Тісті дөңгелек жетектері: принциптері мен қолданылуы
Comb drive
Электростатикалық гребенеттегіш құрылғылары: микро және нано масштабтағы сызықтық қозғағыштар, жасалуы, жұмыс принципі, және қолданылуы туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Шетті қозғалтқыштар – микроэлектромеханикалық актuatorлар, олар көбінесе сызықтық актuatorлар ретінде қолданылады және екі электр өткізгіш шеге арасында әрекет ететін электростатикалық күштерді пайдаланады. Шетті қозғалтқыш актuatorлар әдетте микро- немесе нанометрлік масштабта жұмыс істейді және әдетте кремний пластинасының негізін көлемдік микроөңдеу немесе беттік микроөңдеу арқылы өндіріледі. Тартқыш электростатикалық күштер стационарлық және жылжымалы шегелер арасына кернеу қолданылғанда пайда болады, олардың бірін-біріне тартылуына себеп болады. Актuator жасаған күш екі шеге арасындағы сыйымдылықтың өзгеруіне пропорционалды, сондай-ақ басқару кернеуіне, шеге тістерінің санына және тістер арасындағы арақашықтыққа байланысты өседі. Шегелер жанаспайтындай етіп орналастырылған (өйткені онда кернеудің айырмашылығы болмайды). Әдетте тістер бір-біріне қарама-қарсы бағытта жылжи алатындай етіп орналастырылады, әрбір тіс қарсы шегедегі ұяға орналасады. Егер қозғалтқыштың сызықтық қызметін айналуға немесе басқа қозғалыстарға түрлендіру қажет болса, қайта қалпына келтіретін серіппелер, рычагтар және коленвалдар қосылуы мүмкін. Күшті конденсаторда сақталған энергиядан бастап, күш бағыты бойынша дифференциалдау арқылы алуға болады. Конденсатордағы энергия келесідей беріледі:
Comb drives are microelectromechanical actuators, often used as linear actuators, which utilize electrostatic forces that act between two electrically conductive combs. Comb drive actuators typically operate at the micro or nanometer scale and are generally manufactured by bulk micromachining or surface micromachining a silicon wafer substrate. The attractive electrostatic forces are created when a voltage is applied between the static and moving combs causing them to be drawn together. The force developed by the actuator is proportional to the change in capacitance between the two combs, increasing with driving voltage, the number of comb teeth, and the gap between the teeth. The combs are arranged so that they never touch (because then there would be no voltage difference). Typically the teeth are arranged so that they can slide past one another until each tooth occupies the slot in the opposite comb. Restoring springs, levers, and crankshafts can be added if the motor's linear operation is to be converted to rotation or other motions. The force can be derived by first starting with the energy stored in a capacitor and then differentiating in the direction of the force. The energy in a capacitor is given by:
Параллель пластиналық конденсатордың сыйымдылығын пайдаланып, күш:
Using the capacitance for a parallel plate capacitor, the force is:
= қолданылатын электр потенциалы,
= диэлектриктің қатысымдық тұрақтысы,
= бос кеңістіктің тұрақтысы (8,85 пФ/м),
= электродтардың екі жағындағы саусақтардың жалпы саны,
= электродтардың жазықтықтан тыс бағыттағы қалыңдығы,
= электродтар арасындағы саңылау.
= applied electric potential,
= relative permittivity of dielectric,
= permittivity of free space (8.85 pF/m),
= total number of fingers on both sides of electrodes,
= thickness in the out of plane direction of the electrodes,
= gap between electrodes.
Өлшемін өзгерту мәселелері
Комбинаттық жетектер үлкен аралық қашықтықтарға (немесе іске қосу қашықтығына) дейін кеңейтілмейді, себебі үлкен аралық қашықтықта тиімді күштерді дамыту үшін жоғары кернеулер қажет, демек, электрлік түзілумен шектеледі. Көбірек маңыздысы, аралық қашықтықпен белгіленген шектеулер іске қосу қашықтығын да шектейді.
Comb drives cannot scale to large gap distances (equivalently actuation distance), since development of effective forces at large gaps distances would require high voltages—therefore limited by electrical breakdown. More importantly, limitations imposed by gap distance limits the actuation distance.