[發明專利]采用多層環形壓電陶瓷的微電機

有效

• 申請號: 201610258548.5
• 申請日: 2016-04-22
• 公開（公告）號: CN107306097B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 趙艷強;范楊雷
• 申請（專利權）人: 北京派和智能裝備技術有限公司
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/12
• 代理公司: 北京頭頭知識產權代理有限公司 11729
• 代理人: 劉鋒

本發明公開了一種采用多層環形壓電陶瓷的微電機，屬于壓電驅動器、微特電機及微型驅動器領域，本發明的微電機包括殼體，殼體的內部設置有定子和轉子，定子包括定子圓環，定子圓環的一側設置有觸點，另一側設置有多層環形壓電陶瓷，多層環形壓電陶瓷均勻分為偶數個分區，相鄰兩個分區的極化方向相反，相鄰兩層的環形壓電陶瓷的加電方向相反；多層環形壓電陶瓷的上下表面具有正電極和負電極，正電極也分為偶數個分區且與多層環形壓電陶瓷的分區一一對應；多層環形壓電陶瓷的分區的數量為觸點的數量的兩倍，觸點的位置對應于相鄰兩兩正電極的分區之間的空白區。與現有技術相比，本發明具有低壓驅動性、穩定性好和大扭矩輸出的特點。

技術領域

本發明涉及壓電驅動器、微特電機及微型驅動器領域，特別是指一種采用多層環形壓電陶瓷的微電機。

背景技術

微型電機一般是指尺寸(整體結構尺寸或者某一方向的尺寸)微小、定位精度(或者重復定位精度)高、能量消耗低、功率密度大的電機。目前，越來越多的研究以及工程應用領域對微型電機產生迫切的需求，而傳統的繞線型電磁電機由于其復雜的結構而難以微型化。上世紀80年代后期，科研工作者利用硅的微加工技術，制造出了靜電微電機，其直徑可以到幾百微米，引發了微電子機械系統(MEMS，Micro Electromechanical System)領域微執行器的變革。但是，雖然其具有尺寸小、結構簡單的優點，但是，其輸出力還是相當的小。

因此，輸出力矩大、結構簡單的壓電微電機正受到廣泛的關注。由于采用高能量密度的壓電陶瓷材料作為驅動機構，壓電微電機可以直接驅動并保持輸出力矩，從而可以省去變速裝置及制動裝置，更易于微型化、集成化。壓電微電機有希望在廣泛的領域內得到應用，如精密儀器、生物技術、微流體系統、醫藥、微型機器人等。

壓電驅動器是利用壓電材料的逆壓電效應，激發彈性體產生超聲頻段的微幅振動，迫使接觸面的質點產生類似橢圓軌跡、或周期性的往返曲線運動，并通過定、動子之間的摩擦將其轉換成動子的旋轉或直線運動。旋轉運動的壓電驅動器也稱為壓電電機。壓電驅動器具有結構形式多樣、位置精度高、慣性小、低噪聲運行、響應快、斷電自鎖、不產生磁場亦不受電磁干擾等優點。由于具有以上諸多優點，壓電驅動器在工業自動化、航空航天、醫療、生物工程等領域得到了大量的應用，并發揮了巨大的作用。

目前，現有的壓電電機使用單層的壓電陶瓷進行驅動，要產生一定大小的驅動力和驅動速度，需要相對較大的驅動電壓(一般約為200V/mm)，這對于電機獨立使用的場合或者自身體積較大的電機來說并沒有太大的影響，但是，對于微型電機，其電機本身的體積較小，一般的應用場合是一些小型的電子產品，這時就需要電機的驅動電壓要盡量的小，盡量要達到用CMOS器件來直接驅動(驅動電壓約5V)，而且，比較大的驅動電壓還會導致電機使用時危險系數增大、高壓對低壓端的影響增大等不利影響。這時，利用傳統的單層塊狀壓電陶瓷就很難達到要求。

并且，現有的壓電電機多采用同頻率的雙相電路驅動，對于雙相電路來說，要保證雙相電路頻率在整個電機工作的時間段內保持較嚴格的相等是難以做到的，伴隨著加工誤差、電路電子元器件的誤差、溫度漂移現象等問題，會導致電機的穩定性較低。

另外，現有技術中，為了實現壓電電機大扭矩輸出，通常需要增加額外的電路結構才能實現，這樣容易導致電機體積增大，而對于自身體積較小的微電機，實現大扭矩輸出較為困難。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種具有低壓驅動性、穩定性好、大扭矩輸出的采用多層環形壓電陶瓷的微電機。

為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：

一種采用多層環形壓電陶瓷的微電機，包括殼體，所述殼體的內部設置有定子和轉子，所述定子包括定子圓環，所述定子圓環的一側沿圓周方向均勻設置有至少兩個用于驅動所述轉子的觸點，另一側設置有用于驅動所述定子圓環運動的多層環形壓電陶瓷，其中：