[发明专利]一种平面电机初始位置探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光刻机系统应用领域，尤其涉及一种应用于光刻机工件台多自由度精密运动定位的平面电机初始位置探测方法。

背景技术

平面电机的定子由在平面内布置的永磁阵列组成，平面电机的动子由布置在一个平面上的线圈阵列组成，动子采用气浮支撑，动子中多个出力线圈通过合适的驱动控制方法，可实现水平面三自由度精密运动定位。平面电机在用于光刻机工件台多自由度精密运动定位时，和传统的多个单自由度直线电机层叠设计相比，结构简单、质量轻、刚度高，并且其动子采用气浮支撑，无摩擦力，这些优点使得工件台快速加减速能力更强，速度更快，定位精度更高，可以提高光刻机产率，获得更高的套刻精度。

由于平面电机的电磁和机械特点，每个运动方向都可以单独控制，电磁和机械响应相比至少快一个数量级，所以平面电机会采用电流环来调节电流和电压的非线性，采用位置环控制运行位置的动态特性。

平面电机采用电流环闭环控制中，电流环的输入和输出之间有反馈电路，电流环的输入是电流环给定值，电流环给定值和电流环的反馈值进行比较后的差值在电流环内做PID调节后输出给电机，电流环的输出就是电机的每相的相电流。

平面电机采用位置环闭环控制中，位置环的输入就是外部的脉冲，外部的脉冲经过平滑滤波处理和电子齿轮计算后作为“位置环的设定”，设定和来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差计数器的计算后的数值在经过位置环的PID调节(比例增益调节，无积分微分环节)后输出。

为了对平面电机进行换相驱动控制，平面电机启动时，需首先获知动子线圈相对定子永磁阵列的初始位置，即动子线圈在定子永磁磁场中的空间位置相角。

目前，平面电机初始位置探测方法一般都需要附加其它传感器(譬如压力传感器、霍尔传感器等)和对应的信号处理电子电路来实现，这样不仅增加成本，而且增加了结构设计的复杂性。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种平面电机初始位置探测方法，不需要附加其它传感器及对应信号处理电子电路，就能够实现光刻机工件台多自由度精密运动定位。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种平面电机初始位置探测方法，所述平面电机包含定子，动子及位置测量传感器，所述动子包含四个三相线圈组，包括：

所述平面电机电流环闭环，选取一个三相线圈组，并向该三相线圈组中通入电流，得到该三相线圈组在所述定子的空间磁场中的初始相角偏置；

所述平面电机电流环闭环，将所述初始相角偏置代入换相算法，改变该三相线圈组中通入电流的空间相角，得到该三相线圈组在所述定子的空间磁场中的空间相角正向变化与所述平面电机运动正方向的关系；

应用所述初始相角偏置以及所述空间相角正向变化与所述平面电机运动正方向的关系，进行所述平面电机位置环PID闭环控制，对所述PID闭环控制输出值注入噪声，得到该三相线圈组在所述定子的空间磁场中的精细初始位置；

依次选取其它三相线圈组，重复上述步骤，完成平面电机的初始位置探测。

进一步的，所述平面电机为气浮动线圈式平面电机或动磁铁式气浮平面电机。

进一步的，所述定子为分段式霍尔永磁阵列或能够在水平面X、Y两个方向产生与分段式霍尔永磁阵列相似正弦磁通密度分布的其它类型永磁阵列。

进一步的，所述动子相对所述定子旋转45度布置。

进一步的，所述三相线圈组由三个不同相位的线圈等间距布置形成。

进一步的，所述四个三相线圈组包含两个沿矩形一条对角线布置的第一方向三相线圈组和两个沿矩形另一条对角线布置的第二方向三相线圈组。

进一步的，所述第一方向三相线圈组的出力方向沿所述定子的空间磁场的第一方向，所述第二方向三相线圈组的出力方向沿所述定子的空间磁场的第二方向。

进一步的，所述向该三相线圈组中通入电流时，采用正弦换相电流控制方法或状态空间矢量控制方法来控制该三相线圈组中通入的电流大小。

进一步的，通过将所述动子定位在所述定子空间磁场的已知空间相角处，记录所述位置测量传感器读数，得到所述三相线圈组的初始相角偏置。

进一步的，当所述三相线圈组在所述定子的空间磁场中的空间相角正向变化，所述平面电机运动方向为正，保持所述位置测量传感器的反馈极性或向该三相线圈组通入电流的相序。

进一步的，当所述三相线圈组在所述定子的空间磁场中的空间相角正向变化，所述平面电机运动方向为负，反转所述位置测量传感器的反馈极性或者向该三相线圈组通入电流的相序。

进一步的，所述噪声为白噪声。