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Es
wird Bezug genommen auf die ebenfalls anhängige US-Patentanmeldung Seriennr. 10/125,098
mit dem Titel „MEMS
DEVICE HAVING A FLEXURE WITH INTEGRAL ACTUATOR" und auf die ebenfalls anhängige Europäische Patentanmeldung
(Aktenzeichen des Vertreters: N13374), die am selben Tag wie diese
Anmeldung eingereicht wurde.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf mikroelektromechanische
Vorrichtungen 10 und insbesondere auf eine mikroelektromechanische Biegevorrichtung,
die eine integriert gebildete Betätigungsvorrichtung zum Biegen
der Biegevorrichtung aufweist.
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Mikroelektromechanische
Systeme (im Folgenden „MEMS") sind integrierte
Systeme geringer Größe, wobei
die Merkmalsgrößen allgemein
Mikrometerabmessungen aufweisen. MEMS-Vorrichtungen werden auf einem gewöhnlichen
Siliziumsubstrat unter Verwendung von Mikroherstellungstechnologie wie
derjenigen, die für
ein Bearbeiten von integrierten Schaltungen (IC) verwendet wird,
erzeugt. Die Herstellungsprozesse ätzen selektiv Teile des Siliziumwafers
weg oder fügen
neue Strukturschichten hinzu, um die mechanischen und elektromechanischen
Vorrichtungen zu bilden.
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Ein
einzigartiges Merkmal von MEMS ist das Ausmaß, in dem Betätigung,
Erfassung, Steuerung, Handhabung und Berechnung in das gleiche System integriert
sind. Beispiele für
MEMS-Vorrichtungen umfassen
einzeln gesteuerte Mikrospiegel, die bei einer Projektionsanzeige
verwendet werden, Beschleunigungsmesser, die eine Zusammenstoßbedingung
erfassen und Airbags in Autos aktivieren, Drucksensoren, „Labor-auf-einem-Chip"-Systeme und Datenspeichervorrichtungen 25.
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Viele
MEMS-Vorrichtungen umfassen Massen, die in dem System bewegbar sind.
Bei diesen MEMS-Vorrichtungen werden oft Balken oder Biegevorrichtungen
verwendet, um die bewegbaren Massen in dem System zu tragen. Die
Balken liefern sowohl eine Stütze
der Masse des Systems als auch Nachgiebigkeit für die Massebewegungen des Systems.
Falls eine Bewegung der Masse des Systems begrenzt werden muss,
werden allgemein zusätzliche
Merkmale in dem System erzeugt, um die Bewegung nach Wunsch zu begrenzen.
Die tatsächliche Bewegung
der Masse eines Systems wird durch eine weitere Vorrichtung erreicht,
die von den Balken oder Biegevorrichtungen und den Bewegungsbegrenzungsmerkmalen
getrennt ist. Hier allgemein als Betätigungsvorrichtungen oder Mikrobetätigungsvorrichtungen
bezeichnet, können
verschiedene Typen von Vorrichtungen verwendet werden, um eine Bewegung
der Masse eines Systems zu bewirken. Mikrobetätigungsvorrichtungen, die bei
MEMS-Vorrichtungen verwendet werden, verwenden eine Vielzahl von
Verfahren, um eine Betätigung
zu erreichen: elektrostatisch, magnetisch, piezoelektrisch, hydraulisch
und thermisch.
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Die
Patentschrift US-A-5959516 zeigt einen Balken bei einem MEMS-System,
wobei der Balken durch einen elektrostatisch angetriebenen ineinandergreifenden
Kammantrieb betätigt
wird, wobei ein Satz von Kammfingern mit dem Balken integriert ist und
von dem komplementären
Kammantrieb weg gebogen wird, um den Balken zu bewegen.
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Die
Patentschrift US-A-5355712 zeigt einen MEMS-Balken, der mit einer
integrierten thermischen Betätigungsvorrichtung
ausgestattet ist, bei der eine bimetallische Ausdehnung eine Biegung
des Balkens bewirkt.
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Bei
MEMS-Vorrichtungen wie denjenigen, die im Vorhergehenden erwähnt sind,
müssen
Platzbeschränkungen
der Vorrichtung berücksichtigt
werden. Obwohl MEMS-Vorrichtungen per Definition bereits extrem
klein sind, kann es erwünscht
sein, die Größe einer
Komponente der Vorrichtung relativ zu der Größe einer anderen Komponente
oder zu der Größe der gesamten
Vorrichtung zu maximieren. Somit wäre es erwünscht, den Platz zu verringern,
der von derartigen ande ren Komponenten der Vorrichtung belegt wird,
oder ausgewählte
Komponenten ganz zu beseitigen. Außerdem wäre es erwünscht, die Anzahl von Prozessschritten
zu verringern, die benötigt
werden, um eine bestimmte MEMS-Vorrichtung oder spezifische Komponenten
einer MEMS-Vorrichtung herzustellen. Wie bereits erwähnt, werden
MEMS-Vorrichtungen unter Verwendung von Mikroherstellungstechnologie
wie derjenigen, die bei der Produktion von integrierten Schaltungen
verwendet wird, erzeugt. Eine Verringerung oder Vereinfachung der
Prozessschritte, die erforderlich sind, um eine bestimmte MEMS-Vorrichtung
oder eine ihrer Komponenten zu bilden, würde den Herstellungsprozess
beschleunigen und die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers bei dem Herstellungsprozess
verringern.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Biegevorrichtung für eine mikroelektromechanische
Vorrichtung geliefert, die einen longitudinalen Balken umfasst.
Eine Betätigungsvorrichtung,
die mit dem Balken integriert ist, ist wirksam, um den Balken zu
biegen, wenn dieselbe aktiviert ist. Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine mikroelektromechanische Vorrichtung
geliefert, die folgende Merkmale aufweist:
ein nachgiebiges
Bauglied, um mit einer bewegbaren Masse in Wechselwirkung zu stehen;
und eine Betätigungsvorrichtung,
die monolithisch mit dem nachgiebigen Bauglied gebildet ist, zum
Biegen des nachgiebigen Bauglieds und zum Bewegen der Masse.
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Beispiele
für die
vorliegende Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung.
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2 eine
Grundrissdraufsicht des Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung,
die in 1 gezeigt ist.
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3 eine
stark vergrößerte Ansicht
des eingekreisten Abschnitts 3 von 1.
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4a und 4b Grundrissdraufsichten eines
weiteren Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung.
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5a und 5b Grundrissdraufsichten von
zusätzlichen
Ausfüh
rungsbeispielen der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung.
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6a und 6b eine
Grundrissansicht bzw. eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Biegevorrichtung,
die bei einem Datenspeichermodul verwendet wird.
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7a und 7b alternative
Ausführungsbeispiele
eines Abschnitts des Datenspeichermoduls der 6a und 6b,
das die erfindungsgemäße Biegevorrichtung
verwendet.
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8 eine
Darstellung einer Balkenbewegung und -torsion bei dem Datenspeichermodul
der 6a und 6b.
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9 eine
Grundrissansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Datenspeichermoduls, das
die erfindungsgemäße Biegevorrichtung
verwendet.
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Bei
der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
wird Bezug genommen auf die beiliegenden Zeichnungen, die einen
Teil derselben bilden, und in denen zur Veranschaulichung spezifische
Ausführungsbeispiele
gezeigt sind, bei denen die Erfindung praktiziert werden kann. Es
sei darauf hingewiesen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet werden
können
und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden
können,
ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die folgende detaillierte Beschreibung soll deshalb nicht in einem
einschränkenden
Sinn aufgefasst werden, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
ist durch die angehängten
Ansprüche
definiert.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer Biegevorrichtung 10 zur Verwendung bei einem mikroelektromechanischen
System (MEMS) ist in den 1–3 gezeigt.
Die Biegevorrichtung 10 umfasst einen nachgiebigen longitudinalen
Balken 12, der eine erste Seite 14 und eine zweite
Seite 16, die der ersten Seite 14 gegenüberliegt,
aufweist. Eine Betätigungsvorrichtung 18 ist
integriert mit dem Balken 12 gebildet. Die Betätigungsvorrichtung 18 kann
selektiv aktiviert werden, um den Balken 12 zu biegen.
Bei einer Verwendung kann die Biegevorrichtung 10 z. B.
positioniert sein, um mit einer bewegbaren Masse (nicht gezeigt)
derart in Wechselwirkung zu stehen, dass ein Biegen des Balkens 12 durch
die Betätigungsvorrichtung 18 die
bewegbare Masse bewegt.
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Wie
es in den 1 und 2 gezeigt
ist, ist die Betätigungsvorrichtung 18 integriert
als ein Teil eines Mittelabschnitts 20 des Balkens 12 gebildet.
Die Betätigungsvorrichtung 18 kann
jedoch entlang eines beliebigen Abschnitts der Länge des Balkens 12 (wie z.
B. benachbart zu einem Ende 23 des Balkens 12) oder
entlang der gesamten Länge
des Balkens 12 positioniert sein, wie es für eine bestimmte
Anwendung erforderlich ist. Die Endabschnitte 21 des Balkens 12 können eine
beliebige Länge
aufweisen, die für
die beabsichtigte Verwendung der Biegevorrichtung geeignet ist.
Die Abmessungen des Ausführungsbeispiels
der Erfindung, das in den 1–3 gezeigt
ist, sollten nicht als bezüglich der
Abmessungen und der Positionierung der Betätigungsvorrichtung 18 einschränkend aufgefasst
werden.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
der Biegevorrichtung 10, das in den 1–3 gezeigt
ist, weist die Betätigungsvorrichtung 18 eine
elektrostatische Beschaffenheit auf. Das heißt, die Betätigungsvorrichtung 18 wird
selektiv durch das Vorhandensein einer elektrostatischen Ladung
aktiviert. Bei einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist die Betätigungsvorrichtung 18 eine
Mehrzahl von Kraftelementen 22 auf, die aus der ersten
Seite 14 des Balkens 12 hervorstehen. Wenn die
Biegevorrichtung 10 elektrostatisch aufgeladen wird, bewegen
sich die Kraftelemente 22 aufgrund einer abstoßenden elektrostatischen
Kraft auseinander und biegen dadurch den Balken 12 zu seiner
zweiten Seite 16.
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Die
Kraftelemente 22 können
auch auf beiden Seiten des Balkens 12 positioniert sein.
Wie es in 4a gezeigt ist, sind die Kraftelemente 22 benachbart
zu sowohl der ersten Seite 14 als auch der zweiten Seite 16 des
Balkens 12 positioniert. Die Gruppe von Kraftelementen 22,
die an der ersten Seite 14 in dem Mittelabschnitt 20 des
Balkens 12 positioniert ist, ist wirksam, um Endabschnitte 21 des
Balkens 12 zu der zweiten Seite 16 zu biegen.
Gleichzeitig ist die Gruppe von Kraftelementen 22, die
an der zweiten Seite 16 in den Endabschnitten 21 des
Balkens 12 positioniert ist, wirksam, um die Enden 23 des
Balkens 12 zurück
zu der ersten Seite 14 zu biegen. Wenn derselbe elektrostatisch
aufgeladen ist, weist der Balken 12 eine Form auf, die
derjenigen ähnlich
ist, die in 4b gezeigt ist (die Form des Balkens 12 in 4b ist
zu veranschaulichenden Zwecken stark übertrieben). Die Kraftelemente 22 können entlang
des Balkens 12 in anderen Konfigurationen als der gezeigten
positioniert sein, die zu der gewünschten Form des Balkens 12 führen, wenn
derselbe elektrostatisch geladen ist.
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Die
Kraftelemente 22 sind auch wirksam, um das Krümmen oder
Biegen des Balkens 12 zu der Seite des Balkens 12 mit
den Kraftelementen 22 zu begrenzen. Bei den Ausführungsbeispielen,
die in den 1–3 gezeigt
sind, begrenzen die Kraftelemente 22 das Krümmen des
Balkens 12 zu seiner ersten Seite 14. Insbesondere
treten, wenn sich der Balken 12 zu seiner ersten Seite 14 biegt,
die Kraftelemente 22 in Kontakt miteinander und verhindern dadurch
ein weiteres Biegen oder Krümmen
des Balkens 12 in dieser Richtung. Auf diese Weise müssen zusätzliche
Elemente, die die Bewegung des Balkens 12 oder einer Masse,
mit der derselbe in Wechselwirkung steht, begrenzen sollen, nicht
in die MEMS-Vorrichtung,
die die Biegevorrichtung 10 verwendet, aufgenommen werden.
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Wenn
derselbe als eine mikroelektromechanische Vorrichtung verwendet
wird, kann der Balken 12 abhängig von der beabsichtigten
Anwendung der Biegevorrichtung 10 eine Breite zwischen
der ersten Seite 14 und der zweiten Seite 16 in
dem Bereich von 100.000 Angström
(10 Mikrometer) oder weniger und gewöhnlicher weniger als 30.000
Angström
(3 Mikrometer) aufweisen. Der Balken 12 kann auch bevorzugt
ein Balken mit einem hohen Seitenverhältnis sein. Bei einem möglichen
Ausführungsbeispiel
weist der Balken 12 ein Seitenverhältnis von zumindest 3 auf,
aber das Seitenverhältnis
kann abhängig
von der Anwendung viel größer oder
kleiner sein. Ein hohes Seitenverhältnis bei dem Balken 12 erzeugt
mehr Oberflächenfläche zwischen
benachbarten Kraftelementen 22 und erzeugt somit eine größere Betätigungskraft
zwischen benachbarten Kraftelementen 22, wenn die Biegevorrichtung 10 elektrostatisch
geladen ist. Das Seitenverhältnis
des Balkens 12 wird durch Faktoren beeinflusst, die die
Kraft, die durch die Betätigungsvorrichtung 18 der
Biegevorrichtung 10 erzeugt werden muss, die Stärke der
elektrostatischen Ladung und die Menge an verfügbarem Platz in der MEMS-Vorrichtung
umfassen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung weisen die Kraftelemente 22 T-förmige (oder hammerförmige) Elemente
auf, die monolithisch an der ersten Seite 14 des Balkens 12 angebracht
sind und sich von derselben erstrecken. Jedes T-förmige Element
weist einen T-Schaft 24 und ein T-Querbauglied 26 auf, wobei
sich der T-Schaft 24 von dem Balken 12 erstreckt.
Die T-Querbauglieder 26 bewegen sich auseinander, wenn
dieselben elektrostatisch aufgeladen werden, um den Balken 12 zu
der zweiten Seite 16 zu biegen.
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Die
T-Querbauglieder 26 treten miteinander in Kontakt, wenn
der Balken 12 zu der ersten Seite 14 gebogen wird,
und begrenzen dadurch den Grad, zu dem sich der Balken 12 zu
der ersten Seite 14 biegen kann.
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Die
Kraftelemente 22 können
andere Formen als eine T-Form aufweisen, wie es in den 1–3 veranschaulicht
ist. Zum Beispiel können
die Kraftelemente 22 gerade (5a), L-förmig (5b)
sein oder eine beliebige andere Form aufweisen, die verwendet werden
kann, um eine abstoßende
Kraft zu erzeugen, wenn eine elektrostatische Ladung vorliegt.
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Eine
mögliche
Anwendung für
die Biegevorrichtung 10, die eine integriert gebildete
Betätigungsvorrichtung 18 aufweist,
wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, ist in den 6a und 6b veranschaulicht.
Die 6a und 6b zeigen
ein Ausführungsbeispiel
eines Speichermoduls 110 hoher Dichte. Das Speichermodul 110 umfasst
einen Rotor 112 und einen Rahmen 114 zum Tragen
des Rotors 112. Der Rotor 112 ist durch seine
obere Kante 116, untere Kante 118, linke Kante 120 und
rechte Kante 122 begrenzt. Die Vorderseite 124 des
Rotors 112 definiert eine X-Y-Ebene, wobei die obere Kante 116 und
die untere Kante 118 mit der X-Achse ausgerichtet sind,
und die linke Kante 120 und die rechte Kante 122 mit
der Y-Achse ausgerichtet sind. Die Vorderseite 124 des
Rotors 112 ist aus einem Speichermedium gebildet, das eine
Mehrzahl von Speicherbereichen 126 zur Datenspeicherung
aufweist. Die Speicherbereiche 126 (allgemein in 6b gezeigt)
befinden sich in einem einer Mehrzahl von Zuständen, um Daten darzustellen,
die in diesem Bereich gespeichert sind. Der Rotorrahmen 114 ist
von den Rotorkanten 116, 118, 120 und 122 beabstandet.
Bei einem Ausführungsbeispiel
umgibt der Rotorrahmen 114 den Rotor 112 in der
X-Y-Ebene. (Wie
dieselben hier verwendet sind, sind Richtungstermini, wie z. B.
oben, unten, links, rechts, vorne und hinten, relative Termini und
sollten nicht als eine Einschränkung
bezüglich der
Gesamtausrichtung des Speichermoduls 110 aufgefasst werden).
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Der
Rotor 112 wird innerhalb des Rotorrahmens 114 durch
eine Mehrzahl von Biegevorrichtungen 10 getragen, die den
Rotor 112 und den Rotorrahmen 114 verbinden. Kraftelemente 22 der
Biegevorrichtungen 10 sind in den 6a und 6b aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt. Die Biegevorrichtungen 10 weisen jedoch
den im Vorhergehenden beschriebenen Typ auf, der integriert gebildete
Betätigungsvorrichtungen 18 aufweist.
Die Biegevorrichtungen 10 liefern sowohl eine Stütze des Rotors 112 als
auch Nachgiebigkeit für
Bewegungen des Rotors 112. Beim Steuern der Bewegung des Rotors 112 ist
es oft erwünscht,
dass das größtmögliche Nachgiebigkeitsverhältnis ebenenintern
zu ebenenextern (hier als das Nachgiebigkeitsverhältnis bezeichnet)
vorliegt. Dieses Verhältnis
kann jedoch durch die gewählte
mechanische Architektur beschränkt
sein. Der Grund dafür,
dass ein hohes Nachgiebigkeitsverhältnis erwünscht ist, besteht darin, dass
die Kräfte,
die durch die Betätigungsvorrichtung 18 geliefert
werden, die integriert in den Biegevorrichtungen 10 gebildet
ist, nicht sehr stark sind. Ein Verbessern einer ebeneninternen
Nachgiebigkeit, während
das Nachgiebigkeitsverhältnis
aufrecht erhalten oder verbessert wird, ermöglicht, dass die relativ schwachen
Kräfte
der integrierten Betätigungsvorrichtungen 18 den
Rotor 112 auf eine annehmbare Weise bewegen. Ein Erhöhen der
ebeneninternen Nachgiebigkeit kann durch ein Berücksichtigen einer axialen Verkürzung der
Biegevorrichtungen 10 erreicht werden. Das heißt, wenn
sich die Biegevorrichtungen 10 krümmen, neigen sie dazu, in ihrer axialen
Richtung kürzer
zu werden, was zu einer Abnahme der ebeneninternen Nachgiebigkeit
führt.
Ein Kompensieren dieser axialen Verkürzung erhöht die ebeneninterne Nachgiebigkeit.
Eine zusätzliche Möglichkeit,
die ebeneninterne Nachgiebigkeit zu verbessern, während die
ebenenexterne Nachgiebigkeit gering gehalten wird und trotzdem das
Nachgiebigkeitsverhältnis
verbessert wird, besteht darin, zu ermöglichen, dass sich die Enden
der Biegevorrichtungen 10 winklig bewegen. Selbst ein kleiner
Winkel an einem oder beiden Enden des Balkens 12 kann die
ebeneninterne Nachgiebigkeit erheblich erhöhen. In vielen Fällen kann
die gleiche Struktur eine axiale Verkürzung kompensieren und auch
eine Winkelbewegung des Balkens ermöglichen.
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Wie
es in den 6a und 6b gezeigt
ist, erstreckt sich, um eine axiale Verkürzung zu kompensieren und auch
eine Winkelbewegung der Biegevorrichtungen 10 zu ermöglichen,
ein erstes Paar von Kopplungsbalken 130a, 130b von
der oberen Kante 116 des Rotors 112, während sich
ein zweites Paar von Kopplungsbalken 132a, 132b von
der unteren Kante 118 des Rotors 112 erstreckt.
Bei dem Ausführungsbeispiel,
das in den 6a und 6b gezeigt ist,
weist der Rotor 112 eine rechteckige Form auf, und ein
erster Satz von Kopplungsbalken 130a, 130b, 132a, 132b erstreckt
sich von den Ecken des Rotors 112. Die Kopplungsbalken 130a, 130b, 132a, 132b sind
allgemein mit der linken und der rechten Kante 120, 122 des
Rotors 112 ausgerichtet. Die Kopplungsbalken 130a, 130b, 132a, 132b können jedoch
einen anderen Ursprung und eine andere Ausrichtung als diejenigen,
die in den 6a und 6b gezeigt
sind, aufweisen. Zum Beispiel ermöglichen die alternativen Ausführungsbeispiele,
die in den 7a und 7b gezeigt
sind, dem Kopplungsbalken 130a eine zusätzliche Freiheit, sich zu drehen, und
liefern dadurch dem Rotor 112 eine zusätzliche ebeneninterne Nachgiebigkeit.
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Das
erste Paar von Kopplungsbalken 30a, 30b ist mit
einer ersten Kopplungsmasse 134a (benachbart zu der oberen
Kante 116 des Rotors 112 positioniert) durch Biegevorrichtungen 136a verbunden, die
sich zwischen dem ersten Paar von Kopplungsbalken 130a, 130b und
der ersten Kopplungsmasse 134a erstrecken. Das zweite Paar
von Kopplungsbalken 132a, 132b ist mit einer zweiten
Kopplungsmasse 134b (benachbart zu der unteren Kante 118 des Rotors 112 positioniert)
durch Biegevorrichtungen 136b verbunden, die sich zwischen
dem zweiten Paar von Kopplungsbalken 132a, 132b und
der zweiten Kopplungsmasse 134b erstrecken. Der erste Satz
von Biegevorrichtungen 136a, 136b weist eine axiale
Ausrichtung auf, die allgemein mit der oberen und der unteren Kante 116, 118 des
Rotors 112 ausgerichtet ist.
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Der
Rotorrahmen 114 umfasst eine erste und eine zweite Biegevorrichtungsbefestigung 140a, 140b,
die an gegenüberliegenden
Seiten des Rotors 112 (benachbart zu der linken Kante 120 und
der rechten Kante 122, wie es in 6a gezeigt
ist) positioniert sind. Die erste und die zweite Kopplungsmasse 134a, 134b sind
mit der ersten Biegevorrichtungsbefestigung 140a durch
Biegevorrichtungen 142a verbunden. Die erste und die zweite
Kopplungsmasse 134a, 134b sind mit der zweiten
Biegevorrichtungsbefestigung 140b durch Biegevorrichtungen 142b verbunden.
Der zweite Satz von Biegevorrichtungen 142a, 142b weist
eine axiale Ausrichtung auf, die allgemein mit der linken und der
rechten Kante 120, 122 des Rotors 112 ausgerichtet
ist. Die Kopplungsmassen 134a, 134b sind einfach
als starre Körper
wirksam, um eine Bewegung zwischen den Biegevorrichtungen 142a, 142b und
den Biegevorrichtungen 136a, 136b zu übersetzen.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Sätze von Biegevorrichtungen 136a, 136b, 142a, 142b bei dem
Ausführungsbeispiel,
das in den 6a und 6b gezeigt
ist, jeder insgesamt vier einzelne Biegevorrichtungen aufweisen.
Eine andere Anzahl von einzelnen Biegevorrichtungen kann jedoch
bei den Sätzen
von Biegevorrichtungen verwendet werden (z. B. insgesamt zwei oder
sechs Biegevorrichtungen bei jedem Satz).
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Die
Seiten der Biegevorrichtungen 136a, 136b befinden
sich in der X-Z-Ebene; dieser Satz von Biegevorrichtungen kann in
der Y-Richtung gebogen werden, was ermöglicht, dass sich der Rotor 112 bezüglich des
Rahmens 114 in der Y-Richtung bewegt. Die Seiten der Biegevorrichtungen 142a, 142b befinden
sich in der Y-Z-Richtung; dieser Satz von Biegevorrichtungen kann
in der X-Richtung gebogen werden, was ermög licht, dass sich der Rotor 112 bezüglich des
Rahmens 114 in der X-Richtung bewegt.
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Eine
vereinfachte axiale Ansicht einer der Hochaspektbalkenbiegevorrichtungen 10 ist
in 8 gezeigt. Wenn die Balken 12 ebenenintern
und ebenenextern gebogen werden, tritt eine Torsion bei den Balken 12 auf.
Diese Torsion tritt auf, obwohl sich der Balken 12 nicht
bezüglich
seiner axialen Ebene verdreht. 8 zeigt
Endansichten eines Balkens mit hohem Seitenverhältnis bei keiner Belastung
(Position A), bei ebeneninternen und ebenenexternen Belastungen
(Position B) und bei ebeneninternen, ebenenexternen und Torsionsbelastungen
(Position C). Da die Bewegung des Rotors 112 den Balken 12 aufgrund
der Momentarme, die sich aus einer Verschiebung ergeben, in Torsion
versetzt, geht die Tendenz des Balkens dahin, sich von der Position
C, die in 8 dargestellt ist, zurück zu der
Position B zu biegen, die in 8 dargestellt
ist. Wie im Vorhergehenden erwähnt,
ist es oft erwünscht,
dass das größtmögliche Nachgiebigkeitsverhältnis ebenenintern
zu ebenenextern vorliegt. Dieses Nachgiebigkeitsverhältnis wird
jedoch oft durch die im Vorhergehenden beschriebenen Balkentorsionen
verringert. Um ein höheres
Nachgiebigkeitsverhältnis
aufrechtzuerhalten, ist es erwünscht,
die Torsions- und ebenenexterne Nachgiebigkeit des Balkens zu verringern,
während
seine ebeneninterne Nachgiebigkeit maximiert wird.
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Bei
dem hier beschriebenen Speichermodul hoher Dichte wird die Torsions-
und ebenenexterne Nachgiebigkeit des Balkens durch ein solches Ausrichten
der Biegevorrichtungen 10 verringert, dass den Torsionen,
die in den Biegevorrichtungen 10 erzeugt werden, wenn der
Rotor 112 entlang der Z-Achse verschoben wird, wie z. B.
durch Schwingungskräfte,
wirksam entgegengewirkt wird. Der größte Entgegenwirkungseffekt
wird erreicht, wenn die Biegevorrichtungen 136a, 136b ausgerichtet sind,
um axial auf den Mittelpunkt der Biegevorrichtungen 142a, 142b zu
zeigen. Eine Entgegenwirkung bezüglich
der Torsionen wird jedoch auch in einem geringeren Ausmaß erreicht,
wenn der Schnittpunkt sich nicht an dem Mittelpunkt der Biegevorrichtungen 142a, 142b befindet.
Somit ist die Position des ersten und des zweiten Satzes von Biegevorrichtungen 136a, 136b derart,
dass die Achse des ersten und des zweiten Satzes von Biegevorrichtungen 136a, 136b die
Biegevorrichtungen 142a, 142b an irgendeiner Stelle
entlang der Länge
der Biegevorrichtungen 142a, 142b schneidet.
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Obwohl
das Speichermodul 110 im Vorhergehenden mit Bezug auf einen
einzigen Rotor 112 beschrieben wurde, der durch den Rahmen 114 getragen
wird, kann in der Praxis eine Mehrzahl von Rotoren 112 durch
den Rahmen 114 getragen werden. Ein Speichermodul 210,
das ein Array von Rotoren 112 aufweist, ist in 9 dargestellt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausrichtung der Biegevorrichtungen 136a, 136b, 142a, 142b einen
erheblichen Vorteil liefert, wenn eine Mehrzahl von Rotoren 112 in dem
Speichermodul 210 verwendet wird. Insbesondere sind die
Biegevorrichtungen 136a, 136b, 142a, 142b um
den Umfang der Rotoren 112 derart angeordnet, dass die
Biegevorrichtungen 136a, 136b, 142a, 142b sich
jede in im Wesentlichen paralleler Ausrichtung mit den jeweiligen
benachbarten Kanten der Rotoren 112 befinden. Somit wird
die Gesamtfläche,
die für
jeden Rotor 112 und sein zugeordnetes Aufhängungssystem
benötigt
wird, verringert, und die Packungsdichte der Rotoren 112 in
dem Speichermodul 210 wird entsprechend erhöht.
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Die
Packungsdichte der Rotoren 112 in dem Speichermodul 210 kann
ferner, wie es in 9 veranschaulicht ist, durch
ein Beseitigen des Großteils des
Rahmens 114 zwischen benachbarten Rotoren 12 erhöht werden.
Insbesondere ist es in 9 ersichtlich, dass der Rahmen 114 reduziert
ist, um nur die Biegevorrichtungsbefestigungen 140a, 140b von benachbarten
Rotoren 112 übrig
zu lassen. Das heißt,
der einzige Abschnitt des Rahmens 114 zwischen benachbarten
Rotoren sind die Biegevorrichtungsbefestigungen 140a, 140b.
Die Biegevorrichtungsbefestigungen sind mechanisch an einer Be wegungsmasse
befestigt, so dass sich jeder Rotor des Arrays von Rotoren 112 unabhängig bewegen
kann. Natürlich
kann der Rahmen 114 auch erweitert werden, so dass derselbe
jeden Rotor voll umgibt, wenn dies gewünscht wird.
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Obwohl
spezifische Ausführungsbeispiele hier
zu Zwecken einer Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
veranschaulicht und beschrieben wurden, werden Fachleute erkennen,
dass eine große
Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen,
bei denen davon ausgegangen wird, dass dieselben die gleichen Zwecke
erreichen, die spezifischen Ausführungsbeispiele,
die gezeigt und beschrieben worden sind, ersetzen kann, ohne von
dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Fachleute
im chemischen, mechanischen, elektromechanischen und elektrischen
Bereich werden ohne weiteres erkennen, dass die vorliegende Erfindung
bei einer sehr großen
Vielzahl von Ausführungsbeispielen
implementiert werden kann. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen
oder Variationen der hier erörterten
bevorzugten Ausführungsbeispiele
abdecken. Deshalb soll diese Erfindung ausdrücklich nur durch die Ansprüche und ihre Äquivalente
beschränkt
sein.