[發明專利]動圈式永磁平面電機無位置傳感器平穩起浮和下降方法

有效

• 申請號: 201710314265.2
• 申請日: 2017-05-06
• 公開（公告）號: CN107247821B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 陸華才;阮光正;陸昊;程聃
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;H02N15/00
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 楊紅梅

本發明公開了一種動圈式永磁平面電機無位置傳感器平穩起浮和下降方法，屬于電機控制技術領域，控制動子起浮時，給定期望浮起的氣隙高度即期望氣隙點，根據期望浮起的氣隙高度計算出假氣隙點高度，然后分配給線圈陣列電流使得動子在假氣隙點平衡，延時閾值時間后，動子運行至期望氣隙點處速度為零，此時分配給線圈陣列電流使得動子在期望氣隙點處平衡，動子平穩懸浮在期望氣隙點處；控制動子下降時，分配動子與控制起浮時同樣的假氣隙點電流，并延時同樣的閾值時間后，動子運行至定子表面時速度為零。本方法省去了氣隙傳感器，節約了成本,無需編寫復雜的定位程序，節約了設備開發和調試時間,無需頻繁改變分配電流并且定位高度精準、定位時間短。

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，具體涉及一種動圈式永磁平面電機無位置傳感器平穩起浮和下降方法，適用于集成電路光刻和封裝、MEMS器件組裝與封裝、高精密繪圖儀等需平面定位的制造設備領域。

背景技術

平面電機因為超高運動精度和可二維運行特性，被廣泛應用于高精密的加工工藝中，如集成電路芯片的光刻與封裝、MEMS器件組裝與封裝等。動圈式磁懸浮永磁平面電機作為平面電機的一大種類，因為滿足新一代光刻機需要在真空環境中運行的特點而被國內外學術與工程界開始重視，已經成為特種電機領域的研發熱點。

在動圈式永磁平面電機啟動階段，必須先控制動子懸浮在一定氣隙高度處，然后才可以控制動子在此高度的水平面進行二維運動。實際應用中大部分企業、院校研發的平面電機采用壓縮空氣吹浮、機械支撐等方式進行動子的高度定位。壓縮空氣吹浮的方式操作簡單、高度可控，只需要將進氣通過調壓閥調至一定氣壓即可，但是具有誤差大、動能損耗大、噪音大、穩定性不高等缺點，另外停機時動子下降可能會撞擊永磁陣列定子表面。機械支撐方式在誤差、噪音、穩定性等方面較好，但是在使用前必須進行精密校準，操作時間長且高度固定，另外機械支撐方式增大了電機的尺寸和安裝難度，產生了一定的運行阻力。除上述兩種方式外使用磁懸浮高度定位的平面電機應用中大部分采用動子底部安裝若干個氣隙傳感器的方式獲取實時氣隙高度來控制動子的懸浮，這種方式可以進行精確的定位，但是需要在動子上額外設計安裝孔來放置氣隙傳感器，增加了成本以及占用了控制器運算資源。所以如果能有一種無位置傳感器懸浮策略具備上述各種方式的優點，而又能克服諸多缺點，無疑將對動圈式磁懸浮永磁平面電機的發展和普及起到促進作用。

發明內容

根據以上現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是提出一種動圈式永磁平面電機無位置傳感器平穩起浮和下降方法，現有動圈式永磁平面電機的高度控制一般采用位置反饋PID控制，因為一般要求動子懸浮在1-4毫米高度，此方法有編程復雜、定位需要時間長、位置抖動等缺點，本發明提出的無位置傳感器平穩起浮與下降的運動方法，省去了氣隙傳感器節約成本，控制簡單，定位穩定誤差小，運行可靠。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種動圈式永磁平面電機無位置傳感器平穩起浮和下降方法，動圈式永磁平面電機由Halbach永磁陣列作為定子和線圈陣列作為動子組成，線圈陣列通電后產生Z軸方向懸浮力，以及X軸與Y軸水平推力，控制動子起浮時，給定期望浮起的氣隙高度即期望氣隙點，根據期望浮起的氣隙高度計算出假氣隙點高度，然后分配給假氣隙點電流使得動子在假氣隙點平衡，延時閾值時間后，動子運行至期望氣隙點處速度為零，此時分配給線圈陣列電流使得動子在期望氣隙點處平衡，動子平穩懸浮在期望氣隙點處；控制動子下降時，分配動子與控制起浮時同樣的假氣隙點電流，并延時同樣的閾值時間后，動子運行至定子表面時速度為零。