基于MEMS与压电陶瓷钎焊的微型超声电机

面向超声电机定子的一体化与微型化需求，提出了一种基于钎焊与微电子机械系统(MEMS)工艺的微型超声电机定子。对超声电机的原理和结构进行分析，利用有限元法对定子的模态与谐响应进行了仿真。利用钎焊工艺将锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷与金属弹性体进行连接，通过MEMS与机械加工工艺对定子的驱动足、上电极等进行制备。对超声电机定子焊接情况进行表征，对超声电机的振动性能与驱动性能进行测试。测试了PZT压电陶瓷与金属弹性体的结合强度，两者之间的抗剪切强度为33.46 MPa,观察了焊接截面形貌，可看出各焊接层厚度均匀，无裂缝、孔隙。搭建实验平台对定子的振动性能与驱动性能进行了测试，微型超声电机的定子的谐振频率为188.15与266.16 kHz,最大振幅为228 nm,在激励电压为30 V、预压力为350 mN时，微型超声电机的最大速度为38.22 mm/s。实验结果表明，该超声电机定子钎焊情况良好，驱动性能较高，具有广阔的应用前景。