slide vi cơ điện tử thiết kế hệ thống vi động cơ quay tĩnh điện

LỜI NÓI ĐẦU 1 Chương 1: Tổng quan về MEMS 3 1.1. Tổng quan về MEMS 3 1.2. Tổng quan về vi động cơ trong MEMS 4 1.2.1. Phân loại 4 1.2.2. Vi động cơ quay kiểu tĩnh điện 5 1.3. Các nghiên cứu về vi động cơ quay tĩnh điện. 6 1.4. Lý do chọn đề tài. 7 Chương 2: Lý thuyết về tĩnh điện 8 2.1. Hiệu ứng tĩnh điện 8 2.1.1. Lực pháp tuyến trên bản cực 8 2.1.2. Lực tiếp tuyến trên bản cực 10 2.2. Chuyển vị pháp tuyến 11 2.3. Đề xuất thiết kế mới. 12 Chương 3: Tính toán và thiết kế 13 3.1. Kích thước hệ thống 13 3.2. Phân tích lực và mô phỏng 15 3.2.1. Lực trong kì dẫn động 15 3.2.2. Tính toán lực trong kì hồi vị 19 3.2.3. Điều kiện hồi vị 21 3.2.4. Tính tần số và vận tốc quay 21 3.2.5. Mô phỏng ứng suất. 22 Chương 4: Quy trình chế tạo sản phẩm 24 4.1. Bước chuẩn bị 24 4.2. Quá trình quang khắc. 24 4.3. Quá trình ăn mòn ion hoạt hóa sâu DRIE 25 4.4. Quá trình ăn mòn bằng hơi axit HF 25 Chương 5: Kết luận. 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÁO CÁO THIẾT KẾ HỆ THỐNG VI CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VI ĐỘNG CƠ QUAY KIỂU TĨNH ĐIỆN

Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Phạm Hồng Phúc

Nhóm 4

Danh sách các thành viên

NỘI DUNG BÁO CÁO

2.2 Đề xuất thiết kế mới.

3. Tính toán và mô phỏng cho cấu trúc mới

1.Tổng quan về MEMS

1.1 Tình hình phát triển

 Khái niệm về vi cơ điện tử - MEMS

Hệ thống vi cơ điện tử-MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) là hệ thống tích hợp các phần tử cơ khí, cảm biến, bộ kích hoạt và các cấu kiện điện tử, đượcsản xuất bằng công nghệ micro

ACTUATOR ÁP ĐIỆN

ỨNG DỤNG CỦA MEMS

 Ứng dụng

1.1 Tình hình phát triển

 Giới thiệu về vi động cơ

1.1 Tình hình phát triển

1.2 Lý do chọn đề tài.

 Vi động cơ quay kiểu tĩnh điện rất phổ biến và sử dụng hiệu quả cho việc truyền chuyển động

 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của vi động cơ quay kiểu tĩnh điện đơn giản

 Có nhiều tài liệu, bài báo, luận văn viết về vi động cơ quay tĩnh điện

1.3 Một số phương án thiết kế đã có

Reliability of a MEMS Torsional Ratcheting Actuator.(Danelle M 2001) Microsystem Technologies

Micro- and Nanosystems InformationStorage and Processing Systems- Phuc Hong Pham • Dzung

Viet Dao (2013)

1.3 Một số phương án thiết kế đã có

Ưu điểm:  Kết cấu và nguyên lý làm việc đơn giản

 Điều khiển dễ dàng

 Truyền chuyển động tốt, hiệu suất cao

 Tiêu tốn ít năng lượng

Nhược điểm:

 Cơ cấu chống đảo khó chế tao

 Tạo lực ma sát giữa cơ cấu với nền

 Điện áp dẫn cao

 Công suất dẫn động nhỏ, dễ trượt ở tốc độ cao

2 Lý thuyết tĩnh điện

và đề xuất thiết kế.

2.1 Lý thuyết về tĩnh điện

2.1.Lực pháp tuyến trên bản cực

Hình 2.1 Lực điện từ pháp tuyến trên điện cực

0

.

A C

c

2.2.Lực tiếp tuyến trên bản cực

2.3.Actuator tĩnh điện kiểu răng lược

Hình 2.3: Độ dịch chuyển của bộ kích hoạt răng lược theo chiều song song

 độ dịch chuyển cân bằng của bản điện cực di chuyển là:

2.1 Lý thuyết về tĩnh điện

2.2 Đề xuất thiết kế mới

2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.

1 Điện cực cố định

2 Dầm

3 Cơ cấu chống đảo chiều

4 Cơ cấu truyền chuyển động

3

4 1

2 5

3 Tính toán và mô phỏng

Dầm dẫn động

3 2

4

80

80

22 10

Số răng lược di động: n=55

3 Tính toán và mô phỏng

Cơ cấu chống đảo

Hình 3.3: cơ cấu chống đảo

3.2 Phân tích lực và mô phỏng.

3.2.1 Lực trong kì dẫn động.

Hình 3.3 Lực trong kì dẫn động

3 Tính toán và mô phỏng

Các lực được xác định:

Với:

n=55 là số răng lược di động trên 1 dầm

b=30 m là độ dày của răng lược.

g=2 m là khe hở giữa 2 răng lược

fm = 0.3 là hệ số ma sắt của silic với nền m1,m3 là khối lượng của các cơ cấu

được tính qua mô phỏng.

được tính qua mô phỏng.

p

Giá trị của các lực

3.2.1 Lực trong kì dẫn động

3 Tính toán và mô phỏng

Với i=1

Với i=2

Điều kiện để lực dẫn làm vành răng cóc chuyển động là:

3.2.3 Lực trong kì hồi vị

Từ hình phân tích lực ta có mối quan hệ và công thức tính lực :

3.2.3 Lực trong kì hồi vị

3 Tính toán và mô phỏng

được tính qua mô phỏng.

3.2.3 Lực trong kì hồi vị

3 Tính toán và mô phỏng

1

5

6.79 / 0.736

p

Điều kiện 1 :

Điều kiện 2 :

hay

Với i=1 có : 46.2 > 14.32

Với i = 1 ta có 20<27.16 (Không thỏa mãn)

3 Tính toán và mô phỏng

Trong đó

• z = 345 là số răng cóc của vành răng

• f là tần số dòng điện cấp

• i=2 là số răng cóc dịch chuyển sau 1 lần dẫn

• t thời gian motor quay 1 vòng

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Vận tốc góc lý thuyết (v/ph) Linear (Vận tốc góc

lý thuyết (v/ph))

Tần số (Hz) Vận t ốc góc lý t huyết (v/p)

3 Tính toán và mô phỏng

Mô phỏng ứng suất :

3 Tính toán và mô phỏng

Mô phỏng ứng suất :

3 Tính toán và mô phỏng

Mô phỏng ứng suất :

Các giá trị ứng suất đều <600 N/m2 thỏa mãn ứng suất cho phép

3 Tính toán và mô phỏng

Video mô phỏng :

4 Quy trình chế tạo sản phẩm

Chuẩn bị

Quang khắc

4 Quy trình chế tạo sản phẩm

Cắt và làm sạch chip

4 Quy trình chế tạo sản phẩm

Ăn mòn khô D-RIE

4 Quy trình chế tạo sản phẩm

Ăn mòn bằng hơi HF

Sản phẩm

5 Kết luận

• Kết cấu và nguyên lý hoạt động khá đơn giản

 Điều khiển đơn giản.

 Cơ cấu chống đảo đơn giản.

 Momen quay khá lớn, ăn khớp ngoài bằng bánh răng nên hiệu suất truyền động khá cao.

 Quy trình gia công khá đơn giản

 Cơ cấu có một số chi tiết mảnh khó gia công, dễ bị đứt.

 Tiêu thụ năng lượng lớn.

5 Kết luận

Những điều đã đạt được và chưa đạt được:

-Làm được: thiết kế, tính toán, mô phỏng được mô hình mới

-Chưa làm được: chưa chết tạo và chưa có sản phẩm thực tế