[发明专利]基于温度跟踪的自适应超声电机

说明书

技术领域

本发明属于微特电机分支——超声电机技术领域，具体涉及基于温度跟踪的自适应超声电机。

背景技术

超声电机是近十年发展起来的新原理电机，突破了传统电机的概念，它没有磁钢和绕组，不依靠电磁感应传递能量，是利用压电陶瓷的逆压电效应，通过压电陶瓷伸缩振动模态的转换与耦合以及特殊结构的设计，将材料的微观变形通过共振放大和摩擦耦合转换成转子的宏观运动。具有低速大力矩、响应时间快、控制特性好、电磁兼容性好、断电自锁等特性，在不连续工作领域可取代传统的步进微电机、力矩微电机以及伺服控制微电机，有着广阔的应用前景。

在专利号ZL200620136297.5，专利名称为：《精密控制用超声电机系统》所提出的设计方案是由超声波电机本体、光电编码器和驱动控制电源三部分组成，提供了通过外加光电编码器、结构简单﹑装配调试方便﹑可实现精密定位、工作温度范围宽、控制性能好的控制用超声波电机系统。通过新型的驱动控制线路，方便地对电机转速、转向及启停进行控制；利用外加光电编码器实现在设定工作带宽范围内的电机的自适应控制，通常可调节的温度范围为-10℃~55℃。

超声电机依靠摩擦驱动，转化总效率通常为30%，也就是说此类电机的有效输出功率为30%左右，其他的能量均以热量的形式传递到定子、转子，到电机壳体表面，通常壳体的表面温升可达到30℃。若环境本身温度范围为-55℃~85℃，电机定子实际的温度范围即为-25℃~115℃，定子工作的幅频曲线已经向右或向左发生了平移，利用光电编码器、旋转变压器或者电位计作为闭环控制传感器已经无法实现精密的电机控制。

随着环境温度的上升，电机定子的工作频率下降，当环境温度升高到85℃，电机定子工作频率降低的变化量为1.2~1.6KHz，若不进行电机定子的幅频曲线向左平移，则电机的输出力矩和最高转速下降约为30%，工作转速范围变窄。同理，随着环境温度的降低，电机定子的工作频率上升，当环境温度降低到-55℃，电机定子工作频率升高的变化量为0.8~1.2KHz（电机工作伊始即产生热量，因此高低温状态下工作瞬间定子的工作频率变化不尽相同，高温时电机工作瞬间，定子的实际温度高于85℃，而低温时定子的实际温度高于-55℃。），若不进行电机定子幅频曲线向右平移，则电机的输出力矩和最高转速同样下降约为30%，工作转速范围变窄。

发明内容

    本发明的目的是提供在宽温度范围-55℃～85℃工作时，电机频率可进行自适应调整，保证电机输出稳定性的基于温度跟踪的自适应超声电机。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于温度跟踪的自适应超声电机，包括定子金属件1和压电陶瓷2组成的定子、底座3、电机控制单元9；其特殊之处在于：所述的超声电机内设置温度传感器4，同时在电机驱动控制器中设置温度传感器控制单元8；所述的温度传感器4固定在电机内部非运动零部件上；温度传感器4的信号I/O电极通过柔性印刷线路板5、柔性印刷线路板/引出线缆焊接线路板6与超声电机引出线缆7一起引出，并与控制系统中的温度传感器控制单元8连接；温度传感器控制单元8采用恒流源法测量温度，由电机控制单元9的单片机或数字信号处理器对电机定子的幅频曲线进行温度补偿。

上述的温度传感器4设置在定子的中间位置，固定在定子金属件1内环面的定子温度传感器放置槽10上。

上述的温度传感器4设置在底座3上，固定在底座3与定子金属件1的环形接触面的底座温度传感器放置槽Ⅰ11上。

上述的温度传感器4设置在底座3上，固定在底座的环槽的底座温度传感器放置槽Ⅱ12内。

上述的温度传感器4为热敏电阻，由I/O电极13、 Al₂O₃陶瓷基板14、热敏电阻体15组成。

上述的柔性印刷线路板5由外环压电陶瓷连接I/O线路16、内环电机公用端/隔离线路17、温度传感器I/O线路18以及电机引出线缆焊接端19组成。

上述的超声电机引出线缆7中温度传感器信号线采用独立屏蔽信号线。

上述的温度传感器控制单元8的温度测量单元采用恒流源法测量温度传感器。

上述的温度传感器控制单元8由电机控制单元9的单片机或数字信号处理器通过D/A转换及压控振荡器VCO来控制定子幅频曲线的左、右平移，完成驱动谐振频率的自动跟踪。

本发明相对于现有技术，其优点如下：