微执行器的应用研究.pdf

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1、·电气技术与自动化·张磊·微执行器的应用研究微执行器的应用研究张磊(青海大学机械系，青海西宁810016)摘要：微执行器是微机电系统的核心部件，应用范围广泛，具有重要的研究价值。根据微执行器的驱动方式的不同，对微执行器的应用进行了介绍。关键词：微机电系统；微执行器；驱动中图分类号：TH6文献标志码：B文章编号：1671-5276(2010)02-0151-03ResearchonApplicationofMicroActuatorsZHANGLei(DepartmentofMechanical，QinhaiUniversity，Xining810016，C

2、hina)Abstract：MicroactuatoristhekernelpartofMEMS，withwideapplicationrangeandimportantresearchvalue．Thepaperintro-ducessomeapplicationsofmicroactuatorsaccordingtothediferentdnvemodes．Keywords：MEMS；microactuators；drive电动机转速可达到10r／min。0前言微机电系统(MEMS)是指采用微机械加工技术可以批量制作的集微型传感器、微型机构、微型执行器

3、以及信号处理和控制电路、接口、通讯等于一体的微型器件或微型系统。目前MEMS产品如微传感器、微执行器和微电子机械部件正在工业过程控制、通讯、计算机和机器人、环境保护和监测、战斗机、汽车运输和农业等领域得到广泛的应用。其中微执行器既可以构成MEMS的动力部分，亦可成为MEMS的操作或执行机构。因此，对微执行器的研究是微机电系统的核心内容，是超精密加工技术发展图1静电驱动微型电动机的关键技术基础。微执行器的工作原理是将光、电、热及磁等多种形式的能量转换成机械能量输出。因此，它有多种不同的驱动2磁致伸缩驱动微型阀门和结构形式。从能量转换形式分类，有静电驱动、电磁

4、驱动、压电驱动、形状记忆合金(SMA)驱动、磁致伸缩驱动、超磁致伸缩材料是一种新型高效的磁——机械能转光驱动、凝胶驱动、热驱动及超导驱动等形式。文中对几化材料，具有应变大，响应速度快，机电耦合系数大，输出种不同驱动形式的微执行器作较详细介绍。力大等优点，广泛地应用于阀门控制、微定位、机械传动机构及声纳系统等方面o。1静电驱动的微型电动机图2为德国E．Quandt【7J等人设计的一种悬臂梁式磁致伸缩驱动微型阀门。当阀门关闭时，通道口与镀有磁致静电驱动的原理是利用电荷间的吸引力和排斥力伸缩薄膜的基片紧紧相连，液体在连通的上下两个腔体内的互相作用顺序驱动电极产生

5、平移或旋转的运动。静电同时存在，但不能外流。当外加磁场时，磁致伸缩薄膜发力属于表面力，它和器件尺寸的二次方成正比，在尺寸微生形变从而使基片产生弯曲，此时通道口与基片分离，液小化时，能产生很大的能量。静电驱动采用电压控制，效体从上腔经过出口流出。率高，响应速度快。世界上第一台静电力驱动微电动机，如图1所示，由3形状记忆合金(SMA)驱动微型气阀美国加利福尼亚大学Berkeley分校L．SFan等人在1989年采用Ic工艺在单晶硅片上制作而成。其直径为形状记忆合金是利用应力和温度诱发相变的机理来120p,m，转速为500r／min。目前所研制的静电驱动微型实现

6、形状记忆功能，即将已在高温下定型的形状记忆合作者简介：张磊(1982一)，男，陕西乾县人，在职硕士研究生，助教，研究方向为微机电系统。MachineBuilding8Automation，Apr2010，39(2)：151～153·l51··电气技术与自动化·张磊·微执行器的应用研究A片(a1关阀(b)开阀(C)A向截面图图2悬臂梁式磁致伸缩驱动微型阀金，放置在低温和常温下使其产生塑性变形，当环境温度岛拉起至与上si框平齐，从而使上座的控制气体阀门打升高到相变温度时，合金恢复到定型时的原始状态，在这开，上座内气压立即下降，此时下座的聚合膜突起，即下座一过程

7、中，产生位移或应力。美国TiNi合金公司John—实际流体的阀门打开。相反，如对上座的TiNi薄膜断电son等研制了如图3所示的形状记忆合金薄膜驱动微型冷却，由于上座si岛自身重力作用，正好下落封住控制气气阀。该微阀由上下座组成，上座为形状记忆合金薄膜驱体的阀座入气口，使上座内气压升高，此时下座内聚合膜动组件，下座为实际流体控制部件。如对上座的TiNi薄恢复平直，下座实际流体阀门关闭。事膜通电加热，由于TiNi薄膜的M逆相变而收缩，则将si粕．．．一三睁(a)一图3形状记忆合金驱动微型气阀4热驱动微执行器5凝胶驱动微引信开关热驱动的方式很多，在MEMS中常

8、用的是热膨胀驱凝胶是一种在一定条件下可产生膨胀和收缩效应的动。热驱