【摘 要】
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随着微电子技术不断发展,微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)的重要性日益凸显。MEMS从诞生起就受到各国科学界、产业界以及政府部门的高度重视,成为微电子领域中的前沿研究方向。在其基础上发展起来的微执行器因具有质量小、体积小、功耗低、高度集成、智能化程度高等优点,成为MEMS领域中的重要研究对象。微执行器可用于工业、航空航天、军事等领域代替人完成狭
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随着微电子技术不断发展,微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)的重要性日益凸显。MEMS从诞生起就受到各国科学界、产业界以及政府部门的高度重视,成为微电子领域中的前沿研究方向。在其基础上发展起来的微执行器因具有质量小、体积小、功耗低、高度集成、智能化程度高等优点,成为MEMS领域中的重要研究对象。微执行器可用于工业、航空航天、军事等领域代替人完成狭小恶劣环境中的危险操作。因此,微执行器对现代技术进步具有重大推动作用。微执行器根据不同驱动方式可分为静电式、压电式、电磁式等多种形式,其中电磁式微执行器因具有驱动电压低、输出力矩大、效率高、抗干扰能力强、工作寿命长等其他类型微执行器无法比拟的优点,被认为是目前最具发展前景的微执行器之一。本文针对MEMS领域中电磁式微执行器展开研究,提出一款用于MEMS的微永磁直线电机结构,分析其力能特性与温升特性,并通过优化电机电磁结构参数来改善电机性能。文章做了如下工作:首先,介绍MEMS用永磁直线电机的结构组成,分析其运行机理。根据电机永磁体结构分析电机气隙磁场分布情况,通过气隙磁场解析表达式分析影响气隙磁场分布的主要因素。基于气隙磁场分布表达式推导电机推力表达式,并分析推力影响因素,得到下文中可进行优化分析的参数。之后,根据所得到的影响因素,分别分析各个参数对气隙磁场与推力的影响规律。通过综合分析磁场分布规律与推力质量提升两方面结论,对微永磁直线电机电磁结构参数进行优化,从而增大电机气隙磁密,改善推力性能。由于本文所设计的微永磁直线电机有绕组结构,会产生电机发热问题,因此文章研究了电机的温升特性。改变散热结构参数,研究其对电机温升特性的影响。微电机可能工作于狭小恶劣的环境中,因此提出一种电机齿状结构,使得电机较长时间运行时的温升得以降低。接下来,研制本文所设计的电机,搭建电机实验平台,对电机分别进行位移速度实验和温度测试,并将实验结果与理论分析进行对比,验证了电机优化设计的合理性与正确性。最后,对全文进行总结与展望。总结本文研究成果及所得结论,指出本文研究的不足之处,并提出未来可以继续研究的方向,从而进一步提高微永磁直线电机的性能和可靠性,为促进该电机在MEMS领域中进一步的研究和应用提供研究思路与理论借鉴。
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