微执行器专题5

1、内容:1热驱动器: 固体的热膨胀、双片式驱动器；2压电驱动器: 压电悬臂粱驱动器、压电叠片式驱动器、压电马达；三 静电驱动器: 原理、悬臂粱式静电驱动器和静电旋转式微马达等.热驱动器 利用固体或液体尺寸随温度变化的特性的驱动元件叫做热驱动器。一个有趣的例子是Keller等人设计的热膨胀驱动的镊子(1997)，8x1.5x40um尺寸的镊子自由时是合起来的，当75mw能量输入是它可以张开35um。热驱动器分为电阻加热方式和和介电损失加热方式等。双片驱动器是利用粘在一起的二种材料的热胀系数不同来实现机械动作；而形状记忆合金（SMA）属于单片驱动器。 电阻加热式的加热器通常集成在二个功能材料片之间。

2、这种结构的特点是位移-输入能量的关系线性好。缺点包括高功率投入、低频带和较复杂的结构(相对与静电驱动)。200EfPrThermal 压电悬臂粱驱动器压电悬臂粱驱动器是利用一层(或双层)压电材料，在电场作用下沿与电场正交方向伸长或缩短，引起的悬粱弯曲的一种驱动元件。如下图，结构上与热驱动器相近，只是功能材料是压电材料而非热变形材料。 Utttlds)1 ()(62310DrmDnnbCltfwtlCssF1123311034875. 141积层式压电驱动器的例子1: 惯性直线位移机构压电管式驱动器，体积较大，谐振频率较低双压电驱动举例: 微小STM器件微小STM器件的驱动原理SFM用压电双层驱

3、动器微光学扫描器微光学扫描器 中间的微反射镜由中间的微反射镜由4 4根压电陶瓷臂根压电陶瓷臂支承，可实现二维光学扫描，实验结果证明扫描角支承，可实现二维光学扫描，实验结果证明扫描角度可达度可达1414度。度。221041xqqFrelectrxAVCVWr202212122021xAVdxdWFrdxxwqxLEIxdT)()3(6220)(2)(xddVxqLTdxxqxEIxLw02)(6)3(wLEIdVth403518Tang et al, Sensors and Actuators, VolA21, 1-3, Feb. 1990, pp328-331xwVdxdWFrl2021xlV

4、dxdWFrw2021为第三代核弹安全系统设计的24位密码微机构24位密码微机构中的静电驱动器用叉齿式驱动器实现的Micro-STM(Y-Xu, Cornell)日立发表的Micro-STM(与SEM兼容),采用Comb式)同心圆状的叉齿使静电驱动器，直径1mm。Tang, et al, Sensors and Actuators, Vol. 20(1989), pp15-20驱动光纤例子最早(?)的静电马达由UCB发表出来，如下图，转子外径120um，向四个方向伸出，静子成放射装分布在周围，划分成12个电极，每3个并联接续，组成3相4极静电马达。Tai, et al, Sensors and

5、 Actuators, Vol. 20,No1/2, (1989), pp49-55UCB最早静电马达的断面形状。转子式多晶Si，轴和转子接触不式Si3N4，以减小摩擦。转子和静子间隔2um，可以加60-400V电压。三相静子顺次加电压时，转子可以连续转动。200V时实测转速150rpm，而理论值是200V时120krpm，摩擦的影响使其转速降到近千分之一。MIT的Mehregany等人对UCB的静电马达进行了改进。将电极均匀地固定在圆周上形成转子，而把静子固定在外环上。他们在硅材料上制作出了多种类型的直径30-100um的转动马达(一块Si片上7000个)。转子厚2um，轴间隙0.3um、电极间隙1.5um，转子由3个凸起支撑，接触面积极小。 “Wobble”的转速达到4000rpm。Mohregany et al, Proc. TRANSDUCERS 91, p59-62; Proc. MEMS90, p1-8.静电直线马达: 下图时FUKUTA等人1997年发表的一种静电马达。驱动器70um长、50um宽、1um厚，弯头高1.5um。