本發(fā)明涉及智能微型器件的，具體而言，涉及一種基于pcb技術(shù)的平面超聲旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、對于食品行業(yè)的質(zhì)量檢測、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的醫(yī)療診斷以及航空航天領(lǐng)域的遙感遙測領(lǐng)域，往往需要采集目標(biāo)場景或樣品多個(gè)譜段的光譜信息，將它們進(jìn)行對比、融合，有效地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的識(shí)別、分類以及追蹤等，這些要求是單波段成像系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)，隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，小型化和集成化光譜成像系統(tǒng)已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢。

2、濾光輪式光譜成像系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、不損失空間分辨率、低成本等優(yōu)勢，但是，現(xiàn)有的濾光輪大多采用電磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)，難以滿足小型化需求，超聲電機(jī)與傳統(tǒng)的電磁電機(jī)相比，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，有望在微小型光譜成像領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用場景。

3、超聲電機(jī)的原理是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，使得彈性體定子在超聲頻段產(chǎn)生振動(dòng)，通過轉(zhuǎn)子和彈性體定子之間的摩擦耦合獲得扭矩和運(yùn)動(dòng)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)，現(xiàn)有超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)以實(shí)心軸式為主，主要代表為日本新生公司研發(fā)的?usr?系列，這類電機(jī)可實(shí)現(xiàn)較大的輸出力矩，但難以滿足光譜成像、機(jī)器人、醫(yī)療器械、高檔汽車等特殊應(yīng)用場景的需求。

4、相較于傳統(tǒng)實(shí)心軸式電機(jī)，中空式超聲電機(jī)可自由安裝濾波芯片及偏振芯片等光學(xué)元器件，極大提高了空間利用率，便于系統(tǒng)裝配集成，從而進(jìn)一步可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的一體化和芯片化，但對于中空式超聲電機(jī)體積縮小的情況下，傳統(tǒng)的機(jī)械定子結(jié)構(gòu)中心孔比較大，定子腹板尺寸較短，導(dǎo)致定子振動(dòng)模態(tài)分離不徹底、定子剛度與強(qiáng)度較低、定子振動(dòng)幅值偏小、靈活性低等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是減小體積、實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)、提高通用性、提高靈活性，為克服以上現(xiàn)有技術(shù)（或相關(guān)技術(shù)）的缺陷，本發(fā)明提供一種基于pcb技術(shù)的平面超聲旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其制備方法。

2、本發(fā)明提供一種基于pcb技術(shù)的平面超聲旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，包括：

3、一第一定子，所述第一定子包括同軸設(shè)置的第一壓電陶瓷環(huán)、第二壓電陶瓷環(huán)和第一圓形pcb板，所述第一壓電陶瓷環(huán)和所述第二壓電陶瓷環(huán)分別固定于所述第一圓形pcb板的兩端，所述第一圓形pcb板上開設(shè)有貫穿的多個(gè)第一通孔和第一螺紋孔，各所述第一螺紋孔以所述第一圓形pcb板的軸為軸心呈圓周陣列分布；

4、一第二定子，所述第二定子包括同軸設(shè)置的第三壓電陶瓷環(huán)、第四壓電陶瓷環(huán)和第二圓形pcb板，所述第三壓電陶瓷環(huán)和所述第四壓電陶瓷環(huán)分別固定于所述第二圓形pcb板的兩端，所述第二圓形pcb板上開設(shè)有貫穿的多個(gè)第二通孔和第二螺紋孔，各所述第二螺紋孔以所述第二圓形pcb板的軸為軸心呈圓周陣列分布，各所述第二通孔和各所述第一通孔的數(shù)量相同且位置一一對應(yīng)，各所述第二螺紋孔和各所述第一螺紋孔的數(shù)量相同且位置一一對應(yīng)；

5、一轉(zhuǎn)子，設(shè)于所述第一定子和所述第二定子之間；

6、數(shù)量與各所述第一螺紋孔或各所述第二螺紋孔適配的多個(gè)軸承，設(shè)于所述第一定子和所述第二定子之間，各所述軸承的外周壁和所述轉(zhuǎn)子的外周壁相抵接以對所述轉(zhuǎn)子進(jìn)行限位，通過螺栓依次穿過各所述第一螺紋孔、各所述軸承和各所述第二螺紋孔對所述第一定子和所述第二定子進(jìn)行固定。

7、本發(fā)明一種基于pcb技術(shù)的平面超聲旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

8、本發(fā)明中提出雙定子單轉(zhuǎn)子的中空結(jié)構(gòu)，在縮小電機(jī)體積的同時(shí)，保證電機(jī)有充足的扭矩，并且以第一圓形pcb板和第二圓形pcb板為基板，將第一壓電陶瓷環(huán)和第二壓電陶瓷環(huán)通過回流焊方式固定在第一圓形pcb板的兩端，將第三壓電陶瓷環(huán)和第四壓電陶瓷環(huán)通過回流焊方式固定在第二圓形pcb板的兩端，相較于傳統(tǒng)定子的粘貼式固定,可實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)并提高可靠性，且本發(fā)明中的平面超聲旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以根據(jù)第一定子、第二定子的不同內(nèi)徑大小，依據(jù)壓電陶瓷環(huán)的粒子束、接線寬度、間距，進(jìn)而定制不同尺寸的電極，電機(jī)中可供安裝不同尺寸的光學(xué)元件構(gòu)建得到相關(guān)器件，提高了通用性和靈活性。

9、在一種可能的實(shí)施方式中，所述第一圓形pcb板上開設(shè)有三個(gè)所述第一通孔，所述第二圓形pcb板上開設(shè)有三個(gè)所述第二通孔，各所述第一通孔和各所述第二通孔用于激勵(lì)源的輸入，分別對應(yīng)sin、cos和gnd。

10、在一種可能的實(shí)施方式中，所述第一壓電陶瓷環(huán)、所述第二壓電陶瓷環(huán)、所述第三壓電陶瓷環(huán)和所述第四壓電陶瓷環(huán)兩兩之間的極化方向相反，所述激勵(lì)源施加在所述第一壓電陶瓷環(huán)與所述第二壓電陶瓷環(huán)上的正弦波信號(hào)和施加在所述第三壓電陶瓷環(huán)與所述第四壓電陶瓷環(huán)上的正弦波信號(hào)之間具有90度相位差，以在所述第一定子和所述第二定子上產(chǎn)生兩個(gè)正交的振動(dòng)模式。

11、在一種可能的實(shí)施方式中，所述第一圓形pcb板和所述第二圓形pcb板的兩端對稱設(shè)置四組電極，每組所述電極之間通過所述第一通孔或所述第二通孔電連接，四組所述電極分別對應(yīng)sin、gnd、cos和gnd，以使所述第一定子和所述第二定子產(chǎn)生的行波向同一方向驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子。

12、在一種可能的實(shí)施方式中，所述第一圓形pcb板上開設(shè)有五個(gè)所述第一通孔，所述第二圓形pcb板上開設(shè)有五個(gè)所述第二通孔，各所述第一通孔和各所述第二通孔用于激勵(lì)源的輸入，分別對應(yīng)sin、cos、-sin、-cos和gnd。

13、在一種可能的實(shí)施方式中，所述第一壓電陶瓷環(huán)、所述第二壓電陶瓷環(huán)、所述第三壓電陶瓷環(huán)和所述第四壓電陶瓷環(huán)在gnd處的極化方向一致，所述激勵(lì)源分別施加給第一壓電陶瓷環(huán)、所述第二壓電陶瓷環(huán)、所述第三壓電陶瓷環(huán)和所述第四壓電陶瓷環(huán)一個(gè)獨(dú)立的正弦波信號(hào)以產(chǎn)生四個(gè)獨(dú)立的振動(dòng)模式。

14、在一種可能的實(shí)施方式中，所述第一圓形pcb板和所述第二圓形pcb板的兩端對稱設(shè)置八組電極，每組所述電極之間通過所述第一通孔或所述第二通孔電連接，八組所述電極分別對應(yīng)sin、gnd、cos、gnd、-sin、gnd、-cos和gnd，以使所述第一定子和所述第二定子產(chǎn)生的行波向同一方向驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子。

15、在一種可能的實(shí)施方式中，各所述第一通孔沿所述第一圓形pcb板的軸向呈圓周陣列分布，各所述第二通孔沿所述第二圓形pcb板的軸向呈圓周陣列分布。

16、在一種可能的實(shí)施方式中，所述第一圓形pcb板上開設(shè)有三個(gè)所述第一螺紋孔，所述第二圓形pcb板上開設(shè)有三個(gè)所述第二螺紋孔。

17、本發(fā)明還提供一種基于pcb技術(shù)的平面超聲旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)制備方法，應(yīng)用于上述的基于pcb技術(shù)的平面超聲旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，包括以下步驟：

18、步驟s1，繪制第一圓形pcb板和第二圓形pcb板的pcb板三維模型；

19、步驟s2，將所述pcb板三維模型導(dǎo)入至altium?designer中依次執(zhí)行布線操作和電路板加工操作得到開設(shè)有多個(gè)第一螺紋孔的所述第一圓形pcb板和開設(shè)有多個(gè)第二螺紋孔的所述第二圓形pcb板；

20、步驟s3，采用點(diǎn)膠機(jī)將第一壓電陶瓷環(huán)和第二壓電陶瓷環(huán)粘結(jié)至所述第一圓形pcb板的兩端形成第一定子，并將第三壓電陶瓷環(huán)和第四壓電陶瓷環(huán)粘結(jié)至所述第二圓形pcb板的兩端形成第二定子；

21、步驟s4，利用鋼網(wǎng)在所述第一壓電陶瓷環(huán)和所述第二壓電陶瓷環(huán)之間以及所述第三壓電陶瓷環(huán)和所述第四壓電陶瓷環(huán)之間填充焊錫，隨后利用回流焊技術(shù)焊接固定所述第一壓電陶瓷環(huán)、所述第二壓電陶瓷環(huán)、所述第三壓電陶瓷環(huán)和所述第四壓電陶瓷環(huán)；

22、步驟s5，將凸起的焊錫打磨至與同位置的壓電陶瓷環(huán)的表面平齊；

23、步驟s6，加工轉(zhuǎn)子，并在所述轉(zhuǎn)子的上下表面粘結(jié)一層摩擦層材料；

24、步驟s7，將所述第一定子、所述第二定子和所述轉(zhuǎn)子平行放置并同軸心裝配，將多個(gè)軸承置于所述第一定子和所述第二定子之間，通過螺栓依次穿過各所述第一螺紋孔、各軸承和各所述第二螺紋孔進(jìn)行固定，得到平面超聲旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

25、本發(fā)明一種基于pcb技術(shù)的平面超聲旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

26、本發(fā)明中通過步驟s1進(jìn)行pcb板三維模型的繪制，通過步驟s2進(jìn)行布線和電路板加工，通過步驟s3進(jìn)行壓電陶瓷環(huán)的粘結(jié)，通過步驟s4進(jìn)行壓電陶瓷環(huán)的焊接固定，通過步驟s5進(jìn)行焊錫的打磨，通過步驟s6進(jìn)行轉(zhuǎn)子的加工，通過步驟s7進(jìn)行第一定子、第二定子、轉(zhuǎn)子的裝配固定，采用雙定子單轉(zhuǎn)子的中空結(jié)構(gòu)，在縮小電機(jī)體積的同時(shí)，保證電機(jī)有充足的扭矩。