基于电热驱动的步进微转动装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CNCN102769371102769371B(45)授权公告日2014.07.30(21)申请号201210241602.7陈晓阳等.薄膜型硅微机械的摩擦学问题.《中国机械工程》.2002,第13卷(第1期),(22)申请日2012.07.13至.(73)专利权人上海大学审查员姚佳地址200444上海市宝山区上大路99号(72)发明人沈雪瑾王振禄周玲陈晓阳胡懿(74)专利代理机构上海上大专利事务所(普通合伙)31205代理人何文欣(51)Int.Cl.H02K37/24(2006.01)(56)对比文件CN1906983A,2007.01.31,CN101183838A,2008.05.21,US2011080627A1,2011.04.07,US5631514A,1997.05.20,US6211599B1,2001.04.03,US7298954B2,2007.11.20,权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图2页附图2页(54)发明名称基于电热驱动的步进微转动装置(57)摘要本发明涉及一种基于电热驱动的步进微转动装置，用于将电热致动器产生的往复直线运动转换为齿轮的旋转运动。所述装置由主动致动器、啮合控制致动器、齿条、齿轮构成，整个装置采用多晶硅材料，用MEMS表面硅工艺制作，无需装配。该装置将致动器的往复直线运动转变为齿轮的旋转运动，结构简单，输出效率高，可与齿条组合应用在微夹钳、微操作台、微马达等MEMS器件中。CN102769371BCN1027693BCN102769371B权利要求书1/1页1.一种基于电热驱动的步进微转动装置，包括驱动部分和转换传动部分，其特征在于：1）所述驱动部分包括左侧和右侧水平排列的各上下两个主致动器（1a、1b和1d、1c）以及左侧和右侧各一个啮合控制致动器（2b、2a），所述左右两侧共四个主致动器（1a、1b和1d、1c）分别由6个V型电热硅微致动器串联构成，端部分别连接两个负电极（9a、9b）和四个正电极（10a、10b和10c、10d），即左侧两个主致动器（1d、1c）的左端部和右侧两个主致动器（1a、1b）的右端部分别连接四个正电极（10d、10c和10a、10b），左侧两个主致动器（1d、1c）的右端部和右侧两个主致动器（1a、1b）的左端部分别连接两个负电极（9a、9b）；所述左右两侧共两个啮合控制致动器（2b、2a）分别由3个V型电热硅微致动器串联构成，端部分别连接两个负电极（7b、7a）和两个正电极（8b、8a），即左侧啮合控制致动器（2b）和右侧啮合控制致动器（2a）的上端部分别连接两个负电极（7b、7a），左侧啮合控制致动器（2b）和右侧啮合控制致动器（2a）的下端部分别连接两个正电极（8b、8a）；2）所述转换传动部分包括左侧和右侧各一个齿条（6、3）和一个转动套装在一根固定齿轮轴（5）上的齿轮（4），所述左右两侧上下两个主致动器（1a、1b和1d、1c）的中部以及左右两侧的啮合控制致动器（2b、2a）的中部分别连接左右两侧的齿条（6、3），左侧齿条（6）与左侧主致动器（1d、1c）的中部接连杆和左侧啮合控制致动器（2b）的中部连接杆相连接，右侧齿条（3）与右侧主致动器（1a、1b）的中部接连杆和右侧啮合控制致动器（2a）的中部连接杆相连接；两个齿条（6、3）与齿轮（4）之间的位置能实现两个齿条（6、3）与齿轮（4）受控啮合与分离。2.根据权利要求1所述的基于电热驱动的步进微转动装置，其特征在于：所述驱动部分和转换传动部分制备在硅基板的氮化层上，该氮化层上有固定结构层Poly0，在Poly0上有固定的结构层Poly2构成齿轮轴（5），Poly0上有活动结构层Poly1构成齿轮（4），两个齿条（6、3）和啮合控制致动器（2b、2a）。2CN102769371B说明书1/3页基于电热驱动的步进微转动装置技术领域[0001]本发明涉及微机电系统技术领域中的微执行器类，特别涉及一种基于电热驱动的步进微转动装置，用于将电热致动器产生的往复直线运动转换为齿轮的旋转运动。背景技术[0002]致动器是MEMS的执行部件，承担着能量转化、运动传递等重要作用，按能量来源分为电能、化学能、流体能和热能致动方式。电能致动器利用电荷作用力、磁场力等产生致动，响应速度快、功耗低，但输出位移小、所需电压高，如压电式、电磁式和静电式。静电致动器由于功耗低，工作频率高，具有高的可设计性和可靠性，在RF-MEMS开关、MEMS光学开关、微位移工作台和一些通信器件方面得到了广泛应用，但工作电压高，输出力小，难与IC电压兼容。压电致动器利用压电材料的压电效应致动，响应速度快、能量密度高、