一种分体式螺旋定子微电机制造技术

本发明专利技术涉及一种分体式螺旋定子微电机，属于一种微型超声电机。压电超声换能器一和压电超声换能器二分别与波导连接，该波导绕接在微电机的转子外部，形成微电机的螺旋状定子，并与该微电机的转子接触连接。本发明专利技术优点在于：结构新颖，采取了一种新型的分体式结构：将超声微电机的驱动源与执行部件分离，通过波导传递能量。可大大减小微电机的体积，有利于进一步微型化。

A split helical stator micro motor

The invention relates to a detachable spiral stator micro motor, belonging to a miniature ultrasonic motor. The piezoelectric ultrasonic transducer 1 and the piezoelectric ultrasonic transducer 2 are connected with the waveguide respectively. The waveguide is wound around the outside of the rotor of the micro-motor to form the helical stator of the micro-motor, and is contacted with the rotor of the micro-motor. The invention has the advantages of novel structure, adopting a new split structure: separating the driving source of the ultrasonic micromotor from the executing component, and transmitting energy through the waveguide. The volume of the micromotor can be greatly reduced and further miniaturization will be achieved.

【技术实现步骤摘要】
一种分体式螺旋定子微电机
本专利技术属于一种基于行波方式工作的新型结构微型超声电机。
技术介绍
微电机广泛应用于各种微机电系统(MEMS)中。在各种微电机中，电磁型微电机由于其复杂的结构限制了其进一步微型化。利用集成电路制造工艺(IC工艺)制造的静电微型电机无法产生足够的输出功率。而超声微电机由于其小尺寸、大扭矩、高能量密度特性有利于装置的微型化而充满前景。超声微电机是利用压电陶瓷材料PZT或高分子PVDF薄膜材料的逆压电效应，通过转换压电振子的超声振动形成驱动能力，实现超声波振动能转换成机械能并依靠摩擦力来驱动的一种全新结构的微型电机。随着微型机器人及MEMS技术的发展，对超声微电机提出了更高的技术要求。目前，超声微电机继续朝着微小化的方向发展，而进一步简化微电机的构造是其中的一个重要研究手段。结构简化不仅有利于超声微电机的进一步微小化，更可提高电机的可靠性，有利于电机的批量制造，进而降低其成本。而结构复杂、制造工艺要求高、控制复杂、可靠性及寿命低一直是制约超声微电机发展及应用的关键问题。在对超声微电机进一步微型化的研究当中，存在着工艺上的限制：即受到压电材料的加工及制作工艺问题的限制。另一方面，设计新型结构也一直是微电机微型化的一个努力方向。
技术实现思路
本专利技术提供一种分体式螺旋定子微电机，以解决现有微电机存在的结构复杂、制造工艺要求高、控制复杂、可靠性及寿命低的问题。本专利技术采取的技术方案是：压电超声换能器一和压电超声换能器二分别与波导连接，该波导绕接在微电机的转子外部，形成微电机的螺旋状定子，并与该微电机的转子接触连接。本专利技术波导截面形状为圆形或矩形。本专利技术微电机的转子，采用圆柱体、空心圆柱体、球形及圆锥体。本专利技术的工作原理：超声微电机由转子及螺旋管形成的定子组成，波导与超声换能器一及二在振动过程中保持接触；压电超声换能器通过波导将机械振动谐波传递给螺旋定子，激励并使其产生椭圆运动，进而驱动转子工作。本专利技术设计一种新型结构微电机，在目前的压电微电机研究基础上，进一步简化微电机的构造，该微电机主要由转子、螺旋型定子及压电超声换能器组成，与传统的超声微电机区别在于：其一，螺旋状的定子结构；其二，压电超声换能器通过波导将行波传递给定子，即压电超声换能器与定子分离，而不是传统超声微电机的压电材料与定子粘接在一起的结构。本专利技术微电机的螺旋定子结构本身可自动实现与转子之间的预紧，无需另加预载弹簧；加之其特有的分体式结构，有利于微电机的进一步微型化。通过这种新结构微电机的设计，较之目前的超声微电机设计，可大大简化微电机的构造，达到高效率、低成本、高可靠性、更有利于微型化的目的。本专利技术优点在于：(1)结构新颖，具体为采取了一种新型的分体式结构——将超声微电机的驱动源与执行部件分离，通过波导传递能量。可大大减小微电机的体积，有利于进一步微型化。采用了一种螺旋定子的型式，增大转子与定子之间的摩擦面积，进而提高输出力矩。波导将振动波(行波)传导到定子表面的过程中，弯曲波会出现衰减。螺旋定子构造能有效克服以上问题。(2)换能器设计及制造不再是微电机设计过程中的制约因素。由于分体式结构，可适当增大压电换能器的功率，而不会影响超声微电机的微型化，同时对压电陶瓷的微制造工艺的要求降低。(3)控制器设计及控制方式简化。由于采用螺旋定子结构，本项目中的线性电机设计方案可在一定分辨率范围内(取决于加工精度)通过机械结构保证定位精度，稳妥可靠。超声微电机具有较高的非线性及时变特性，在所有时段内实现微电机的精确定位非常困难，目前的手段是在控制方法上做文章，效果不好。另外，通过对连接在波导两端的超声换能器的切换驱动，实现微电机的正反向控制，从而简化行波类型超声微电机驱动器的控制方法。(一般的，行波类微电机对于正反向控制比较复杂，驱动电源体积较大。)本专利技术具体可用于以下领域：(1)国防工业中的纳米微型、微型飞机、宇宙飞船和空间探测器等；(2)机器人和微型机械是我国21世纪重点发展的领域，微超声电机可使机器人和微型机器简化结构，减轻质量，增强可靠性。(3)微超声电机可进入人体作为外科医疗手段。如作为人造心脏的驱动器，清除血栓等，这将大大推动我国人造器官的产业化及微创手术技术的发展。(4)将微型超声电机应用于掌上电脑、可视电话、手提式仪器等，将有效减小其质量、体积，减少能量损耗；(5)微超声电机的位置控制精度可达微纳米级，在精密仪器、医疗设备及半导体制造技术中将得到广泛应用。特别适合于液体工作环境。附图说明图1是本专利技术结构示意图；图2本专利技术工作原理示意图。压电超声换能器通过波导将机械振动谐波传递给螺旋定子，激励并使其产生椭圆运动，进而驱动转子工作。具体实施方式压电超声换能器一1和压电超声换能器二2分别与波导3连接，该波导绕接在微电机的转子5外部，形成微电机的螺旋状定子4，并与该微电机的转子5接触连接。本专利技术波导3截面形状为圆形或矩形。本专利技术微电机的转子5，采用圆柱体、空心圆柱体、球形及圆锥体。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分体式螺旋定子微电机，其特征在于：压电超声换能器一和压电超声换能器二分别与波导连接。

【技术特征摘要】
1.一种分体式螺旋定子微电机，其特征在于：压电超声换能器一和压电超声换能器二分别与波导连接。2.根据权利要求1所述的一种分体式螺旋定子微电机，其特征在于：波导绕接在微电机的转子外部，形成微电机的螺旋状定子，并与该微电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨双全，
申请(专利权)人：如皋市福锴金属制品有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32