一种采用电流注入法实现磁悬浮永磁平面电机起浮的方法
【专利摘要】本发明公开一种采用电流注入法实现磁悬浮永磁平面电机起浮的方法，永磁平面电机由定子和动子组成，动子为线圈阵列，线圈阵列包含产生x轴向和y轴向水平推力的驱动单元，给x轴向或y轴向驱动单元依次通入初始相位互差90°电角度的试探电流，当动子成功悬浮后，根据该电流所产生的水平推力采用逐次搜索逼近法确定悬浮电流的相位，使用方便，硬件成本低，工作范围不受行程限制，运行稳定可靠，有效解决现有技术中采用平面光栅等增量式位置传感器无法确定动子相对于定子的初始相位的技术问题。
【专利说明】一种采用电流注入法实现磁悬浮永磁平面电机起浮的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力传动【技术领域】，尤其涉及一种采用电流注入法实现磁悬浮永磁平面电机起浮的方法，特别适用于半导体光刻、高精度绘图仪、高精密动作台等现代制造装备领域。
【背景技术】
[0002]随着先进制造业的快速发展，现代精密、超高精密制造装备对高响应、高速度、高精密的平面驱动装置有着迫切的需求。最初的平面驱动装置由两台直线电机采用层叠结构形式实现，这种采用低维运动机构叠加形成高维运动机构的模式，增加了传动系统的复杂性和运动系统的惯量，从而严重影响了系统的定位精度和控制性能。与传统的二维平面工作台相比，以平面电机为核心构造的直驱式平面工作台具有结构简单、定位精度高、响应速度快等优点，在半导体光刻、高精度绘图仪、高精密动作台等精密、超高精密的现代制造装备中具有广阔的应用前景。磁悬浮永磁平面电机动子不需任何物理支撑就可在二维平面上自由运动，机械结构极为简单，已逐渐成为国内外该领域相关学者研究和开发的热点之一。
[0003]动圈式磁悬浮永磁平面电机动子为线圈阵列，定子为永磁阵列，起浮时需根据动子相对于定子的位置确定悬浮电流的相位，根据该相位给线圈阵列通电流以产生所需要的悬浮力。采用平面光栅等增量式位置传感器只能检测动子运动的相对位移而无法确定动子相对于定子的位置，因而无法确定悬浮电流的相位。采用微距离高精度激光测距仪进行可以检测动子相对于定子的位置，进而确定悬浮电流的相位，但这种设备价格昂贵、安装使用要求高、测量范围有限，因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
[0004]已知单调增函数/0),可用逐次搜索逼近法求解/⑴=0的根(x的解)，
其基本思想是:确定搜索步长^ ,在定义域内取,分两种情况进行逐次搜索逼近:①若j 0?) > 0 ,则以xW为起点，朝减小方向根据确定各搜索点xI1、x12、%、…，即有
【权利要求】
1.一种采用电流注入法实现磁悬浮永磁平面电机起浮的方法，所述永磁平面电机由定子和动子组成，动子为线圈阵列，线圈阵列包含产生X轴向和y轴向水平推力的驱动单元，其特征是:给X轴向或y轴向驱动单元依次通入初始相位互差90°电角度的试探电流，当动子成功悬浮后，根据该电流所产生的水平推力采用逐次搜索逼近法确定悬浮电流的相位。
2.根据权利要求1所述的一种采用电流注入法实现磁悬浮永磁平面电机起浮的方法，其特征是具体采用以下步骤: 1)设定相位允许偏差值为s,时间间隔为J7，通电电流幅值为4； 2)令悬浮电流的初始相位芑=-90。，给驱动单元通入电流2= 4 cos(4 + A5)，判断此时在z轴向产生的位移士 > O是否成立，若成立，转入步骤6)，若不成立，转入步骤3)，A5为驱动单元通电后在X轴向或y轴向运动引起的相位差； 3)令悬浮电流的初始相位4= 0°,给驱动单元通入电流4? ?<4 + A的，判断此时的位移Ss > 0是否成立，若成立，转入步骤6)，若不成立，转入步骤4)； 4)令悬浮电流的初始相位4=卯。，给驱动单元通入电流？ = 4cos(4 + A的，判断此时的位移Sz > 0是否成立，若成立，转入步骤6)，若不成立，转入步骤5)； 5)令悬浮电流的初始相位豸=180'给驱动单元通入电流I砗+A约，判断此时的位移&> 0是否成立，若成立，转入步骤6)，若不成立，增大通电电流幅值Zsa后转入步骤2)； 6)根据水平推力采用逐次搜索逼近法确定悬浮电流的初始相位或，直至A名,为搜索步长，此时，永磁平面电机动子产生的水平推力为0 ; 7)取悬浮电流相位名二4 + M实现磁悬浮永磁平面电机起浮，悬浮电流相位4即等于見0与之和，为驱动单元相对定子磁场的初始相位。
3.根据权利要求2所述的一种采用电流注入法实现磁悬浮永磁平面电机起浮的方法，其特征是所述采用逐次搜索逼近法确定悬浮电流的初始相位之的步骤是: (1)给驱动单元通入电流〗=4cos(4+A^),记录连续两个2"时间间隔内在X轴向或y轴向运动产生的位移A、S1,并判断搜索步长&巧<s是否成立，若成立，4即为悬浮电流的初始相位，若不成立，转入步骤(2)； (2)判断位移s2> S1是否成立，若成立，则水平推力Fx > 0 ,减小式，转入步骤(3)，若不成立，转入步骤(5)； (3)根据搜索步长Ag,将4减小么巧，给驱动单元通入电流；=4co5(4+m，记录连续两个时间间隔:T的位移s1、巧，判断巧是否成立，若成立，则重复步骤(3)，若不成立，则将搜索步长Ag减小一半，转入步骤(4)； (4)根据搜索步长4巧将或增大&巧，转入步骤(1)； (5)根据搜索步长A名将4-增大A名，给驱动单元通入电流z= 4 cos(4+A0，记录连续两个时间间隔T的位移s1、6 ,判断％ < sI是否成立，若成立，则重复步骤(5 )，若不成立，则将搜索步长▲巧减小一半，转入步骤(6)； (6)根据搜索步长Ag将4减小Ag,转入步骤(1)。
【文档编号】H02N15/00GK103647478SQ201310628393
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】张新华, 骆浩, 孙玉坤, 胡金春, 赵文祥 申请人:江苏大学