[发明专利]一种基于电热驱动及齿轮传动的往复直线微马达

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS领域马达，特别是一种基于电热驱动及齿轮传动的往复直线微马达，该装置利用电热驱动及齿轮传动，实现大位移的直线往复运动。

背景技术

随着MEMS技术的快速发展以及MEMS应用领域的扩展，对具有实用性的MEMS马达的研究和需求日益增多。在宏观机械运动中，往复直线运动和旋转运动之间的转换较为常见，通过凸轮、曲柄连杆、齿轮等就能实现转换。在MEMS领域，往复直线运动与旋动运动的转换较宏观相比，比较难实现。这是因为虽然传动功能的基本原理一样，但是MEMS尺寸微小，其表面力占主导地位，器件之间容易粘附在一起，运动部件之间出现黏着磨损，加工工艺的限制。1988年，美国加州大学伯克利分校的研究人员采用表面工艺制作了直径为120                                               的静电型微马达，直接利用静电力驱动转子，虽然可小型化，与MEMS工艺兼容，但输出力矩小，转速高，无法直接应用。2001年，Jae-Sung提出利用V型电热硅微致动器单元在硅芯片上制作了热致动微马达机构的思路，但是只实现了旋转运动而没有输出功能，不具有实用性。

本发明结合电热致动器具有输出位移和力大、操作电压小、与IC兼容、运动可控等有利特点，利用V型电热致动器阵列，齿轮传动的旋转运动，实现齿条滑槽的往复直线运动。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷提供一种基于电热驱动及齿轮传动的往复直线微马达，该微马达利用电热驱动及齿轮传动，实现大位移的直线往复运动，该微马达具有与集成电路制造工艺相兼容、输出位移大、实用性强，易于控制、输出效率高、可测试静态特性等优点。

为达到上述目的，本发明的构思是：两侧电热致动器阵列同时工作，推动齿轮传动，大齿轮推动齿条滑槽往复运动，实现该往复直线微马达的往复直线运动；弓字形弹簧用于测试齿条滑槽向上和向下的输出力；标尺用于测试电热致动器阵列，两侧啮合控制器和齿条滑槽向上和向下的输出位移。因此该设计的优点是：与集成电路制造工艺相兼容、输出位移大、实用性强，易于控制、输出效率高、可测试静态特性。

本发明的基于电热驱动及齿轮传动的往复直线微马达，包括左侧和右侧两个驱动装置，一个传动装置、一个输出装置和测试装置，马达用MEMS表面工艺制作，无需装配，初始位置时推杆齿与小齿轮有间隙不啮合；对啮合控制器的正负电极同时施加合适的电压，两侧啮合控制器推动推杆齿与小齿轮啮合；对电热致动器阵列的正负电极同时施加合适的电压，电热致动器阵列分别推动推杆齿向上运动。推杆齿推动小齿轮，小齿轮带动大齿轮，大齿轮推动齿条滑槽向上运动，实现该往复直线微马达的向上直线运动；对电热致动器阵列的正负电极同时施加合适的电压，电热致动器阵列分别推动推杆齿向上运动。对啮合控制器的正负电极同时施加合适的电压，啮合控制器推动推杆齿与小齿轮啮合。释放电热致动器阵列的正负电极的电压，两侧电热致动器阵列因热量散失而带动推杆齿向下运动。推杆齿推动小齿轮，小齿轮带动大齿轮，大齿轮推动齿条滑槽向下运动，实现该往复直线微马达的向下直线运动。

所述测试装置包括两个弹簧和六个标尺，两个弹簧分别用于测试齿条滑槽向上和向下的输出力；六个标尺用于测试电热致动器阵列，两侧啮合控制器和齿条滑槽向上和向下的输出位移。

所述驱动装置可以是电热V型梁致动器，也可以是其它适宜产生直线运动的电热致动器。可以是单个致动器，也可以是多个数量阵列的致动器。

所述传动装置可以是两级齿轮传动，也可以是单个齿轮传动或多级齿轮传动。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：