专利名称：一种超声电机及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及电机，尤其涉及一种超声电机及其驱动方法。
背景技术：
超声电机是利用压电材料的逆压电效应，采取特定的结构制成的驱动机构，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，其驱动采用两相正交电源，在实际应用中，两相正交电源大多由直流通过逆变而得到，相互独立的两路电源需要两组单相全桥电路，共需要八只开关器件，这种两相正交电源输出的力矩不够匀衡，所产生的高次谐波较大，影响超声电机的运行稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定性高的超声电机及其驱动方法，以解决现有技术中采用两相正交电源时电机的输出力矩有波动，高次谐波大的问题。
本发明所采用的超声电机，包括电机本体，所述电机本体包括转子和定子，所述的定子上贴有压电元件，其特征在于所述压电元件的数目为m或m的整数倍，其中，m为大于2的素数。
所述压电元件的数量为3或3的整数倍。
所述压电元件均匀对称分布于定子上。
所述压电元件的极化方向相对于贴置表面一致。
所述的压电元件为压电陶瓷片。
本发明所采用的超声电机驱动方法，其特征在于
A、获取多相电源，所述多相电源为M相相位互差2π/M的电源，其中M为大于2的整数；B、所述多相电源中各相位电压依次施加于超声电机中的相应压电元件上。
所述的步骤A中，所述多相电源为三相电源，所述三相电源的输出为三相相位互差120°的交流正弦电压、交流方波电压或通过脉宽调制(PWMPulse Width Modulation)方式调制的交流脉冲电压。
所述的三相电压可以通过三相全桥或半桥电路逆变取得，或通过三个单相电源以Y或Δ连接方式取得。
所述的步骤B中，所述多相电源中相邻相位电压顺次施加于相邻压电元件上。
所述的步骤B中，所述超声电机中压电元件的数量为3或3的整数倍。
所述的步骤A中，多相电源采用相位互差120°的交变电压或电流的三相三线电压系统；所述的步骤B中，其中三相电压依次施加在各压电元件的正极上。
所述的步骤A中，多相电源为相位互差120°的交变电压或电流的三相四线电压系统；所述的步骤B中，其中三相电压依次施加在各压电元件的正极上，零线则施加在各压电元件的负极上。
所述的步骤B中，所述各压电元件的负极与超声电机的金属壳体短接，则所述零线直接连接至金属壳体上。
所述的步骤A中，多相电源为三组相位互差120°的交变电压的三单相电压系统；所述的步骤B中，其中各单相电压的正、负极依次施加在各压电元件的正、负极上。
本发明的有益效果为本发明采用M相相位互差2π/M的电源，如三相相位互差120°的交变电源，三相电源具有输入功率自动平衡，不随时间变化的特点，在驱动负载时，具有输出力矩自动平衡且不随时间变化的特点，在采用交流方波输出时，本发明中的驱动超声电机的三相电源具有更接近于正弦波的波形，其高次谐波更少，谐波干扰小；在采用PWM输出时，本发明中的驱动超声电机的三相电源在相同载波频率下具有更接近于正弦波的波形，具有更少的高次谐波，谐波干扰小，因此，相对于现有技术，本发明稳定性高，谐波干扰小，而且，在采用直流供电的逆变系统时，三相电源的三路输出所需的三相全桥电路仅需六只开关器件，比现有技术中的两相正交电源系统节省开关器件，本发明相对成本低。
图1为本发明中超声电机结构示意图；图2为本发明实施例1定子(压电陶瓷管部)立体示意图；图3为本发明实施例1定子(压电陶瓷管部)俯视示意图；图4为本发明实施例1压电元件电连接示意图；图5为本发明实施例1压电元件电连接示意图；图6为本发明实施例2定子(压电陶瓷管部)俯视示意图；图7为本发明实施例3定子(压电陶瓷管部)俯视示意图；图8为本发明实施例3压电元件电连接示意图；图9为本发明通过脉宽调制方式调制电源示意图。
具体实施例方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明实施例1根据图1所示，本发明包括电机本体1，电机本体1包括转子和定子，如图1和图2所示，定子包括柱形的压电陶瓷管121、端压片122和压电元件120，压电陶瓷管121和端压片122相连结，压电元件120贴置于压电陶瓷管121外表面上，转子包括转块111、转轴112、螺母113和弹簧114，转轴112穿过定子，两个转块111与转轴112连接且夹持于定子两侧，螺母113旋置于转轴112的一侧，其内侧抵顶弹簧114，该弹簧114套于转轴112上。
如图2和图3所示，压电元件120为压电陶瓷片，压电元件120的数目为m或m的整数倍，其中，m为大于2的素数，在本实施例中，取m＝3，压电元件120的数目为m的2倍，即数目为6，如图3所示，压电元件120均匀对称地分布于定子上，即均匀对称地贴置于压电陶瓷管121的外表面上。
如图3和图4所示，压电元件120的极化方向相对于贴置表面一致，即，如图3和图4中，极化方向均为由贴置表面外侧至内侧，则压电元件120外表面为相应的正极，压电元件120内表面为相应的负极。
本发明的主要驱动过程如下1.获取多相电源，所述多相电源为M相相位互差2π/M的电源，在本实施例中，采用M＝3，多相电源为三相电源，该三相电源的输出为三相相位互差120°的交流正弦电压、交流方波电压，该三相电压可以通过三相全桥或半桥电路逆变取得，或通过三个单相电源以Y或Δ连接方式取得。
2.所述多相电源中各相位电压依次施加于超声电机中的相应压电元件上，如图4和图5所示，多相电源中相邻相位电压顺次施加于相邻压电元件上。
如图4所示，三相电源采用相位互差120°的交变电压或电流的三相三线电压系统，其三相端分别为U、V、W，其中三相端U、V、W分别依次施加在各压电元件120的正极上，即，如图4所示，由左侧起，设三相端U、V、W分别连接第1、第2、第3压电元件120，则三相端U、V、W分别顺次连接第4、第5、第6压电元件120。
如图5所示，当三相电源采用相位互差120°的交变电压或电流的三相四线电压系统，包括三相端U、V、W和地线Z，其中三相端U、V、W分别依次施加在各压电元件120的正极上，零线Z则施加在各压电元件120的负极上。
若各压电元件120的负极与超声电机的金属壳体短接，则零线Z直接连接至金属壳体上。
当三相电源采用三组相位互差120°的交变电压的三单相电压系统，各单相电压的正、负极依次施加在各压电元件120的正、负极上。
本发明中的三相电源可通过脉宽调制方式获取，如图9所示，采用脉宽调制发生器对六只开关器件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6进行调制，输出三相相位互差120°的交变电压U、V、W，至于其它部分结构，以及有关驱动过程与上述相同或相似，此处不再赘述。
实施例2如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于在本实施例中，压电陶瓷管121为正六角棱柱型，可以是金属或非金属材料，至于其它部分结构，以及有关驱动过程与实施例1所述相同或相似，此处不再赘述。
实施例3根据图7和图8，本实施例与实施例1、2的主要区别在于在本实施例中，多相电源为5相相位互差72°的电源，其五相端分别为U、V、W、S、T，压电元件120的数目为5的2倍，即10个，至于其它部分结构，以及有关驱动过程与实施例1或实施例2所述相同或相似，此处不再赘述。
权利要求
1.一种超声电机，包括电机本体，所述电机本体包括转子和定子，所述的定子上贴有压电元件，其特征在于所述压电元件的数目为m或m的整数倍，其中，m为大于2的素数。
2.根据权利要求1所述的超声电机，其特征在于所述压电元件的数量为3或3的整数倍。
3.根据权利要求1所述的超声电机，其特征在于所述压电元件均匀对称分布于定子上。
4.根据权利要求1所述的超声电机，其特征在于所述压电元件的极化方向相对于贴置表面一致。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的超声电机，其特征在于所述的压电元件为压电陶瓷片。
6.一种超声电机驱动方法，其特征在于A、获取多相电源，所述多相电源为M相相位互差2π/M的电源，其中M为大于2的整数；B、所述多相电源中各相位电压依次施加于超声电机中的相应压电元件上。
7.根据权利要求6所述的超声电机驱动方法，其特征在于所述的步骤A中，所述多相电源为三相电源，所述三相电源的输出为三相相位互差120°的交流正弦电压、交流方波电压或通过PWM方式调制的交流脉冲电压。
8.根据权利要求7所述的超声电机驱动方法，其特征在于所述的三相电压可以通过三相全桥或半桥电路逆变取得，或通过三个单相电源以Y或Δ连接方式取得。
9.根据权利要求6所述的超声电机驱动方法，其特征在于所述的步骤B中，所述多相电源中相邻相位电压顺次施加于相邻压电元件上。
10.根据权利要求6所述的超声电机驱动方法，其特征在于所述的步骤B中，所述超声电机中压电元件的数量为3或3的整数倍。
11.根据权利要求6-10中任意一项所述的超声电机驱动方法，其特征在于所述的步骤A中，多相电源采用相位互差120°的交变电压或电流的三相三线电压系统；所述的步骤B中，其中三相电压依次施加在各压电元件的正极上。
12.根据权利要求6-10中任意一项所述的超声电机驱动方法，其特征在于所述的步骤A中，多相电源为相位互差120°的交变电压或电流的三相四线电压系统；所述的步骤B中，其中三相电压依次施加在各压电元件的正极上，零线则施加在各压电元件的负极上。
13.根据权利要求12所述的超声电机驱动方法，其特征在于所述的步骤B中，所述各压电元件的负极与超声电机的金属壳体短接，则所述零线直接连接至金属壳体上。
14.根据权利要求6-10中任意一项所述的超声电机驱动方法，其特征在于所述的步骤A中，多相电源为三组相位互差120°的交变电压的三单相电压系统，所述的步骤B中，其中各单相电压的正、负极依次施加在各压电元件的正、负极上。
全文摘要
一种涉及电机的超声电机及其驱动方法，该超声电机包括电机本体，电机本体包括转子和定子，所述的定子上贴有压电元件，其特征在于压电元件的数目为m或m的整数倍，其中，m为大于2的素数；压电元件的数量为3或3的整数倍；压电元件均匀对称分布于定子上；压电元件的极化方向相对于贴置表面一致，其驱动方法为A.获取多相电源，所述多相电源为M相相位互差2π/M的电源，其中M为大于2的整数，B.多相电源中各相位电压依次施加于超声电机中的相应压电元件上；所述多相电源为三相电源，所述三相电源的输出为三相相位互差120°的交流正弦电压、交流方波电压或通过脉宽调制方式调制的交流脉冲电压；本发明输出力矩稳定，谐波干扰小。
文档编号H02N2/10GK1874134SQ20061003507
公开日2006年12月6日 申请日期2006年4月14日 优先权日2006年4月14日
发明者李毅, 周松河 申请人:博立码杰通讯(深圳)有限公司