CN2252448Y - 一种压电超声电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种压电超声电机，主要由定子、转子、轴承、外壳和激励电源构成。电机的转子座落在电机定子公共电极支承面上，且朝向定子公共电极的转子面上有等距齿的环齿层。本实用新型压电超声电机，既避免了传统结构转子对扇形电极的损伤，又避免了金属型转子接触扇形电极引起的短路。配上本实用新型中的转子，可较好地利用压电定子高速振动，转变成转子的旋转，是一种结构简单，可采用平面工艺制成微型压电超声电机的设计。

Description

一种压电超声电机

本实用新型涉及一种薄型压电超声电机，属于利用压电效应的电动机。

压电超声电机是一种利用压电材料的压电效应，电激励压电材料，产生弯曲变形振动，以超声波振动取代电磁能，直接将电能变成机械能输出驱动的电机。压电超声电机的理论，60年代末、70年代初起源于前苏联。由于压电超声电机有许多独特的优点，美国、日本等国都相继开展了研究。目前世界各国，约有300多家研究机构和公司在进行压电超声电机的研究和开发，并申请了专利。瑞士发明人R·卢蒂埃1993年7月19日向中国专利局申请了发明专利《压电马达》，专利申请号93108703.1。在这件发明专利申请中，发明人公开了一种适用于钟表的小厚度压电马达。它包括一支承；一固定于支承上的定子；适于被电激振，以便在定子内激发振动的压电装置；一安装后相对于支承转动的转子，转子包括一转子体，其上装有传递装置，后者适于将定子的振动传到转子，以便驱动转子转动；适于将转子支承在定子上的弹性支承装置，其特征在于转子体由构件构成，至少沿定子方向它能弹性变形，并至少部分构成支承装置。美国人Anita M.Flynn等1992年5月在“微电子机械系统”杂志1卷1号上发表了“用于微机器人的压电微马达”[“Piezoelectric Micromotors for Microrobots”Journal of Microelectro mechanical Systems，Vol.1.NO.1March 1992]。文章公开了一种行波压电微马达。这种行波压电微马达的定子由硅<100>衬底上沉积的氮化硅、钛附着层、铂金底电极、PZT压电薄膜以及PZT薄膜上的上电极构成，转子是一片示意性的玻璃镜片。上述二种压电马达的研制都达到了较高的研究水平。然而“小厚度压电马达”申请专利文件中没有描述压电马达定子电极的详细构造。马达转子的设计，尽管克服了传统单纯靠摩擦力驱动的设计方案，但转子构造比较复杂，倘若采用半导体平面工艺制作，工艺要求非常高。此外，美国人发表的“微机器人压电微马达”论文中，详细描述了马达定子及定子电极制作工艺和构造，但马达的转子仅为一演示性的玻璃棱镜，且玻璃棱镜转子完全借助摩擦力驱动，旋转。这种压电微马达虽然构造简单，制作工艺可采用半导体平面工艺，但转子无法定轴转动，更无机械耦合输出。为了克服上述超声压电马达的不足，本实用新型研究，改进并研制成一种薄型压电超声行波电机，并进而可采用半导体平面工艺制作超声压电微电机。

本实用新型的目的是改进压电超声马达的结构，在声阻大的衬底基座绝缘层上分布形成扇形电极和电源引线，用以与压电薄膜或压电薄片定子一面上的扇形电极对应连接成压电定子电极，且电极的电源引线在扇形电极同一平面上引出；压电定子的另一面为公共电极，公共电极的引线由靠中心轴的空隙处，通过衬底上预设的，与扇形电极同一平面的电源引线连出。此外，马达的转子设计成外环层上有等距齿的形状。转子有等距齿层的一面座落在压电定子公共电极上面，即定子共公电极面为转子的支承面。这样改进设计的结构，马达构造简单，既适合平面工艺制作，又较好地利用了压电定子高速振动转变成转子平面转动。

本实用新型压电超声行波电机主要由定子、转子、轴和激励驱动电源构成。其中，电机的定子由衬底基座、基座上的绝缘层、扇形电极、电源引线、压电薄膜或压电薄片、压电薄膜或压电薄片上的公共电极构成。电机转子上除设计有输出耦合齿轮外，主要特征在于，转子座落在定子上面，定子的公共电极面为转子的支承面，公共电极支承面上的转子有朝向定子面的等距齿环层。压电电机的定子通过中心轴固定在电机外壳底部，但除定子中心轴处外，定子其它部分不与电机外壳接触。电机的转子可通过转子上的轴承安装在中心轴上，微电机的转子也可直接通过转子中心孔，套装在中心轴上。电机电极引线，通过外壳上的接线点外联单相或多相交流信号源。当电机定子接通交流电源后，定子上的压电薄膜或薄片激励振动，定子的高速振动形变转变成转子平面旋转，且借助本实用新型转子上设计的等距齿层，电机将达到较好的旋转状态。

本实用新型的优点是，转子座落在定子公共电极面上不同于传统转子座落在扇形电极面上，既避免了转子对扇形电极的损伤，又可避免金属型转子连接扇形电极形成短路的麻烦，提高了马达的性能和寿命。此外，定子公共电极支承面上，朝向定子的转子齿环层设计，不但有利于定子振动形变转化成转子平面旋转，而且更易于采用机械或半导体平面工艺加工制作，是一种既可制造较大尺寸，又可采用IC平面工艺研制微型压电超声电机的，设计较为合理的压电电机结构。

附图说明

图1是本实用新型基座兼作公共电极的压电电机结构剖面图。其中，1轴承，2转子，3转子上的环齿层，4外壳，5交流讯号激励电源，6公共电极，7压电薄膜或薄片，8扇形电极，9基座，10轴。

图2是本实用新型基座不兼作公共电极的压电马达构造剖面图。其中，11是绝缘层。

图3是本实用新型压电超声电机扇形电极和引线分布图。其中，12是公共电极引线，13是扇形电极引线。

图4是本实用新型压电超声电机公共电极示意图。

图5是本实用新型压电超声电机转子构造剖面图。其中，14转子上的轴孔，15转子内面上的盲穴。

图6是本实用新型压电超声电机转子上等距齿环层的齿形示意图。

下面结合附图详细说明符合本实用新型主题的实施例。

实施例1

为使转子2座落在定子公共电极6面上，最简单的结构是金属基座9兼作公共电极6。采用厚度≤200μ，声阻大的黄铜片作定子基座9，将二面焙银面电极的环状压电薄片7一面刻蚀成8个扇区电极8，另一面为公共电极6。再将压电薄片7公共电极6面电接触粘连在基座9上形成一体，焊接上讯号电源5引出线12、13制造成定子。将定子公共电极6向上，扇形电极8朝下，中心轴10处固定安装在电机外壳4中心轴10上，定子其它部分不与外壳4接触，使制造成本实用新型压电超声电机的定子。压电超声电机的转子2直径小于定子直径，采用金属加工制成，其上有外连耦合齿轮和等距齿环层2。然后，在转子2中心轴孔14中安装上轴承1，使转子2环齿层3朝向定子公共电极6，套装在中心轴10上使制成转子2座落在定子公共电极6支承面上的本实用新型压电超声电机。

实施例2

本实用新型压电超声电机的另一种实施方法是，仍采用厚度小于200μ，声阻大的黄铜片作基座9。然后在基座9上涂复绝缘层11，耐压≥50伏，备用。电机定子上的压电薄片7二面焙银后，一面刻蚀成扇形电极8，另一面为公共电极6。焊接上电源引线12、13后，将刻好电极的压电薄片7，公共电极6朝上，扇区电极8向下，绝缘粘贴在基座9上，便制成本实用新型压电超声电机的另一种结构定子。再按实施例1方法将定子安装在电机外壳4中心轴10上，配上实施例1的转子2便制造成转子2座落在定子公共电极6支承面上的另一种压电超声电机。

实施例3

本实用新型压电超声电机还可采用半导体工艺在绝缘硅基片上制成与实施例2结构类同的微压电超声电机。

Claims (6)

1、一种压电超声电机，包括电机定子，转子，定子上的扇区电极，公共电极，外壳，轴承，交流信号驱动源，其特征在于有一个座落在电机定子公共电极支承面上的转子。

2、根据权利要求1所述的压电超声电机，其特征在于转子朝向定子公共电极支承面的一面上有等距齿的环齿层。

3、根据权利要求1所述的压电超声电机，其特征在于有中心轴处与电机外壳固定连接，定子其它部分不与外壳接触的定子。

4、根据权利要求1所述的压电超声电机，其特征在于电源引线和扇区电极在定子的同一边。

5、根据权利要求1所述的压电超声电机，其特征在于转子上有机械输出耦合齿轮。

6、根据权利要求1所述的压电超声电机，其特征在于不兼作公共电极的定子金属基座与电极之间有一层电绝缘层。

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