Généralement, un actionneur utilise une source d'énergie pour déplacer ou commander des composants mécaniques. Ceux-ci se trouvent fréquemment dans diverses machines et moteurs électriques . Pendant de nombreuses années, différents types de dispositifs mécaniques ont été miniaturisés, bien que cette procédure nécessite normalement les composants très petits de l'individu. Au 21e siècle, des microactionneurs ont été développés là où des processus industriels tels que le micro-usinage et la lithographie sont principalement utilisés pour fabriquer un microactionneur. Cet article donne un aperçu d'un microactionneur r – travailler avec des applications.
Définition du microactionneur
Un servomécanisme microscopique utilisé pour fournir et transmettre une quantité mesurée d'énergie pour le fonctionnement du système ou d'un autre mécanisme est connu sous le nom de microactionneur. Comme un actionneur général, un microactionneur doit répondre à ces normes telles que commutation rapide, grande course, haute précision, faible consommation d'énergie, etc. Ces actionneurs sont disponibles en différentes tailles qui varient du millimètre au micromètre, mais une fois emballés, ils peuvent atteindre la taille entière en centimètres,
Une fois le mouvement mécanique des solides généré, les déplacements typiques de ces actionneurs vont du nanomètre au millimètre. De même, les débits typiques générés pour ces actionneurs vont de picolitre ou minute à microlitre ou minute. Le schéma du microactionneur est illustré ci-dessous.
Construction du micro-actionneur
Les figures suivantes montrent trois conceptions de microactionneurs thermiques actionneur biomatériau, actionneur à faisceau courbé et actionneur à flexion. La conception thermique actionneurs avec un seul matériau est symétrique, ce qui est connu sous le nom de poutre pliée ou en forme de V.
L'actionneur bi-matière comprend des matériaux avec différents coefficients de dilatation thermique et fonctionne de la même manière qu'un thermostat bimétallique. Chaque fois que la température change en raison d'un élément chauffant intégré dans l'actionneur, le microactionneur peut se déplacer en raison de la variation dans la dilatation associée à la variation dans la température.
L'actionneur à poutre courbée comprend des pieds inclinés qui sont utiles pour se dilater une fois chauffés et fournissent une sortie de force et de déplacement. L'actionneur de flexion est asymétrique et comprend un bras chaud et un bras froid. Ces actionneurs comprennent des pattes asymétriques qui se plient à la surface en raison de la dilatation différentielle une fois chauffées.
Fonctionnement du microactionneur
Le principe de fonctionnement d'un microactionneur est de générer un mouvement mécanique de fluides ou de solides où ce mouvement est généré en changeant une forme d'énergie en une autre énergie comme de l'énergie thermique, électromagnétique ou électrique en énergie cinétique (K.E) des composants mobiles. Pour la plupart des actionneurs, différents principes de génération de force sont utilisés comme l'effet piézo, l'effet bilame, les forces électrostatiques et l'effet mémoire de forme. Comme un actionneur général, un microactionneur doit répondre à ces normes telles qu'une commutation rapide, une grande course, une haute précision, une consommation d'énergie réduite, etc.
L'actionneur mécanique comprend une alimentation électrique, une unité de transduction, un élément d'actionnement et une action de sortie.
- L'alimentation est en courant/tension électrique.
- L'unité de transduction convertit la forme correcte de l'alimentation en la forme préférée des actions de l'élément d'actionnement.
- L'élément d'actionnement est un composant ou un matériau qui se déplace dans l'alimentation électrique.
- L'action de sortie est généralement dans un mouvement prescrit.
Types de microactionneurs
Les microactionneurs sont disponibles en différents types qui sont décrits ci-dessous.
- Microactionneur thermique
- Microactionneur MEMS
- Micro-actionneur électrostatique
- Piézoélectrique
Microactionneur thermique
Un microactionneur thermique est un composant standard utilisé dans les microsystèmes. Ces composants sont alimentés électriquement par chauffage Joule sinon activés optiquement à l'aide d'un laser. Ces actionneurs sont utilisés dans les conceptions MEMS qui incluent des nanopositionneurs et des commutateurs optiques. Les principaux avantages des microactionneurs thermiques comprennent principalement des tensions de fonctionnement inférieures, une génération élevée de force et une moindre vulnérabilité aux défaillances d'adhérence par rapport aux actionneurs électrostatiques. Ces actionneurs ont besoin de plus de puissance et leurs vitesses de commutation sont limitées par les temps de refroidissement.
Pour concevoir et tester ces microactionneurs, un large éventail de travaux doit être effectué. Ces microactionneurs sont donc conçus avec différentes méthodes de microfabrication comme le traitement silicium sur isolant et le micro-usinage de surface. Les applications des microactionneurs incluent principalement les réseaux RF à impédance accordable, les micro-relais, l'instrumentation médicale très précise, et bien d'autres.
Microactionneur MEMS
Le microactionneur MEMS est un type de système micro électromécanique et sa fonction principale est de transformer l'énergie en mouvement. Ces actionneurs combinent des composants électriques et mécaniques avec des dimensions micrométriques. Ainsi, les mouvements typiques atteints par ces actionneurs sont des micromètres. Les microactionneurs MEMS sont principalement utilisés dans différentes applications telles que les émetteurs à ultrasons, les micromiroirs de déviation de faisceau optique et les systèmes de mise au point de caméra. Ainsi, ces types de microactionneurs sont principalement utilisés pour produire une déflexion contrôlée.
Micro-actionneur électrostatique
Un microactionneur entraînant des unités qui sont entraînées par une force électrostatique est connu sous le nom de microactionneur électrostatique. Le microactionneur électrostatique devient le bloc de construction le plus important dans les systèmes informatiques et le traitement du signal optique en raison de sa haute densité, de sa petite taille, de sa faible consommation d'énergie et de sa vitesse élevée. En général, le principe de fonctionnement de ces systèmes peut être expliqué comme une énergie d'attraction électrostatique provoquant une révolution mécanique, une conversion ou une déformation de la plaque miroir, contrôlant la phase, la puissance ou la direction du faisceau lumineux lorsqu'il se transmet dans un espace libre ou un milieu.
Dans ce type de microactionneur, chaque unité d'entraînement comprend des électrodes en forme de vague où ces électrodes sont tirées et isolées les unes des autres par la force électrostatique. Ce type de déformation de l'actionneur dépend principalement de la force électrostatique, de la force externe et de l'élasticité de la structure.
Le mouvement de cet actionneur a été simplement analysé par la FEM (méthode des éléments finis) et le modèle macro de cet actionneur a été fabriqué pour vérifier son mouvement. Ainsi, il a été confirmé que la conformité apparente de l'actionneur peut être contrôlée par un système de contrôle de rétroaction utilisant la détection de déplacement capacitif et la commande électrostatique.
Micro-actionneur piézoélectrique
Les microactionneurs piézoélectriques sont très connus et les plus fréquemment utilisés dans différents domaines. Ceux-ci sont conçus en montant des éléments piézoélectriques les uns sur les autres. Une fois qu'une tension est donnée aux deux côtés de ces éléments, ils peuvent alors se dilater. Mais il a une structure compliquée donc il est complexe à assembler. Le micro-actionneur piézoélectrique est utilisé dans différents systèmes de servocommande pour fournir un positionnement et une compensation ultra-précis avec le potentiel.
Veuillez vous référer à ce lien pour connaître un Actionneur piézoélectrique .
Avantages et inconvénients
La avantages des microactionneurs inclure les éléments suivants.
- Les avantages des microactionneurs thermiques sont des tensions de fonctionnement inférieures, une génération de force élevée et une moindre sensibilité aux défaillances d'adhérence par rapport aux actionneurs électrostatiques.
- Les microactionneurs sont disponibles dans une taille plus petite, avec une consommation d'énergie moindre et un système de réponse plus rapide.
La inconvénients des microactionneurs inclure les éléments suivants.
- Les microactionneurs thermiques ont besoin de plus de puissance.
- La vitesse de commutation des microactionneurs thermiques est limitée par les temps de refroidissement.
Applications des microactionneurs
Les applications des microactionneurs comprennent les suivantes.
- Le microactionneur est un petit dispositif actif utilisé pour produire un mouvement mécanique de fluides/solides. Ici, le mouvement est produit en changeant une forme d'énergie en une autre forme.
- Les microactionneurs sont applicables en microfluidique pour les systèmes de distribution de médicaments implantables et de laboratoire sur puce.
- Il s'agit d'un servomécanisme microscopique qui transmet et fournit une quantité mesurée d'énergie pour un autre fonctionnement du système/mécanisme.
- Les microactionneurs sont utilisés pour construire de petits miroirs pour projecteurs et écrans.
- MEMS Les microactionneurs sont principalement utilisés dans différentes applications telles que les émetteurs à ultrasons, les systèmes de mise au point de caméra et les micromiroirs de déviation de faisceau optique.
- La force produite par un microactionneur électrique est principalement utilisée pour générer des déformations mécaniques au sein du matériau d'intérêt.
Ainsi, il s'agit de un aperçu du microactionneur qui est capable d'effectuer les tâches de l'outil conventionnel dans le macromonde, cependant, ils sont de taille très petite et permettent une plus grande précision. Les exemples de micro-actionneurs incluent principalement un commutateur matriciel optique collecté avec des micromiroirs de torsion qui sont entraînés par une force électrostatique, un micro-actionneur utilisé pour le balayage d'antenne micro-ondes, un micro-actionneur avec un alliage de mémoire à couche mince et une microstructure tridimensionnelle à auto-assemblage avec des micro-actionneurs à entraînement par rayures. Voici une question pour vous, qu'est-ce que le MEMS ?
