[发明专利]动圈式永磁平面电机无位置传感器平稳起浮和下降方法

说明书

本发明公开了一种动圈式永磁平面电机无位置传感器平稳起浮和下降方法，属于电机控制技术领域，控制动子起浮时，给定期望浮起的气隙高度即期望气隙点，根据期望浮起的气隙高度计算出假气隙点高度，然后分配给线圈阵列电流使得动子在假气隙点平衡，延时阈值时间后，动子运行至期望气隙点处速度为零，此时分配给线圈阵列电流使得动子在期望气隙点处平衡，动子平稳悬浮在期望气隙点处；控制动子下降时，分配动子与控制起浮时同样的假气隙点电流，并延时同样的阈值时间后，动子运行至定子表面时速度为零。本方法省去了气隙传感器，节约了成本,无需编写复杂的定位程序，节约了设备开发和调试时间,无需频繁改变分配电流并且定位高度精准、定位时间短。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种动圈式永磁平面电机无位置传感器平稳起浮和下降方法，适用于集成电路光刻和封装、MEMS器件组装与封装、高精密绘图仪等需平面定位的制造设备领域。

背景技术

平面电机因为超高运动精度和可二维运行特性，被广泛应用于高精密的加工工艺中，如集成电路芯片的光刻与封装、MEMS器件组装与封装等。动圈式磁悬浮永磁平面电机作为平面电机的一大种类，因为满足新一代光刻机需要在真空环境中运行的特点而被国内外学术与工程界开始重视，已经成为特种电机领域的研发热点。

在动圈式永磁平面电机启动阶段，必须先控制动子悬浮在一定气隙高度处，然后才可以控制动子在此高度的水平面进行二维运动。实际应用中大部分企业、院校研发的平面电机采用压缩空气吹浮、机械支撑等方式进行动子的高度定位。压缩空气吹浮的方式操作简单、高度可控，只需要将进气通过调压阀调至一定气压即可，但是具有误差大、动能损耗大、噪音大、稳定性不高等缺点，另外停机时动子下降可能会撞击永磁阵列定子表面。机械支撑方式在误差、噪音、稳定性等方面较好，但是在使用前必须进行精密校准，操作时间长且高度固定，另外机械支撑方式增大了电机的尺寸和安装难度，产生了一定的运行阻力。除上述两种方式外使用磁悬浮高度定位的平面电机应用中大部分采用动子底部安装若干个气隙传感器的方式获取实时气隙高度来控制动子的悬浮，这种方式可以进行精确的定位，但是需要在动子上额外设计安装孔来放置气隙传感器，增加了成本以及占用了控制器运算资源。所以如果能有一种无位置传感器悬浮策略具备上述各种方式的优点，而又能克服诸多缺点，无疑将对动圈式磁悬浮永磁平面电机的发展和普及起到促进作用。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种动圈式永磁平面电机无位置传感器平稳起浮和下降方法，现有动圈式永磁平面电机的高度控制一般采用位置反馈PID控制，因为一般要求动子悬浮在1-4毫米高度，此方法有编程复杂、定位需要时间长、位置抖动等缺点，本发明提出的无位置传感器平稳起浮与下降的运动方法，省去了气隙传感器节约成本，控制简单，定位稳定误差小，运行可靠。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种动圈式永磁平面电机无位置传感器平稳起浮和下降方法，动圈式永磁平面电机由Halbach永磁阵列作为定子和线圈阵列作为动子组成，线圈阵列通电后产生Z轴方向悬浮力，以及X轴与Y轴水平推力，控制动子起浮时，给定期望浮起的气隙高度即期望气隙点，根据期望浮起的气隙高度计算出假气隙点高度，然后分配给假气隙点电流使得动子在假气隙点平衡，延时阈值时间后，动子运行至期望气隙点处速度为零，此时分配给线圈阵列电流使得动子在期望气隙点处平衡，动子平稳悬浮在期望气隙点处；控制动子下降时，分配动子与控制起浮时同样的假气隙点电流，并延时同样的阈值时间后，动子运行至定子表面时速度为零。