Thiết kế chế tạo vi động cơ quay kiểu điện nhiệt dựa trên công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) (NCKH)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ CHẾ TẠO VI ĐỘNG CƠ QUAY KIỂU ĐIỆN NHIỆT
DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ VI CƠ ĐIỆN TỬ (MEMS)

Mã số: ĐH2015-TN02-07

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Tiến Dũng

Thái Nguyên, Tháng 6/ 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC
THIẾT KẾ CHẾ TẠO VI ĐỘNG CƠ QUAY KIỂU ĐIỆN NHIỆT
DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ VI CƠ ĐIỆN TỬ (MEMS)

Mã số: ĐH2015-TN02-07

Xác nhận của cơ quan chủ trì
KT. HIỆU TRƯỞNG
PHÓ HIỆU TRƯỞNG

Chủ nhiệm đề tài

PGS.TS. Vũ Ngọc Pi

ThS. Nguyễn Tiến Dũng

Thái Nguyên, Tháng 6/2018


i

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

I. Danh sách các thành viên thực hiện đề tài
● PGS.TS. Phạm Hồng Phúc - Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và robot, viện Cơ khí,
trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
● ThS. Nguyễn Trung Thành - Viện nghiên cứu Công nghệ cao về Kỹ thuật Công
nghiệp, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên.
● ThS. Đinh Quang Ninh - Trung tâm Thực nghiệm, trường Đại học Kỹ thuật Công
nghiệp, Đại học Thái Nguyên.
● ThS. Trần Huy Điệp - Trung tâm Thực nghiệm, trường Đại học Kỹ thuật Công
nghiệp, Đại học Thái Nguyên.
II. Các đơn vị phối hợp thực hiện
● Bộ môn cơ sở thiết kế máy và Robot, viện Cơ khí, trường Đại học Bách khoa Hà Nội
(Người đại diện: TS. Vũ Lê Huy).
● Viện Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, trường Đại học Bách khoa Hà Nội
(Người đại diện: PGS.TS. Nguyễn Quang Địch).
● Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học vật liệu, trường Đại học Bách khoa Hà Nội
(Người đại diện: GS.TS. Nguyễn Văn Hiếu).

ii

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ ...................................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU................................................................................................. x
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................... xi
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................................ xii
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS.............................................................. xiv
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết............................................................................................................. 1
2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................................... 1
3. Nội dung nghiên cứu: Báo cáo tổng kết gồm các nội dung chính như sau ........... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VI ĐỘNG CƠ ............................................................... 2
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐỘNG CƠ (MICRO MOTOR) ......................... 2
1.2. PHÂN LOẠI .......................................................................................................... 2
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .............................. 2
1.3.1. Vi động cơ ứng dụng hiệu ứng tĩnh điện ..........................................................3
a. Động cơ tuyến tính ..................................................................................................3
b. Vi động cơ quay........................................................................................................5
1.3.2. Vi động cơ ứng dụng hiệu ứng điện từ ...........................................................11
a. Vi động cơ tuyến tính ứng dụng hiệu ứng điện từ ................................................11
b. Vi động cơ quay ứng dụng hiệu ứng điện từ ........................................................12
1.3.3. Vi động cơ ứng dụng hiệu ứng giãn nở nhiệt .................................................14
a. Vi động cơ tuyến tính ứng dụng hiệu ứng nhiệt ...................................................15
b. Vi động cơ quay ứng dụng hiệu ứng giãn nở nhiệt ..............................................18
c. Vi động cơ sử dụng hiệu ứng ghi nhớ hình dạng..................................................22

iii

1.3.4. Vi động cơ áp điện ...........................................................................................23
1. 4. NHẬN XÉT CHUNG ........................................................................................ 25
1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .................................................................................... 29
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VI ĐỘNG CƠ .......... 30
2.1. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG .................................................. 30
2.2. TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CHO VI ĐỘNG CƠ ...... 33
2.2.1. Tính toán tốc độ trung bình .............................................................................33
2.2.2. Tính toán nhiệt và chuyển vị của dầm chữ V .................................................33
a. Tính toán nhiệt .....................................................................................................33
b. Tính toán chuyển vị .............................................................................................36
2.2.3. Phân tích lực trong trong quá trình hoạt động của vi động cơ ......................40
a. Quá trình dẫn ........................................................................................................... 40
b. Quá trình hồi vị .......................................................................................................44
2.3. CẢI TIẾN CƠ CẤU DẪN ĐỘNG CỦA VI ĐỘNG CƠ .................................. 46
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .................................................................................... 47
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG CÁC KẾT
CẤU TRONG ANSYS MULTIPHYSICS ...................................................................... 50
3.1. MỤC ĐÍCH .......................................................................................................... 50
3.2. MÔ PHỎNG HỆ DẦM CHỮ V ......................................................................... 50
3.2.1. Xây dựng mô hình trong Ansys.......................................................................50
3.2.2. Thiết lập điều kiện biên và đặt điện áp U .......................................................50
3.2.3. Kết quả mô phỏng ............................................................................................51
3.3. MÔ PHỎNG ĐỘ CỨNG CỦA DẦM QUAY CỔ ĐÀN HỒI ......................... 53
3.3.1. Mô hình bài toán...............................................................................................53
3.3.2. Mô phỏng độ cứng dầm quay cổ đàn hồi trong Ansys Multiphysics............54
3.4. MÔ PHỎNG ĐỘ CỨNG CỦA CỔ THANH DẪN RĂNG CÓC.................... 55

iv

3.4.1. Mô hình bài toán...............................................................................................55
3.4.2. Mô phỏng độ cứng cổ thanh dẫn răng cóc trong Ansys Multiphysics ..........56
3.5. MÔ PHỎNG ĐỘ CỨNG CỦA LÒ XO ĐÀN HỒI .......................................... 57
3.5.1. Mô hình bài toán...............................................................................................57
3.5.2. Mô phỏng độ cứng của lò xo đàn hồi trong Ansys Multiphysics..................58
3.6. MÔ PHỎNG ĐỘ CỨNG CỦA CƠ CẤU CHỐNG ĐẢO ................................ 59
3.6.1. Mô hình bài toán...............................................................................................59
3.6.2. Mô phỏng độ cứng của cơ cấu chống đảo trong Ansys Multiphysics ..........59
3.7. ĐÁNH GIÁ CÁC SAI SỐ VÀ NHẬN XÉT ..................................................... 61
3.8. MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH VA CHẠM TRONG VI ĐỘNG
CƠ ..............................................................................................................................63
3.8.1. Mô hình cơ học của vi động cơ .......................................................................63
3.8.2. Mô phỏng và nhận xét......................................................................................65
3.9. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .................................................................................... 73
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG QUY TRÌNH VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM VI ĐỘNG
CƠ ....................................................................................................................................... 74
4.1. TỔNG QUAN VỀ MEMS CÁC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ............................ 74
4.1.1. Công nghệ MEMS ............................................................................................74
4.1.2. Các công nghệ chế tạo MEMS ........................................................................75
4.2. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VI CƠ KHỐI ................................................ 78
4.2.1. Thiết kế mặt nạ .................................................................................................78
4.2.2.Thiết lập quy trình gia công ..............................................................................79
4.3. XỬ LÝ, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ........................................................................ 93
4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 .................................................................................... 95
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA VI ĐỘNG CƠ .......... 96
5.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO VI ĐỘNG CƠ ........................... 96

v

5.1.1 Mô hình toán học của dầm đơn ........................................................................96
5.1.2. Mô hình toán học của hệ n dầm song song .....................................................97
5.2. MÔ PHỎNG ĐỐI TƯỢNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK ..... 99
5.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 5 .................................................................................. 103
5.4. KẾT LUẬN CHUNG ........................................................................................ 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 105


vi

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Bộ kích hoạt kiểu răng lược và ứng dụng - James J. Allen [2005] ................. 3
Hình 1.2: Hoạt động của một mô tơ bước tuyến tính - N.R. Tas [1997] ........................ 4
Hình 1.3: Cơ cấu kẹp đẩy sử dụng bộ kích hoạt tĩnh điện - N.R. Tas [1997] .................. 5
Hình 1.4: Động cơ quay sử dụng bộ kích hoạt dạng sâu đo - Firas N. Sammoura.......... 6
Hình 1.5: Nguyên lý làm việc của vi động cơ tĩnh điện - Humberto Ferreira Vinhais,
al... [2006] ............................................................................................................................ 7
Hình 1.6: Nguyên lý làm việc của động cơ bước 3 pha - Edin Sarajlic [2010] .............. 8
Hình 1.7: Hình ảnh chế tạo của động cơ bước 3 pha - Edin Sarajlic [2010] .................. 9
Hình 1.8: Vi động cơ răng cóc xoắn - Firas N. Sammoura .............................................. 9
Hình 1.9: Cấu tạo vi động cơ quay (Micro rotational motor) - Phạm Hồng Phúc [2012]
............................................................................................................................................. 10
Hình 1.10: Vi động cơ điện từ tuyến tính - Chia-Yen Lee [2008].................................. 11
Hình 1.11. Một loại vi động cơ từ tuyến - Ki Hoon Kim [2012]................................... 12
Hình 1.12 Hoạt động mô tơ quay điện từ ngoài - Chang Liu [2011] ............................. 13
Hình 1.13: Vi động cơ 4 pha ứng dụng hiệu ứng điện từ - Đặng Phước Vinh [2013] .. 14
Hình 1.14: Bộ kích hoạt dầm chữ X - Chengkuo Lee [2005] ....................................... 15
Hình 1.15: Bộ kích hoạt dầm chữ Z - Yong Zhu [2012] ................................................. 15

Hình 1.16: Bộ kích hoạt hình chữ V (V-shaped actuator) - Y.Lai [2004] .................... 16
Hình 1.17: Vi động cơ tuyến tính sử dụng bộ kích hoạt nhiệt điện dạng chữ V -John M
Maloney [2004] .................................................................................................................. 17
Hình 1.18: Vi động cơ chuyển động kẹp đẩy dạng sâu đo - Jae-Sung Park [2001] ...... 18
Hình 1.19: Vi động cơ lắc sử dụng hiệu ứng nhiệt - Mathew Stevenson [2007]........... 18
Hình 1.20: Vi động cơ quay nhiệt dùng dầm chịu uốn Jae SungPark [2000] ............... 19
Hình 1.21: Hot/cold arm thermal actuator (one hot arm) - H. Guckel [1992] ............... 21
Hình 1.22: Hot/cold arm thermal actuator (two hot arm) - David M. Burns [1997] ..... 21


vii

Hình 1.23: bộ kích hoạt (a), vi động cơ tuyến tính (b), vi động cơ quay (c) - Ali Khiat
[2012].................................................................................................................................. 22
Hình 1.24: Sơ đồ bộ kích hoạt sử dụng hiệu ứng ghi nhớ hình dạng ............................. 23
Hình 1.25: Bộ kích hoạt và vi robot - Young Pyo Lee [2004] ........................................ 23
Hình 1.26: Vi mô tơ áp điện tuyến tính đề xuất bởi Kurasawa [2006] .......................... 24
Hình 2.1: Bộ kích hoạt điện nhiệt dạng chữ V................................................................. 30
Hình 2.2: Cấu tạo vi động cơ quay sử dụng các bộ kích hoạt điện nhiệt dạng chữ V... 30
Hình 2.3: Cơ cấu truyền chuyển động .............................................................................. 31
Hình 2.4: Cấu tạo cơ cấu chống đảo chiều ....................................................................... 31
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho vi động cơ ........................................................ 32
Hình 2.6: Điều kiện biên cho dầm .................................................................................... 34
Hình 2.7: Đồ thị mối quan hệ giữa nhiệt độ Tmax và điện áp U .................................... 36
Hình 2.8: Đồ thị mối quan hệ giữa nhiệt độ Tavg và điện áp U ..................................... 36
Hình 2.9: Đồ thị mối quan hệ giữa  L và điện áp U ..................................................... 37
Hình 2.11: Đồ thị mối quan hệ giữa D và điện áp U .................................................... 38
Hình 2.10: Sơ đồ tính chuyển vị của dầm chữ V ............................................................. 38
Hình 2.12: Sơ đồ tính lực dầm chữ V ............................................................................... 39
Hình 2.13: Sơ đồ tính lực dẫn động .................................................................................. 40

Hình 2.14: Kết quả chuyển vị của dầm chữ V ................................................................. 41
Hình 2 15: Sơ đồ tính chuyển vị  .................................................................................. 42
Hình 2.16: Phân tích lực chu kỳ dẫn động ....................................................................... 42
Hình 2.17: Sơ đồ phân tích lực chu kỳ hồi vị .................................................................. 45
Hình 2.18: Sơ đồ cấu tạo vi động cơ cải tiến ................................................................... 47
Hình 2.19: Đồ thị mối quan hệ giữa D và chiều rộng dầm b ..................................... 49
Hình 3.1: Xây dựng mô hình và chia lưới bộ kích hoạt nhiệt dầm chữ V trong Ansys
Multiphysics ....................................................................................................................... 50


viii

Hình 3.2: Chuyển vị của đỉnh dầm chữ V ứng với điện áp U =25 V ............................. 51
Hình 3.3: Quan hệ kết quả mô phỏng chuyển vị của đỉnh dầm chữ V và điện áp U..... 51
Hình 3.4: Nhiệt độ phân bố trên dầm chữ V ứng với điện áp U =20 (V)....................... 52
Hình 3.5: Đồ thị kết quả mô phỏng nhiệt độ Tmax của dầm chữ V và điện áp U ........... 52
Hình 3.6: Ứng suất trên dầm chữ V ứng với điện áp U =25 (V) .................................... 53
Hình 3.7: Mô hình bài toán mô phỏng độ cứng của dầm quay cổ đàn hồi .................... 54
Hình 3.8: Xây dưng mô hình và chia lưới trong Ansys Multiphysics ............................ 54
Hình 3.9: Chuyển vị của dầm quay đàn hồi ..................................................................... 54
Hình 3.10: Ứng suất tại cổ dầm với bước nhảy i=2......................................................... 55
Hình 3.11: Mô hình bài toán mô phỏng độ cứng của cổ thanh răng cóc dẫn................. 56
Hình 3.12: Chia lưới mô hình thanh răng cóc dẫn trong Ansys Multiphysics............... 56
Hình 3.13: Kết quả mô phỏng chuyển vị của thanh dẫn răng cóc .................................. 57
Hình 3.14: Kết quả mô phỏng ứng suất cổ thanh dẫn răng cóc ...................................... 57
Hình 2.15: Mô hình bài toán mô phỏng độ cứng của lò xo đàn hồi ............................... 58
Hình 3.16: Chia lưới mô hình lò xo đàn hồi trong Ansys Multiphysics ........................ 58
Hình 3.17: Kết quả mô phỏng chuyển vị của lò xo đàn hồi ............................................ 58
Hình 3.18: Kết quả mô phỏng ứng suất của lò xo đàn hồi .............................................. 59
Hình 3.19: Mô hình bài toán mô phỏng độ cứng của cơ cấu chống đảo ........................ 59

Hình 3.20: Chia lưới mô hình cơ cấu chống đảo trong Ansys Multiphysics ................. 60
Hình 3.21: Kết quả mô phỏng chuyển vị của cơ cấu chống đảo..................................... 60
Hình 3.22: Kết quả mô phỏng ứng suất của cơ cấu chống đảo ....................................... 61
Hình 3.23: Đồ thị so sánh kết quả giữa tính toán và mô phỏng chuyển vị D của dầm
chữ V ứng với điện áp đầu vào U ..................................................................................... 62
Hình 3.24: Đồ thị so sánh kết quả giữa tính toán và mô phỏng nhiệt độ Tmax của dầm
chữ V ứng với điện áp đầu vào U ..................................................................................... 62
Hình 3.25: Sơ đồ nguyên lý vi động cơ ............................................................................ 63


ix

Hình 3.26: Mô hình hóa trên ANSYS .............................................................................. 65
Hình 3.27: Lưới tại vùng va chạm giữa thanh răng dẫn và vành răng, kích thước lưới
0,0125µm............................................................................................................................ 66
Hình 3.28: Các điều kiện biên và điều kiện lực trong quá trình dẫn .............................. 67
Hình 3.29: Các vị trí tiếp xúc dự đoán ............................................................................. 67
Hình 3.30: Phản lực trên thanh chống đảo ....................................................................... 68
Hình 3.31: Ứng suất xuất hiện trên mặt răng ................................................................... 69
Hình 3.32: Ứng suất trên cổ đàn hồi O ............................................................................. 69
Hình 3.33: Điều kiện biên trong quá trình hồi vị ............................................................. 70
Hình 3.34: Phản lực trên mặt thanh răng khi hồi vị ......................................................... 71
Hình 3.35: Ứng suất trên mặt răng dẫn ............................................................................ 71
Hình 4.1: Kích thước của thiết bị MEMS trong tương quan đơn vị mét........................ 74
- Mohamed Gad-el-Hak,2002 ........................................................................................... 74
Hình 4.2: Chip gắn các thiết bị MEMS ............................................................................ 75
Hình 4.3: Một ví dụ về công nghệ vi cơ khối .................................................................. 76
Hình 4.4: Mô tả quy trình công nghệ vi cơ bề mặt .......................................................... 76
Hình 4.5: Các bước trong quy trình công nghệ LIGA..................................................... 77
Hình 4.6: Thiết kế tổng thể mặt nạ và các modul vi động cơ ......................................... 79

Hình 4.7: Cấu tạo và các bộ phận cơ bản của vi động cơ kiểu 1 .................................... 80
Hình 4.8: Cấu tạo và các bộ phận cơ bản của vi động cơ kiểu 2 .................................... 80
Hình 4.9: Tóm tắt quy trình chế tạo vi động cơ ............................................................... 81
Hình 4.10: Phiến silic kép SOI.......................................................................................... 82
Hình 4.11: Quá trình quang khắc - www.bs.ac/physics/fabrication ................................ 82
Hình 4.12: Quá trình định dạng cấu trúc trên phiến SOI................................................. 83
Hình 4.13: Quá trình ăn mòn khô D-RIE ......................................................................... 85
Hình 4.14: Quá trình ăn mòn trong hơi axit HF ........................................................... 86


x

Hình 4.15: Linh kiện thu được sau quá trình ăn mòn trong hơi axit HF ........................ 86
Hình 4.16: Tóm tắt quá trình chuẩn bị ............................................................................. 87
Hình 4.17: Tóm tắt quá trình quang khắc ........................................................................ 88
Hình 4.18: Hệ thống máy quang khắc tại đại học Ritsumeikan...................................... 89
Hình 4.19: Hệ thống máy quang khắc tại ITIMS............................................................. 89
Hình 4.20: Ăn mòn khô sâu DRIE.................................................................................... 90
Hình 4.21: Tóm tắt quá trình cắt chíp và làm sạch .......................................................... 91
Hình 4.22: Sơ đồ bố trí hệ thống ăn mòn hơi HF ........................................................... 92
Hình 4.23: Hình ảnh chụp SEM của vi động cơ kiểu 1 ................................................... 93
Hình 4.24: Hình ảnh chụp SEM của vi động cơ kiểu 2 (cải tiến) ................................... 94
Hình 4.25: Hình ảnh của vi động cơ sau khi HF, bonding và chuẩn bị đo đạc.............. 94
Hình 5.1: Cấu tạo và nguyên lý cấp nguồn dầm đơn....................................................... 96
Hình 5.2: Chuyển vị theo phương thẳng đứng của dầm đơn .......................................... 99
Hình 5.3: Dạng điện áp nguồn ........................................................................................ 100
Hình 5.4: Kết quả mô phỏng nhiệt độ của các dầm đơn ............................................... 101
Hình 5.5: Kết quả mô phỏng nhiệt độ của các dầm xương cá ...................................... 101
Hình 5.6: Kết quả mô phỏng nhiệt độ của các dầm đơn ứng với điện áp dạng xung
vuông, biên độ 20V, tần số 10Hz.................................................................................... 102

Hình 5.7: Kết quả mô phỏng nhiệt độ của các dầm đơn ứng với điện áp dạng xung
vuông, biên độ 20V, tần số 20Hz.................................................................................... 102

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: So sánh các thông số của một số vi động cơ...................................................25
Bảng 2.1: Độ dẫn nhiệt của vật liệu silicon ứng với nhiệt độ trên 200 K ......................35
Bảng 2.2: Bảng thông số tính toán lực nhiệt dầm chữ V ứng với điện áp từ 5  25 (V)
.............................................................................................................................................39


xi

Bảng 3.1: Kết quả mô phỏng chuyển vị và ứng suất của cổ dầm đàn hồi......................55
Bảng 3.2: Thông số hình học cơ bản của vi động cơ.......................................................64
Bảng 3.3: Lựa chọn kích thước lưới .................................................................................66
Bảng 3.4: Phản lực trên mặt thanh răng chống đảo kỳ dẫn .............................................68
Bảng 3.5: Phản lực lớn nhất xuất hiện trên mặt răng cóc dẫn trong kỳ dẫn ..................70
Bảng 3.6: Lực ma sát trên mặt răng dẫn trong kỳ hồi về ................................................71
Bảng 5.1: Các thông số hình học cơ bản của bộ kích hoạt..............................................99
Bảng 5.2: Các thông số đặc tính cơ bản của vật liệu .....................................................100
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT

Từ viết tắt

1

DRIE

Ý nghĩa tiếng Anh

Deep Reactive Ion Etching

Ý nghĩa tiếng Việt
Công nghệ ăn mòn hoạt hóa
sâu

2

ECA

Electrostatic Comb-drive

Bộ kích hoạt răng lược

Actuator
3

GCA

4

IC

5

MEMS

Gap Closing Actuator

Bộ kích hoạt khe hở kín

Intergrated-Circuit

Mạch điện tử

Micro-electro-mechanical

Hệ thống vi cơ

System
6

LIGA

Lithgraphie Galvanofruning und

Công nghệ quang khắc

Abformung
7

SEM

Scanning Electron Microscope

Kính hiển vi điện tử quét

8

SOI

Silicon-on-Insulator -

Phiến Silic kép

9

SMA

Shape Memory Alloy

Hợp kim định hình


xii

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung
- Tên đề tài: Thiết kế chế tạo vi động cơ quay kiểu điện nhiệt dựa trên công
nghệ vi cơ điện tử (MEMS).
- Mã số: ĐH2015-TN02-07
- Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Tiến Dũng
- Tổ chức chủ trì: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên.
- Thời gian thực hiện: từ tháng 4/2015 đến tháng 12/2017
2. Mục tiêu
Nghiên cứu chế tạo ít nhất 1 mẫu vi động cơ quay đường kính khoảng 23 mm
dựa trên nguyên lý giãn nở nhiệt, công suất cỡ vài mW. Xây dựng mô hình thực hiện

mô phỏng trên các phần mềm chuyên dụng như (Ansys, Matlab...).
3. Tính mới và sáng tạo
- Nghiên cứu, đề xuất mẫu vi động cơ quay 1 chiều có kết cấu mới lạ, sử dụng
các bộ kích hoạt điện nhiệt dạng chữ V, chưa từng có tác giả công bố trước đó.
- Phân tích động lực học và mô phỏng nhằm tìm ra các kích thước tối ưu
- Xây dựng quy trình chế tạo các vi động cơ phù hợp với điều kiện trang thiết bị
tại cơ sở nghiên cứu và phù hợp với quy trình thiết kế các thiết bị MEMS tiêu chuẩn.
- Xây dựng mô hình toán học cho đối tượng mới, phục vụ công tác nghiên cứu,
thiết kế các hệ điều khiển và khảo sát các đặc tính chất lượng sau này.
4. Kết quả nghiên cứu
Đề tài đã tính toán, thiết kế 02 mẫu vi động cơ quay có đường kính cơ bản
2,5mm, được đặt trên các chíp 5x5mm. Theo tính toán ban đầu điện áp dẫn tối thiểu
tương ứng với 2 mẫu động cơ này là 17,5V và 16V. Các kết quả mô phỏng trên phần
mềm ANSYS MULTIPHYSICS tương đối sát với kết quả tính toán giải tích, điều đó
khẳng định việc xác định các thông số và phương pháp tính toán là phù hợp. Các mẫu
Vi động cơ được chế tạo từ phiến silic kép (SOI), bằng phương pháp gia công vi cơ
khối (Bulk – micromachining), sử dụng 1 mặt nạ (single mask). Ưu điểm nổi bật của


xiii

các vi động cơ này là tiêu thụ năng lượng ít (điện áp dẫn động thấp), hệ thống điều
khiển đơn giản, có thể chế tạo hàng loạt dễ dàng dựa trên công nghệ vi cơ khối (Bulkmicromachining).
5. Sản phẩm
5.1. Sản phẩm khoa học
[1]. Phuc Pham Hong, Lam Dang Bao, Duzng Nguyen Tien, Dich Nguyen Quang
(2015), "A micro transmission system based on combination of micro elastic
structures and ratchet mechanism", Microsystem Technologies Micro- and
Nanosystems Information Storage and Processing Systems, 21(11), November
2015 (Published online).

[2]. Nguyen Tien Duzng (2018), "Modeling and Simulation of V-Shaped Thermal
Actuator", American Journal of Engineering Research (AJER), 7(4), pp. 222227.
● Có 02 bài báo đăng trên các Tạp chí trong nước
[1]. Nguyễn Tiến Dũng, Phạm Hồng Phúc, Nguyễn Quang Địch (2015), “Thiết kế, chế
tạo thử vi động cơ đường kính 2,5mm dựa trên công nghệ MEMS”, Tạp chí
khoa học và công nghệ các trường Đại học Kỹ thuật; 108, tr. 26-32.
[2]. Nguyễn Tiến Dũng, Lê Anh Tuấn, Phạm Hồng Phúc, Nguyễn Quang Địch (2016),
"Phân tích quá trình va chạm trong vi động cơ điện - nhiệt dùng phương pháp
mô phỏng tức thời", Tạp chí khoa học và công nghệ các trường Đại học Kỹ
thuật, 110, tr. 91-97.
● Có 02 báo cáo tại các Hội nghị trong nước
[1]. Nguyễn Tiến Dũng, Phạm Hồng Phúc, Nguyễn Quang Địch (2015), "Cải tiến và
mô phỏng vi động cơ quay kiểu điện nhiệt", Hội nghị toàn quốc về Kỹ thuật
điều khiển và Tự động hóa lần thứ 3 (VCCA 2015), 28-29/11/2015, Đại học
Thái Nguyên, tr. 496-501.
[2]. Nguyễn Tiến Dũng, Phạm Hồng Phúc; Nguyễn Quang Địch (2016), "Mô hình hóa
và mô phỏng bộ kích hoạt điện nhiệt dạng chữ V", Hội nghị khoa học toàn
quốc lần thứ 2 về Cơ kỹ thuật và Tự động hóa, ngày 7-8/10/2016, trường Đại
học Bách khoa Hà Nội, tr. 48-51.
5.2 Sản phẩm đào tạo: 03 chuyên đề luận án tiến sĩ đã được thông qua hội đồng
- Chuyên đề 1: Tính toán và mô phỏng động lực học cho vi động cơ
- Chuyên đề 2: Xây dựng quy trình và chế tạo thử nghiệm vi động cơ
- Chuyên đề 3: Xây dựng mô hình toán học của vi động cơ


xiv

5.3. Sản phẩm ứng dụng
- 02 mẫu vi động cơ phục vụ các nghiên cứu tiếp theo
- 01 Quy trình chế tạo, dựa trên quy trình chế tạo MEMS tiêu chuẩn

- 01 Bản báo cáo Tài liệu tham khảo cho sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh
khối ngành Cơ điện tử.
6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của
kết quả nghiên cứu
- Phục vụ công tác nghiên cứu khoa học và đào tạo Sau đại học tại Đại học Thái
Nguyên và Đại học Bách khoa Hà Nội.
- Tăng cường hợp tác nghiên cứu khoa học giữa các cán bộ thuộc các trường đại học,
các viện nghiên cứu
- Tăng cường năng lực nghiên cứu của nhóm nghiên cứu
- Tài liệu tham khảo trong lĩnh vực vi cơ điện tử cho sinh viên, học viên cao học và
nghiên cứu sinh
Thái Nguyên, Ngày 05 tháng 06 năm 2018
Cơ quan chủ trì
KT. HIỆU TRƯỞNG
PHÓ HIỆU TRƯỞNG

Chủ nhiệm đề tài

PGS.TS. Vũ Ngọc Pi

ThS. Nguyễn Tiến Dũng


xv

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information
Project title: Design and fabrication the micro rotational motor on micro
electro mechanical system (MEMS) technology.
Code number: DH2015-TN02-07

Coordinator: MA. Nguyen Tien Dung
Implementing institution: TNU - Thai Nguyen University of Technology.
Duration: from 4/2015 to 12/2017
2. Objective(s): Design and Fabrication a micro Rotational motor using V-shaped
electro-thermal actuators about 2-3 mm -Diameter, some mW - capacity. The motor
has been Modelling and Simulation with Ansys and Matlab software.
3. Creativeness and innovativeness
- Design a Novel rotational motors utilizing V-shaped electrothermal actuators
- Analysis of dynamics and simulation to find the optimal geometric parameters
- Experiment and give a fabrication process the micro motor, based on the standard
MEMS fabrication process and Equipment conditions at the research laboratory
- Modeling new object for further researches (controller design, quality survey...)
4. Research results: This project presents a design, simulation and fabrication of 2
micro rotational motors

with outer diameter of 2.5mm utilizing V-shaped

electrothermal actuators. Calculation of the structure and the acting force in 2 types
motor confirmed a minimum driving voltage are 17.5V and 16V. Simulation results on
ANSYS MULTIPHYSICS software are relatively close to the results of analytical
calculations, which confirms that the determination of parameters and methods of
calculation is appropriate. Micro rotational motors are fabricated by a standard MEMS
technology using SOI (Silicon On Insulator) wafer and only one mask. These motors
have a low power consumption (low driving voltage) but larger output tourque, simple
control and batch fabrication based on the bulk-micromachining technology.
5. Products
5.1. Scientific publictions


xvi

● There are 02 published papers in International journals
[1]. Phuc Pham Hong, Lam Dang Bao, Duzng Nguyen Tien, Dich Nguyen Quang
(2015), "A micro transmission system based on combination of micro elastic
structures and ratchet mechanism", Microsystem Technologies Micro- and
Nanosystems Information Storage and Processing Systems, 21(11), November
2015 (Published online).
[2]. Nguyen Tien Duzng (2018), "Modeling and Simulation of V-Shaped Thermal
Actuator", American Journal of Engineering Research (AJER), 7(4), pp. 222227.
● There are 02 published papers in National scientific journals
[1]. Nguyen Tien Duzng, Pham Hong Phuc, Nguyen Quang Dich (2015), "Design and
fabrication of a 2.5mm-diameter micro rotational motor based on MEMS
technology", Journal of Science & Technology Technical Universities, 108, pp.
26-32.
[2]. Nguyen Tien Duzng, Le Anh Tuan, Pham Hong Phuc, Nguyen Quang Dich
(2016), "Analysis of impact processes in an electro-thermal micro motor using
transient simulation", Journal of Science & Technology Technical Universities;
110, pp. 091-097.
● There are 02 published papers in National scientific conferences
[1]. Nguyen Tien Duzng, Pham Hong Phuc, Nguyen Quang Dich (2015),
"Improvement and simulation of the electro–thermal micro motor", The 3rd
Vietnam Conference on Control anh Automation (VCCA 2015), 2829/11/2015, Thai Nguyen University, Vietnam, pp. 496-501.
[2]. Nguyen Tien Duzng, Pham Hong Phuc, Nguyen Quang Dich (2016), "Modeling
The V-Shaped Thermal Actuator", The 2nd National Scientific Conference on
Mechanical Engineering and Automation, October, 7-8/10/2016, Hanoi
University of Science and Technology, pp. 48-51.
5.2. Training results: 03 topics in PhD theses
- The first topic: Design and dynamic simulations the micro motor
- The second topic: Experiment and give a fabrication process the micro motor
- The third topic: Modeling The Micro motor

5.3. Application products
- 02 micro rotational motor for further researches


xvii

- 01 manufacturing process, based on the standard MEMS fabrication process
- The Report is a referec for students, graduate students in MEMS Technnology
6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research
results
- Being beneficial to the scientific research and postgraduate educatio and training at
Thai Nguyen University and Hanoi University of Science and Technology.
- Strengthening scientific research cooperation among officials of universities and
research institutes.
- Strengthening the research ability of the project team.
- The Report is a referec for students, graduate students in MEMS Technnology.


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Trong khoảng 15 năm trở lại đây cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ
vi cơ điện tử MEMS (Micro-electro-mechanical System) các nghiên cứu về công nghệ
y sinh, vi robot đang phát triển và mang lại nhiều tiềm năng ứng dụng thực tế. Các vi
robot được dùng trong y học (nhằm lấy mẫu tế bào hoặc vi phẫu), ứng dụng trong các
nghiên cứu về vật liệu mới như gắp/kẹp và vận chuyển các mẫu vật liệu siêu nhỏ (sợi
cacbon nano - CNT, màng mỏng, các chuỗi tế bào...)
Vi động cơ là loại động cơ có kích thước từ micromet đến milimet, chuyển đổi
các tín hiệu vật lý (nhiệt, điện, từ…) thành tín hiệu cơ học (chuyển động thẳng hoặc

quay) chủ yếu dùng trong các khớp của vi robot để dẫn động các chuyển động quay,
tịnh tiến. Việc nghiên cứu, phát triển các vi động cơ ứng dụng trong các hệ thống vi lắp
ráp, vi robot là rất cần thiết và có ý nghĩa lớn trong công nghệ cao thời gian gần đây.
2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu chế tạo ít nhất 1 mẫu vi động cơ quay đường kính khoảng 23 mm
dựa trên nguyên lý giãn nở nhiệt, công suất cỡ vài mW. Xây dựng mô hình thực hiện
mô phỏng trên các phần mềm chuyên dụng như (Ansys, Matlab...).
3. Nội dung nghiên cứu: Báo cáo tổng kết gồm các nội dung chính như sau
Chương 1: Đánh giá tình hình nghiên cứu, chế tạo, tiềm năng ứng dụng của các
vi động cơ trong nước và trên thế giới. Dự báo xu hướng phát triển trong thời gian tới
và năng lực thích ứng, khả năng ứng dụng trong thực tế đối với các vi động cơ sử dụng
hiệu ứng giãn nở nhiệt trong tương lại gần.
Chương 2: Tính toán thiết kế 1 mẫu vi động cơ quay 1 chiều, sử dụng bộ kích
hoạt dạng chữ V. Đưa ra sơ đồ nguyên lý, các tính toán cơ bản, phân tích các ưu nhược
điểm và đề xuất mẫu vi động cơ cải tiến.
Chương 3: Sử dụng phần mềm Ansys tiến hành mô phỏng từng cấu trúc của vi
động cơ nhằm xác định độ cứng của các chi tiết phục vụ tính toán, xác định nhiệt độ,
chuyển vị, ứng suất và so sánh với kết quả tính toán giải tích.
Chương 4: Xây dựng quy trình chế tạo dựa trên quy trình chế tạo các thiết bị
MEMS tiêu chuẩn và các trang thiết bị hiện có tại Viện Đào tạo quốc tế về khoa học
vật liệu (ITIMS), Đại học Bách khoa Hà Nội.
Chương 5: Xây dựng mô hình toán học cho vi động cơ, làm cơ sở để phân tích,
thiết kế hệ điều khiển và tiếp tục khảo sát các đặc tính của vi động cơ.
- Kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu.


2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VI ĐỘNG CƠ
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐỘNG CƠ (MICRO MOTOR)

Động cơ là một thiết bị cung cấp năng lượng và dẫn động hệ thống. Động cơ
được sử dụng rộng rãi trong các máy móc như ô tô, máy công cụ gia công, thiết bị văn
phòng…Vi động cơ là loại động cơ có kích thước cỡ micro mét chuyển đổi tín hiệu vật
lý (nhiệt, điện, từ…) thành chuyển động cơ học (thẳng hoặc quay) dùng trong vi dẫn
động các hệ thống. Hiện nay vi động cơ đã và đang được nghiên cứu với nhiều tiềm
năng ứng dụng trong vi vận chuyển, y sinh, robot sinh học, thiết bị y tế, máy quét chất
lượng cao, thiết bị chuyển mạch quang học cho mạng cáp quang, …
1.2. PHÂN LOẠI
Có nhiều cách phân loại vi động cơ và cũng đã có nhiều tác giả đưa ra các quan
điểm, tiêu chí khác nhau để phân loại [34,46]. Tuy nhiên đại đa số các tác giả đồng ý
phân loại theo các tiêu chí cơ bản như [26]:
+ Theo hiệu ứng kích hoạt ta có vi động cơ tĩnh điện, áp điện, điện từ, giãn nở
nhiệt, sử dụng hợp kim nhớ hình hoặc phối hợp nhiều hiệu ứng khác nhau.
+ Theo chuyển động ta có vi động cơ tuyến tính (chuyển động thẳng), mô tơ
quay (chuyển động quay một chiều hoặc hai chiều) và động cơ phối hợp các chuyển
động trên.
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
Lần đầu tiên mô tơ tĩnh điện (Electrostatic motor) được phát triển vào năm 1967
[46]. Nhưng những động cơ này đã không thu hút được sự nghiên cứu của các nhà
khoa học cho đến thập niên 80 của thế kỷ XX, khi họ bắt đầu chế tạo các thiết bị với
kích thước cỡ micro. Cùng với sự phát triển nhiều công nghệ sản suất mới lan rộng
trong MEMS, đó là cơ hội lớn cho các vi động cơ phát triển. Trong khoảng 15 năm trở
lại đây, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi cơ điện tử (MEMS), các bộ vi
kích hoạt, vi động cơ đã được nghiên cứu, khai thác và ứng dụng rất rộng rãi. Kích
thước và kết cấu ngày càng nhỏ gọn, đơn giản trong khi lực tác động, vận tốc và hiệu
suất ngày càng nâng cao.


3

1.3.1. Vi động cơ ứng dụng hiệu ứng tĩnh điện
Các vi động cơ ứng dụng hiệu ứng tĩnh điện đã phát triển sớm và chiếm ưu thế
trong lĩnh vực thiết kế, ứng dụng trong những năm gần đây. Động cơ bước tĩnh điện
truyền thống với rotor chuyển động tự do quanh trục stator là các điện cực cố định đã
được đề cập đến trong các tài liệu [14, 40,45]. Một kiểu kích hoạt tĩnh điện khác đó là
tạo các dao động điều hòa được sử dụng trong các động cơ lắc (rung) [13,51], ở đó
rotor liện hệ (tiếp xúc) với stators bởi các điểm lăn (điểm tỳ). Năm 1990 Tang công bố
một nghiên cứu về bộ kích hoạt răng lược (ECA) [47]. Cho đến nay. Đã có số lượng
lớn các vi động cơ cũng như vi cơ cấu sử dụng bộ kích hoạt răng lược. Bộ kích hoạt
răng lược có thể sử dụng cho cả vi động cơ tuyến tính [23,39,47] và vi động cơ quay
[12,21,30,33, 36,44]. Nói chung, cơ cấu sử dụng bộ kích hoạt tĩnh điện có hiệu suất cao
hơn nhiều so với bộ kích hoạt nhiệt hoặc từ và dễ chế tạo, tích hợp với các cơ cấu
silicon khác hơn cả bộ kích hoạt áp điện. Dưới đây sẽ giới thiệu nguyên lý làm việc,
các đặc tính cơ bản của một vài mẫu thiết kế tiêu biểu.
a. Động cơ tuyến tính
Nhiều động cơ tĩnh điện tuyến tính được thiết kế dựa vào nguyên lý hoạt động
của bộ kích hoạt kiểu răng lược (comb-driver actuator). Bộ kích hoạt này gồm nhiều
răng đặt song song với nhau và cách đều nhau giống như các bản tụ điện nối song song
với nhau, chúng gồm phần cố định (fixed part) và phần chuyển động (movable part).
Khi được đặt điện vào phần cực, lực tiếp tuyến hoặc pháp tuyến giữa các mặt của bản
tụ được sử dụng tạo ra chuyển động tịnh tiến của động cơ. Hình 1.1 [21] thể hiện ứng
dụng của của bộ kích hoạt này trong các ứng dụng dẫn động chuyển động thẳng.

Hình 1.1: Bộ kích hoạt kiểu răng lược và ứng dụng - James J. Allen [2005]

N.R. Tas [30] đã đề xuất một loại vi động cơ bước dựa trên hiệu ứng tĩnh điện,
nguyên lý hoạt động được thể hiện trên Hình 1.2.


4

Trong pha chuyển động đầu tiên, bộ kích hoạt kẹp (clamp actuator) chuyển động
ngược chiều trục OY kẹp thanh shuttle. Sau đó bộ kích hoạt kéo (pull actuator) kéo
thanh shuttle chuyển động sang phải (theo chiều OX). Trong pha chuyển động tiếp
theo, cặp kích hoạt kẹp-đẩy phía dưới phối hợp nhau tạo ra chuyển vị tịnh tiến tiếp theo
sang phải. Cứ như vậy thanh shuttle chuyển động từng bước nhỏ trên đường thẳng nên
gọi là động cơ bước tuyến tính (hay động cơ sâu đo).

Điện cực cố định

Bộ kích hoạt kẹp

Bộ kích hoạt kéo

Hình 1.2: Hoạt động của một mô tơ bước tuyến tính - N.R. Tas [1997]

Trong ứng dụng của vi động cơ bước tuyến tính này thì bộ kích hoạt kẹp và đẩy
được sử dụng là bộ kích hoạt khe hở kín (gap closing actuator-GCA). Bộ kích hoạt này
thể hiện trên Hình 1.3, kích điện dương vào phần cố định (2) và phần di động (1) nối
đất thì khi đó lực pháp tuyến hút bản tụ thắng lực dầm và kéo xuống (ngược chiều
OY), chuyển động bị chặn bởi phần đỡ (bumper) để tránh chập điện.
Vi động cơ này có ưu điểm là chuyển động ổn định, có công suất dẫn động lớn
và có thể tạo chuyển động hai chiều. Tuy nhiên việc điều khiển động cơ cũng phức tạp
cần phối hợp xung điều khiển bộ kích hoạt kẹp và đẩy linh hoạt.


5

Năm 2001, Richard Yeh [39] đã phát triển loại vi động cơ tuyến tính này với lực
được cải thiện đáng kể (chuyển vị 80m, 260 N ở điện áp 33 V), gia công bề mặt đơn

giản (một mặt nạ).

Hình 1.3: Cơ cấu kẹp đẩy sử dụng bộ kích hoạt tĩnh điện - N.R. Tas [1997]

b. Vi động cơ quay
*. Vi động cơ quay sử dụng bộ kích hoạt dạng sâu đo
Tác giả Firas N. Sammoura (Đại học California) cùng các đồng nghiệp đã thiết
kế, chế tạo, phân tích các đặc tính và khả năng ứng dụng của vi động cơ quay 2 chiều
sử dụng 4 bộ kích hoạt tĩnh điện dạng sâu đo, từng đôi một làm việc đối ngược nhau
tạo chuyển động quay của rotor quanh trục (Hình 1.4) [12]. Vi động cơ được chế tạo
trên nền Silicon-on-Insulator (SOI) bằng công nghệ ăn mòn sâu khô (DRIE). Các kết
quả mô phỏng và thực nghiệm ở điện áp 30V đã cho thấy, với mẫu vi động cơ có kích
thước 1mmx1mmx60µm, đường kính rotor là 200 µm, momen đầu ra là 2.4nN-m, tỷ
trọng momen là.
2.4nN-m/mm2. Tương tự với mẫu vi động cơ có kích thước 750µmx750µmx60µm,
momen đầu ra là 0.8nN-m, và tỷ trọng momen là 1.42nN-m/mm2.


6

Ưu điểm của loại động cơ này là nguyên lý tương đối đơn giản, chuyển động
quay 2 chiều, làm việc với điện áp tương đối nhỏ (30V) đảo chiều quay bằng cách thay
đổi thứ tự cấp xung tới các bộ kẹp – đẩy. Tuy nhiên công nghệ chế tạo tương đối phức
tạp, khó đạt tốc độ cao do phải phối hợp các xung điều khiển giữa các bộ kích hoạt
dạng sâu đo, kết cấu không được nhỏ gọn.

Hình 1.4: Động cơ quay sử dụng bộ kích hoạt dạng sâu đo - Firas N. Sammoura

*) Vi động cơ bước
Tháng 7 năm 2006, Đại học California đã phát triển các mẫu thiết kế cho vi

động cơ trong đó có loại động vơ nhỏ nhất thế giới, động cơ có kích cỡ 500 nm, nhỏ
hơn 300 lần đường kính của sợi tóc [18]. Nguyên lý hoạt động của động cơ này được
dựa trên các lực tĩnh điện giữa các điện cực stator và các răng rotor (điện cực rotor),
như Hình 1.5 cho thấy. Lực này tuân theo chu kỳ chuyển động của các răng rotor. Ta
có thể được xem mối tương quan mỗi răng rotor và stator như hai bản cực của một tụ
điện (hình 1.5). Do chuyển động quay của rotor, vị trí tương đối giữa các điện cực thay
đổi, điện dung giữa chúng thay đổi theo và do đó thay đổi lực điện từ và momen quay
[18].