磁微执行器的动态Pull-in现象研究

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微执行器是微电子机械系统的核心,由信号处理电路及控制电路共同完成相应操作。Pull-in现象是微执行器的重要特征之一,对该现象的研究以及应用在学术和工艺中都得到相关研究者的广泛重视。在实际应用中,利用动态Pull-in现象可以制作微型开关,对此现象的合理利用在于确定Pull-in点。磁微执行器有许多优点,比如,它既能提供引力又能提供斥力;产生的驱动力比静电力大;具有与IC兼容的工作电压等。Pull-in现象作为磁微执行器的主要特征,对其进行研究显然很有必要。常见的磁微执行器有以下两种模型:活动板垂直于固定板运动模型以及多级弯曲模型。本文主要对以上两种模型的动态Pull-in现象及参数进行研究。针对活动板垂直于固定板运动模型,简单介绍了它的静态Pull-in现象,并使用ANSYS的直接耦合方法对静态Pull-in现象进行仿真;介绍了动态Pull-in现象的机理,然后利用系统能量守恒原理推导了忽略磁芯磁阻、考虑磁芯磁阻以及考虑漏磁阻时的动态Pull-in参数;分析了磁芯总长度及初始间距对动态Pull-in参数的影响。结果表明:忽略磁芯磁阻时,磁微执行器有着与静电微执行器相似的动态Pull-in参数,验证了忽略磁芯磁阻时电与磁可以类比;考虑磁芯磁阻时,动态Pull-in参数与磁芯总长度呈线性关系;考虑漏磁阻时,初始间距越大其对动态Pull-in参数的影响也越大,且与ANSYS仿真得到的动态参数结果比较吻合。对多级弯曲模型,同样推导与比较了忽略磁芯磁阻、考虑磁芯磁阻及考虑漏磁阻的动态Pull-in参数,分析了悬臂梁长度及悬臂梁与下磁极间初始间距对动态Pull-in参数的影响。
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