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多层弯曲磁芯结构磁驱动微执行器的研究

作　者: 杨友文
导　师: 王建华
学　校: 合肥工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: MEMS 磁驱动微执行器模型模拟分析
分类号: TP21
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

作为微电子技术的重要分支，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术是一门新兴的技术，它将微电子技术和精密机械加工技术融合在一起，实现了微电子与机械的一体化。近年来，微传感器、微执行器和微电子机械部件得到了深入的研究。本文主要就是研究一种MEMS器件——多层弯曲磁芯结构的磁驱动微执行器并对其进行模拟分析。本文综述了MEMS技术的内容、特点、应用和国内外发展情况。介绍了微执行器的驱动形式及各自特点、磁驱动微执行器工作原理和几种具体结构的磁微执行器及其应用。以多层弯曲磁芯结构磁驱动微执行器为研究对象，采用了基于能量的分析方法对其进行了宏观与微观分析，给出了相应的解析公式和设计标准，并进行了分析与讨论。建立了基于磁路定律的间隙磁阻宏模型。在MEMS器件设计中，综合各基本器件的精确分析结果，才能保证设计的合理性与准确性，这就需要建立器件的解析模型，并能够对其进行精确的数值分析与计算。文中介绍了有限元分析方法的基本理论及在电磁领域的应用，根据这些理论建立了多层弯曲磁芯结构微执行器的二维有限元模型。应用有限元分析软件ANSYS对模型进行了模拟与数值计算，给出了模拟过程和计算结果。模型很好地模拟了磁微执行器的磁场分布、磁通量密度和悬臂梁受力。将模拟结果与解析模型计算结果进行比较表明，所建二维模型较好地反映了磁驱动微执行器的工作状态，这对于器件的设计制造与应用过程中的材料选择和执行效果的实现具有重要的价值和意义。

全文目录

第一章绪论  13-24
  第一节 MEMS技术的发展  13-17
    1.1 MEMS发展现状  13-15
    1.2 发展动力  15-17
  第二节 MEMS的研究内容与特点  17-21
    2.1 MEMS技术应用研究内容  17
    2.2 MEMS关键技术  17-19
    2.3 MEMS技术特点  19
    2.4 MEMS研究与发展方向  19-21
  第三节 MEMS器件分类  21-22
  第四节本论文研究的内容  22-24
第二章磁驱动微执行器  24-38
  第一节微型系统  24-26
    1.1 微型系统的组成  24
    1.2 微型系统的理论研究  24-26
  第二节磁驱动微执行器工作原理  26-32
    2.1 微执行器的驱动方式  26-27
    2.2 磁驱动原理  27-32
  第三节几种具体结构的磁微执行器  32-36
    3.1 多晶硅悬臂梁弯曲结构的磁微执行器  32-33
    3.2 基于平面线圈和永磁体结构的磁微执行器  33-34
    3.3 多层弯曲磁芯结构的磁微执行器  34-36
  第四节磁微执行器的应用  36-38
    4.1 磁微结构离子分离器  36
    4.2 磁微反射镜  36-37
    4.3 磁微继电器  37-38
第三章多层弯曲磁芯结构磁微执行器模型与分析  38-47
  第一节基于能量的分析方法  38-44
    1.1 宏观分析  39-40
    1.2 微观分析  40-41
    1.3 激励电流与悬臂梁偏移量之间的关系  41-44
  第二节基于磁路定理的板极间磁阻宏模型  44-47
    2.1 磁路基本定律  44-45
    2.2 未考虑边缘效应的极板间磁阻解析模型  45-46
    2.3 考虑边缘效应的极板间磁阻解析模型  46-47
第四章基于ANSYS的有限元分析  47-57
  第一节有限元方法  47-51
    1.1 有限元方法  47-48
    1.2 有限元方法的计算步骤  48-51
  第二节有限元分析软件ANSYS  51-53
    2.1 ANSYS  51-52
    2.2 ANSYS主要功能  52-53
  第三节 ANSYS在电磁场分析中的应用  53-57
    3.1 简单2D电磁场分析  53-54
    3.2 简单直流致动器磁场模拟  54-57
第五章多层弯曲磁芯结构磁微执行器的模拟与分析  57-75
  第一节多层弯曲磁芯结构磁微执行器有限元分析  57-61
    1.1 多层弯曲磁芯结构磁微执行器的等效模型  57-58
    1.2 模型的二维有限元分析  58-61
  第二节多层弯曲磁芯结构磁微执行器的模拟  61-70
    2.1 建立几何模型  62-63
    2.2 定义材料单元类型  63-64
    2.3 划分网格  64-66
    2.4 施加载荷  66-67
    2.5 求解  67-68
    2.6 查看结果  68-70
  第三节分析与讨论  70-75
    3.1 悬臂梁受力  70-72
    3.2 模拟与能量法计算结果的比较  72-75
第六章结束语  75-76
参考文献  76-78

多层弯曲磁芯结构磁驱动微执行器的研究

内容摘要

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