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CN109399549A - 一种微机械静电驱动的直线型梳齿结构 - Google Patents

一种微机械静电驱动的直线型梳齿结构 Download PDF

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Abstract

一种微机械静电驱动的直线型梳齿结构，涉及微机械静电驱动技术领域；包括n组相同的直线形梳齿组；n组直线形梳齿组水平均匀分布在外部器件的水平侧壁上；每组直线形梳齿组包括静梳齿和动梳齿；静梳齿和动梳齿为交错配合的E型结构；在外部静电的驱动下；动梳齿沿外部器件的水平侧壁，相对静梳齿进行靠近或远离的直线运动；静梳齿与动梳齿配合时，第一动电极伸入第一定电极和第二定电极之间；第二动电极伸入第二定电极和第三定电极之间；第三动电极设置在第三定电极之间外侧；本发明实现了在于传统技术同样的真空环境和驱动电压下，得到更大的驱动行程，且未增加工艺难度。

Description

一种微机械静电驱动的直线型梳齿结构
技术领域
本发明涉及一种微机械静电驱动技术领域，特别是一种微机械静电驱动的直线型梳齿结构。
背景技术
静电驱动是微机械驱动技术的一种重要方式，在目前的MEMS领域有广泛的应用。目前在静电驱动结构中最常见的是矩形平板式梳齿阵列结构。但是目前的矩形梳齿静电驱动器存在着驱动力偏小、驱动电压过高的问题。而微机电器件的应用场合往往对驱动电压有上限要求，希望尽可能降低驱动电压或提高驱动位移。解决这一矛盾的普遍方法是增加梳齿数量，形成阵列。增加梳齿数量的弊端是增加器件的体积，增加工艺难度。
发明专利申请《一种微机械静电驱动的梳齿结构》(申请号201410440148.7)提出梳齿形状采用三角形与梯形结合的方式，或三角形与矩形结合的方式，或梯形之间互相结合的方式，降低结构的驱动电压，但其仅适用于驱动位移垂直于梳齿方向的驱动模式。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种微机械静电驱动的直线型梳齿结构，实现了在于传统技术同样的真空环境和驱动电压下，得到更大的驱动行程，且未增加工艺难度。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种微机械静电驱动的直线型梳齿结构，包括n组相同的直线形梳齿组；n组直线形梳齿组水平均匀分布在外部器件的水平侧壁上；每组直线形梳齿组包括静梳齿和动梳齿；静梳齿和动梳齿为交错配合的E型结构；在外部静电的驱动下；动梳齿沿外部器件的水平侧壁，相对静梳齿进行靠近或远离的直线运动；n为正整数，且6≤n≤9。
在上述的一种微机械静电驱动的直线型梳齿结构，所述的静梳齿包括第一基底、第一定电极、第二定电极和第三定电极；其中，第一基底为矩形板状结构；第一基底的一端垂直与外部器件的水平侧壁连接；第一定电极、第二定电极和第三定电极依次等间距固定安装在第一基底的侧壁；且第一定电极、第二定电极和第三定电极指向动梳齿。
在上述的一种微机械静电驱动的直线型梳齿结构，所述的动梳齿包括第二基底、第一动电极、第二动电极和第三动电极；其中，第二基底为矩形板状结构；第二基底的一端垂直与外部器件的水平侧壁的侧边连接；第一动电极、第二动电极和第三动电极依次等间距固定安装在第二基底的侧壁；且第一动电极、第二动电极和第三动电极指向静梳齿。
在上述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，静梳齿与动梳齿配合时，第一动电极伸入第一定电极和第二定电极之间；第二动电极伸入第二定电极和第三定电极之间；第三动电极设置在第三定电极之间外侧。
在上述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，第一定电极与第一动电极之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm；第一动电极与第二定电极之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm；第二定电极与第二动电极之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm；第二动电极与第三定电极之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm；第三定电极与第三动电极之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm。
在上述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，动梳齿做直线平移运动时，第一基底与第二基底之间间距为0.1-20μm。
在上述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，所述第一定电极包括第一矩形板和第二矩形板；其中，第一矩形板的轴向内端与第一基底侧壁固定连接；第二矩形板同轴固定安装在第一矩形板的轴向外端。
在上述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，设定第一矩形板的宽度为W1，第二矩形板的宽度为W2；则W2的长度为2W1-4W1。
在上述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，设定第一矩形板的长度为L1，第二矩形板的长度为L2；则L2为
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用了梳齿结构，相比于使用传统的矩形梳齿的静电驱动器，可以在同样的真空环境和驱动电压下，得到更大的驱动行程，且未增加工艺难度；
(2)本发明合理设置了梳齿组中静梳齿和动梳齿的长度和宽度，减轻了梳齿组重量的同时；增大了静梳齿和动梳齿之间的腔体体积；
(3)本发明梳齿组中采用了静梳齿和动梳齿的配合方式，实现了梳齿驱动力不变的情况下，动梳齿的横向行程距离显著增加。
附图说明
图1为本发明直线型梳齿组示意图；
图2为本发明第一定电极示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供了一种微机械静电驱动的直线型梳齿结构，实现了在于传统技术同样的真空环境和驱动电压下，得到更大的驱动行程，且未增加工艺难度。
如图1所示为直线型梳齿组示意图，由图可知，一种微机械静电驱动的直线型梳齿结构，包括n组相同的直线形梳齿组；n组直线形梳齿组水平均匀分布在外部器件的水平侧壁上；每组直线形梳齿组包括静梳齿(1)和动梳齿(2)；静梳齿1和动梳齿2为交错配合的E型结构；在静梳齿1和动梳齿2之间施加电压，动梳齿2在静电驱动力下，沿外部器件的水平侧壁，相对静梳齿1进行靠近或远离的直线运动；n为正整数，且6≤n≤9。动梳齿2做直线平移运动时，第一基底11与第二基底21之间间距为0.1-20μm。
其中，静梳齿1包括第一基底11、第一定电极12、第二定电极13和第三定电极14；其中，第一基底11为矩形板状结构；第一基底11的一端垂直与外部器件的水平侧壁连接；第一定电极12、第二定电极13和第三定电极14依次等间距固定安装在第一基底11的侧壁；且第一定电极12、第二定电极13和第三定电极14指向动梳齿2。
动梳齿2包括第二基底21、第一动电极22、第二动电极23和第三动电极24；其中，第二基底21为矩形板状结构；第二基底21的一端垂直与外部器件的水平侧壁的侧边连接；第一动电极22、第二动电极23和第三动电极24依次等间距固定安装在第二基底21的侧壁；且第一动电极22、第二动电极23和第三动电极24指向静梳齿1。静梳齿1与动梳齿2配合时，第一动电极22伸入第一定电极12和第二定电极13之间；第二动电极23伸入第二定电极13和第三定电极14之间；第三动电极24设置在第三定电极14之间外侧。
第一定电极12与第一动电极22之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm；第一动电极22与第二定电极13之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm；第二定电极13与第二动电极23之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm；第二动电极23与第三定电极14之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm；第三定电极14与第三动电极24之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm。
如图2所示为第一定电极示意图，由图可知，第一定电极12包括第一矩形板121和第二矩形板122；其中，第一矩形板121的轴向内端与第一基底11侧壁固定连接；第二矩形板122同轴固定安装在第一矩形板121的轴向外端。
设定第一矩形板121的宽度为W1，第二矩形板122的宽度为W2；则W2的长度为2W1-4W1。设定第一矩形板121的长度为L1，第二矩形板122的长度为L2；则L2为
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种微机械静电驱动的直线型梳齿结构，其特征在于：包括n组相同的直线形梳齿组；n组直线形梳齿组水平均匀分布在外部器件的水平侧壁上；每组直线形梳齿组包括静梳齿(1)和动梳齿(2)；静梳齿(1)和动梳齿(2)为交错配合的E型结构；在外部静电的驱动下；动梳齿(2)沿外部器件的水平侧壁，相对静梳齿(1)进行靠近或远离的直线运动；n为正整数，且6≤n≤9。
2.根据权利要求1所述的一种微机械静电驱动的直线型梳齿结构，其特征在于：所述的静梳齿(1)包括第一基底(11)、第一定电极(12)、第二定电极(13)和第三定电极(14)；其中，第一基底(11)为矩形板状结构；第一基底(11)的一端垂直与外部器件的水平侧壁连接；第一定电极(12)、第二定电极(13)和第三定电极(14)依次等间距固定安装在第一基底(11)的侧壁；且第一定电极(12)、第二定电极(13)和第三定电极(14)指向动梳齿(2)。
3.根据权利要求2所述的一种微机械静电驱动的直线型梳齿结构，其特征在于：所述的动梳齿(2)包括第二基底(21)、第一动电极(22)、第二动电极(23)和第三动电极(24)；其中，第二基底(21)为矩形板状结构；第二基底(21)的一端垂直与外部器件的水平侧壁的侧边连接；第一动电极(22)、第二动电极(23)和第三动电极(24)依次等间距固定安装在第二基底(21)的侧壁；且第一动电极(22)、第二动电极(23)和第三动电极(24)指向静梳齿(1)。
4.根据权利要求3所述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，其特征在于：静梳齿(1)与动梳齿(2)配合时，第一动电极(22)伸入第一定电极(12)和第二定电极(13)之间；第二动电极(23)伸入第二定电极(13)和第三定电极(14)之间；第三动电极(24)设置在第三定电极(14)之间外侧。
5.根据权利要求4所述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，其特征在于：第一定电极(12)与第一动电极(22)之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm；第一动电极(22)与第二定电极(13)之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm；第二定电极(13)与第二动电极(23)之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm；第二动电极(23)与第三定电极(14)之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm；第三定电极(14)与第三动电极(24)之间设置有间隙，间隙宽度为1-10μm。
6.根据权利要求5所述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，其特征在于：动梳齿(2)做直线平移运动时，第一基底(11)与第二基底(21)之间间距为0.1-20μm。
7.根据权利要求6所述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，其特征在于：所述第一定电极(12)包括第一矩形板(121)和第二矩形板(122)；其中，第一矩形板(121)的轴向内端与第一基底(11)侧壁固定连接；第二矩形板(122)同轴固定安装在第一矩形板(121)的轴向外端。
8.根据权利要求7所述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，其特征在于：设定第一矩形板(121)的宽度为W1，第二矩形板(122)的宽度为W2；则W2的长度为2W1-4W1。
9.根据权利要求8所述的一种微机械静电驱动的弧形梳齿结构，其特征在于：设定第一矩形板(121)的长度为L1，第二矩形板(122)的长度为L2；则L2为
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