Очевидно, что таким направлением будет направление, в котором в пределах реальных физических эффектов

Очевидно, что таким направлением будет направление, в котором в пределах реальных физических эффектов и современной технологии будут удовлетворена совокупность требований к параметрам устройств микромеханики и, в первую очередь, требования по высокой удельной энергоемкости.

В планарных электрических микродвигателях возможно получение мощностей порядка 10-6 — 10-5 Вт и несколько более. Их наращивание до значений порядка 1 Вт допускается за счет объединения нескольких микродвигателей. Такие мощности имеют современные пьезоэлектрические, а также маломощные индуктивные двигатели, применяемые в современной точной механике. Наиболее перспективными в настоящее время считаются первые из них.

Можно ожидать, что планарные микродвигатели будут иметь более высокие параметры и характеристики по точности позиционирования, глубине регулирования и даже надежности, чем пьезоэлектрические двигатели. Основным ориентиром при выборе направления развития планарных электрических двигателей является достижение наиболее высоких электромеханических параметров и соотношений мощность/масса при низкой стоимости, которые достигаются за счет использования технологии микроэлектроники и создания унифицированных микромеханических микросхем.

Еще до появления планарных микродвигателей в электромеханике были известны два способа передачи энергии от статора к ротору — контактный и бесконтактный.

В случае контактного способа передачи энергии от статора к ротору либо используются специальные элементы (фрикционная вставка в элемент пьезоэлектрического двигателя, ферромагнитная лента между статором и ротором в индуктивных волновых двигателях и т.д.), либо статор и ротор контактируют между собой за счет волновой деформации пьезоэлектрической керамики. В таких двигателях при использовании точных датчиков положения ротора достигается исключительно высокая точность его позиционирования. Вместе с тем в этих двигателях серьезной проблемой становится механическое изнашивание контактирующих элементов статора и ротора.

Известен контактный способ передачи энергии от статора к ротору с помощью электростатического наката. Простейшим примером такого наката является перемещение металлического цилиндра под действием напряжения между ним и электродом, покрытым диэлектриком, в сторону электрода. Для того чтобы такое перемещение стало возможным при напряжениях не более 200-250 В (напряжение начала процесса разряда в газе), необходимо, чтобы расстояние между цилиндром и электродом было не более 3 мкм. Можно отметить, что по мере уменьшения этого расстояния сила притяжения между цилиндром и электродом увеличивается; она максимальна, когда указанное расстояние становится 100 А и меньше. Поскольку время действия этой силы очень мало и площадь контакта цилиндра с электродом в том месте, где напряженность поля максимальна, незначительна, то сила притяжения и, соответственно, работа наката также незначительны. Таким образом, электромеханическое преобразование энергии при движении металлического образца с фиксированной геометрической формой относительно электрода не является эффективным.

Большую протяженность взаимодействия двух проводящих плоскостей, сопровождающегося механическим перемещением одного из проводников, можно получить при накате проводящей жидкости по поверхности диэлектрика, отделяющего жидкость от электрода. Пример такого процесса — электроосмос. Однако возможность превращения такого наката в механическую работу ограничена — происходит только перемещение в пространстве массы тонкого слоя жидкости, поскольку в этом случае также отсутствует эффективный способ преобразования энергии.

Более эффективный способ имеет место при использовании гибких и тонких проводящих лент или металлических пленок (лепестков). Толщина этих пленок должна быть небольшой, такой, чтобы обеспечивался их изгиб под действием электрического поля в момент электростатического наката на поверхность диэлектрика (сегнетоэлектрика). Тогда во время этого процесса площадь контакта лепестка с поверхностью диэлектрика возрастает, а небольшой зазор между двумя контактирующими поверхностями поддерживается в течение всего процесса наката. Перемещающаяся в пространстве металлическая пленка способна при изгибе передать движение внешнему объекту и таким образом осуществить электромеханическое преобразование энергии.

 


Ссылка на основную публикацию
Adblock detector