[發明專利]一種超聲波微電機驅動定子結構

在審

• 申請號: 202210072261.9
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114400925A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 謝錦宣;周同;蘇巖
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02N2/16
• 分類號: H02N2/16;H02N2/12;H02N2/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發明公開了一種超聲波微電機驅動定子結構，包括若干驅動扇環形分區、圓環形硅基底以及若干支撐梁，若干驅動扇環形分區設置在圓環形硅基底上且沿圓周均勻分布，兩兩分區間存在距離用來實現電氣隔離；支撐梁均勻分布在圓環形硅基底外側的凹槽中，實現支撐梁在駐波模態中的對稱影響，每個支撐梁實現每個驅動扇環形分區的獨立驅動。本發明通過外圍支撐梁實現結構的懸空連接，且支撐梁位置避開了該結構工作模態下的峰值位移節徑，減小支撐梁在工作狀態下的位移，且凹槽位置決定支撐梁錨固點位于定子B₁₅工作模態的節圓處，一定程度上降低了定子沿支撐梁損耗的能量，提高了該結構的Q值，且保證了正交模態的對稱性，提高了正交模態的匹配程度。

技術領域

本發明屬于壓電微馬達技術領域，特別是一種超聲波微電機驅動定子結構。

背景技術

超聲波微電機是一類新型的微執行器元件，在MEMS技術的加持下，在醫療執行器、機器人以及各種微小型自動化機械系統等微型應用領域中具有巨大的應用潛力。目前常用的壓電型微馬達中以行波型微電機應用最廣泛，得益于壓電材料的逆壓電效應以及MEMS技術的發展，行波型超聲波微電機具有輸出密度大、低速轉速高、低工作電壓、結構簡單緊湊、運行噪音小、體型小巧等優點。目前常見的壓電微電機多采用圓盤結構，通過逆壓電效應在圓盤上產生兩相正交的駐波，從而通過駐波疊加在圓盤表面激發出連續傳遞的行波。

然而，現有的超聲波微電機主要存在以下兩點缺陷：首先，超聲波微電機在工作狀態下，定子表面需要激發出連續的行波容易通過支撐結構發散到基片之上，帶來不必要的能量損耗，導致定子的品質因子(Q值)偏低；其次，支撐梁的引入容易導致超聲波微電機工作的兩個正交模態頻率與幅值不匹配，造成行波質量下降，影響定子驅動性能。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的問題，提供一種超聲波微電機驅動定子結構。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種超聲波微電機驅動定子結構，一種超聲波微電機驅動定子結構，該結構包括若干驅動扇環形分區、圓環形硅基底以及若干支撐梁，所述若干驅動扇環形分區設置在圓環形硅基底上，且沿基底的圓周均勻分布，兩兩分區之間存在距離用來實現電氣隔離；所述支撐梁均勻分布在圓環形硅基底外側的凹槽中，實現支撐梁在駐波模態中的對稱影響，每個所述支撐梁實現每個驅動扇環形分區的獨立驅動。

進一步地，所述驅動扇環形分區包括由上至下依次設置的接地電極層、壓電PZT薄膜層和驅動電極層。

進一步地，所述支撐梁包括由上到下依次設置的導線層和硅基層，導線層寬度小于硅基層，長度長于硅基層。

進一步地，所述硅基層與所述圓環形硅基底一體成型。

進一步地，所述導線層與驅動扇環形分區的驅動電極層一體成型，實現各驅動扇形環分區的獨立供電驅動。

進一步地，所述硅基層與所述圓環形硅基底的厚度相同，所述導線層與驅動電極層的厚度相同。

進一步地，所述硅基層外部與超聲波微電機基片相連，所述導線層與超聲波微電機基片之上的驅動電路相連。

進一步地，所述凹槽的開口處設定在每個驅動扇環形分區的交界線上。

進一步地，所述支撐梁錨固點位于所述凹槽中心處。

進一步地，所述驅動扇環形分區的外徑小于圓環形硅基底的外徑，內徑大于圓環形硅基底的內徑。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：

1)本發明的超聲波微電機驅動定子結構通過外圍支撐梁實現結構的懸空連接，且支撐梁位置避開了該結構工作模態下的峰值位移節徑，減小支撐梁在工作狀態下的位移，且凹槽位置決定支撐梁錨固點位于定子B15工作模態的節圓處，進一步降低了定子沿支撐梁損耗的能量，提高了該結構的Q值。