無(wú)沖擊矩形板壓電微電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓電微電機(jī)，尤其涉及一種無(wú)沖擊矩形板壓電微電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電微電機(jī)利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)化為定子的振動(dòng)能，定子再通過(guò)摩擦驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)或運(yùn)動(dòng)部件做直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)其工作在超聲頻段時(shí)，也稱為超聲電機(jī)。
[0003]與傳統(tǒng)的電磁驅(qū)動(dòng)器相比，壓電電機(jī)具有許多特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，比如:
[0004]1、結(jié)構(gòu)緊湊，能量密度(轉(zhuǎn)矩/質(zhì)量)大，易于微型化；
[0005]2、低速大力矩，無(wú)需齒輪減速機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)；
[0006]3、電機(jī)響應(yīng)速度快，并且能實(shí)現(xiàn)斷電自鎖；
[0007]4、位置和速度控制性好，位移分辨率高；
[0008]5、超聲波電機(jī)是通過(guò)振動(dòng)摩擦進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中不產(chǎn)生磁場(chǎng)，亦不受外界磁場(chǎng)干擾，抗電磁干擾能力強(qiáng)；
[0009]6、安靜無(wú)噪聲，超聲波電機(jī)工作在超聲頻段，由于不需要齒輪等減速機(jī)構(gòu)，所以可以安靜無(wú)噪聲的運(yùn)行；
[0010]7、設(shè)計(jì)靈活，結(jié)構(gòu)形式多樣化。
[0011]由于壓電電機(jī)具有重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、驅(qū)動(dòng)電壓低等特點(diǎn)，使其特別適合用于設(shè)備和機(jī)構(gòu)的直接驅(qū)動(dòng)，而不需要減速機(jī)構(gòu)。
[0012]面內(nèi)驅(qū)動(dòng)的矩形板直線超聲電機(jī)由于精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種需要精密驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合。該類直線電機(jī)還發(fā)展出雙足驅(qū)動(dòng)電機(jī)等變種，應(yīng)用前景良好。但是該類型電機(jī)也有難以克服的問(wèn)題，即由于其駐波驅(qū)動(dòng)方式，在運(yùn)行時(shí)對(duì)所驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)軌有沖擊，在有些場(chǎng)合，比如在電子束、離子束曝光設(shè)備中，這種沖擊產(chǎn)生的晃動(dòng)會(huì)對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定工作產(chǎn)生較大影響。這種駐波型電機(jī)的較大的沖擊力，往往對(duì)所驅(qū)動(dòng)部件的工作狀態(tài)造成干擾。
[0013]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種無(wú)沖擊矩形板壓電微電機(jī)，消除上述的沖擊力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)沖擊矩形板壓電微電機(jī)，通過(guò)在定子的驅(qū)動(dòng)面上激發(fā)行波驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中的無(wú)沖擊效果。
[0015]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種無(wú)沖擊矩形板壓電微電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述定子為表面上具有至少兩個(gè)壓電片的矩形基板，所述矩形基板具有環(huán)繞所述轉(zhuǎn)子的通孔，所述個(gè)壓電片皆鄰接于所述通孔；
[0016]用于驅(qū)動(dòng)所述無(wú)沖擊矩形板壓電微電機(jī)的激勵(lì)信號(hào)被加載在所述矩形基板和所述壓電片不與所述矩形基板相接的表面之間，所述激勵(lì)信號(hào)包括彼此間相位相差η/2的第一激勵(lì)信號(hào)和第二激勵(lì)信號(hào)，相鄰的兩個(gè)壓電片上加載的激勵(lì)信號(hào)不同；
[0017]所述激勵(lì)信號(hào)使定子產(chǎn)生的一階縱振和二階彎振的復(fù)合振動(dòng)使所述通孔的表面上形成行波，所述行波使所述通孔的表面能通過(guò)摩擦力驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0018]進(jìn)一步地，包括第一壓電片、第二壓電片、第三壓電片和第四壓電片，所述第一壓電片、第二壓電片、第三壓電片和第四壓電片分布在所述基板的第一表面上，且依次排布以環(huán)繞所述通孔；所述第一壓電片、第二壓電片、第三壓電片和第四壓電片的極化方向皆平行于所述基板的第一表面的法線，所述第一壓電片和第三壓電片的極化方向與所述第二壓電片和第四壓電片的極化方向相反；所述基板為金屬板，所述通孔在所述矩形基板的中心處。
[0019]進(jìn)一步地，所述通孔的表面部分地為圓錐面，所述圓錐面沿所述基板的第一表面的法線向所述基板的第一表面展開(kāi)；所述行波使所述圓錐面能通過(guò)摩擦力驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0020]進(jìn)一步地，還包括輸出軸，所述輸出軸與所述轉(zhuǎn)子相連以輸出轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。
[0021]進(jìn)一步地，所述第一壓電片、第二壓電片、第三壓電片和第四壓電片的第一表面與所述矩形基板的第一表面相接，所述第一壓電片、第二壓電片、第三壓電片和第四壓電片的第二表面上分別具有第一電極、第二電極、第三電極和第四電極；所述矩形基板接地，所述第一電極和第三電極上加載所述第一激勵(lì)信號(hào)，所述第二電極和第四電極上加載所述第二激勵(lì)信號(hào)；所述第一激勵(lì)信號(hào)為正弦激勵(lì)信號(hào)，所述第二激勵(lì)信號(hào)為余弦激勵(lì)信號(hào)。
[0022]進(jìn)一步地，所述通孔的表面還包括第二圓錐面，所述第二圓錐面沿所述基板的第二表面的法線向所述基板的第二表面展開(kāi)；所述無(wú)沖擊矩形板壓電微電機(jī)還包括第二轉(zhuǎn)子，所述輸出軸與所述第二轉(zhuǎn)子相連；所述行波使所述第二圓錐面能通過(guò)摩擦力驅(qū)動(dòng)所述第二轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0023]進(jìn)一步地，還包括第五壓電片、第六壓電片、第七壓電片和第八壓電片，所述第五壓電片、第六壓電片、第七壓電片和第八壓電片分布在所述基板的第二表面上，且與所述第一壓電片、第二壓電片、第三壓電片和第四壓電片一一對(duì)應(yīng)；所述第五壓電片、第六壓電片、第七壓電片和第八壓電片具有與其對(duì)應(yīng)的壓電片相反的極化方向；所述第五壓電片、第六壓電片、第七壓電片和第八壓電片的第二表面上分別具有第五電極、第六電極、第七電極和第八電極；所述第五電極和第七電極上加載所述第一激勵(lì)信號(hào)，所述第六電極和第八電極上加載所述第二激勵(lì)信號(hào)。
[0024]進(jìn)一步地，所述通孔上套設(shè)有中空的金屬環(huán)狀件，所述金屬環(huán)狀件緊固地連接于所述矩形基板；所述金屬環(huán)狀件的表面包括沿所述基板的第一表面的法線向所述基板的第一表面展開(kāi)的第三圓錐面和沿所述基板的第二表面的法線向所述基板的第二表面展開(kāi)的第四圓錐面，所述第三圓錐面與所述轉(zhuǎn)子接觸，所述第四圓錐面與所述第二轉(zhuǎn)子接觸。
[0025]進(jìn)一步地，所述第三圓錐面上具有摩擦材料，所述第三圓錐面通過(guò)所述摩擦材料與所述轉(zhuǎn)子接觸；和/或
[0026]所述第四圓錐面上具有摩擦材料，所述第四圓錐面通過(guò)所述摩擦材料與所述第二轉(zhuǎn)子接觸。
[0027]進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)子和/或第二轉(zhuǎn)子上具有摩擦材料。
[0028]在本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，提供了一種無(wú)沖擊矩形板壓電微電機(jī)，其包括作為定子的矩形的金屬板，金屬板中心處具有通孔，金屬板的兩個(gè)表面上分別粘貼四個(gè)陶瓷壓電片。在金屬板的一個(gè)表面上，四個(gè)陶瓷壓電片具有相同的形狀，分別布置在矩形金屬板的四個(gè)角部且共同環(huán)繞上述通孔，四個(gè)陶瓷壓電片彼此不直接接觸，其上各有一個(gè)電極；四個(gè)陶瓷壓電片的極化方向皆平行于該表面的法線，每?jī)蓚€(gè)對(duì)角的陶瓷壓電片構(gòu)成一組，同組的兩個(gè)陶瓷壓電片具有相同的極化方向，不同組的壓電片具有相反的極化方向，一組壓電片的電極上加載正弦激勵(lì)信號(hào)，另一組壓電片的電極上加載余弦激勵(lì)信號(hào)，金屬板接地。金屬板的另一個(gè)表面上的四個(gè)陶瓷壓電片與這個(gè)表面上的四個(gè)陶瓷壓電片關(guān)于金屬板的中截面對(duì)稱。金屬板的通孔中套設(shè)金屬環(huán)狀件，金屬環(huán)狀件與金屬板緊固地連接，其具有兩個(gè)圓錐面，這兩個(gè)圓錐面分別沿金屬板的兩個(gè)表面的法線向這兩個(gè)表面展開(kāi)。兩個(gè)與輸出軸固定連接的轉(zhuǎn)子分別與這兩個(gè)圓錐面接觸，且被兩個(gè)預(yù)緊機(jī)構(gòu)緊緊地壓迫在這兩個(gè)圓錐面上，轉(zhuǎn)子和圓錐面上還具有摩擦材料以增加兩者之間的摩擦力。在使用時(shí)，被加載激勵(lì)信號(hào)的本發(fā)明的無(wú)沖擊矩形板壓電微電機(jī)的定子發(fā)生由一階縱振和二階彎振疊加的復(fù)合振動(dòng)(其中一階縱振和二階彎振頻率一致)，其金屬環(huán)狀件的兩個(gè)圓錐面上產(chǎn)生行波，通過(guò)轉(zhuǎn)子和圓錐面之間的摩擦力，兩個(gè)轉(zhuǎn)子被驅(qū)動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，由此輸出軸輸出轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。在另一個(gè)較佳的實(shí)施例中，兩個(gè)轉(zhuǎn)子具有延伸到定子外部的部分，該部分與直線導(dǎo)軌接觸并通過(guò)兩者間的摩擦力帶動(dòng)導(dǎo)軌做直線運(yùn)動(dòng)。在第三個(gè)較佳的實(shí)施例中，兩個(gè)轉(zhuǎn)子具有延伸到定子外部的部分，該部分上布置有驅(qū)動(dòng)齒輪，驅(qū)動(dòng)齒輪與齒帶配合以帶動(dòng)齒帶做直線運(yùn)動(dòng)。