CN105027416B - 双向微机电驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微机电系统(MEMS)驱动装置，其包括：从动轮，所述从动轮包括围绕其外部周边的(n)个齿；围绕从动轮的致动器环，所述致动器环自身包括围绕其内部周边的(n)+(x)个齿，其中，致动器环的(n)+(x)个齿渐进地接合和脱离从动轮的(n)个齿的子集；驱动致动组件，所述驱动致动组件联接到致动器环，用于在滞后型的运动中驱动致动器环，从而促使从动轮转动，其中，在从动轮的(n)个齿的所选子集与致动器环的(n)+(x)个齿的所选子集之间接合和脱离的一个完整循环之后，从动轮转动了与[(360)(x)/(n)]°相对应的(x)个齿。

Description

双向微机电驱动装置
技术领域
本发明总体上涉及马达装置，所述马达装置用于驱动显示器指针、环和其它指示器以用于较小的(即，可佩戴的)电子设备，并且具体地，本发明涉及一种微机电系统(MEMS)驱动装置，所述微机电系统(MEMS)驱动装置用于电子设备并且在尤其期望的实施例中用于驱动在计时器中的这样的指针、环和/或其它指示器，所述计时器例如是腕戴式器件。然而，从本公开将应理解，本发明不限于此。
背景技术
在本技术领域中已知用作单向和双向驱动单元的微机电系统(MEMS)。例如，一种已知的MEMS驱动单元是双向布置，其使用至少四个单独的MEMS致动器部分，所述至少四个单独的MEMS致动器部分形成两对单独的MEMS致动器，所述两对单独的MEMS致动器至少在两个单独的区域处与从动轮啮合。对于每个转动方向而言，驱动单元需要一对MEMS致动器部分，其中交替地所述一对MEMS致动器部分中的一个MEMS致动器部分驱动所述轮，而所述一对MEMS致动器部分中的另一个MEMS致动器部分被拔出而不与所述轮接触。另一对致动器部分需要用于沿着相反的驱动方向转动所述轮。在沿着任一方向驱动所述轮的同时，另一对致动器部分(即，用于另一个方向)也必须被拔出而不与所述轮啮合。四个单独的致动器部分中的每个都是静电启动区域，在一对MEMS致动器内的一个区域是用于产生切向驱动力或转矩以驱动所述轮，而在一对MEMS致动器内的另一个区域是用于产生径向力以将驱动单元拔出而不与所述轮啮合。因而，上述类型的布置需要四(4)个静电部分。
在美国专利No.7,592,737中说明了另一种轮驱动致动器设计。在该设计中，提供一种MEMS器件，其包括从动元件，所述从动元件具有一系列齿。MEMS器件包括驱动元件，所述驱动元件可操作成当驱动元件处于与一系列齿啮合的位置中时接合从动元件。MEMS器件的一对单独的驱动致动器使驱动元件在滞后型的运动中运动成与从动元件进行啮合和脱离啮合。其它的单独的MEMS致动器径向地运动，并且必须与所述轮接合以防止不期望的转动，而另一对驱动致动器被拔出而脱离啮合。
应当认为，本技术的现有状态具有缺陷，并且进一步认为，本技术的状态的进步既是期望的，也是可实现的。例如，在上述设计中的每个中，需要比将期望的致动器更多的致动器。例如，在以上首先提及的示例中，需要四个致动器部分。在后一个'737专利的示例中，需要至少三个MEMS致动器。另外，对于使从动轮的不期望的运动最小化或防止从动轮的不期望的运动而言，上述布置比所期望的布置更加复杂。
因此，期望提供一种驱动装置，其中所需的目的和优点全部可以通过使用两个MEMS致动器来实现。此外，因为本发明的驱动致动组件的改进的设计，优选的实施例可以提供从动轮的恒定接合，从而防止从动轮的不期望的运动。另外，本发明的设计还涉及减少了迄今为止对于实现全部所需功能性而理解出的所需控制信号的数量。如本文所公开的，还提供了解决现有技术中的缺陷的其它目的和特征。
发明内容
因而，本发明的目的是克服现有技术中的认识到的缺陷。
具体地，本发明的目的是提供一种改进的用于电子设备的驱动装置，所述驱动装置利用通过使用MEMS技术而得到的优点。
本发明的另一个目的是提供一种改进的用于电子设备的驱动装置，所述驱动装置利用通过使用MEMS技术而得到的优点，但是同时地减少对于仍然提供双向驱动装置所需的致动器部分的数量。
本发明的又一个目的是提供一种改进的MEMS驱动装置，所述MEMS驱动装置使用致动器环和从动轮的组合，所述致动器环和从动轮的组合优选地不与至少某些啮合脱离，从而防止由驱动装置控制的显示指示器的滑移或校准和准确度的损失。
本发明的又一个目的是提供一种改进的MEMS驱动装置，所述MEMS驱动装置容许构造和使用比迄今为止在本技术中所看到的驱动组件更小且更强的驱动组件。
本发明的又一个目的是提供一种用于执行和/或帮助上述目的的方法。
本发明的其它目的和优点将从考虑到附图和随后的说明书而变得更加显而易见。
因此，本发明包括将在下文中所阐述的构造、例示和说明中例证的构造的特征、元件的组合、部件的布置以及步骤的次序，并且本发明的范围将在权利要求书中被指示。
因此，并且一般而言，根据第一优选的实施例，本发明涉及一种用于电子设备的微机电系统(MEMS)驱动装置。在该优选的实施例中，微机电系统(MEMS)驱动装置包括：从动轮，所述从动轮具有一直径，所述从动轮包括围绕其外部周边的(n)个齿，其中(n)是正整数；致动器环，所述致动器环具有比从动轮的直径大的内径，所述致动器环包括围绕其内部周边的(n)+(x)个齿，并且其中(x)是至少为1的整数；其中，致动器环的(n)+(x)个齿的子集渐进地接合和脱离从动轮的(n)个齿的子集；驱动致动组件，所述驱动致动组件联接到致动器环，用于在滞后型的运动中驱动致动器环，从而促使从动轮转动，驱动致动组件包括：第一驱动致动器，所述第一驱动致动器联接到致动器环以用于选择性地沿着第一方向拉动致动器环和沿着与第一方向相反的方向推动致动器环，由此促使致动器环的(n)+(x)个齿的子集接合和脱离从动轮的(n)个齿的子集；第二驱动致动器，所述第二驱动致动器联接到致动器环以用于选择性地沿着第二方向拉动致动器环和沿着与第二方向相反的方向推动致动器环，其中，第一方向与第二方向垂直，由此促使致动器环的(n)+(x)个齿接合和脱离从动轮的(n)个齿的子集；其中，在从动轮的(n)个齿的所选子集与致动器环的(n)+(x)个齿的所选子集之间接合和脱离的一个完整循环之后，从动轮转动了[(360)(x)/(n)]°。
根据另一个优选的实施例，提供一种在用于电子设备的微机电系统(MEMS)驱动装置中驱动从动轮的方法。在这种使用如上所述的微机电系统(MEMS)驱动装置的优选的方法中，该方法包括以下步骤：借助第一驱动致动器，选择性地沿着第一方向拉动致动器环和选择性地沿着与第一方向相反的方向推动致动器环，由此促使致动器环的(n)+(x)个齿的所选子集接合和脱离从动轮的(n)个齿的子集；借助第二驱动致动器，选择性地沿着第二方向拉动致动器环和选择性地沿着与第二方向相反的方向推动致动器环，由此促使致动器环的(n)+(x)个齿的所选子集接合和脱离从动轮的(n)个齿的子集；其中，第一方向与第二方向垂直；并且在从动轮的(n)个齿的所选子集与致动器环的(n)+(x)个齿的所选子集之间接合和脱离的一个完整循环之后，从动轮转动了[(360)(x)/(n)]°。
在优选的实施例中，腕戴式器件是手表形式的计时器。
附图说明
当参照附图阅读时，本发明的以上阐述的特征及其它特征在随后的优选实施例的说明中将变得更加显而易见，其中：
图1A和图1B各自示出根据本发明的优选实施例构造的双向MEMS驱动装置；
图2、图3、图4和图5示出在由图1A和/或图1B的全部根据本发明的优选实施例构造的驱动致动组件致动时致动器环和从动轮的相继运动；
图6示出用于致动示例性的x方向驱动致动器和y方向驱动致动器的优选规划；
图7示出用于控制本发明的优选实施例的MEMS驱动装置的示例性构型的框图；和
图8是通过示例示出的电子设备和计时器的示例性构型，所述示例性构型包含本发明的优选实施例。
在附图中，相同的附图标记指示相同的部件，尽管并非每个附图中的每个特征均可以分配有附图标记。
具体实施方式
首先总体上参照图1A和图1B，图1A和图1B示出根据本发明的优选实施例构造的双向微机电系统(MEMS)驱动装置，其总体上分别由10和10A指示。虽然在此将总体上参照MEMS驱动装置10，但是将应当理解，MEMS驱动装置10A被同样地构造和发挥功能，除了臂105、205和臂105A、205A的构型不同以外，如以下将进一步公开的。在优选的实施例中，除了其它方面以外，MEMS驱动装置10还包括：从动轮20，所述从动轮20具有一直径，所述从动轮20包括围绕其外部周边的(n)个齿，其中(n)是整数，其优选地处于约300至约1000的范围内；致动器环30，所述致动器环30具有比从动轮的直径大的内径，所述致动器环30包括围绕其内部周边的(n)+(x)个齿，并且其中(x)是至少为1的整数，并且优选地是1、2、3或4；其中，致动器环的(n)+(x)个齿渐进地接合和脱离从动轮20的(n)个齿的不同子集，如本文所公开的。不可将肯定的是(n)可以在仍然处于本发明内的同时大于或小于以上阐述的数字。类似地，(x)可以大于4，如果这样的设计要求规定或期望的话。
驱动装置10还包括驱动致动组件，其总体上由40指示，所述驱动致动组件联接到致动器环30，用于在滞后型的运动中驱动致动器环30，从而促使从动轮20转动。在优选的实施例中，驱动致动组件40包括：第一驱动致动器，其总体上由100指示，所述第一驱动致动器联接到致动器环30，用于选择性地沿着第一方向拉动致动器环30和沿着与第一方向相反的方向推动致动器环30；和第二驱动致动器，其总体上由200指示，所述第二驱动致动器联接到致动器环30，用于选择性地沿着第二方向拉动致动器环30和沿着与第二方向相反的方向推动致动器环30。
仅为了说明的目的，“第一”方向将在此被讨论为沿着“X”(例如，水平)方向，并且“第二”方向将在此被讨论为沿着“Y”(例如，竖直)方向。然而，这些仅是用于例示的目的，如应当被理解的。
如以下将被更加详细地讨论的，在从动轮20的(n)个齿的所选子集与致动器环30的(n)+(x)个齿的所选子集之间接合和脱离的一个完整循环之后，从动轮20将被看作已经转动了与[(360)(x)/(n)]°相对应的(x)个齿。
更具体地，随着致动器环30通过其滞后型的运动而运动，致动器环30的齿渐进地接合和脱离从动轮20的齿。该啮合效应赋予从动轮20转动。
从动轮20和致动器环30的优选尺寸将由本领域的技术人员所已知并且因而是常规设计选择。优选地，在从动轮和致动器环上的齿的形状可以是三角形，但是它们也可以是其它形状，例如，梯形，以便能够降低在从动轮和致动器环上的齿啮合时在相应的齿之间干涉的可能性，如本文所公开的。在本发明的优选实施例中，用于从动轮20的齿的数量是三百(300)个和六百(600)个，并且用于致动器环30的齿的优选数量是比用于从动轮20的齿的数量多了一个，从而对于此处所提及的两个优选实施例而言分别是301个和601个(为避免疑义，如在附图中所示的从动轮和致动器环的齿的数量少于用于从动轮20的300、600的优选数量，但是这样做仅是用于说明的目的)。
即，因为MEMS致动器的梳状物的非常精细的结构以及可以由这样的具有精细结构的梳状物的可运动部件所执行的、相对应地有限的可能行程(冲程)，相应的齿的尺寸和节距也必须是相对应地非常精细的。因此，虽然所示的附图是大约60个齿(对于从动轮20而言)和61个齿(对于致动器环30而言)，实际上齿的数量是明显更多的。此外，如将由本领域的技术人员所理解的，用于从动轮20和致动器环30的齿的所选数量将使得轮具有一定尺寸并且因此使得整个MEMS单元具有一定尺寸。
此外，虽然从动轮20的(n)个齿的优选数量是约300个至约1000个并且尤其优选的示例是300个和600个，但是致动器环的齿的数量如本文所解释的那样将比它多了数量(x)个，所述数量(x)个因为以下将解释的原因而优选地是(1)个，但是也可以例如是(2)个或(3)个或(4)个。
即，对于较小尺寸的从动轮20而言，优选的实施例对于从动轮20而言使用300个齿并且对于致动器环30而言使用301个齿。对于稍大的设计而言，从动轮20可以具有600个齿，并且因此致动器环30可以具有601个齿。
在从动轮20的齿的数量和致动器环30的齿的数量之间的优选差异即(x)仅为一(1)个的原因在于，从而可以确保从动轮20的直径和致动器环30的直径是较小的并且足够接近以确保没有办法使从动轮20和致动器环30之间脱离。然而，在从动轮20的齿的数量和致动器环30的齿的数量之间的差异(x)个大于一(1)个的情况下，增加了致动器环30会弹性地运动到中间位置中的风险，导致从动轮20终止而定位在致动器环30的中心的某处，在该处从动轮20和致动器环30之间将缺乏任何接合。
现在将结合致动器环30的运动更加详细地讨论驱动致动器100、200的详情，“x方向”驱动致动器用驱动致动器100指示并且“y方向”驱动致动器用驱动致动器200指示。然而，将更加具体地参照x方向驱动致动器100，y方向驱动致动器200在构造和操作方面与x方向驱动致动器100相同。对于这样的驱动致动器的其它细节而言，可以参照美国专利No.7,592,737，所述美国专利的主旨通过参考包含于此，正如本文所完全阐述的那样。
在图1A的优选的实施例中，除了其它方面以外，“x方向”驱动致动器100包括臂105形式的驱动元件，所述臂105从可移动部件120向外延伸，所述可移动部件120以下将被进一步公开。如图1A中所示，臂105可以仅依据其主观参照系而被看作直线的(即，|)或“L”状的。在图1B的优选的实施例中，除了其它方面以外，“x方向”驱动致动器100A包括臂105A形式的驱动元件，所述臂105A也从可移动部件120A向外延伸，所述可移动部件120A与可移动部件120相同。如图1B中所示，臂105A可以被看作“T”状的，但是在所有其它方面中，驱动致动组件40和驱动致动组件40A是相同的。臂105、105A优选地是MEMS结构的坚硬的且无弹性的部件。分别连接到臂105、105A的是两个额外的臂106、106A和臂108、108A。依据臂105、105A的设计和形状，一方面臂106、106A并且另一方面臂108、108A可以具有相同的长度或可以具有两个不同的长度，如图所示，并且臂106、106A和臂108、108A的相应的远侧端部全部作为单元化MEMS结构的部件而在相应的图1A和图1B中所示的位置处连接到致动器环30。然而，无疑臂106意欲具有与臂106A相同的长度并且臂108意欲具有与臂108A相同的长度。臂106、106A的远侧端部在象限I中并且尤其相对于水平轴线通过致动器环30以大致45°的角连接到致动器环30。臂108、108A的远侧端部优选地作为单元化MEMS结构的部件而在这样的位置处连接到致动器环30，所述位置可以认为是沿着Y轴线的，所述位置是从相应的臂106、106A的第一连接点开始顺时针测量大致135°的位置。相应的图1A、图1B示出其位置。
相对于“y方向”驱动致动器200，存在类似的布置。例如，在图1A的优选的实施例中，除了其它方面以外，“y方向”驱动致动器200包括臂205形式的驱动元件，所述臂205从可移动部件220向外延伸，所述移动部件220具有与可移动部件120相同的功能。如图1A中所示，臂205也可以被看作直线的(即，|)或“L”状的。“y方向”驱动致动器200A在图1B中还包括臂205A形式的驱动元件，所述臂205A也从可移动部件220A向外延伸，所述可移动部件220A与可移动部件220相同。在图1B中，臂205A可以被看作“T”状的。这里也一样，臂205、205A优选地是坚硬的且无弹性的，如同臂105、105A一样。类似地，分别连接到臂205、205A的是两个额外的臂206、206A和208、208A。臂206、206A优选地具有与臂106、106A相同的长度，并且臂208、208A也优选地具有与臂108、108A相同的长度。同样地，臂206、206A和208、208A的相应的远侧端部作为单元化MEMS结构的部件以相同的方式连接到致动器环30，如在相应的图中所示。例如，臂206、206A的远侧端部也在象限I中并且尤其相对于水平轴线通过致动器环30以大致45°的角连接到致动器环30。臂208、208A的远侧端部优选地通过相同的措施而在这样的位置处连接到致动器环30，即，所述位置可以认为是在X轴线上的，所述位置是从相应的臂206、206A的第一连接点开始顺时针测量大致135°的位置。相应的图1A、图1B示出其位置。
如可以看到，臂106、106A和臂108、108A分别与可移动部件120、120A的运动方向平行，并且臂206、206A和臂208、208A分别与可移动部件220、220A的运动方向平行。
对于x方向驱动致动器优选地使用至少两个细长臂106、106A和108、108A并且对于y方向驱动致动器优选地使用至少两个细长臂206、206A和208、208A的原因在于，将仅允许致动器环30在没有显著转动的情况下沿着相应的“x方向”和“y方向”平行地位移。与每个驱动致动器100、200和100A、200A相关联的相应的两个细长臂在功能方面与两个平行四边形悬架类似，其中一个驱动致动器100、100A可以控制致动器环30的位置仅沿着x方向的位移并且另一个驱动致动器200、200A可以控制致动器环30的位置仅沿着y方向的位移。如果如图1A、1B中所示两个细长臂的长度不相同，则致动器环将在可忽略不计的转动运动中充分地平行位移。
将应当理解，对于驱动致动器中的每个而言多于两个的细长臂是不必要的，但是有可能的，只要所述细长臂足够柔韧以沿着侧向方向弯曲即可。
如很快就会理解，臂106、106A和108、108A促使致动器环30沿着“X”方向运动，并且具体地，既向右(例如，如在图1A、1B中由箭头“Xpos”所示)运动，也向左(例如，如在图1A、1B中由箭头“Xneg”所示)。
同样地，臂206、206A和208、208A促使致动器环30沿着“Y”方向运动，并且具体地，既向上(例如，如在图1A、1B中由箭头“Ypos”所示)运动，也向下(例如，如在图1A、1B中由箭头“Yneg”所示)。
“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器200优选地是具有梳状结构的静电模块，如现在将尤其参照“x方向”驱动致动器100讨论，如“y方向”驱动致动器以相同的方式发挥功能。虽然现在将提供“x方向”驱动致动器的其它细节，但是贯穿本申请对驱动致动器100的所有参考也等同地应用于致动器100A，并且贯穿本申请对驱动致动器200的所有参考也等同地应用于致动器200A。
“x方向”驱动致动器100由“固定”部件115和“可移动”部件120形成，所述“可移动”部件120与臂105连接。将应当理解，对于术语“固定”而言意味着指的是嵌入衬底中的元件、部件或构件，而术语“可移动”意欲指的是通过也嵌入衬底中的弹性悬架(以下说明)而被定位在衬底上方几微米处的元件、部件或构件。
固定部件115包括径向电极125，从所述径向电极125向外延伸固定的一套平行的梳状物130。每个梳状物130都由主杆和一系列平行的指状物形成，所述一系列平行的指状物连接到杆并且与所述杆垂直地延伸。
可移动部件120包括框架135，所述框架135具有大致的U状并且围绕固定部件115延伸。框架135在其端部中的每个处借助嵌入的链接件140A、140B而连接到衬底，所述嵌入的链接件140A、140B包括弹性悬架。梳状物145从框架135沿着大致向外的方向延伸并且类似地由主杆和一系列平行的指状物形成，所述一系列平行的指状物连接到杆并且与所述杆垂直地延伸。
固定部件115的梳状物130和可移动部件120的梳状物145被定位成彼此平行并且彼此交错，以便使每个梳状物145都布置成面对固定的梳状物130，使得梳状物145和梳状物130的指状物彼此交错。
“y方向”驱动致动器200具有与“x方向”驱动致动器100的结构类似的结构，除了“y方向”驱动致动器200与“x方向”驱动致动器100垂直地取向以外。
在操作中，梳状物的交错的指状物与平板电容器类似，所述平板电容器的板中的一个连接到“x方向”驱动致动器100的电极125或“y方向”驱动致动器200的相对应的电极225，而另一个板经由“x方向”驱动致动器100的相应的嵌入的链接件140A、140B和“y方向”驱动致动器200的相应的嵌入的链接件240A、240B连接到地面。
至于“x方向”驱动致动器100，当电压施加到径向电极125时，该电压在固定部件115与可移动部件120之间产生电势差。在由梳状物130和145的指状物所形成的电容器的板之间建立起电场。该电场产生静电力，所述静电力使梳状物145相对于固定的梳状物130沿着与梳状物的指状物平行的方向运动，由此使臂105沿着相对应的方向运动。即，作用在梳状物的指状物之间的静电力促使框架135运动，并且结果促使臂105相对于致动器环30沿着方向Xpos直线地运动。
相对于“y方向”驱动致动器200发生类似的操作，这是因为当电压施加到电极225时，所产生的静电力促使臂205相对于致动器环30沿着Ypos方向直线地运动。
也就是说，如果在具有其梳状物130的电极125与连接到可移动部件120的梳状物145之间或在具有其相关联的/连接的梳状物130的电极225与相关联到/连接到可移动部件220的梳状物之间不施加电压差，则将不产生静电力，并且致动器环30将通过相应的梳状物之间的弹力被保持在其休止位置中。该初始位置在图1A、1B中被示出为开始位置并且在图5中被示出为在一个完整的致动循环之后的结束位置。另一方面，如果在具有其梳状物130的电极125与连接到可移动部件120的梳状物145之间和/或在具有其连接的梳状物的电极225与连接到可移动部件220的梳状物之间施加电压差，则将在相对应的x方向和/或y方向驱动致动器中产生一个或多个静电吸引力，并且致动器环30将沿着相对应的x方向和/或y方向被拉动。
可以在上述美国专利No.7,592,737中找到对于本发明非实质性的致动器100、200的其它细节。
接下来参照图2至图5，这些附图示出致动器环30的运动和从动轮20的转动的连续阶段。
为了说明的目的，图1A可以示出为致动器环30的示例性初始位置，其中“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器200两者都示出为不被致动。因此，并且由于“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器200的相应的弹簧特性，“x方向”驱动致动器100的臂105可以被看成沿着Xneg方向“推动”致动器环30并且“y方向”驱动致动器200的臂可以被看成沿着Yneg方向“推动”致动器环30。“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器200二者的这种方式的作用促使致动器环30在象限I内在大致45°的区域中(参见图1A、1B)抵靠从动轮20被推动。因而，在象限I内在大致45°的区域中，在“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器200的该状态下致动器环30和从动轮20将存在有最深切的啮合。在该状态下，在图1A中可以看到，被指示为“1”的从动轮20的齿朝向左边接合被指示为“A”的致动器环30的齿。
接下来并且如图2中所示，在如上所述“x方向”驱动致动器100致动时，臂105促使致动器环30沿着Xpos方向被“拉动”，“y方向”驱动致动器仍然(并且特意地)不被致动，并且由于“y方向”驱动致动器的弹簧特性，“y方向”驱动致动器200继续促使臂205沿着Yneg方向“推动”致动器环30。结果，致动器环30将在象限II内在45°的区域中抵靠从动轮20被推动。因而，在象限II内在该45°的区域中，在“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器200的该状态下致动器环30和从动轮20将存在有最深切的啮合。这里，也可以看到，被指示为“1”的从动轮20的齿仍然朝向左边接合被指示为“A”的致动器环30的齿，但是齿“A”已经稍微远离齿“1”的右侧移动。
接下来参照图3，该图示出以下状态，即，其中“x方向”驱动致动器100仍然处于其已致动的状态中并且从而臂105沿着Xpos方向“拉动”致动器环30。此外，“y方向”驱动致动器200现在也处于其已致动的状态中并且同样地沿着Ypos方向“拉动”致动器环30。“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器200二者的这种方式的作用促使致动器环30在象限III内在大致45°的区域中(参见图1)抵靠从动轮20被推动。因而，在象限III内在该45°的区域中，在“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器200的该状态下致动器环30和从动轮20将存在有最深切的啮合。这里，也可以看到，被指示为“1”的从动轮20的齿开始仅稍微朝向致动器环30的齿“A”的左边从致动器环30脱离。
接下来参照图4，该图示出以下状态，即，其中“x方向”驱动致动器100现在再次处于其非致动的状态中并且从而臂105沿着Xneg方向“推动”致动器环30，而“y方向”驱动致动器200仍然处于其已致动的状态中并且沿着Ypos方向“拉动”致动器环30。“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器200二者的这种方式的作用促使致动器环30在象限IV内在大致45°的区域中抵靠从动轮20被推动。因而，在象限IV内在该45°的区域中，在“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器200的该状态下，致动器环30和从动轮20将存在有最深切的啮合。在该状态下，也可以看到，被指示为“1”的从动轮20的齿开始再次与致动器环30接合，但是被指示为“1”的从动轮20的齿现在已经朝向其右边经过致动器环30的齿“A”。
并且最终参照图5，该图示出以下状态，即，其中“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器二者处于其相应的非致动的状态中，并且从而臂105、205二者由于其相应的弹簧特性而分别再一次均沿着Xneg方向和Yneg方向“推动”致动器环30。“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器200二者的这种方式的作用促使致动器环30在象限I内在大致45°的区域中再一次抵靠从动轮20被推动。因而，在象限I内在大致45°的区域中，在“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器200的这些非致动的状态中致动器环30和从动轮20将存在有最深切的啮合。在该状态下，也可以看到，被指示为“1”的从动轮20的齿现在已经经过致动器环30的齿“A”并且现在位于致动器环30的齿“A”的右边。
如因而可以从上面看到，致动器环30已经在滞后状的运动中首先沿着Xpos方向运动(没有转动)，继而沿着Ypos方向运动(没有转动)，继而沿着Xneg方向运动(没有转动)并且最终沿着Yneg方向运动(没有转动)，结果就是在该一个完整的运动循环期间从动轮20的外齿已经滚动通过致动器环30的完整数量的内齿，但是因为致动器环30的齿的数量多于从动轮20的齿的数量，所以从动轮20已经精确地转动了与在致动器环30和从动轮20之间的齿的数量差相对应的齿的数量。例如，在所示实施例中，在致动器环30和从动轮20之间的齿的数量差是一(1)个。因此(并且可以看到)，上述步骤的顺序促使从动轮转动了1个齿。
如上所述，从动轮20因而可以被看成已经转动了与[(360)(x)/(n)]°相对应的(x)个齿或在第一优选实施例中转动了一个齿。使用以上所阐述的优选示例，在(n)等于300并且(x)等于1(即，从动轮具有300个齿并且致动器环具有301个齿)的情况下，则可以看到，致动器环的完整驱动循环将使得从动轮转动了1.2°的转角。然而，在从动轮20具有相同的齿的数量的情况下，致动器环30上的齿的数量的差异增大，则将对于致动器环30的整个运动顺序而言使得从动轮20进一步转动。例如，如果齿的数量差是二(2)个并且从动轮20上的齿的数量保持为300个，则从动轮将在接合和脱离的一个完整循环(即，从图1至图5)中转动了2.4°。如现在将由本领域的技术人员所理解的，对于给定的接合和脱离的完整循环而言，对(n)和/或(x)的其它改变将引起不同的转动量。
图6示出用于致动和消动“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器200以用于执行上述关于图1至图5的顺序的示例性信号方案。
此外，如将由本领域的技术人员所理解的，信号的频率将优选地取决于从动轮20的形状和尺寸以及被从动轮20所驱动的那些其它齿轮的形状和尺寸，所述那些其它齿轮例如是显示器指针。其它信号和控制特征和详情将由本领域的技术人员所理解。
如现在也应当理解，例如，本发明非常适合于例如用于计时器的一个或多个马达的应用。例如，本发明能够使常规的驱动齿轮系通过用从动轮代替步进马达而得以简化。或者，并且甚至在进一步的简化中，传统的轮系可以用从动轮20代替，所述从动轮20可以联接到待被驱动的显示器指针。该从动轮与显示指示器的直接联接可以进一步简化构造而使得消除或减少以前认为必要的齿轮。在这些实施例中的任一个中，普通熟练的设计师将了解如何调节和确定合适的转矩约束、齿轮减速，等等。
例如，也参照图7和图8，它们分别示出涉及本发明的优选实施例的MEMS驱动单元和示例性计时器的框图，所述示例性计时器包括以上所阐述的构造，所述构造包括但不限于本发明的优选实施例和在图7中所阐述的功能性。
如图7和图8中所示，本发明的优选实施例优选地被包含到计时器中，但是本领域的技术人员将应理解，本发明的优选实施例的用法及其优点可以是更多样化和更普遍的。为此，美国专利No.7,113,450仅仅公开了本发明在除了传统的手表以外的电子设备中的几种用法，该美国专利通过参考包含于此，正如本文所完全阐述的那样。然而，因为优选的实施例尤其是计时器和手表，因而将应当理解，这种计时器将包括对于本发明非实质性的其它特征和部件。
有鉴于此和由本领域的技术人员所了解的其它公知的概念，将省略掉如本文所公开的一个或多个从动轮20联接到一个或多个齿轮和/或齿轮系和/或显示指示器自身以使一个或多个显示指示器转动、枢转和/或另外运动，所述一个或多个显示指示器例如是显示器指针(例如，时针、分针和/或秒针)和/或环和/或甚至直线显示器指针，如这是在本领域的技术人员的权限内。无疑，为此可以查阅上述'450专利的公开内容。例如，如以上所提到的，示例性从动轮20可以用于代替步进马达的传统马达和/或常规齿轮系自身，并且在任何电子设备中的这样的从动轮20的数量将基于许多因素而改变，包括但不限于待使用的显示指示器的数量。例如，如果从动轮20和相关联的显示指示器通过相对应的齿轮或齿轮系而联接在一起，示例性构造在包括但不限于上述'450专利的本受让人的专利中的许多中被阐述。
照此，图7提供总体上由500指示的较大装置的示例性框图，所述较大装置利用此处所公开的MEMS驱动装置10、10A中的一个。例如，装置500包括总体上由600指示的控制器、总体上由700指示的电压倍增器和驱动器以及MEMS驱动装置(虽然图7示出装置10A，但是装置10或10A都是合适的，而且这仅仅通过示例的方式而非限制性的)。
如以上所公开的，从动轮20优选地能够以较小的增量沿着任一方向转动，如将在本领域中所理解的。也应当理解，在设计师的技能范围内较好地设计出合适的齿轮比，以便为待使用的全部显示指示器的所需显示转动或运动所提供。例如，对于指针的递增转动会期望的是非常小的(例如，对于指南针而言)，从而为精确的增量和显示测量所提供。至少，典型的转速(在有齿轮和/或没有齿轮的情况下)将被配置成使显示指示器适当地转动、枢转和/或运动，所述显示指示器例如是时针、分针和/或秒针或类似物。
控制器600优选地是典型地供电子表所使用的集成微控制器或ASIC，并且向电压倍增器和驱动器700提供如在图6中所公开的控制信号，如将在本领域中所理解的。继而，倍增器/驱动器700联接到包含在计时器中的驱动装置10和/或10A中的每个并且输出对于使包含在计时器中的驱动装置10和/或10A中的每个运动所必需的脉冲的和其它需要的信号。即，虽然图7示出仅包含一个驱动装置10或10A，但是将应当理解，这仅仅通过示例而非限制性的。即，鉴于上述内容，多个MEMS驱动装置可以以已知的方式联接到控制器600和倍增器/驱动器700，所有这些取决于熟练的工人和设计师并且被他们所了解。这样，一个或多个“x方向”驱动致动器100和一个或多个“y方向”驱动致动器200可以沿着如上所述的方向被驱动，从而促使如本文所公开的并且被包含到电子设备中的每个从动轮20转动。根据需要，那些关于控制器600的功能性和构造的非本质的细节可以通过参照上述'450专利中的控制器来得到。再次，可以在'450专利中找到例如显示器控制、电路设计、控制器功能性和使用本发明的实施例的构造的示例的所有细节，所述'450专利通过参考包含于此，正如本文所完全阐述的那样。在优选的实施例中，常规电池或氢基封闭燃料电池(“E-电池”)可以用于为装置500供电。
图8示出总体上由1000指示的示例性计时器，所述计时器包括总体上由10、10A指示的多个MEMS驱动装置，它们意在适用于装置10或10A。如将在本领域中所理解的，单个(或多个)控制器600和倍增器/驱动器700构型可以用于操作相应的驱动装置10和/或10A。图8示出四(4)个MEMS驱动装置10或10A，每个MEMS驱动装置10或10A都具有示例性的相关联的齿轮系505、510、515和520，其继而联接到驱动指示器中的一个或多个，如将在本领域中所理解的。然而，如上所述，优选的实施例可以根据需要省略掉齿轮系，而是根据需要具有直接联接到显示指示器的相关联的从动轮20。
另外，以上装置具有能够沿着相反方向操作(即，沿着逆时针方向(与如图1至图5的顺序所示的顺时针方向相反的方向)转动从动轮20)的额外优点。这将通过颠倒“x方向”驱动致动器100和“y方向”驱动致动器200的致动和消动的次序来容易地实现，如现在应当从本公开理解的。
因而可以看到，本发明提供一种改进的用于电子设备的驱动装置，所述驱动装置利用通过使用MEMS技术所得到的优点。例如，本发明允许减少对于使用这种MEMS技术仍然提供双向驱动装置所需的致动器部分的数量。另外，此处的实施例不为在致动器环和从动轮之间的脱离所提供，由此防止由于从动轮的任何不期望的转动所导致的、由驱动装置控制的、显示指示器的滑移或校准和准确度的损失。本发明也用于构造和使用比迄今为止在本技术中所看到的驱动组件更小且更强的驱动组件。
因而将看到，由于在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对上述构造做出某些改变，因此有效地实现了在从前述说明变得明显的那些目的中的上述目的，其意旨在于，包含在上述说明中或示出在附图中的全部内容应当被解释为说明性的而非限制意义。
还应当理解，以下权利要求书意欲覆盖本文所述的本发明的全部一般特征和具体特征，并且本发明的范围的作为语言问题的所有陈述可能落于其间。

Claims (11)

1.一种用于电子设备的微机电系统(MEMS)驱动装置，所述微机电系统(MEMS)驱动装置包括：
从动轮，所述从动轮具有一直径，所述从动轮包括围绕其外部周边的(n)个齿，其中(n)是正整数；
致动器环，所述致动器环具有比所述从动轮的直径大的内径，所述致动器环包括围绕其内部周边的(n)+(x)个齿，并且其中(x)是至少为1的整数；其中，所述致动器环的(n)+(x)个齿的子集渐进地接合和脱离所述从动轮的(n)个齿的子集；
驱动致动组件，所述驱动致动组件联接到所述致动器环，用于在滞后运动中驱动所述致动器环，从而促使所述从动轮转动，所述驱动致动组件包括：
第一驱动致动器，所述第一驱动致动器联接到所述致动器环以用于选择性地沿着第一方向拉动所述致动器环和沿着与所述第一方向相反的方向推动所述致动器环，由此促使所述致动器环的(n)+(x)个齿的子集接合和脱离所述从动轮的(n)个齿的子集；
第二驱动致动器，所述第二驱动致动器联接到所述致动器环以用于选择性地沿着第二方向拉动所述致动器环和沿着与所述第二方向相反的方向推动所述致动器环，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直，由此促使所述致动器环的(n)+(x)个齿接合和脱离所述从动轮的(n)个齿的子集；
其中，所述从动轮响应于所述从动轮的(n)个齿的所选子集与所述致动器环的(n)+(x)个齿的所选子集之间的接合和脱离而转动。
2.根据权利要求1所述的微机电系统(MEMS)驱动装置，其中，所述驱动致动组件：
通过使所述第一驱动致动器拉动所述致动器环而同时所述第二驱动致动器继续推动所述致动器环，使得所述致动器环的(n)+(x)个齿的不同子集与所述从动轮的(n)个齿的不同子集啮合，而促使所述致动器环从初始位置运动到下一个位置，在所述初始位置处所述第一驱动致动器和所述第二驱动致动器二者均分别推动所述致动器环，使得所述致动器环的(n)+(x)个齿的子集与所述从动轮的(n)个齿的子集啮合；和
继而，由于所述第一驱动致动器和所述第二驱动致动器二者均分别拉动所述致动器环，使得所述致动器环的(n)+(x)个齿的又不同子集与所述从动轮的(n)个齿的不同子集啮合，而促使所述致动器环运动到下一个位置；和
此后，由于所述第一驱动致动器推动所述致动器环并且所述第二驱动致动器继续拉动所述致动器环，使得所述致动器环的(n)+(x)个齿的又不同的子集与所述从动轮的(n)个齿的不同子集啮合，而促使所述致动器环运动到接下来的下一个位置；和
由于所述第一驱动致动器和所述第二驱动致动器二者均分别推动所述致动器环，使得所述致动器环的(n)+(x)个齿的又不同的子集与所述从动轮的(n)个齿的不同子集啮合，促使所述致动器环运动返回到所述初始位置。
3.根据权利要求1所述的微机电系统(MEMS)驱动装置，其中，(n)是在300至1000的范围内，并且(x)是等于1、2、3或4的整数。
4.根据权利要求1所述的微机电系统(MEMS)驱动装置，其中，所述从动轮能通过所述驱动致动组件沿着顺时针方向和逆时针方向两个方向驱动，并且所述驱动致动组件仅包括两个驱动致动器。
5.根据权利要求4所述的微机电系统(MEMS)驱动装置，其中，至少所述致动器环的(n)+(x)个齿的子集总是与所述从动轮的(n)个齿的子集啮合。
6.根据权利要求1所述的微机电系统(MEMS)驱动装置，其中，至少所述致动器环的(n)+(x)个齿的子集总是与所述从动轮的(n)个齿的子集啮合。
7.根据权利要求1所述的微机电系统(MEMS)驱动装置，其中，所述第一驱动致动器和所述第二驱动致动器中的每个都包括：
驱动元件，所述驱动元件从能移动部件向外延伸；和
至少第一长度的第一臂和与所述至少第一臂间隔开的至少第二臂，所述至少第二臂的长度与所述第一长度不同，其中，所述至少第一臂和第二臂中的每个都包括：
第一端部，所述第一端部联接到所述驱动元件；和
远侧端部，所述远侧端部连接到所述致动器环。
8.根据权利要求7所述的微机电系统(MEMS)驱动装置，其中，所述驱动元件是直线的、L形的或T形的中的一种。
9.一种在用于电子设备的微机电系统(MEMS)驱动装置中驱动从动轮的方法，其中，所述微机电系统(MEMS)驱动装置包括：从动轮，所述从动轮具有一直径，所述从动轮包括围绕其外部周边的(n)个齿，其中(n)是正整数；致动器环，所述致动器环具有比所述从动轮的直径大的内径，所述致动器环包括围绕其内部周边的(n)+(x)个齿，并且其中(x)是至少为1的整数；其中，所述致动器环的(n)+(x)个齿渐进地接合和脱离所述从动轮的(n)个齿的子集；驱动致动组件，所述驱动致动组件联接到所述致动器环，用于在滞后运动中驱动所述致动器环，从而促使所述从动轮转动，其中，所述驱动致动组件包括联接到所述致动器环的第一驱动致动器和联接到所述致动器环的第二驱动致动器，其中，所述方法包括以下步骤：
借助所述第一驱动致动器，选择性地沿着第一方向拉动所述致动器环和选择性地沿着与所述第一方向相反的方向推动所述致动器环，由此促使所述致动器环的(n)+(x)个齿的所选子集接合和脱离所述从动轮的(n)个齿的子集；和
借助所述第二驱动致动器，选择性地沿着第二方向拉动所述致动器环和选择性地沿着与所述第二方向相反的方向推动所述致动器环，由此促使所述致动器环的(n)+(x)个齿的所选子集接合和脱离所述从动轮的(n)个齿的子集；
其中：
所述第一方向与所述第二方向垂直；并且
所述从动轮响应于所述从动轮的(n)个齿的所选子集与所述致动器环的(n)+(x)个齿的所选子集之间的接合和脱离而转动。
10.根据权利要求9所述的方法，包括以下步骤：
通过使所述第一驱动致动器拉动所述致动器环而同时所述第二驱动致动器继续推动所述致动器环，使得所述致动器环的(n)+(x)个齿的不同的子集与所述从动轮的(n)个齿的不同子集啮合，而促使所述致动器环从初始位置运动到下一个位置，在所述初始位置处所述第一驱动致动器和所述第二驱动致动器二者均分别推动所述致动器环，使得所述致动器环的(n)+(x)个齿的子集与所述从动轮的(n)个齿的子集啮合；和
由于所述第一驱动致动器和所述第二驱动致动器二者均分别拉动所述致动器环，使得所述致动器环的(n)+(x)个齿的又不同子集与所述从动轮的(n)个齿的不同子集啮合，而促使所述致动器环运动到接下来的下一个位置；和
此后，由于所述第一驱动致动器推动所述致动器环并且所述第二驱动致动器继续拉动所述致动器环，使得所述致动器环的(n)+(x)个齿的又不同的子集与所述从动轮的(n)个齿的不同子集啮合，而促使所述致动器环运动到接下来的下一个位置；和
此后，由于所述第一驱动致动器和所述第二驱动致动器二者均分别推动所述致动器环，使得所述致动器环的(n)+(x)个齿的又不同的子集与所述从动轮的(n)个齿的不同子集啮合，而促使所述致动器环运动返回到所述初始位置。
11.根据权利要求9所述的方法，包括以下步骤：
在所述从动轮与所述致动器环的接合和脱离的整个过程中，维持所述致动器环的(n)+(x)个齿中的至少一个或多个与所述从动轮的(n)个齿中的一个或多个持续啮合。
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