MEMS执行器微电机

•微电机分类
•压电微电机 在压电陶瓷片上施加电信号, 使之产生一定轨 迹的机械振动, 激励与其粘接在一起的定子弹性体 的振动, 通过弹性体与转子间的相互作用驱动转子 运动。
•压电超声波微电机的结构
•微电机分类
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•压电微电机
•微电机分类
•压电微电机
•
优点
➢ 响应速度快
➢ 输出转矩高
➢ 廉价质轻
可得到较大的位移量
低频工作时性能下降
可产生较大角度位移量 制造工艺较为复杂
可使用很强磁力作为偏置 片上螺线管制造较为复杂
•微电机
•微电机分类
•静电型微电机 •电磁型微电机
•压电微电机 •形状记忆合金微电机 •磁致伸缩型微电机
•微电机分类
• 静电型微电机 •
当两个导体施加电压的时候，会产生静电力 。 静电力的大小与尺寸的平方成反比。静电力很少 用于驱动宏观机械，但是微型器件通常有较大的 表面积体积比以及非常小的质量，使得静电力成 为一种很有吸引力的微执行驱动源。
•磁致伸缩摩擦电机原理图
• 两个相互垂直的超磁致伸缩棒A和B由驱动元 件连接在一起，A和B上分别绕有线圈，线圈由正 弦波形的电流驱动。其中A、B两个棒的驱动线圈 电流相位差为90°。
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• 磁致伸缩型微电机
•超磁致伸缩谐波电动机结构原理图
主要由8个(或8个以上)超磁致伸缩驱动器、 柔轮和刚轮三部分组成。通过依次控制驱动器的 伸缩位移，使柔轮产生流动的弹性变形。
静电型微电机可分为旋转式和直线式两种。
•微电机分类
• 静电型微电机 •
•旋转静电微电机
• 对一组定子电极施加偏置电压，则该组中任一给定 电极与其紧邻的转子轮齿之间会产生面内电场，并在它 们之间产生静电引力，从而使轮齿与定子对准，通过分 组连续激励定子电极，转子可以实现持续的运动。
•微电机分类
• 静电型微电机 •
缺点 ➢材料制备复杂 ➢电机难以实现匀速 ➢寿命短
•微电机分类
形状记忆合金微电机 执行机构比较简单，有偏置式和推挽式两种 。按电机的运动形式，其基本结构可分为直线位 移型和旋转位移型。
•直线位移型SMA电机
•微电机分类
形状记忆合金微电机
•旋转位移型SMA电机
•微电机分类
• 形状记忆合金微电机 对偏置式而言，加热SMA弹簧，相变发生， 形状回复力克服弹簧拉力，产生动作。冷却时， SMA发生逆相变，此时，SMA弹簧很软，在拉伸 弹簧的作用下，驱动器恢复到原来的位置。如此 反复，可使电机输出位移 。 对推挽式而言，加热一侧SMA的同时，冷却 另一侧的SMA，电机具有双向做功的能力。一般 来说，推挽式比偏置式的输出功率太，能量转换 效率高。
• 静电型微电机
• • 优点
➢ 结构简单
➢ 功耗低
• 缺点 ➢ 驱动电压大 ➢ 输出力矩小
➢ 响应快
•微电机分类
电磁型微电机
电磁型超微电动机的研究始于20 世纪90 年代,根据 电磁间互相作用产生的电磁力作驱动力驱动转子旋转。电 磁型超微电动机基于传统电磁理论设计,多采用无刷电机 结构。
•电磁微电机的结构
磁致伸缩型电动机是利用磁致伸缩效应, 在磁 场激励源下，通过磁致伸缩型驱动器实现能量转 换。可分为直线型和旋转型两种。
•微电机分类
磁致伸缩型微电机
•磁致伸缩直线电机结构图
• 主要由Terfenol-D驱动棒、起固定驱动棒作用 的定子管和用来产生磁场的线圈三部分组成。
•微电机分类
• 磁致伸缩型微电机
•旋转静电微电机的结构
•微电机分类
静电型微电机
•静电驱动薄膜直线电机
• 基于平行板电容器的基本结构，平行板相对运动 有两种——法向移动和切向移动，当固定其中的一个 平板，另一块用机械弹簧悬吊，在偏置电压下，平板 将产生位移。
•微电机分类
• 静电型微电机 •• 两平行板间施加电压,载荷会产生静电力Fe
微执行器的核心部件是微电动机, 在微执行 器中占主导地位。根据其执行原理不同分为不同 类型，其各自的性能和应用场合也各异。
•微电机概述
各种执行方式比较
静电 执行
热执 行
压电 执行
磁执 行
材料简单 执行相应速度快 能得到较大位移量 执行相应速度适中 响应快速
需折中驱动力与位移大小 易受吸合效应的限制 功耗相对较大 对环境温度变化敏感 材料制备过程复杂
•微电机分类
电磁型微电机
根据磁执行原理，利用磁场产生力、力矩或者微结构 的位移，驱动磁场作用在载流导线、电感线圈或者磁性材 料。
•微电机分类
•电磁型微电机
•微电机分类
• 电磁型微电机
• 优点 ➢驱动力矩大 ➢驱动电压低 ➢易于装配
缺点 ➢结构复杂 ➢与IC工艺兼容性差
•微电机分类
压电微电机
• 假设平板的平衡位置为x，x轴方向沿着间隙变 大的方向，位移为x时，电极间的距离变为d+x,在 平衡位置的静电力为
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•微电机分类
• 静电型微电机 •• 在位移x处，机械回复力与静电力大小相等，
对上述等式整理可得
• 两个电容器极板之间的平衡距离可以通过求 解上述关于x的二次方程得到。
•微电机分类Leabharlann Baidu
•微电机的分类
• 形状记忆合金微电机
• 优点 ➢驱动电压低 ➢结构简单 ➢电场干扰小 ➢无振动噪声、无污染 ➢对人体无毒害作用
• 缺点
➢记忆形状具有一定不稳 定性
➢材料特性的变化会改变 驱动频率
➢连接元件易损耗
•微电机分类
磁致伸缩型微电机
某些材料置于磁场中，其几何尺寸会发生变 化，这一现象称为磁致伸缩效应，这些材料则称 为磁致伸缩金属。根据材料几何尺寸变化形式的 不同, 磁致伸缩效应又可分为纵向效应、横向效应 、握转效应和体积效应。
MEMS执行器微电机
2020年5月28日星期四
•论文结构
➢微电机的概述 ➢微电机的分类介绍 ➢微电机的应用 ➢微电机的研究和发展方向
•微电机概述
•微电机概述
执行器根据信号处理，控制电路发出的指令 自动完成人们所需要的各种功能。可以通过静电 力、电磁力、压电力、磁致伸缩、超声波和形状 记忆合金膜片等驱动。.
压电电动机按结构可分为行波压电电动机、 驻波压电电动机和复合压电电动机; 按照电机激励 部分的材料可分为薄膜压电电动机和陶瓷压电电 动机。
压电电动机由于输出转矩大、无电磁干扰、 响应速度快、微小位移输出稳定等优点, 可用于精 密仪器、照相机、机器人及航空领域。如日本 Canon公司将圆环式行波超声波电动机用于镜头 的驱动，