微静电电机

UCB研制的静电电机原理
旋转型电容可变静电电机
旋转型电容可变静电电机
微静电电机工艺
微静电电机技术工艺
到目前为止，日本、美国和德国对静电电动机的开 发与研究分别代表着三种制作静电电动机的技术： 第一种是以日本为代表的利用非光刻的传统的机械 加工手段(如金属与塑料部件的切削、研磨) ,即利 用大机器制造生产小机器，再利用小机器制造微机 器的方法。日本认为静电电动机的未来不只属于硅， 硅仅是人们要使用的材料中的一种。
微静电电机技术工艺
第二种是以美国为代表的表面超微加工技术，利用 牺牲层技术和集成电路工艺技术相结合对硅材料进 行加工。
微静电电机技术工艺
第三种是以德国为代表的LIGA技术，它是利用X 射线光刻技术,通过电铸成型和铸塑形成深层微结构 的方法。这种方法可以对多种金属以及陶瓷进行三 维微细加工。其中第二种方法与传统IC 工艺相兼 容，可以实现微机械和微电子的系统集成，比较适 合批量生产，已成为目前超微静电电动机生产的主 流技术。
微静电电机的未来发展方向
目前静电电动机的驱动力矩还是相对过小，这使它 的应用范围受到限制。要实现静电电动机长距离重 负载的运动,需要采用新的制造材料和新型结构，同 时也要研究静电电动机与被驱动对象之间的传动机 构。
微静电电机的未来发展方向
由于静电电动机外形尺寸比较小，特别是由于其结 构多为扁平(径向直径大于轴向长度) ，所以对静 电电动机需要进行三维场的分析,一般情况下是采用 有限元法(FEM) 或边界元法(BEM) 。通过三维 静电场的计算，建立解析模型(也称集总参数模型) ，结合电压激励方式的优化和外形尺寸的优化，以 实现静电电动机设计的自动化。
微静电电机的应用
微静电电机的应用
纳米卫星（重量1kg～10kg）
微型卫星（重量10kg～100kg）
Biblioteka Baidu 微静电电机的应用
光 纤 开 关
微小机器人 微型无人机
微静电电机的应用
微小医疗型器械 开关组合部件 精密喷墨打印机和高密度细刻录硬盘中的光显示器 单片微型光编码盘 光栅显示器 高分子与细胞微执行器 ……
微静电电机发展史
随着电子技术的高速发展，硅加工工艺逐渐成熟,集 成电路加工尺寸可以做到深亚米级。在此背景下， 美国加利福尼亚大学berkeley 分校的Muller 在 1987 年提出在1μm～1mm 范围内制作以硅集 成工艺为基础的具有智能化结构的MEMS 概念， 到1989 年，该校学生L. S. Fan 等人成功地在硅 片上制作出直径为120μm 的静电电动机。从此， 静电电动机的 研制主要集中在了超微型结构上。
微静电电机的未来发展方向
纳米电机 (Nano-ElectroMechanical Systems - NEMS)
Zettl Research Group LBNL, University of California, Berkley
谢谢大家
微静电电机
LOGO
Company
微静电电机
微静电电机发展史 微静电电机原理 微静电电机工艺 微静电电机的应用 微静电电机的发展方向
1 2 3 4 5
微静电电机发展史
微静电电机发展史
1742 年,即在电磁式电动机诞生100 多年前,Andrew Gordan 发明了利用同号电荷相排斥、异号电荷相吸引原 理的电铃和电弹力车，这可以看成是最早的利用静电驱动的 例子。 1889 年Karl Zipernowsky 发明了电容式静电电动机。 1893 年Arno 利用绝缘材料的介电驰豫特性制造了一台 3800V， 50Hz 电压驱动的异步感应静电电动机。 1969 年B.Boilé 研制了几种电容可变式静电电动机,其 e 中一种定转子之间的间隙加工到了0.1mm ，有100 个电 极,工作电压降到了200V，输出功率为600μW。这一研 究结果使人们关注静电电动机 。
08电科三班
微静电电机的未来发展方向
微静电电机的未来发展方向
随着静电电动机的外形尺寸越做越小，摩擦问题成 为制约静电电动机寿命与性能的最大因素(目前静 电电动机的寿命一般是以小时为单位来计算)，同 时摩擦力还直接影响着静电电动机的效率。对于超 微型的静电电动机来，摩擦力主要是由于表面的相 互作用力而不再是载荷压力，传统的宏观摩擦理论 和研究方法已不再适用。研究微观摩擦理论来获得 在质量很小、压力很轻的条件下无摩擦、无磨损的 边界条件对于解决以上问题是十分必要的。
直线型电容可变静电电机
图中所示的是1996 年 由东京大学研制的一种 直线型静电电动机的结 构示意简图，定子和动 子上都沉积有电极，通 过对定子与动子间施加 一系列电压可以使动子 产生一步步的直线运动， 运动速度的控制可以通 过调节电极上施加的电 压来达到。
旋转型电容可变静电电机
图示为加利福尼亚大学 Berkeley 分校在1989 年采用IC 工艺用多晶硅制 作的步进式静电电动机的 截面图。转子的外径比定 子的内径小一些，电动机 的运行依靠径向静电力吸 引转子向被激励的定子电 极方向运动，当按一定顺 序激励定子电极，就可以 实现转子在定子直径内滚 动。
微静电电机发展史
微静电电机原理
微静电电机原理
介电驰 豫原理 电容可 变原理
• 静电感应电动机 • (异步介电感应 电动机) • 直线型 • 旋转型
介电驰豫原理的静电电机
将一个介电转子置于旋 转电场中，那么就会在 转子表面感应出电荷， 由于介电驰豫，这些电 荷滞后于旋转电场，这 些感应电荷与旋转电场 之间的偏移就产生了一 个作用在转子上的转矩。 如果转子由多种介质构 成，那么不同的介电驰 豫过程就会被叠加,在 不同的频率下起作用。
由于电介质存在缓慢极化， 使得极化滞后于电压的变化 出现随时间降落的吸收电流， 称这种现象为介质弛豫现象。
电容可变原理的静电电机
利用电容可变原理的静电电动机就是指利用带电极 板之间基于静电能的能量变化趋势产生机械位移， 这种作用力使两个电极趋于互相接近并达到一能量 最小的稳定位置。电动机的定子为静止电极，转子 为移动电极，通过限制转子向定子方向移动的自由 度，就可以使转子获得一个单一方向的位移。电容 可变型静电电动机的结构简单，由性能良好的绝缘 体和导电体构成,它的激励只需要简单的开环电压脉 冲就足够了。