[發明專利]一種動鐵式平面電機線圈陣列功率驅動分配方法

有效

• 申請號: 200910241259.4
• 申請日: 2009-11-27
• 公開（公告）號: CN101707472A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 朱煜;胡金春;張鳴;廖凱;楊開明;尹文生;徐登峰;汪勁松;段廣洪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02P31/00
• 分類號: H02P31/00;H02N15/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種動鐵式平面電機線圈陣列與驅動器連接方式，特別涉及一種驅動器分配 方法。

背景技術

隨著先進制造業的技術發展，光刻機等一些精密控制設備需要在一個近似平面的空間范 圍內進行精密運動控制，而此類高精度運動由超精密平面電機實現。平面電機具有二維直接 驅動的特點，可實現以下運動：在水平自由度X、Y方向實現大行程運動，用于實現晶圓的快 速步進和精密掃描；在垂直自由度Z方向實現微小運動；繞三個坐標軸X、Y、Z的微小轉動， 用于實現調平調焦。因此，它在二維平面定位加工裝置特別是現代半導體微細加工裝備和其 它超精密加工設備中具有廣闊的應用前景。

傳統的接觸式支承平面電機由于定子平臺與動子之間通過機械軸承聯接，因此運動過程 中存在機械摩擦，機械摩擦不僅增加動子的摩擦阻力，使運動部件產生磨損，產生機械振動 和噪聲，使系統的階次變高、魯棒性和伺服性能下降，而且限制了平臺的運動精度。而現今 使用較多的是氣浮、磁浮支承方式平面電機，如專利200410026370.9、專利200910131508.4 和專利200910029981.1所描述。

磁懸浮式平面電機從結構上有兩種不同的形式：動圈式和動鐵式。對動圈式平面電機而 言，由于需要給運動中的線圈提供電源及裝備冷卻系統，即需要有電纜與動子銜接，這給結 構設計及電機的工作帶來很大的不便，同時也會增加線纜對動子的運動干擾。動鐵式平面電 機不會存在這樣的問題，而且當需要的行程較大時，只要增加額外的線圈即可，但此結構存 在的缺點是：隨著線圈數量的增多，所需求的驅動器增多，這是一筆昂貴的支出。因此，一 種既能減少驅動器數量，又能保證電機大行程運動的驅動分配方法亟待提出。

發明內容

本發明的目的在于提供一種動鐵式平面電機線圈陣列功率驅動分配方法，在采用指定數 量驅動器的情況下，實現動鐵式平面電機的大行程矢量運動。

為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種動鐵式平面電機線圈陣列功率驅動分配方法，其特征在于所述方法包括：

1)將動鐵式平面電機正方形定子線圈陣列分成n×n個劃分區域，每個劃分區域再分 為工作狀態區域和過渡狀態區域，所述的工作狀態區域內包含工作線圈，所述的過渡狀態區 域內包含過渡線圈，其中所述過渡狀態區域位于每個劃分區域的外側，動子磁鋼陣列尺寸小 于定子線圈陣列；

2)根據步驟1)中每個劃分區域中的線圈數量，確定功率驅動器的總數量與一個劃分 區域內的工作線圈和過渡線圈總數量一致，所有功率驅動器組成驅動器陣列；

3)設置開關設備，將所述驅動器陣列通過開關設備與定子線圈陣列連接，并保證每 個驅動器與每個劃分區域內對應位置的線圈通過開關設備連接，且同一時刻一個驅動器只能 與一個對應線圈連通；

4)利用位移傳感器，測量當前時刻動子的位置(X，Y)；

5)根據所述的動子位置(X，Y)以及步驟1)所劃分區域，確定當前時刻工作狀態區域 內工作線圈的位置及過渡狀態區域內過渡線圈的位置，并給工作線圈通上工作電流，給過渡 線圈通上零電流；

6)在動子從當前位置運動到下個位置過程中，斷開退出過渡狀態區域的線圈與所對 應驅動器的連接，連通進入過渡狀態區域的線圈與所對應驅動器的連接，從過渡狀態區域進 入工作狀態區域的線圈從零電流切換至工作電流，從工作狀態區域進入到過渡狀態區域的線 圈電流切換至零；

7)動子在不斷的運動過程中，依次重復步驟5)～6)，從而實現動鐵式平面電機線圈 陣列功率驅動的分配。

上述技術方案中，其特征在于，所述的過渡狀態區域寬度按照如下公式計算：

設L為正方形過渡狀態區域寬度，V_max為所述動子運動的最大速度，T為定子線圈陣列通 過開關設備接通或斷開驅動器的最大轉換時間，則滿足：L≥V_max*T。

本發明所述的工作狀態區域大小的確定方法為：在保證動子磁鋼陣列下方覆蓋線圈與磁 鋼陣列電磁作用不會產生邊緣效應的前提下，取所覆蓋線圈外圍最大尺寸。過渡狀態區域內 框與所述工作狀態區域大小一致，并在過渡狀態區域內框邊緣擴展所述過渡狀態區域寬度L， 形成過渡狀態區域外框，通過過渡狀態區域內外框的限定確定過渡狀態區域。

本發明步驟1)中所述n的確定方法如下：