形状记忆合金驱动器PPT学习教案

1、会计学1形状记忆合金驱动器形状记忆合金驱动器返回第1页/共37页返回第2页/共37页热驱动器 利用固体或液体尺寸随温度变化的特性的驱动元件叫做热驱动器。一个有趣的例子是Keller等人设计的热膨胀驱动的镊子(1997)，8x1.5x40um尺寸的镊子自由时是合起来的，当75mw能量输入是它可以张开35um。热驱动器分为电阻加热方式和和介电损失加热方式等。双片驱动器是利用粘在一起的二种材料的热胀系数不同来实现机械动作；而形状记忆合金（SMA）属于单片驱动器。 电阻加热式的加热器通常集成在二个功能材料片之间。这种结构的特点是位移-输入能量的关系线性好。缺点包括高功率投入、低频带和较复杂的结构(相对

2、与静电驱动)。第3页/共37页第4页/共37页200EfPrThermal第5页/共37页返回第6页/共37页形状记忆合金（形状记忆合金（SMA）驱动器驱动器 形状记忆合金是一种特殊的合金，一旦使它记忆了任意形状，即使使它变形，当加热到某一适当温度时，则恢复变形前的形状。目前有Ni-Ti合金等十几种。微小驱动器的场合通常使用Ni-Ti合金。位移量大是SMA的第一个特点：相同形状的SMA的弯曲变化量相当于双金属片的10倍；第二个特点是变位的自由度大：形状记忆合金是单一材料，没有方向依存性，可以向任何方向变位，如做成线圈形状能扩大动作行程。 SMA驱动器已经在微小管道机器人（内窥镜）中获得应用。第

3、7页/共37页返回第8页/共37页 压电悬臂粱驱动器压电悬臂粱驱动器是利用一层(或双层)压电材料，在电场作用下沿与电场正交方向伸长或缩短，引起的悬粱弯曲的一种驱动元件。如下图，结构上与热驱动器相近，只是功能材料是压电材料而非热变形材料。 第9页/共37页Utttlds)1 ()(62310DrmDnnbCltfwtlCssF1123311034875. 141第10页/共37页第11页/共37页积层式压电驱动器的例子1: 惯性直线位移机构第12页/共37页压电管式驱动器，体积较大，谐振频率较低第13页/共37页双压电驱动举例: 微小STM器件第14页/共37页微小STM器件的驱动原理第15页/

4、共37页SFM用压电双层驱动器第16页/共37页微光学扫描器微光学扫描器 中间的微反射镜由中间的微反射镜由4 4根压电陶瓷臂根压电陶瓷臂支承，可实现二维光学扫描，实验结果证明扫描支承，可实现二维光学扫描，实验结果证明扫描角度可达角度可达1414度。度。第17页/共37页221041xqqFrelectr第18页/共37页xAVCVWr202212122021xAVdxdWFr第19页/共37页第20页/共37页第21页/共37页dxxwqxLEIxdT)()3(6220)(2)(xddVxqLTdxxqxEIxLw02)(6)3(第22页/共37页wLEIdVth403518第23页/共37页

5、Tang et al, Sensors and Actuators, VolA21, 1-3, Feb. 1990, pp328-331第24页/共37页返回xwVdxdWFrl2021xlVdxdWFrw2021第25页/共37页为第三代核弹安全系统设计的24位密码微机构第26页/共37页24位密码微机构中的静电驱动器第27页/共37页用叉齿式驱动器实现的Micro-STM(Y-Xu, Cornell)第28页/共37页日立发表的Micro-STM(与SEM兼容),采用Comb式)第29页/共37页同心圆状的叉齿使静电驱动器，直径1mm。Tang, et al, Sensors and Ac

6、tuators, Vol. 20(1989), pp15-20驱动光纤例子第30页/共37页第31页/共37页最早(?)的静电马达由UCB发表出来，如下图，转子外径120um，向四个方向伸出，静子成放射装分布在周围，划分成12个电极，每3个并联接续，组成3相4极静电马达。Tai, et al, Sensors and Actuators, Vol. 20,No1/2, (1989), pp49-55第32页/共37页UCB最早静电马达的断面形状。转子式多晶Si，轴和转子接触不式Si3N4，以减小摩擦。转子和静子间隔2um，可以加60-400V电压。三相静子顺次加电压时，转子可以连续转动。200

7、V时实测转速150rpm，而理论值是200V时120krpm，摩擦的影响使其转速降到近千分之一。第33页/共37页MIT的Mehregany等人对UCB的静电马达进行了改进。将电极均匀地固定在圆周上形成转子，而把静子固定在外环上。他们在硅材料上制作出了多种类型的直径30-100um的转动马达(一块Si片上7000个)。转子厚2um，轴间隙0.3um、电极间隙1.5um，转子由3个凸起支撑，接触面积极小。 “Wobble”的转速达到4000rpm。Mohregany et al, Proc. TRANSDUCERS 91, p59-62; Proc. MEMS90, p1-8.第34页/共37页静电直线马达: 下图时FUKUTA等人1997年发表的一种静电马达。驱动器70um长、50um宽、1um厚，弯头高1.