任何载流导体在磁场中都要受到洛伦兹力的作用。电磁执行器就是以洛伦兹力为主要驱动力。静电执行器的特点是驱动范围小,而电磁执行器能在数毫米内产生作用力,动作幅度大;其缺点是功耗一般较高,而且产生的磁场会对附近的物体产生一些影响。人们基于电磁效应已经开发出电磁电动机、微泵、光开关、微镊子等微执行器。
1.电磁型微电动机
利用普通微型电动机 (外径160mm以下)的驱动原理 (永磁直流电动机、磁阻电动机等)和典型结构,再加以微小化 (主要尺寸在1cm以下),就得到微电磁执行器,也可称为微小电动机或超微电动机,如图6-48所示。与微静电执行器相比,微电磁执行器对环境要求较低,抗尘、抗湿性能好。制造微电磁执行器时可采用光刻电铸模造 (LIGA)工艺。永磁体采用高性能稀土材料。
图6-48 电磁型微电动机的结构
电磁型微电动机的优点是驱动力矩大,驱动电压低,易于装配;缺点是结构复杂,与IC工艺兼容性差。
2.磁致伸缩型微电动机
某些材料置于磁场中,其几何尺寸会发生变化,这一现象称为磁致伸缩效应,这些材料则称为磁致伸缩金属。磁致伸缩型电动机是利用磁致伸缩效应,在磁场激励源下,通过磁致伸缩型驱动器实现能量转换,可分为直线型和旋转型两种。磁致伸缩型微电动机的线圈缠绕需要一个较厚的致动器交叉部分。一种方法是采用聚酰亚胺基处理使微型结构装配在标准CMOS过程的顶端。发动机的核心是多层镍-铁电镀绕线缠绕的弯曲导体。导体和线圈的弯曲结构是以导体和磁芯正常方位的逆向更替来实现的。磁芯是沿环形导体缠绕而成,导体或为交错或为相连方式的多层次金属层。聚酰亚胺被用作嵌于线圈和磁芯之间的内绝缘层。图6-49是这种电动机多层卷绕线圈的结构。由于驱动控制器的限制,转子运行的最高速度为500r/min。
图6-49 磁致电动机线圈结构
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