 点；第三节点为各压电元件的公共地，每四个一组相邻的压电元件采用 ++—的极化方式；B、 采用两只升压DC/DC开关电路，分别为第一升压DC/DC开关电路以及第二升压DC/DC开关电路，将供电电压变换到所需幅值；其输出 分别与超声电机的第一节点与第二节点相连；C、 所述每一个升压DC/DC开关电路由一个电感、 一只晶体管、一 只二极管组成，其中电感的一端接电源输入，另一端接晶体管的集电极 及二极管的阳极，晶体管则接在电感的输出端与地之间，二极管接在电 感的输出端与整个电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声电机的驱动方法，其特征在于：　Ａ、将超声电机的压电元件两两分组，每组第一个压电元件的一个出线端子接至第一节点，另一个出线端子接至第二节点；而每组第二个压电元件的一个出线端子接至第三节点，另一个出线端子也接至第二节点，第二节点为各压电元件的公共地，每四个一组相邻的压电元件采用＋＋－－的极化方式；　Ｂ、采用三相全桥逆变电路，所述三相全桥逆变电路包括第一桥臂、第二桥臂，以及第三桥臂，其三桥臂的输出端子分别与超声电机的第一节点、第二节点、第三节点相连；　Ｃ、控制第一桥臂的上下晶体管各自导通１８０°且对称导通；第三桥臂的控制波形同第一桥臂但反相；第二桥臂的控制波形同第一桥臂但滞后或超前９０°电角度；　Ｄ、第一节点及第二节点之间的输出电压以及第三节点及第二节点之间的输出电压为两相相差９０°电角度的交流方波电压，频率为超声电机在共振区域内的频率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李毅，彭勇，胡笑平，
申请(专利权)人：博立码杰通讯深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]