马达的驱动与减阻技术研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:reddhong
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随着社会生产力的发展和物质文明需求的不断提高,电机马达已经成为工业社会不可或缺的动力源之一。而随着学科交叉融合,微机电系统(MEMS,Micro-Electro Mechanical Systems)兴起,在航天、军事、医疗、智能设备等方面展现了极大的优势,广泛替代了传统的动力部件,其微型化、集成化、智能化、低功耗的优势更加顺应现代科技的发展趋势。微型马达在机械结构、驱动原理、驱动方法以及受影响参数等方面,都与传统马达有较大的区别,其研究方法和基础理论需要新的支撑。在微型化的趋势下,转子阻力成为限制微型马达性能提高的重要因素,而传统的机械加工方式难以解决这个问题。电机马达的驱动与减阻方法直接关系到马达的性能。本文基于一种液浮转子式的微型马达,从驱动方法和减阻方法两方面进行研究,以降低功耗、提高转矩为目的,设计了一套高性能的驱动系统,同时采用纳米材料的制备技术,对微型马达转子进行疏水处理,在液浮条件下大幅降低旋转阻力,以达到降低功耗、提高转矩的目的。通过分析液浮转子式微型马达的结构与工作原理,本文设计了一套同步驱动系统,采用驱动电压与反电动势信号双闭环控制。为了进一步提高马达性能,本文采用两相固定交叠驱动方式,提高每一拍的电磁转矩。由于液浮转子式微型马达具有高集成度,本文采用无传感器转速检测技术,通过对反电动势信号进行采样和算法处理,得到马达转子的速度与位置估计。对系统的有效性测试表明,驱动系统的转速控制精度误差小于1%,5V工作电压下,最高转速能达到20000rpm,为减阻方法的研究提供测试平台。分析液浮转子材料性质,设计永磁转子在液浮支撑结构下的减阻方案,通过化学刻蚀法制备超疏水表面。对于不同疏水能力的转子在不同悬浮液中的减阻性能进行测试,分析减阻方法在液浮转子式微型马达上的减阻效果。实验表明,在5V工作电压,10000rpm转速的条件下,具有超疏水结构的马达转子使器件整体功耗下降了9.8%;在恒压开环驱动的条件下,具有超疏水结构的马达转速提高了13.3%。
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