反磁懸浮微馬達研究.pdf

1、基于MEMS技術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域的應用。由于工藝、檢測電路等條件的限制，國內微陀螺的精度更是與國外有較大的差距。同時，隨著MEMS技術被廣泛地應用于微機械陀螺之中，懸浮轉子微器件得到國內外的深入研究。懸浮轉子微器件利用高速旋轉轉子的陀螺效益，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構被轉化為相應的電容變化，進而轉化為相應的電信號輸出。檢測陀螺角速度和線加速度被轉化為檢測相應的差動電容。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。全文主要研究內容和結論如下：對于反磁懸浮系統(tǒng)進行了基本力學分析，同時分析了反磁懸浮轉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構，加工工藝。最后分析了懸浮轉子旋轉驅動仿真和電路程序實驗。具體為：(1)對反磁懸浮微器件中轉子的懸浮、穩(wěn)定和旋轉進行了力學分析。(2)使用ANSOFT的MAXWELL 3D有限元軟件包分析了反磁轉子懸浮微器件的懸浮問題，對于轉子的懸浮、穩(wěn)定和旋轉進行了系統(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、轉子。定子由加工好的玻璃基底微結構單元和環(huán)形永磁組合體裝配而

4、成。玻璃基片上微結構采用MEMS工藝制作，環(huán)形永磁體和齒形熱解石墨轉子采用精密加工工藝得到。(4)對懸浮轉子旋轉驅動測控電路進行了研究。懸浮轉子的旋轉驅動是基于軸向變電容靜電微電機原理。本文研究了變驅動力矩控制，并且給出了旋轉驅動Matlab仿真，對于驅動程序選擇了兩相開環(huán)驅動程序。(5)對反磁懸浮器件進行了相關實驗。實驗研究內容主要是反磁轉子懸浮微馬達的旋轉測試實驗，具體包括：(1)懸浮實驗：測量了轉子的懸浮高度，通過懸浮穩(wěn)定性實驗驗