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扁平驻极体微电机的研究与仿真

杨朝辉  
【摘要】: 微机电系统是指集微型结构、微型传感器、微型执行器以及相应的信号处理控制电路等于一体的微型器件或系统,它是机械、材料、信息与自动控制等多种学科相结合的产物。在微型执行器中,通常采用静电电动机作为微机械动力构件,它负责将电信号转换成机械运动,其体积大小和性能优劣直接影响到MEMS的整体品质。 本文介绍了微机电系统和静电电动机的国内外最新的研究动态及其发展趋势,介绍了微机电系统的基础理论,并重点介绍了微机械制造技术。通过对经典驻极体电动机进行结构改造,提出了扁平驻极体微电机的模型,它具有经典驻极体微电机无法比拟的优点。扁平驻极体微电机采用项驱动型结构设计,此结构电动机的输出转矩比侧驱动型静电电动机要大。扁平驻极体微电机的工作原理是电容可变原理,电机转子采用驻极体材料制成,转子表面电荷的衰减时间常数要比驻极体本身形成的周期长得多。本文基于静电学原理,进行了扁平驻极体微电机的建模,对其定转子间的静电力进行分析,导出了单定子微型静电电机系列的输出转矩计算公式,完成了双定子扁平驻极体微电机的设计,给出了2极-2极扁平驻极体微电机的输出力矩计算公式。此外,运用ANSYS软件及其APDL编程语言实现了双定子扁平驻极体微电机定转子间静电场的有限元分析,得到了电机转子在静电场中受到的旋转驱动力,并将其与电机输出转矩的理论值进行了比较分析,其结果同理论值基本一致。最后,通过将双定子扁平驻极体微电机与磁力泵进行比较,探讨了其作为驻极体微泵的可能性和优势,并研究了其作为微型芯片冷却风扇的应用。 扁平驻极体微电机是未来微型执行器的较好选择,可应用于航空航天、军事、医学和其他领域。


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