Untersuchungen zum Einsatz elektro-Magnetischer Mikroaktoren

Frank, Thomas GND

Examinations to use of electric magnetic micro actuators Summary This work devotes herself to the micro actuators, the movement producing element in mike systems. Aim position is the examination of the use possibilities of the electrodynamic energy conversion principle for Mikroaktoren. At this the electrodynamic principle is compared with different energy conversion principle and the qualities of these principles worked out to be applied so for every principle suitably. The stationary business characteristics form basis of the comparison. The examination shows that particularly the degree of effectiveness of the actors forms a suitable comparison criterion. The degree of effectiveness represents a limiting factor primarily at increasing packaging density of Mikroaktoren in a mems. Cascaded microdrives is for the development multidimensional the attention of the efficiency of the energy conversion of decisive importance. The examined electrodynamic actors stand out due to a high degree of effectiveness in the area of the neutral speed, her efficiency, however, is minimal at the suit. The far largest number of micro actuators executes change apt movements or without rest due to the put leaderships. At this the actuators do both blind and active power. A method introduced will around this one makes this possible compare this movement form energetically with continuous regular actors to know. The feather led Mikroaktoren are described by the forced harmonic vibration of a muffled feather mass system. The parameters are the vibrating mass, the recession and the elasticity of the guided tour feathers. The converted performance is into effective active -and reactive power takes to pieces. From the ratio of the two performances to each other the complete degree of effectiveness can be determined. Not harmonic vibrations are brought closer by means of a Fourier series. In this case the total performance arises from the sum of all singles performances. The proof is furnished at concrete examples. Three different electrodynamic micro actuators are built up and examined. To this different production techniques are analyzed and modified. The consideration points, that only the actors, which is operated with her own angular frequency with a high degree of effectiveness work. The degree of effectiveness can be up to 90%. At arbitrary change apt movements a degree of effectiveness of maximum 0.1% is reached.

Diese Arbeit widmet sich den Mikroaktoren, den bewegungserzeugenden Elemente in Mikrosystemen. Zielstellung ist die Untersuchung der Einsatzmöglichkeiten des elektrodynamischen Energiewandlungsprinzips für Mikroaktoren. Dabei wird das elektrodynamische Prinzip mit verschiedenen Energiewandlungsprinzip verglichen und die Eigenschaften dieser Prinzipien herausgearbeitet, um so für jedes Prinzip geeignete Anwendungen zu finden. Grundlage des Vergleichs bilden die stationären Betriebskennlinien. Die Untersuchung zeigt, daß besonders der Wirkungsgrad der Aktoren ein geeignetes Vergleichskriterium bildet. Vor allem bei zunehmender Packungsdichte von Mikroaktoren in einem Mikrosystem stellt der Wirkungsgrad einen begrenzenden Faktor dar. Zur Entwicklung mehrdimensional kaskadierter Mikroaktoren ist die Beachtung der Effizienz der Energiewandlung von entscheidender Bedeutung. Die untersuchten elektrodynamische Aktoren zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad im Bereich der Leerlaufgeschwindigkeit aus, hingegen ist ihre Effizienz beim Anzug minimal. Die weitaus größte Anzahl von Mikroaktoren führt aufgrund der eingesetzten Federführungen wechselsinnige Bewegungen mit oder ohne Rast aus. Hierbei leisten die Aktoren sowohl Blind- als auch Wirkleistung. Um diese Bewegungsform energetisch mit kontinuierlichen laufenden Aktoren vergleichen zu können wird eine Methode vorgestellt die dies ermöglicht. Die federgeführten Mikroaktoren werden durch die erzwungene harmonische Schwingung eines gedämpften Feder-Masse-Systems beschrieben. Die Parameter sind die schwingende Masse, die Dämpfung und die Elastizität der Führungsfedern. Die umgesetzte Leistung wird in effektive Wirk- und Blindleistung zerlegt. Aus dem Verhältnis der beiden Leistungen zueinander läßt sich der Gesamtwirkungsgrad bestimmen. Nicht harmonische Schwingungen werden mittels einer FOURIER-Reihe angenähert. Die Gesamtleistung ergibt sich in diesem Fall aus der Summe aller Einzelleistungen. Der Nachweis wird an konkreten Beispielen geführt. Es werden drei verschiedene elektrodynamische Mikroaktoren aufgebaut und untersucht. Hierzu werden verschiedene Herstellungstechniken analysiert und modifiziert. Die Betrachtung zeigt, daß nur die Aktoren, die mit ihrer Eigenkreisfrequenz betrieben werden mit einem hohen Wirkungsgrad arbeiten. Der Wirkungsgrad kann bis zu 90 % betragen. Bei beliebigen wechselsinnigen Bewegungen wird ein Wirkungsgrad von maximal 0,1 % erreicht. 7Abschließend erfolgt eine Charakterisierung der aufgebauten Mikroaktoren.

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Frank, Thomas: Untersuchungen zum Einsatz elektro-Magnetischer Mikroaktoren. 2003.

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