1. 研究目的与意义（文献综述）

1、目的及意义

微机电系统(micro-electrical-mechanical systems,缩写为mems)是集物理、化学和生物等的传感器、执行器与信息处理和存储为一体的微型集成系统，泛指那些采用大批量微加工方法制造的微小型器件和集成系统。从广义上讲，mems是集微机械、传感器、执行器、电源、电路、信号处理、智能控制等于一体的系统，通过感知运动、光、电、声、热、磁等自然界信号，将这些信号转换成可以被广泛的电子系统识别和处理的电信号，从而将外部世界与电子世界有机地联系起来，它既具有强大的系统性和拓展性，又具有体积小、重量轻、能耗低、性能优异等特点[1]。mems侧重于超精密机械加工，涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。它的学科面涵盖微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理、化学、机械学的各分支[2]。mems是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业，是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术[3]。

八十年代，mems的兴起引起人们开发微型马达的热潮。微马达是mems重要的动力构件。目前主要研究的微马达有电磁微马达、静电微马达、压电微马达、形状记忆合金马达等。常规尺寸的机械系统常采用电磁马达。然而电磁马达的质量比重比较大，需要较重的铁心及线圈，需要三维加工，结构较复杂，不利于小型化，在较小尺寸的应用中会带来一些问题。barett等人指出，电磁马达制作的执行器要求非常精确的传输系统扩大输出转矩，容易产生噪声[4]。静电马达结构简单，采用薄的平面电极产生静电场，静电力与尺寸的平方成反比，随着尺寸的减小，单位体积的表面力增加[5]。这些特点使得静电马达非常适于小型化，在微领域研究中受到广泛地关注。微静电马达利用两个极板间电荷分布产生的引力和斥力，把电能转换成机械能。微静电马达按电荷传递方式不同，分为接触型、电火花型、电晕型、驻极体型等；按照运行原理不同可分为感应型和变电容型；变电容马达包括顶驱动型、侧驱动型、摆动型和中心型等；在交流运行的情况下，根据马达旋转速度与施加电压的周期关系又可将马达分为同步和异步[6-7]。马达定子为静止电极，转子为移动电极。除了旋转式微型马达外，微型元件的线性马达也是重要的微机电系统电力传输装置[8]。

2. 研究的基本内容与方案

微尺寸静电马达是微机电中的典型运动机械。本课题根据静电马达的运动原理，设计其相应的结构，并讨论利用微加工工艺进行至少三种不同的结构静电马达的设计。静电马达的运动原理有两种：一种是利用介电驰豫原理，另一种是利用电容可变原理。如果将一个介电转子置于旋转电场中，那么就会在转子表面感应出电荷，由于介电驰豫，这些电荷滞后于旋转电场，这些感应电荷与旋转电场之间的偏移就产生了一个作用在转子上的转矩。如果转子由多种介质构成，那么不同的介电驰豫过程就会被叠加,在不同的频率下起作用。这便是介电驰豫原理。而电容可变原理指利用带电极板之间基于静电能的能量变化趋势产生机械位移，这种作用力使两个电极趋于互相接近并达到一能量最小的稳定位置。相比之下，电容可变型静电马达的结构简单，由性能良好的绝缘体和导电体构成,它的激励只需简单的开环电压脉冲。电容可变型静电马达分为直线型和旋转型两大类。因此，选择设计三种旋转型电容可变型马达，分别为简单可动转子、点接触-减小摩擦、带有轴承的悬转子的微静电马达。并采用微机电制造工艺中的平面加工工艺进行制作。

3. 研究计划与安排

第1周：寻找关于微尺寸静电马达的资料。

第2周：进行前期微尺寸静电马达的资料搜集整理

第3周：进行微尺寸静电马达的初步设计

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 魏晓倩，微机电系统简介，全文版（工程技术），2016，（3）：276

[2] chang liu 著，黄庆安 译，微机电系统基础，机械工业出版社，2013：25-40

[3] 董永贵，微型传感器，清华大学出版社，2007：6-14