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《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2003年
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微电子机械系统中新型电磁微电机的研究

贾智  
【摘要】: 微电子机械系统(简称微机械)是在八十年代后期崛起的一门新兴的前沿学科。目前,作为二十一世纪的高新技术和潜在的庞大高新技术产业,微机械已引起世界各国的普遍关注,国内外众多的大学、科研和产业部门都正在进行广泛深入的研究。微机械是一种独立的微小型化的机电系统,主要由微驱动器,微传感器,微执行器、微控制器以及能源等几种要素组成。以微电机为代表的微驱动器一直是微机械系统的关键技术和研究热点之一,微电机的技术水平在一定程度上反应了一个国家微机械发展的侧面。电磁微电机具有一些其他类电机无法比拟的优点,是目前最有前途的微驱动器之一。十年来,人们已经设计制作出了多种形式和结构的电磁微电机,但是有关电磁微电机的设计理论和实验研究仍然处于探索完善阶段,本文正是针对这方面的问题以电磁式微电机为研究对象做了以下工作: 首先,在对电磁式微电机的各种工作原理和结构方案进行深入研究和分析比较的基础上,本文首次推出了“端面摇摆式电磁微电机”的设计思想,介绍了其结构原理、控制原理和该电机的特点,并从刚体定点运动的基本原理出发,揭示了电机内部磁场的旋转与转子滚动之间行星减速的运动关系,推导出了转子的运动方程和电机旋转磁场与转子的减速比计算公式,从而明确了电机结构参数与电机运动特性的关系。 其次,为全面了解这种新型电磁电机的电磁特性和动力特性,本文从电机磁场的基本方程及其边界条件出发,应用无旋磁场的标量磁位概念,建立了端面摇摆式电磁微电机内部磁场的数学模型,并以此为基础,详细分析了电机气隙磁场的各方面性质,对气隙磁场的磁标位、磁场强度、磁感应强度、等磁位面形状、电机工作磁路的分布、电机的工作磁通量以及激励绕组的自感和相互之间的互感进行了详细的分析计算。 然后,本文从机电系统能量转换的基本原理出发,揭示了端面摇摆式电磁微电机中的能量关系和机电能量转换机制,详细讨论了实现机电能量转换的两个重要因素—运动电势和电磁转矩,建立了电机系统在不同控制条件下的运动方程,推导出了电机在不同控制条件下的输出扭矩计算公式。通过电机输出扭矩公式,本文还定量分析了电机的各种结构参数和控制参数与输出扭矩的关系,讨论了电机输出扭矩的性质和变化特点,为合理分析和设计该类电机提供了理论基础。 最后,作者研制了Φ5mm的端面摇摆式电磁微电机实验样机,并进行了样机的运动学和动力学实验,验证了端面摇摆式电磁微电机理论体系的正 摘 要 确性,为端面摇摆式电磁微电机的应用研究奠定了重要基础。 *本文得到了国家科技部攀登计划项目B的资助。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TM38

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