Tiểu luận Nhập môn Vi cơ điện tử Tính toán, thiết kế vi động cơ nhiệt điện

35 881 0
Tiểu luận Nhập môn Vi cơ điện tử Tính toán, thiết kế vi động cơ nhiệt điện

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

TIỂU LUẬN NHẬP MÔN VI CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VI ĐỘNG CƠ NHIỆT- ĐIỆN Lời mở đầu Với phát triển khoa học kỹ thuật thập niên gần đây, kỉ XXI coi kỉ kỉ nguyên số công nghệ cao Xu tập trung vào ngành công nghiệp công nghệ cao, kĩ thuật xác, tự động hóa sản xuất từ khâu nghiên cứu chế tạo đến bước cuối hoàn thành sản phẩm Điều đáp ứng nhu cầu yêu cầu cao người, phù hợp với phát triển thời đại kinh tế tri thức ngày hoàn thiện tiên tiến Ngành vi điện tử (Micro Electro Mechanical Systems - MEMS) phát triển có đóng góp to lớn cho phát triển khoa học kỹ thuật toàn nhân loại Với ưu điểm kích thước nhỏ, mạch tích hợp, độ xác cao, hoạt động thông minh,…vì thiết bị MEMS phận thiếu điện thoại thông minh, ngành công nghiệp ô tô, thiết bị y tế, y sinh, ngành hàng không-vũ trụ,…Hiện ngành công nghệ MEMS nước ta đạt thành tựu bản, có nhiều công trình nghiên cứu nước quốc tế MEMS đặc biệt trường đại học Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại học Quốc Gia Hà Nội,… Với tầm quan trọng MEMS, môn học “Nhập môn vi điện tử” thiếu sinh viên ngành điện tử Để hiểu sâu công nghệ MEMS sản phẩm ứng dụng MEMS thực tế, nhóm chúng em xin chọn đề tài: “Tính toán thiết kế vi động quay sử dụng hiệu ứng nhiệt - điện” Trong trình học tập, nghiên cứu thực đề tài, chúng em nhận giúp đỡ tận tình từ thầy giáo Đặng Bảo Lâm, giúp chúng em hoàn thành báo cáo Tuy cố gắng trình làm đề tài nhiều thiếu sót chúng em mong góp ý thầy giáo bạn Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Đặng Bảo Lâm giúp chúng em hoàn thành đề tài PHẦN I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan MEMS ( Micro Electro Mechanical Systems – Hệ thống vi điện tử 1.1.1 Định nghĩa MEMS MEMS hệ thống tích hợp yếu tố cơ, vi điện tử, cảm biến, kích hoạt, vi cấu trúc có kích cỡ micromet Silicon công nghệ vi chế tạo để từ tín hiệu đầu vào điện, cơ, nhiệt, hóa học hay thông tin sinh học cho tín hiệu đầu theo yêu cầu sử dụng 1.1.2 Lịch sử phát triển  Năm 1939: Hiệu ứng bán dẫn phát minh Walter H.Schottky dẫn đến phát triển vật liệu bán dẫn tinh khiết (Si Ge) [1]  Năm 1947: Sự đời Transistor tiếp xúc J.Bardeen, W.H.Bratian W.Shockley báo trước khởi đầu công nghệ bán dẫn  Năm 1954: Hiệu ứng áp điện trở vật liệu bán dẫn tìm C.S.Smith [1]  Năm 1958: Vi mạch điện tử thiết kế [1]  Năm 1965: Công nghệ vi bề mặt đời [1] Năm 1967: Sự ăn mòn dị hướng Silic tìm H.A.Waggener, R.M.Finne, D.L.Klein [1]  Năm 1973: Vi mạch cấy cảm biến áp suất silic hãng Integrated Transducers [1]  Năm 1977: Bộ cảm biến áp suất với nguyên tắc dung tích [1]  Năm 1979: Vi hệ thống đĩa silic [1]  Năm 1985: Công nghệ LIGA phát minh W Ehrfeld [1]  Năm 1988: Áp dụng công nghệ ghép liên hợp silic tiếp cho sản phẩm ( 1000 cảm ứng áp suất đĩa silic 10 cm) hãng Nova Sensor [1]  Năm 1988: Cấu trúc vi chuyển động thiết kế R.S.Muller, W S N Trimmer [1]  Năm 1993: Màn hình phản chiếu 768x576 ma trận gương hãng Texas Instruments [1]  Năm 1994: Bộ cảm biến gia tốc thị trường với công nghệ bề mặt hãng Analog Devices [1] Và đến ngày nay, MEMS ngày phát triển số lượng lớn thiết bị, chất lượng ứng dụng rộng rãi tất lĩnh vực 1.1.3 Ứng dụng MEMS MEMS có ứng dụng rộng rãi đời sống: điện thoại thông minh (Smartphone), công nghiệp ô tô, Robot công nghiệp, lĩnh vực hàng không vũ trụ, y tế, y sinh,… Hình 1.1 Ứng dụng Smartphone Hình 1.2 Ứng dụng ô tô 1.1.4 Công nghệ chế tạo sản phẩm MEMS Công nghệ vi bề mặt Phát biểu đơn giản, vi bề mặt phương pháp sản xuất MEMS cách lắng đọng, tạo mẫu khắc chuỗi màng mỏng, dày 1- 100 mm Một bước xử lý quan trọng yêu cầu với linh kiện MEMS động loại bỏ có chọn lọc phim nằm dưới, xem lớp đệm (sacrifical layer) thường SiO2, mà xâm lấn phim nằm bên trên, gọi lớp khung (structural layer) thường poly hay SiN Hình sau minh họa quy trình vi bề mặt điển hình Vi bề mặt sử dụng để sản xuất lượng lớn linh kiện MEMS khác cho ứng dụng khác Hình 1.3.Quy trình vi bề mặt Công nghệ vi khối Vi khối khác với vi bề mặt vật liệu nền, Si đơn tinh thể, tạo mẫu định dạng để hình thành thành phần có chức quan trọng sản phẩm cuối (ví dụ Si không đơn giản hoạt động thụ động trường hợp vi bề mặt) Lợi dụng đặc tính khắc không đẳng hướng dự đoán Si đơn tinh thể, nhiều hình dạng ba chiều phức tạp với độ xác cao rãnh V, kênh, via hình thành Hình 1.4 Công nghệ vi khối  Khắc ion phản ứng sâu: (Deep Reactive Ion Etching-DRIE) Quy trình khắc khô sử dụng để khắc sâu vào wafer Si để lại vách bên thẳng đứng độc lập với định hướng tinh thể Khả đặc biệt mở rộng tính đa dạng hữu dụng vi khối Minh họa quy trình khắc khô (Hình 1.4) Hình 1.5.Quy trình khắc khô Hình 1.6.Chi tiết tạo sau DRIE Vi khối Si DRIE (Hình 1.7) Hình 1.7.Thực ăn mòn khô sâu  Tạo vi khuôn (HEXSIL) Sự kết hợp DRIE với quy trình lắng đọng phù hợp, poly LPCVD SiO2, sử dụng để tạo cấu trúc tạo vi khuôn Quy trình bắt đầu với mẫu khắc khối Si DRIE (hình 1.7 a) Kế tiếp, lắng đọng phù hợp liên tiếp thực (ví dụ SiO2, polysilic không pha, polysilic pha miếng Ni) (hình 1.7 b, c) Chú ý rãnh hẹp bồi đầy trước rãnh rộng độ rộng điều chỉnh cấu tạo tổng quát vật liệu rãnh Xử lý với SiO2 đệm sau đạt khắc hay đánh bóng Cuối cùng, lớp đệm bỏ cấu trúc micro, tạo khuôn vào nền, giải phóng quy trình lặp lại với tái sinh (hình d) Với quy trình này, cấu trúc micro dày (khoảng 500 um) xem lắng đọng màng mỏng bước khắc sâu Hình 1.8.Quy trình tạo vi khuôn Công nghệ vi LIGA  LIGA Hình 1.9.Công nghệ LIGA LIGA từ viết tắt tiếng Đức (lithography, plating molding) Tuy nhiên, thực tế LIGA quy trình kết hợp mặt nạ phim dày (thường dày mm) với in quang tia X lượng cao (~ GeV) mà tạo mẫu mặt nạ dày với độ tin cậy cao tạo kết vách bên thẳng đứng Mặc dù vài ứng dụng yêu cầu cấu trúc mặt nạ tạo khuôn cao theo chiếu đứng, ứng dụng khác thu từ việc sử dụng cấu trúc mặt nạ dày mạ khuôn (ví dụ vật liệu lắng đọng nhanh chóng vào khuôn chi tiết cao mạ điện) Hạn chế LIGA đòi hỏi nguồn lượng tia X cao, điều đòi hỏi chi phí cao Quy trình LIGA : Hình 1.10.Quy trình LIGA 1.1.5 Một số thành phần MEMS Vi Cảm biến (Micro sensors) a.Vi cảm biến (Micro Mechanical sensor)  Chuyển đổi tín hiệu ( lực, vận tốc quay, gia tốc, áp lực, dòng chảy,…) thành tín hiệu điện ( áp điện, áp điện trở, điện dung)  Các vi cảm biến áp dụng hiệu ứng áp điện trở, áp điện tử  Các loại cảm biến cơ:  Cảm biến gia tốc  Cảm biến vận tốc quay (Gyrosocpe)  Cảm biến lực  Cảm biến áp suất  Cảm biến dòng chảy Hình 1.11.Cảm biến áp suất Hình 1.12.Cảm biến vận tốc quay (Gyroscope)  Ứng dụng: Cảm biến sử dụng rộng rãi lĩnh vực giao thông vận tải, quân sự, công nghiệp,… b.Vi cảm biến nhiệt  Chuyển đổi tín hiệu nhiệt ( nhiệt độ, dòng nhiệt) thành tín hiệu điện ( điện trở, cặp nhiệt điện) 10 (3) : Dầm truyền chuyển động (4) : Lò xo đàn hồi (5) : Cơ cấu dẫn cóc (6) :Bánh dẫn 3.2.2 Nguyên lí hoạt động  Hình 3.1 giúp ta nêu nguyên lý hoạt động vi động dựa lý thuyết dãn nở nhiệt với nguồn dẫn động kích hoạt nhiệt điện dầm chữ V sau: Khi ta cấp điện cho điện cực kích hoạt (cấp đồng thời bộ), dầm kích hoạt dãn nở đẩy cho đỉnh dầm chuyển động tịnh tiến qua làm cho dầm (3) quay quanh cổ đàn hồi O Thông qua cấu dẫn cóc (5) gắn dầm (3) đẩy bánh dẫn (6) quay thuận chiều kim đồng hồ (ở lò xo (4) có tác dụng làm cho cấu dẫn cóc (5) ăn khớp tốt với bánh (6) ) Khi điện áp đặt vào kích hoạt 0, nhờ lực đàn hồi cổ dầm O, lực đàn hồi kích hoạt nhiệt (1) làm cho cấu dẫn cóc (5) hồi vị trí ban đầu, bánh dẫn không quay ngược trở lại nhờ cấu chống đảo (2)  Cứ sau chu kỳ kích hoạt nhiệt (1), cóc dịch chuyển đoạn i x p: với i số bước dịch chuyển sau chu kỳ p bước cóc, i phụ thuộc vào chuyển vị dầm chữ V tức phụ thuộc vào độ lớn điện áp đặt vào kích hoạt Còn phải kể đến tốc độ động phụ thuộc vào tần số điện áp 3.3 Tính toán thiết kế 3.3.1 Tính phân bố nhiệt, chuyển vị đỉnh dầm lực đẩy dầm chữ V Công thức tính độ giãn dài dầm đơn: Với: (e 2 AL  1) C1    e2 AL  e2 AL  e AL  C2    e AL  e 2 AL  21 Phương trình phân bố nhiệt dầm: Gọi ∆D chuyển vị đỉnh dầm hình 3.2 Hình 3.2.Độ giãn dài chuyển vị đỉnh dầm Theo hình 3.2 ta có: Như vậy, chuyển vị đỉnh dầm tính theo công thức: 22 Lực đẩy dầm theo phương dịch chuyển là: Ứng với giá trị điện áp dẫn: U=15÷30 (V) Hệ số giãn nở nhiệt: α=4×10-6 K-1 Mô đun đàn hồi Silic: E=169×109 Pa Hệ số nhiệt độ tuyến tính: λ=5×10-3/oC = 2,11×10-3/K Điện trở suất: ρo=2×10-3 Ωm Hệ số dẫn nhiệt: k=1,5×10-4 Wµm-1K-1 Kích thước dầm chữ V: Chiều dài dầm đơn: L=500 µm Tiết diện dầm đơn: A=b×h=5×30=150 µm Dầm hợp với phương vuông góc với phương dịch chuyển góc α=2o Số cặp dầm: n=6 Ta thu bảng sau: Bảng 1.Bảng thông số tính toán dầm chữ V Điện áp U FT (V) (µm) (oC) (µm) (mN) 15 0,19 200,91 4,79 4,03 17,5 0,30 263,12 7,14 6,37 20 0,38 310,14 8,72 8,07 22,5 0,45 346,57 10,02 9,55 25 0,50 375,23 10,92 10,62 27,5 0,54 398,03 11,62 11,47 30 0,57 416,27 12,13 12,10 3.3.2.Phân tích lực vi động 23 a) Quá trình dẫn Xét dẫn động hình 3.3a : Hình 3.3a Bộ dẫn động 3.3b Các lực dầm chữ V Hình 24 Hình 3.3c Sơ đồ thu gọn dầm quay cổ đàn hồi Các lực tác dụng lên dầm chữ V biểu diễn hình 3.3b Ta có: FT = Σ FThermal = Fe1 + F → F = FT – Fe1 → F = FT – n × k1 × ∆ (3.1) Với: FT tổng lực giãn nở nhiệt dầm chữ V Fe1 lực đàn hồi dầm chữ V , Fe1 = n × k1 × ∆ F phản lực dầm quay cổ đàn hồi tác dụng lên đỉnh dầm kích hoạt (có giá trị lực dầm chữ V tác dụng lên dầm quay cổ đàn hồi gọi lực dẫn động) n số cặp dầm chữ V k1 độ cứng cặp dầm chữ V , k1 = 233,05 µN/µm ∆ chuyển vị dầm quay cổ đàn hồi vị trí gắn với đỉnh dầm chữ V 25 Gọi d chuyển vị (3.2) Theo hình 3.3c ta có: Trong đó: R1 = 600 (µm) khoảng cách từ điểm đàn hồi đến đỉnh dầm chữ V R = 1680 (µm) khoảng cách từ điểm đàn hồi đến cóc Thế 3.2 vào biểu thức 3.1 ta được: (3.3) Các lực tác động lên vành biểu diễn hình 3.4 Hình 3.4.Phân tích lực trình dẫn F lực dẫn động , tính theo công thức 3.3 Fe2 lực đàn hồi dầm quay cổ đàn hồi, Fe2 = k2×d Ff1 lực ma sát dẫn với Silic, Ff1=f×m1×g Ff2 lực ma sát bánh dẫn vành cóc với Silic, Ff2=f×m2×g Ff3 lực ma sát bánh bị dẫn Silic Ff3 = f×m3×g Với: k2 = 2,88 (µN/µm) độ cứng dầm quay cổ đàn hồi f = 0,3 hệ số ma sát Silic-Silic 26 m1 khối lượng dẫn m2 khối lượng bánh dẫn vành cóc m3 khối lượng bánh bị dẫn g = 9,81×106 (µm/s2) gia tốc trọng trường Trên cấu chống đảo ta có lực là: Lực Fe3 lực đàn hồi cấu chống đảo Lực Ff4 lực ma sát bề mặt lẫy chống đảo với bề mặt cóc (hình 3.5) Hình 3.5.Các lực cấu chống đảo Ta có : Fe3 = k3×h ; Ff4 = f×Fe3 Với k3 = 22 µN/µm độ cứng cấu chống đảo h = (µm) chiều cao cóc ( hình 3.6 ) 27 Hình 3.6 Răng cóc Do vi động dẫn động cóc nên khoảng dịch chuyển d cóc thỏa mãn điều kiện d = i×p + δ (3.4) với i=1,2,3,4…; p = 10 (µm) bước cóc (hình 3.6) δ = (µm) khoảng cách ban đầu vành chưa có điện Do tính toán vi động quay nên ta quy lực momen dẫn momen cản để tăng độ xác tính toán Momen dẫn động vi động tính theo biểu thức: Trong đó: MF momen lực dẫn động F Mf1, Mf2, Mf3, Mf4 momen lực ma sát Ff1, Ff2, Ff3, Ff4 tương ứng sinh Gọi Me momen lực đàn hồi Fe2 sinh Như vậy, để động hoạt động momen dẫn Md không nhỏ momen lực đàn hồi Me: Md ≥ Me Các momen tính theo công thức sau: 28 (3.6) MF = F × R1 = (FT − n × k1 × d × )R1 Mf1 = Ff1 × R = f × m1 × g × R Mf2 = Ff2 × R = f × m2 × g × R2 Mf3=4 × Ff3 × R3=4 × f × m3 × g × R3 Mf4 = Ff4 × cosβ × R = f × Fe3 × cosβ × R = f × k3 × h × cosβ × R (với β = 30o) Me = Fe2 × R = k2 × d × R (3.7) Với R2= 1720 µm bán kính vòng tròn chia bánh dẫn R3= 1738 µm khoảng cách từ tâm bánh dẫn đến điểm tiếp xúc bánh dẫn bánh bị dẫn Thay 3.5 vào 3.6 ta được: Kết hợp với 3.7 ta thu được: (3.9) Vậy:  Với i=1 ta có: d = 12 µm FT ≥ 6,2 mN (3.10) 29  Với i=2 ta có: d = 22 µm FT ≥ 11,27 mN (3.11) Do chuyển vị thực tế ∆ nhỏ chuyển vị đỉnh dầm chữ V nên theo 3.10 3.11 ta tra bảng thu kết sau:  Để hệ thống chuyển động bước điện áp tối thiểu cần đặt vào là: Umin = 17,5 V  Để hệ thống chuyển động bước điện áp tối thiểu cần đặt vào là: Umin = 27,5 V b) Quá trình hồi vị Khi ngừng cấp điện áp U, hệ thống xảy trình hồi vị, ảnh hưởng lực đàn hồi nên cóc hồi vị trí ban đầu nhờ lực đàn hồi lực nén lò xo (được biểu diễn hình 3.7) Hình 3.7.Phân tích lực trình hồi vị Trong đó: 30 Fe1 lực đàn hồi dầm chữ V Fe2 lực đàn hồi dầm quay cổ đàn hồi Ff1 lực ma sát cóc với Silic Ff5 lực ma sát trượt bề mặt cóc với bề mặt vành cóc Fn phản lực pháp tuyến vuông góc với bề mặt cóc Fs = ks × ∆y lực đàn hồi lò xo Với ks = 7,43 µN/µm độ cứng lò xo; ∆y = ∆yo + h + δ độ dịch chuyển theo phương y ( ∆yo = µm độ nén ban đầu lò xo ) Q = Fn×cosβ lực thành phần theo phương y làm nén lò xo gây trượt bề mặt Để trở vị trí ban đầu ngừng cấp điện áp U phải thỏa mãn điều kiện sau:  Ở thời điểm bắt đầu trình hồi vị, tổng lực đàn hồi Fe1 Fe2 phải thắng lực ma sát Ff1 Ff5 Ta có: (do Ff  f  Fn  f  (Fe1  Fe  Ff )sin  (3.12) Fn  ( Fe1  Fe  Ff )sin  Vì f × sinβ =0,3×sin30o =0,15 < nên ta được: F f  Fe1  Fe  F f Suy F f  F f  Fe1  Fe Như điều kiện thỏa mãn  Lực Q theo phương y làm nén lò xo tạo trượt bề mặt để hồi vị trí ban đầu nên lực Q không nhỏ tổng lực ngược chiều với lực Q phương y ( lực nén lò xo không nhỏ tổng lực kéo lò xo ) Ta có: Q ≥ Fs + Ff5 × sinβ 31 (3.13) Mặt khác ta lại có: Q  Fn  cos   ( Fe1  Fe  Ff )sin  cos   ( Fe1  Fe  Ff )sin 2 (3.14) Từ 3.12, 3.13, 3.14 ta thu được: Vậy  Để động chuyển động bước điện áp Umin = 17,5 V  Để động chuyển động bước điện áp Umin = 27,5 V 3.4 Mô chuyển vị kích hoạt dầm chữ V Ta sử dụng Modul Workbench gói phần mềm ANSYS để sử lý toán chuyển vị Xét trường hợp số bước dịch chuyển sau chu kỳ i=1, ta có: F thermal  6,37(mN) U  17,5(V) D  7,14(  m) Hình 3.8 Mô chuyển vị đỉnh dầm chữ V 32 Nhận xét: Ta thấy kết tính toán xấp xỉ kết mô phỏng, toán giải 3.5 Chế tạo vi động  Vi động chế tạo theo phương pháp gia công vi khối  Vi động chế tạo phiến SOI ( Silicon on Insulator ) gồm lớp: lớp vật liệu silic dày 30 µm, lớp hy sinh SiO2 dày µm lớp Silic dày 500 µm Hình 3.9 Phiến SOI  Thiết kế mặt nạ: từ vẽ động phần mềm để vẽ lên mặt nạ, vẽ phải thật xác  Làm phiến SOI trước thực trình quang khắc  Quá trình quang khắc: phủ lớp cảm quang lên bề mặt lớp vật liệu Silic Đặt mặt nạ lên lớp cảm quang dùng tia UV chiếu qua mặt nạ cấu trúc vi động mặt nạ in lớp cảm quang  Thực trình ăn mòn khô sâu: ăn mòn khô SF dùng C4F8 để tạo lớp phủ lại ăn mòn khô …quá trình diễn liên tục ăn mòn khô lại phủ đến lớp SiO2 dừng ( SF6 không ăn mòn lớp SiO2 )  Dán màng mỏng lên phiến SOI cắt chip riêng biệt Rửa lớp cảm quang bề mặt dùng axit HF ăn mòn lớp SiO2 Sau thời gian lớp SiO2 bị ăn mòn tạo tiết chuyển động Như ta chế tạo xong vi động 33 Kết luận Với đề tài: “ Tính toán thiết kế vi động quay sử dụng hiệu ứng nhiệt - điện” chúng em tìm hiểu, học hỏi nhiều kiến thức, thông qua sách, tạp chí khoa học, giảng thầy Chúng em nắm rõ nguyên lí hoạt động, cách tính toán, cách chế tạo vi động Qua chúng em nhận thấy ưu, nhược điểm vi động quay sử dụng hiệu ứng nhiệt điện: Ưu điểm:  Điện áp dẫn thấp  Kết cấu đơn giản, dễ thiết kế  Chế tạo đơn giản công nghệ vi khối Nhược điểm:  Tiêu hao nhiều lượng động hoạt động dựa vào thay đổi nhiệt độ độ giãn nở dầm  Độ nhạy động sử dụng hiệu ứng tĩnh điện 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cơ sở công nghệ vi điện tử vi hệ thống , Nguyễn Nam Trung, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2001 Quá trình thiết bị truyền nhiệt , Lý Ngọc Minh, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 35 [...]... đơn giản  Vi động cơ nhiệt điện Hình 1.17 .Vi động cơ quay kiểu nhiệt điện Vi động cơ nhiệt điện chuyển năng lượng điện sang năng lượng cơ thông qua năng lượng nhiệt, nó hoạt động dựa trên nguyên lý giãn nở khi nhiệt độ tăng của chất lỏng, chất rắn, chất khí Nhược điểm của vi động cơ này là năng lượng tổn hao lớn, đặc tính động học kém, cấu trúc thiết kế phức tạp hơn so với vi động cơ tĩnh điện Ưu điểm...  Dựa trên các hiệu ứng tĩnh điện, nhiệt điện, áp điện, điện từ,…để tạo ra chuyển động của các vi động cơ và thông qua các hệ truyền động để cho tín hiệu cơ mong muốn Hình 1.14 .Vi động cơ quay một chiều 11 Hình 1.15.Bộ vi chấp hành nhiệt điện 12 1.2 Giới thiệu về vi động cơ 1.2.1 Khái niệm về vi động cơ Vi động cơ là một bộ chuyển biến năng lượng, nó biến đổi năng lượng điện (hay một loại năng lượng... loại động cơ này đó là có quan hệ tuyến tính giữa nhiệt lượng và độ xê dịch, hơn nữa nó có thể hoạt động được trong môi trường khắc nhiệt 14  Vi động cơ áp điện Hình 1.18.Vật liệu áp điện Hình 1.19 .Vi động cơ quay kiểu áp điện Vi động cơ áp điện hoạt động dựa trên nguyên lý co dãn của vật liệu áp điện khi từ trường đặt lên nó thay đổi Ưu điểm cua động cơ này đó là áp lực lớn, tính động học cao, hiệu điện. .. chuyển động được Như vậy ta đã chế tạo xong vi động cơ 33 Kết luận Với đề tài: “ Tính toán thiết kế vi động cơ quay sử dụng hiệu ứng nhiệt - điện chúng em đã tìm hiểu, học hỏi được nhiều kiến thức, thông qua sách, tạp chí khoa học, các bài giảng của thầy Chúng em đã nắm rõ được nguyên lí hoạt động, cách tính toán, cách chế tạo vi động cơ Qua đó chúng em nhận thấy được các ưu, nhược điểm của vi động cơ. .. động 3.2.1 Cấu tạo Hình 3.1.Cấu tạo vi động cơ nhiệt Vi động cơ gồm các phần : (1) : Bộ kích hoạt nhiệt điện dầm chữ V (2) : Cơ cấu chống đảo 20 (3) : Dầm truyền chuyển động (4) : Lò xo đàn hồi (5) : Cơ cấu dẫn răng cóc (6) :Bánh răng dẫn 3.2.2 Nguyên lí hoạt động  Hình 3.1 giúp ta nêu ra được nguyên lý hoạt động của vi động cơ dựa trên lý thuyết dãn nở nhiệt với nguồn dẫn động là 3 bộ kích hoạt nhiệt. .. giữa tín hiệu điều khiển và đại lượng cơ đầu ra 1.2.2 Các loại vi động cơ phổ biến  Vi động cơ tĩnh điện Hình 1.16 .Vi động cơ quay kiểu tĩnh điện 13 Vi động cơ loại này khá phổ biến trong lĩnh vực MEMS, nguyên lý hoạt động của nó dựa trên hiện tượng hai vật tích điện trái dấu hút nhau, nhược điểm của loại động cơ này là quan hệ giữa điện thế và lực không tuyến tính, bù lại nó cũng có những ưu điểm... vi động cơ quay sử dụng hiệu ứng nhiệt điện: Ưu điểm:  Điện áp dẫn thấp  Kết cấu đơn giản, dễ thiết kế  Chế tạo đơn giản bằng công nghệ vi cơ khối Nhược điểm:  Tiêu hao nhiều năng lượng do động cơ hoạt động dựa vào sự thay đổi nhiệt độ và độ giãn nở của dầm  Độ nhạy kém hơn động cơ sử dụng hiệu ứng tĩnh điện 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Cơ sở công nghệ vi điện tử và vi hệ thống , Nguyễn Nam Trung, Nhà... chuyển động của đỉnh dầm 19 PHẦN III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VI ĐỘNG CƠ NHIỆT ĐIỆN 3.1 Lựa chọn phương án thiết kế Sau khi tìm hiểu hai loại bộ kích hoạt nhiệt điện là “Dầm chữ V” và “Hot arm, Cold arm” Chúng em đi đến lựa chọn bộ kích hoạt nhiệt điện “Dầm chữ V” nhờ những ưu điểm của nó như: tăng lực đầy bằng cách tăng số dầm, chế tạo đơn giản bằng phương pháp gia công vi cơ khối, kích thước nhỏ gọn, hoạt động. .. Ta thấy kết quả tính toán xấp xỉ bằng kết quả mô phỏng, vậy bài toán đã được giải quyết 3.5 Chế tạo vi động cơ  Vi động cơ được chế tạo theo phương pháp gia công vi cơ khối  Vi động cơ được chế tạo trên 1 phiến SOI ( Silicon on Insulator ) gồm 3 lớp: lớp vật liệu silic dày 30 µm, lớp hy sinh SiO2 dày 4 µm và lớp nền Silic dày 500 µm Hình 3.9 Phiến SOI  Thiết kế mặt nạ: từ bản vẽ của động cơ trong... răng khi chưa có điện Do tính toán vi động cơ quay nên ta sẽ quy các lực trên về momen dẫn và momen cản để tăng độ chính xác khi tính toán Momen dẫn động vi động cơ được tính theo biểu thức: Trong đó: MF là momen của lực dẫn động F Mf1, Mf2, Mf3, Mf4 là momen do các lực ma sát Ff1, Ff2, Ff3, Ff4 tương ứng sinh ra Gọi Me là momen do lực đàn hồi Fe2 sinh ra Như vậy, để động cơ có thể hoạt động được momen

Ngày đăng: 12/08/2016, 23:45

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan