一種基于壓力傳感器組的磁懸浮永磁平面電機(jī)起浮方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于壓力傳感器組的磁懸浮永磁平面電機(jī)起浮方法，在動子底面上設(shè)4個壓力傳感器，給驅(qū)動單元通入電流，根據(jù)壓力傳感器測量動子產(chǎn)生的此時壓力可得懸浮力，采用二分逐次逼近法確定懸浮電流的相位，根據(jù)懸浮電流相位給線圈陣列通入相應(yīng)的電流產(chǎn)生所需懸浮力，安裝使用方便，硬件成本低，工作范圍不受行程限制，運行穩(wěn)定可靠，有效解決現(xiàn)有技術(shù)中采用平面光柵等增量式位置傳感器無法確定動子相對于定子的初始相位的技術(shù)問題。
【專利說明】一種基于壓力傳感器組的磁懸浮永磁平面電機(jī)起浮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力傳動【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及動圈式磁懸浮永磁平面電機(jī)，是一種基于壓力傳感器組的動圈式磁懸浮永磁平面電機(jī)起浮方法，特別適用于半導(dǎo)體光刻、高精度繪圖儀、高精密動作臺等現(xiàn)代制造裝備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著先進(jìn)制造業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)代精密、超高精密制造裝備對高響應(yīng)、高速度、高精密的平面驅(qū)動裝置有著迫切的需求。與傳統(tǒng)的二維平面工作臺相比，以平面電機(jī)為核心構(gòu)造的直驅(qū)式平面工作臺具有結(jié)構(gòu)簡單、定位精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，在半導(dǎo)體光刻、高精度繪圖儀、高精密動作臺等精密、超高精密的現(xiàn)代制造裝備中具有很大的應(yīng)用潛力。磁懸浮永磁平面電機(jī)動子不需任何物理支撐就可在二維平面上自由運動，機(jī)械結(jié)構(gòu)極為簡單。
[0003]動圈式磁懸浮永磁平面電機(jī)動子為線圈陣列，定子為永磁陣列，起浮時需根據(jù)動子相對于定子的位置給線圈陣列通入相應(yīng)的電流以產(chǎn)生所需要的懸浮力，因此，確定懸浮電流的相位使動子順利起浮是磁懸浮永磁平面電機(jī)正常工作的前提條件。目前，采用平面光柵等增量式位置傳感器只能檢測動子運動的相對位移而無法確定動子相對于定子的位置，因而無法確定懸浮電流的相位。采用微距離高精度激光測距儀進(jìn)行可以檢測動子相對于定子的位置，進(jìn)而確定懸浮電流的相位，但這種設(shè)備價格昂貴、安裝使用要求高、測量范圍有限，因此，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述問題。
[0004]二分逐次逼近法可用于求解已知函數(shù)/Cr) = 0的根Cr的解)，其基本思想是:①先找出一個區(qū)間fe幻，使得/Td與//⑴異號，根據(jù)介值定理，這個區(qū)間內(nèi)一定包含著方程式的根；②求該區(qū)間的中點》=(a分)/2,并找出fipi)的值；③若f(m)與f (a)正負(fù)號相同則取b]為新的區(qū)間，否則取m\ 重復(fù)第②和第③步至理想精確度為止。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有動圈式磁懸浮永磁平面電機(jī)起浮存在的不足，本發(fā)明提出一種基于壓力傳感器組的磁懸浮永磁平面電機(jī)起浮方法，該方法采用二分逐次逼近法確定懸浮電流的相位，采用的傳感器成本低，結(jié)構(gòu)簡單，工作范圍不受行程限制，運行穩(wěn)定可靠。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:所述磁懸浮永磁平面電機(jī)由定子和動子組成，定子為永磁陣列，動子為線圈陣列，線圈陣列包含產(chǎn)生X軸向和y軸向水平推力的驅(qū)動單元，其特征是包括以下步驟:以下步驟中:
4為通電電流幅值，為各次通電電流的初始相位，f為設(shè)定的允許偏差值J
為懸浮力的絕對值最大時通電電流的初始相位為驅(qū)動單元通電后在X軸向或y軸向運
動引起的相位差，為驅(qū)動單元相對定子磁場的初始相位；1)在動子底面上設(shè)4個壓力傳感器，各壓力傳感器的輸出信號經(jīng)信號調(diào)理電路處理后送入微處理器，微處理器根據(jù)壓力傳感器初始測量值計算出動子自重所產(chǎn)生的壓力
2)給驅(qū)動單元通入電流z= cos(^ + A#),根據(jù)壓力傳感器測量動子產(chǎn)生的此時壓力
f，可得懸浮力& —iI ;
3)判斷|f|< ε是否成立:e是設(shè)定的允許偏差值，若成立，則(=也-90。’轉(zhuǎn)入7)，若不成立，則給驅(qū)動單元通入電流〗 = 4^c.S(l+A的，測量此時動子產(chǎn)生的壓力i?，可得懸浮ti Fn = F - Fn ；
4)取1= (4+^)/2 ,給驅(qū)動單元通入電流: = 4cOS^+A0)，測量此時動子產(chǎn)生的壓力i?，可得懸浮力& = 7 —巧;
5)判斷|iL|<^是否成立，若成立則武_90°，轉(zhuǎn)入7)，若不成立則轉(zhuǎn)入6)；
6)判斷<0是否成立，若成立則I = & ,轉(zhuǎn)入4);若不成立則I = ，轉(zhuǎn)入4);
7)給驅(qū)動單元通入電流i=/Mcos(成+ A巧，測量此時動子產(chǎn)生的壓力F，可得懸浮力Fz = P-Pti ;判斷4 >0是否成立，若成立，則懸浮電流相位4 = 4 + 若不成立，則懸浮電流相位之=在+A6-130°,此時，懸浮電流相位之即等于與之和，根據(jù)懸浮電流
相位4給線圈陣列通入相應(yīng)的電流產(chǎn)生所需懸浮力。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
(1)采用一組壓力傳感器組取代激光測距儀實現(xiàn)磁懸浮永磁平面電機(jī)動子的起浮，安裝使用方便，硬件成本低，工作范圍不受行程限制，運行穩(wěn)定可靠。
[0008](2)采用二分逐次逼近法確定懸浮電流的相位，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用平面光柵等增量式位置傳感器無法確定動子相對于定子的初始相位的技術(shù)問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明提供的一種基于壓力傳感器組的磁懸浮永磁平面電機(jī)起浮方法實施例的平面示意圖。
[0010]圖1中:1-定子；2-動子。
[0011]圖2為圖2中所述磁懸浮永磁平面電機(jī)的動子仰視圖。
[0012]圖2中:3-線圈陣列；4-壓力傳感器。
[0013]圖3為圖2中一個壓力傳感器的電路連接示意圖。
[0014]圖3中:5-輸入信號調(diào)理電路。
[0015]圖4為本發(fā)明采用的二分逐次逼近法確定懸浮電流的相位具體流程圖；
圖4中:巧、J?2、ft、A、A -示例中各工作點；Al、、^3、-工作點Pl、P2、Pl、P4對應(yīng)的懸浮力。
[0016]圖5為本發(fā)明采用的二分逐次逼近法確定懸浮電流的相位的流程圖?！揪唧w實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0018]如圖1所示，一種基于壓力傳感器組的磁懸浮永磁平面電機(jī)起浮方法所述的磁懸浮永磁平面電機(jī)由定子I和動子2組成,定子I為永磁陣列且磁密的X軸向、y軸向的水平分量均為余弦分布，動子2為線圈陣列3且無鐵心。如圖2所示，線圈陣列3包含A、B、C、D這4個驅(qū)動單元,每個驅(qū)動單元由三個線圈組成；驅(qū)動單元A、C對角布置,產(chǎn)生X軸向水平推力，驅(qū)動單元B、D對角布置，產(chǎn)生I軸向水平推力。在動子2底面上裝有4個壓力傳感器4，4個壓力傳感器4布置在四個角上，兩兩對角。
[0019]如圖3所示，各壓力傳感器4均連接信號調(diào)理電路5，信號調(diào)理電路5連接微處理器。各壓力傳感器4的輸出信號經(jīng)過輸入信號調(diào)理電路5處理后送入微處理器，微處理器根據(jù)壓力傳感器4的測量值計算動子2所產(chǎn)生的懸浮力。按右手定則確定電流的參考方向，給X軸向或y軸向驅(qū)動單元通入初始相位互差180°電角度的電流，根據(jù)它們所產(chǎn)生的懸浮力采用二分逐次逼近法確定懸浮電流的相位。
[0020]根據(jù)磁懸浮永磁平面電機(jī)的工作原理，懸浮力17力 Pz = K cos {9C -D = K cos Bcm
式中，尤是懸浮力系數(shù)；巧是懸浮電流的相位是驅(qū)動單元相對定子磁場的相位；I是芑與^的差值。
[0021]由上式可知，當(dāng)見* =±90°時，懸浮力4 = 0，所以可采用二分逐次逼近法確定Pz = 0對應(yīng)的&微,從而可求得懸浮電流的相位€。二分逐次逼近法具體示例過程如圖4所示，給X軸向(或Y軸向)驅(qū)動 單元A、C(或B、D)通入電流,對應(yīng)工作點巧、/>2產(chǎn)生的懸浮力為巧I >0、Fs2 <0 ;根據(jù)工作點巧、灼確定中間運行點巧，產(chǎn)生的懸浮力為A3 <0
;根據(jù)工作點P1、Pi確定中間運行點A ,產(chǎn)生的懸浮力為> 0 ;根據(jù)工作點A、ft......;
確定中間運行點Pm ,當(dāng)~產(chǎn)生的懸浮力F飯足夠小時，可認(rèn)為4?。，根據(jù)Pm工作點通A電流的相位就可求得懸浮電流的相位。
[0022]二分逐次逼近法確定懸浮電流的相位的流程圖如圖5所示，設(shè)X軸向(或y軸向)驅(qū)動單元A、C (或B、D)相對定子磁場的初始相位為Swq , t.&為驅(qū)動單元通電后在X軸向
(或y軸向)運動引起的相位差，1、1、為各次通電電流的初始相位，4為懸浮力的絕
對值最大時通電電流的初始相位，則懸浮電流相位3可通過如下步驟確定:
I)根據(jù)壓力傳感器4初始測量值計算出動子2自重所產(chǎn)生的壓力;設(shè)定允許偏差值
為。通電電流幅值為4 ;^A5= 0° = O0-^v=ISO0 ；2)給驅(qū)動單元通入電流I= ^iCosd+A0),測量動子2產(chǎn)生的壓力V可得懸浮力Fm = F - F。.3)判斷是否成立:
a.若成立:
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓力傳感器組的磁懸浮永磁平面電機(jī)起浮方法，所述磁懸浮永磁平面電機(jī)由定子和動子組成，定子為永磁陣列，動子為線圈陣列，線圈陣列包含產(chǎn)生X軸向和y軸向水平推力的驅(qū)動單元，其特征是包括以下步驟: 以下步驟中:4為通電電流幅值，^ H為各次通電電流的初始相位，力設(shè)定的允許偏差值，之為懸浮力的絕對值最大時通電電流的初始相位，AS為驅(qū)動單元通電后在X軸向或y軸向運動引起的相位差，為驅(qū)動單元相對定子磁場的初始相位； 1)在動子底面上設(shè)4個壓力傳感器，各壓力傳感器的輸出信號經(jīng)信號調(diào)理電路處理后送入微處理器，微處理器根據(jù)壓力傳感器初始測量值計算出動子自重所產(chǎn)生的壓力^ 2)給驅(qū)動單元通入電流；=Imcos(^ + A5),根據(jù)壓力傳感器測量動子產(chǎn)生的此時壓力"可得懸浮力4; 3)判斷|ig是否成立:f是設(shè)定的允許偏差值，若成立，則豸=C -90° ,轉(zhuǎn)入7)，若不成立，則給驅(qū)動單元通入電流； =約，測量此時動子產(chǎn)生的壓力,可得懸浮力1^ = F - F0 ； 4)取1= (1+1)/2 ,給驅(qū)動單元通入電流j = 4coSd+A5)，測量此時動子產(chǎn)生的壓力F，可得懸浮力巧 = F -? ; 5)判斷|iL|是否成立，若成立則式=匕-90°，轉(zhuǎn)入7)，若不成立則轉(zhuǎn)入6)； 6)判斷圪I< 0是否成立，若成立則圮=I ,轉(zhuǎn)入4);若不成立則^ = I，轉(zhuǎn)入4); 7)給驅(qū)動單元通入電流:=/sc0S(或+A的，測量此時動子產(chǎn)生的壓力v可得懸浮力Fs: F-4 ;判斷巧>0是否成立，若成立，則懸浮電流相位g + 若不成立，則懸浮電流相位死=硨+ A0-180° ,此時，懸浮電流相位芑即等于見。與之和，根據(jù)懸浮電流相位4給線圈陣列通入相應(yīng)的電流產(chǎn)生所需懸浮力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于壓力傳感器組的磁懸浮永磁平面電機(jī)起浮方法，其特征是:線圈陣列包含4個驅(qū)動單元，每個驅(qū)動單元由三個線圈組成，4個驅(qū)動單元兩兩對角布置，對角布置的兩個驅(qū)動單元產(chǎn)生X軸向或y軸向水平推力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于壓力傳感器組的磁懸浮永磁平面電機(jī)起浮方法，其特征是:4個壓力傳感器兩兩對角地布置在四個角上。
【文檔編號】H02N15/00GK103633884SQ201310626553
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】張新華, 駱浩, 孫玉坤, 胡金春, 趙文祥 申請人:江蘇大學(xué)