[发明专利]采用多层环形压电陶瓷的微电机

说明书

本发明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，本发明具有低压驱动性、稳定性好和大扭矩输出的特点。

技术领域

本发明涉及压电驱动器、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。

背景技术

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，Micro Electromechanical System)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。

发明内容

本发明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，本发明提供技术方案如下：

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：