[发明专利]一种基于MEMS工艺的微波驱动微马达

说明书

本发明涉及一种基于MEMS工艺的微波驱动新型微马达，属于微机电系统与电机工程领域，其包括：定子(1)、转子(2)、驱动轴(3)、第一轴承(4)、第二轴承(5)、机壳(6)、微波源(7)及固定结构(8)。固定结构(8)与机壳(6)成一体化结构；转子(2)与驱动轴(3)为一体化结构，由固定结构(8)提供支撑横向固定于机壳(6)中；驱动轴(3)中间部位有一凹槽，定子(1)置于驱动轴(3)的凹槽内，转子(2)与第二轴承(5)相联接。定子(1)与转子(2)均为圆柱形的结构，两者都由PN结环形阵列结构构成，通过微波源(7)调制两者之间的静电力驱动转子(2)产生持续振动。

技术领域

本发明属于微机电系统与电机工程领域，具体涉及一种基于MEMS工艺的微波驱动微马达。

背景技术

近年来，科学技术发展的一个重要趋势是朝着快速度、大容量和微型化方向飞速迈进。其中尤以微、纳米技术、微机械技术、光学与光电子技术等的发展为主要代表。在许多特殊领域，需要采用特种性能的电机(或马达)作为动力源和运动源，例如在光学与精密机械系统中用于器件的精确驱动和定位的马达，要求速度高、响应快、尽可能小型化。

随着人类社会全面向信息化迈进，信息系统的微型化、多功能化和智能化是人们不断追求的目标，也是电子整机部门的迫切需求。信息系统的微型化不仅使系统体积大大减小、功能大大提高，同时也使性能、可靠性大幅度上升，功耗和价格却大幅度降低。目前，信息系统的微型化不单是电子系统的微型化，如果相关的非电子系统小不下来，整个系统将难以达到微型化的目标。电子系统可以采用微电子技术达到系统微型化的目标，而对于非电子系统来说，尽管人们已做了很大努力，其微型化程度远远落后于电子系统，这已成为整个系统微型化发展的瓶颈。

微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，是在微电子技术(半导体制造技术基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。

MEMS技术被誉为21世纪带有革命性的高新技术，它的诞生和发展是“需求牵引”和“技术推动”的综合结果。MEMS为集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统，MEMS技术设计微电子、微机械、微光学、新型材料、信息与控制，以及物理、化学、生物等多种学科，并集约了当今科学技术的许多高新技术成果。

MEMS是一个独立的智能系统，可大批量生产，其系统尺寸在几毫米乃至更小，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。常见的产品包括MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS光学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器、MEMS气体传感器等等以及它们的集成产品。

MEMS器件体积小，重量轻，耗能低，惯性小，谐振频率高，响应时间短。MEMS系统与一般的机械系统相比，不仅体积缩小，而且在力学原理和运动学原理，材料特性、加工、测量和控制等方面都将发生变化。在MEMS系统中，所有的几何变形是如此之小(分子级)，以至于结构内应力与应变之间的线性关系(胡克定律)已不存在。MEMS器件中摩擦表面的摩擦力主要是由于表面之间的分子相互作用力引起的，而不是由于载荷压力引起。MEMS器件以硅为主要材料，硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似于铝，热传导率接近铜和钨，因此MEMS器件机械电气性能优良。

目前微马达主要形式有以下几种：一、静电型微马达：该装置的原理是利用电场和电荷之间作用力，通过静电力直接驱动转子转动，这种装置的缺点在于输出力矩较小，定子与转子间的摩擦及噪音较大，而且马达一般须浸泡在油液中运转增加了制造成本。二、电磁性微马达：该装置的原理是利用通电导体在磁场中受力而获得驱动力，该装置的缺点是线圈损耗大、不易小型化。三、超声波型微马达：该装置的原理是利用驱动部分(压电陶瓷元件的超声波振动)和移动部分之间的动摩擦力而获得驱动力，但该装置的缺点是不易小型化、造价昂贵。