CN109353985B - 一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构 - Google Patents

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Abstract

一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，涉及微机械静电驱动技术领域；包括n组相同的弧形梳齿组；n组弧形梳齿组均匀分布在外部圆弧形器件的外沿；每组弧形梳齿组包括静梳齿和动梳齿；静梳齿和动梳齿为交错配合的F型锤状结构；在外部静电的驱动下；动梳齿以外部圆弧形器件中心为圆心，相对静梳齿进行靠近或远离的弧形运动；静梳齿与动梳齿配合时，第一动电极伸入第一定电极和第二定电极之间；第二动电极位于第二定电极的径向外侧；本发明实现了在与传统技术相同的真空环境和驱动电压下，提高机械运动位移，并且不增加工艺难度。

Description

一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构
技术领域
本发明涉及一种微机械静电驱动技术领域，特别是一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构。
背景技术
静电驱动是微机械驱动技术的一种重要方式，在目前的MEMS领域有广泛的应用。目前在静电驱动结构中最常见的是矩形平板式梳齿阵列结构。但是目前的矩形梳齿静电驱动器存在着驱动力偏小、驱动电压过高的问题。而微机电器件的应用场合往往对驱动电压有上限要求，希望尽可能降低驱动电压或提高驱动位移。解决这一矛盾的普遍方法是增加梳齿数量，形成阵列。增加梳齿数量的弊端是增加器件的体积，增加工艺难度。
发明专利申请《一种微机械静电驱动的梳齿结构》(申请号201410440148.7)提出梳齿形状采用三角形与梯形结合的方式，或三角形与矩形结合的方式，或梯形之间互相结合的方式，降低结构的驱动电压，但其仅适用于驱动位移垂直于梳齿方向的驱动模式。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，实现了在与传统技术相同的真空环境和驱动电压下，提高机械运动位移，并且不增加工艺难度。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，包括n组相同的弧形梳齿组；n组弧形梳齿组均匀分布在外部圆弧形器件的外沿；每组弧形梳齿组包括静梳齿和动梳齿；静梳齿和动梳齿为交错配合的F型锤状结构；在外部静电的驱动下；动梳齿以外部圆弧形器件中心为圆心，相对静梳齿进行靠近或远离的弧形运动；n为正整数，且6≤n≤9。
在上述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，所述的静梳齿包括第一基底、第一定电极和第二定电极；其中，第一基底为矩形板状结构；第一基底的一端与外部圆弧形器件的侧边连接；且第一基底的轴向指向外部圆弧形器件的中心；第一定电极和第二定电极固定安装在第一基底的侧壁；且第一定电极和第二定电极指向动梳齿。
在上述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，所述的动梳齿包括第二基底、第一动电极和第二动电极；其中，第二基底为矩形板状结构；第二基底的一端与外部圆弧形器件的侧边连接；且第二基底的轴向指向外部圆弧形器件的中心；第一动电极和第二动电极固定安装在第二基底的侧壁；且第一动电极和第二动电极指向静梳齿。
在上述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，静梳齿与动梳齿配合时，第一动电极伸入第一定电极和第二定电极之间；第二动电极位于第二定电极的径向外侧。
在上述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，所述第一定电极、第二定电极、第一动电极和第二动电极均为以外部圆弧形器件中心为圆心的弧型板状结构；且第一定电极所在圆弧相对于外部圆弧形器件中心的半径为200-2000μm；第一动电极与第一定电极之间设置有弧形间隙，间隙宽度为1-10μm；第二定电极与第一动电极之间设置有弧形间隙，间隙宽度为1-10μm；第二动电极与第二定电极之间设置有弧形间隙，间隙宽度为1-10μm。
在上述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，动梳齿做圆弧运动时；第一基底与第二基底相对于外部圆弧形器件中心的夹角为2°-15°。
在上述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，设定外部圆弧形器件的半径为r；第一基底与第二基底沿的外部圆弧形器件径向长度均为
Figure BDA0001828874610000021
在上述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，所述第一定电极包括第一环板和第二环板；其中，第一环板的轴向内端与第一基底的侧壁固定连接；第二环板沿轴向固定安装在第一环板的轴向外端。
在上述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，设定第一环板的宽度为h1、第一环板的弧长为M1、第二环板的宽度为h2、第二环板的弧长为M2；则h2宽度为2h1-4h1；M2长度为
Figure BDA0001828874610000031
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用了梳齿结构，相比于使用传统的矩形梳齿的静电驱动器，可以在同样的真空环境和驱动电压下，得到更大的驱动行程，且未增加工艺难度；
(2)本发明合理设置了梳齿组中静梳齿和动梳齿的长度和宽度，减轻了梳齿组重量的同时；增大了静梳齿和动梳齿之间的腔体体积；
(3)本发明梳齿组中采用了静梳齿和动梳齿的配合方式，实现了梳齿驱动力不变的情况下，动梳齿的横向行程距离显著增加。
附图说明
图1为本发明弧形梳齿组结构示意图；
图2为本发明第一定电极示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，实现了在与传统技术相同的真空环境和驱动电压下，提高机械运动位移，并且不增加工艺难度。
如图1所示为弧形梳齿组结构示意图，由图可知，一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，包括n组相同的弧形梳齿组；n组弧形梳齿组均匀分布在外部圆弧形器件的外沿；每组弧形梳齿组包括静梳齿1和动梳齿2；静梳齿1和动梳齿2为交错配合的F型锤状结构；在外部静电的驱动下；动梳齿2以外部圆弧形器件中心为圆心，相对静梳齿1进行靠近或远离的弧形运动；n为正整数，且6≤n≤9。
其中，静梳齿1包括第一基底11、第一定电极12和第二定电极13；其中，第一基底11为矩形板状结构；第一基底11的一端与外部圆弧形器件的侧边连接；且第一基底11的轴向指向外部圆弧形器件的中心；第一定电极12和第二定电极13固定安装在第一基底11的侧壁；且第一定电极12和第二定电极13指向动梳齿2。
动梳齿2包括第二基底21、第一动电极22和第二动电极23；其中，第二基底21为矩形板状结构；第二基底21的一端与外部圆弧形器件的侧边连接；且第二基底21的轴向指向外部圆弧形器件的中心；第一动电极22和第二动电极23固定安装在第二基底21的侧壁；且第一动电极22和第二动电极23指向静梳齿1。
静梳齿1与动梳齿2配合时，第一动电极22伸入第一定电极12和第二定电极13之间；第二动电极23位于第二定电极13的径向外侧。
第一定电极12、第二定电极13、第一动电极22和第二动电极23均为以外部圆弧形器件中心为圆心的弧型板状结构；且第一定电极12所在圆弧相对于外部圆弧形器件中心的半径为200-2000μm；第一动电极22与第一定电极12之间设置有弧形间隙，间隙宽度为1-10μm；第二定电极13与第一动电极22之间设置有弧形间隙，间隙宽度为1-10μm；第二动电极23与第二定电极13之间设置有弧形间隙，间隙宽度为1-10μm。
设定外部圆弧形器件的半径为r；第一基底11与第二基底21沿的外部圆弧形器件径向长度均为
Figure BDA0001828874610000041
动梳齿2做圆弧运动时；第一基底11与第二基底21相对于外部圆弧形器件中心的夹角为2°-15°。
如图2所示为第一定电极示意图，由图可知，第一定电极12包括第一环板121和第二环板122；其中，第一环板121的轴向内端与第一基底11的侧壁固定连接；第二环板122沿轴向固定安装在第一环板121的轴向外端。
设定第一环板121的宽度为h1、第一环板121的弧长为M1、第二环板122的宽度为h2、第二环板122的弧长为M2；则h2宽度为2h1-4h1；M2长度为
Figure BDA0001828874610000051
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，其特征在于：包括n组相同的弧形梳齿组；n组弧形梳齿组均匀分布在外部圆弧形器件的外沿；每组弧形梳齿组包括静梳齿(1)和动梳齿(2)；静梳齿(1)和动梳齿(2)为交错配合的F型锤状结构；在外部静电的驱动下；动梳齿(2)以外部圆弧形器件中心为圆心，相对静梳齿(1)进行靠近或远离的弧形运动；n为正整数，且6≤n≤9；
所述的静梳齿(1)包括第一基底(11)、第一定电极(12)和第二定电极(13)；其中，第一基底(11)为矩形板状结构；第一基底(11)的一端与外部圆弧形器件的侧边连接；且第一基底(11)的轴向指向外部圆弧形器件的中心；第一定电极(12)和第二定电极(13)固定安装在第一基底(11)的侧壁；且第一定电极(12)和第二定电极(13)指向动梳齿(2)；
所述第一定电极(12)包括第一环板(121)和第二环板(122)；其中，第一环板(121)的轴向内端与第一基底(11)的侧壁固定连接；第二环板(122)沿轴向固定安装在第一环板(121)的轴向外端；
设定第一环板(121)的宽度为h1、第一环板(121)的弧长为M1、第二环板(122)的宽度为h2、第二环板(122)的弧长为M2；则h2宽度为2h1-4h1；M2长度为
Figure FDA0002938416020000011
所述的动梳齿(2)包括第二基底(21)、第一动电极(22)和第二动电极(23)；其中，第二基底(21)为矩形板状结构；第二基底(21)的一端与外部圆弧形器件的侧边连接；且第二基底(21)的轴向指向外部圆弧形器件的中心；第一动电极(22)和第二动电极(23)固定安装在第二基底(21)的侧壁；且第一动电极(22)和第二动电极(23)指向静梳齿(1)；
静梳齿(1)与动梳齿(2)配合时，第一动电极(22)伸入第一定电极(12)和第二定电极(13)之间；第二动电极(23)位于第二定电极(13)的径向外侧；
所述第一定电极(12)、第二定电极(13)、第一动电极(22)和第二动电极(23)均为以外部圆弧形器件中心为圆心的弧型板状结构；且第一定电极(12)所在圆弧相对于外部圆弧形器件中心的半径为200-2000μm；第一动电极(22)与第一定电极(12)之间设置有弧形间隙，间隙宽度为1-10μm；第二定电极(13)与第一动电极(22)之间设置有弧形间隙，间隙宽度为1-10μm；第二动电极(23)与第二定电极(13)之间设置有弧形间隙，间隙宽度为1-10μm。
2.根据权利要求1所述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，其特征在于：动梳齿(2)做圆弧运动时；第一基底(11)与第二基底(21)相对于外部圆弧形器件中心的夹角为2°-15°。
3.根据权利要求2所述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，其特征在于：设定外部圆弧形器件的半径为r；第一基底(11)与第二基底(21)沿的外部圆弧形器件径向长度均为
Figure FDA0002938416020000021
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