反磁懸浮微馬達研究.pdf

1、基于MEMS技術(shù)的微陀螺具有體積小、重量輕、價格低、壽命長和易于批量生產(chǎn)等諸多優(yōu)點，有望部分取代傳統(tǒng)陀螺。然而目前普遍精度較低的現(xiàn)實制約了其在高端領(lǐng)域的應(yīng)用。由于工藝、檢測電路等條件的限制，國內(nèi)微陀螺的精度更是與國外有較大的差距。同時，隨著MEMS技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于微機械陀螺之中，懸浮轉(zhuǎn)子微器件得到國內(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，來實現(xiàn)對載體運動角速度的測量，并可同時實現(xiàn)線加速度的測量。載體的角速度和線加速度

2、通過陀螺的差分電容結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電容變化，進而轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出。檢測陀螺角速度和線加速度被轉(zhuǎn)化為檢測相應(yīng)的差動電容。本文主要研究的反磁懸浮微馬達，與大多數(shù)微慣性器件的檢測質(zhì)量塊通過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。全文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：對于反磁懸浮系統(tǒng)進行了基本力學(xué)分析，同時分析了反磁懸浮轉(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)動仿真和電路程序?qū)嶒?。具體為：(1)對反磁懸浮微器件中轉(zhuǎn)子的懸浮、穩(wěn)定和旋轉(zhuǎn)進行了力學(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題，對于轉(zhuǎn)子的懸浮、穩(wěn)定和旋轉(zhuǎn)進行了系統(tǒng)的仿真分析，包括受力分析與位移分析。(3)對反磁懸浮微器件的制作工藝進行了研究。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)對懸浮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動測控電路進行了研究。懸浮轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動是基于軸向變電容靜電微電機原理。本文研究了變驅(qū)動力矩控制，并且給出了旋轉(zhuǎn)驅(qū)動Matlab仿真，對于驅(qū)動程序選擇了兩相開環(huán)驅(qū)動程序。(5)對反磁懸浮器件進行了相關(guān)實驗。實驗研究內(nèi)容主要是反磁轉(zhuǎn)子懸浮微馬達的旋轉(zhuǎn)測試實驗，具體包括：(1)懸浮實驗：測量了轉(zhuǎn)子的懸浮高度，通過懸浮穩(wěn)定性實驗驗