加热盘控制系统和机械设备的制作方法

1.本实用新型涉及电机技术领域，尤其是涉及一种加热盘控制系统和机械设备。


背景技术：

2.在半导体镀膜设备中，驱动加热盘升降的电机多采用旋转电机。这种采用旋转电机的传动模式需要利用机械结构进行运动模式的转换，影响设备运行效率，且在进行动模式的转换的过程中会增加系统磨损，半导体镀膜设备容易出现发热、弹性形变、转换误差、噪声等问题，最终出现进给滞后现象。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种加热盘控制系统和机械设备，无需采用机械结构进行运动模式的转换，可以提高设备运行效率和运行精度，设备磨损较低且不会出现发热、弹性形变、转换误差、噪声等问题。
4.第一方面，本实用新型实施例提供了一种加热盘控制系统，加热盘控制系统包括：直线电机和加热盘，直线电机与加热盘连接，直线电机还与外部的三相正弦交流电连接；所述直线电机的次级用于产生激励磁场，所述直线电机的初级绕组用于基于所述三相正弦交流电产生行波磁场，基于所述激励磁场和所述行波磁场相互作用产生电磁推力；所述加热盘用于基于所述电磁推力进行升降动作运动。
5.在本技术可选的实施例中，上述直线电机包括：所述初级、线圈绕组、多个永磁体和所述次级；所述初级由线圈绕组构成，所述次级由多个永磁体构成；多个所述永磁体用于产生所述激励磁场。
6.在本技术可选的实施例中，上述初级与所述次级之间包括气隙；直线电机用于在获取三相正弦交流电之后，在气隙间产生行波磁场。
7.在本技术可选的实施例中，上述直线电机还包括：滑块；所述滑块设置于次级的上表面；所述滑块用于基于电磁推力运动。
8.在本技术可选的实施例中，上述加热盘控制系统还包括：连接杆，直线电机的滑块通过连接杆与加热盘直接相连；连接杆用于基于滑块的运动带动加热盘连接的运动。
9.在本技术可选的实施例中，上述多个永磁体在次级的上表面平行排列。
10.在本技术可选的实施例中，上述加热盘控制系统还包括：滤波器和控制器，滤波器、控制器和直线电机依次连接；所述控制器用于获取所述滤波器滤波之后的输入电流和所述直线电机的反馈电流，基于所述输入电流和所述反馈电流确定所述直线电机的控制信号；所述直线电机获取所述控制信号，基于所述控制信号对外部干扰进行抑制。
11.在本技术可选的实施例中，上述直线电机的极对数为3，永磁体磁链为0.35wb，电机质量为18.5kg，动子质量为1.7kg，极距为0.0528m，粘滞摩擦系数为0.1。
12.第二方面，本实用新型实施例还提供一种机械设备，包括上述的加热盘控制系统。
13.在本技术可选的实施例中，上述机械设备为半导体镀膜设备。
14.本实用新型实施例带来了以下有益效果：
15.本实用新型实施例提供了一种加热盘控制系统和机械设备，直线电机的次级产生激励磁场，在直线电机初级绕组中通入三相正弦交流电，初级间隙将产生行波磁场，直线电机次级所产生的励磁磁场将与行波磁场相互作用产生电磁推力；加热盘基于这种电磁推力进行升降动作。加热盘控制系统可以直接使用直线电机带动加热盘移动，无需采用联轴器、滚珠丝杆等机械结构进行运动模式的转换，可以提高设备运行效率和运行精度，设备磨损较低且不会出现发热、弹性形变、转换误差、噪声等问题。
16.本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
17.为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本实用新型实施例提供的一种加热盘控制系统的结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例提供的另一种加热盘控制系统的结构示意图；
21.图3为本实用新型实施例提供的一种旋转电机和直线电机的示意图；
22.图4为本实用新型实施例提供的一种机械设备的结构示意图。
23.图标：100-加热盘控制系统；10-直线电机；20-加热盘；30-三相正弦交流电；40-连接杆；1-初级；2-绕组；3-永磁体；4-次级；5-气隙；6-滑块；1000-机械设备。
具体实施方式
24.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.目前，在半导体镀膜设备中，驱动加热盘升降的电机多采用旋转电机。这种采用旋转电机的传动模式需要利用机械结构进行运动模式的转换，影响设备运行效率，且在进行动模式的转换的过程中会增加系统磨损，半导体镀膜设备容易出现发热、弹性形变、转换误差、噪声等问题，最终出现进给滞后现象。
26.综上，现有技术的旋转电机需要进行运动转换驱动加热盘升降，响应速度较慢，影响设备运行效率。
27.基于此，本实用新型实施例提供的一种加热盘控制系统和机械设备，具体提供了一种用于加热盘升降的直线电机的设计和控制方法。本实施例针对普通旋转电机驱动方式的缺点，提了出一种基于反馈控制的直线电机驱动加热盘的方案。直线电机直接驱动加热盘升降，以提升设备运行效率，无需采用机械结构进行运动模式的转换，可以提高设备运行
效率和运行精度，设备磨损较低且不会出现发热、弹性形变、转换误差、噪声等问题。
28.为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种加热盘控制系统进行详细介绍。
29.实施例一：
30.本实用新型实施例提供了一种加热盘控制系统，参见图1所示的一种加热盘控制系统的结构示意图，该加热盘控制系统100包括：直线电机10和加热盘20，直线电机10与加热盘20连接，直线电机10还与外部的三相正弦交流电30连接。
31.直线电机10的次级用于产生激励磁场，直线电机10的初级绕组用于基于三相正弦交流电30产生行波磁场，激励磁场和行波磁场相互作用产生电磁推力；加热盘20用于基于电磁推力进行升降动作。
32.现有技术中的驱动加热盘升降的电机多采用旋转电机，需要用联轴器、滚珠丝杆结构将旋转运动转换为直线运动，以驱动加热盘升降，这种传动模式会无形中增加系统磨损，系统易发热，产生弹性形变、转换误差、噪声等问题，影响机台运行速度及精度。
33.直线电机是一种新型电机。与旋转电机相比，直线电机不需要中间转换装置(包括滚珠丝杆等机构)，可以将电能直接转换为机械能进行直线运动。直线电机与旋转电机相比，主要有如下几个特点：
34.一、结构简单，由于直线电机不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置，因而使得系统本身的结构大为简化，重量和体积大大地下降；
35.二、定位精度高，在需要直线运动的地方，直线电机可以实现直接传动，因而可以消除中间环节所带来的各种定位误差，故定位精度高，如采用微机控制，则还可以大大地提高整个系统的定位精度。
36.三、反应速度快、灵敏度高，随动性好。直线电机容易做到其动子用磁悬浮支撑，因而使得动子和定子之间始终保持一定的空气隙而不接触，这就消除了定、动子间的接触摩擦阻力，因而大大地提高了系统的灵敏度、快速性和随动性。
37.四、工作安全可靠、寿命长。直线电机可以实现无接触传递力，机械摩擦损耗几乎为零，所以故障少，免维修，因而工作安全可靠、寿命长。
38.本实施例的加热盘控制系统采用直线电机代替旋转电机，无需采用机械结构进行运动模式的转换，可以提高设备运行效率和运行精度，设备磨损较低且不会出现发热、弹性形变、转换误差、噪声等问题。
39.本实用新型实施例提供了一种加热盘控制系统，直线电机的次级产生激励磁场，在直线电机初级绕组中通入三相正弦交流电，初级间隙将产生行波磁场，直线电机次级所产生的励磁磁场将与行波磁场相互作用产生电磁推力；加热盘基于这种电磁推力进行升降动作。加热盘控制系统可以直接使用直线电机带动加热盘移动，无需采用联轴器、滚珠丝杆等机械结构进行运动模式的转换，可以提高设备运行效率和运行精度，设备磨损较低且不会出现发热、弹性形变、转换误差、噪声等问题。
40.实施例二：
41.本实用新型实施例提供了另一种加热盘控制系统，参见图2所示的另一种加热盘控制系统的结构示意图，该加热盘控制系统100还包括：连接杆40，连接杆40设置于直线电机10和加热盘20之间，其中，直线电机的滑块通过所述连接杆与所述加热盘直接相连。连接
杆用于基于滑块的运动带动加热盘连接的运动。
42.具体地，参见图3所示的一种旋转电机和直线电机的示意图，本实施例中的直线电机10包括：初级1(即动子)、绕组2、多个永磁体3和次级4(即定子)；初级1由线圈绕组构成，所述次级4由多个永磁体3构成；多个永磁体3用于产生激励磁场。
43.如图3所示，初级1和次级4之间包括气隙5；直线电机用于在获取三相正弦交流电之后，在气隙间产生行波磁场。
44.如图3所示，从电机结构角度来说，可以将旋转电机平铺展开形成了永磁同步的直线电机，在永磁同步的直线电机的初级绕组中通入三相正弦交流电后，初级和次级之的间隙可以产生行波磁场。多个永磁体在次级的上表面平行排列，多个永磁体可以产生激励磁场。行波磁场与直线电机励磁磁场相互作用可以产生电磁推力。
45.如图3所示，直线电机10还包括：初级动子滑块6；滑块6设置于次级4的上表面；滑块用于基于电磁推力运动。
46.行波磁场与直线电机励磁磁场相互作用可以产生电磁推力可以带动滑块移动，本实施例中的连接杆可以随着滑块的移动而移动，加热盘随着连接杆的移动而移动。因此，加热盘控制系统可以直接使用直线电机带动加热盘移动，无需采用机械结构进行运动模式的转换，可以提高设备运行效率和运行精度，设备磨损较低且不会出现发热、弹性形变、转换误差、噪声等问题。
47.对于永磁同步直线电机的简化数学模型，首先建立自然坐标系下的数学模型，介绍坐标变换级数，变换为静止坐标系下和常用的d-q旋转坐标系下的数学模型。
48.此外，对于永磁直线电机应用于镀膜设备所产生的影响，可以分析永磁同步直线电动机具有响应快、精度高、损耗小、进给推力大等特点，但直接驱动的运行模式使得电机系统不确定性因素对设备生产运行产生的影响更加明显，不确定性总结如下：
①
端部效应
②
负载扰动
③
摩擦力变化
④
动子及其所带负载总质量的变化。
49.因此，本实施例提出一种控制方法进行优化：鲁棒控制在设计伊始就是针对被控对象模型不确定性而提出，定量反馈理论就是一种鲁棒控制方法。
50.本实施例的加热盘控制系统还包括：滤波器和控制器，所述滤波器、所述控制器和所述直线电机依次连接；所述控制器用于获取所述滤波器滤波之后的输入电流和所述直线电机的反馈电流，基于所述输入电流和所述反馈电流确定所述直线电机的控制信号；所述直线电机获取所述控制信号，基于所述控制信号对外部干扰进行抑制。
51.本实施例可以将定量反馈控制应用于永磁同步直线电机伺服控制系统控制器设计的主要步骤为被控对象模板绘制、性能指标分析计算、边界限定、控制器设计、前置滤波器设计和仿真验证六个步骤。具体的性能指标参数设计可以包括：鲁棒稳定裕度指标、跟踪性能指标(伺服指标)干扰抑制指标。
52.针对以上指标，优选地，本实施例的直线电机的极对数为3，永磁体磁链为0.35wb，电机质量为18.5kg，动子质量为1.7kg，极距为0.0528m，粘滞摩擦系数为0.1。以上述参数设计的直线电机，电机的速度阶跃响应在约定的伺服边界内，在多步加载的情况下可保持稳定运行。
53.本实用新型实施例提供的一种加热盘控制系统，采用永磁同步直线电机代替传统加热盘升降电机，可以提升响应速度及加工精度。本实施例还提出定量反馈控制策略，可以
提升永磁直线电机控制系统稳定。
54.实施例三：
55.本实用新型实施例提供了一种机械设备，参见图4所示的一种机械设备的结构示意图，该机械设备1000包括：上述实施例提供的加热盘控制系统100。
56.具体地，上述机械设备为半导体镀膜设备。
57.本实用新型实施例提供的机械设备，与上述实施例提供的加热盘控制系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
58.本实用新型实施例所提供的加热盘控制系统和机械设备的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面实施例中的内容具体实现可参见上述实施例，在此不再赘述。
59.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
60.另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
61.上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
62.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
63.最后应说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。