[发明专利]空间调相环形行波超声波电机及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声波电机制造和控制领域，特别是涉及一种环形行波超声波电机及其控制方法。

背景技术

环形行波超声波电机是目前使用比较多的一种超声波电机，其速度控制的实质在于改变行波的波幅、速度和质点的椭圆轨迹，对应的三个基础控制量是电压幅值、频率和相位差。常用的控制方案是将电压、频率、相位三种控制方式结合起来，合适的做法是，在利用电压和频率实现电机本体控制的基础上，利用相位实现伺服输出控制，因此相位差控制是重要的核心之一。

目前普遍使用的相位差控制方案是通过两相时间相位关系可控制的电源来实现，即超声波电机两相各自激励独立的驻波，这两个驻波在空间位置是固定的且互差四分之一行波波长，但时间相位却是可调的，时间相位大小取决于各自电源的时间相位。当电源激励时间相位互差π/2时，其合成一个纯行波。而当电源激励时间相位互差值逐渐偏离π/2时，合成波形里面包含行波和驻波，且偏离量越大，驻波分量越大，从而改变了电机转速。为了实现电机转速的连续控制，必须获得连续可调的时间相位，人们比较多的采用直接数字合成技术，但控制非线性，且电路复杂。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种利用空间相位调节取代时间相位调节的环形行波超声波电机和控制方法。

本发明采用以下技术方案：

一种空间调相环形行波超声波电机，包括压电陶瓷，其特征在于，所述压电陶瓷包括A区压电陶瓷和B区压电陶瓷，A区压电陶瓷和B区压电陶瓷空间相差四分之一行波波长，A区压电陶瓷和B区压电陶瓷采用四分之一行波波长的压电片极化分区，并且沿顺时针方向，各区的压电陶瓷极化分区的极化方向均按“++－－”依次排列；所述压电陶瓷采用电源一、电源二、电源三、电源四激励，电源一和电源二按顺时针方向间隔作用于A区压电陶瓷的各极化分区，电源三和电源四按顺时针方向间隔作用于B区压电陶瓷的各极化分区，电源一和电源二具有相同时间相位，电源三和电源四具有相同时间相位，电源三和电源四的时间相位与电源一和电源二相差π/2,电源一和电源四具有相同的电压幅值，电源二和电源三具有相同的电压幅值。

进一步地，设定电源一和电源四具有的相同电压幅值为a，电源二和电源三具有的相同电压幅值为b，电压幅值a和b满足a=|b|，实现空间调相环形行波超声波电机的幅值控制。

进一步地，设定电源一和电源四具有的相同电压幅值为a，电源二和电源三具有的相同电压幅值为b，电压幅值a和b满足电压幅值a按随电压幅值b做变化，实现空间调相环形行波超声波电机的空间移相控制。

进一步地，设定电源一和电源四具有的相同电压幅值为a，电源二和电源三具有的相同电压幅值为b，改变电压幅值b的符号，而电压幅值a始终为正，实现空间调相环形行波超声波电机的正反转控制。

本发明的有益效果：

1、空间调相环形行波超声波电机具有空间相位这一新的基础控制量，这是传统超声波电机所不具备的；

2、空间调相环形行波超声波电机的空间移相控制与传统环形行波电机的时间移相控制具有类似效果，但其是通过电源电压幅值的改变来实现的，故实现较为简单和方便。

附图说明

附图1是本发明的电机结构示意图。

附图2是本发明的压电陶瓷极化分区方案和电源连接方案示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步地说明。

如图1所示，该电机包括端盖1，轴承一2，轴承二3，转轴4，转子5，定子6，底座7，压电陶瓷。除压电陶瓷的极化分区方式外，电机的其它结构，材料以及装配方案与传统超声波电机完全一致。电机的压电陶瓷分为A区压电陶瓷8和B区压电陶瓷9。如图2所示，电机工作时，在定子圆周上分布有九个波长的空间行波，如每个行波波长计为空间相位2π，整个圆周可计为空间相位18π。按顺时针方向，定义A区压电陶瓷8的起始位置为起始位置，则8π处为A区压电陶瓷8的结束位置，9.5π处为B区压电陶瓷9的起始位置，17.5π处为B区压电陶瓷9的结束位置。A区压电陶瓷8和B区压电陶瓷9内部分别采用了细分的极化分区方案，每个极化分区的空间相位长度均是π/2，也即四分之一行波波长，是传统行波超声波电机的一半。A区压电陶瓷8和B区压电陶瓷9内部的极化分区沿顺时针方向均是按“++－－”方向进行极化的。“+”表示正向极化，“－”表示反向极化。