[發明專利]基于摩擦力變化的納米馬達

有效

• 申請號: 201110436383.3
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102522916A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 樓柿濤;劉代貴;錢波
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陳忠輝

技術領域

本發明涉及一種微驅動系統，尤其指一種通過調控關鍵部件間的摩擦力變化而能夠長距離、延長使用壽命和提高推動力同時具有高精度和高分辨率的納米馬達。本發明廣泛適用于在納米技術、微機械和微系統、通訊傳感技術、電子掃描技術、微生物技術、航空航天技術等方面。

背景技術

納米技術一般是指納米級(0.1-100nm)的材料設計、制造、測量、控制和產品相關技術。納米技術主要包括：納米材料；納米動力學；納米生物學；納米藥物學和納米電子學等。隨著納米技術的迅猛發展，納米馬達是近年發展起來的用于納米定位和納米測量的新型微驅動系統。

納米馬達是指利用壓電陶瓷基片或薄膜、電致伸縮材料的聲震動和微小變形將電能轉換為移動的機械輸出運動形式的新型驅動器。由于它具有結構簡單設計靈活，位移精密高等特點，國際上納米馬達已經在納米技術、微機械和微系統、通訊傳感技術、半導體技術、光電子技術、電子掃描技術、微生物技術、航空航天技術等方面得到了實際應用。

目前的納米馬達按照其具體的實現方式可以分為三類：(1)微尺蠖仿生型納米馬達，其特點是利用三組壓電陶瓷或其他元件有規律的擴張和收縮來驅動主軸作線性運動。(2)納米慣性馬達，其特點是依靠物體的慣性和環境的摩擦力驅動馬達。當馬達本身進行緩慢變動時，環境給予馬達的摩擦力大于馬達變動時產生的慣性力，馬達和環境的接觸部位不會發生位移。當馬達的本身發生劇烈恢復時，產生很強的慣性力，導致馬達和環境發生納米級滑動。該類馬達在向一個方向運動時，每一步中包含了前進一大步，后退一小步。(3)微推進型納米馬達，其特點是依靠壓電陶瓷的周期性運動來推動線性平移平臺或轉動平臺。在壓電陶瓷的部分運動周期給予平臺一個方向的推力，而另一部分周期與平臺的作用遠小于驅動方向。上述各種類型的納米馬達的共同特點是利用壓電陶瓷的壓電性質，控制不同部件間的相互位移在納米量級，同時利用摩擦力來推動相對位移或阻止位移恢復。

雖然納米馬達已經達到了應用的水平，但是現有納米馬達價格比較昂貴，而且在體積、精度和分辨率等方面還存在改善的空間，適當改變納米馬達的結構可以進一步降低納米馬達的成本及提高納米馬達的性能。

發明內容

為克服上述現有技術中價格昂貴、體積、精度和分辨率等方面的不足，本發明的目的在于適當改變納米馬達的結構來進一步降低納米馬達的成本及提高納米馬達的性能，同時使其具有高精度和高分辨率特性。

為了解決以上技術問題，本發明基于摩擦力變化的納米馬達，其特征在于所述納米馬達具有一體相連的底板及支撐底座，所述支撐底座與底板圍成槽型結構，所述槽型結構中設有由接觸頭和兩組壓電陶瓷構成的驅動器，所述支撐底座頂面沿槽型結構延伸方向排布設有兩對以上的滑珠，滑塊蓋接在滑珠之上沿槽型結構滑移，且兩塊蓋片壓接在滑塊兩側，分別與支撐底座的頂面相固接，驅動器的控制器集成在兩塊蓋片之上，其中相對偏上的第一組壓電陶瓷的極化方向平行于控制器的電場方向，而位于相對底部的第二組壓電陶瓷的極化方向垂直于控制器的電場方向，在電壓變化下所述第一組壓電陶瓷發生厚度變化，所述第二組壓電陶瓷發生在槽型結構延伸方向內相對底板搖擺式的切形變。

進一步地，所述驅動器的第一組壓電陶瓷與接觸頭間設有用于固封的環氧樹脂。

進一步地，所述控制器外接有輸出電壓可調的電壓源。

進一步地，所述滑珠為一體固設在支撐底座頂面上的半球形珠體，或者所述支撐底座頂面設有凹孔，所述滑珠為置放其中可自由滾動的球形珠體。

實施本發明的有益效果為：該基于尺蠖運動的納米馬達，一方面可以通過第一組壓電陶瓷的電壓大小，調整摩擦力大小變化；另一方面也可以通過改變第二組壓電陶瓷的電壓大小，以改變尺蠖運動每一步的步長，進而實現步長從10納米到100納米的改變，從而達到位移控制的高精度，且實現成本低廉。

附圖說明

圖1為本發明納米馬達的結構示意圖的俯視圖。

圖2為圖1的A-A向側視示意圖。

圖3為圖1的A-A向剖視示意圖。

圖4為圖1的B-B向剖視示意圖。

具體實施方式

出于產品制造成本及產品性能等多方面的考慮，本發明突破傳統納米馬達的結構和工藝缺陷，創新提出了一項基于摩擦力變化的納米馬達。