BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đặng Bảo Lâm NGHIÊN CỨU VI ĐỘNG CƠ KIỂU TĨNH ĐIỆN DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ VI CƠ ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 62520103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội -2014 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Vũ Ngọc Hùng PGS.TS. Phạm Hồng Phúc Phản biện 1: GS.TSKH. Nguyễn Đông Anh Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Văn Chúc Phản biện 3: PGS.TS. Đinh Văn Dũng Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường, họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi…….giờ, ngày……, tháng…….,năm ………. Có thể tìm hiểu luận án tại: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Một trong những xu hướng phát triển tất yếu trong thế kỷ 21 là đưa các thiết bị, hệ thống kỹ thuật với kích thước nhỏ tính theo đơn vị micro hoặc nano vào sản xuất cũng như ứng dụng trong cuộc sống. Việc nghiên cứu, nắm rõ đặc tính của các thành phần chính của các vi hệ thống như vi động cơ và vi cơ cấu có ảnh hưởng quyết định đến hiệu suất, tuổi thọ cũng như độ chính xác. Vì vậy, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu vi động cơ kiểu tĩnh điện dựa trên công nghệ Vi Cơ Điện tử” để thực hiện luận án. 2. Đối tượng nghiên cứu Các vi động cơ quay kiểu tĩnh điện hoạt động một chiều hoặc hai chiều, được chế tạo bằng công nghệ gia công vi cơ khối. 3. Mục tiêu nghiên cứu  Nghiên cứu một cách có hệ thống về các loại vi động cơ có khả năng ứng dụng trong các hệ microrobot, từ đó đề xuất cấu trúc các vi động cơ quay sử dụng các bộ vi kích hoạt/chấp hành kiểu tĩnh điện răng lược.  Thiết kế và chế tạo các vi động cơ quay kiểu tĩnh điện. Đo đạc, đánh giá đặc tính một số động cơ từ các thiết kế được chọn. 4. Phạm vi nghiên cứu  Lý thuyết tĩnh điện nói chung và hiệu ứng viền nói riêng, ứng dụng trong thiết kế các vi động cơ quay sử dụng các bộ vi kích hoạt/chấp hành tĩnh điện răng lược.  Các vi động cơ kiểu tĩnh điện ứng dụng trong các vi robot hoặc các hệ vận tải, lắp ghép kích thước micro. 5. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là kết hợp giữa mô phỏng lý thuyết và thực nghiệm công nghệ. Để đạt được các mục tiêu đề ra, các bước nghiên cứu, tính toán, thiết kế sau sẽ được tiến hành:  Vận dụng các kiến thức về cơ học, vật lý, lý thuyết cơ cấu, thiết kế máy để tính toán, thiết kế các vi động cơ.  Sử dụng các phần mềm thiết kế chuyên dụng như AutoCad, L-Edit để thực hiện thiết kế sơ bộ. Bản thiết kế được hoàn thiện, các kích thước được kiểm nghiệm bằng phần mềm phần tử hữu hạn ANSYS.  Các vi động cơ được chế tạo bằng các công nghệ MEMS tiêu chuẩn và thông dụng như công nghệ quang khắc (lithography), công nghệ ăn mòn khô ion hoạt hóa sâu (DRIE), công nghệ ăn mòn hóa học … 2  Đo đạc, đánh giá đặc tính của các sản phẩm được chế tạo. Phân tích, so sánh với các kết quả tính toán và mô phỏng. 6. Ý nghĩa của luận án  Nghiên cứu một cách có hệ thống về các vi động cơ, cũng như ảnh hưởng của hiệu ứng viền trong các vi động cơ sử dụng bộ vi kích hoạt/chấp hành tĩnh điện răng lược.  Tính toán, thiết kế và chế tạo thành công các vi động cơ quay sử dụng các bộ vi kích hoạt/chấp hành kiểu tĩnh điện dạng răng lược.  Thiết lập quy trình chế tạo cho các vi động cơ, trong đó chỉ sử dụng các công nghệ MEMS tiêu chuẩn. 7. Những kết quả mới của luận án  Phân tích, đánh giá ảnh hưởng của hiệu ứng viền (fringe effect) trong các bộ vi kích hoạt/chấp hành tĩnh điện dạng răng lược cũng như trong các vi động cơ có sử dụng các bộ vi kích hoạt/chấp hành đó.  Thiết kế, chế tạo thử ba loại vi động cơ quay kiểu tĩnh điện quay một chiều, cũng như đề xuất vi động cơ kiểu tĩnh điện có thể quay hai chiều. Các vi động cơ đều được chế tạo với cùng một quy trình, sử dụng các công nghệ MEMS tiêu chuẩn. Việc ứng dụng công nghệ gia công vi cơ khối trên phiến silic kép (SOI wafer) với chỉ một mặt nạ cho phép tăng tính chính xác, giảm giá thành khi chế tạo, đồng thời, các vi động cơ cũng có công suất truyền lực lớn hơn các vi động cơ được chế tạo bằng phương pháp vi cơ bề mặt. Luận án được trình bày trong bốn chương, nội dung của các chương được tóm tắt như sau: Chương 1 trình bày tổng quan về vi động cơ. Tác giả đưa ra các phương pháp phân loại một cách có hệ thống các vi động cơ, đồng thời, cũng đưa ra các nhận xét, đánh giá để từ đó lựa chọn đối tượng nghiên cứu phù hợp. Chương 2 trình bày vắn tắt về lý thuyết tĩnh điện và ứng dụng trong các bộ vi kích hoạt/chấp hành tĩnh điện dạng răng lược. Ảnh hưởng của hiệu ứng viền lên hoạt động của các bộ vi kích hoạt/chấp hành được phân tích cụ thể thông các minh chứng thu được từ tính toán lý thuyết, mô phỏng và đo đạc thực tế. Chương 3 giải các bài toán về cấu trúc, động học và lực của các loại vi động cơ quay sử dụng các bộ vi kích hoạt/chấp hành tĩnh điện dạng răng lược, nhằm thỏa mãn các tiêu chí sau: độ chính xác cao, kích thước nhỏ gọn, có tính mô đun hóa cao, kết cấu đơn giản, dễ điều khiển, có thể sản xuất hàng loạt, tiêu hao ít năng lượng. Chương 4 Thiết lập quy trình chế tạo vi động cơ bằng phương pháp gia công vi cơ khối. Sau khi chế tạo thành công, tác giả cũng tiến hành đo đạc, phân tích, đánh giá đặc tính của các vi động cơ. 3 NỘI DUNG TÓM TẮT Chương 1. Vi động cơ Để nghiên cứu tổng quan về các vi động cơ, tác giả kết hợp hai phương pháp phân loại dựa trên kiểu chuyển động mà vi động cơ tạo ra và phân loại dựa trên hiệu ứng dùng để dẫn động vi động cơ. Hình 1.1 Phân loại các vi động cơ theo hiệu ứng dẫn động 1.1 Vi động cơ kiểu tĩnh điện (Electrostatic micro motor) 1.1.1 Các vi động cơ tịnh tiến kiểu tĩnh điện Vi động cơ bước tịnh tiến kiểu tĩnh điện:Sarajlic E. [13] giới thiệu vi động cơ bước 3 pha kiểu tĩnh điện, với hành trình của thanh trượt là 52 m. Vi động cơ tịnh tiến kiểu trượt (shuffle motor): Tas [14] và Sarajlic [15]thiết kế vi động cơ điều khiển giữ cố định hoặc thả chân phía trước và phía sau bản cực di động. Vi động cơ tịnh tiến dạng sâu đo: Richard Yeh [16] sử dụng các bộ vi kích hoạt/chấp hành dạng răng lược ECA để tạo ra các cơ cấu kẹp và đẩy thanh trượt, thanh trượt có thể chuyển động với hành trình 80 m. Vi động cơ tịnh tiến dạng bóp kẹp: Trong [20] Phuc P.H. giới thiệuvi động cơ với các bộ vi kích hoạt/chấp hành tĩnh điện dạng răng lược ECA qua các thanh răng cóc tác động lên các cánh của thanh trượt để tạo ra chuyển động. 1.1.2 Các vi động cơ quay kiểu tĩnh điện Vi động cơ bước kiểu tĩnh điện: Y. C. Tai [9, 21] giới thiệu vi động cơ bước quay đầu tiên năm 1989. Một số thiết kế tiêu biểu như của H. Vinhais [22], M. Mehregany [23]. Loại động cơ này được chia thành dẫn động mặt trên (top- drive), dẫn động mặt cạnh (side-drive) và dẫn động mặt cạnh dạng điều hòa (harmonic side-drive). Vi động cơ tĩnh điện kiểu rotor lắc (wobble motor): Tony Sarros [28] làm rotor quay bằng cách lần lượt kích hoạt điện áp giữa rotor và bốn cực của stator. Các vi động cơ dạng này có các ưu điểm như cường độ điện trường cao, ma sát nhỏ hơn so với các vi động cơ bước tĩnh điện thông thường. Vi động cơ sử dụng bộ vi kích hoạt/chấp hành tĩnh điện dạng răng lược: Động cơ của Sammoura [43] chuyển động theo nguyên lý sâu đo (inchworm) Vi động cơ Điện từ Tĩnh điện Áp điện Nhiệt điện SMA Hiệu ứng khác 4 với 8 bộ vi kích hoạt/chấp hành kiểu GCA (gap closing actuator) được bố trí bên ngoài đĩa rotor với đường kính 200 m, trong đó 4 bộ GCA đóng vai trò kẹp và 4 bộ còn lại để đẩy rotor quay với mômen xoắn 2,4 nNm. Nhìn chung, các vi động cơ tĩnh điện có ưu điểm là có tính tương thích cao, có thể sinh ra lực cũng như mômen lớn. Đây là nhóm động cơ được nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất trong công nghệ MEMS. 1.2 Vi động cơ kiểu điện từ (Electromagnetic micro motor) 1.2.1 Các vi động cơ tịnh tiến kiểu điện từ Các vi động cơ kiểu này đều có stator là đường dẫn và con trượt hay thanh trượt chuyển động trên đường dẫn đó. James J. Allen [48] và Haiwei Lu [51-52] giới thiệu động cơ tịnh tiến đồng bộ LSM (linear synchronous motor) với stator gồm các cuộn dây tạo thành lõi dẫn từ 3 pha. Khi kích từ cho stator, từ trường sẽ tương tác với nam châm vĩnh cửu trên con trượt và tạo ra chuyển động tịnh tiến của con trượt. 1.2.2 Các vi động cơ quay kiểu điện từ C. H. Ahn [53] thiết kế với các cuộn cảm điện từ được cuốn để tạo thành stator và dẫn động rotor với đường kính 500 m và vận tốc tối đa 500 vòng/phút, mômen xoắn là 1,2 Nm. Hiệu ứng điện từ cũng được S. De Cristofaro [54] ứng dụng để thiết kế vi động cơ có rotor lắc (wobble motor). Động cơ có đường kính 10 mm, ứng với dòng 240 mA có mômen xoắn đầu ra 350 Nm. 1.3 Vi động cơ kiểu nhiệt điện (Electrothermal micro motor) 1.3.1 Các vi động cơ tịnh tiến kiểu nhiệt điện Vi động cơ có thanh trượt chuyển động do ma sát: Byron Shay [56] và Ali Khiat [57] sử dụng ba bộ vi kích hoạt/chấp hành chữ V, thanh trượt với chiều dài 550 -750 m trong động cơ có thể di chuyển với vận tốc 250 m/s và tạo ra lực đẩy lớn hơn 14 N. Vi động cơ tịnh tiến dạng sâu đo: John Maloney [58] sử dụng hai cặp các bộ vi kích hoạt/chấp hành nhiệt dạng chữ V để kẹp và đẩy. Làm việc ở mức điện áp dẫn 12 V, rotor có vận tốc lên đến 1 mm/s, tạo được lực 6,7 mN và đạt được hành trình 2000 m. 1.3.2 Các vi động cơ quay kiểu nhiệt điện A Geisberger [66] giới thiệu mô tơ có khả năng quay hai chiều, kích thước ngoài 1 mm 3 , hai bộ vi kích hoạt/chấp hành sẽ làm việc lệch pha để đẩy rotor quay. Động cơ được chế tạo bằng công nghệ vi cơ khối trên tấm silic kép, và dưới điện áp dẫn 24 V, đạt mômen xoắn 0,14 Nm và công suất 76 mW. Baker M. [67] dùng các bộ vi kích hoạt/chấp hành nhiệt dạng chữ V kết hợp cùng với cơ cấu răng cóc để đạt được chuyển động quay một chiều của rotor. 5 1.4 Vi động cơ kiểu áp điện (Piezoelectric micro motor) 1.4.1 Các vi động cơ tịnh tiến kiểu áp điện Vi động cơ dẫn động bằng quán tính: Các vi động cơ dẫn động bằng xung IDM (Impact Drive Mechanism) đều gồm phần thân, phần tử áp điện và khối quán tính (inertial weight). Chuyển động tịnh tiến được tạo ra khi điều khiển điện áp dẫn tăng nhanh và giảm chậm hoặc ngược lại. Tiêu biểu là các thiết kế của Jih-Lian Ha [71], Takuma Nishimura [73], Hunstig [74-75] và Martin Špiller [76]. 1.4.2 Các vi động cơ quay kiểu áp điện Vi động cơ quay dẫn động bằng sóng âm: Cheng [82] và Suzuki Y. [83] giới thiệu động cơ quay sử dụng sóng âm có các phần tử trên bề mặt stator dao động theo quỹ đạo dạng elip tạo ra ma sát thông qua các viên bi để đẩy rotor quay. Vi động cơ quay dạng sâu đo: Bexell M [84] dùng stator của vi động cơ gồm sáu chân, mỗi chân là một cấu trúc áp điện bimorph đa lớp kép. Bằng việc đặt điện áp thích hợp, đĩa rotor phía trên có thể quay với vận tốc lớn nhất 4 vòng/phút và tạo ra mômen xoắn với trị số lớn nhất 1,4 mNm. 1.5 Vi động cơ kiểu hợp kim nhớ hình (Shape Memory Alloy - SMA) Hoạt động với điện áp dẫn thấp, có tỷ lệ giữa công suất với kích thước, khối lượng của hệ thống vào loại cao nhất, nhưng nhược điểm của dẫn động bằng SMA là chuyển vị nhỏ. Có thể kể ra tiêu biểu như vi động cơ của Young Pyo Lee[86], Peirs J. [87] và Qin Yao [88]. Chương 2. Bộ kích hoạt tĩnh điện răng lược và ảnh hưởng của hiệu ứng viền 2.1. Hiệu ứng tĩnh điện 2.1.1. Tụ điện Xét một tụ điện gồm hai điện cực đặt song song và cách nhau một khoảng là δ. Điện dung của tụ điện C được tính: 0 . . A C     (2.2) Khi đó giữa hai bản tụ sẽ sinh ra lực pháp tuyến F n hút hai bản tụ lại với nhau và lực tiếp tuyến F t đẩy hai bản tụ chuyển động tương đối với nhau theo phương song song nhau. 2.1.2. Lực pháp tuyến Hai bản tụ đặt song song, cách nhau một khoảng δ và phần diện tích chồng nhau chiếu lên mặt phẳng OZY là hình chữ nhật có kích thước b×a 0 . Đặt vào hai bản tụ một điện áp V, giả thiết khi đó bản tụ di động dịch chuyển theo phương X một đoạn x do lực F n gây ra. Lực pháp tuyến được tính: 6 2 0 0 2 . . . . 1 2 n b a V x F     (2.11) Lực pháp tuyến F n hút bản tụ di động về phía bản tụ cố định. 2.1.3. Lực tiếp tuyến Đặt điện áp V giữa hai bản tụ. Giả thiết lực tiếp tuyến F t gây ra chuyển động một đoạn ∆y của bản tụ di động theo phương song song với bản tụ cố định (phương OY). Lực tiếp tuyến được tính: 2 0 . . 1 2 t b V F     (2.18) Lực tiếp tuyến không phụ thuộc khoảng chồng lên nhau a và tỉ lệ nghịch với khoảng hở δ và có xu hướng kéo bản tụ di động theo phương làm tăng diện tích chồng nhau. 2.2. Bộ kích hoạt/chấp hành răng lược Trong hình 2.5, ta thay thế dầm đàn hồi bởi lò xo có độ cứng k. Khi đặt điện áp V vào bộ kích hoạt thì lực tiếp tuyến F t tạo ra hút răng lược di động sang phía phải, nhờ lực đàn hồi giữ cần bằng bản tụ di động. Độ dịch chuyển của phần di động theo phương y là: 2 0 . . . . . n b y V k      (2.21) Trong đó : n là số lượng răng lược di động, k là độ cứng dầm đàn hồi theo phương chuyển động Oy. 2.3. Hiệu ứng viền Phân bố điện trường giữa hai bản tụ cho thấy càng gần trung tâm tụ điện thì đường điện trường càng tuyến tính, phần ngoài cạnh tụ điện (edge) đường điện từ dạng đường cong. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng viền (“fringe effect” hay “edge effect”). Với bề rộng của bản tụ là b, chiều dài a và khoảng cách giữa hai bản tụ là δ, điện dung hai bản tụ khi không kể đến hiệu ứng viền: 0 . . . tb a b C     (2.27) Điện dung của tụ điện khi kể đến hiệu ứng viền là: Hình 2.5 Bộ kích hoạt/chấp hành răng lược F t k Phần cố định Phần di động x y O z 7 0 0 0 1 ln 1 ln 1 1 ln 1 ln 1 e ab b a a a b b C                                                              (2.30) Chuyển vị tính toán, mô phỏng và đo đạc của bộ kích hoạt/chấp hành răng lược được thể hiện trên hình 2.17. Đường cong lý thuyết chuyển vị khi xét hiệu ứng viền gần đường chuyển vị đo đạc hơn so với trường hợp không xét hiệu ứng viền thể hiện trên hình 2.17a. Hình 2.17b chỉ ra sai số giữa chuyển vị lý thuyết và đo đạc là tương đối nhỏ (lớn nhất là 11%) khi kể đến hiệu ứng viền. Sai số này tăng lên nhiều khi bỏ qua hiệu ứng viền (lớn nhất là 27,5%). Vì thế chuyển vị của bộ kích hoạt/chấp hành răng lược chịu ảnh hưởng lớn của hiệu ứng viền và cần lưu ý đến hiệu ứng này trong quá trình tính toán và thiết kế các kết cấu dẫn động bằng hiệu ứng tĩnh điện. Chương 3. Thiết kế các vi động cơ quay 3.1. Vi động cơ kiểu 1 3.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Hình 3.1 chỉ ra cấu tạo của vi động cơ quay (MRM) gồm có bốn bộ kích hoạt tĩnh điện răng lược liên kết với các cơ cấu truyền động, vành răng cóc và bốn cơ cấu chống đảo. Khi đặt một điện áp giữa hai điện cực cố định  và điện cực di động  của bộ kích hoạt tĩnh điện dạng răng lược, do lực tĩnh điện tiếp tuyến, phần di động (gồm có dầm và các răng lược di động) quay phải quanh điểm đàn hồi . Thông qua cơ cấu truyền , chuyển động quay của bộ kích hoạt được truyền ra vành răng  và quay theo chiều kim đồng hồ. Khi điện áp giảm tới 0, các dầm cùng với răng lược và cơ cấu truyền động hồi vị về vị trí ban đầu nhờ lực đàn hồi. Nhờ cơ cấu chống đảo , vành răng không xoay theo chiều ngược lại. Vận tốc góc của vành răng phụ thuộc vào tần số của điện áp đặt vào các điện cực. Để đảm bảo vành răng có thể quay được, chuyển vị trong mỗi bước di chuyển của thanh răng cóc dẫn  phải lớn hơn một bước răng cóc. Hình 2. 17 Đánh giá chuyển vị của bộ kích hoạt/chấp hành răng lược a) Chuy ển vị của bộ ECA b) Sai số lý thuyết và đo đạc Điện áp (V) Sai số (%) Điện áp (V) bỏ qua h/ứ viền có h/ứ viền mô phỏng đo đ ạc Chuyển vị (μm) b ỏ qua h/ứ viền có h/ứ viền 8 Hình 3.1 Cấu tạo mô tơ một chiều Hình 3.2 thể hiện bộ ECA và cơ cấu truyền động. Các răng lược quay quanh điểm đàn hồi  có bề rộng 4m. Bề rộng của mỗi răng lược là 3m, khe hở giữa hai răng lược là 2m, tổng số răng lược của phần di động là 76. Phần di động của bộ kích hoạt là dầm  được cố định một đầu và đầu còn lại được liên kết với thanh răng dẫn  thông qua lò xo và hệ thống stoppers . Hình 3.2 Bộ kích hoạt/chấp hành răng lược và cơ cấu truyền chuyển động 4 1 2 3 5 1. Điện cực cố định 2. Điện cực di động 3. Cơ cấu chống đảo chiều 4. Cơ cấu truyền chuyển động 5. Vành răng ngoài 3 6 7 8 9 1 θ 6. Cổ đàn hồi 7. Thanh răng dẫn 8. Lò xo 9. Hệ thống stopper 4μm 2 4μm  [...]... bằng hơi HF Phần di động Hình 4.7 Tóm tắt quy trình chế tạo các vi động cơ 19 Hình 4.17 Vi động cơ quay kiểu 1 Hình 4.18 Vi động cơ quay kiểu 2 Hình 4.19 Vi động cơ quay kiểu 3 Hình 4.21 Hình chụp từ video hoạt động của vi động cơ kiểu 1 4.5.3 Xử lý các dữ liệu đo đạc của vi động cơ a Tính vận tốc góc lý thuyết của vi động cơ 20 Theo lý thuyết, thời gian để vành rotor của vi động cơ quay một vòng được... 3.2)  Các vi động cơ kiểu 2 và kiểu 3 được thiết kế để khắc phục hiện tượng trượt xảy ra trong vi động cơ kiểu 1 Kết quả đo đạc thực nghiệm của vi động cơ kiểu 2 cho thấy vận tốc góc của động cơ này bám sát các giá trị tính toán lý thuyết hơn so với vận tóc góc của vi động cơ kiểu 1 (đồ thị 4.25) Một số vấn đề có thể tiếp tục nghiên cứu:  Tiếp tục đo đạc, đánh giá vi động cơ kiểu 3  Nghiên cứu ứng... hóa sâu DRIE trong gia công MEMS) dẫn tới vi c ăn khớp “hở” Điều đó có thể dẫn tới hiện tượng trượt khi động cơ làm vi c 11 3.2 Vi động cơ kiểu 2 3.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 1 V 1 1 2 1 3 4 5 Dầm ECA 6 Hình 3.8 Cấu tạo vi động cơ kiểu 2 Về cơ bản cấu tạo của vi động cơ quay một chiều kiểu 2 tương tự như động cơ kiểu 1, tuy nhiên phần cơ cấu dẫn động được thiết kế thêm cơ cấu lẫy cài-lò xo Từ... hoạt/chấp hành nhiệt điện hoạt động với các điện áp dẫn thấp thay cho các bộ kích hoạt/chấp hành dạng tĩnh điện  Nghiên cứu, thiết kế vi động cơ quay hai chiều KIẾN NGHỊ Với mục tiêu chế tạo vi động cơ có khả năng quay hai chiều, tác giả đề xuất phương án vi động cơ hoạt động dựa trên các bộ kích hoạt/chấp hành kiểu tĩnh điện kết hợp với các bộ kích hoạt/chấp hành kiểu nhiệt điện như trên hình 5.1 11... hiệu ứng tĩnh điện , cụ thể là các bộ kích hoạt/chấp hành tĩnh điện dạng răng lược Công nghệ chế tạo đi kèm là công nghệ vi cơ khối, sử dụng một mặt nạ để gia công trên phiến silic kép SOI Vi c thiết kế các bộ kích hoạt/chấp hành tĩnh điện dạng răng lược được tiến hành dựa trên cơ sở lý thuyết tĩnh điện Hiệu ứng vi n (fringe effect) và ảnh hưởng của hiệu ứng vi n trong bộ kích hoạt/chấp hành tĩnh điện. .. góc động cơ kiểu 1 và 2 với vận tốc góc lý thuyết (Vpp = 80V) 21 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận án bao gồm bốn chương, tập trung lần lượt vào các nội dung về các vi động cơ, lý thuyết tĩnh điện, tính toán thiết kế bốn loại vi động cơ quay hoạt động dựa trên các bộ kích hoạt/chấp hành kiểu tĩnh điện răng lược và thiết lập quy trình chế tạo, đo đạc, đánh giá các vi động cơ Trong luận án, các vi động. .. các vi động cơ được được hệ thống hóa dựa trên hoặc dạng chuyển động đầu ra (động cơ quay hoặc động cơ tịnh tiến), hoặc hiệu ứng được sử dụng để dẫn động (hiệu ứng tĩnh điện, điện từ, nhiệt điện, áp điện, hợp kim nhớ hình và một số loại đặc biệt khác) Qua phân tích về cấu trúc, quy trình chế tạo và ưu nhược điểm của các loại động cơ, tác giả lựa chọn đối tượng nghiên cứu là các vi động cơ quay sử dụng... các công nghệ MEMS tiêu chuẩn o Do có chiều dày lớp linh kiện lớn hơn so với chiều dày các lớp linh kiện được chế tạo bằng công nghệ vi cơ bề mặt, nên các vi động cơ được thiết kế có công suất truyền lực lớn hơn  Xét ảnh hưởng của hiệu ứng vi n khi tính toán điện áp dẫn tối thiểu cho các vi động cơ Kết quả cho thấy điện áp dẫn trong cả ba kiểu động cơ đều giảm xuống rõ rệt khi kể đến hiệu ứng vi n... thể quay được, giá trị điện áp dẫn nhỏ nhất khi không kể đến hiệu ứng vi n Vmin = 72,95 (V) và khi kể tới hiệu ứng vi n thì Vmin = 68,26 (V) 14 3.3 Vi động cơ kiểu 3 3.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 4 V 1 1 6 2 1 1 3 5 Hình 3.15 Cấu tạo vi động cơ kiểu 3 Cấu tạo của vi động cơ quay kiểu 3 được thể hình 3.15 Điểm chính trong thiết kế này là thay đổi trong cơ cấu truyền chuyển động Thanh răng cóc dẫn... tạo thành công, giảm giá thành, nguyên công chế tạo Đây là những điểm rất quan trọng, phù hợp với hoàn cảnh nghiên cứu về Vi cơ điện tử hiện tại ở Vi t Nam Các loại vi động cơ được kiểm định qua kính SEM (scanning electron microscope) Kết quả chế tạo cho thấy các động cơ đều đạt các kích thước, yêu cầu thiết kế đặt ra ban đầu Hai kiểu mô tơ đầu tiên đã được đo đạc, kiểm nghiệm Kết quả đối với kiểu 1 cho . hồi 7. Thanh răng dẫn 8. Lò xo 9. Hệ thống stopper 4μm 2 4μm  9 Ở kỳ hồi vị, khi điện áp dẫn giảm về 0, thanh răng cóc dẫn hồi vị về vị trí ban đầu, lò xo  bị nén, các răng của thanh răng. b. Kỳ hồi vị (Thanh răng dẫn trượt trên vành răng ngoài về vị trí ban đầu) 10 Hình 3.7 Sơ đồ phân tích lực trong kỳ hồi vị Dưới tác dụng của lực đàn hồi của dầm, thanh răng cóc dẫn. kế thêm cơ cấu lẫy cài-lò xo. Từ vị trí ban đầu sau khi chế tạo phần thanh răng cóc dẫn sẽ được đẩy lên bởi đầu kim có đường kính đủ nhỏ (cỡ 50 μm) sang vị trí hoạt động. Hình 3.9 Cơ cấu