ди прагне зменшити повну енергію в системі актюатора, вирівнюванням вектора намагніченості з силовими лініями зовнішнього магнітного поля.
Фотографія магнітного мікроактюатора, отримана на скануючому електронному мікроскопі, представлена ​​на рис. 5. br/>В
Рис. 5
Прикладом магнітного мікроактюатора іншої конструкції може служити лінійний мотор, показаний на рис 6. Магніт, розташований у каналі, рухається взад-вперед при перемиканні струму в обмотках, то з одного, то з іншого боку каналу.
В
Рис. 6
Загальна проблема, пов'язана з магнітними актюатором, полягає в тому, що обмотки двовимірні (тривимірні обмотки дуже важко виготовити на мікрорівні). Вдобавок обмежений вибір магнітного матеріалу - вибираються тільки ті матеріали, які легко обробити на мікрорівні, і виходить, що ні завжди матеріал магніту вибирається оптимально. Багато в чому через це магнітні актюатори споживають велику кількість енергії і розсіюють багато тепла. Слід зазначити, що для виготовлення мікроскопічних компонентів (розміром до декількох міліметрів) електростатичні пристрої зазвичай вигідніше магнітних, проте при більш великих розмірах магнітні пристрої перевершують електростатичні.
8. П'єзоелектричні актюатори
В основі теорії п'єзоелектричних актюаторовлежіт прямий п'єзоелектричний ефект - поява електричних зарядів різного знака на протилежних гранях деяких кристалів при їх механічних деформаціях: стисненні, розтягуванні і т.п і зворотний п'єзоелектричний ефект - полягає в деформації цих же кристалів під дією зовнішнього електричного поля. Основна формула для прямого ефекту:
[Формула 10 (Рис.1)],
для зворотного:
[Формула 11 (Рис.1)],
де Di - вектор електричного зміщення, Ej-напруженість електричного поля, Ek-відносна деформація, Пѓk-механічне напруження. Основними параметрами є: dik - п'єзоелектричні коефіцієнти, Sik-коефіцієнти пружної деформації, коефіцієнти діелектричної проникності Eik.
На рис. 7 показано два простих прикладу, що демонструють принцип дії пьезоелектрічекскіх актюаторів. На рис. 7-а шар пьезоелектрика обложений на балку. При додатку напруги балка згинається. Такий же принцип можна застосувати і з тонкою кремнієвої мембраною (рис. 7-b). Якщо прикласти напруга, мембрана деформується. br/>В
Рис. 7а
В
Рис. 7б
Найбільшу популярність мають такі конструкції п'єзоелектричних Мікроактюаторов (Мал. 8). <В
Рис. 8
В
9. Гідравлічні актюатори
Гідравлічні мікроактюатори мають значний потенціал, так як вони можуть передавати досить багато енергії від зовнішнього джерела за дуже вузьким трубках. Це факт можна використовувати в таких місцях як наконечник катетера, змонтованого мікрохірургічного інструменту.
Для виробництва мікротурбін може використовуватися LIGA технологія (рис. 9). Ця мікротурбіни забезпечує енергією ріжучий мікроінструмент. br/>В
Рис. 9
До особливостей гідравлічних мікроактюаторов можна віднести те, що він має досить великі розміри, високий рівень вихідних сил і може мати вкрай низьке тертя.
В
10. Теплові актюатори
Теплові актюатори використовують як лінійне або об'ємне розширення рідини чи газу, так і деформацію форми внаслідок біметалічного ефекту, які мають місце завдяки зміні температури. Розглянемо біметалічний актюатор. На рис. 10 ми бачимо балку з одного матеріалу (кремній), і шар з іншого матеріалу (алюміній). Коефіцієнт теплового розширення у них різний. При нагріванні, один матеріал розширюється швидше, ніж інший, і балка згинається. Нагрівання можна виробляти, пропускаючи через цей пристрій електричний струм. <В
Рис. 10
Теплові актюатори можуть створювати відносно великі сили, але немає конструкції яка б дозволяла це зробити з позиції ефективного використання енергії. Результат поліпшується при збільшенні різниці між коефіцієнтами теплового розширення і при великому зміні температури, однак досягається ККД все одно залишається відносно маленьким. Гази і рідини мають набагато більший коефіцієнт теплового розширення, ніж тверді тіла, і це можна використовувати в термопневматіческіх мікроактюаторах. На рис. 11 показаний резонатор, всередині якого знаходиться рідина, з тонкою мембраною в ролі нижньої стінки. Через нагрівальний елемент (резистор) пропускається струм. Рідина нагрівається і починає розширюватися, деформуючи мембрану. br/>В
Рис. 11
Переваги теплових мікроактюаторов:
1. Проста конструкція, робочими елементами є резистор нагріву і для використання біметалічного ефекту плівкова структура.
2. Відповідний розмір, що лежить в мікродіапазоне.
3. В якості активних елементів застосовні майже будь-які матеріали, які крім різних коефіцієнтів розширення повинні мати достатню міцність. Зазвичай в якості нагрівача використов...
