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静电致动器和用于生产其的方法

2021-10-26 12:08:33 来源:中国专利 TAG:
引入恢复力Fi。
[0087] 在供选择的实施例中,在弯折件之间设置弹黃元件,使得调整施加到电极上的电 压和导致的致动器行程之间的线性化比例。供选择地或额外地,也能够允许吸和效应的发 生。
[0088] 在进一步的实施例中,在弹黃元件上设置功能元件,例如通过在空间中偏转至少 一个致动器而随致动器的可偏转端和弹黃元件一起移动的光学结构。
[0089] 图8示出具有圆形静电致动器和四个对称设置的悬臂66a-d的装置30,其中每个 悬臂表示圆弧的四分之一。悬臂66a-d包括类似于图1的机械预加载,然而致动器的外区 域68化及内区域72在没有机械预加载的情况下实施,W使外区域68和内区域72W类似 于图1的平面方式形成。悬臂66a-d从致动器的平面偏转出并且每个悬臂分别在四个接触 点处部分地关闭类似于图la的设置在悬臂66a-d上的电极和相对的静止电极之间的间隙。 通过单独地控制悬臂66a-d的电极,能够获得内区域72的倾斜,由此当同时控制悬臂66a-d 时,设置在内区域72上的物体能够在空间倾斜或者在空间中移动。 阳090] 图9a示出类似于图4a的静电致动器的侧视图,图9c示出静止电极14的不同变 形A-D的偏转。图9b示出静止电极14的四个实施的俯视图,每种实施具有一个或两个段, 其中每段能够被独立地提供电压。
[0091] 在下面的图9c中描述与静止电极14的不同实施相对应的致动器的偏转曲线的行 为。在变形A中,静止电极14由横跨整个伸展的段14'a-体地形成。在变形B中,静止电 极14包括两个段14b'和14b",其中两个段14b'和14b"中的每个能够被独立地提供电压。 段14b'和14b"均W矩形的方式形成,其中段14b'和14b"具有相同的侧向伸展,段14b" 比段14b'具有更大的轴向伸展。在变形C中,静止电极14包括两个段14c'和14c",其中 段14c"相对于段14b" 角形的方式形成并包括朝向远离段14c'的一端的锥形。在变 形D中,段14d"包括类似于段14c"的锥形,其中锥形具有非线性凹曲线。段14b'、14c'和 14d'具有相同的形状。段14b'、14c'和14d'邻近固定夹具18设置,其中段14b"、14c"和 14d"在远离固定夹具18且与弯折件22'相对的方向上邻近各个段14b'、14c'和14d'设 置,并且其中段14c"或14d"的锥形端与弯折件22'的可偏转端33'相对设置。
[0092] 对具有图9b中所述的静止电极14的变形A-D的结构而言,图9c定性地示出包括 电极的静电致动器依赖于所施加的控制电压的各个可获得的偏转。曲线图的纵坐标示出图 9a中的弯折件22'的可偏转端到绝缘层16的距离。控制电压绘制在横坐标上,其中在横 坐标的第一部分,从纵坐标开始,绘制段14a'、14b'、14c'和14d'的增加的控制电压,并且 在横坐标的通过横坐标值0W虚线描述的第二部分中,描绘第二段14b"、14c"和14d"的联 系。
[0093] 第一曲线图74a的曲线示出用于静止电极14的变形A的可偏转端33'的偏转。随 着控制电压从0逐渐地上升,弯折件22'的可偏转端33'的偏转在第一个五个增量内相对 于绝缘层16逐渐地减小,W在控制电压的接下来的增量中,示出与吸和效应的发生相对应 的突然的0偏转。当考虑控制电压的增量时,第五增量和第六增量之间的行程的分辨是不 可能的。因此,用于具有静止电极14的变形A的致动器的模拟偏转的最大控制电压被限制 为从0到发生吸和效应的电压范围。
[0094] 其他曲线图74b、74c和74d在横坐标的第一部分内一个位于另一个的上方,由于 在该区域内仅是各个相同地形成的段14b'、14c'和14d'被相对于弯折件电极26或悬臂电 极29提供电压,而具有不同几何形状的段14b"、14c"和14d"没有被提供任何电压。能够看 出可偏转端33'的可与段14a'的控制电压的第五增量相比的偏转只在控制电压的第六增 量中获得。在运种情况中,用于该行程的致动器偏转能够具有高分辨率,因为用于变形B-D 的弯折件22'和静止电极14之间的吸引力仅在段14b'、14c'和14d'的区域内产生。如果 电压被进一步增加一个增量,将示出与曲线图74a相似的致动器偏转的强下降,其中致动 器偏转保持在与初始偏转的一半近似对应的偏转,尽管具有进一步增加的电压,并且横跨 整个行程防止吸和效应的发生。施加在段14b'-14d'上的电压的进一步的增加不示出致动 器偏转的任何可视变化。在横坐标的其他曲线中,段14b'-14d'上的电压维持恒定,而第二 段14b"-d"上的电压逐渐地增加。
[0095] 可W看出的是,在示出包括变形B中的静止电极14的致动器的偏转的曲线图74b 中,在第二增量中随着段14b"上的增大的电压而产生的致动器偏转被减小到近似为原始偏 转的Ξ分之一,W在段14b"上的控制电压的下一个增量内示出发生吸和效应。相比之下,曲 线图74c沿0方向示出致动器偏转的连续曲线。由于段14c'的Ξ角形几何形状,静止电极 14和相对的电极之间局部地产生的吸引力随着段14c'的锥形侧向伸展而减小,使得在相 同电压的情况下,静止电极14和悬臂电极29或弯折件电极26之间的静电力局部地不同。
[0096] 对于控制电压的第五增量而言,在段14c"上,曲线图74c具有接近但大于0的较 小致动器偏转,运示出没有吸合效应。指示在段14c"的控制电压的进一步的曲线中,致动 器的行程被减小到0,但是运是在小增量内实现的,因此与吸合效应的突然发生相反。
[0097] 由于段14d"的非线性锥形,曲线图74d示出横跨整个电压范围的可完全分辨的行 程,其中能够施加更大的电压直至行程减小到0,其中可利用的行程能够具有高分辨率。运 样的理由是段14d"的侧向伸展相对于段14c"非线性地逐渐变细。
[009引依赖于静电致动器的必需的特征曲线,由于第一段14a'-d'和/或第二段14b"-d" 和可能的额外电极段的几何形状,静电致动器的行程的任何特征曲线均能够被限定。
[0099] 供选择地或者额外地,代替或除了将静止电极分成多段的分隔外,可W将悬臂和/ 或弯折件电极分隔成两段或多段W依赖所施加的电压限定致动器的行程的改变。
[0100] 改变电极的侧向伸展允许改变两个电极之间产生的力,两个电极之间产生的力还 依赖于电极的几何形状W及因此依赖于产生的静电致动器的偏转。具体地,除了减小悬臂 和静止电极之间的间隙外,静电力生成的非线性能够被几何形状考虑到或者补偿。 阳101] 供选择地或者额外地,机械预加载和产生的预弯曲弯折件结构能够被用于通过杠 杆将致动器产生的偏转转变为更大的偏转。
[0102] 图10示出装置40,其中在弯折件76上,具有与弯折件76相似的伸展的梁元件78 偏置设置在弯折件76的可偏转端83处。
[0103] 图10a示出处于无电压的非偏转状态的装置40的俯视图。在弯折件76的朝向静 止电极14W及由凹槽81限定的偏转件82的一侧上设置电极84。弯折件76的远离固定夹 具18的可偏转端83限定出点P2。梁元件78具有弯曲,W使在装置的侧视图中,梁元件78 与弯折件76几乎一致地设置,如图1化所示,其中弯折件76的可偏转端83与梁元件78的 夹紧端连接。
[0104] 图10bW侧视图示出图10a中的装置40。电极84的一部分设置在悬臂82上,W 使悬臂电极和弯折件电极是一体的并且具有相同的电势。悬臂82在接触点87处部分地关 闭静止电极14和悬臂电极之间的间隙89。梁元件78的可偏转端由点Pi标出并与梁元件 的夹紧端相对设置。
[0105] 图10c示出类似于图1化的处于偏转状态的装置40的侧视图。与图10a相比,弯 折件76的偏转导致点P2与静止电极14之间的距离减小,如上述实施例所述。同时,就侧 视图而言,弯折件76不再与梁元件78 -致,从而梁元件78的弯曲具有如下效果:点Pi到 静止电极14的平面的距离大于非偏转状态下的距离。
[0106] 图lOd示出处于类似于图10c的偏转状态下的装置40的俯视图。与图10a相比 并就俯视图而言,梁元件78的侧向伸展被减小。
[0107] 通过布置梁元件78,利用杠杆原理偏转致动器的行程,使得一方面能够使用随着 电压的增大而增大的梁元件78的点Pi和静止电极14的平面之间的距离,而不是随着增大 电压而减小弯折件电极和静止电极之间的距离。同时,通过单独定义弯折件76和梁元件78 的轴向伸展,根据杠杆原理,能够限定力-距离传动,运允许可获得的行程的增加或致动功 率的增加。
[0108] 通过杠杆传动能够增加静电致动器的冲程。在点Pi处可W设置功能元件,如保持 聚合物镜头或微反射镜的压并弹黃。根据上述实施例,能够按照需要通过电极的形状调整 改变弯折件的偏转行为。
[0109] 图11a示出类似于装置40的具有弯折件76'和梁元件78'的装置50的俯视图, 其中弯折件76'的轴向伸展相对于梁元件78的轴向伸展被缩短。
[0110] 图1化示出处于非偏转状态的装置50的侧视图,其中类似于装置40,弯折件76' 和梁元件78沿弯折件76'的曲线朝向点P2-致地延伸。在接触点87'处,悬臂82'部分地 关闭电极84'和静止电极91之间的间隙89'。从点P2开始,梁元件78朝向固定夹具18, 在观察平面内与弯折件76'平行地延伸,但是与装置40相反,梁元件78设置成使其弯曲延 伸超过固定夹具18,W使梁元件78比弯折件76'具有更大的轴向伸展。 阳111] 图11c示出处于偏转状态的装置50的侧视图。类似于图10c,点P2移动到邻近静 止电极91,运导致点P剧衬底12的距离增大。由于在相同曲率下,梁元件78的轴向伸展 比弯折件76'的轴向伸展更大,点Pi到衬底12的距离的增大量大于点P2到静止电极91的 距离的减少量。 阳11引图lidW俯视图示出装置50的偏转状态,其中由于类似于图lOd的偏转,示出梁 元件78的相对于观察平面的减小的轴向伸展。
[0113] 根据上述说明,通过限定弯折件或梁元件的轴向伸展的比例,能够限定致动力和/ 或致动器行程的杠杆传动。
[0114] 图12示出装置60,装置60在W下方面对图11中的装置
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