电热驱动外转子步进微马达.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102769370A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102769370A(43)申请公布日2012.11.07(21)申请号201210239787.8(22)申请日2012.07.12(71)申请人上海大学地址200444上海市宝山区上大路99号(72)发明人沈雪瑾王振禄周玲陈晓阳胡懿(74)专利代理机构上海上大专利事务所(普通合伙)31205代理人何文欣(51)Int.Cl.H02K37/24(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图33页(54)发明名称电热驱动外转子步进微马达(57)摘要本发明涉及一种电热驱动外转子步进微马达。它包括电热致动动器为和环形轮转子。电热致动器采用具有挠性的冷热臂电热致动器，能产生弧状往复运动。转子为环形轮，通过防黏附凸块支撑在衬底上，垂直衬底方向用约束罩约束，其内壁为棘齿，外壁为齿轮齿。微马达由电热致动器驱动，具有输出力矩大、转速低、操作电压小、电压与IC兼容、转速可调的特点。微马达用MEMS表面硅工艺制作，无需装配，结构简单，可应用在医疗、军事、航空航天、生物医学等领域。CN1027693ACN102769370A权利要求书1/1页1.一种电热驱动外转子步进微马达，包括定子和转子（5），其特征在于：定子为冷热臂电热致动器（3a、3b），转子（5）为环形轮；冷热臂电热致动器（3a、3b）的一端通过锚点固定在硅衬底平面（12）上，另一端为活动的驱动棘爪（4a、4b），该驱动棘爪（4a、4b）的棘齿与转子（5）的内棘齿（6）啮合，驱动棘爪（4a、4b）与内棘齿（6）之间有间隙，转子（5）为浮动轮，外周有标准渐开线轮齿（7），由4个周向均布的约束罩（8a、8b、8c、8d）约束，固定的电极（2a、2b）通过导线（9）与锚点（1）形成电连接，向冷热臂电热致动器（3a、3b）供电。2.根据权利要求1所述的电热驱动外转子步进微马达，其特征在于：所述冷热臂电热致动器（3a、3b）为U型单热臂电热致动器，或者为U型双热臂电热致动器。3.根据权利要求1所述的电热驱动外转子步进微马达，其特征在于：所述冷热臂电热致动器的数目可以为2个、4个或6个。4.根据权利要求1所述的电热驱动外转子步进微马达，其特征在于：所述转子（5）的内侧还设有1~2个止动棘爪（13a、13b）与转子（5）的内棘齿（6）啮合。5.根据权利要求1~5所述的电热驱动外转子步进微马达，其特征在于：所述定子和转子（5）用MEMS表面工艺制备，在硅衬底平面（12）上，有氮化硅层（11），氮化硅层（11）上有固定的用作导线的多晶硅层Poly0（9），在多晶硅层Poly0（9）上有固定的结构层Ploy2构成约束罩（8a、8b、8c、8d）和结构层Poly1的锚点（1），在Poly0（9）上有靠防粘附凸块（10）支撑的结构层Poly1构成冷热臂电热致动器（3a、3b）和转子（5）。2CN102769370A说明书1/3页电热驱动外转子步进微马达技术领域[0001]本发明涉及微机电系统（MEMS）技术领域中的微执行器类，特别涉及一种电热驱动外转子步进微马达。背景技术[0002]近几年，随着MEMS技术的不断发展和成熟，对输出力矩大、结构简单、速度适宜的微马达的需求逐渐增多。各类应用中对微马达的要求不尽相同，如光学和精密机械系统中用于元器件精确驱动和定位的微马达，要求速度高、响应快、小型化；用在航空航天领域的微马达，要求输出力矩大、效率高、重量轻、体积小、寿命长、可靠性高；用在微纳技术领域的微马达，既要求力矩大、小型化、效率高，又要求马达的转速适宜，与微纳加工工艺兼容。现有微马达主要有静电马达、电磁感应马达、超声波马达、压电陶瓷冲击式驱动马达等。1988年，美国加州大学伯克利分校的研究人员采用表面硅工艺制作了直径为120的静电微马达，该静电马达是MEMS领域出现最早的马达，直接利用静电力驱动转子，可小型化，与MEMS工艺兼容，但输出力矩小，转速高，无法直接应用，美国专利中Muller等人的专利“MicroMotorandMethodforTheirFabrication（专利号：5252881）”就是利用静电力驱动的微马达。电磁感应微马达输出力矩大、速度快，但线圈损耗大，结构不易小型化；超声波马达和表面声波马达近几年国内外也做了大量的研究。这些马达各具特点，但都很难直接应用在MEMS器件中。[0003]电热致动器利用温度变化产生形变致动，输出位移和力大、操作电压小、与IC兼容、运动可控，是现阶段MEMS可行的主要致动方式，可利用加热固体产生热膨胀致动，也可利用加热空气、液体等介质产生体积变化致动。电热致动器输入交变电压后产生往复直线运动，若通过合适的运动转换装置将其产生的往复