静电起电机原理(静电起电机工作原理图)

静电马达是利用介质缓和原理或电容可变原理工作的马达。由于不使用磁铁、不需要线圈、结构简单、效率高、容易小型化，特别是微电子马达的平面结构和制造工艺是微电子机械系统(微机电系统，MEMS )器件顶级驱动器、侧驱动器、寸动驱动器、中心销驱动器、金属、法兰驱动器、快门静电型等

静电马达主要由定子板、动子板和绝缘液构成，其结构示意图如图1所示。电极通过基板工艺蚀刻到极板表面。由于静电马达的驱动电压很高，为了避免高压引起的破坏，需要在两个板之间注入绝缘液，同时减小运动时两个板之间的摩擦。

图1静电马达的结构示意图

与超小型旋转型静电马达相比，宏观尺寸的直线型静电马达的研究很少。代表性的是1995年东京大学提出的双激励多相静电驱动(dualexcitationmultiphaseelectrostaticdrive，DEMED )这种新型静电直线电机。

该电机的定子和转子上安装了电极，通过向定子和转子加载电压，可以使转子进行直线运动。转子电极为三相，定子电极为三相，由矩形波电压驱动；通过调节电压的大小和频率可以调节转子的运动速度。该电机只有厘米级大小，推力可达数十n，其移动速度超过1米/秒。

鉴于这一特点，这种类型的直线电机不仅可以应用于微机械领域，还可以应用于位移器和机器人伺服驱动等现有设备。在此基础上，日本学者A. Yamamoto等人为了进一步改良电极的形状，降低因施加电压过高而引起的推力波动，为了使转子平滑移动，有效降低电动机运转时的噪音和振动，提高电动机的运转效率，将电极设为倾斜状

M. Bahoura等人将静电薄膜电机应用于仿生驱动，利用静电薄膜电机和小型灵活的电力传输系统，制造出能够通过自身振动实现前进运动的仿生机器人。

为了分析电动机的性能，雅马哈穆德使用电容网络矩阵分析了所建立的电动机的推力特性。由于DEMED共有6相，因此电动机可以看作6端口网络，6个端口之间通过容量连接，这些容量可以用容量矩阵表示。动子板工作时，静电电容矩阵内的各电容值随着动子位置的变化而变化。电容的变化反映静电能的变化，进而反映推力的变化。

因此，基于电容可变原理的静电电机推力特性可以用电容网络来描述，通过测量电机动子板不同位置的静电电容矩阵，可以推测该位置推力的大小。由于电容器的大小不受外部驱动电路的影响，因此可以通过该方法分析没有连接外部驱动的电机的推力特性。

但是，上述方法是事后的测量方法。目前，关于这种类型的直线静电电机，用于估算机械性能的理论模型还不够。有限元法能够比较准确地得到电动机性能参数，但存在计算时间长的固有缺点，难以得到电动机性能与电动机参数的关系，不适用于电动机优化设计，因此得到了用于估计和优化电动机性能的理论模型

机械结构力学与控制国家重点实验室(南京航空航天大学)研究人员李华峰、xqddx执笔于2021年第6期《电工技术学报》号，以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得到了电机内部的电场分布情况

接着通过静电能的虚拟位移法得到电机的推力特性，从而建立完整的电机数学模型，并计算得到电机转子的推力曲线和最大电场强度的数值，该推力曲线可以指导电机的换相系统的设计；随后建立了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，根据电机各参数与最大推力的关系，结合Sobol灵敏度分析的结论对电机进行优化设计。