适用于无轴承薄片电机的位移传感器的研究

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。