[发明专利]一种磁对准方法及一种磁浮电机

说明书

本发明公开了一种磁对准方法及一种磁浮电机，所述磁对准方法包括：S1：在一对线圈数量及排列方向均相同的线圈组中通入电流进行磁对准初始化，任意设置其中一个线圈组的初始磁角度，并根据两个线圈组的位置关系设置另一个线圈组的初始磁角度；S2：控制电流的电流角度在一个磁对准角度周期内变化，通过至少一个垂向测量装置测量一对线圈组中至少一个线圈组与磁钢阵列之间的垂向间距；S3：根据记录的一个周期的数据，选择所述垂向测量装置测得的数据最大值对应的电流角度，并根据该电流角度计算所述一对线圈组的磁对准角度。本发明对成对的线圈组进行磁对准，不会发生水平向位移，对准精度高。

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及一种磁对准方法及一种磁浮电机。

背景技术

由磁浮平面电机驱动的运动台无需气浮或机械导轨，运动自由度大，尤其在平面内运动行程约束小，同时又可以达到高速高精度的要求，因此适用于光刻机运动台领域。此外，由于无需气浮，因此也适用于真空环境的发展需求，磁浮平面电机的基本控制原理类似普通直线电机，即根据线圈在磁场中的位置，改变通入三相线圈的电流相角，使得电机在所需方向上的出力恒定。由于采用id，iq解耦的矢量控制方式，因此初始磁对角的精确与否，出力保证在动线圈式磁浮平面电机水平向、垂向出力最大外，还影响到电机水平向与垂向的解耦。若磁对准角度不够精确、水平向与垂向解耦不够彻底，则会在控制上引入水平向与垂向的串扰，影响电机的伺服性能。

2004年6月24号申请的专利US7205741B2提出了一种初始磁对准角度的检测方法。图1为所述初始磁对准角度的检测方法采用的磁浮平面电机，该方法提出在电机线圈与磁钢表面之间铺设一层名为“end stops”的可压缩材料，配以电容或电感距离传感器，检测电机在垂向出力时对“end stops”的压缩形变，通过在磁对准范围内更改三相线圈电流角度并判断“end stops”的形变位移大小，从而搜寻出电机的初始磁对准角度，通过向线圈组件提供三相交流电来控制平面电动机，每相提供给三个线圈中的一个。线圈位于由其表面上具有交变磁极的磁板产生的磁场中，用于产生交变磁场。在操作中，流过每个线圈的每个电流的相位确定由于磁场中的电流而产生的力的方向。通过确定换向偏移角度，每个电流的相位角将适应于磁场的局部方向，通过产生未知方向的力并改变换向角来确定换向偏移角，并且确定所产生的力何时垂直于磁体板定向，同时确保所产生的力不超过水平摩擦力。通过确定线圈组件的端部挡块的最大压缩或确定最大压力，可以确定何时生成的力垂直于磁体板。上述磁对准角度检测方法的精确程度依赖于电机垂向出力时“end stops”的形变量和传感器的分辨率。而且在初始磁角度未知的情况下电机是产生水平方向出力还是垂向出力是不明确的，如果水平方向出力过大，会导致磁浮平面电机的动子发生位移，从而影响磁对准结果甚至磁对准失败。此外，在现实情况中，由于磁浮平面电机垂向空间约束有限，是否有足够空间在动定子之间垫入“end stops”是有待商榷的。

图2为另一种磁浮平面电机的磁对准方法采用的磁浮平面电机，该方法提出在线圈动子侧预置霍尔元件组成的传感器阵列，通过该传感器阵列检测线圈所处磁场的位置，并由此计算线圈磁角度。该方法需要额外增加霍尔传感器原件，会导致成本、质量、空间布局方面的约束，同时由于霍尔传感器为模拟传感器，在信号传输过程中难免被周围环境干扰，从而导致磁角度的计算偏差。

发明内容

本发明提供了一种磁对准方法及一种磁浮电机，用以解决现有技术中的磁浮平面电机结构复杂、空间约束大以及磁对准结果不准确的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种磁对准方法，包括如下步骤：

S1：在一对线圈数量及排列方向均相同的线圈组中通入电流进行磁对准初始化，任意设置其中一个线圈组的初始磁角度，并根据两个线圈组的位置关系设置另一个线圈组的初始磁角度；

S2：控制电流的电流角度在一个磁对准角度周期内变化，通过至少一个垂向测量装置测量一对线圈组中至少一个线圈组与磁钢阵列之间的垂向间距；