适用于无轴承薄片电机的位移传感器的研究

论文摘要

无轴承薄片电机结构简单、可靠性高,特别是其无接触、无磨损的特性,使无轴承薄片电机在超洁净驱动领域具有应用优势。无轴承薄片电机总体成本中,所占比例最大的为传感器。为了降低成本,使其尽快地应用到实际生产中,本文对适用于无轴承薄片电机的低成本霍尔位移传感器及高性能电涡流位移传感器进行了研究。本文研究的霍尔位移传感器分为闭合式与开路式两类。对闭合式霍尔位移传感器进行了理论推导,并利用有限元分析软件ANSYS进行了电磁场仿真,在增大固定气隙的基础上改善了一类霍尔位移传感器的线性度,实验结果显示工作性能良好。在简化闭合式霍尔位移传感器结构的基础上得到了开路式霍尔位移传感器的设计思路,对磁场分布进行了电磁场仿真,并通过实验测量确定了开路式霍尔位移传感器结构中关键部件的设计尺寸。另外研究了霍尔位移传感器的动态特性,研究表明该传感器在20KHz的振动频率下基本不存在失真。本文研究的电涡流位移传感器采用了变频调幅方式的前置器以及市场上现有的电涡流探头。分析了电涡流位移传感器各环节的动态特性,改善了前置器的电路参数,实验结果显示电涡流位移传感器的动态性能得到一定程度的改善,在高频时优于目前市场上的电涡流位移传感器。另外引入了无源超前校正电路,可进一步改善电涡流位移传感器的动态性能。本文详细介绍了适用于测量位移的实验平台,并对霍尔位移传感器与电涡流位移传感器进行了比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 霍尔传感器的发展与现状
• 1.2.2 电涡流传感器的发展与现状
• 1.3 研究意义
• 1.4 本文主要内容
• 第二章 无轴承薄片电机的霍尔位移传感器系统
• 2.1 霍尔传感器基础介绍
• 2.1.1 霍尔效应
• 2.1.2 霍尔元件
• 2.1.3 供电方式
• 2.2 闭合式霍尔位移传感器原理及理论分析
• 2.2.1 基本原理
• 2.2.2 Ⅰ型霍尔位移传感器理论分析
• 2.2.3 Ⅱ型霍尔位移传感器理论分析
• 2.3 闭合式霍尔位移传感器实验分析
• 2.3.1 Ⅰ型霍尔位移传感器实验分析
• 2.3.2 Ⅱ型霍尔位移传感器实验分析
• 2.4 改善线性度及高频响应研究
• 2.4.1 线性改善原理
• 2.4.2 实际改善效果
• 2.4.3 动态特性研究
• 2.5 开路式霍尔位移传感器原理及实验结果
• 2.5.1 开路式基本原理
• 2.5.2 被夹物体为不导磁材料的实验分析
• 2.5.3 被夹物体为导磁材料的实验分析
• 2.6 两类霍尔位移传感器的比较
• 2.7 本章小结
• 第三章 无轴承薄片电机的电涡流位移传感器系统
• 3.1 电涡流位移传感器原理及分析
• 3.1.1 基本原理
• 3.1.2 理论分析
• 3.1.3 电涡流的分布
• 3.2 电涡流位移传感器的构成
• 3.2.1 电涡流探测线圈
• 3.2.2 被测目标
• 3.2.3 前置器
• 3.3 前置器的设计和实验分析
• 3.3.1 变频调幅式测位移基本原理
• 3.3.2 振荡电路
• 3.3.3 检波电路
• 3.3.4 滤波电路
• 3.3.5 放大电路
• 3.3.6 初步实验分析
• 3.4 电涡流位移传感器动态响应研究及改善效果
• 3.4.1 谐振环节
• 3.4.2 检波环节和滤波环节
• 3.4.3 截止频率和检波常数的改善
• 3.4.4 无源超前校正
• 3.5 本章小结
• 第四章 电涡流与霍尔位移传感器的比较及其应用
• 4.1 位移传感器之间的比较
• 4.1.1 基本性能
• 4.1.2 使用场合
• 4.1.3 制作及成本
• 4.1.4 动态响应
• 4.1.5 实验平台
• 4.1.6 不等位电势补偿
• 4.1.7 恒流源
• 4.1.8 实物图
• 4.2 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文主要工作
• 5.2 需要进一步研究的工作
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文及获奖情况