[发明专利]三自由度MEMS活塞管静电微致动器

摘要

公开了一种三自由度MEMS静电活塞管致动器。该致动器包括两个结构。一个结构包括：多个固定的活塞状电极，所述多个固定的活塞状电极附接到基座，并且形成致动器的定子。第二结构包括多个移动的管状电极，所述多个移动的管状电极附接到上部结构的主体并形成致动器的转子。该转子通过机械弹簧连接到定子。致动器的转子提供3‑DOF运动，包括垂直平移和围绕结构的轴线的双轴旋转。本活塞管致动器利用能够使用宽广区域电极的构造，并且因此提供使得转子能够平移的高输出力或者能够使转子旋转的高输出转矩。

主权项

1.一种MEMS静电微致动器，其包括：a.第一基板，其具有顶表面和厚度；b.在所述基板的所述顶表面的中心处构造的腔，其设定尺寸成接收致动器板；c.在所述基板的厚度中构造的间隔开的齿电极的阵列，其中所述齿电极的阵列围绕所述腔，其中所述腔是封闭的或开放的腔；d.每个所述齿电极具有形状、长度、高度和厚度；e.所述齿电极的阵列被分组成一个或多个齿子阵列，每个所述齿子阵列包括一个或多个齿，其中每个所述齿子阵列中的齿彼此电连接并且与其他齿子阵列电隔离；f.每个齿子阵列是电可寻址的，由此每个齿子阵列形成所述致动器的定子；g.第二板，其附接到所述基板并且具有设定尺寸成适于装配在所述基板上的结构，所述第二板具有固定的外围结构和移动的中心结构，由此所述固定的外围结构附接到所述基板，并且所述移动的中心结构保持所述致动器板；h.在所述第二板的厚度中构造的间隔开的开口阵列；i.所述开口阵列被设定尺寸成和被设计为接收所述齿电极的阵列并与所述齿电极的阵列交叉，每个所述开口具有长度、宽度和高度；j.所述开口阵列被分组成一个或多个开口子阵列，每个所述开口子阵列包括一个或多个开口，其中每个所述开口子阵列彼此电连接并且与其它开口子阵列电隔离；k.每个所述开口子阵列由从所述第二板的所述固定的外围结构延伸的一个或多个支撑梁支撑，以保持它们相对于所述齿电极的阵列对准，由此每个开口子阵列形成所述致动器的转子；以及l.多个弹簧装置，其沿着所述第二板的所述外围结构延伸，以将每个所述转子连接到所述外围结构，并且在没有驱动电压的情况下使所述转子返回到其初始位置，每个所述弹簧具有长度、厚度和高度，由此所述定子的齿响应于来自施加在所述定子和所述转子之间的驱动电压的静电力而在致动期间穿入所述转子的所述开口中，并且通过选择性地对每个齿子阵列(定子)和开口子阵列(转子)充电来实现3‑DOF致动。