低压驱动压电微电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压电微电机，尤其涉及一种低压驱动压电微电机。
【背景技术】
[0002]压电电机利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转化为定子的振动能，定子再通过摩擦驱动转子旋转或运动部件做直线运动，当其工作频率在超声波范围(>20kHz)，也称作超声电机。与传统的电磁电机相比，压电电机具有结构紧凑、力矩大、响应快、位移分辨率高、抗电磁干扰能力强、安静无噪声等独特的优点，特别是在微型化领域的压电微电机。在电机直径小于I Omm时，传统电磁电机转矩和效率下降很快，而压电微电机则不会，使其在微型化领域具有巨大优势。
[0003]目前已经出现了各种压电陶瓷柱压电电机和贴片式压电电机，但是，压电陶瓷柱电极间的距离较大，例如，方柱形的陶瓷柱压电电机的陶瓷柱的四个面分别作为一个电极，相对的两个面上的电极距离等于陶瓷柱的横截面变长。因此，其需要的激励电压往往高达几百伏，且不易实现低压驱动，不利于普及应用。虽然对贴片式压电电机所用的压电陶瓷片若进一步减薄可以得到更强的电场强度，但在工艺上很困难:在极化和制作电机时，压电陶瓷片容易破裂。
[0004]因此，本领域的技术人员致力于开发一种低压驱动压电微电机，实现较低的激励电压对压电微电机的驱动。
【发明内容】
[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种低压驱动压电微电机，通过设计布置在陶瓷柱表面的电极，实现较低的激励电压即能驱动压电微电机。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种压电微电机，包括定子和转子，所述定子包括压电陶瓷柱，所述压电陶瓷柱的上设置有用于抵触所述转子以通过摩擦力驱动所述转子的金属匹配端，其特征在于，所述压电陶瓷柱的表面布置有多个叉指电极，所述压电微电机的激励电压加载于所述叉指电极上。
[0007]进一步地，各个所述叉指电极皆相同；每个所述叉指电极由彼此相对的第一电极部分和第二电极部分构成;所述第一电极部分和所述第二电极部分中的一个被加载所述激励电压，另一个接地。
[0008]可选地，所述压电陶瓷柱为直柱体，其横截面为中心对称图形，其表面上均匀地布置4个所述叉指电极;每个所述叉指电极的所述第一电极部分和所述第二电极部分中的叉指皆沿所述压电陶瓷柱的中轴线延伸；
[0009]所述4个叉指电极中一对彼此相对的两个所述叉指电极关于经过所述中轴线的一个平面对称，构成第一叉指电极组；另外一对彼此相对的两个所述叉指电极关于经过所述中轴线的一个平面对称，构成第二叉指电极组；
[0010]所述激励电压包括彼此间相位差为90度的第一激励电压和第二激励电压，所述第一激励电压加载在所述第一叉指电极组上，所述第二激励电压加载在所述第二叉指电极组上；
[0011]所述第一叉指电极组中，两个所述叉指电极的彼此对称的所述第一电极部分上加载的电压相反，两个所述叉指电极的彼此对称的所述第二电极部分上加载的电压相反;所述第二叉指电极组中，两个所述叉指电极的彼此对称的所述第一电极部分上加载的电压相反，两个所述叉指电极的彼此对称的所述第二电极部分上加载的电压相反。
[0012]可选地，所述压电陶瓷柱为直柱体，其横截面为中心对称图形，其表面上均匀地布置4个所述叉指电极;每个所述叉指电极的所述第一电极部分和所述第二电极部分中的叉指皆沿所述压电陶瓷柱的中轴线延伸；
[0013]所述4个叉指电极中一对彼此相对的两个所述叉指电极关于经过所述中轴线的一个平面对称，构成第一叉指电极组；另外一对彼此相对的两个所述叉指电极关于经过所述中轴线的一个平面对称，构成第二叉指电极组；
[0014]所述激励电压包括彼此间相位差为90度的第一激励电压和第二激励电压以及反相的所述第一激励电压和反相的所述第二激励电压，所述第一激励电压和所述反相的第一激励电压分别加载在所述第一叉指电极组的所述两个叉指电极上，所述第二激励电压和所述反相的第二激励电压分别加载在所述第二叉指电极组的所述两个叉指电极上；
[0015]所述第一叉指电极组中，两个所述叉指电极的彼此对称的所述第一电极部分上加载的电压相同，两个所述叉指电极的彼此对称的所述第二电极部分上加载的电压相同；所述第二叉指电极组中，两个所述叉指电极的彼此对称的所述第一电极部分上加载的电压相同，两个所述叉指电极的彼此对称的所述第二电极部分上加载的电压相同。
[0016]进一步地，所述压电微电机还包括两个所述金属匹配端和两个所述转子;所述压电陶瓷柱的中心具有通孔，所述通孔从所述压电陶瓷柱的一个端面沿所述中轴线延伸到另一个端面;所述两个金属匹配端分别设置在所述压电陶瓷柱的所述两个端面上，所述两个转子分别与所述两个金属匹配端相抵触;所述金属匹配端为环状体，其中间通孔与所述压电陶瓷柱的所述通孔相连通;两个转子通过输出轴相连，所述输出轴贯穿两个所述金属匹配端的所述中间通孔和所述压电陶瓷柱的所述通孔。
[0017]可选地，所述压电陶瓷柱为中空的方形柱，所述4个叉指电极分别分布在所述压电陶瓷柱的所述两个端面之间的4个表面上;所述4个表面彼此绝缘。
[0018]进一步地，所述压电陶瓷柱包括中空的金属方形柱和4个陶瓷片，所述4个陶瓷片分别粘贴在所述金属方形柱的4个侧面上，所述4个陶瓷片的表面为所述压电陶瓷柱的所述4个表面。
[0019]可选地，所述压电陶瓷柱为中空的圆形柱，沿平行于所述中轴线的方向，所述压电陶瓷柱的所述两个端面之间的表面被分为4个相同的表面部分，所述4个表面部分彼此绝缘;所述4个叉指电极分别分布在所述压电陶瓷柱的所述4个表面部分上。
[0020]进一步地，所述压电陶瓷柱包括中空的金属圆形柱和4个陶瓷片，所述4个陶瓷片分别粘贴在所述金属圆形柱的侧面上，所述4个陶瓷片的表面为所述压电陶瓷柱的所述4个表面部分。
[0021]进一步地，所述压电微电机还包括两个预紧力机构，所述两个预紧力机构分别设置在所述两个转子上;所述预紧力机构对所述转子施加朝向所述定子方向的压力，以使所述转子保持抵触在所述金属匹配端上。
[0022]进一步地，所述预紧力机构包括蝶形弹簧和卡箍。
[0023]在本发明的较佳实施方式中，提出了利用叉指电极对压电陶瓷柱进行极化、激励和构造的压电微电机，其由定子、转子和预压力系统组成。定子由压电陶瓷和金属件匹配组成，其中压电陶瓷柱为中空的圆形柱或方形柱，其与设置在其两端的金属驱动端构成中空定子。定子的外表面上有四组均匀轴向布置的叉指状电极，电极制作在压电陶瓷柱的外表面上，四组电极均分为两对，对称布置的为一对，极化方向相反。每组叉指状电极中，一路电极接激励信号，另一路电极接地，叉指状电极用于压电陶瓷柱的极化和激励。激励时，压电陶瓷柱上相对的两组叉指状电极为一组，连接相同的驱动信号，两对电极上激励信号的相位差在理论上为90度。采用定子的两个同频的一阶弯曲共振模态频率作为工作频率。在两组叉指状电极上施加相位差位90度的激励信号，将在定子上激励出弯曲摇头振动，使得定子与转子相接触的驱动端面上的质点的运动轨迹为椭圆。在本发明的其他较佳实施方式中，压电陶瓷柱由中空的金属圆形柱或金属方形柱和四片贴在金属柱外表面的压电陶瓷片构成，四组均匀轴向布置的叉指状电极分别制作在四片压电陶瓷片的外表面上。
[0024]由此可见，本发明的压电微电机利用叉指电极对压电陶瓷进行极化和激励，配合金属匹配端构造定子。该压电微电机能实现低压驱动，并易于微型化。其在生物、医疗、微机械、自动控制、光学镜头、机器人和航空航天国防科技等领域有着广阔的应用前景。
[0025]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0026]图1是本发明的压电微电机的结构示意图。
[0027]图2显示了在一个较佳的实施例中，本发明的压电微电机的定子的压电陶瓷柱。
[0028]图3是图2所示的本发明的压电微电机的定子。
[0029]图4显示了在第二个较佳的实施例中，本发明的压电微电机的定子的压电陶瓷柱。
[0030]图5是图4所示的本发明的压电微电机的定子。
[0031]图6显示了在第三个较佳的实施例中，本发明的压电微电机的定子。
[0032]图7显示了图6所示的本发明的压电微电机的定子的压电陶瓷片。
【具体实施方式】
[0033]如图1所示，本发明的压电微电机包括一个定子、设置