Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Комбинатные приводы – это микроэлектромеханические актуаторы, часто используемые в качестве линейных приводов, использующие электростатические силы, возникающие между двумя электропроводящими гребнями. Актуаторы комбинатного типа обычно работают в микро- или нанометровом масштабе и, как правило, изготавливаются методом объемной или поверхностной микрообработки кремниевой подложки. Притягивающие электростатические силы создаются при подаче напряжения между неподвижным и подвижным гребнями, что приводит к их сближению. Сила, развиваемая актуатором, пропорциональна изменению емкости между двумя гребнями, увеличиваясь с ростом приложенного напряжения, числа зубьев гребня и расстояния между зубьями. Гребни расположены таким образом, чтобы они никогда не соприкасались (поскольку в этом случае разность потенциалов исчезнет). Обычно зубья расположены так, чтобы они могли скользить друг мимо друга, пока каждый зуб не займет соответствующий паз в противоположном гребне. Для преобразования линейного движения двигателя во вращательное или иное движение могут быть добавлены возвратные пружины, рычаги и кривошипы. Силу можно определить, исходя из энергии, запасенной в конденсаторе, и последующим дифференцированием по направлению силы. Энергия в конденсаторе выражается следующим образом:
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:
Используя формулу емкости для плоского конденсатора, сила определяется как:
Using the capacitance for a parallel plate capacitor, the force is:
= приложенный электрический потенциал,
= относительная диэлектрическая проницаемость,
= диэлектрическая проницаемость вакуума (8,85 пФ/м),
= общее количество зубьев (пальцев) с обеих сторон электродов,
= толщина электродов в направлении, перпендикулярном плоскости,
= зазор между электродами.
= 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.
Проблемы масштабирования
Комбинированные приводы не могут быть масштабированы для больших зазоров (эквивалентно – расстоянию хода), поскольку для создания эффективных сил на больших зазорах потребовалось бы высокое напряжение, что ограничено электрическим пробоем. Более того, ограничения, обусловленные величиной зазора, ограничивают расстояние хода.
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.