CN107634675B - 一种大推力静电电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大推力静电电机，包括定子、动子及位于定子、动子之间的液体电介质，其中，定子是以介电常数大于一的材料作为定子基体，并在定子基体内部嵌入定子导电体而形成，动子是以介电常数大于一的材料作为动子基体，并在动子基体内部嵌入动子导电体而形成；所述液体电介质的介电常数也大于一，且定子基体和动子基体的介电常数与液体电介质的介电常数不相同；所述定子基体的表面加工有曲面结构，该曲面结构由微分方程来描述，其中，ε1是定子基体的介电常数，ε2是液体电介质的介电常数。此种结构具有较高的输出推力。
Description
技术领域
本发明属于电机领域，特别涉及一种大推力静电电机结构。
背景技术
静电电机是根据两个极板间电荷分布产生的吸引力和推斥力而把电能转化为机械能，它通过定子上的静止电极和移动动子电极上的电荷适当变换来实现动子的连续运动。静电电机具有电磁兼容性好、转速高、结构简单等优点，特别是由于它适合于用MEMS工艺进行加工，因此使用硅微工艺制作的微型静电电机取得了长足的发展，但这类微电机输出推力和功率都很微小，限制了它在大推力场合的应用。
东京大学研制了双激励多相静电电机，其输出推力达4.4N，输出功率为1.6W，初步实现了宏观输出。由于静电电机的输出推力与动子导电体所处位置的场强相关，为提高电机推力，可通过提高定子导电体在动子导电体处产生的场强来实现。此外，为减小定子和动子之间的摩擦，东京大学的静电电机采用微米颗粒进行隔离，但这会带来颗粒分布不均的问题。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种大推力静电电机，其具有较高的输出推力。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种大推力静电电机，包括定子、动子及位于定子、动子之间的液体电介质，其中，定子是以介电常数大于一的材料作为定子基体，并在定子基体内部嵌入定子导电体而形成，动子是以介电常数大于一的材料作为动子基体，并在动子基体内部嵌入动子导电体而形成；所述液体电介质的介电常数也大于一，且定子基体和动子基体的介电常数与液体电介质的介电常数不相同；所述定子基体的表面加工有曲面结构，该曲面结构由微分方程来描述，其中，ε1是定子基体的介电常数，ε2是液体电介质的介电常数。
上述动子基体的表面加工有曲面结构，该曲面结构由微分方程来描述，其中，ε1是动子基体的介电常数，ε2是液体电介质的介电常数。
上述定子基体的介电常数和动子基体的介电常数相同或不同。
上述定子基体和动子基体的相对表面还分别喷涂有相同极性的磁粉。
上述定子导电体为直线、折线或曲线。
上述定子导电体的数量大于等于1。
上述动子导电体为直线、折线或曲线。
上述动子导电体的数量大于等于1。
上述定子和动子的数量多于一个，采用叠层结构。
采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明利用电力线穿越不同介电常数材料后折射的特点，通过将定子和(或)动子表面加工为特殊的曲面结构，能够将定子导电体产生的电力线在动子导电体处聚焦，提高该处的电场强度，从而提高电机推力；
(2)定子、动子和它们之间的液体电介质采用高介电常数材料制作，能够提高驱动电压，从而提高输出推力；
(3)定子和动子相对表面涂覆同极性磁粉，利用磁粉产生的斥力使定子和动子分离，减小摩擦。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是定子导电体发出的散开的电力线经过曲面结构后汇聚到动子导电体处的示意图；
图3是定子导电体的形状示意图；
其中，(a)表示直线的形状，(b)表示折线的形状；
图4为动子导电体的形状示意图；
其中，(a)表示直线的形状，(b)表示折线的形状。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种大推力静电电机，包括定子、动子及位于定子、动子之间的液体电介质3，其中，定子是以介电常数大于一的材料作为定子基体1，并在定子基体1内部嵌入定子导电体2而形成，动子是以介电常数大于一的材料作为动子基体4，并在动子基体4内部嵌入动子导电体5而形成，所述液体电介质3的介电常数也大于一，且定子基体1和动子基体4的介电常数与液体电介质3的介电常数不相同，定子基体1的介电常数和动子基体4的介电常数可以相同，也可以不同。
在本实施例中，定子基体1和(或)动子基体4的表面加工有特殊的曲面结构，从而能够将定子导电体2产生的电力线在动子导电体5处聚焦，配合图2所示，具体来说，定子基体1的曲面结构由微分方程来描述，其中，ε1是定子基体的介电常数，ε2是液体电介质的介电常数，该曲面能够将定子导电体产生的分散形式的电力线转换为液体电介质中的平行电力线，定子导电体为该曲线的焦点；动子基体4的曲面结构由微分方程来描述，其中，ε1是动子基体的介电常数，ε2是液体电介质的介电常数，该曲面能够将液体电介质中的平行电力线转换为动子基体中聚焦的电力线，聚焦点为动子导电体。
作为本发明的一种优化结构，在定子基体1和动子基体4的相对表面还分别喷涂有相同极性的磁粉6，利用产生的斥力使定子基体1和动子基体4不接触，以减小摩擦损耗。
如图3和图4所示，分别表示定子导电体2和动子导电体5可以为直线、折线或曲线，且定子导电体2的数量大于等于1，动子导电体5的数量大于等于1。
需要说明的是，本发明所提供的大推力静电电机，其中的定子和动子不限于一个，当定子和动子的数量多于一个时，采用叠层结构，如动子-定子-动子-定子-动子的结构。
综合上述，首先将定子基体1和动子基体4表面加工出特定的曲面结构，然后利用制作电路板工艺加工定子导电体2和动子导电体5，接着在定子和动子表面喷涂磁粉6并极化为同极性，最后在定子和动子之间灌注液体电介质3后即为本发明的大推力静电电机。定子导电体、动子导电体和曲面结构焦点的相对关系由工程人员确定，即由希望定子导电体和动子导电体间相差多少角度时相互作用力最大决定。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (8)
1.一种大推力静电电机，其特征在于：包括定子、动子及位于定子、动子之间的液体电介质，其中，定子是以介电常数大于一的材料作为定子基体，并在定子基体内部嵌入定子导电体而形成，动子是以介电常数大于一的材料作为动子基体，并在动子基体内部嵌入动子导电体而形成；所述液体电介质的介电常数也大于一，且定子基体和动子基体的介电常数与液体电介质的介电常数不相同；所述定子基体的表面加工有曲面结构，该曲面结构由微分方程来描述，其中，ε1是定子基体的介电常数，ε2是液体电介质的介电常数；
所述动子基体的表面加工有曲面结构，该曲面结构由微分方程来描述，其中，ε3是动子基体的介电常数，ε2是液体电介质的介电常数。
2.如权利要求1所述的一种大推力静电电机，其特征在于：所述定子基体的介电常数和动子基体的介电常数相同或不同。
3.如权利要求1所述的一种大推力静电电机，其特征在于：所述定子基体和动子基体的相对表面还分别喷涂有相同极性的磁粉。
4.如权利要求1所述的一种大推力静电电机，其特征在于：所述定子导电体为直线、折线或曲线。
5.如权利要求1所述的一种大推力静电电机，其特征在于：所述定子导电体的数量大于等于1。
6.如权利要求1所述的一种大推力静电电机，其特征在于：所述动子导电体为直线、折线或曲线。
7.如权利要求1所述的一种大推力静电电机，其特征在于：所述动子导电体的数量大于等于1。
8.如权利要求1所述的一种大推力静电电机，其特征在于：所述定子和动子的数量多于一个，采用叠层结构。
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