Mô phỏng và chế tạo micro linear motor ứng dụng trong các thiết bị số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO MICRO LINEAR MOTOR ỨNG DỤNG TRONG CÁC THIẾT BỊ SỐ Tác giả luận văn: NGUYỄN TUẤN KHOA Khóa 2009-2011 Người hướng dẫn: TS PHẠM HỒNG PHÚC Nội dung tóm tắt: Công nghệ vi điện tử (MEMS) lĩnh vực công nghệ xuất nghiên cứu, phát triển, ứng dụng rộng rãi giới; Việt Nam, công nghệ MEMS bước đầu tạo sản phẩm ứng dụng Tôi thực luận văn thạc sỹ đề tài “MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO MICRO LINEAR MOTOR ỨNG DỤNG TRONG CÁC THIẾT BỊ SỐ” với mục đích thiết kế, tính toán lý thuyết mô phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) đo đạc thực nghiệm kích hoạt nhiệt dẫn động hệ motor tuyến tính biến dạng nhiệt dầm silicon dạng chữ V cho dòng điện chạy qua Tính toán, mô đo đạc thực nghiệm điện áp U = 5÷30V vôn, với hệ dầm khác số lượng cặp dầm 3, 10, thu chuyển vị 12÷18 µm lực đẩy kích hoạt cỡ mN Mỗi motor tuyến tính chế tạo chip có kích thước 5x5 mm Luận văn gồm chương Chương giới thiệu chung công nghệ MEMS, ứng dụng tiềm phát triển, phân loại kích hoạt MEMS Chương trình bày sở lý thuyết dãn nở nhiệt, tính toán nhiệt độ, dãn dài, lực kích hoạt tuyến tính sử dụng hiệu ứng nhiệt, đồng thời tính toán chuyển vị cho trượt dẫn động Phần đề xuất cấu tạo nguyên lý hoạt động motor tuyến tính hai chiều sử dụng hiệu ứng nhiệt Phần cuối chương trình bày mô toán cơ-nhiệt-điện ANSYS để tìm phân bố nhiệt độ, chuyển vị kích hoạt; so sánh kiểm nghiệm tính toán lý thuyết Chương trình bày quy trình gia công motor tuyến tính sử dụng công nghệ ăn mòn khô sâu (D-RIE), giới thiệu máy thiết bị sử dụng để chế tạo motor tuyến tính hai chiều sử dụng hiệu ứng nhiệt phòng thí nghiệm MEMS Đại học Ritsumeikan (Nhật Bản) Chương trình bày sơ đồ đo đạc, kết thực nghiệm hoạt động đặc tính motor nhiệt tuyến tính So sánh tính toán lý thuyết, mô đo đạc đưa nhận xét chung Kết luận: Qua kết trình bày thấy ưu điểm lớn motor tuyến tính sử dụng kích hoạt nhiệt kết cấu nhỏ gọn sinh lực đẩy lớn, đơn giản gia công điều khiển, đạt độ xác cao sử dụng mặt nạ nên dễ triển khai nghiên cứu, đo đạc ứng dụng Nhưng đồng thời theo kết mô với điện áp U = 30V, nhiệt độ cao kích hoạt 4000C, nhiệt độ cao gây tác hại đến chi tiết phận làm việc xung quanh Đây nhược điểm kích hoạt nhiệt cần khắc phục nghiên cứu Kết đo đạc dải tần số làm việc tránh tượng trượt 20Hz Trong tương lai, motor tuyến tính tiếp tục hoàn thiện (đặt điện áp vào kích hoạt kẹp, tối ưu hóa kích thước) để tránh tượng trượt, nâng cao hiệu suất Motor tuyến tính ứng dụng hệ micro rôbôt, hệ vận tải siêu nhỏ, hệ phân tích mẫu siêu nhỏ Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2011 Người hướng dẫn Tác giả luận văn TS Phạm Hồng Phúc Nguyễn Tuấn Khoa BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TUẤN KHOA MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO MICRO LINEAR MOTOR ỨNG DỤNG TRONG CÁC THIẾT BỊ SỐ Chuyên ngành : CƠ HỌC KỸ THUẬT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CƠ HỌC KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS PHẠM HỒNG PHÚC Hà Nội – 05/2011 Mục lục MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI NÓI ĐẦU II TÓM TẮT LUẬN VĂN III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT V DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ VI CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ MEMS 1.1 Tổng quan 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Lịch sử phát triển công nghệ MEMS 1.1.3 Những sản phẩm ứng dụng công nghệ MEMS 1.1.4 Thị trƣờng tiềm phát triển công nghệ MEMS 1.2 Các công nghệ chế tạo MEMS 1.2.1 Công nghệ vi khối (Bulk micromachining) 1.2.2 Công nghệ vi bề mặt (Surface micromachining) 1.2.3 Công nghệ tia laser (LIGA) 1.3 Bộ kích hoạt MEMS 10 1.3.1 Định nghĩa phân loại 10 1.3.2 Bộ kích hoạt tĩnh điện 11 1.3.3 Bộ kích hoạt nhiệt 12 1.3.3.1 Bộ kích hoạt dùng dãn nở khí, chất lỏng 12 1.3.3.2 Bộ kích hoạt cặp nhiệt 13 1.3.3.3 Bộ kích hoạt sử dụng kim loại định hình 13 1.3.3.4 Bộ kích hoạt dầm chữ V 14 1.3.4 Các kích hoạt khác 15 CHƢƠNG THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN MOTOR DỰA TRÊN BỘ KÍCH HOẠT NHIỆT 17 i Mục lục 2.1 Lý thuyết nhiệt 17 2.1.1 Lý thuyết dãn nở nhiệt 17 2.1.2 Lý thuyết truyền nhiệt 18 2.2 Thiết kế nguyên lý hoạt động motor nhiệt tuyến tính 19 2.2.1 Đánh giá kích hoạt nhiệt trƣớc 19 2.2.2 Đề xuất thiết kế nguyên lý hoạt động motor nhiệt 20 2.3 Tính toán kích hoạt nhiệt 21 2.3.1 Tính toán nhiệt 21 2.3.2 Tính toán chuyển vị 23 2.3.2.1 Chuyển vị dãn nở nhiệt 23 2.3.2.2 Chuyển vị dầm đẩy 24 2.3.2.3 Chuyển vị trƣợt 24 2.3.3 Tính toán lực 25 2.3.3.1 Lực dầm V 25 2.3.3.2 Tính lực đẩy trƣợt 26 2.4 Mô chuyển vị, dãn nở nhiệt nhiệt độ kích hoạt nhiệt 27 2.4.1 Giải toán đa trƣờng phần mềm ANSYS 29 2.4.2 Mô kích hoạt nhiệt 30 2.4.2.1 Chọn mô hình kiểu phần tử 30 2.4.2.2 Xây dựng mô hình tiến hành mô 31 2.4.2.3 Kết mô 33 CHƢƠNG QUY TRÌNH CHẾ TẠO MOTOR 38 3.1 Giới thiệu 38 3.2 Thiết kế mặt nạ 38 3.3 Quy trình gia công .41 3.4 Kết chế tạo 48 CHƢƠNG KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ ĐẶC TÍNH CỦA MOTOR .51 4.1 Hệ thống đo đạc, kiểm tra 51 ii Mục lục 4.1.1 Sơ đồ đo đạc 51 4.1.2 Thiết bị đo đạc kiểm tra 52 4.1.3 Sơ đồ đặt điện chip 53 4.2 Đánh giá hoạt động kích hoạt nhiệt .54 4.2.1 Kết đo đạc chuyển vị dầm đẩy 54 4.2.2 So sánh kết mô đo đạc 54 4.2.2.1 Loại cặp dầm 54 4.2.2.2 Loại cặp dầm 55 4.2.2.3 Loại 10 cặp dầm 56 4.2.2.4 Nhận xét 58 4.3 Đánh giá hoạt động motor 59 4.4 Kiểm tra lực đẩy motor 60 4.5 Nhận xét 61 KẾT LUẬN .62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 66 iii Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu đƣợc trình bày luận văn thân tôi, chép từ tác giả khác Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm lời cam đoan Tác giả NGUYỄN TUẤN KHOA i Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ vi điện tử (MEMS) lĩnh vực công nghệ xuất đƣợc nghiên cứu, phát triển, ứng dụng rộng rãi giới; Việt Nam, công nghệ MEMS bƣớc đầu tạo đƣợc sản phẩm ứng dụng Tôi thực luận văn thạc sỹ đề tài “MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO MICRO LINEAR MOTOR ỨNG DỤNG TRONG CÁC THIẾT BỊ SỐ” với mong muốn đóng góp nghiên cứu cho ngành công nghệ MEMS Việt Nam nói riêng cho phát triển khoa học công nghệ Việt Nam nói chung Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Phạm Hồng Phúc hƣớng dẫn nhiệt tình, chu đáo, thành viên nhóm nghiên cứu MEMS - Bộ môn Cơ sở thiết kế máy & Rôbôt – Trƣờng ĐHBK Hà Nội cộng tác, giúp đỡ, tạo điều kiện cho hoàn thành luận văn Đồng thời xin gửi lời cảm ơn tới Phòng thí nghiệm MEMS, Đại học Ritsumeikan, Nhật Bản giúp đỡ chế tạo sản phẩm để có đƣợc kết đo đạc thực nghiệm trình bày luận văn Luận văn nghiên cứu bƣớc đầu motor tuyến tính nhiệt nên không tránh khỏi thiếu sót Các kết nghiên cứu luận văn tiếp tục đƣợc hoàn thiện, phát triển dự kiến công bố tạp chí khoa học nƣớc quốc tế tƣơng lai gần Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2011 ii Tóm tắt luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn trình bày kết thiết kế, tính toán lý thuyết mô phƣơng pháp phần tử hữu hạn (FEM) đo đạc thực nghiệm kích hoạt nhiệt dẫn động hệ motor tuyến tính biến dạng nhiệt dầm silicon dạng chữ V cho dòng điện chạy qua Tính toán, mô đo đạc thực nghiệm điện áp U = 5÷30V vôn, với hệ dầm khác số lƣợng cặp dầm 3, 10, thu đƣợc chuyển vị 12÷18 µm lực đẩy kích hoạt cỡ mN Kết mô cho thấy ƣu điểm sử dụng kích hoạt nhiệt dẫn động kích thƣớc hệ thống nhỏ, sinh lực đẩy lớn xem tuyến tính Qua thấy việc sử dụng kích hoạt nhiệt dẫn động hệ motor tuyến tính hƣớng nghiên cứu mới, có tính ứng dụng tốt công nghệ MEMS Luận văn gồm chƣơng Chƣơng giới thiệu chung công nghệ MEMS, ứng dụng tiềm phát triển, phân loại kích hoạt MEMS Chƣơng trình bày sở lý thuyết dãn nở nhiệt, tính toán nhiệt độ, dãn dài, lực kích hoạt tuyến tính sử dụng hiệu ứng nhiệt, đồng thời tính toán chuyển vị cho trƣợt đƣợc dẫn động Phần đề xuất cấu tạo nguyên lý hoạt động motor tuyến tính hai chiều sử dụng hiệu ứng nhiệt Phần cuối chƣơng trình bày mô toán cơ-nhiệt-điện ANSYS để tìm phân bố nhiệt độ, chuyển vị kích hoạt; so sánh kiểm nghiệm tính toán lý thuyết Chƣơng trình bày quy trình gia công motor tuyến tính sử dụng công nghệ ăn mòn khô sâu (D-RIE), giới thiệu máy thiết bị đƣợc sử dụng để chế tạo motor iii Tóm tắt luận văn tuyến tính hai chiều sử dụng hiệu ứng nhiệt phòng thí nghiệm MEMS, Đại học Ritsumeikan (Nhật Bản) Chƣơng trình bày sơ đồ đo đạc, kết thực nghiệm hoạt động đặc tính motor nhiệt tuyến tính So sánh với tính toán lý thuyết mô phỏng, đƣa nhận xét chung iv Chƣơng Kiểm tra đánh giá đặc tính motor tuyến tính 10µm Hình Chuyển vị dầm đẩy kích hoạt loại cặp dầm (trước-sau) điện áp 30V - Tổng hợp liệu mô phỏng, đo đạc thực nghiệm chuyển vị trƣợt kích hoạt loại cặp dầm với điện áp xung vuông, tần số 1Hz, giá trị điện áp 15V, 20V, 25V, 30V ta có: Chuyển vị Chuyển vị - điện áp (3 dầm) 20 18 16 14 12 10 Mô Đo đạc 15V 20V 25V 30V Điện áp Hình So sánh kết mô – đo đạc chuyển vị kích hoạt loại cặp dầm 4.2.2.2 Loại cặp dầm Hình 4.7 thể hai vị trí trƣớc (bên trái) sau (bên phải) chuyển vị dầm đẩy kích hoạt loại cặp dầm 55 Chƣơng Kiểm tra đánh giá đặc tính motor tuyến tính 12µm Hình Chuyển vị dầm đẩy kích hoạt loại cặp dầm (trước-sau) điện áp 30V - Tổng hợp liệu mô phỏng, đo đạc thực nghiệm chuyển vị trƣợt kích hoạt loại cặp dầm với điện áp xung vuông, tần số 1Hz, giá trị điện áp 15V, 20V, 25V, 30V ta có: Chuyển vị - điện áp (6 dầm) 20 18 16 Chuyển vị 14 12 10 Mô Đo đạc 15V 20V 25V 30V Điện áp Hình So sánh kết mô – đo đạc chuyển vị kích hoạt loại cặp dầm 4.2.2.3 Loại 10 cặp dầm Hình 4.9 thể hai vị trí trƣớc (bên trái) sau (bên phải) chuyển vị dầm đẩy kích hoạt loại 10 cặp dầm 56 Chƣơng Kiểm tra đánh giá đặc tính motor tuyến tính 17µm Hình Chuyển vị dầm đẩy kích hoạt loại 10 cặp dầm (trước-sau) điện áp 30V - Tổng hợp liệu mô phỏng, đo đạc thực nghiệm chuyển vị trƣợt kích hoạt loại 10 cặp dầm với điện áp xung vuông, tần số 1Hz, giá trị điện áp 15V, 20V, 25V, 30V ta có: Chuyển vị Chuyển vị - điện áp (10 dầm) 20 18 16 14 12 10 Mô Đo đạc 15V 20V 25V 30V Điện áp Hình 10 So sánh kết mô – đo đạc chuyển vị kích hoạt loại cặp dầm 57 Chƣơng Kiểm tra đánh giá đặc tính motor tuyến tính Bảng 4.1 Tổng hợp kết đo đạc chuyển vị (µm) dầm đẩy ba loại kích hoạt (tần số 1Hz, xung vuông) Loại 10 15V 3 20V 4 25V 10 30V 10 12 17 Điện áp 4.2.2.4 Nhận xét Kết đo đạc chuyển vị dầm đẩy ra: - Khi điện áp cấp cho kích hoạt tăng thí chuyển vị dầm đẩy tăng - Bộ kích hoạt loại cặp dầm loại cặp dầm cho kết chuyển vị tƣơng đối giống (ở loại cặp dầm lớn hơn) - Bộ kích hoạt loại 10 cặp dầm cho chuyển vị dầm đẩy lớn nhất, điện áp lớn (30V) kích hoạt loại 10 cặp dầm sinh chuyển vị 17µm Bảng 4.2 Sai số (%) chuyển vị dầm đẩy đo đạc mô Loại 10 15V 48 48 32 20V 55 55 32 25V 53 45 22 30V 43 32 Điện áp - Sai số mô thực nghiệm do:  Để đơn giản hóa mô hình mô phỏng, toán mô xét đến trình truyền nhiệt (bỏ qua xạ nhiệt, tỏa nhiệt không khí 58 Chƣơng Kiểm tra đánh giá đặc tính motor tuyến tính hay hao tổn truyền nhiệt xuống nền, ) yếu tố ảnh hƣởng đến chuyển vị dầm  Bộ kích hoạt loại 10 cặp dầm cho kết sai số mô thực nghiệm nhỏ hai kích hoạt lại kích hoạt loại 10 cặp dầm có kết cấu vững nên hoạt động ổn định so với loại lại 4.3 Đánh giá hoạt động motor Qua quan sát hoạt động motor thấy hành trình hồi lực đàn hồi dầm V (bị biến dạng dãn nở nhiệt) có xu hƣớng ép dầm đẩy tỳ vào trƣợt có lực ma sát dầm đẩy trƣợt, dầm đẩy kéo trƣợt ngƣợc lại Tuy nhiên nhƣng đo đạc motor chƣa có kích hoạt kẹp (hoặc chƣa sử dụng) Khi kích hoạt kẹp đƣợc dùng khắc phục đƣợc tƣợng Bảng 4.3 Chuyển vị ngang trượt kích hoạt điện áp 30V, tần số 1Hz, xung vuông Loại dầm dầm 10 dầm Chuyển vị 12 µm 14 µm 17 µm  Nhận xét: - Bộ kích hoạt loại 10 cặp dầm cho chuyển vị trƣợt lớn kết cấu hệ dầm V vững hạn chế đƣợc xê dịch theo vuông góc với dầm đẩy - So với công thức lý thuyết chuyển vị ba loại dầm 19,4 µm Thì thấy sai số do: + Sai số đàn hồi uốn dầm đẩy gây + Sai số tƣợng trƣợt cặp dầm đẩy đẩy trƣợt (đƣợc bỏ qua tính toán lý thuyết) - Kết cấu kích hoạt loại 10 cặp dầm vững nên cho chuyển vị trƣợt lớn 59 Chƣơng Kiểm tra đánh giá đặc tính motor tuyến tính * Chuyển vị trƣợt theo tần số khác nhau: Điện áp 30V, dải tần số từ 1Hz – 20Hz, xung vuông Chuyển vị - điện áp 18 16 Chuyển vị 14 12 10 dầm 6 dầm 10 dầm 10 15 20 Tần số (Hz) Hình 11 Chuyển vị trượt 30V với tần số từ 1-20Hz  Nhận xét: - Các kích hoạt không xảy tƣợng trƣợt dầm đẩy trƣợt tần số hoạt động dƣới 10Hz - Bộ kích hoạt loại 10 cặp dầm bị trƣợt làm việc tần số 10-20 Hz 4.4 Kiểm tra lực đẩy motor Hình 4.12 sơ đồ kiểm tra lực đẩy motor Thanh trƣợt Fđcosθ Phần cố định Δ Dầm mảnh θ Fđ Fđsinθ Hình 12 Sơ đồ kiểm tra lực đẩy trượt (thử tải) 60 Chƣơng Kiểm tra đánh giá đặc tính motor tuyến tính 4.5 Nhận xét Hiện tƣợng kéo ngƣợc trƣợt trở lại vị trí ban đầu cần đƣợc khắc phục kích hoạt kẹp Kết đo đạc thực nghiệm với thiết kế motor tuyến tính nhiệt nhƣ đề xuất hoạt động đƣợc dải điện áp từ 5-30V: Ở loại cặp dầm cặp dầm tần số 10-15 Hz bất đầu xảy tƣợng trƣợt (giữa dầm đẩy trƣợt) Loại 10 cặp dầm bắt đầu có tƣợng trƣợt tần số 20 Hz Có thể thấy rõ ràng kết cấu kích hoạt có 10 cặp dầm hoạt động hiệu (cho chuyển vị lớn hơn, hoạt động đƣợc tần số cao hơn) Dải điện áp hoạt động thích hợp 5-30V dải tần số 1-20Hz (với trƣờng hợp chƣa có kích hoạt kẹp) 61 Kết luận KẾT LUẬN Luận văn đề xuất thiết kế motor tuyến tính dẫn động kích hoạt nhiệt sử dụng hiệu ứng dãn nở nhiệt dầm V dựa công nghệ MEMS Mỗi motor tuyến tính đƣợc chế tạo chip có kích thƣớc 5x5 mm Bộ kích hoạt nhiệt dẫn động hệ thống motor tuyến tính với kích thƣớc hình học chính: chiều dài dầm L = 750 µm, chiều rộng dầm b = µm, chiều sâu dầm h = 30 µm Số cặp dầm đơn 3, 10 Các tính toán lý thuyết nhiệt độ, chuyển vị, lực nhằm đƣa kích thƣớc sơ cho motor, kích hoạt dầm V, góc nghiêng dầm V góc nghiêng kích hoạt Mô hình phần tử hữu hạn phần mềm ANSYS đƣợc giải toán đa trƣờng vật lý – nhiệt – điện với thông số điều kiện biên nhiệt độ môi trƣờng, điện áp đặt vào kích hoạt, thông số đầu nhiệt độ phân bố nhánh dầm V, chuyển vị đỉnh dầm đẩy tác dụng nhiệt, lực đẩy sinh đỉnh dầm đẩy, ứng suất sinh kích hoạt Qua kết trình bày thấy ƣu điểm lớn motor tuyến tính sử dụng kích hoạt nhiệt kết cấu nhỏ gọn sinh lực đẩy lớn Nhƣng đồng thời theo kết mô với điện áp U = 30V, nhiệt độ cao kích hoạt 4000C, nhiệt độ cao gây tác hại đến chi tiết phận làm việc xung quanh Đây nhƣợc điểm kích hoạt nhiệt cần đƣợc khắc phục nghiên cứu Kết đo đạc dải tần số làm việc tránh tƣợng trƣợt 20Hz Luận văn đề xuất quy trình gia công micromotor sử dụng công nghệ gia công sâu (bulk-micromachining) cần mặt nạ Hệ thống micromotor đƣợc thiết kế, chế tạo phiến SOI (silicon lớp cách điện) với quy trình công 62 Kết luận nghệ nhƣ: quy trình quang khắc (Photolithography), quy trình ăn mòn ion hoạt hóa sâu (D-RIE), quy trình ăn mòn axit HF (Vapor HF Etching) Ƣu điểm micromotor loại kích thƣớc gọn, đơn giản gia công điều khiển, đạt độ xác cao sử dụng mặt nạ nên dễ triển khai nghiên cứu, đo đạc ứng dụng Trong tƣơng lai, motor tuyến tính đƣợc tiếp tục hoàn thiện (đặt điện áp vào kích hoạt kẹp, tối ƣu hóa kích thƣớc) để tránh tƣợng trƣợt, nâng cao hiệu suất Motor tuyến tính đƣợc ứng dụng hệ micro rôbôt, hệ vận tải siêu nhỏ, hệ phân tích mẫu siêu nhỏ… 63 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phuc Hong Pham et al, “Straight Movement of Micro Containers Based on Ratchet Mechanism and Electrostatic Comb-Drive Actuators”, J Micromech Microeng Vol.16, No.12 (2006), pp 2532-2538 [2] Phuc Hong Pham et al, “Micro Transportation System (MTS) with Large Movement of Containers Driven by Electrostatic Comb-Drive Actuators”, J Micromech and Microeng Vol 17, No 10 (2007), pp 2125-2131 [3] Shannon Zelinski, “Design of Vertical-Lateral Thermal Actuators for MEMS ”, University of California, Berkeley December 6, 2001 [4] J Varona, M Tecpoyotl-Torres, A A Hamoui, “Modeling of MEMS Thermal Actuation with External Heat Source”, Fourth Congress of Electronics, Robotics and Automotive Mechanics, 2007 IEEE [5] Long Que, Jae-Sung Park, and Yogesh B Gianchandani, Member, IEEE, “ Bent-Beam Electrothermal Actuators-Part I: Single Beam and Cascaded Devices”, J Micromech Microeng, vol 10, No (2001), pp 247-254 [6] Michael J Sinclair, “A High Force Low Area MEMS Thermal Actuator”, One Microsoft Way, Redmond, WA 980522000, Inter Society Conference on Thermal Phenomena [7] Qing Ji and Karen L Scott, “First Order Modeling of Thermal Actuators in SUGAR”, Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley, CA 94720 [8] Manjula et al, “Analysis of Chevron Electro Thermal Actuator”, MEMS Summer 2007 [9] Mei-Jiau Huang, Po-Kuei Choua, Ming-Chyuan Lin, “Thermal and thermal stress analysis of a thin-film thermoelectric cooler under the influence of the Thomson effect”, Sensors and Actuators, A 126 (2006), pp 122-128 [10] Veljko Zlati´c, Alex C Hewson (2008), “Properties and Applications of Thermoelectric Materials”, Springer, P.O Box 17, 3300 AA Dordrecht, The Netherlands 64 Tài liệu tham khảo [11] J.K.Luo, A.J.Flewitt et al, “Modelling of Microspring Thermal Actuator”, NSTINanotech 2004, Vol 1, 200, pp 355-358 [12] J K Luo, A J Flewitt, “Three types of planar structure microspring electrothermal actuators with insulating beam constraints”, J Micromech Microeng, 15 (2005) pp 1527–1535 [13] Ang Beng Seng et al, “Design and Analysis of Thermal Microactuator”, European Journal of Scientific Research, Vol.35 No.2 (2009), pp.281-292 [14] Amit A Mhatre, “Implantable drug delivery system with an in-plane micropump”, The University of Texas at Arlington in Partial Fulfillment 65 Phụ lục PHỤ LỤC Code chƣơng trình ANSYS !!!!!!! CODE ANSYS LOG FILE FOR V-SHARP ACTUATOR!!!!!!!!!!! /PREP7 ! Enter the Preprocessor /ANGLE,,90,ZS,0 ! UNIT SPECIFICATION AND MATERIAL PROPERTIES /UNITS,SI,1E6 *AFUN,DEG ! ELEMENT DEFINITOIN ET,1,SOLID98 ! MATERIAL PROPERTIES MP,EX,1,169e3 ! Elastic modulus MP,PRXY,1,0.22 ! Poisson Ratio MP,RSVX,1,20E-10 ! Electrical Resistively MP,ALPX,1,2.9e-6 ! Thermal Expansion MP,KXX,1,150e6 ! Thermal Conductivity ! DEFINING GEOMETRY K,1,0,0 ! First Key Point K,2,0,-30 ! second Key Point C=3 A=6 B=12.445 *DO,I,1,9 ! 3-20 Do Loop running times K,C,A,-30 K,C+1,A+B,-30 A=A+6+12.445 C=C+2 *ENDDO K,C,A,-30 !21 More Key Points…… 66 Phụ lục K,C+1,-26.174,-30-749.543 !22 K,C+2,-26.174+6,-30-749.543 !23 A=6 ! More Key Points B=12.445 C=C+3 *DO,I,1,9 !24-41 K,C,-26.174+A+B,-30-749.543 K,C+1,-26.174+A+6+B,-30-749.543 A=A+6+12.445 C=C+2 *ENDDO K,C,-26.174+A+B+20,-30-749.543 !42 C=C+1 K,C,-26.174+A+B+20,-30-749.543-50 !43 C=C+1 K,C,-26.174-12.445-20,-30-749.543-50 !44 C=C+1 K,C,-26.174-12.445-20,-30-749.543 !45 C=C+1 K,C,A+B+20,-30 !46 C=C+1 K,C,A+B+20+30,-30+10 !47 C=C+1 K,C,A+B+20+30+20,-30+10 !48 C=C+1 K,C,A+B+20+30+20,0 !49 KSYMM,Y,1,51,1 ! New set of key points by mirror image on Y KSEL,ALL ! Select All Key Points ! Define Areas Connecting Key Points A,71,51,2,22,23,3,4,24,25,5,54,74,73,53,52,72,71 A,54,55,75,76,56,57,77,78,58,9,29,28,8,7,27,26,6,5,54 67 Phụ lục A,58,59,79,80,60,61,81,82,62,13,33,32,12,11,31,30,10,9,58 A,62,63,83,84,64,65,85,86,66,17,37,36,16,15,35,34,14,13,62 A,66,67,87,88,68,69,89,90,70,21,41,40,20,19,39,38,18,17,66 A,70,95,96,97,48,47,46,21,70 A,91,92,93,94,91 A,42,43,44,45,42 !A,73,95,43,21 !A,43,44,96,95 !A,44,45,97,96 !A,99,100,101,102 !A,47,48,49,50 ! Select All Areas ASEL,ALL ! Glue them together AGLUE,ALL VEXT,ALL,,,,,30 VGLUE,ALL VSEL,S,VOLU,,6 ! Extrude to a thickness of 30 ! Glue all volumes ! Select Volume # VSEL,A,VOLU,,7 ! Select Volume # also VSEL,A,VOLU,,8 ! Select Volume # also SMRTSIZ,10 ! Select to have course mesh (0-fine 10-course) VMESH,ALL ! Mesh Volumes 6, and ALLSEL ! Select Everything VSEL,U,VOLU,,6 ! Remove volume #6 from selected set VSEL,U,VOLU,,7 ! Remove volume #7 from selected set VSEL,U,VOLU,,8 ! Remove volume #8 from selected set SMRTSIZ,6 ! Select finer mesh VMESH,ALL ! Mesh the rest of volumes ALLSEL ! Select Everything 68 Phụ lục ! APPLY LOADS AND BOUNDARY CONDITIONS /SOLU ! Enter the Solution Processor ASEL,ALL ! Select all areas ASEL,S,LOC,Y,ky(71),ky(92) ! Select Areas on top ASEL,R,LOC,Z,0 ! Select only the Area underneath DA,ALL,VOLT,20 ! Apply a voltage DA,ALL,TEMP,30 ! Apply temperature of 30 C nsla,s,1 d,all,all ASEL,ALL ! Apply similar conditions to bottom side ASEL,S,LOC,Y,ky(22),ky(43) ASEL,R,LOC,Z,0 DA,ALL,VOLT,0 ! Apply a voltage of V DA,ALL,TEMP,30 nsla,s,1 d,all,all ALLSEL ! Select Everything SOLVE ! Start Solution ! Tính lực !!! Constraint movement of tip ASEL,ALL ASEL,S,LOC,X,0 DA,ALL,UX,0 !!!! Calculate the constraint force at the tip /post1 NSEL,S,LOC,X,0 fsum 69 ... triển, ứng dụng rộng rãi giới; Việt Nam, công nghệ MEMS bƣớc đầu tạo đƣợc sản phẩm ứng dụng Tôi thực luận văn thạc sỹ đề tài “MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO MICRO LINEAR MOTOR ỨNG DỤNG TRONG CÁC THIẾT BỊ SỐ”... Tuấn Khoa BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TUẤN KHOA MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO MICRO LINEAR MOTOR ỨNG DỤNG TRONG CÁC THIẾT BỊ SỐ Chuyên ngành : CƠ HỌC KỸ... trình bày quy trình gia công motor tuyến tính sử dụng công nghệ ăn mòn khô sâu (D-RIE), giới thiệu máy thiết bị sử dụng để chế tạo motor tuyến tính hai chiều sử dụng hiệu ứng nhiệt phòng thí nghiệm