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考虑漏磁效应的扭转式磁微执行器Pull-in参数研究

作　者: 郄军建
导　师: 方玉明
学　校: 南京邮电大学
专　业: 电路与系统
关键词: 微电子机械系统漏磁效应扭转式磁微执行器静态Pull-in参数有限元法
分类号: TP211.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

磁微执行器具有许多静电微执行器无法比拟的优点:磁微执行器可以提供比静电力更大的力或力矩;磁微执行器的工作电压可以与IC兼容;可以在充满灰尘和导电溶液的环境中使用;除了提供吸引力外还可以提供斥力。因此磁微执行器具有良好发展前景,关于磁微执行器的研究也逐渐引起人们的重视。Pull-in参数是磁微执行器的重要参数之一,但是,目前磁微执行器的Pull-in参数模型过于简单,尤其是当器件尺寸缩小到一定程度后,漏磁效应对Pull-in参数的影响很大,运用现有的Pull-in参数模型得到的结果很难令人满意,必须对磁微执行器的Pull-in参数模型做更加深入的研究。通常采用“力法”和“能量法”研究Pull-in现象。本文在考虑漏磁效应的情况下,分别对活动极板相对固定极板垂直运动的磁微执行器和多级弯曲磁芯微执行器的静态Pull-in参数模型进行了研究。(1)有限元法(FEM)是解决工程问题的一种有效方法,文中介绍了有限元的思想,然后对有限元分析软件ANSYS的各功能模块做了简要介绍,给出了利用ANSYS参数化设计语言(ANSYS Parameter Design Language—APDL)编写命令流进行仿真的流程。(2)对于活动极板相对固定极板垂直运动的磁微执行器,首先从“力法”角度分析了磁微执行器Pull-in现象发生的原因,即磁力与活动极板位移的二次方成反比,弹簧回复力跟活动极板位移一次方成正比,二者变化不一致。同时介绍了如何运用“能量法”分析Pull-in现象。然后给出了活动极板相对固定极板垂直运动的磁微执行器漏磁阻模型,在此基础上建立考虑漏磁效应的Pull-in参数模型。结果表明,运用该漏磁阻模型求出的静态Pull-in参数与ANSYS仿真结果吻合的很好,误差不随器件尺寸的变化而变化。而当器件的尺寸取某些值时,忽略漏磁效应后得到的Pull-in参数与ANSYS仿真结果相差很大,此时漏磁效应不可忽略。(3)针对多级弯曲磁芯微执行器,重新推导了更加准确的漏磁阻模型,在此基础上,建立了考虑漏磁效应的Pull-in参数模型,将考虑漏磁效应时的理论值和忽略漏磁效应时的理论值分别与ANSYS有限元仿真结果做对比,分析了漏磁效应和结构参数对该器件的静态Pull-in参数的影响。

考虑漏磁效应的扭转式磁微执行器Pull-in参数研究

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