一种静电型步进电机的制作方法

1.本发明涉及机械工程技术领域，尤其涉及的是一种静电型步进电机。


背景技术：

2.近年来，随着技术的不断发展，对于高精度、低成本的驱动器提出了更高的要求。步进电机由于没有累计误差、步距稳定且精度较高，在机械领域，光刻机、电子显微镜、医疗器械等高精尖先进领域受到广泛的运用。传统的电磁型步进电机，提高精度需要繁杂的控制方式，成本居高不下，且易受磁场影响，难以应用在核磁共振机等高精密器械下。
3.步进电机在原理上突破了传统电磁电机的限制，通过电子加工工艺便可实现加工，快速降低了高精度电机的生产成本，且其结构简单、控制简便的优势在微机电领域中大放异彩。但现有的步进电机的步进精度完全受限于加工精度，造成高精度电机的成本过高。
4.因此，现有技术还有待改进和发展。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种静电型步进电机，旨在解决现有的步进电机的步进精度完全受限于加工精度，造成高精度电机的成本过高的问题。
6.本发明解决问题所采用的技术方案如下：
7.第一方面，本发明实施例提供一种静电型步进电机，其中，包括：定子和动子，所述定子和所述动子以贴合方式设置，所述定子包括若干第一基础单元、若干第一供电线以及第一绝缘层，每个第一基础单元均包括若干定子电极，各个第一基础单元中的若干定子电极分别与所述若干第一供电线连接,所述第一绝缘层包裹于所述若干第一基础单元和所述若干第一供电线外，所述动子包括若干第二基础单元、若干第二供电线以及第二绝缘层，每个第二基础单元均包括若干动子电极，各个第二基础单元中的若干动子电极分别与所述若干第二供电线连接，所述第二绝缘层包裹于所述若干第二基础单元和所述若干第二供电线外。
8.所述的静电型步进电机，其中，各个第一基础单元中的定子电极数与各个第二基础单元中的动子电极数不相等。
9.所述的静电型步进电机，其中，所述步进电机的步进精度由各个第一基础单元中的定子电极数与各个第二基础单元中的动子电极数确定。
10.所述的静电型步进电机，其中，所述若干定子电极沿所述第一绝缘层的长轴方向等间距设置,各个第一基础单元中各个定子电极的电极宽度与各个定子电极之间的电极间距相等。
11.所述的静电型步进电机，其中，所述若干动子电极沿所述第二绝缘层的长轴方向等间距设置,各个第二基础单元中各个动子电极的电极宽度与各个动子电极之间的电极间距相等。
12.所述的静电型步进电机，其中，各个第一基础单元中的定子电极数与所述若干第一供电线的条数相等,各个第二基础单元中的动子电极数与所述若干第二供电线的条数相等。
13.所述的静电型步进电机，其中，所述若干第一供电线上布置有触点，所述触点用于连接第一驱动电源，所述第一驱动电源用于驱动所述定子，所述第一驱动电源的相数与各个第一基础单元中的定子电极数相等。
14.所述的静电型步进电机，其中，所述若干第二供电线上布置有触点，所述触点用于连接第二驱动电源，所述第二驱动电源用于驱动所述动子，所述第二驱动电源的相数与各个第二基础单元中的动子电极数相等。
15.所述的静电型步进电机，其中，所述第一绝缘层设置于所述若干第一基础单元的一侧或两侧，所述第二绝缘层设置于所述若干第二基础单元的一侧或两侧。
16.本发明的有益效果：本发明的步进电机可以在不改变加工精度的情况下，提高静电型步进电机的步进精度，通过改变第一基础单元和第二基础单元中的定子电极数目和动子电极数目，可以实现各种不同的步进精度，从而适用于各种场合，降低高精度步进电机的成本。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本发明实施例一提供的静电型步进电机的结构示意图；
19.图2是本发明实施例一提供的静电型步进电机的剖面图；
20.图3是本发明实施例一提供的静电型步进电机中的第一基础单元和第二基础单元的横截面结构示意图；
21.图4是本发明实施例提供的静电型步进电机中的定子电极和动子电极的结构示意图；
22.图5是本发明实施例二提供的静电型步进电机的结构示意图；
23.图6是本发明实施例二提供的静电型步进电机的剖面图。
24.附图中各标记：1、定子；2、动子；11、第一基础单元；12、第一供电线；13、第一绝缘层；21、第二基础单元；22、第二供电线；23、第二绝缘层；111、定子电极；211、动子电极。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
27.近年来，随着技术的不断发展，对于高精度、低成本的驱动器提出了更高的要求，步进电机由于没有累计误差、步距稳定、精度较高，在机械领域，特别是机器人行业有广泛的应用，同时步进电机在光刻机、电子显微镜、医疗器械等高精尖先进领域受到广泛的运用，但现有的电磁型步进电机，提高精度需要繁杂的控制方式且成本居高不下，且易受磁场影响，难以应用在核磁共振机等高精密器械下，有许多缺陷急需改善。
28.除了以上应用外，随着科技不断向精密、尖端发展，类似纳米定位平台、细胞操作平台的高精尖设备对电机驱动提出了很高的要求。传统电机由于其复杂的结构、繁杂的工艺、低下的效率等缺点，越来越难以适应新兴技术的需求。为了克服传统电机的上述问题，静电电机等新型电机应运而生，静电电机在原理上突破了传统电磁电机限制，通过电子加工工艺可以实现加工，快速降低高精度电机的生产成本，且其结构简单、控制简便的优势更是在微机电领域中大放异彩。但现有的步进电机完全受限于加工精度，造成高精度电机的成本过高，针对特定的场景需要加工定制电机，将其作为步进电机不便于使用。
29.为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种静电型步进电机，如图1～图6所示，本发明实施例中提供的静电型步进电机包括：定子1和动子2，所述定子1和所述动子2以单层或多层叠加贴合方式设置，所述定子1包括若干第一基础单元11、若干第一供电线12以及第一绝缘层13，每个第一基础单元11均包括若干定子电极111，各个第一基础单元11中的若干定子电极111分别与所述若干第一供电线12连接,所述第一绝缘层13包裹于所述若干第一基础单元11和所述若干第一供电线12外，所述动子2包括若干第二基础单元21、若干第二供电线22以及第二绝缘层23，每个第二基础单元21均包括若干动子电极211，各个第二基础单元21中的若干动子电极211分别与所述若干第二供电线22连接，所述第二绝缘层23包裹于所述若干第二基础单元21和所述若干第二供电线22外。本实施例的静电型步进电机采用多相交流电进行驱动，当电机工作时，通过外部电源为动子2和定子1通入对应的交流电，使两者之间产生静电力，有相互吸引的作用，从而将电能转换为机械能。当定子1固定不动时，动子2则被吸引力驱动，前进并走到一个平衡位置处停下，当需要进行连续运动时，只需要提高交变电压的频率，让电机在到达平衡位置前就切换到下一个点位，从而实现电机的连续步进运动，通过控制步进电机接入的交变电压的频率，可以控制电机的运动速度，通过控制交变电压的幅值，可以控制电机的输出力。本实施例中的步进电机可以在不改变加工精度的情况下，提高静电型步进电机的步进精度，通过改变第一基础单元11和第二基础单元21中的定子电极数目和动子电极数目，可以实现各种不同的步进精度，从而适用于各种场合，降低高精度步进电机的成本。
30.在一具体实施方式中，动子2和定子1均接入交变的方波，设动子电极数为m，定子电极数为n,则方波变换的控制形式为：动子给正电的顺序为1
→
12
→2→
23
→3→……→
m电极，动子的其余动子电极给负电，定子同理，给负电的顺序为1
→
12
→2→……→
n电极，定子其余电极给正电，一开始给电1€1动子正电定子负电，依次往复循环下去直至第2次出现1€1即为一个周期，一个周期内有2乘以第一基础单元中的定子电极数目和第二基础单元中的动子电极数目的最小公倍数个给电顺序，此后仅需要按照该周期进行不断的循环给电便可使步进电机按照设计的精度进行连续的步进运动。
31.在一具体实施方式中，所述第一绝缘层13设置于所述若干第一基础单元11的一侧或两侧，所述第二绝缘层23设置于所述若干第二基础单元21的一侧或两侧，所述第一绝缘
层13和所述第二绝缘层23可以采用柔性绝缘材料如碳酸钡等，通过使用柔性绝缘材料使得制作出的步进电机为柔性电机。
32.在一具体实施方式中，为了防止定子1和动子2之间摩擦力过大而影响电机的运动精度，所述第一绝缘层13和所述第二绝缘层23可以采用具有润滑作用的绝缘介质，如粒径在30～50μm的玻璃珠，从而将定子1和动子2之间的滑动摩擦转为滚动摩擦，极大地减小摩擦力带来的负面影响。但使用粒径在30～50μm的玻璃珠作为所述第一绝缘层13和所述第二绝缘层23时，需要将玻璃珠涂布均匀，以免产生力矩影响电机的精确运动。
33.本实施例提供的静电型步进电机的步进精度由各个第一基础单元11中的定子电极数和各个第二基础单元21中的动子电极数确定，各个第一基础单元11中的定子电极数目相等，各个第二基础单元21中的动子电极数目相等，各个第一基础单元11中的定子电极数与各个第二基础单元21中的动子电极数不相等。在一具体实现方式中，各个第一基础单元11和各个第二基础单元21中一方电极数小于或者等于另一方电极数的两倍，即各个第一基础单元11中的定子电极数小于或者等于各个第二基础单元21中的动子电极数的两倍，或者各个第二基础单元21中的动子电极数小于或者等于各个第一基础单元11中的定子电极数的两倍。例如，各个第一基础单元中的定子电极数为4，各个第二基础单元中的动子电极数为3，各个第一基础单元11中的定子电极数为3，各个第二基础单元21中的动子电极数为2等。
34.在一具体实施例中，各个第一基础单元11中的定子电极数大于各个第二基础单元21中的动子电极数，静电型步进电机的步进精度为各个第一基础单元11中的定子电极数除以各个第二基础单元21中的动子电极数与各个第一基础单元11中的定子电极数的最小公倍数再乘以定子电极的电极长度。例如，各个第一基础单元11中的定子电极数为4，各个第二基础单元21中的动子电极数为3，电极长度s，则静电型步进电机的步进精度＝4/12*s。当各个第一基础单元11中的定子电极数与各个第二基础单元21中的动子电极数相差为1时，静电型步进电机的步进精度达到最大，要继续提高步进电机的步进精度，就需要提高步进电机的加工精度。
35.在一具体实施方式中，所述若干定子电极111和所述若干定子电极211的材质为铜或其它导电材料，所述若干定子电极111沿所述第一绝缘层13的长轴方向等间距设置，各个第一基础单元11中各个定子电极111的电极宽度相等，且各个第一基础单元11中各个定子电极111的电极宽度等于各个定子电极111之间的电极间距，即各个第一基础单元11中各个定子电极111的电极宽度和各个定子电极111之间的电极间距的比值为1∶1。同理，所述若干动子电极211沿所述第二绝缘层23的长轴方向等间距设置，各个第二基础单元23中各个动子电极211的电极宽度相等，且各个第二基础单元23中各个动子电极211的电极宽度等于各个动子电极211之间的电极间距，即各个第二基础单元21中各个动子电极211的电极宽度和各个动子电极211之间的电极间距的比值为1∶1。当所述动子2和所述定子1贴合时，所述动子电极211和所述定子电极111需要完全对齐，以避免偏斜带来的额外力矩破坏步进精度。
36.在一具体实施方式中，所述若干第一供电线12与驱动所述定子1的第一驱动电源连接，所述若干第一供电线12上布置有用于与所述第一驱动电源连接的触点，所述第一驱动电源的相数与各个第一基础单元11中的定子电极数相等，所述若干第一供电线12分别与所述第一驱动电源的各相电源连接。例如，当各个第一基础单元11中的定子电极111为4时，
定子1需要4相电源驱动，即第一驱动电源为4相电源，定子电极111外分布的若干第一供电线12的总条数为4条，各个第一基础单元中的4个定子电极111分别与4条第一供电线12连接，4条第一供电线12分别与第一驱动电源的4相电源连接，通过第一驱动电源即可向若干定子电极111通电。
37.在一具体实施方式中，所述若干第二供电线22与驱动所述动子2的第二驱动电源连接，所述若干第二供电线22上布置有用于与所述第二驱动电源连接的触点，所述第二驱动电源的相数与各个第二基础单元21中的动子电极数相等，所述若干第二供电线22分别与所述第二驱动电源的各相电源连接。例如，当各个第二基础单元21中的动子电极211为3时，动子2需要3相电源驱动，即第二驱动电源为3相电源，动子电极211外分布的若干第二供电线22的总条数为3条，各个第二基础单元21中的3个动子电极分别与3条第二供电线连接，3条第二供电线22分别与第二驱动电源的3相电源连接，通过第二驱动电源即可向若干动子电极211通电。
38.下面通过具体实施例对本发明进行进一步的解释说明。
39.实施例1：本实施例中以3
‑
4相静电型步进电机为例进行说明，各个第一基础单元11中定子电极数为4，各个第二基础单元21中动子电极数为3，实际应用中各个第一基础单元11中定子电极数和各个第二基础单元21中动子电极数可以有多种组合方式。
40.如图1～图4所示，3
‑
4相静电型步进电机包括：定子1和动子2，定子1和动子2采用柔性结构，以相互贴合的方式设置，所述定子1包括若干第一基础单元11、若干第一供电线12以及第一绝缘层13，每个第一基础单元11均包括若干定子电极111，各个第一基础单元11中的若干定子电极111分别与所述若干第一供电线12连接,所述第一绝缘层13包裹于所述若干第一基础单元11和所述若干第一供电线12外，所述动子2包括若干第二基础单元21、若干第二供电线22以及第二绝缘层23，各个第二基础单元21均包括若干动子电极211，各个第二基础单元21中的若干动子电极211分别与所述若干第二供电线22连接，所述第二绝缘层23包裹于所述若干第二基础单元21和所述若干第二供电线22外。
41.进一步地，所述若干第一基础单元11的个数为50，各个第一基础单元11中的定子电极数目为4个，即所述定子电极111的总数为200个；所述第二基础单元21的个数为50，各个第二基础单元21中的动子电极数目为3个，即所述动子电极211的总数为150个，所述定子电极111的宽度为112.5μm，所述动子电极211的宽度为150μm，所述步进电机的步进精度为37.5μm。
42.继续参照图1～4所示，所述若干定子电极111沿所述第一绝缘层13的长轴方向等间距设置，即各个定子电极111的电极间距l
w
相等，各个第一基础单元11中各个定子电极111的电极宽度l
n
相等，且各个定子电极111的电极宽度l
n
与各个定子电极111的电极间距l
w
的比值为1∶1。同理，所述若干动子电极211沿所述第二绝缘层23的长轴方向等间距设置，即各个动子电极211的电极间距l
s
相等，各个第二基础单元21中各个动子电极211的电极宽度l
m
相等，且各个动子电极211的电极宽度l
m
与各个动子电极211的电极间距l
s
的比值为1∶1。
43.继续参照图2所示，所述若干第一供电线12与用于驱动所述定子1的第一驱动电源连接，所述若干第一供电线12上布置有用于与第一驱动电源连接的触点，所述第一驱动电源为4相电源，所述若干第一供电线12的条数为4条，4条第一供电线12分别与所述第二驱动电源的各相电源连接，所述若干第二供电线22与用于驱动所述动子2的第二驱动电源连接，
所述若干第二供电线22上布置有用于与第二驱动电源连接的触点，所述第二驱动电源为3相电源，所述若干第二供电线22的条数为3条，3条第二供电线22分别与所述第二驱动电源的各相电源连接。
44.具体实施时，为了防止定子1和动子2之间摩擦力过大而影响电机的运动精度，所述第一绝缘层13和所述第二绝缘层23可以采用具有润滑作用的绝缘介质，如粒径在30～50μm的玻璃珠，从而将定子1和动子2之间的滑动摩擦转为滚动摩擦，极大地减小摩擦力带来的负面影响。但使用粒径在30～50μm的玻璃珠作为所述第一绝缘层13和所述第二绝缘层23时，需要将玻璃珠涂布均匀，以免产生力矩影响电机的精确运动。
45.实施例2：本实施例中以2
‑
3相静电型步进电机为例进行说明，各个第一基础单元11中定子电极数为3，各个第二基础单元21中动子电极数为2，实际应用中各个第一基础单元11中定子电极数和各个第二基础单元21中动子电极数可以有多种组合方式。
46.如图4～图6所示，2
‑
3相静电型步进电机包括：定子1和动子2，定子1和动子2采用柔性结构，以相互贴合的方式设置，所述定子1包括第一基础单元11、若干第一供电线12以及第一绝缘层13，每个第一基础单元11均包括若干定子电极111，各个第一基础单元11中的若干定子电极111分别与所述若干第一供电线12连接，所述第一绝缘层13包裹于所述若干第一基础单元11和所述若干第一供电线12外，所述动子2包括若干第二基础单元21、若干第二供电线22以及第二绝缘层23，每个第二基础单元21均包括若干动子电极211，各个第二基础单元21中的若干动子电极211分别与所述若干第二供电线22连接，所述第二绝缘层23包裹于所述若干第二基础单元21和所述若干第二供电线22外。
47.进一步地，所述若干第一基础单元的个数为50，各个第一基础单元11中的定子电极数目为3个，即所述定子电极111的总数为150个，所述若干第二基础单元21的个数为50，各个第二基础单元中的动子电极数目为2个，即所述动子电极211的总数为100个，所述定子电极111的宽度l
n
为150μm，所述动子电极211的宽度l
m
为225μm，所述步进电机的步进精度为75μm。
48.继续参照图4～6所示，所述若干定子电极111沿所述第一绝缘层13的长轴方向等间距设置，即各个定子电极111的电极间距l
w
相等，各个第一基础单元11中各个定子电极111的电极宽度l
n
相等，且各个定子电极111的电极宽度l
n
与各个定子电极111的电极间距l
w
的比值为1∶1。同理，所述若干动子电极211沿所述第二绝缘层23的长轴方向等间距设置，即各个动子电极211的电极间距l
s
相等，各个第二基础单元21中各个动子电极211的电极宽度l
m
相等，且各个动子电极211的电极宽度l
m
与各个动子电极211的电极间距l
s
的比值为1∶1。
49.继续参照图6所示，所述若干第一供电线12与用于驱动所述定子1的第一驱动电源连接，所述若干第一供电线12上布置有用于与第一驱动电源连接的触点，所述第一驱动电源为3相电源，所述若干第一供电线12的条数为3条，3条第一供电线12分别与所述第二驱动电源的各相电源连接，所述若干第二供电线22与用于驱动所述动子2的第二驱动电源连接，所述若干第二供电线22上布置有用于与第二驱动电源连接的触点，所述第二驱动电源为2相电源，所述若干第二供电线22的条数为2条，2条第二供电线22分别与所述第二驱动电源的各相电源连接。
50.具体实施时，为了防止定子1和动子2之间摩擦力过大而影响电机的运动精度，所述第一绝缘层13和所述第二绝缘层23可以采用具有润滑作用的绝缘介质，如粒径在30～50
μm的玻璃珠，从而将定子1和动子2之间的滑动摩擦转为滚动摩擦，极大地减小摩擦力带来的负面影响。但使用粒径在30～50μm的玻璃珠作为所述第一绝缘层13和所述第二绝缘层23时，需要将玻璃珠涂布均匀，以免产生力矩影响电机的精确运动。
51.综上所述，本发明公开了一种静电型步进电机，包括：定子和动子，所述定子和所述动子以贴合方式设置，所述定子包括若干第一基础单元、若干第一供电线以及第一绝缘层，每个第一基础单元均包括若干定子电极，各个第一基础单元中的若干定子电极分别与所述若干第一供电线连接，所述第一绝缘层包裹于所述若干第一基础单元和所述若干第一供电线外，所述动子包括若干第二基础单元、若干第二供电线以及第二绝缘层，每个第二基础单元均包括若干动子电极，各个第二基础单元中的若干动子电极分别与所述若干第二供电线连接，所述第二绝缘层包裹于所述若干第二基础单元和所述若干第二供电线外。本发明的步进电机可以在不改变加工精度的情况下，提高步进电机的步进精度，通过改变第一基础单元和第二基础单元中的定子电极数目和动子电极数目，可以实现各种不同的步进精度，从而适用于各种场合，降低高精度步进电机的成本。
52.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。