MEMS静电执行器的工作原理

问题描述

精选答案

3.1一种平板式静电微执行器

静电执行器的基本工作原理是平板式静电执行器由两个极板组成。当对两个极板充电，两个极板将带上异种电荷，极板间将产生吸引力。由于这类微执行器结构简单，并且力的大小可由电压来控制决定，所以被广泛的应用。

3.1.1极板间的作用力与电压、版间距的关系

在计算两个极板间作用力时，可将静电执行器按照平板电容器的物理模型来计算。对于极板面积为A的平板电容器，忽略边界效应，在极板间电压V时所储存的能量为：（1）极板间作用力为（2）式（1）（2）中，是空气的介电常数，x是极板间的距离。由公式可以看出，在平板电容器式微静电执行器中，力与电压和板间距是非线性关系的。利用此公式可以通过调节电压大小和板间距来控制此类微执行器的输出力的大小。

3.2一种热驱动微执行器

在热驱动微执行器中，双变体结构的微执行器是比较常见的。由于热膨胀系数不同，两种材料会产生不同的热膨胀量，并且向热膨胀量较小的一方弯曲。常见的双变体结构为Au-Si悬臂梁结构。在Au-Si悬臂梁通电时，由于多晶硅和金有电阻，臂上将产生一定的热量，从而悬梁臂将产生弯曲。如果两种材料间涂有高热阻材料的涂层，则两种材料将产生不同的热量和温度，从而产生更大的弯曲度。

3.3一种磁微执行器

在磁微执行器中，电磁型微马达相比于其他形式的磁微执行器，具有驱动力矩大，转速高，转换效率高和易操控等特点。因为直流无刷微马达具有结构简单，体积较小，运行效率高等特点，所以它是电磁型微马达的主要结构。直流无刷微马达采用了的是两片定子对称分布在转子两侧的“三明治”结构。它的定子和转子面积相当，并且这种结构使转子对定子的磁引力相互抵消，从而使输出力矩更大，做功效率更高。