專利名稱：非對稱驅動電極的非接觸超聲微馬達的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種微機電技術領域的器件，具體地說，是一種非對稱驅動電極的非接觸超聲微馬達。
背景技術：
20世紀80年代開發(fā)出一種新型的驅動機構——超聲馬達。它和傳統(tǒng)的電磁馬達相比，具有結構簡單、結構可變、無電磁干擾、無噪音等優(yōu)點。已逐步應用到照相機的自動調焦裝置、自動傳輸機構中等。但由于常規(guī)的超聲馬達定子和轉子(或滑塊)是接觸的，通過摩擦力帶動轉子轉動(或滑塊的滑動)。因而降低了馬達的壽命，限制了馬達的轉速。為了拓寬超聲馬達的應用范圍，于是非接觸超聲波馬達被提出和研究。超聲馬達的激勵方式通常是首先對壓電陶瓷進行同一方向的正常極化，然后按定子的振動節(jié)徑數(shù)分成四倍于節(jié)徑數(shù)的扇區(qū)，最后將這些扇區(qū)依次連接具有相位差的交流信號。但是由于這種激勵方式所產生的機電耦合系數(shù)通常較低，難以獲得達的位移，因此轉速較低。
經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，上世紀90年代初Y.Yamayoshi等人在《International Journal of Applied Electromagnetics in Marerials》，Vol.3(1992)pp179-182頁上撰文“Ultrasonic motor not using mechanicalfriction force”(“不用機械摩擦力驅動的超聲波馬達”《應用電磁學的國際材料學報》)，該文介紹了一種非接觸式超聲波微馬達，利用叉指電極來極化壓電陶瓷和激勵定子產生B03模態(tài)的彎曲振動，在定轉子間隙處產生行波聲場，從而形成聲輻射壓力來驅動轉子轉動，并利用反射板能夠提高轉子轉速。轉子在驅動電壓100Vp-p下轉速達3000rpm。但是由于這種電極結構復雜，給微加工工藝帶來困難，而且轉速不高，很難在要求高速的條件下應用這種馬達。而且隨著定子尺寸的進一步減小，對于加工和制作這種結構對稱、線條完好的叉指電極十分困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提出一種非對稱驅動電極的非接觸超聲微馬達，使其結構簡單，易加工，高轉速。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括基底、壓電陶瓷片、金屬彈性體、微轉子、轉軸和四個驅動電極，轉軸固定在基底上，壓電陶瓷片粘貼在金屬彈性體上，壓電陶瓷片和轉軸間隙配合，微轉子設在轉軸上，壓電陶瓷片的一側設有四個驅動電極，所述的四個驅動電極的扇區(qū)角度大小依次為36°、72°、108°和144°。
所述的壓電陶瓷片，沿厚度方向極化。
所述的壓電陶瓷片為圓形。
所述的金屬彈性體是圓形。
所述的微轉子，在驅動電壓升高時，其轉速呈線性增加。
所述的壓電陶瓷片、金屬彈性體、轉軸和四個驅動電極構成定子。
在扇區(qū)角度大小依次為36°、72°、108°和144°非對稱驅動電極上依次施加sinωt、cosωt、-sinωt、-cosωt的等幅值交變電壓時，壓電陶瓷片受電場作用產生彎曲變形，帶動金屬彈性體振動，并調整驅動頻率使定子產生B(2，1)旋轉模態(tài)，其中B(2，1)代表彎曲振動模態(tài)(2為2個節(jié)線，1為1個節(jié)圓)。定子表面形成行波，行波聲場產生軸向、徑向和周向三個方向的力，軸向的力使微轉子懸浮，徑向力使微轉子保持平衡，不偏心，切向力使微轉子產生旋轉，微轉子的轉動方向和定子形成的行波前進方向一致，而接觸式超聲微馬達轉子轉動方向和行波相反。
本發(fā)明采用了基于非對稱電極結構的非接觸驅動方式，突破了接觸式超聲微馬達的壽命短、轉速低的使用限制；該馬達還能通過單相信號來驅動轉子懸浮并旋轉，這樣大大簡化了驅動電源；而且該馬達采用微細加工的方法制造與實現(xiàn)，易于生產批量化、微型化等優(yōu)點，為超聲波微馬達的實際應用奠定了基礎。


圖1是本發(fā)明結構示意圖。
圖2是本發(fā)明定子結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1、2所示，本發(fā)明包括基底1、壓電陶瓷片2、金屬彈性體3、微轉子4、轉軸5和驅動電極6、7、8、9，轉軸5固定在基底1上，壓電陶瓷片2粘貼在金屬彈性體3上，壓電陶瓷片2和轉軸5間隙配合，微轉子4設在轉軸5上，壓電陶瓷片2的一側設有驅動電極6、7、8、9，所述的驅動電極6、7、8、9的扇區(qū)角度大小依次為36°、72°、108°和144°。
所述的壓電陶瓷片2，沿厚度方向極化。
所述的壓電陶瓷片2為圓形。
所述的金屬彈性體3是圓形。
所述的微轉子4，其葉片厚度、外徑和轉軸直徑的尺寸大小相同。
所述的微轉子4是三葉片或六葉片結構。
所述的微轉子4，在20V驅動電壓下，其三葉片的最大轉速為5100rpm。
所述的微轉子4，在20V驅動電壓下，其六葉片的最大轉速為3700rpm。
所述的微轉子4，在驅動電壓升高時，其轉速呈線性增加。
所述的壓電陶瓷片2、金屬彈性體3、轉軸5和驅動電極6、7、8、9構成定子。
權利要求
1.一種非對稱驅動電極的非接觸超聲微馬達，包括基底(1)、壓電陶瓷片(2)、金屬彈性體(3)、微轉子(4)、轉軸(5)和驅動電極(6、7、8、9)，其特征在于，轉軸(5)固定在基底(1)上，壓電陶瓷片(2)粘貼在金屬彈性體(3)上，壓電陶瓷片(2)和轉軸(5)間隙配合，微轉子(4)設在轉軸(5)上，壓電陶瓷片(2)的一側設有驅動電極(6、7、8、9)，所述的驅動電極(6、7、8、9)的扇區(qū)角度大小依次為36°、72°、108°和144°。
2.根據(jù)權利要求1所述的非對稱驅動電極的非接觸超聲微馬達，其特征是，所述的壓電陶瓷片(2)，沿厚度方向極化。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的非對稱驅動電極的非接觸超聲微馬達，其特征是，所述的壓電陶瓷片(2)為圓形。
4.根據(jù)權利要求1所述的非對稱驅動電極的非接觸超聲微馬達，其特征是，所述的金屬彈性體(3)是圓形。
5.根據(jù)權利要求1所述的非對稱驅動電極的非接觸超聲微馬達，其特征是，所述的微轉子(4)，在驅動電壓升高時，其轉速呈線性增加。
全文摘要
一種非對稱驅動電極的非接觸超聲微馬達，屬于微機電技術領域。本發(fā)明包括基底、壓電陶瓷片、金屬彈性體、微轉子、轉軸和四個驅動電極，轉軸固定在基底上，壓電陶瓷片粘貼在金屬彈性體上，壓電陶瓷片和轉軸間隙配合，微轉子設在轉軸上，壓電陶瓷片的一側設有四個驅動電極，所述的四個驅動電極的扇區(qū)角度大小依次為36°、72°、108°和144°。本發(fā)明采用一種基于非對稱電極的非接觸式驅動微馬達，突破了接觸式超聲微馬達的壽命短、轉速低的使用限制，大大地提高了馬達性能，擴大了超聲微馬達的使用范圍；而且該馬達采用微細加工的方法制造與實現(xiàn)，易于生產批量化、微型化等優(yōu)點，為超聲波微馬達的實際應用奠定了基礎。
文檔編號H02N2/12GK1738180SQ20051002930
公開日2006年2月22日 申請日期2005年9月1日 優(yōu)先權日2005年9月1日
發(fā)明者劉景全, 楊斌, 陳迪 申請人:上海交通大學