论文摘要
定子嵌入式电磁悬浮微马达是种电磁悬浮转子式微陀螺的核心部件,是种新型结构的电磁悬浮转子式微马达,由个盒式转子和个双面定子构成。由于利用经典的电磁悬浮原理和异步电机驱动原理作为其稳定悬浮和高速旋转的驱动方式,因此,定子嵌入式电磁悬浮微马达不仅可以消除振动式MEMS微陀螺存在的频率调谐困难和正交耦合误差等问题,而且具有高精度(惯性导航级)的潜在优点。微马达具有高精度、高集成度和低成本这些核心优势,使得定子嵌入式电磁悬浮微马达在对体积和性能有严格要求的空天场合应用方面具有独特的研发优势和应用价值。本论文以设计定子嵌入式电磁悬浮微马达的结构、搭建微马达的稳定悬浮电路和旋转驱动电路为目标,对定子嵌入式电磁悬浮微马达的静态悬浮特性和动态旋转特性进行了仿真分析,研制了微马达稳定悬浮和高速旋转所需的信号发生器系统,并使用微细加工技术制作了盒式转子和双面定子,为进步实现定子嵌入式电磁悬浮微陀螺仪打下了技术基础。本文的主要研究内容和成果如下:首先介绍了定子嵌入式电磁悬浮微马达的结构,使用仿真软件进行建模仿真分析,获取适合驱动微转子稳定悬浮和旋转的电流信号参数。其次,根据电流信号参数,研制了能够提供路10MHz正弦波悬浮稳定电流信号以及两路2MHz正弦波旋转驱动电流信号的信号发生器;并搭建了相应的悬浮稳定电路和旋转驱动电路。最后,针对微马达的双面定子和盒式转子进行微细加工,引入引线埋层技术、双面对准技术和聚酰亚胺绝缘层工艺来优化双面定子的微细加工,盒式转子的制作同样是采用微细加工制作。定子嵌入式电磁悬浮微马达具有以下主要优点和创新点:(1)采用了定子嵌入式的结构,能有效地提高微转子的悬浮稳定刚度、侧向稳定刚度和微转子转速;(2)使用新的仿真软件infolytica对微转子旋转特性进行了仿真分析;(3)在双面定子加工中引入了多线圈分离结构、引线埋层技术和聚酰亚胺绝缘层;(4)设计了专门的信号发生器系统,通过软件控制变更输出信号的频率和相位差,而不用更换硬件电路。