[发明专利]一种电磁驱动调变齿间隙的微机电梳齿机构

说明书

技术领域

本发明属于微机电系统结构技术领域，具体来说，涉及一种电磁驱动调变齿间隙的微机电梳齿机构。

背景技术

梳齿结构在微机电系统中有广泛地应用，例如，谐振器、加速度计、角速度计、陀螺等。传统的梳齿结构由定齿与动齿配对组成，定齿与动齿间隔排列并通常有许多对。传统结构中，定齿保持静止状态，没有纵向和横向位移，动齿则通常在外力的作用下以振动形式做运动，其运动方向沿着齿的长度方向。

由于加工精度的限制，梳齿结构中定齿和动齿的间隙不能小于工艺的分辨率，同时还受到干法刻蚀的高宽比限制。另一方面，动齿运动的幅度除和所加外力的大小有关外，还和定齿与动齿的间隙有关。由于传统结构的梳齿间隙是不可变的，又受到工艺的限制不能做的很小，因此，由微机电振动所产生的传感检出信号也很微弱。

有研究者提出了单边间隙可调的梳齿结构，但该结构存在如下两个主要缺点：因为梳齿通常是多对结构，单边间隙的减小必然导致另一边的间隙增大，浪费了一边的驱动力；因为动齿两边的间隙不对称，导致动齿与两边的定齿间的静电力大小不同，动齿的一维直线运动将受到影响，出现两维运动。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种电磁驱动调变齿间隙的微机电梳齿机构，该微机电梳齿机构在电磁驱动下，调变齿间隙，使得微机电振动所产生的信号强。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电磁驱动调变齿间隙的微机电梳齿机构，该微机电梳齿机构包括左移电磁执行器、右移电磁执行器、由左移定齿和右移定齿组成的定齿、动齿、两个第一锚区和绝缘衬底，其中，

所述的左移电磁执行器与左移定齿的一端连接，左移定齿的另一端连接在第一锚区上，右移电磁执行器与右移定齿的一端连接，右移定齿的另一端连接在第一锚区上；

所述的左移定齿包括第一宽梁、左移梳齿、两个沿横向弯折的第一折叠梁，左移梳齿固定在第一宽梁的一侧，第一宽梁的一端与左移电磁执行器连接，第一宽梁的另一端通过两个第一折叠梁连接在两个第一锚区上；左移定齿处于悬空状态；

所述的右移定齿包括第二宽梁、右移梳齿、两个沿横向弯折的第二折叠梁，右移梳齿固定在第二宽梁的一侧，第二宽梁的一端与右移电磁执行器连接，第二宽梁的另一端通过两个第二折叠梁连接在两个第一锚区上，且第二折叠梁和第一折叠梁在第一锚区上相对；右移定齿处于悬空状态；

所述的两个第一锚区固定连接在绝缘衬底上；

所述的动齿包括质量块、动齿梳齿、两个第二锚区和两个沿纵向弯曲的第三折叠梁，两个第二锚区固定在绝缘衬底上，每个第二锚区与一个第三折叠梁的一端连接，第三折叠梁的另一端与质量块连接，动齿梳齿设置在质量块的一侧，且右移梳齿、动齿梳齿和左移梳齿依次交替布置，相邻的右移梳齿和动齿梳齿之间的距离等于相邻的动齿梳齿和左移梳齿之间的距离；质量块、动齿梳齿、和第三折叠梁均处于悬空状态；

所述的左移定齿的第一宽梁上设有左移止挡块，右移定齿的第二宽梁上设有右移止挡块，左移止挡块和右移止挡块相对，且左移止挡块和右移止挡块之间的距离小于相邻的右移梳齿和动齿梳齿之间设计距离的两倍。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

该微机电梳齿机构在电磁驱动下，调变齿间隙，使得微机电振动所产生的信号强。本发明的微机电梳齿机构中，右移梳齿、动齿梳齿和左移梳齿依次交替布置。通过两个第一金属块对第一金属线导入电流，通过两个第二金属块对第二金属线导入电流，并且第一金属线和第二金属线中的电流的流向相反。将该微机电梳齿机构放入磁场中，由于洛伦茨力的作用，左移电磁执行器中的第二直梁产生横向移动，带动左移梳齿向左移动；右移电磁执行器中的第一直梁产生横向移动，带动右移梳齿向右移动。最终使左移梳齿和动齿梳齿之间的间隙变小，右移梳齿和动齿梳齿之间的间隙也变小，从而达到调变梳齿间隙的作用。洛伦茨力和电流的大小，会影响左移梳齿和右移梳齿的移动幅度。右移定齿和左移定齿同步调整其与动齿梳齿之间的间隙，可以增加传感器的传感检出信号幅度。在微机电传感器设计中，可以方便地引用本发明的结构，减小间隙，可以大大地增加传感器的检测灵敏度。另一方面，如果改变齿间隙的驱动电流幅度随时间变化则可以使间隙也随时间变化，由此可以对处于谐振状态的动齿振动幅度进行调制，实现信号的调幅，拓展梳齿结构的应用范围。

附图说明

图1是本发明的俯视图。

图2是本发明的局部结构图。

图3是图2中A-A剖视图。