[发明专利]一种超声电机驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声电机驱动器，属于超声电机驱动控制领域。

背景技术

超声电机是一种压电陶瓷作动令弹性体产生亚微米级变形的周期性行波，再通过摩擦力做功的电机。与传统电机相比，超声电机具有低转速、力矩/质量比大、响应速度快、停电自锁、纳米级分辨率、无电磁干扰等特点。

超声电机需要由超声电机驱动器提供两路正交相位的超声频率来驱动工作。目前，已有的全分立元器件的超声电机驱动器，可以实现电机的启动/停止和调速，但是不能实现与上位机的通信，采用分立元件使得驱动器的体积比较大。超声电机在工作中，接近共振点时功耗增加、电流增大，如果没有保护会损坏电机或驱动器。

国家知识产权局，专利号为200710134453.3，专利名称为“基于嵌入式系统级芯片超声电机驱动控制器”的专利文件，公开了一种超声电机驱动器，包括依次连接的手动编码器调节电路、PSoC芯片、推挽逆变电路、升压电路、电感匹配电路，还包括分别与PSoC芯片、超声电机连接的孤极整流滤波电路，该专利解决了上述驱动器体积大的问题，采用孤极反馈法实现对驱动电机频率的跟踪，以达到稳定电机转速的目的。

该专利公开的驱动器是单纯以嵌入式微处理器作为核心的驱动控制器，属于数字式驱动器，虽然有效解决了模拟式驱动器无法实现与上位机通信、数字控制等缺点，但是由于数字式驱动器工作频率不能无限制增加，所以在接近电机工作的共振点时，存在频率分辨率不足、分散等缺点，因此控制频率无法做到很精细，导致此类控制器控制精度低，同时分频比微小的变动会使得电机的转速波动很大，影响了电机转速的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种超声电机驱动器，在数字式超声电机驱动器的基础上增加压控振荡器及反馈信号采集模块，使得该超声电机驱动器实现闭环控制模式，实现连续实时的输出时钟频率信号调节，解决了电机转速稳定性的问题。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

       一种超声电机驱动器，包括处理模块、两相功率放大及匹配模块；还包括可控时钟模块、反馈信号采集模块；其中所述可控时钟信号输出的时钟信号经所述处理模块处理后输出至两相功率放大及匹配模块进行匹配处理，匹配处理后的时钟信号驱动超声电机工作，所述反馈信号采集模块将采集到的超声电机速度信号反馈至处理模块，所述处理模块将反馈的速度信号处理后，输出至所述可控时钟模块的控制端，调节可控时钟模块的输出时钟。

为了进一步解决电机过流保护问题，还包括电流检测模块，所述电流检测模块实时检测两相功率放大及匹配模块的输出电流，并将检测到的电流信号输出至所述处理模块。

为了更进一步解决超声电机转速波动大、正反转转速不一致的问题，还包括正反转补偿模块，所述正反转补偿模块将反馈的速度信号转化为正、反转控制信号输出至所述处理模块。

所述处理模块包括PWM模块、运放比较模块；其中可控时钟模块的输出端与所述PWM模块输入端连接；所述PWM模块的输出端与所述两相功率放大及匹配模块的输入端连接；所述运放比较模块的输入端与所述反馈信号采集模块的输出端连接；所述运放比较模块输出端与所述可控时钟模块的控制端连接；所述运放比较模块将所述反馈的速度信号与预先设定的参考信号进行比较运放后输出控制信号至可控时钟模块。

还包括参考电压调节模块，所述电压比较模块包括两个输入端，其中一个输入端与所述反馈信号采集模块的输出端连接，另一个输入端与所述参考电压调节模块的输出端连接。

所述可控时钟模块为压控振荡器。

所述反馈的速度信号为超声电机本身的孤极信号或电机转速信号。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明在基于嵌入式微处理器芯片的超声电机驱动器的基础上，增加了可控时钟模块及反馈信号采集模块，所述嵌入式微处理器芯片对可控时钟模块的输出频率进行处理后控制超声电机工作，同时反馈信号采集模块采集超声电机速度信号反馈至可控时钟模块的输入端，控制压控振荡器的输出频率，形成闭环控制，实时调节超声电机的驱动时钟信号，达到了电机转速高性能、高稳定性的控制目标。

增加了电流检测和保护，实现了电机驱动过程中过流保护。

增加了正反转补偿电路，解决了超声电机转速波动大、正反转转速不一致的问题。

增加了电压调节电路，可根据用户需要实时调节参考电压，方便外部手动调节。

可通过多种方式采集反馈的速度信号，结构简单，方便操作，精确度高。

附图说明