采用多层环形压电陶瓷的微电机制造技术

本发明专利技术公开了一种采用多层环形压电陶瓷的微电机，属于压电驱动器、微特电机及微型驱动器领域，本发明专利技术的微电机包括壳体，壳体的内部设置有定子和转子，定子包括定子圆环，定子圆环的一侧设置有触点，另一侧设置有多层环形压电陶瓷，多层环形压电陶瓷均匀分为偶数个分区，相邻两个分区的极化方向相反，相邻两层的环形压电陶瓷的加电方向相反；多层环形压电陶瓷的上下表面具有正电极和负电极，正电极也分为偶数个分区且与多层环形压电陶瓷的分区一一对应；多层环形压电陶瓷的分区的数量为触点的数量的两倍，触点的位置对应于相邻两两正电极的分区之间的空白区。与现有技术相比，本发明专利技术具有低压驱动性、稳定性好和大扭矩输出的特点。

Micro motor using multilayer ring piezoelectric ceramics

The invention discloses a micro motor with multilayer piezoelectric ceramics, belonging to the field of piezoelectric actuator, micro motor and micro actuator, micro motor of the invention comprises a shell, shell is arranged inside the stator and the rotor, the stator comprises a stator ring, a stator arranged side ring contact, the other side is provided with a multilayer an annular piezoelectric ceramic, multilayer piezoelectric ceramic evenly divided into an even number of partitions, the polarization direction of two adjacent partitions instead, power ring direction of adjacent two layers of piezoelectric ceramics on the contrary; multilayer piezoelectric ceramic on the surface has a positive electrode and a negative electrode, the positive electrode is divided into an even number the partition and multilayer piezoelectric ceramic partition of the corresponding number of partitions; piezoelectric ceramic multilayer is two times the number of contacts, the contact position corresponding to the 22 adjacent positive electrode The blank area between partitions. Compared with the existing technology, the invention has the characteristics of low voltage driving, good stability and high torque output.

【技术实现步骤摘要】
采用多层环形压电陶瓷的微电机
本专利技术涉及压电驱动器、微特电机及微型驱动器领域，特别是指一种采用多层环形压电陶瓷的微电机。
技术介绍
微型电机一般是指尺寸(整体结构尺寸或者某一方向的尺寸)微小、定位精度(或者重复定位精度)高、能量消耗低、功率密度大的电机。目前，越来越多的研究以及工程应用领域对微型电机产生迫切的需求，而传统的绕线型电磁电机由于其复杂的结构而难以微型化。上世纪80年代后期，科研工作者利用硅的微加工技术，制造出了静电微电机，其直径可以到几百微米，引发了微电子机械系统(MEMS，MicroElectromechanicalSystem)领域微执行器的变革。但是，虽然其具有尺寸小、结构简单的优点，但是，其输出力还是相当的小。因此，输出力矩大、结构简单的压电微电机正受到广泛的关注。由于采用高能量密度的压电陶瓷材料作为驱动机构，压电微电机可以直接驱动并保持输出力矩，从而可以省去变速装置及制动装置，更易于微型化、集成化。压电微电机有希望在广泛的领域内得到应用，如精密仪器、生物技术、微流体系统、医药、微型机器人等。压电驱动器是利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体产生超声频段的微幅振动，迫使接触面的质点产生类似椭圆轨迹、或周期性的往返曲线运动，并通过定、动子之间的摩擦将其转换成动子的旋转或直线运动。旋转运动的压电驱动器也称为压电电机。压电驱动器具有结构形式多样、位置精度高、惯性小、低噪声运行、响应快、断电自锁、不产生磁场亦不受电磁干扰等优点。由于具有以上诸多优点，压电驱动器在工业自动化、航空航天、医疗、生物工程等领域得到了大量的应用，并发挥了巨大的作用。目前，现有的压电电机使用单层的压电陶瓷进行驱动，要产生一定大小的驱动力和驱动速度，需要相对较大的驱动电压(一般约为200V/mm)，这对于电机独立使用的场合或者自身体积较大的电机来说并没有太大的影响，但是，对于微型电机，其电机本身的体积较小，一般的应用场合是一些小型的电子产品，这时就需要电机的驱动电压要尽量的小，尽量要达到用CMOS器件来直接驱动(驱动电压约5V)，而且，比较大的驱动电压还会导致电机使用时危险系数增大、高压对低压端的影响增大等不利影响。这时，利用传统的单层块状压电陶瓷就很难达到要求。并且，现有的压电电机多采用同频率的双相电路驱动，对于双相电路来说，要保证双相电路频率在整个电机工作的时间段内保持较严格的相等是难以做到的，伴随着加工误差、电路电子元器件的误差、温度漂移现象等问题，会导致电机的稳定性较低。另外，现有技术中，为了实现压电电机大扭矩输出，通常需要增加额外的电路结构才能实现，这样容易导致电机体积增大，而对于自身体积较小的微电机，实现大扭矩输出较为困难。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种具有低压驱动性、稳定性好、大扭矩输出的采用多层环形压电陶瓷的微电机。为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：一种采用多层环形压电陶瓷的微电机，包括壳体，所述壳体的内部设置有定子和转子，所述定子包括定子圆环，所述定子圆环的一侧沿圆周方向均匀设置有至少两个用于驱动所述转子的触点，另一侧设置有用于驱动所述定子圆环运动的多层环形压电陶瓷，其中：所述多层环形压电陶瓷均匀分为偶数个分区，相邻两个分区的极化方向相反，相邻两层的环形压电陶瓷的加电方向相反；所述多层环形压电陶瓷的上下表面具有正电极和负电极，所述正电极也分为偶数个分区且与所述多层环形压电陶瓷的分区一一对应；所述多层环形压电陶瓷的分区的数量为所述触点的数量的两倍，所述触点的位置对应于相邻两两正电极的分区之间的空白区。进一步的，所述触点为斜角型触点。进一步的，各层压电陶瓷及该层压电陶瓷对应的正负电极采用流延工艺生成，并叠加成多层压电陶瓷坯体，所述多层压电陶瓷坯体通过低温共烧技术烧结制成所述多层环形压电陶瓷。进一步的，所述多层环形压电陶瓷中的各层压电陶瓷的正电极和负电极分别互连，使得所述多层环形压电陶瓷仅具有两个加电端子。进一步的，所述壳体包括电机底壳和与所述电机底壳相连的电机上盖，所述定子设置在所述电机底壳中，所述转子的一端与所述定子对应设置，所述转子的另一端穿过所述电机上盖。进一步的，所述转子上设置有台阶轴，所述台阶轴上套设有碟形弹簧对；所述转子的转轴上套设有轴承，所述轴承挤压设置在所述碟形弹簧对上，所述的电机上盖上设置有放置所述轴承的轴承孔；所述电机底壳的底部在所述定子的下方设置有硅胶垫片。进一步的，所述定子圆环的边缘设置有定子定位凸起，所述电机底壳的内壁上设置有与所述定子定位凸起相配合的凹槽。进一步的，所述触点为3个，所述多层环形压电陶瓷均匀分为6个分区。进一步的，所述多层环形压电陶瓷通过环氧树脂胶与所述定子圆环粘接。进一步的，所述定子圆环、触点、定子定位凸起为用铜加工而成的一体结构。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术中，采用多层环形压电陶瓷对微电机进行驱动，本专利技术的多层环形压电陶瓷的主运动方向为周向运动方向，加电方向与主运动方向垂直，因此，多层环形压电陶瓷为d31工作模式，对于工作在d31工作模式下的多层压电陶瓷，变形量与电压的关系为ΔL＝d31×(U33×L)/t，其中，ΔL为多层压电陶瓷加电后的变形，d31为压电陶瓷的压电-变形系数，U33为沿着单层压电陶瓷极化方向所加的电压信号的幅值。根据上述的公式可知，当压电陶瓷为单层块状压电陶瓷时，t值比较大，要想达到一定的变形量ΔL，需要增加驱动电压U33，当压电陶瓷为多层块状压电陶瓷时(当层数一般为几十到几百层时)，那么t值则为原来的几十到几百分之一，要想达到相同的变形量ΔL，则需要的驱动电压U33仅需要为原来的几十到几百分之一的大小，因而可以大大的减小电机的驱动电压；并且，本专利技术的多层环形压电陶瓷的相邻两个分区的极化方向相反，这样，在对多层环形压电陶瓷供电时，相邻的两个分区采用单相电路驱动，即可使相邻两个分区压电陶瓷的产生反方向形变，避免了现有技术中采用同频率的双相电路驱动带来的稳定性低的问题；不仅如此，本专利技术采用多层环形压电陶瓷的驻波工作原理，使微电机利用多层压电陶瓷输出力相互叠加的特性，即可实现大推力输出，使微电机具有大扭矩输出的特性。综上，与现有技术相比，本专利技术具有低压驱动性、稳定性好和大扭矩输出的特点。附图说明图1为本专利技术的采用多层环形压电陶瓷的微电机的结构示意图；图2为本专利技术的采用多层环形压电陶瓷的微电机的定子圆环的结构示意图；图3中的图3a为本专利技术的采用多层环形压电陶瓷的微电机的多层环形压电陶瓷的正电极一侧的电极区布置形式和极化方向示意图；图3中的图3b为本专利技术的采用多层环形压电陶瓷的微电机的多层环形压电陶瓷的侧视图；图3中的图3c为本专利技术的采用多层环形压电陶瓷的微电机的多层环形压电陶瓷的负电极一侧的电极区布置形式；图4为本专利技术的采用多层环形压电陶瓷的微电机的多层环形压电陶瓷的分层结构示意图；图5为本专利技术的采用多层环形压电陶瓷的微电机的定子和转子展开图及工作原理示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。一方面，本专利技术提供一种采用多层环形压电陶瓷的微电机，如图1所示，包括壳体，壳体的内部设置有定子和转子1，定子包括定子圆环5，定子圆环5的一侧沿圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用多层环形压电陶瓷的微电机，包括壳体，所述壳体的内部设置有定子和转子，其特征在于，所述定子包括定子圆环，所述定子圆环的一侧沿圆周方向均匀设置有至少两个用于驱动所述转子的触点，另一侧设置有用于驱动所述定子圆环运动的多层环形压电陶瓷，其中：所述多层环形压电陶瓷均匀分为偶数个分区，相邻两个分区的极化方向相反，相邻两层的环形压电陶瓷的加电方向相反；所述多层环形压电陶瓷的上下表面具有正电极和负电极，所述正电极也分为偶数个分区且与所述多层环形压电陶瓷的分区一一对应；所述多层环形压电陶瓷的分区的数量为所述触点的数量的两倍，所述触点的位置对应于相邻两两正电极的分区之间的空白区。

【技术特征摘要】
1.一种采用多层环形压电陶瓷的微电机，包括壳体，所述壳体的内部设置有定子和转子，其特征在于，所述定子包括定子圆环，所述定子圆环的一侧沿圆周方向均匀设置有至少两个用于驱动所述转子的触点，另一侧设置有用于驱动所述定子圆环运动的多层环形压电陶瓷，其中：所述多层环形压电陶瓷均匀分为偶数个分区，相邻两个分区的极化方向相反，相邻两层的环形压电陶瓷的加电方向相反；所述多层环形压电陶瓷的上下表面具有正电极和负电极，所述正电极也分为偶数个分区且与所述多层环形压电陶瓷的分区一一对应；所述多层环形压电陶瓷的分区的数量为所述触点的数量的两倍，所述触点的位置对应于相邻两两正电极的分区之间的空白区。2.根据权利要求1所述的采用多层环形压电陶瓷的微电机，其特征在于，所述触点为斜角型触点。3.根据权利要求1所述的采用多层环形压电陶瓷的微电机，其特征在于，各层压电陶瓷及该层压电陶瓷对应的正负电极采用流延工艺生成，并叠加成多层压电陶瓷坯体，所述多层压电陶瓷坯体通过低温共烧技术烧结制成所述多层环形压电陶瓷。4.根据权利要求1所述的采用多层环形压电陶瓷的微电机，其特征在于，所述多层环形压电陶瓷中的各层压电陶瓷的正电极和负电极分别互连，使得所述多层环形压电陶瓷仅具有两个加...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵艳强，范杨雷，
申请(专利权)人：北京派和智能装备技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11