電磁驅(qū)動(dòng)微運(yùn)動(dòng)課件

電磁驅(qū)動(dòng)微運(yùn)動(dòng)程動(dòng)平B09340207葉園徽B09340224裘晨曦B09340216 洪興超B09340209什么是電磁驅(qū)動(dòng)？電磁驅(qū)動(dòng)式微動(dòng)臺(tái)是靠電磁力直接驅(qū)動(dòng)的，通過控制線圈中電流的大小來(lái)控制電磁力的大小，從而帶動(dòng)工作臺(tái)產(chǎn)生相應(yīng)的精密微位移。由于電磁微動(dòng)臺(tái)是電磁驅(qū)動(dòng)單元和并聯(lián)機(jī)構(gòu)相融合的產(chǎn)物，通過控制電磁驅(qū)動(dòng)元件，可實(shí)現(xiàn)微動(dòng)臺(tái)的精密運(yùn)動(dòng)。由于磁力的非接觸性，可以達(dá)到很高的精度。當(dāng)在通電螺線管內(nèi)部插入鐵芯后，鐵芯被通電螺線管的磁場(chǎng)磁化。磁化后的鐵芯也變成了一個(gè)磁體，這樣由于兩個(gè)磁場(chǎng)互相疊加，從而使螺線管的磁性大大增強(qiáng)。為了使電磁鐵的磁性更強(qiáng)，通常將鐵芯制成蹄形。但要注意蹄形鐵芯上線圈的繞向相反，一邊順時(shí)針，另一邊必須逆時(shí)針。如果繞向相同，兩線圈對(duì)鐵芯的磁化作用將相互抵消，使鐵芯不顯磁性。另外，電磁鐵的鐵芯用軟鐵制做，而不能用鋼制做。否則鋼一旦被磁化后，將長(zhǎng)期保持磁性而不能退磁，則其磁性的強(qiáng)弱就不能用電流的大小來(lái)控制，而失去電磁鐵應(yīng)有的優(yōu)點(diǎn)。目前電磁驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)按其工作維數(shù)可以分為如下：一維電磁微驅(qū)動(dòng)裝置：當(dāng)中目前主要是利用基于洛侖茲力的音圈電機(jī)作為微動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。音圈電機(jī)的行程為毫米級(jí)，閉環(huán)控制精度可以達(dá)到納米級(jí)，非常適于小行程超精密運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。二維電磁微驅(qū)動(dòng)裝置：主要是靠電磁驅(qū)動(dòng)單元的組合驅(qū)動(dòng)，平面支撐主要靠氣浮或磁浮實(shí)現(xiàn)。類似于平面電機(jī)，但與平面電機(jī)有著本質(zhì)的不同之處是，不存在明顯的齒槽效應(yīng)，該類型機(jī)構(gòu)主要應(yīng)用于芯片光刻機(jī)、光纖對(duì)接裝置和精密光學(xué)儀器中。三維電磁微驅(qū)動(dòng)裝置：與二維機(jī)構(gòu)的工作原理類似，其多自由度的運(yùn)動(dòng)是靠多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元共同作用完成，該機(jī)構(gòu)在半導(dǎo)體加工、顯微鏡掃描、微裝配和快速成型等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。

磨床圓形強(qiáng)力電磁吸盤工作臺(tái)新型電磁驅(qū)動(dòng)器電感傳感器的信號(hào)采集電路和基于AD698的電感傳感器信號(hào)調(diào)理電路電磁微運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法電磁鐵的引力公式為

式中B為電磁場(chǎng)磁通密度μ為導(dǎo)磁率S為磁極截面面積電磁鐵引力：線圈電流與磁通密度關(guān)系為

N為線圈的匝數(shù)ι為磁路長(zhǎng)度μo磁性材料導(dǎo)磁率μ空氣導(dǎo)磁率D為空氣隙長(zhǎng)度I為電流強(qiáng)度由于

則改變電流后空氣隙長(zhǎng)度發(fā)生變化，銜鐵發(fā)生移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)了微位移運(yùn)動(dòng)磁致伸縮式微位移機(jī)構(gòu)它的工作原理如圖11所示。微動(dòng)臺(tái)用片簧支撐，在微動(dòng)臺(tái)的端部固定強(qiáng)磁體，它與磁致伸縮棒之間有一定的間隙，通過改變線圈中的電流強(qiáng)度，改變對(duì)工作臺(tái)的吸引力，從而達(dá)到微位移的目的。其精度可達(dá)亞微米。該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、重復(fù)精度高、無(wú)間隙、剛性好、傳動(dòng)慣量小、工作穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn);但在磁場(chǎng)作用下伴有發(fā)熱，故微動(dòng)精度不高。它適用于精確位移調(diào)整、切削刀具的磨損補(bǔ)償、溫度變形補(bǔ)償及自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)等運(yùn)動(dòng)范圍由公式工作臺(tái)被磁鐵吸引而移動(dòng)的距離正比于（NI）的平方，當(dāng)電流逐漸增大時(shí)氣隙d就越來(lái)越小，磁通量增大吸引力也顯著增大。當(dāng)達(dá)到某一臨界值時(shí)，工作臺(tái)就會(huì)突然與電磁鐵發(fā)生碰撞，此臨界值可由課本式（5-14）導(dǎo)出：d—初始空氣隙長(zhǎng)度。當(dāng)時(shí)，發(fā)生碰撞，則由上式得出即當(dāng)工作臺(tái)移動(dòng)達(dá)到初始間隙的1/3時(shí)，被吸向磁極。為此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到初始間隙的1/3時(shí)，在磁通路中磁通量達(dá)到飽和，即可以避免相撞。在磁飽和條件下，公式不再適用圖5-29所示，為一利用磁泄漏裝置，當(dāng)電流-磁力增大，磁極吸引工作臺(tái)，使其間隙變小，則磁極磁阻減小，結(jié)果磁通量增大，使磁飽和磁性盤里的磁通量飽和，其磁阻和通過磁化極的磁泄露增大。結(jié)果，無(wú)論電流增大多少，只有通過磁性的磁泄漏增加，而吸引工作臺(tái)的磁通量不會(huì)增加多少，從而使力學(xué)特性得到調(diào)節(jié)，避免發(fā)生碰撞。運(yùn)動(dòng)精度由于電磁驅(qū)動(dòng)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)是以磁場(chǎng)為介質(zhì)的，因此磁場(chǎng)的分析和設(shè)計(jì)是電磁微動(dòng)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提。盡管目前學(xué)者已經(jīng)對(duì)磁場(chǎng)分析、電磁力計(jì)算等重要問題進(jìn)行了相關(guān)研究，但是還未形成一套完整的電磁微動(dòng)臺(tái)磁場(chǎng)分析和設(shè)計(jì)的理論。特別是對(duì)邊端效應(yīng)、局部飽和、推力波動(dòng)等影響定位性能的重要因素，以及如何實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)行程、大推力和高響應(yīng)等問題都值得深入研究。微動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)是電磁驅(qū)動(dòng)單元和位置檢測(cè)單元安裝的主體，是微動(dòng)臺(tái)穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的電磁微動(dòng)臺(tái)在設(shè)計(jì)上雖然也以質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、工藝性好和便于控制等為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，但在如何保證質(zhì)心驅(qū)動(dòng)、散熱和減少磁力耦合等方面考慮不夠，因此鑒于上述方面設(shè)計(jì)更加合理和新穎的結(jié)構(gòu)是提高工作臺(tái)性能的重要途徑之一。電磁式微動(dòng)臺(tái)除了本身結(jié)構(gòu)之外，其定位精度和響應(yīng)速度，主要是靠控制系統(tǒng)來(lái)完成的。現(xiàn)今的電磁力的控制系統(tǒng)大多基于電流控制模式，在這種控制模式中忽略了線圈電感對(duì)電流變化的抑制作用，若線圈中電流的變化過于劇烈時(shí)，系統(tǒng)中實(shí)際電流與參考電流之間將出現(xiàn)較大誤差，影響定位精度。因此，為獲得高性能的電磁力控制系統(tǒng)，必須從電磁力的電壓方程出發(fā)建立更能準(zhǔn)確體現(xiàn)微動(dòng)臺(tái)電磁特性的數(shù)學(xué)模型，以設(shè)計(jì)電磁微動(dòng)臺(tái)的控制系統(tǒng)。除此之外，可充分借鑒其他的控制原理和方法，如矢量控制理論、推力脈動(dòng)抑制方法等當(dāng)電流變化速度為(A為常數(shù)），精度為K時(shí)，則將帶入上式，得電流變化速度I/A和氣隙d變化量之間的關(guān)系如圖5-30。在1um~10mm之間，精度K為0.0um~10um。為提高精度，應(yīng)采取較高的電流變化精度。5電磁波的影響和熱場(chǎng)的干燥過程的草藥在微波場(chǎng)和熱空氣6電磁污染和我