專利名稱：包括致動器的靜電馬達的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種靜電馬達，所述靜電馬達特別地被包括在計 時器中以便驅(qū)動其移動.更特別地，本發(fā)明涉及一種包括靜電致動器
的靜電馬達，所述靜電致動器例如為交叉指型梳狀(interdigited comb)致動器.
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，特別是在WO專利No. 2004/081695中，已公知地 披露了一種在硅片中制成的微型馬達，所述專利在此作為參考被引用. 在該文獻中，該馬達是通過對硅層進行蝕刻而制成的。該馬達包括帶 齒的驅(qū)動輪和致動指部，所述致動指部與所述輪的齒協(xié)同作用而導(dǎo)致 其旋轉(zhuǎn).每個致動指部在移動過程中被緊固到活動(mobile)梳上， 所述活動梳相對于固定梳而作為電壓V的函數(shù)進行移動.
這種類型的交叉指型梳狀致動器通常用于進行低功率機械致動， 例如用于光學(xué)開關(guān)中，且它們的運行通常并不是為了實現(xiàn)最大效率， 而是被優(yōu)化以便實現(xiàn)最短的致動時間.在這種情況下，要使用大量能 量為該致動器提供功率，多余的能量在致動階段結(jié)束時即被去除.就 節(jié)能而言這遠非是一種最佳方案.
計時器通常由容量相對有限的電池供電，當這種類型的致動器被 整合在計時器中時，計時器移動馬達的功率消耗非常關(guān)鍵且因此必須 盡可能降低這種消耗.
EP專利No. 1, 793， 208披露了一種包括靜電致動器的伺服機構(gòu)， 所述靜電致動器包括第一固定電極結(jié)構(gòu)和第二電極結(jié)構(gòu)，所迷第二電 極結(jié)構(gòu)可在第一位置與第二位置之間移動，所述電極結(jié)構(gòu)具有可根據(jù) 該活動電極結(jié)構(gòu)的位置而產(chǎn)生變化的靜電電容.所述伺服機構(gòu)還包括 低壓電源如電池和由該電池供電的升壓電路.該升壓電路被連接以便 在兩個電極結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生電壓，從而在該回定電極結(jié)構(gòu)與該活動電極 結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生靜電力，
根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)文獻的教導(dǎo)，有可能通過在所述電極結(jié)構(gòu)之間施加具有"適當電壓(right voltage)"的脈沖并使其"持續(xù)適當?shù)臅r 間(right duration) w的方式優(yōu)化該伺服機構(gòu)的功率消耗.為了實 現(xiàn)這一點，該伺服機構(gòu)還具有調(diào)節(jié)裝置，所述調(diào)節(jié)裝置用于將具有可 變持續(xù)時間的控制脈沖供應(yīng)至升壓電路.如果所述活動結(jié)構(gòu)的位移幅 度小于閾值，則該調(diào)節(jié)裝置會供應(yīng)時間更長的控制脈沖，且如果所述 活動結(jié)構(gòu)的位移幅度高于所述閾值，則該調(diào)節(jié)裝置會供應(yīng)時間更短的 控制脈沖.
根據(jù)所述文獻，所述升壓電路是逐步升壓的充電器(step-up charger)型電感電路.因此，并未設(shè)置用于產(chǎn)生確定電位差的電壓發(fā) 生器.在這種類型的電路中，控制脈沖的持續(xù)時間既會影響由升壓電 路供應(yīng)的脈沖的持續(xù)時間又會影響電壓的行為.特別是，不可能與該 輸出脈沖的持續(xù)時間無關(guān)地改變輸出電壓.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過提供這樣一種靜電馬達來克服上述缺點的， 所述靜電馬達包括靜電致動器，且其中降低了馬達驅(qū)動過程中的功率 消耗，
因此，本發(fā)明涉及一種包括致動器的靜電馬達，所述致動器具有 固定電極結(jié)構(gòu)和活動電極結(jié)構(gòu)，且所述活動電極結(jié)構(gòu)旨在在被施加于 所述電極結(jié)構(gòu)之間的靜電力的效應(yīng)下從被稱作靜止位置的第一位置向 被稱作完全位移位置的第二位置進行循環(huán)移動，且隨后在沒有所述靜 電力的情況下返回所述靜止位置，所述馬達進一步包括并勵裝置 (shunt means )，所述并勵裝置被連接在所述固定電極結(jié)構(gòu)與所述活 動電極結(jié)構(gòu)之間，從而使得一旦所述活動電極結(jié)構(gòu)到達所述完全位移 位置，則對所述電極結(jié)構(gòu)進行循環(huán)放電從而去除所述靜電力，且所述 馬達進一步包括發(fā)生器，所述發(fā)生器被連接在所述固定電極結(jié)構(gòu)與所 述活動電極結(jié)構(gòu)之間，從而通過在所述活動電極位于所述靜止位置處 時開始進行充電的方式對所述電極結(jié)構(gòu)進行循環(huán)充電，所述電極結(jié)構(gòu) 所具有的靜電電容作為所述活動電極結(jié)構(gòu)沿所迷完全位移位置的方向 行進離開所述靜止位置的路徑的嚴格遞增函數(shù)而進行變化.所述馬達 的特征在于，所述發(fā)生器是被設(shè)置以便產(chǎn)生確定電壓的電壓發(fā)生器， 且特征在于， 一旦所述發(fā)生器已將為了完成循環(huán)同時以足夠的速度驅(qū)動所述馬達所需的靜電能量供應(yīng)給所述致動器，則所迷發(fā)生器停止對 所述電極結(jié)構(gòu)的充電，即所述發(fā)生器在所述活動電極結(jié)構(gòu)已到達所述 完全位移位置之前停止充電.
該靜電馬達比現(xiàn)有的解決方案更為高效，原因在于所產(chǎn)生脈沖的 持續(xù)時間作為為了驅(qū)動所迷馬達所必需的電功率的函數(shù)受到調(diào)節(jié)，同 時還考慮到了由所述發(fā)生器供應(yīng)的電壓.
根據(jù)一種有利的變型，所述電壓發(fā)生器包括用于從至少兩個電平 且優(yōu)選從四個確定電壓電平中選擇脈沖電壓電平的裝置，和用于在與 所選擇的電壓電平相關(guān)聯(lián)的確定時間范閨內(nèi)調(diào)節(jié)脈沖持續(xù)時間的裝 置.通過選擇電壓電平，可使該電壓發(fā)生器與所述靜電馬達所處的外
部條件，例如表的磨損條件，相適應(yīng).
根據(jù)一個有利的實施例，所述靜電馬達還包括用于測量所述活動
電極結(jié)構(gòu)的位移的裝置，且所述靜電馬達包括用于在所述活動電極結(jié) 節(jié)裝i，在所述優(yōu)^位置，，所述電極結(jié)構(gòu)相對于所述靜止位置處所
產(chǎn)生的電容增量等于c"' = ^^+c:《J'Q .
該解決方案的最大優(yōu)點在于所述解決方案在高電壓的極短脈沖 持續(xù)時間與低電壓的極長脈沖持續(xù)時間之間實現(xiàn)了折衷.實際上，一
方面來說，由于通過由所迷電壓發(fā)生器供應(yīng)的能量對寄生電容進行充 電，因此電壓越低，則損失的能量越少.另一方面，脈沖持續(xù)時間越 長，則致動器的電極結(jié)構(gòu)的充電量越大.因此，保持盡可能短的脈沖 持續(xù)時間以便將致動器電極中的靜電損失降至最小程度也是很重要 的.其解決方案在于對于寄生電容與實際電容之間的給定比率而言， 尋找這樣一種折衷方案，以獲得盡可能最低的電壓從而實現(xiàn)優(yōu)化的脈 沖持續(xù)時間.
根據(jù)一個有利的實施例，通過被連接至所述致動器的供應(yīng)端子的 電荷泵對所述致動器電極結(jié)構(gòu)進行充電，當達到優(yōu)化的瞬態(tài)電容時， 使該電荷泵斷開連接.該解決方案確保了將馬達致動階段以外的能量 損失降至最低程度.
根據(jù)一個有利的實施例，所述靜電致動器是具有交叉指型梳狀裝 置的致動器。


所屬領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀借助非限制性實例并結(jié)合附圖給出的 本發(fā)明的下述具體實施方式
將會更清楚地理解本發(fā)明的其它特征和優(yōu) 點，其中
圖1示出了計時器的框圖，所述計時器包括根據(jù)本發(fā)明的一個實
施例的靜電馬達；
圖2是交叉指型梳狀致動器的簡化頂視圖，所述致動器形成了根
據(jù)本發(fā)明的特定實施例的靜電馬達的其中一個構(gòu)成部分；
圖3是圖2所示交叉指型梳狀致動器的示意性剖視圖；和 圖4是示出了圖2和困3所示致動器的電極結(jié)構(gòu)中所涉及的靜電 能量與活動電極結(jié)構(gòu)的位置之間的函數(shù)關(guān)系的曲線困.
具體實施例方式
下面將僅通過非限制性實例并結(jié)合圖l至圖4對本發(fā)明進行描述.
圖1示出了框圖形式的計時器，圖中特別示出了與本發(fā)明相關(guān)的 元件。該計時器包括裝配有指示時間信息的指針2的刻度盤1.該指針 由一組齒輪3驅(qū)動，所述齒輪與靜電馬達5的機械接口 4嚙合.借助 于靜電致動器10對該馬達進行致動.通過電脈沖為該致動器提供功率， 在本實例中，所述電脈沖是借助于由電子器件7控制的電荷泵8獲得 的.有利地，圖1所示的元件4、 5、 7、 8和10成一整體.
圖2和圖3示例性地示出了靜電致動器IO的特定實施例，所迷致 動器具有能夠驅(qū)動圖1所示靜電馬達5的交叉指型梳狀裝置12.該致 動器IO是在晶體材料板或非晶體材料板，如硅片，上飪刻而成的.該 致動器IO優(yōu)選用于通過掣子(click) 16驅(qū)動帶齒的轉(zhuǎn)子(未示出) 進行旋轉(zhuǎn)，所述掣子可沿縱向方向Al進行移動，從而形成MEMS(微機 電系統(tǒng))型的微型馬達，
在該實例中，晶片14是絕緣體上硅(SOI)型晶片且包括厚硅基 板20、絕緣氧化硅中間層22和具有比基板20更小的厚度的頂部硅層 18,
致動器10此處在晶片14上占據(jù)著大體上呈矩形的表面.該致動 器在大體上呈矩形的殼體23中延伸，所述殼體在頂層18中且在中間 層22中是中空的.該殼體包括位于頂層18中的笫一框架和第二框架， 所述笫一框架被稱作固定電極結(jié)構(gòu)24，所述第二框架被稱作活動電極
7結(jié)構(gòu)26，所述活動電極結(jié)構(gòu)沿著與基板20的平面平行的縱向方向Al 進行移動.該活動電極結(jié)構(gòu)26通過位于前部的兩個彈性返回元件28 和位于后部的兩個彈性返回元件30而返回靜止位置，所述彈性返回元 件是由將該活動電極結(jié)構(gòu)26連接至位于基板20上的固定錨回裝置31 的柔性梁形成的.這些固定錨回裝置31被制于頂層18中且被電連接 至頂層18的被布置在殼體23周圍的部分.
通過被施加在固定電極結(jié)構(gòu)24與活動電極結(jié)構(gòu)26之間的電壓導(dǎo) 致活動電極結(jié)構(gòu)26產(chǎn)生位移.根據(jù)如圖所示的實例，固定電極結(jié)構(gòu)24 被置于電位V下，而活動電極結(jié)構(gòu)26被連接至晶片14的其余部分， 所述其余部分被接地.
還可以看到該固定電極結(jié)構(gòu)24具有中心梁32和橫向支路34， 所述中心梁在致動器IO的中心處沿縱向延伸，所述橫向支路在該中心 梁32的任一側(cè)上在側(cè)部延伸.橫向支路34還可被所屬領(lǐng)域技術(shù)人員 稱作"橫向梳"?；顒与姌O結(jié)構(gòu)26具有被布置在中心梁32的任一側(cè) 上的兩根縱向的側(cè)梁36、 38，和在固定電極結(jié)構(gòu)24的橫向支路34之 間朝向該中心梁32延伸的橫向支路40.兩根側(cè)梁36、 38通過橫構(gòu)件 42在前部處，即在圖2的左側(cè)處，進行連接，所述橫構(gòu)件在前部處承 栽著掣子16.
交叉梳12被分別布置在橫向支路34、 40上.
為了在固定電極結(jié)構(gòu)與活動電極結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生確定電壓Ud,電荷
泵8 (圖1)必須將等于Cc"。(其中Cc她b是致動器電容)的電荷供 應(yīng)給致動器IO.因而，所述被充電的致動器中所包含的靜電能量等于
兩個電極結(jié)構(gòu)之間的電壓U與靜電力相關(guān)，該靜電力具有使該活 動電極結(jié)構(gòu)沿完全位移位置的方向移動遠離靜止位置的效應(yīng).此外， 我們已經(jīng)看到電極結(jié)構(gòu)的電容與該活動電極的行進路徑存在嚴格遞 增函數(shù)關(guān)系.該電容因此在靜止位置處最小且在完全位移位置處最大. 該最小電容被稱作寄生電容(Cp),當活動電極結(jié)構(gòu)從靜止位置移至完 全位移位置時出現(xiàn)的電容增加被稱作最大有效電容(C",.,).因此， 應(yīng)該清楚地看到完全位移位置處的致動器的總電容等于"+C,cu.
圖4是在一次循環(huán)期間由電壓發(fā)生器供應(yīng)給致動器的總能量的曲線圖.粗虛線所表示的曲線是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的控制方法所供應(yīng)的能量. 根據(jù)該方法，當活動電極結(jié)構(gòu)位于靜止位置處時，電壓發(fā)生器被連接 至該致動器。被提供給該致動器的電荷導(dǎo)致活動電極結(jié)構(gòu)沿其完全位 移位置的方向進行移動.當活動結(jié)構(gòu)到達完全位移位置處時，該電壓 發(fā)生器致動器被斷開連接，且同時該并勵裝置被連接以便對致動器進 行放電并導(dǎo)致固定電極結(jié)構(gòu)與活動電極結(jié)構(gòu)之間的電壓降回零值.
從上文可以看出致動器電容與活動電極結(jié)構(gòu)從其靜止位置產(chǎn)生 的位移存在類似嚴格遞增的函數(shù)關(guān)系.這也是為什么圖4的曲線圖使 用致動器電容C^b作為橫坐標，而不是直接使用該活動電極結(jié)構(gòu)位置 的原因.應(yīng)該注意該曲線的軸在坐標點Cp處相交，且Cp為活動電極 結(jié)構(gòu)位于靜止位置處時的致動器電容.該完全位移位置由對應(yīng)于電容 Cp+C""的坐標點表示，還應(yīng)該說明的是在圖4所示的實例中，假設(shè) 電容比Cp/C,"—,等于l，且還假設(shè)由發(fā)生器供應(yīng)的電壓值U,為25伏特.
細虛線所表示的曲線在粗虛線曲線下方延伸，該細虛線曲線對應(yīng) 于儲存在致動器電容器中的靜電能量.可以看到當活動電極結(jié)構(gòu)位 于靜止位置處時，儲存在致動器中的靜電能量對應(yīng)于由電壓發(fā)生器供 應(yīng)的能量.換句話說，在靜止位置處，所有的供應(yīng)能量都被用來對寄 生電容進行充電，相反地，當活動電極結(jié)構(gòu)位于完全位移位置處時， 該致動器電容值為寄生電容值的兩倍，且所儲存的靜電能量值同樣也 會加倍。然而，應(yīng)該注意到對應(yīng)于由發(fā)生器供應(yīng)的總能量的粗虛線 要遠高于細虛線，應(yīng)該意識到粗虛線與細虛線之間的陰影線空間表 示該發(fā)生器所供應(yīng)的已被轉(zhuǎn)化成機械能量的那部分能量.正如該曲線 圖所示，在該實例中，在循環(huán)結(jié)束時，實際上有三分之一的供應(yīng)能量 被轉(zhuǎn)化成機械能量.另外三分之二的能量在通過并勵裝置使兩個電極 結(jié)構(gòu)之間的電壓返回零值時被損失了 .
粗實線對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例所供應(yīng)的能量.根據(jù)該實 施例，如前所迷，當活動電極結(jié)構(gòu)位于其靜止位置處時，該電壓發(fā)生 器被連接至致動器.然而，根據(jù)本發(fā)明，在該活動電極結(jié)構(gòu)遠未到達 完全位移位置處之前，該致動器就與電壓發(fā)生器斷開了連接. 一旦致 動器與電壓發(fā)生器斷開連接，則保持恒定的致動器電荷，直至活動電 極結(jié)構(gòu)到達完全位移位置.僅當?shù)竭_該完全位移位置時，才通過并勵 裝置使電極結(jié)構(gòu)之間的電壓返回零值，在如圖所示的實例中，假設(shè)由 發(fā)生器供應(yīng)的電壓112為32伏特 如圖4的曲線所示，在循環(huán)結(jié)束時，對于該實例所選擇的值而言， 由發(fā)生器供應(yīng)的總能量對于電壓U2和對于電壓U,而言實際上是相同的 然而，這兩條曲線的形狀卻有著很大區(qū)別.亊實上，該實線曲線迅速 升高而在電壓發(fā)生器斷開連接時達到一個平臺，而虛線曲線的斜率則 直至該循環(huán)結(jié)束時都保持相同值.該實線曲線對應(yīng)于致動器電容中積 聚的靜電能量.如前所述，可以看到當活動電極結(jié)構(gòu)位于靜止位置 處時，積聚在致動器中的靜電能量對應(yīng)于由電壓發(fā)生器供應(yīng)的能量. 當活動電極結(jié)構(gòu)移至位置C"f--在該位置處發(fā)生器斷開連接一時，儲存 在致動器中的靜電能量與致動器電容成比例關(guān)系地增加.然而，在同 一路徑上，由發(fā)生器供應(yīng)的總能量更迅速地增加，且介于粗實線與細 實線之間的陰影線空間對應(yīng)于由該發(fā)生器所供應(yīng)的已被轉(zhuǎn)化成機械能 量的那部分能量。
如圖4的曲線所示， 一旦致動器和電壓發(fā)生器已斷開連接，則致 動器中所包含的靜電能量逐漸降低.這種能量的降低是電荷被保持恒 定而致動器電容規(guī)則增加的直接后果。顯然，致動器因此損失的靜電 能量被轉(zhuǎn)化成機械能.該曲線表明在該實例中，在該電壓發(fā)生器所 供應(yīng)的能量中，實際上有45X的能量被轉(zhuǎn)化成機械能.另外55X的能量 在通過并勵裝置使兩個電極結(jié)構(gòu)之間的電壓返回零值時被浪費了 .
圖4的曲線說明了為什么根據(jù)本發(fā)明的靜電馬達的能量產(chǎn)量要優(yōu) 于現(xiàn)有技術(shù)中的靜電馬達.申請人通過計算公式和經(jīng)驗對兩種馬達都 進行了檢查，結(jié)果表明，從產(chǎn)量的角度來看，電荷泵與活動電極結(jié)構(gòu) 斷開連接所處的優(yōu)化位置是致動器與靜止位置相比的電容增量為 =+c。。, j.c,-c,時所處的位置.當然，應(yīng)該意識到如果電荷泵 電壓足以在縮短的電荷泵連接時間期間供應(yīng)所有必需的靜電能量的 話，則該位置僅是優(yōu)化的位置.
根據(jù)本發(fā)明的一個特別簡單的實施例，靜電馬達包括控制裝置，
環(huán)中都供應(yīng)相同的脈沖.預(yù)定的脈沖持續(xù)時間基于活動電極結(jié)構(gòu)從靜 止位置移至優(yōu)化位置所花費的預(yù)計時間.此外，由電荷泵供應(yīng)的恒定 電壓被確定，從而使得每個脈沖都能提供為使該致動器以足夠的速度 完成一個循環(huán)所必需的靜電能量.應(yīng)該指出的是優(yōu)選在確定該電壓 時留出一定的余量，從而使得可利用附加的少量能量應(yīng)對在阻力轉(zhuǎn)矩 產(chǎn)生的任何波動，所述阻力轉(zhuǎn)矩會對抗馬達的運轉(zhuǎn).可以看到，在該實例中，本發(fā)明的靜電馬達被用于驅(qū)動模擬手表 的顯示構(gòu)件.本申請的一個特征在于，該靜電馬達應(yīng)力能夠根據(jù)手表 的磨損條件產(chǎn)生相當程度上的波動.此外，通常情況下，技術(shù)人員可 認為將致動器連接至顯示構(gòu)件的機械系統(tǒng)的效率會隨著手表使用年限 的增加而逐漸退化.為了防止這種變化損害手表的適當運行，本發(fā)明
的有利實施例使得可使用至少一個調(diào)節(jié)環(huán)路來確定該電荷泵所供應(yīng)脈 沖的電壓和持續(xù)時間.該調(diào)節(jié)環(huán)路包括用于測量活動電極結(jié)構(gòu)的位移 的裝置，在該實例中，這些位移測量裝置甚至是由兩個部分組成的. 亊實上，該馬達包括位置測量裝置，所述位置測量裝置用于測量致動 器電容，或換句話說用于測量給定瞬間的活動電極位置，且該馬達還 包括用于測量由電荷泵供應(yīng)的電流的裝置，所述裝置被用作測量活動 電極結(jié)構(gòu)的瞬時速度的裝置，
在該實例中，位置測量裝置包括具有已知電容G的電容器，該電 容器與由兩個電極結(jié)構(gòu)形成的電容Cc"串聯(lián)連接，且該位移測量裝置
還包括用于評估具有電容CA的電容器的兩個端子之間的電壓lh的裝
置。給定時刻下的電極結(jié)構(gòu)的電容器Cc。。b與由電荷泵供應(yīng)的確定電壓
Uo與電容器端子處的電壓U,之比存在以下關(guān)系
如果所選擇的電容C,相對于電極結(jié)構(gòu)的電容Ce。,b而言是足夠大的，則 兩個電極結(jié)構(gòu)之間的電壓實際上等于由電荷泵供應(yīng)的電壓UD,在這種 條件下
另一種可選方式是，位置測量裝置可包括三個電容器并符合EP專 利No. 1, 793, 208所述的內(nèi)容.
就速度測量裝置而言，在該實例中，這些速度測量裝置包括被連 接在電荷泵與致動器的兩個電極結(jié)構(gòu)的其中一個電極結(jié)構(gòu)之間的電流 檢測器，以便測量致動器電荷的速度增量.由于致動器電荷與電容成 比例關(guān)系，因此電流強度與電容的增加速度成比例關(guān)系，或更確切地 表示為如下公式
<formula>formula see original document page 11</formula>在構(gòu)成本實例主題的實施例中，由電荷泵供應(yīng)的確定電壓U。可在
四個不同值之間切換，例如28、 40、 55和80伏特.該特征使得在 位置測量裝置指示該致動器的能量不足以完成循環(huán)時，將由電荷泵供 應(yīng)的電壓切換至更高的值.示例性地，該位置測量裝置可在其位移循 環(huán)結(jié)束時檢查該活動電極結(jié)構(gòu)是否實際到達了完全位移位置.所述檢 查可例如通過就在通過被連接在電極結(jié)構(gòu)之間的并勵裝置對所述電極 結(jié)構(gòu)進行放電之前檢查致動器電容Cc?！穊是否實際達到了 CP+C,"- 的值的 方式來實現(xiàn)。
在本實例中，可以看到該位移測量裝置不僅包括位置測量裝置， 而且還包括用于測量活動電極結(jié)構(gòu)的速度的裝置.因此，根據(jù)本實例， 該位移測量裝置還用于實時檢查被供應(yīng)給該致動器的能量是否足以使 其在足夠的速度下驅(qū)動該馬達.因此，在該實例中，速度測量裝置被 布置以便在電荷泵被連接至致動器的階段期間測量該活動電極結(jié)構(gòu)的 速度.當由速度測量裝置測得的電流對應(yīng)于比笫一閾值更低的速度時， 該調(diào)節(jié)裝置就會延長電荷泵與致動器的相連時間，使其超出為使該活 動電極結(jié)構(gòu)到達優(yōu)化位置通常所需的時間.
此外，該速度測量裝置還被設(shè)置以使得，對于將要由靜電馬達在 輸出端供應(yīng)的給定轉(zhuǎn)矩而言，當被供應(yīng)給致動器的能量的量不必要地 較高時，通過該速度測量裝置降低該能量的量.因此，當由速度測量 裝置測量到的電流對應(yīng)于比第二閾值更高的速度時，該調(diào)節(jié)裝置通過 將由電荷泵供應(yīng)的電壓切換至更低的值而做出反應(yīng).
所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解該位移測量裝置絕非必須由兩個部 件組成.實際上，根據(jù)笫一變型，這些裝置可限于位置測量裝置，而 在笫二變型中，相反地，這些裝置可限于速度測量裝置.還應(yīng)該意識 到所屬領(lǐng)域技術(shù)人員易于在不偏離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明 的保護范閨的情況下，對說明書中描述的本發(fā)明的多個實施例作出多 種改變和/或改進.
1權(quán)利要求
1、一種包括致動器(10)的靜電馬達(5)，所述致動器(10)包括固定電極結(jié)構(gòu)(24)和活動電極結(jié)構(gòu)(26)，所述活動電極結(jié)構(gòu)被設(shè)置以便在被施加于所述電極結(jié)構(gòu)(24、26)之間的靜電力的效應(yīng)下從被稱作靜止位置的第一位置向被稱作完全位移位置的第二位置進行循環(huán)移動，且隨后在沒有所述靜電力的情況下返回所述靜止位置，所述馬達(5)進一步包括并勵裝置，所述并勵裝置被連接在所述固定電極結(jié)構(gòu)(24)與所述活動電極結(jié)構(gòu)(26)之間，從而使得一旦所述活動電極結(jié)構(gòu)(26)到達所述完全位移位置，則對所述電度結(jié)構(gòu)進行循環(huán)放電從而去除所述靜電力，且所述馬達(5)進一步包括發(fā)生器(8)，所述發(fā)生器(8)被連接在所述固定電極結(jié)構(gòu)(24)與所述活動電極結(jié)構(gòu)(26)之間，從而通過在所述活動電極(26)位于所述靜止位置處時開始進行充電的方式對所述電極結(jié)構(gòu)進行循環(huán)充電，所述電極結(jié)構(gòu)所具有的靜電電容(CComb)作為所述活動電極結(jié)構(gòu)(26)沿所述完全位移位置的方向行進離開所述靜止位置的路徑的嚴格遞增函數(shù)而進行變化，所述馬達(5)的特征在于，所述發(fā)生器(8)是用于產(chǎn)生確定電位差(UD)的電壓發(fā)生器(8)，且其特征在于，一旦所述發(fā)生器(8)已將為了完成循環(huán)同時以足夠的速度驅(qū)動所述馬達(5)所需的靜電能量供應(yīng)給所述致動器，則所述發(fā)生器(8)停止對所述電極結(jié)構(gòu)的充電，即所述發(fā)生器(8)在所述活動電極結(jié)構(gòu)(26)已到達所述完全位移位置之前停止充電。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電馬達，其特征在于，所述靜電馬達 包括用于控制所述致動器(10)的功率供應(yīng)的調(diào)節(jié)裝置(7),且其特 征在于，所述調(diào)節(jié)裝置被設(shè)置以便在所述活動電極結(jié)構(gòu)(26)大約位 于優(yōu)化位置處時使所述發(fā)生器(8)停止對所述電極結(jié)構(gòu)(24、 26)充 電，在所述優(yōu)化位置處，所述電極結(jié)構(gòu)的所述電容(Cc。,J等于
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電馬達，其特征在于，所述靜電馬達 包括用于測量所述活動電極結(jié)構(gòu)的位移的裝置，且其特征在于，所述 電壓發(fā)生器(8)可在多個預(yù)定輸出電壓(UD)之間進行選擇性切換， 且其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(7)被設(shè)置從而使得當所述活動電極 結(jié)構(gòu)(26)在循環(huán)結(jié)束時并未到達所述完全位移位置時，通過所述調(diào)節(jié)裝置對所述電壓發(fā)生器(8)進行控制從而選擇更高的輸出電壓.
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜電馬達，其特征在于，用于所述活動 電極結(jié)構(gòu)(26)的所述位移測量裝置被設(shè)置以便測量所迷活動電極結(jié) 構(gòu)的速度，且其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(7)被設(shè)置從而使得如果 所測得的活動電極結(jié)構(gòu)速度過低，則通過所述調(diào)節(jié)裝置使所述電壓發(fā) 生器(8 )在超出所述優(yōu)化位置的情況下延長對所述電極結(jié)構(gòu)(24、 26 ) 進行充電的階段，以便防止為達到所述完全位移位置所需的時間過長.
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜電馬達，其特征在于，用于所迷活動 電極結(jié)構(gòu)(26)的所述位移測量裝置被設(shè)置以便測量所迷活動電極結(jié) 構(gòu)的位置，且其特征在于，所述調(diào)節(jié)裝置(7)被設(shè)置從而使得如果 所述活動電極結(jié)構(gòu)(26)的靜止位置與測量位置之間的距離小于閾值， 則通過所述調(diào)節(jié)裝置使所述電壓發(fā)生器(8)在超出所述優(yōu)化位置的情 況下延長對所述電極結(jié)構(gòu)(24、 26)進行充電的階段，以便防止為達 到所述完全位移位置所需的時間過長.
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜電馬達，其特征在于，所述電壓發(fā)生 器(8)是電荷泵，所述電荷泵通過所述調(diào)節(jié)裝置(7)斷開連接以便 中斷所述致動器(10)的充電階段，
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜電馬達，其特征在于，由所述電壓發(fā) 生器(8)供應(yīng)的電壓(UD)可在至少四個電壓電平之間進行切換.
8、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的靜電馬達，其特征在于，所 述致動器(10)是交叉指型梳狀致動器.
9、 包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的靜電馬達的手表.
全文摘要
靜電馬達包括靜電致動器(10)和用于通過足以驅(qū)動所述馬達的能量對所述致動器進行致動的脈沖發(fā)生器(7、8)，所述脈沖發(fā)生器適于確定脈沖電壓電平(U_D)和縮短的脈沖持續(xù)時間，所述脈沖持續(xù)時間與該確定的電壓電平(U_D)和為驅(qū)動所述馬達所需的電能之間存在函數(shù)關(guān)系，且所述脈沖持續(xù)時間與所述致動器的寄生電容(C_P)和最大電容(C_{act_n})之間存在函數(shù)關(guān)系，以便降低致動器中的靜電損失。
文檔編號H02N1/00GK101677221SQ20091017351
公開日2010年3月24日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者M·比西格 申請人:伊塔瑞士鐘表制造股份有限公司