反磁懸浮微馬達(dá)研究.pdf

1、基于MEMS技術(shù)的微陀螺具有體積小、重量輕、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)和易于批量生產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，有望部分取代傳統(tǒng)陀螺。然而目前普遍精度較低的現(xiàn)實(shí)制約了其在高端領(lǐng)域的應(yīng)用。由于工藝、檢測(cè)電路等條件的限制，國(guó)內(nèi)微陀螺的精度更是與國(guó)外有較大的差距。同時(shí)，隨著MEMS技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于微機(jī)械陀螺之中，懸浮轉(zhuǎn)子微器件得到國(guó)內(nèi)外的深入研究。懸浮轉(zhuǎn)子微器件利用高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的陀螺效益，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)載體運(yùn)動(dòng)角速度的測(cè)量，并可同時(shí)實(shí)現(xiàn)線加速度的測(cè)量。載體的角速度和線加速度

2、通過(guò)陀螺的差分電容結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電容變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)輸出。檢測(cè)陀螺角速度和線加速度被轉(zhuǎn)化為檢測(cè)相應(yīng)的差動(dòng)電容。本文主要研究的反磁懸浮微馬達(dá)，與大多數(shù)微慣性器件的檢測(cè)質(zhì)量塊通過(guò)支撐梁與襯底相連而存在的接觸摩擦相比，由于其微器件中轉(zhuǎn)子自由懸浮機(jī)制，可以不受接觸摩擦的影響，可用于高精度的微慣性器件。全文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：對(duì)于反磁懸浮系統(tǒng)進(jìn)行了基本力學(xué)分析，同時(shí)分析了反磁懸浮轉(zhuǎn)子微器件的懸浮和穩(wěn)定的原理以及用作慣性傳感器的

3、原理。論述了反磁懸浮原理的器件結(jié)構(gòu)，加工工藝。最后分析了懸浮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)仿真和電路程序?qū)嶒?yàn)。具體為：(1)對(duì)反磁懸浮微器件中轉(zhuǎn)子的懸浮、穩(wěn)定和旋轉(zhuǎn)進(jìn)行了力學(xué)分析。(2)使用ANSOFT的MAXWELL 3D有限元軟件包分析了反磁轉(zhuǎn)子懸浮微器件的懸浮問(wèn)題，對(duì)于轉(zhuǎn)子的懸浮、穩(wěn)定和旋轉(zhuǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)的仿真分析，包括受力分析與位移分析。(3)對(duì)反磁懸浮微器件的制作工藝進(jìn)行了研究。包括定子、轉(zhuǎn)子。定子由加工好的玻璃基底微結(jié)構(gòu)單元和環(huán)形永磁組合體裝配而

4、成。玻璃基片上微結(jié)構(gòu)采用MEMS工藝制作，環(huán)形永磁體和齒形熱解石墨轉(zhuǎn)子采用精密加工工藝得到。(4)對(duì)懸浮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)測(cè)控電路進(jìn)行了研究。懸浮轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)是基于軸向變電容靜電微電機(jī)原理。本文研究了變驅(qū)動(dòng)力矩控制，并且給出了旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)Matlab仿真，對(duì)于驅(qū)動(dòng)程序選擇了兩相開環(huán)驅(qū)動(dòng)程序。(5)對(duì)反磁懸浮器件進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容主要是反磁轉(zhuǎn)子懸浮微馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，具體包括：(1)懸浮實(shí)驗(yàn)：測(cè)量了轉(zhuǎn)子的懸浮高度，通過(guò)懸浮穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)