[发明专利]定子内嵌式电磁悬浮转子微马达

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微机电系统技术领域的装置，具体是一种定子内嵌式电磁悬浮转子微马达。

背景技术

采用悬浮技术可避免由于接触带来的磨擦和磨损，从而得到高的移动速度或转速，同时还能避免由于接触而造成对材料的污染，因此悬浮技术在生产或生活中应用得较多，如磁浮列车、静电悬浮轴承、电磁悬浮冶炼技术、静电陀螺等。电磁悬浮完全是一种无源悬浮技术，即它不需要外加反馈控制电路而实现自主悬浮，同时电磁悬浮对电极间的间隙没有严格要求，与静电悬浮相比，电磁悬浮装置结构简单，控制电路不复杂，对结构尺寸精度要求不高。

国内外应用硅的表面微细加工技术或者体微细加工技术加工出了多种结构的微振动陀螺，但由于种种原因微振动陀螺很难达到传统陀螺的高精度。上世纪90年代，Shearwood等人提出了一种电磁悬浮微转动陀螺，电磁悬浮微转动陀螺是由平面线圈、感应电极和微转子等主要部分组成的，其中平面线圈根据其功能不同又分成悬浮线圈、旋转线圈和稳定线圈三种。电磁悬浮微转动陀螺是依靠电磁感应原理和电磁力理论得以悬浮和旋转的，平面线圈上方放有微转子，悬浮线圈位于最靠近中心的位置，紧靠悬浮线圈的是旋转线圈，旋转线圈可分为多相，微转子处于旋转磁场中，处于定子线圈最外围的是稳定线圈，定子线圈之间还分布着有传感电容电极。电磁悬浮微转动陀螺的核心部件是电磁悬浮微马达结构。在这种微马达中，采用平面线圈来微转子稳定悬浮和旋转驱动，使悬浮起来的微转子作高速转动。

经对现有技术的文献检索发现，美国专利号5,955,800，记载了一种“悬浮系统(LevitationSystems)”，该技术是以下几个部分组成的：a)最大直径为1500μm的高导电率体；b)悬浮力产生装置；c)使转子旋转的微型装置。这种电磁悬浮转子微马达中，悬浮线圈、旋转线圈、稳定线圈是串联在一起的，悬浮线圈在最内侧，旋转线圈处于中间部位，稳定线圈位于最外侧。它利用稳定线圈在微转子外侧的电磁场边缘效应，产生稳定悬浮。

但上述技术存在以下的不足：1.在串联式线圈中需要通过两种不同频率的高频电流，这增加了控制电路的复杂性；2.稳定悬浮驱动电磁场和旋转驱动电磁场在空间上重叠在一起，因此增加了它们之间的相互干扰；3.旋转电磁场在整个半径长度方向上都有分布，但半径较大处的旋转电磁场起到绝大部分的作用；4.由于只能单边悬浮驱动，因此整个装置的悬浮稳定性不好，稳定悬浮抗干扰性差；5.随着双层稳定悬浮线圈中电流的增大，微转子悬浮高度增大，因此悬浮体侧向刚度可调性不好。这种系统针对直径为520微米，厚度为12微米的转子，得到的最大转速为1000转每分。该转速远远达不到高精度微陀螺的要求。为了得到高精度的陀螺，需要有新型定子线圈的结构，从而进一步提高微转子的悬浮稳定性和旋转转速。

进一步检索发现，中国专利文献号CN100566121，授权日2009-12-2，记载了一种“定子内嵌式电磁悬浮转子微马达”，该技术采用了盒形微转子和定子内嵌式结构，可增加悬浮微转子的悬浮刚度和侧向稳定刚度，同时中间基体在盒形微转子不工作的时候起到对微转子限位的作用，能大大提高微转子的转速和悬浮稳定性，并更适合在微陀螺、微惯性测量单元等MEMS器件领域中的应用。但是，这种结构的电磁悬浮转子微马达具有封闭的转子结构，不适合采用微细加工方法进行制造。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种定子内嵌式电磁悬浮转子微马达，与现有技术相比具有理由电磁悬浮体增加了马达的自稳稳定性。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：转子以及转动设置于转子内的定子，其中：

所述的转子包括：转子圆板和联结柱，其中：若干联结柱的两端分别与两块转子圆板垂直固定连接，

所述的转子圆板由相同结构的转子上圆板和转子下圆板组成，其中：转子上圆板和转子下圆板与联结柱两端固定连接并构成盒形微转子，该盒形微转子在上定子和下定子的电磁力作用下稳定悬浮在定子的外缘。

所述的定子包括：支撑柱、基体、基板以及具体有相同结构的上定子和下定子，其中：支撑柱位于转子的圆心且两端分别与下定子和基板固定连接，上定子和下定子分别固定联结于基体的上表面和下表面。

所述的上定子及下定子表面均设有双层稳定悬浮线圈、旋转线圈、信号引脚以及信号线，其中：双层稳定悬浮线圈、旋转线圈、信号引脚之间用绝缘介质填充，信号线的两端分别与双层稳定悬浮线圈及高频电流源相连。