С сердечником из диэлектрика          С сердечником из проводника

Термопневматический актюатор. Сила, создаваемая термопневматическим актюатором

Газы и жидкости имеют намного больший коэффициент теплового расширения, чем твёрдые тела, и это можно использовать в термопневматических микроактюаторах.

Данный тип актюаторов содержит нагревательный элемент (полупроводниковый резистор) и герметичную полость с упругой мембраной, заполненную газом или жидкостью.

В результате нагрева происходит расширение рабочей среды в герметичной

области, что в свою очередь приводит к деформации мембраны.

Принцип действия

Электрический ток, протекая через резистор, нагревает его. Количество теплоты, выделяемое в нагревателе, определяется следующим образом

где U – напряжение на нагревателе

t - время прохождения тока через нагреватель

R – сопротивление нагревателя

Электростатический диэлектрический планарный двигатель. Принцип действия.

Конструкция

В этих устройствах движение создается при электростатическом накате металлизированной органической пленки на поверхность металла или диэлектрика (слои SiO2, Al2O3,) в зависимости от того, куда обращен слой металлизации.

Основным элементом ЭДПД является пленочная петля (диаметр – несколько миллиметров) из металлизированной пленки полиэтилен-терефталата. Характерная особенность ЭДПД – накопление объемного заряда в диэлектрике при каждом акте электростатического наката.

Другой принцип электромеханического преобразования энергии основан на эффекте электростатического наката тонких металлических

пленок (металлических лепестков) на поверхность сегнетоэлектрических пленок.

1 – статор, 2 – ротор, 3 –лепесток, 4 – направляющие, 5 – диэлектрическая пленка, 6 – электрод, 7 – подложка

      - длина наката

h(t) – шаг перемещения ротора

hS - расстояние продвижения ротора по инерции

Неподвижная пластина( статор) 1:

На кремниевую подложку 7 последовательно нанесены электрод 6 и сегнетоэлектрическая пленка 5

Подвижная пластина (ротор) 2:

 С синтезированными на ее поверхность металлическими лепестками 3 длиной l отделена от статора зазором d

 Перемещается относительно статора по направляющим (по опорам) 4

Принцип действия

электростатического диэлектрического планарного микродвигателя на основе тонких сегнетоэлектрических пленок

Стадии изменения состояния

(А) исходное состояние

(В) При подаче импульса напряжения между лепестком 3 и электродом 6 происходит электростатический накат части поверхности лепестка на поверхность сегнетоэлектрика .

Перемещающаяся в пространстве металлическая пленка изгибается, происходит ее натяжение и она передает движение пластине 2 (электромеханическое преобразование энергии)

(С) ротор продвигается по инерции на расстояние hS

(D) продвижение, аналогичное (В) при подаче нового импульса

(Е) ротор продвигается по инерции на расстояние hS

Процесс "захвата" лепестка (распластывание лепестка под действием электростатических сил) начинается с момента касания поверхности лепестка и сегнетоэлектрика

Процесс отлипания лепестка определяют силы, удерживающие концы лепестков у поверхности сегнетоэлектрика – адгезионные, гидродинамические, электростатические силы

Биморфные актюаторы

(Термоактюатор на основе полиимида).

Тепловое приведение в действие осуществляется нагреванием полиимида с помощью резистивных нагревателей. Полиимид располагается в сквозных V-образных канавках. При повышении температуры полиимид сжимается, т.к. обладает отрицательным коэффициентом линейного расширения.

Для удобства описания работы полиимидного термоактюатора, рассмотрим только правую часть структуры устройства, приведенной на рис.3.

Длины на поверхности и в основании полиимида, угол наклона и толщина V-образной канавки связаны следующим выражением:

где tg(54.740) – угол между кристаллографическими плоскостями {100} и {111}, получаемый в результате анизотропного травления кремния с ориентацией {100}; h – толщина полиимидного шарнира.

Как видно на рис.3, длина сжатия полиимида будет больше на поверхности V-образной канавки, чем в ее основании. Изменение длин V-образной канавки с полиимидом при нагревании будет определяться следующими выражениями:

где lв0,lн0 – длины на поверхности и в основании V-образной канавки до нагревания; lв1,lн1 – длины на поверхности и в основании V-образной канавки после нагревания.

Так как длины на поверхности и в основании V-образной канавки не одинаковы (l ), то при нагревании будет происходить вращение структуры термоактюатора на угол α (рис.3).

lв0 > lн0

Термоактюатор на основе полиимида

Рис.3

При закреплении одной из сторон полиимидного термоактюатора, его структура, находящаяся с другой стороны, будет подниматься на угол 2α, т.к. поворот структуры элемента на угол α происходит с двух сторон полиимидного актюатора (см. рис.3). Кроме того, угол вращения структуры термоактюатора будет определяться не только температурой нагревания, но и количеством V-образных канавок с полиимидом:

где N – количество V-образных канавок.