静电电机理论研究与性能仿真分析

摘要

静电电机不使用磁铁、无需线圈、结构简单、效率高,在微机电系统中有着潜在的应用前景,但目前基于电容可变原理的直线型静电电机还缺乏理论模型.该文以一种双激励直线型静电电机为例,通过求解多层介质情况下的泊松方程和拉普拉斯方程,获得电机内部电场分布情况;继而通过静电能量的虚位移法获得电机推力特性,由此建立起完整的电机数学模型,并计算得到电机动子的推力曲线和最大电场强度数值,该推力曲线可用于指导电机换相系统设计;随后建立电机的二维有限元模型,仿真结果验证了所提数学模型的正确性;最后根据电机各个参数与最大推力的关系并结合Sobol灵敏度分析结论对电机进行优化设计.结果表明,输入电压,介电常数和定、动子导体间距离对电机推力的影响最大,电极宽度对推力的影响最小.据此可指导该类电机的设计.