Vi mô tơ nhiệt - Điện siêu nhỏ chế tạo bằng công nghệ mems

Cùng với sự phát triển của nhiều công nghệ

sản suất mới lan rộng trong MEMS (Micro

Electro Mechanical System), các bộ vi kích

hoạt, vi mô tơ đã đƣợc nghiên cứu, khai thác

và ứng dụng rất rộng rãi [1,2]. Hiệu ứng vật

lý ứng dụng trong MEMS cũng rất đa dạng,

mà điển hình là hiệu ứng giãn nở nhiệt. Khác

với các hiệu ứng khác, hiệu ứng giãn nở nhiệt

có thể cho chuyển vị và lực lớn ở điện áp nhỏ.

Một vài loại vi mô tơ tuyến tính sử dụng các

bộ kích hoạt nhiệt điện nhƣ bộ kích hoạt hình

chữ V [3-9], chữ Z [10-11], hay dầm ”nónglạnh” [12-14] ., chẳng hạn có thể sử dụng 5

bộ kích hoạt nhiệt điện để tạo ra chuyển động

2 chiều của vi mô tơ dạng sâu đo [15]. Cũng

có thể tạo ra chuyển động 2 chiều của vi mô

tơ bằng việc sắp xếp các bộ kích hoạt giống

nhƣ các bánh lái bên ngoài [16]. Nói chung,

các vi mô tơ này có cấu trúc và công nghệ chế

tạo tƣơng đối phức tạp.

Trong bài báo này, nhóm tác giả đề xuất một

mẫu vi mô tơ quay một chiều ứng dụng hiệu

ứng giãn nở nhiệt có thể chế tạo bằng công

nghệ vi cơ khối chỉ sử dụng một mặt nạ giúp

giảm giá thành khi gia công hàng loạt và tăng

độ chính xác. Bốn bộ kích hoạt hệ dầm chữ V

kết hợp với hệ thống thanh răng có để dẫn

động vành răng bên ngoài, cùng với đó là

bốn cơ cấu chống đảo giữ vành răng trong

quá trình hồi vị. Mẫu vi mô tơ này có kết cấu

đơn giản, tỷ trọng công suất lớn, điện áp dẫn

tƣơng đối nhỏ.

pdf 6 trang dienloan 19660
Bạn đang xem tài liệu "Vi mô tơ nhiệt - Điện siêu nhỏ chế tạo bằng công nghệ mems", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Vi mô tơ nhiệt - Điện siêu nhỏ chế tạo bằng công nghệ mems

Vi mô tơ nhiệt - Điện siêu nhỏ chế tạo bằng công nghệ mems
Trần Văn Quân và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 120(06): 141 – 146 
141 
VI MÔ TƠ NHIỆT - ĐIỆN SIÊU NHỎ CHẾ TẠO BẰNG CÔNG NGHỆ MEMS 
Trần Văn Quân1, Bùi Hữu Nam2*, Nguyễn Tiến Dũng2 
1Viện Cơ khí, trường ĐH Bách khoa Hà Nội 
2Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên 
TÓM TẮT 
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ MEMS, các vi mô tơ đang đƣợc nghiên 
cứu, chế tạo và ứng dụng ngày càng phổ biến. Bài báo trình bày thiết kế và mô phỏng một mẫu vi 
mô tơ quay sử dụng bộ kích hoạt nhiệt điện dạng chữ V. Vi mô tơ có kích thƣớc ngoài 2,4mm, 
hoạt động với điện áp dẫn tối thiểu Umin=19V trong dải tần số hàng trăm Hz. Ƣu điểm nổi bật của 
loại vi mô tơ này là tiêu thụ năng lƣợng ít (điện áp dẫn động thấp), hệ thống điều khiển đơn giản, 
có thể chế tạo hàng loạt dễ dàng dựa trên công nghệ vi cơ khối (Bulk - micromachining). 
Từ khóa: Vi mô tơ quay; Bộ kích hoạt nhiệt điện; Công nghệ vi cơ khối 
GIỚI THIỆU 
Cùng với sự phát triển của nhiều công nghệ 
sản suất mới lan rộng trong MEMS (Micro 
Electro Mechanical System), các bộ vi kích 
hoạt, vi mô tơ đã đƣợc nghiên cứu, khai thác 
và ứng dụng rất rộng rãi [1,2]. Hiệu ứng vật 
lý ứng dụng trong MEMS cũng rất đa dạng, 
mà điển hình là hiệu ứng giãn nở nhiệt. Khác 
với các hiệu ứng khác, hiệu ứng giãn nở nhiệt 
có thể cho chuyển vị và lực lớn ở điện áp nhỏ. 
Một vài loại vi mô tơ tuyến tính sử dụng các 
bộ kích hoạt nhiệt điện nhƣ bộ kích hoạt hình 
chữ V [3-9], chữ Z [10-11], hay dầm ”nóng-
lạnh” [12-14] .., chẳng hạn có thể sử dụng 5 
bộ kích hoạt nhiệt điện để tạo ra chuyển động 
2 chiều của vi mô tơ dạng sâu đo [15]. Cũng 
có thể tạo ra chuyển động 2 chiều của vi mô 
tơ bằng việc sắp xếp các bộ kích hoạt giống 
nhƣ các bánh lái bên ngoài [16]. Nói chung, 
các vi mô tơ này có cấu trúc và công nghệ chế 
tạo tƣơng đối phức tạp. 
Trong bài báo này, nhóm tác giả đề xuất một 
mẫu vi mô tơ quay một chiều ứng dụng hiệu 
ứng giãn nở nhiệt có thể chế tạo bằng công 
nghệ vi cơ khối chỉ sử dụng một mặt nạ giúp 
giảm giá thành khi gia công hàng loạt và tăng 
độ chính xác. Bốn bộ kích hoạt hệ dầm chữ V 
kết hợp với hệ thống thanh răng có để dẫn 
động vành răng bên ngoài, cùng với đó là 
bốn cơ cấu chống đảo giữ vành răng trong 
quá trình hồi vị. Mẫu vi mô tơ này có kết cấu 
đơn giản, tỷ trọng công suất lớn, điện áp dẫn 
tƣơng đối nhỏ... 
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT 
ĐỘNG CỦA VI MÔ TƠ 
Cấu tạo của vi mô tơ đƣợc thể hiện trên hình 1.
Hình 1: Cấu tạo vi mô tơ* 
*
 Tel: 0913 4483030 
1
2
2
3
O
4
5
6
Điểm đàn hồi w = 4 m 
Trần Văn Quân và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 120(06): 141 – 146 
142 
Nguyên lý hoạt động của vi mô tơ dựa trên lý 
thuyết giãn nở nhiệt với trung tâm là bốn bộ 
kích hoạt nhiệt dầm chữ V (1). Khi cấp điện 
cho các điện cực trên bộ kích hoạt, các dầm 
của bộ kích hoạt giãn nở và đẩy đỉnh dầm 
chuyển động tịnh tiến làm cho thanh (3) quay 
quanh cổ đàn hồi O. Thông qua các cơ cấu 
truyền chuyển động (4) đƣợc gắn trên thanh 
(3) sẽ đẩy bánh răng dẫn (5) quay thuận chiều 
kim đồng hồ. Khi điện áp dẫn bằng không, 
nhờ lực đàn hồi ở cổ dầm O và lực đàn hồi 
của bộ kích hoạt nhiệt (1), thanh răng cóc dẫn 
(6) hồi về vị trí ban đầu. Bánh răng dẫn không 
quay ngƣợc trở lại nhờ cơ cấu chống đảo (2). 
Sau mỗi chu kỳ đẩy của bộ kích hoạt nhiệt 
(1), răng cóc dịch chuyển một đoạn i p : với 
p là bƣớc của răng cóc ứng với chiều cao 
răng cóc h , i phụ thuộc vào chuyển vị của 
thanh răng cóc, tức là phụ thuộc vào độ lớn và 
tần số của điện áp dẫn. 
Bài báo trình bày tính toán, thiết kế vi mô tơ 
quay có kích thƣớc ngoài 2,5mm sử dụng bộ 
kích hoạt nhiệt dạng chữ V dẫn động với các 
thông số kích thƣớc chính: số cặp dầm: 6n , 
chiều dài mỗi dầm đơn 300L m , chiều 
rộng 5b m , chiều sâu 30h m , góc 
nghiêng của dầm so với phƣơng dịch chuyển 
của đỉnh dầm 2 (nhƣ hình 2). 
Hình 2. Mô hình dầm nhiệt chữ V 
TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ CHUYỂN VỊ CỦA 
DẦM CHỮ V 
Tính phân bố nhiệt và lực đẩy của dầm 
chữ V 
Phƣơng trình truyền nhiệt dạng thu gọn: 
2
2
2
0
d T
k J
dx
 (1) 
Trong đó J là mật độ dòng điện, là điện 
trở suất của dầm, k là hệ số dẫn nhiệt. 
Giải phƣơng trình (1) ta thu đƣợc phƣơng 
trình phân bố nhiệt bên trong dầm chữ V: 
1 22
( ) Ax AxS
B
T x T C e C e
A
 (2) 
Trong đó: 
2
2
0
U
B
l k
, 2A B và 2l L ; 
2
1 2 2
11
AL
AL AL
e
C
e e
; 
2
2 2 2
11
AL
AL AL
e
C
e e
; 
020
S
T C ; 0 là điện trở suất tại ST (nhiệt độ 
môi trƣờng xung quanh) và là hệ số nhiệt 
độ tuyến tính. Từ (2) ta có độ giãn dài của 
dầm đơn: 
1 2
2
0
( ) ( ) 1 1
L
AL AL
S
C CB
L T T x T dx L e e
A AA
 (3) 
Lực đẩy của dầm theo phƣơng dịch chuyển là: 
er 2 sinth mal
L
F nAE
L
 (4) 
Trong đó: n: là số cặp dầm của mỗi bộ kích 
hoạt; A: là tiết diện mặt cắt ngang của dầm 
đơn (µm2); E: mô đun đàn hồi của vật liệu 
Silicon (Pa). 
Tính chuyển vị Dcủa đỉnh dầm chữ V 
Chuyển vị D đƣợc tính theo công thức 
sau: 2 2' 'D B H BH AB AH BH 
2 2
os sinL L Lc L (5) 
H
B
B'
A
D
L
L+ L
Hình 3. Sơ đồ tính chuyển vị của đỉnh dầm chữ V 
Ứng với các giá trị U=15 25(V), n=6, 
A=5x30 µm
2
, E=169.10
9
 Pa, L=300 µm, 
αT=4.10
-6
 K
-1, λ=1,25.10-3, ρo=1200 Ω.m, 
4 -1 -11,56.10 Wμm Kk (tại 300K). Ta thu 
đƣợc bảng thông số (bảng 1). 
Bảng 1: Bảng thông số tính toán nhiệt và chuyển vị của dầm chữ V 
Điện áp 
U(V) 
L (μm) ax ( )mT C
 ( )D m er ( )th malF mN 
15 0,1188 200,92 2,9795 4,2 
17,5 0,1796 278,28 4,2741 6,4 
19 0,2315 334,38 5,2948 8,2 
22,5 0,3936 494,52 8,1249 13,9 
24 0,47 578,59 9,3189 16,6 
25 0,5495 659,83 10,4903 19,4 
Trần Văn Quân và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 120(06): 141 – 146 
143 
PHÂN TÍCH LỰC TRONG HỆ THỐNG VI 
MÔ TƠ 
Quá trình dẫn 
Vi mô tơ đƣợc dẫn động bằng bốn bộ kích 
hoạt nhiệt dầm chữ V đối xứng (hình 4.a). 
Fe Fthermal
F
F
r
1r
d
O
A
A
Hình 4. Sơ đồ tính lực dẫn động 
Xét riêng một bộ kích hoạt nhiệt dầm chữ V. 
Các lực tác dụng lên dầm nhƣ hình vẽ 4.b 
er er0th mal e th mal eF F F F F F 
er . .th malF F n k (6) 
Với: là chuyển vị của đỉnh dầm chữ V (luôn 
có D ; Fthermal là lực giãn nở nhiệt của 
một cặp dầm chữ V; n là số cặp dầm; Fe là 
lực đàn hồi của một cặp dầm; F là nội lực 
xuất hiện tại mặt cắt A-A trên phần dẫn 
động dầm; 233,05 /k N m là độ cứng 
của một cặp dầm. 
Gọi d là chuyển vị của thanh răng, đơn giản 
hóa dầm dầm quay để tính toán chuyển vị 
tại phần đặt lực dẫn động F (hình 4.c). 
Trong đó: 
1 440r m là khoảng cách từ điểm 
đàn hồi đến đỉnh dầm bộ kích hoạt dạng chữ 
V. 1040r m là khoảng cách từ điểm đàn hồi 
đến răng cóc.Thế vào (6) ta có: 
1
er er. . . . .th mal th mal
r
F F n k F n k d
r
 (7) 
Đối với thanh răng và vành răng dẫn động, 
các lực tác động đƣợc thể hiện trong hình 5: 
h
=
6
μ
m
p=10μm
Thanh răng cóc
Răng cóc
bánh dẫn
Đỉnh cơ cấu chống đảo
30
4fF
3 4fF
elF
F5f
F
aF
2fF
Hình 5. Phân tích lực quá trình dẫn động 
Trong đó: F đóng vai trò là lực dẫn động 
elF là lực đàn hồi của dầm (quanh điểm đàn 
hồi); 2fF là lực ma sát giữa răng cóc dẫn và 
nền Si; 3fF là lực ma sát giữa bánh răng dẫn 
và nền; 
aF là lực đàn hồi của cơ cấu chống 
đảo; 5fF là lực ma sát giữa đỉnh của dầm 
chống đảo và bề mặt răng cóc. 
Trong trƣờng hợp này, khoảng dịch chuyển d 
của thanh răng cóc thỏa mãn điều kiện sau: 
.d i p g . Trong đó: i là số nguyên i=1,2, 
p=10 m, g=2 m là khe hở ban đầu giữa các 
răng của thanh răng cóc dẫn và vành răng 
(xem hình 1). 
Mômen dẫn động của vi mô tơ đƣợc xác định 
bởi công thức sau: 
3
2 4 5- - - -
4
f
d F f f f
M
M M M M M (8) 
Để cơ cấu có thể hoạt động đƣợc, mô men 
dẫn 
dM phải lớn hơn elM : d elM M (9) 
Trong đó: 
dM là mô men dẫn động F; 
( 2,3,4)fiM i là các mô men ma sát (tính 
quanh điểm đàn hồi O). Chúng đƣợc tính theo 
các biểu thức: 
1.FM F r ; 2 2. . .fM f m G r ; 3 3 2. . .fM f m G r ; 
4 4 3. . .fM f m G r ; .a rF k h ; 5 . . os .f aM f F c r ; 
. . .( . ).el p pM k d r k i p g r (10) 
Trong đó: G là gia tốc trọng trƣờng 
( 6 29,81.10 ( / )G m s ); 0,3f là hệ số ma 
sát giữa Silicon-Silicon; 
2 3 4, ,m m m lần lƣợt là 
khối lƣợng của thanh răng cóc, bánh răng dẫn 
và bánh răng bị dẫn; 2,88 /pk N m là độ 
cứng của dầm quay cổ đàn hồi; 6h m là 
chiều cao của răng cóc; 
3 1220r m : khoảng 
cách từ điểm đàn hồi (cổ đàn hồi) đến điểm 
tiếp xúc giữa bánh răng dẫn và bánh răng bị 
dẫn; 21,19 /rk N m là độ cứng của cơ cấu 
chống đảo; 30 : góc nghiêng của răng 
cóc; 
2 1180r m là khoảng cách từ điểm đàn 
hồi đến tâm vành bánh răng dẫn. 
Dựa vào (8), (9) và (10) ta có: 
3 1
er 2 4 5
1
1
.( . ). . .( . ).
4
f
th mal f f f p
M r
F M M M k i p g r n k i p g
r r
 (11) 
Vậy:
1
er
440
( . ). 12. 5,07
10401
5,2th mal
r
i p g m
ri
F mN
 (12) 
Hình 4.a Hình 4.b Hình 4.c 
Trần Văn Quân và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 120(06): 141 – 146 
144 
1
er
440
( . ). 22. 9,3
10402
9,452th mal
r
i p g m
ri
F mN
 (13) 
Do chuyển vị thực tế khi dẫn động luôn 
nhỏ hơn chuyển vị D vậy từ (12) và (13) tra 
bảng 1, kết quả tính toán chuyển vị và lực đẩy 
của dầm chữ V ta có kết luận nhƣ sau: 
+ Để hệ thống chuyển động đƣợc 1 bƣớc răng 
cần điện áp tối thiểu là: Umin =19V 
+ Để hệ thống chuyển động đƣợc 2 bƣớc răng 
cần điện áp tối thiểu là: Umin = 24V 
Quá trình hồi vị 
Sơ đồ phân tích lực quá trình hồi vị nhƣ hình 
vẽ 6. Trong quá trình hồi vị (khi điện áp dẫn 
bằng 0), do ảnh hƣởng của lực đàn hồi của 
các dầm, thanh răng cóc hồi về vị trí ban đầu 
và tác dụng một lực lên vành răng. 
' '
2el ev fF F F
1fF
nFQ
dhrF
2el ev fF F F
xO
y
Hình 6. Sơ đồ phân tích lực quá trình hồi vị 
Trong đó: 
evF là lực đàn hồi của bộ kích hoạt 
nhiệt dầm chữ V: . .evF n k (
'
evF : phản lực 
đàn hồi: 'ev evF F
  
); 
elF là lực đàn hồi của cổ 
dầm O ( 'elF : phản lực đàn hồi: 
'
el elF F
  
); 
nF 
là phản lực đàn hồi theo phƣơng vuông góc 
với bề mặt răng của thanh răng cóc dẫn; 1fF là 
lực ma sát trƣợt giữa răng của thanh răng cóc 
dẫn và vành răng; 
.dhr rc rF k y là lực đàn hồi của cổ thanh răng 
cóc dẫn; với 2,5ry m là độ nén lớn nhất 
của thanh răng cóc dẫn khi trƣợt hai dãy răng 
cóc, 4,88 /rck N m là độ cứng của cổ 
thanh răng cóc dẫn. 
Để hệ thống có thể hồi vị về vị trí ban đầu 
khi ngừng cấp điện áp U thì: 
Ở thời điểm bắt đầu quá trình hồi vị, lực đàn 
hồi 
el evF F thắng lực ma sát 1fF và 2fF ; Lực 
1fF có thể tính theo công thức sau: 
' '
1 2. sinf n el ev fF f F f F F F (14) 
Vì .sin 0,3.0,5 0,15 1f vậy từ (14) ta có 
' '
1 2f f ev el ev elF F F F F F 
Thành phần lực Q theo phƣơng y sẽ làm nén 
lò xo và tạo ra sự trƣợt của hai dãy răng cóc: 
' ' ' '
2 2
1
. os sin os sin 2
2
n el ev f el ev fQ F c F F F c F F F 
 (15) 
Điều kiện để rãnh răng cóc có thể hồi về vị trí 
ban đầu là: 
' ' 2
1 2sin sindhr f dhr el el fQ F F F f F F F 
 (16) 
 Từ (15) và (16) ta có: 
22
1
2
1 sin 2 2 sin
0,19
. .
dhr
f
p
F
F
f
i g
rp
k n k
r
Vậy luôn luôn thỏa mãn (16) 
Tóm lại: + Điện áp tối thiểu để hệ thống 
chuyển động đƣợc 1 bƣớc răng là: 
min 19U V 
+ Điện áp tối thiểu để hệ thống chuyển động 
đƣợc 2 bƣớc răng là: 
min 24U V 
MÔ PHỎNG NHIỆT VÀ CHUYỂN VỊ CỦA 
BỘ KÍCH HOẠT NHIỆT 
Điều kiện biên: hai đế (2 cực) của bộ kích 
hoạt nhiệt dầm chữ V đặt rằng buộc ngàm và 
thiết lập nhiệt độ ( 20ST C
 ). Tiến hành mô 
phỏng bằng phần mềm Ansys và so sánh với 
kết quả tính toán trên phần mềm Matlab ứng 
với dải điện áp biến thiên từ 15 25V, ta thu 
đƣợc các các kết quả nhƣ hình 7, 8. Từ đó ta 
nhận thấy: 
- Nhiệt độ lớn nhất xuất hiện ở đỉnh dầm chữ 
V. Kết quả này tƣơng đối sát với kết quả tính 
toán. Tại 25V sai số lớn nhất Tmax=12,05% 
- Ở điện áp càng cao (hay nhiệt độ cao) thì sai 
số giữa kết quả tính toán và mô phỏng càng 
lớn có thể đƣợc giải thích do trong phần tính 
toán, để đơn giản các tác giả bỏ qua tổn thất 
nhiệt do bức xạ và đối lƣu và cũng không xét 
đến sự thay đổi theo nhiệt độ của hệ số giãn 
nở nhiệt αT và độ dẫn nhiệt k.
Trần Văn Quân và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 120(06): 141 – 146 
145 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
15 17.5 20 22.5 25
N
h
iệ
t 
đ
ộ
 T
m
a
x
 (
ºC
)
Điện áp U (V)
Đồ thị so sánh nhiệt độ Tmax của dầm chữ V
Mô phỏng
Tính toán
Hình 7:a. Nhiệt độ phân bố trên dầm ứng với U=19V; b. Đồ thị so sánh nhiệt độ Tmax trên dầm chữ V 
0
2
4
6
8
10
12
14
15 17.5 20 22.5 25
C
h
u
y
ể
n
 v
ị 
D
 (
μ
m
)
Điện áp U (V)
Đồ thị so sánh kết quả chuyển vị của đỉnh dầm chữ V
Mô phỏng
Tính toán
Hình 8: a. Chuyển vị của đỉnh dầm chữ V ứng với U=19V; b. Đồ thị so sánh chuyển vị của đỉnh dầm chữ V 
KẾT LUẬN 
Bài báo đã trình bày nguyên lý hoạt động, 
tính toán chuyển vị và động lực học cấu trúc, 
mô phỏng một mẫu vi mô tơ quay, dẫn động 
bằng các bộ kích hoạt dầm chữ V. Vi mô tơ 
có thể hoạt động với điện áp dẫn tối thiểu 
Umin=19V trong dải tần số hàng trăm Hz. Các 
kết quả mô phỏng trên phần mềm Ansys 
tƣơng đối sát với kết quả tính toán. Sai số lớn 
nhất giữa tính toán và mô phỏng là 12,05% tại 
điện áp dẫn 25V. 
Ƣu điểm nổi bật của vi mô tơ là điện áp dẫn 
thấp, đơn giản trong thiết kế và điều khiển, sử 
dụng công nghệ chế tạo vi cơ khối đơn giản 
với chỉ một mặt nạ. Trong tƣơng lai, vi mô tơ 
này có thể đƣợc tích hợp vào trong các khớp 
quay của vi robot hoặc trong các hệ thống vận 
chuyển/lắp ráp micro nằm trên chip. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Phuc Hong Pham,Dzung Viet Dao (2011), 
“Micro Transportation Systems: A Review”, 
Modern Mechanical Engineering,Vol.1, No.2,pp 
31-37. 
2. Dang Bao Lam, Vu Ngoc Hung, Pham Hong 
Phuc, “Micro mechanisms in the micro robot 
systems: case studies of the electrostatic micro 
mechanisms”, Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 
IX, 2012 
3. A Geisberger, D Kadylak and M Ellis (2006), 
“A silicon electrothermal rotational micro motor 
measuring one cubic millimeter”, J. Micromech. 
Microeng., 16, pp. 1943–1950. 
4. Baker M. et al. (2007), “Design and Reliability of 
a MEMS Thermal Rotary Actuator”, Proc. 
TEXMEMS IX, September 17, 2007, Lubbock, TX. 
5. Jae-Sung Park et al. (2001), “Bent-Beam 
Electrothermal Actuators - Part II: Linear and 
Rotary Microengines”, J. of 
MicroElectroMechanical Sys., Vol. 10, No. 2, pp. 
255-62. 
6. Jinkui C. et al. (2011), “A novel SU-8 
electrothermal microgripper based on the type 
synthesis of the kinematic chain method and the 
stiffness matrix method” , Journal of Micromech. 
Microeng., Vol. 21, 15pp. 
Trần Văn Quân và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 120(06): 141 – 146 
146 
7. Park J. S. et al. (2000), “Long throw and rotary 
output electro-thermal actuators based on bent-
beam suspensions‟: 13rd Annual International 
Conference on Micro Electro Mechanical 
Systems, pp. 680-685. 
8. Byron Shay, Ted Hubbard, Marek Kujath 
(2008), “Linear frictional micro-conveyors”, 
Sensors and Actuators A 148, pp. 290–298. 
9. Nguyen Tuan Khoa. Et al (2012), “Design ang 
fabrication of micro bi-directional motor driven 
by electro-thermal actuators”, Hội nghị Cơ học 
toàn quốc lần thứ IX, Hà Nội, Việt Nam 
10. Changhong Guan and Yong Zhu (2010), “An 
electrothermal microactuator with Z-shaped 
beams”, J. Micromech. Microeng. Vol.20, 9pp. 
11. Changhong Guan and Yong Zhu (2012), 
“Bidirectional Electrothermal Actuator With Z-
Shaped Beams”, Sensor journal. Vol.12, 7, pp. 
2508-9. 
12. Kolesar et al. (2004). “Electrothermal MEMS 
Micro-engine Capable of Bi-directional Motion”, 
Thin Solid Film, pp. 481-488. 
13. Johnstone R.W., Parameswaran M. (2005), 
“Deflection response of electro-thermal actuators to 
voltage and power”, Canadian Conference on 
Electrical and Computer Engineering, pp. 478-481. 
14. Ang Beng Seng et al. (2009). “Design and 
Analysis of Thermal Microactuator”, European 
Journal of Scientific Research, pp. 281-292. 
15. Ho Nam Kwon et al. (2001): “A 
micromachined thermoelastic inchworm 
actuator”, Proc. of American Society for 
Precision Engineering, 2001 Annual meeting, pp. 
127-130. 
16. Mathew Stevenson et al. (2007), 
“Development of a bidirectional ring thermal 
actuator”, Journal of Micromech. Microeng. Vol. 
17, pp. 2049–2054. 
SUMMARY 
ELECTRO - THERMAL MICRO-MOTOR FABRICATED 
BY MEMS TECHNOLOGY 
Tran Van Quan
1
, Bui Huu Nam
2*
, Nguyen Tien Dzung
2
1School of Mechanical Engineering, Ha Noi University of Science and Technology, 
2College of Technology - TNU 
Micro-motors based on MEMS technology are recently researched and developed world-wide. 
This paper presents design, simulation of a micro-motor using V-shaped electro-themal actuator. 
This motor has cover diameter of 2.4mm, can operate with minimum applying voltage Umin = 19V 
and driving frequency ranging from 1 to hundreds Hz. Advantages of this motor are lower driving 
voltage, simple control and batch fabrication based on bulk-micromachining technology. 
Keywords: Micromotor; Electro-thermal Actuator; Bulk-micromachining Technology 
Ngày nhận bài:28/2/2014; Ngày phản biện:10/3/2014; Ngày duyệt đăng: 09/6/2014 
Phản biện khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Dự - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐHTN 
*
 Tel: 0913 4483030 

File đính kèm:

  • pdfvi_mo_to_nhiet_dien_sieu_nho_che_tao_bang_cong_nghe_mems.pdf