低压驱动压电微电机的制作方法_2

文档序号:9790421阅读:来源:国知局
在定子两端的两个转子21和22、将两个转子21和22分别地压迫在定子两端的两个预压力机构和输出轴40。定子由中空的压电陶瓷柱10和设置在其两端的两个金属匹配端11和12组成。预压力机构套设在输出轴40上,包括蝶形弹簧和卡箍。具体地,卡箍31和碟形弹簧32构成一个预压力机构,对转子21施加一个指向定子的压力,以使转子21紧贴在金属匹配端11的表面;卡箍33和碟形弹簧34构成另一个预压力机构,对转子22施加一个指向定子的压力,以使转子22紧贴在金属匹配端12的表面。输出轴40依次贯穿卡箍31、碟形弹簧32、金属匹配端11、压电陶瓷柱10、金属匹配端12、碟形弹簧34和卡箍33,卡箍31和33在输出轴40上的位置被设定为使碟形弹簧32和34处于压缩变形的状态,转子21和22被固定在转动轴40上。定子驱动转子21和22发生转动,转子21和22带动转动轴40—起转动。
[0034]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110,其为中空的方形柱。即,其中具有沿其中心轴延伸的通孔,该通孔从其一端延伸到其另一端。较佳地,其横截面(垂直于其中心轴的截面)是中心对称的,本实施例中为中心具有圆孔的正方形。更优选地,其四条侧棱处有倒角。
[0035]由此,本实施例中的压电陶瓷柱110具有4个彼此间绝缘的表面(不考虑其两个端部处的表面),每一个表面上布置有一个叉指电极,用于加载本发明的压电微电机的激励电压。这4个叉指电极具有完全相同的结构,其叉指皆沿平行于中心轴的方向延伸。每一个叉指电极由彼此相对的两个电极部分构成,例如电极部分111和电极部分112构成一个叉指电极,电极部分111为该叉指电极的第一电极部分,电极部分112为该叉指电极的第二电极部分;电极部分113和电极部分114构成另一个叉指电极,电极部分113为该叉指电极的第一电极部分,电极部分114为该叉指电极的第二电极部分。压电陶瓷柱110上,与电极部分111和电极部分112构成的叉指电极所在的表面相对的表面上的叉指电极(未示出)的第一电极部分和电极部分111关于这两个表面的中心对称面(第一中心对称面)对称,上述叉指电极的第二电极部分和电极部分112也关于第一中心对称面对称;这两个叉指电极构成第一叉指电极组;类似地,与电极部分113和电极部分114构成的叉指电极所在的表面相对的表面上的叉指电极(未示出)的第一电极部分和电极部分113关于这两个表面的中心对称面(第二中心对称面)对称,上述叉指电极的第二电极部分和电极部分114也关于第二中心对称面对称;这两个叉指电极构成第二叉指电极组。
[0036]在本实施例中,本发明的压电微电机的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,例如第一激励电压为正弦信号,第二激励电压为余弦信号;或者相反。使用时,第一激励电压加载在第一叉指电极组的两个叉指电极中一个的第一电极部分和另一个的第二电极部分上,这两个叉指电极的其他电极部分接地;第二激励电压加载在第二叉指电极组的两个叉指电极中一个的第一电极部分和另一个的第二电极部分上,这两个叉指电极的其他电极部分接地。加载了激励电压的本发明的压电微电机的压电陶瓷柱110的表面被极化,如图2中的空心箭头(绘制在每两个叉指间的两个箭头中的下方的箭头)所示,图2中还示出了叉指间形成的电场,如实心箭头(绘制在每两个叉指间的两个箭头中的上方的箭头)所示。
[0037]由于压电陶瓷柱110的4个表面皆被极化,定子上激励出空间上相位差为90度的两个一阶弯曲振动,合成为定子的弯曲摇头振动,使得定子与两个转子21、22相接触的驱动端面上的质点的运动轨迹为椭圆,定子通过摩擦力驱动转子,使转子单向旋转,例如顺时针旋转。当将第一、第二激励电压互换,转子将发生反方向的旋转,例如逆时针旋转。其原理具体地为:
[0038]压电陶瓷柱110的4个表面被极化时,各个叉指电极中的一个电极部分接地,另一个电极部分接高压直流源,由此在压电陶瓷的内部,在这两个电极部分之间形成弯曲极化电场,使得压电陶瓷晶粒方向往电场方向改变,压电陶瓷得到极化。对这些叉指电极施加如上述激励时,在两个电极部分之间施加交变电场,电场的方向在压电陶瓷内部也是弯曲的,但几乎与极化方向相同。由于压电陶瓷的浅表层极化充分,深层极化程度很弱,因此,利用压电陶瓷的d31逆压电效应,压电陶瓷会随着交变电场的变化沿着轴向伸长或缩短,但浅表层伸长量大,深层伸长量相对小,若仅仅一组叉指电极(两个电极)激励,将激励出压电陶瓷柱的弯曲振动。若激励频率与压电陶瓷柱的弯曲振动模态频率相同,则会激励出压电陶瓷柱的弯曲共振。若在定子上同时激励出两个振动相位差为90度的相互垂直的弯曲振动,则能合成为定子的弯曲摇头振动。由此,定子与转子相接触,定子通过摩擦驱动转子旋转,构成微电机。
[0039]在其他实施例中,本发明的压电微电机的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第一激励电压和反相的第二激励电压,例如第一激励电压为正弦信号,第二激励电压为余弦信号;或者相反。使用时,第一激励电压加载在第一叉指电极组的两个叉指电极中一个的第一电极部分上,反相的第一激励电压加载在另一个的第一电极部分上,这两个叉指电极的其他电极部分接地;第二激励电压加载在第二叉指电极组的两个叉指电极中一个的第一电极部分上,反相的第二激励电压加载在另一个的第一电极部分上,这两个叉指电极的其他电极部分接地。加载了激励电压的本发明的压电微电机的压电陶瓷柱110的表面被极化,其叉指间电场和其表面的极化方向与图2中的实心箭头和空心箭头所示的一样。这样的激励电压的加载方式也能够使压电陶瓷柱110的4个表面被极化,定子上激励出空间上相位差为90度的两个一阶弯曲振动,合成为定子的弯曲摇头振动,使得定子与两个转子21、22相接触的驱动端面上的质点的运动轨迹为椭圆,定子通过摩擦力驱动转子旋转。同样地,将第一、第二激励电压互换,转子发生反方向的旋转。
[0040]在压电陶瓷柱110的两端分别设置金属匹配端11、12,即构成定子,如图3所示。本实施例中的金属匹配端11、12为环状体,具体地为圆环状,套设在压电陶瓷柱110的两端。金属匹配端11、12的中间通孔用于供输出轴40穿过。
[0041]图4显示了在另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210,其为中空的圆形柱。即,其中具有沿其中心轴延伸的通孔,该通孔从其一端延伸到其另一端。较佳地,其横截面(垂直于其中心轴的截面)是中心对称的,本实施例中为圆环形。
[0042]沿平行于压电陶瓷柱210的中轴线的方向,将其两个端面之间的表面分为4个相同的表面部分,4个表面部分彼此绝缘,每一个表面部分上布置有一个叉指电极,用于加载本发明的压电微电机的激励电压。这4个叉指电极具有完全相同的结构,其叉指皆沿平行于中心轴的方向延伸。每一个叉指电极由彼此相对的两个电极部分构成,例如电极部分211和电极部分212构成一个叉指电极,电极部分211为该叉指电极的第一电极部分,电极部分212为该叉指电极的第二电极部分;电极部分213和电极部分214构成另一个叉指电极,电极部分213为该叉指电极的第一电极部分,电极部分214为该叉指电极的第二电极部分。压电陶瓷柱210上,与电极部分211和电极部分212构成的叉指电极所在的表面部分相对的表面部分上的叉指电极(未示出)的第一电极部分和电极部分211关于这两个表面部分的中心对称面(第一中心对称面)对称,上述叉指电极的第二电极部分和电极部分212也关于第一中心对称面对称;这两个叉指电极构成第一叉指电极组;类似地,与电极部分213和电极部分214构成的叉指电极所在的表面部分相对的表面部分上的叉指电极(未示出)的第一电极部分和电极部分213关于这两个表面部分的中心对称面(第二中心对称面)对称,上述叉指电极的第二电极部分和电极部分214也关于第二中心对称面对称;这两个叉指电极构成第二叉指电极组。
[0043]与前一个实施例相同地,在本实施例中,本发明的压电微电机的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,例如第一激励电压为正弦信号,第二激励电压为余弦信号;或者相反。在其他实施例中,本发明的压电微电机的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第一激励电压和反相的第二激励电压,例如第一激励电压为正弦信号,第二激励电压为余弦信号;或者相反。这两种激励电压的在各个电极部分上的加载方式与前一个实施例相同,在此不赘述。同样地,加载了激励电压的本发明的压电微电机的压电陶瓷柱210的表面被极化,如图4中的空心箭头(绘制在每两个叉指间的两个箭头
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