تحليل سلوك المحركات القابلة للتحكم بواسطة أسنان المشط في تكوين شبه انعدام التداخل

تستخدم هياكل المشط على نطاق واسع في الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة كعناصر أساسية في المحركات الكهروستاتيكية، وأجهزة الاستشعار السعوية، والرنانات، وجامعات الطاقة. عادةً ما تعمل هذه الهياكل مع تداخل كبير لأسنان المشط، في المنطقة الخطية. هنا، ندرس سلوك المحركات القابلة للتحكم بواسطة المشط أثناء التحرك على طول محور الأسنان في النظام غير التقليدي حيث تتداخل الأسنان قليلاً (حوالي عرض d للأسنان)، وهو ما نال اهتماماً مؤخراً في مجتمع MEMS. في المنطقة الوسطى حيث يقترب التداخل من الصفر، تولد الحقول الكهربائية المحيطة تغيراً غير خطي في السعة، مما يؤدي إلى قوة كهروستاتيكية كبيرة بين المشطات حتى بدون تداخل الأسنان، مع حدوث أقصى تدرج في هذه المنطقة. تم حساب تغير سعة المشط مع التداخل باستخدام النمذجة التحليلية وطريقة العناصر المحدودة وتم تأكيدها من خلال نتائج التجارب. استكشفنا تداعيات هذه الحالة في كل من الأوضاع الساكنة والديناميكية، مبرزين تأثير تليين الربيع الناجم عن الاشتقاق الثاني للسعة. تقدم هذه النتائج إمكانيات تشغيل جديدة للمحركات وأجهزة الاستشعار وتعديل كبير في التردد للرنانات.