DE102007048592A1

DE102007048592A1 - Kontaktloser Aktor

Info

Publication number: DE102007048592A1
Application number: DE102007048592A
Authority: DE
Inventors: Alex Horng; I-Yu Huang
Original assignee: Sunonwealth Electric Machine Industry Co Ltd
Current assignee: Sunonwealth Electric Machine Industry Co Ltd
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2009-03-12
Also published as: JP2009061575A; GB2452578A; JP4657273B2; GB0720900D0; US20090066186A1; FR2918500A1; TW200911676A

Abstract

Ein kontaktloser Aktor, der sich auf einem Substrat (10) befindet und zumindest eine Platte (30) und eine Stütze (31) umfasst. Wenn von außen eine Spannung angelegt wird, wird die Platte durch die Anziehung des Substrats gebogen, ohne jedoch mit dem Substrat in Kontakt zu gelangen. Eine Gegenkraft wird erzeugt, wenn die Platte der elektrostatischen Kraft des Substrats entgegenwirkt. Nach Wegnahme der Spannung werden die Gegenkraft und eine elastische Spannung, die durch die Rückkehr der Platte aus ihrem gekrümmten Zustand in ihren ursprünglichen Zustand erzeugt wird, genutzt, um eine Prellbewegung der Platte und der Stütze zu erzeugen und um eine Schrittbewegung des Aktors zu schaffen. Da zwischen der Platte und dem Substrat keine Reibung vorhanden ist, erfordert der erfindungsgemäße kontaktlose Aktor eine viel geringere Spannung und verbraucht nur einen minimalen Strom, so dass die Ansteuerspannung gesenkt wird und der Stromverbrauch verringert wird und außerdem eine Verformung der Vorrichtung verringert wird, was für eine längere Lebensdauer der Vorrichtung sorgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kontaktlosen Aktor, der verhindert, dass eine Platte mit einem Substrat in Kontakt gelangt, wenn die Platte von dem Substrat angezogen wird, indem der Platte eine Biegesteifigkeit verliehen wird, um so den Reibwiderstand zu senken, die Ansteuerungsspannung und die Verformung (defacement) der Vorrichtung zu reduzieren und um ihre Lebensdauer zu verlängern.
Ein Mikrolüfteraufbau umfasst Mikrolüfter-Blätter, die durch eine Selbstmontagetechnik produziert werden, sowie einen Mikromotor, der unter Verwendung eines Mikroaktors als Rotor gebildet ist, wobei das Wirkungskonzept des Mikroaktors in 1 veranschaulicht ist.
Die Mikroaktorstruktur umfasst ein Substrat 10, das gewöhnlich ein Siliciumsubstrat ist und auf dem eine Siliciumnitrid-Isolierschicht mit einer Beschichtungsdicke von etwa 0,6 μm vorhanden ist, und einen Aktor, der sich auf dem Substrat 10 befindet und eine Platte 20 sowie eine Stütze 21 besitzt, wobei die Platte 20 zu dem Substrat 10 parallel ist und die Stütze 21 mit einem vorderen Ende der Platte 20 verbunden ist, so dass sie zu dem Substrat 10 senkrecht ist, wie in 1(a) gezeigt ist, umfasst.
Wenn durch die Platte 20 und die Stütze 21 eine kapazitive Struktur gebildet wird, steht an der Platte 10 eine elektrostatische Kraft zur Verfügung. Wenn daher von außen eine positive Vorspannung angelegt wird, wird die Platte 20 durch das Substrat 10 auf Grund der elektrostatischen Kraft angezogen, so dass ein hinteres Ende der Platte 20 mit dem Substrat 10 in Kontakt gelangt, wie in 1(b) gezeigt ist.
Wenn die positive Vorspannung bis zu einer Anfahrspannung erhöht wird, wird die Platte 10 gebogen, da die Reibung zwischen dem hinteren Ende der Platte 20 und dem Substrat 10 kleiner als jene zwischen der Stütze 21 und dem Substrat 10 ist, wodurch ein großflächiger Kontakt zwischen dem hinteren Ende und dem Substrat 10 bewirkt wird, und mit einer elastischen Spannung gespeichert, wie in 1(c) gezeigt ist.
Wenn die angelegte Spannung beseitigt wird, ist die Reibung zwischen dem hinteren Ende der Platte 20 und dem Substrat 10 größer als jene zwischen der Stütze 21 und dem Substrat 10. Im Ergebnis wird die gespeicherte elastische Spannung sofort freigegeben, wodurch der Aktor angetrieben wird, um sich wie in 1(d) gezeigt zu betätigen und zu verlagern.
Wenn weiterhin eine negative Vorspannung angelegt wird, wird die Platte 20 ebenfalls durch das Substrat 10 angezogen, was eine wiederholte Bewegung zur Folge hat, so dass die Platte 20 auf dem Substrat 10 ununterbrochen betätigt wird.
Auf dem Betätigungsweg des Aktors gibt es zwei Kontaktoberflächen zwischen dem Aktor und dem Substrat 10, nämlich eine Kontaktoberfläche zwischen dem hinteren Ende der Platte 20 und dem Substrat und eine Kontaktoberfläche zwischen der Stütze 21 und dem Substrat 10. Die Bedingung dafür, dass der Aktor eine elastische Spannung zeigt, besteht darin, dass die zwischen dem Aktor und dem Substrat 10 angelegte positive (negative) Spannung groß genug ist, um die Reibung zwischen der Stütze 21 und dem Substrat 10 größer als jene zwischen dem hinteren Ende der Platte 20 und dem Substrat 10 zu machen. Eine solche Bedingung führt jedoch unvermeidlich die Nachteile einer hohen Ansteuerspannung, eines hohen Stromverbrauchs und einer Verformung der Vorrichtung ein.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kontaktlosen Aktor zu schaffen, der eine niedrigere Ansteuerspannung erfordert und einen verringerten Stromverbrauch hat und eine geringe Verformung der Vorrichtung zeigt, um die Lebensdauer zu verlängern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen kontaktlosen Aktor nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der kontaktlose Aktor gemäß der Erfindung befindet sich auf einem Substrat und umfasst zumindest eine Platte und eine Stütze.
Wenn zwischen den Aktor und das Substrat von außen eine positive (negative) Vorspannung angelegt wird, wird die Platte durch die Anziehung des Substrats auf Grund einer elektrostatischen Kraft gebogen, wobei sie mit dem Substrat jedoch nicht in Kontakt gelangt. Daher besitzt der Aktor nur eine Kontaktoberfläche zwischen der Stütze und dem Substrat, eine aus einem Kontakt zwischen der Platte und dem Substrat sich ergebende Reibung tritt jedoch nicht auf. Der erfindungsgemäße konktaktlose Aktor benötigt daher nur eine niedrige Spannung und verbraucht lediglich einen minimalen Strom, um eine Prellbewegung zu erzielen, die aus der Gegenkraft entsteht, die durch die Platte selbst erzeugt wird, um der elektrostatischen Kraft und der elastischen Spannung zu widerstehen, wenn die Platte aus ihrem gekrümmten Zustand wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
1 die bereits erwähnte schematische Ansicht zur Erläuterung der Bewegung einer herkömmlichen Struktur;
2 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen kontaktlosen Aktors; und
3 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Bewegung des erfindungsgemäßen kontaktlosen Aktors.
Wie in 2 gezeigt ist, befindet sich der Aktor auf einem Substrat 10 und umfasst eine Platte 30, eine Stütze 31, wenigstens zwei Unterstützungsträger 32, wenigstens zwei Gleitsitze 33 und wenigstens zwei Schienen 34.
Die wenigstens zwei Schienen 34 befinden sich auf dem Substrat 10 und haben die Form eines geraden oder eines gekrümmten Linienmusters mit gleichem Abstand zwischen den Linien, etwa ein Muster aus zwei parallelen geraden Linien oder ein Muster aus zwei konzentrischen Kreisen.
Die wenigstens zwei Gleitsitze 33 sind über den zwei oben genannten Schienen 34 angebracht und besitzen einen Unterstützungsträger 32, der sich von dem jeweiligen Gleitsitz erstreckt. Die wenigstens zwei Unterstützungsträger sind mit der Platte 30 verbunden und sind an den Ecken, an denen der Unterstützungsträger 32 jeden der Gleitsitze 33 bzw. die Platte 30 schneidet, angefast.
Wie in 3 gezeigt ist, ist die Platte 30 zu dem Substrat 10 parallel, außerdem ist die Stütze 31 mit einem vorderen Ende der Platte 30 verbunden und zu dem Substrat 10 senkrecht, wie in 3(a) gezeigt ist.
Wenn von außen eine positive Vorspannung angelegt wird, wird ein hinteres Ende der Platte 30 durch die Anziehungskraft des Substrats auf Grund der elektrostatischen Kraft gebogen, sie gelangt jedoch mit dem Substrat 10 nicht in Kontakt, wie in 3(b) gezeigt ist.
Wenn die positive Vorspannung bis zu einer Anfahrspannung erhöht wird, ist, da nur eine einzige Kontaktoberfläche zwischen der Stütze 31 und dem Substrat 10 vorhanden ist, eine viel geringere Spannung erforderlich und wird lediglich ein minimaler Strom verbraucht, um eine elastische Gegenspannung für die Platte zu erzeugen, um der elektrostatischen Kraft zu widerstehen, wie in 3(c) gezeigt ist.
Nachdem die angelegte Spannung beseitigt wird, werden die Gegenkraft, die in der Platte 30 gespeichert ist, und die elastische Spannung, die sich aus der Rückkehr der Platte 30 aus dem gekrümmten Zustand in den ursprünglichen Zustand ergab, sofort beseitigt. Die Rückprallkraft treibt die Platte 30 und die Stütze 31 an, so dass sie prellen und springen, was eine Schrittbewegung des Aktors ergibt, wie in 3(d) gezeigt ist.
Wenn weiterhin eine negative Vorspannung angelegt wird, wird die Platte 30 auf ähnliche Weise durch das Substrat 10 angezogen, um eine wiederholte Bewegung zu erzeugen. Da die Platte 30 nicht mit dem Substrat 10 in Kontakt gelangt, kann eine ununterbrochene Bewegung auf dem Substrat 10 erzielt werden.
Wenn eine positive (negative) Vorspannung angelegt wird, wird die Platte durch das Substrat 10 auf Grund der Wirkung der elektrostatischen Kraft angezogen, ohne jedoch mit dem Substrat 10 in Kontakt zu gelangen. Daher ist eine viel kleinere Spannung erforderlich und wird ein minimaler Strom verbraucht, um eine elastische Gegenspannung unter Verwendung der Platte 30 zu erzeugen, die der elektrostatischen Kraft entgegenwirkt. Nach Beseitigung der angelegten Spannung führt die Platte 30 weiterhin die Prellbewegung durch die Rückprallkraft der darin gespeicherten elastischen Spannung aus, um eine Schrittbewegung des Aktors hervorzurufen.
Zusammengefasst besitzt der erfindungsgemäße kontaktlose Aktor die oben genannten Vorteile. Der erfindungsgemäße kontaktlose Aktor besitzt daher Merkmale, die nicht nur neu sind, sondern auch die erforderliche Erfindungshöhe haben und den kontaktlosen Aktor industriell anwendbar machen.
Die Erfindung ist zwar anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden, selbstverständlich ist die Erfindung jedoch nicht auf die offenbarte Ausführungsform eingeschränkt. Vielmehr ist beabsichtigt, viele verschiedene Abwandlungen und ähnliche Anordnungen, die im Erfindungsgedanken und im Umfang der beigefügten Ansprüche liegen, abzudecken, wobei die Ansprüche in ihrer weitesten Interpretation zu verstehen sind, so dass alle solchen Abwandlungen und ähnlichen Strukturen enthalten sind.

Claims

Kontaktloser Aktor, der sich auf einem Substrat (10) befindet und eine Platte (30) und eine Stütze (31) umfasst, wobei ein hinteres Ende der Platte (30) durch eine Anziehung des Substrats (10) gebogen wird, wenn zwischen der Platte (30) und dem Substrat (10) von außen eine positive (negative) elektrische Spannung angelegt wird, ohne jedoch mit dem Substrat (10) in Kontakt zu gelangen, wobei der Aktor auf Grund einer Rückprallkraft, die durch die Rückkehr der Platte (30) aus ihrem gekrümmten Zustand in ihren ursprünglichen Zustand nach dem Wegnehmen der Spannung erzeugt wird, eine Schrittbewegung ausführt.
Kontaktloser Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (10) wenigstens zwei Schiene (34) vorhanden sind, dass über jeder Schiene (34) Gleitsitze (33) angeordnet sind und dass sich ein Unterstützungsträger (32) von jedem Gleitsitz (33) erstreckt und mit der Platte (30) verbunden ist.
Kontaktloser Aktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Schienen (34) in einem Muster aus geraden Linien oder in einem Muster aus gekrümmten Linien und jeweils in gleichem gegenseitigen Abstand angeordnet sind.
Kontaktloser Aktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Ecken, an denen der Unterstützungsträger (32) und jeden Gleitsitz (33) bzw. die Platte (30) schneidet, angefast sind.