Привод гребня - Comb drive

Вибрация гребенки в плоскости, измеренная с помощью цифрового голографического микроскопа

Качественное изображение силовых линий электрического поля между пальцами гребенчатого привода. Есть четыре различных типа полей, которые имеют четкое влияние на срабатывание в картине срабатывания работы-энергии. Линии поля, соединяющие вертикальные стороны пальцев (синие) и те, которые соединяют верхние стороны пальцев (красные), связаны с составляющей силы, которая стремится выровнять пальцы. Те, которые соединяют верхние стороны одного пальца с вертикальными сторонами или удаленными верхними сторонами другого (зеленый), имеют тенденцию разъединять пальцы. Силовые линии, соединяющие кончики пальца со сторонами его соседей (коричневые), не вносят вклад в силу срабатывания.^[1]

Гребенчатые приводы микроэлектромеханические приводы, часто используется как линейные приводы, которые используют электростатический силы, действующие между двумя электрически проводящими гребнями. Приводы гребенчатого привода обычно работают в микро- или нанометровом масштабе и обычно производятся объемная микрообработка или же поверхностная микрообработка кремний вафля субстрат.

Привлекательный электростатический силы создаются, когда Напряжение применяется между неподвижными и движущимися гребнями, заставляя их сближаться. Сила, развиваемая приводом, пропорциональна изменению емкости между двумя гребнями, увеличивающейся с напряжением возбуждения, количеством зубцов гребня и зазором между зубьями. Гребни расположены так, что никогда не соприкасаются (потому что тогда не было бы разницы напряжений). Обычно зубцы расположены так, что они могут скользить друг мимо друга, пока каждый зуб не займет прорезь в противоположной гребенке.

Восстановление пружины, рычаги, и коленчатые валы может быть добавлен, если линейный режим двигателя должен быть преобразован во вращение или другие движения.

Силу можно получить, начав сначала с энергии, накопленной в конденсаторе, а затем дифференцируя ее в направлении силы. Энергия в конденсаторе определяется по формуле:

${\displaystyle E={\frac {1}{2}}CV^{2}}$

${\displaystyle F={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial dx_{drive}}}V^{2}}$

Используя емкость для конденсатор с параллельными пластинами, сила:

${\displaystyle F={\frac {-1}{2}}{\frac {nt\epsilon _{o}\epsilon _{r}V^{2}}{d}}}$

${\displaystyle V}$ = приложенный электрический потенциал, ${\displaystyle \epsilon _{r}}$ = относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, ${\displaystyle \epsilon _{o}}$ = диэлектрическая проницаемость свободного пространства (8,85 пФ / м),
${\displaystyle n}$ = общее количество пальцев на обеих сторонах электродов, ${\displaystyle t}$ = толщина электродов вне плоскости, ${\displaystyle d}$ = зазор между электродами.

Структура гребенчатых приводов

• ряды сцепляющихся зубцов • наполовину фиксированные • половинная часть подвижного узла • электрически изолирована • электростатическое притяжение / отталкивание - напряжение возбуждения CMOS • многие зубцы увеличивают силу - обычно длина 10 мкм и большая

Проблемы с масштабированием

Гребенчатые приводы не могут масштабироваться до больших расстояний между зазорами (эквивалентно расстоянию срабатывания), поскольку для развития эффективных сил на больших расстояниях зазоров потребуется высокое напряжение, поэтому оно ограничено электрический пробой. Что еще более важно, ограничения, накладываемые расстоянием зазора, ограничивают расстояние срабатывания.

Смотрите также

• Электростатический двигатель
• Межпальцевой датчик
• Микроэлектромеханические системы

Рекомендации

1. Цукалас, Константинос; Восуги Лахиджани, Бабак; Стоббе, Сорен (05.06.2020). «Влияние законов масштабирования трансдукции на наноэлектромеханические системы». Письма с физическими проверками. 124 (22): 223902. arXiv:1912.09907. Дои:10.1103 / PhysRevLett.124.223902.

• Легтенберг, Роб; Growenveld, AW; Элвенспук, М. (1996). «Приводы гребенчатого привода для больших перемещений». J. Micromech. Microeng. 6 (3): 320–9. Дои:10.1088/0960-1317/6/3/004.