微静电电机课件.ppt

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1、微静电电机微静电电机微静电电机发展史1微静电电机原理2345微静电电机工艺微静电电机的发展方向微静电电机的应用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,AndrewGordan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KarlZipernowsky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.Boilée研制了几种电容可变式静电电动

2、机,其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。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

3、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

4、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。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

5、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。UCB研制的静电电机原理中心轴转子定子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

6、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

7、机的应用微静电电机的应用微型卫星（重量10kg～100kg）纳米卫星（重量1kg～10kg）微静电电机的应用微小机器人微型无人机光纤开关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

8、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。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