[发明专利]超声电机的驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及驱动超声电机的方法。 

背景技术

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sinωt，cosωt，-sinωt，-cosωt，或方法2：将同组相对的两个压电元件先反向串联起来，再分别加上电源信号sinωt与cosωt，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1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sinωt与cosωt来代替原本存在的-sinωt与-cosωt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，定子由外贴压电陶瓷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2Asinωt，在压电元件12与14间加上2Acosωt，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1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(＝π/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。 

以上超声电机采用两相正交的正弦波电源或方波电源驱动时，电源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。 

发明内容

本发明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超声电机的驱动方法。 

本发明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化的超声电机的驱动方法。 

本发明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超声电机的驱动方法。 

本发明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超声电机的驱动方法。 

本发明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。 

本发明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：