Entraînement de peigne - Comb drive

Comb-drive vibrant dans le plan mesuré par microscope holographique numérique

Représentation qualitative des lignes de champ électrique entre les doigts d'un actionneur à entraînement par peigne. Il existe quatre types de champs différents qui ont un impact distinct sur l'actionnement dans l'image de l'énergie de travail de l'actionnement. Les lignes de champ qui relient les côtés verticaux des doigts (en bleu) et celles qui relient les côtés supérieurs des doigts (en rouge) sont associées à la composante de la force qui tend à aligner les doigts. Ceux qui relient les côtés supérieurs d'un doigt avec les côtés verticaux ou les côtés supérieurs éloignés de l'autre (vert), ont tendance à dégager les doigts. Les lignes de champ qui relient le bout du doigt aux côtés de ses voisins (marron) ne contribuent pas à la force d'actionnement.

Les entraînements en peigne sont des actionneurs microélectromécaniques , souvent utilisés comme actionneurs linéaires , qui utilisent des forces électrostatiques agissant entre deux peignes électriquement conducteurs. Les actionneurs d'entraînement en peigne fonctionnent typiquement à l'échelle micro ou nanométrique et sont généralement fabriqués par micro - usinage en masse ou micro - usinage de surface d' un substrat de tranche de silicium .

Les forces électrostatiques attractives sont créées lorsqu'une tension est appliquée entre les peignes statiques et mobiles, provoquant leur rapprochement. La force développée par l'actionneur est proportionnelle au changement de capacité entre les deux peignes, augmentant avec la tension d'entraînement, le nombre de dents du peigne et l'espace entre les dents. Les peignes sont disposés de manière à ne jamais se toucher (car il n'y aurait alors aucune différence de tension). Typiquement, les dents sont disposées de manière à pouvoir glisser les unes sur les autres jusqu'à ce que chaque dent occupe la fente du peigne opposé.

Des ressorts de restauration , des leviers et des vilebrequins peuvent être ajoutés si le fonctionnement linéaire du moteur doit être converti en rotation ou en d'autres mouvements.

La force peut être dérivée en commençant d'abord par l'énergie stockée dans un condensateur, puis en se différenciant dans la direction de la force. L'énergie dans un condensateur est donnée par:

${\ displaystyle E = {\ frac {1} {2}} CV ^ {2}}$

${\ displaystyle F = {\ frac {1} {2}} {\ frac {\ partial C} {\ partial dx_ {drive}}} V ^ {2}}$

En utilisant la capacité d'un condensateur à plaques parallèles , la force est:

${\ displaystyle F = {\ frac {-1} {2}} {\ frac {nt \ epsilon _ {o} \ epsilon _ {r} V ^ {2}} {d}}}$

${\ displaystyle V}$ = potentiel électrique appliqué, = permittivité relative du diélectrique, = permittivité de l'espace libre (8,85 pF / m), = nombre total de doigts des deux côtés des électrodes, = épaisseur dans la direction hors plan des électrodes, = écart entre les électrodes . ${\ displaystyle \ epsilon _ {r}}$${\ displaystyle \ epsilon _ {o}}$
${\ displaystyle n}$${\ displaystyle t}$${\ displaystyle d}$

Structure des entraînements en peigne

• rangées de dents imbriquées • moitié fixe • moitié partie de l'ensemble mobile • isolé électriquement • attraction / répulsion électrostatique - tension de commande CMOS • beaucoup de dents force accrue - généralement 10 μm de long et fort

Problèmes de mise à l'échelle

Les entraînements en peigne ne peuvent pas s'adapter à de grandes distances d'intervalle (distance d'actionnement équivalente), car le développement de forces efficaces à de grandes distances d'intervalle exigerait des tensions élevées, donc limitées par une panne électrique . Plus important encore, les limitations imposées par la distance d'intervalle limitent la distance d'actionnement.

Voir également

• Moteur électrostatique
• Transducteur interdigitale
• Systèmes microélectromécaniques

Les références

• Legtenberg, Rob; Growenveld, AW; Elwenspoek, M (1996). "Actionneurs d'entraînement de peigne pour les grands déplacements" . J. Micromech. Microeng . 6 (3): 320–9. Bibcode : 1996JMiMi ... 6..320L . doi : 10.1088 / 0960-1317 / 6/3/004 .

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