CN108448929A - 一种凸台型行波微马达转子 - Google Patents
一种凸台型行波微马达转子 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108448929A CN108448929A CN201810318924.4A CN201810318924A CN108448929A CN 108448929 A CN108448929 A CN 108448929A CN 201810318924 A CN201810318924 A CN 201810318924A CN 108448929 A CN108448929 A CN 108448929A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boss
- traveling wave
- micro motor
- rotor
- wave micro
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 17
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005842 biochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006854 communication Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010358 mechanical oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明公开一种凸台型行波微马达转子，包括圆环形底座，所述圆环形底座靠近行波微马达的环形定子的一面上设置有若干个周向均匀排列的凸台，所述环形定子与转子只在所述凸台处发生接触。本发明凸台型行波微马达转子上的凸台正对环形定子的行波波峰，能够显著提高定转子的有效接触区域所占比例，从而增强转子的转动能力，并使转动过程更稳定。
Description
技术领域
本发明涉及行波微马达技术领域，特别是涉及一种凸台型行波微马达转子。
背景技术
行波微马达是一种重要的微执行器元件，在微驱动、纳米定位和微型机器人等领域具有广泛的应用前景。行波微马达器件由定子和转子两部分，通过精密封装组合而成；其中，定子在外界条件如磁场、电场、温度场等激励作用下，产生机械振动并在其表面激发出行波。转子作为被驱动模块，依靠定子表面行波的驱动力实现转动功能。作为行波微马达两个重要部件之一的转子，通常是一种圆环形块体(如图1所示)，主要由常见金属如铝、铜、铁等材料通过机械加工等方法制得。经过抛光后，转子与定子紧密贴合，形成了良好的平面接触。当驱动信号带动定子产生行波时，定子与转子非完全接触，由于行波传播过程中定子表面各质点作规则椭圆运动，因此会以摩擦力的方式带动转子转动。
而现有行波微马达的转子存在以下几个问题：首先，转子转动所需要的驱动力主要由定子波峰位置提供，大部分定子在本征模态下，其波峰相对圆心的距离是一定的，当行波被激发后，波峰围绕圆心传播，因此，除波峰位置外，定子上其余位置不仅不会提供驱动力，相反会在转子运动时产生摩擦阻力，不仅如此，其余位置的接触还会为转子带来不必要的侧向推力，影响转动的稳定性；其次，定转子之间平面接触情况下的摩擦驱动是一个十分复杂的物理、数学问题，针对该问题的研究大多基于刚性定子的理想模型，即行波激发后定子嵌入转子表面，但是实际的接触情况十分复杂，是否存在嵌入情况还与转子表面的摩擦材料性质有关，目前准确的分析摩擦驱动能力难度巨大；再者，在实际情况中，定转子之间还会施加一定的预紧力使其紧密贴合，此时行波会被一定程度的压缩，改变其驱动能力，然而并没有太多研究关注该问题，因此很难为转子的规则、可控转动提供足够的理论依据；另外，由于转子一般由金属材料制作而成，与硅基定子直接接触后，转动过程中会产生严重的摩擦磨损现象，容易对定子结构、表面电极等造成损伤，严重影响器件工作的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种凸台型行波微马达转子，以解决上述现有技术存在的问题，提高定子与转子的有效接触区域占比，增强转子的转动能力，减少转子转动时的摩擦损耗，提高行波微马达的输出能力，并降低定子与转子间摩擦驱动能力的分析难度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种凸台型行波微马达转子，包括圆环形底座，所述圆环形底座靠近行波微马达的环形定子的一面上设置有若干个周向均匀排列的凸台，所述环形定子与转子只在所述凸台处发生接触。
优选地，所述圆环形底座的大小与行波微马达的环形定子的大小相匹配。
优选地，所述凸台呈扇环形，所述凸台的内径大于所述环形底座的内径，所述凸台的外径小于所述环形底座的外径。
优选地，所述凸台的环宽根据所述环形定子表面行波缝的位置确定。
优选地，所述凸台的厚度小于所述圆环形底座的厚度。
优选地，所述圆环形底座与所述凸台一体成型。
优选地，所述圆环形底座与所述凸台的材料均为硅。
优选地，所述凸台的数量为所述环形定子的行波的波数的n倍；其中，n为正整数。
本发明凸台型行波微马达转子相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明凸台型行波微马达转子上的凸台正对环形定子的行波波峰，能够显著提高定转子的有效接触区域所占比例，从而增强转子的转动能力，并使转动过程更稳定。一方面，环形定子与转子仅通过凸台结构接触还简化了接触面的受力情况，另一方面，行波激发后，凸台结构边沿与定子表面为非平面接触，可以为转子提供一定的横向驱动力。随着预紧力改变，当横向驱动力增大到一定程度时，定转子的驱动方式就由常规的摩擦力驱动变成了推力型驱动，从而大大降低了定子与转子间摩擦驱动能力的分析难度。同时，推力型驱动能够使转子获得更大的驱动力。此外，转子加工工艺采用全集成MEMS加工工艺，以硅作为原料，能明显降低转子的磨损。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中行波微马达的转子的结构示意图；
图2为本发明凸台型行波微马达转子的主视图；
图3为本发明凸台型行波微马达转子的俯视图；
图4为本发明凸台型行波微马达转子与环形定子的组合结构示意图；
图5为本发明凸台型行波微马达转子的加工工艺流程图；
图6为本发明凸台型行波微马达转子中转子-驱动力矩关系图；
图7为本发明凸台型行波微马达转子中在大预紧力条件下环形定子与转子的接触情况示意图；
其中，1-圆环形底座，2-凸台，3-环形定子。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种凸台型行波微马达转子，以解决现有技术存在的问题，提高定子与转子的有效接触区域占比，增强转子的转动能力，减少转子转动时的摩擦损耗，提高行波微马达的输出能力，并降低定子与转子间摩擦驱动能力的分析难度。
本发明提供一种凸台型行波微马达转子，包括圆环形底座，所述圆环形底座靠近行波微马达的环形定子的一面上设置有若干个周向均匀排列的凸台，所述环形定子与转子只在所述凸台处发生接触。
本发明凸台型行波微马达转子上的凸台正对环形定子的行波波峰，能够显著提高定转子的有效接触区域所占比例，从而增强转子的转动能力，并使转动过程更稳定。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图2-3所示，本实施例凸台型行波微马达转子包括圆环形底座1，圆环形底座1的大小与行波微马达的环形定子3的大小相匹配。圆环形底座1靠近行波微马达的环形定子3的一面上设置有3个周向均匀排列的、扇环形的凸台2，凸台2的内径大于环形底座1的内径，凸台2的外径小于环形底座1的外径。
本实施例中圆环形底座1的内外径分别为0.75毫米和2毫米；根据环形定子3波峰位置的半径1.2毫米，凸台2的内外边距圆心分别为0.85毫米和1.55毫米；根据环形定子3波峰的纵向位移大小，本实验中凸台2厚度设计为40微米。
本实施例凸台型行波微马达转子中圆环形底座1与凸台2一体成型，加工工艺流程如图5所示，圆环底座通过激光刻蚀加工硅基片而成，激光刻蚀是一种新型微纳加工技术，利用高能皮秒激光，对材料进行刻蚀，形成复杂的三维结构。凸台2是将硅基片表面进行选区刻蚀制得的；选区刻蚀由两步工艺实现，分别为光刻图形化和反应离子刻蚀，首先在硅片表面通过旋涂等手段制备一层光刻胶阻挡层，随后利用带有图形的掩膜版进行紫外光曝光处理，曝光处理能够使光刻胶中的分子链发生铰链或分解；最后经过显影、烘焙等步骤，得到了具有一定图形的光刻胶阻挡层，显影是利用显影液将未发生铰链或已分解的光刻胶去除；反应离子刻蚀是一种微电子干法刻蚀工艺，一般在真空反应腔中进行，其原理是在腔体中施加高频高压后，高活性等离子体会对材料表面产生轰击，并发生化学反应，从而实现刻蚀的目的。
参照图4，在使用本实施例凸台型行波微马达转子时，将环形定子3水平且朝上放置，首先将带凸台2转子放置于定子表面，凸台2所在的面朝下，并保证圆环形底座1与环形定子3同轴，然后对行波微马达施加频率相同，相位不同的四路驱动信号后，行波在定子表面激发，随即带动转子转动，随后通过高速摄像机记录下转子从启动到匀速转动的过程，得到各个视频采样点时转子转速情况。根据该数据，可以计算得到不同时刻转子的转速与对应的转矩，即得到定子对转子的驱动力矩随时间变化关系，结果如图6所示。由于此时转子的转动方向与普通环形转子一致，可以判断出此时转子仍然是靠摩擦力驱动。与普通圆环形转子对比发现，在相同驱动信号下凸台型转子启动更快，且具有更高的转速。同时它的转动更加平稳，不会发生明显的侧向滑动现象。
随后通过增加转子质量的方式增加定转子之间的预紧力；增加质量的方法为在带凸台2转子的背面，即光滑面粘接不同质量的金属环，粘接方式通过键合等方法实现。在激励信号驱动下，同样观察到转子的均匀转动，但此时其转动方向与之前相反。因此可以断定，此时行波对带凸台2转子产生的侧向推力起主导作用，其接触情况如图7所示。由于凸台2边沿与环形定子3的行波波峰的接触存在一定的角度，使定子对转子提供了横向推力，当预紧力加大后，该推力显著提高，最终取代摩擦力，成为了定转子之间决定性的驱动力。该驱动方式相比摩擦驱动，具有更高的输出力矩，能提供更快的转速和更快的启停过程。此外，推力驱动方式的理论计算模型相比摩擦驱动更简单，便于理论分析计算。
值得注意的是，在实际运用中环形底座1上凸台2的数量取决于环形定子3的行波的波数，具体地，使环形底座1上凸台2的数量为环形定子3的行波的波数的n倍即可，其中，n为正整数，保证在任意时刻环形定子3与转子的接触点的情况是一致的，从而保证转子转动的稳定性。凸台2的厚度远小于圆环形底座1的厚度。而凸台2的环宽需要根据环形定子3表面行波缝的位置确定；凸台2的大小设置应保证，环形定子3振动时只与转子在凸台2处发生接触。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具存特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种凸台型行波微马达转子，其特征在于：包括圆环形底座，所述圆环形底座靠近行波微马达的环形定子的一面上设置有若干个周向均匀排列的凸台，所述环形定子与转子只在所述凸台处发生接触。
2.根据权利要求1所述的凸台型行波微马达转子，其特征在于：所述圆环形底座的大小与行波微马达的环形定子的大小相匹配。
3.根据权利要求1所述的凸台型行波微马达转子，其特征在于：所述凸台呈扇环形，所述凸台的内径大于所述环形底座的内径，所述凸台的外径小于所述环形底座的外径。
4.根据权利要求3所述的凸台型行波微马达转子，其特征在于：所述凸台的环宽根据所述环形定子表面行波缝的位置确定。
5.根据权利要求4所述的凸台型行波微马达转子，其特征在于：所述凸台的厚度小于所述圆环形底座的厚度。
6.根据权利要求1所述的凸台型行波微马达转子，其特征在于：所述圆环形底座与所述凸台一体成型。
7.根据权利要求1所述的凸台型行波微马达转子，其特征在于：所述圆环形底座与所述凸台的材料均为硅。
8.根据权利要求1所述的凸台型行波微马达转子，其特征在于：所述凸台的数量为所述环形定子的行波的波数的n倍；其中，n为正整数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810318924.4A CN108448929A (zh) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | 一种凸台型行波微马达转子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810318924.4A CN108448929A (zh) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | 一种凸台型行波微马达转子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108448929A true CN108448929A (zh) | 2018-08-24 |
Family
ID=63199160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810318924.4A Pending CN108448929A (zh) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | 一种凸台型行波微马达转子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108448929A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1035213A (zh) * | 1987-12-29 | 1989-08-30 | 精工电子工业株式会社 | 行波电机 |
| US20050001516A1 (en) * | 2003-05-27 | 2005-01-06 | Kenji Uchino | Piezoelectric motor and method of exciting an ultrasonic traveling wave to drive the motor |
| CN102751905A (zh) * | 2012-06-25 | 2012-10-24 | 南京航空航天大学 | 新型双齿面旋转超声电机定子及其激励方式 |
| CN106533254A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-03-22 | 哈尔滨工业大学 | 三自由度球形转子超声电机定子基体 |
-
2018
- 2018-04-11 CN CN201810318924.4A patent/CN108448929A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1035213A (zh) * | 1987-12-29 | 1989-08-30 | 精工电子工业株式会社 | 行波电机 |
| US20050001516A1 (en) * | 2003-05-27 | 2005-01-06 | Kenji Uchino | Piezoelectric motor and method of exciting an ultrasonic traveling wave to drive the motor |
| CN102751905A (zh) * | 2012-06-25 | 2012-10-24 | 南京航空航天大学 | 新型双齿面旋转超声电机定子及其激励方式 |
| CN106533254A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-03-22 | 哈尔滨工业大学 | 三自由度球形转子超声电机定子基体 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101867080A (zh) | 一种体硅微机械谐振器及制作方法 | |
| CN102509844B (zh) | 一种微机械圆盘谐振器及制作方法 | |
| CN100395581C (zh) | 致动器 | |
| CN110197789B (zh) | SiC单晶片的超声辅助电化学机械抛光加工装置及方法 | |
| WO2018153091A1 (zh) | 一种多辐条型超声电机 | |
| CN111049424B (zh) | 一种压电调速电机及其驱动控制方法 | |
| Osakabe et al. | Surface acoustic wave linear motor using silicon slider | |
| CN103023372A (zh) | 单相驱动的贴片式纵扭超声微电机 | |
| CN112202359B (zh) | 单模态协同工作的中空压电作动器及其工作方法 | |
| CN108448929A (zh) | 一种凸台型行波微马达转子 | |
| CN107834899B (zh) | 一种调节超声电机两相模态频率差和转向的方法 | |
| CN102055373B (zh) | 多转子圆筒形大力矩超声波电机 | |
| CN106452170A (zh) | 一种声表面波旋转马达 | |
| CN107332460B (zh) | 一种高性能压电单晶贴片式环型超声电机用振子 | |
| TWI545883B (zh) | Spin motors and spin-rotating components | |
| JPS59232420A (ja) | ドライエツチング装置 | |
| CN110299867A (zh) | 一种四足驱动旋转超声波电机 | |
| CN105305873A (zh) | 纵扭复合激振超声电机、驱动平台及其驱动方法 | |
| JPH03190127A (ja) | 磁場発生装置およびこれを備えたドライプロセス装置 | |
| CN209291971U (zh) | 一种超声辅助的纳米薄膜制备装置 | |
| CN105515440B (zh) | 无冲击矩形板压电直线微电机 | |
| CN101887864B (zh) | 三维封装方法 | |
| CN111217322B (zh) | 一种旋转结构的制备方法以及旋转结构 | |
| CN111232917B (zh) | 一种旋转结构的制备方法以及旋转结构 | |
| JP2014041904A (ja) | 樹脂膜のパターニング方法およびそれを用いたセンサの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180824 |