一种永磁直线电机的驱动装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种永磁直线电机的驱动装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]在当前的光刻设备中，通过控制工件台对硅片多次曝光实现大面积的光刻，工件台高速、高精度、高频响大行程的基本功能离不开永磁直线电机技术，具体应用时可根据精密工件台的结构形式而定，既要满足微位移短行程高精度驱动，又要实现长行程高速度重复移动定位，实现高分辨率、高套刻精度、高产率、低维修率的关键性能目标。
[0003]为提高工件台系统精度，实现工件台在一定范围内做直线周期性运动，采用各种类型的直线电机进行驱动，主要有:①无刷直线伺服电机、②音圈直线电机、③超声波压电陶瓷电机、④洛伦兹电机，其传动机构取消了齿条、丝杠、链条等中间机械转换环节，被称为“零驱动”或“直接驱动”技术，与间接驱动装置相比，有以下优点??第一、由于定子和动子之间没有机械连接，因此消除了磨损、散热、卡死问题，运动更加平滑灵活；第二、突出了高精度、高速度、高加速度、响应快、外形高度低等特点；第三、既可满足长短行程要求的直线运动，又能解决间接驱动装置中转动惯量大，导致系统动态特性差的问题。但其所用到的电机装置均有可能发生故障导致光刻设备停机，造成很大的经济损失。因此光刻机中工件台驱动电机的合理选择与控制方案的优化设计，对提高工件台运动精度和可靠性有着直接的影响，既要满足各项性能指标的要求，又要满足运动的稳定可靠。
[0004]目前光刻设备中所用到的电机驱动装置技术，从整体上看，其效率、可靠性均有较大的不足，严重制约着进一步的应用。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种动子线圈采用双三相绕组结构冗余形式的永磁直线电机的驱动装置及控制方法。
[0006]为了实现上述发明目的，本发明公开一种永磁直线电机的驱动装置，其特征在于，该永磁直线电机包括定子和动子，该动子由无铁心双三相绕组组成，该永磁直线电机的一个三线绕组连接第一逆变器，另一个三线绕组连接第二逆变器；该无铁心双三相绕组为双Y型绕组。
[0007]更进一步地，该定子由背铁和哈尔贝克(Halbach)永磁阵列组成。
[0008]本发明还提供一种永磁直线电机的控制系统，其特征在于，包括:一位置/速度测量系统，用于获取一设置点；一电机驱动器，用于根据该位置/速度测量系统的输出值驱动如权利要求1至5任意一项该的永磁直线电机；一接口系统，用于实现该位置/速度测量系统和该电机驱动器之间的模/数或数/模转换。
[0009]更进一步地，该电机驱动器包括一位置传感器，该位置传感器用于获得该永磁直线电机的位置。
[0010]更进一步地，该位置/速度测量系统包括一数字伺服控制器，该位置传感器与该设置点相加后作为该数字伺服控制器的输入端。
[0011 ] 更进一步地，该电机驱动器还包括一速度或电流控制器，用于控制该永磁直线电机的速度或位置。
[0012]本发明同时公开一种永磁直线电机的控制方法，包括:步骤一、机台配电柜上电； 步骤二、机台工作站启动后，开始初始化；步骤三、驱动电路智能自检；步骤四、若驱动电路智能自检检出有且仅有一套逆变电路管子出现故障；步骤五、维护人员查询错误信息后，定位仅有一逆变器故障时，进行故障处理，回到步骤一；步骤六、若驱动电路智能自检检出有两套逆变电路均出现故障，进行故障预处理；步骤七、维护人员收到两套逆变电路均有故障情况下，进行故障处理，回到步骤一；步骤八、驱动电路智能自检完成正常后，实施执行器电机自检；步骤九、若执行器电机自检，检出仅有一绕组故障，上传故障信息后自动切换到无故障电机绕组，此工况下进行单饶祖运行；步骤十、维护人员查看执行器电机故障信息后，定位仅有单绕祖故障信息，进行故障处理，回到步骤一；步骤十一、若执行器电机自检，检出有双绕组故障，执行步骤六；步骤十二、执行器电机自检完成后，实施实施传感器反馈自检；步骤十三、如果实施传感器反馈自检测得有异常情况，进行故障预处理；步骤十四、维护人员查看传感器故障信息后，进行故障处理，回到步骤一；步骤十五、传感器反馈自检完成正常后，进入全局初始化状态；步骤十六、全局初始化成功后，闭环起伺服；
该步骤四后，如果维护人员不处理，则下一步执行该步骤八。
[0013]该步骤九后，如果维护人员不处理，则下一步执行该步骤十二。
[0014]该步骤十六，包括:
(一)若该驱动电路正常，启动该永磁直线电机；
(二)正常运行时启动一电气限位开关；
(三)检测电流值，若电流值异常，关断该驱动电路；检测该永磁直线电机的温度，若温度高于设定值则启动一水冷设备；
(四)判断主控板是否发出停止信号，若有停止信号，则该逆变电路设定为零；
(五)若相电流检测到故障，则关闭故障绕组；
(六)根据光栅尺信号时序的关系，计算动子相对于定子的位置信息，进而计算出电角度信息，得出合适PWM控制开关管，输出可控的三相交流电。
[0015]与现有技术相比较，本发明的动子为双三相绕组无铁心结构，定子采用哈尔贝克(Halbach)永磁阵列，背铁设计很薄，均布对称固定在动子两侧，能够解决传统永磁直线电机装置可靠性不高的技术问题。本发明提供的永磁直线电机的驱动装置的控制方法，针对现有技术的缺陷，分析提高效率、可靠性的具体措施，以双三相永磁直电机为研究对象，分析驱动电路设计、故障点的自动采集、故障切换的原理、提高可靠性措施，是比现有技术更为切实可行的可靠性控制方案。
【附图说明】
[0016]关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
[0017]图1是本发明所涉及的永磁直线电机的俯视图； 图2是本发明所涉及的永磁直线电机的电路检测原理图；
图3是本发明所涉及的永磁直线电机的控制系统原理图；
图4是本发明所涉及的永磁直线电机的控制系统可靠性检测流程图；
图5是本发明所涉及的永磁直线电机的驱动普通三相直线电机原理图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
[0019]本发明所述的一种永磁直线电机的驱动装置及控制方法，是针对现有技术的缺陷，分析提高效率、可靠性的具体措施，以一种双三相永磁直电机为研究对象，分析驱动电路设计、故障点的自动采集、故障切换的原理、提高可靠性措施，详述了一种切实可行的可靠性控制方案。
[0020]所述的电机其特征在于动子为双三相绕组无铁心结构，定子采用哈尔贝克(Halbach)永磁阵列，背铁设计很薄，均布对称固定在动子两侧，解决了传统永磁直线电机驱动装置可靠性不高的问题。
[0021]本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
本发明所述装置中电机本体结构俯视图如图1所示，主要包括两大部分:定子和动子，背铁1和哈尔贝克(Halbach)永磁阵列2共同组成定子部分，无铁心双三相绕组3称为动子部分；具有结构简单，无接触运行，效率高，高可靠性，响应快，精度高，广泛应用于微电子装备、交通运输、电磁发射等领域。
所述装置的主电路拓扑如图2所示，包括所述永磁直线电机4，两组三相桥式电压源型逆变器9和10。双三相电机电枢绕组为双Y型绕组，其中电枢绕组A1B1C1可由如图所示的拓扑电路的逆变电路9供电；电枢绕组A2B2C2由逆变电路10供电。
[0022]针对所述的电机装置，分析了提高系统可靠性的方法，其控制系统原理如图3所示，主要由主控板、位置/速度测量系统30、电机驱动器10，以及接口系统20组成。其中位置/速度测量系统30包括获取设置点301，根据传感器接口 303数据控制数字伺服控制器302。驱动器接口 302进行数/模转换器201转换后速度或电流控制101电机102。位置传感器103获得电机位置信息后进行模/数转换器202转换并发送至传感器接口 303。伺服控制电路是一个速度环和位置环组成的双环控制系统，速度环由激光测量系统完成，位置环为主控制环，由PID调节器实现，具体阐述了自动巡检驱动电路，自动巡检传感反馈回路，自动检测执行器，预知故障问题，故障点自动采集，上传故障信号，故障自动切除，采取预