静电电动机应用及研究发展方向

目前静电电动机已经在一些基本上不需要功率输出的场合得到了应用,如光、磁领域。日本丰田中央研究所研究的利用表面微机械加工的静电电动机被用于驱动微机械光学斩波器,通过在电动机电极间施加100V 电压产生0. 4μN 的对应拉力,从而使栅格偏移2. 5μm 。随着微机电系统(MEMS) 的不断发展以及微观领域的基础理论的不断深入研究,作为微型机械的动力,静电电动机将会发挥其优势,在各种纤细复杂的微环境里有着广阔的应用前景。例如,在医疗领域,静电电动机可用在集电子发射器、自动纪录仪及电脑等于一体的超小型机械上,这种机器可进入人的肠胃、血管;在航天航空领域,静电电动机可用在带摄象装置进入卫星、宇航飞机内检查故障的机器上;在军事领域,超微静电电动机可以作为微型空中机器人的动力构件,这种机器人装有红外线感应器,能完成规定的侦察任务 。

就目前而言,静电电动机的研制和开发还是属于探索阶段,在以下几个方面可以进一步开展研究:

(1) 随着静电电动机的外形尺寸越做越小,摩擦问题成为制约静电电动机寿命与性能的最大因素(目前静电电动机的寿命一般是以小时为单位来计算),同时摩擦力还直接影响着静电电动机的效率。对于超微型的静电电动机来,摩擦力主要是由于表面的相互作用力而不再是载荷压力,传统的宏观摩擦理论和研究方法已不再适用。研究微观摩擦理论来获得在质量很小、压力很轻的条件下无摩擦、无磨损的边界条件对于解决以上问题是十分必要的。

(2) 目前静电电动机的驱动力矩还是相对过小,这使它的应用范围受到限制。要实现静电电动机长距离重负载的运动,需要采用新的制造材料和新型结构,同时也要研究静电电动机与被驱动对象之间的传动机构。

(3) 由于静电电动机外形尺寸比较小,特别是由于其结构多为扁平(径向直径大于轴向长度) ,所以对静电电动机需要进行三维场的分析,一般情况下是采用有限元法(FEM) 或边界元法(BEM) 。通过三维静电场的计算,建立解析模型(也称集总参数模型),结合电压激励方式的优化和外形尺寸的优化,以实现静电电动机设计的自动化。

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2015-12-25 8:37:00

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2015-12-25 8:39:00

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