一種永磁直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種集成電路裝備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種永磁直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)前的光刻設(shè)備中，通過控制工件臺(tái)對(duì)硅片多次曝光實(shí)現(xiàn)大面積的光刻，工件臺(tái)高速、高精度、高頻響大行程的基本功能離不開永磁直線電機(jī)技術(shù)，具體應(yīng)用時(shí)可根據(jù)精密工件臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式而定，既要滿足微位移短行程高精度驅(qū)動(dòng)，又要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)行程高速度重復(fù)移動(dòng)定位，實(shí)現(xiàn)高分辨率、高套刻精度、高產(chǎn)率、低維修率的關(guān)鍵性能目標(biāo)。
[0003]為提高工件臺(tái)系統(tǒng)精度，實(shí)現(xiàn)工件臺(tái)在一定范圍內(nèi)做直線周期性運(yùn)動(dòng)，采用各種類型的直線電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，主要有:①無刷直線伺服電機(jī)、②音圈直線電機(jī)、③超聲波壓電陶瓷電機(jī)、④洛倫茲電機(jī)，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)取消了齒條、絲杠、鏈條等中間機(jī)械轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，被稱為“零驅(qū)動(dòng)”或“直接驅(qū)動(dòng)”技術(shù)，與間接驅(qū)動(dòng)裝置相比，有以下優(yōu)點(diǎn)??第一、由于定子和動(dòng)子之間沒有機(jī)械連接，因此消除了磨損、散熱、卡死問題，運(yùn)動(dòng)更加平滑靈活；第二、突出了高精度、高速度、高加速度、響應(yīng)快、外形高度低等特點(diǎn)；第三、既可滿足長(zhǎng)短行程要求的直線運(yùn)動(dòng)，又能解決間接驅(qū)動(dòng)裝置中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性差的問題。但其所用到的電機(jī)裝置均有可能發(fā)生故障導(dǎo)致光刻設(shè)備停機(jī)，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此光刻機(jī)中工件臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的合理選擇與控制方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)提高工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)精度和可靠性有著直接的影響，既要滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求，又要滿足運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定可靠。
[0004]目前光刻設(shè)備中所用到的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置技術(shù)，從整體上看，其效率、可靠性均有較大的不足，嚴(yán)重制約著進(jìn)一步的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種動(dòng)子線圈采用雙三相繞組結(jié)構(gòu)冗余形式的永磁直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置及控制方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種永磁直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，該永磁直線電機(jī)包括定子和動(dòng)子，該動(dòng)子由無鐵心雙三相繞組組成，該永磁直線電機(jī)的一個(gè)三線繞組連接第一逆變器，另一個(gè)三線繞組連接第二逆變器；該無鐵心雙三相繞組為雙Y型繞組。
[0007]更進(jìn)一步地，該定子由背鐵和哈爾貝克(Halbach)永磁陣列組成。
[0008]本發(fā)明還提供一種永磁直線電機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:一位置/速度測(cè)量系統(tǒng)，用于獲取一設(shè)置點(diǎn)；一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，用于根據(jù)該位置/速度測(cè)量系統(tǒng)的輸出值驅(qū)動(dòng)如權(quán)利要求1至5任意一項(xiàng)該的永磁直線電機(jī)；一接口系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)該位置/速度測(cè)量系統(tǒng)和該電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間的模/數(shù)或數(shù)/模轉(zhuǎn)換。
[0009]更進(jìn)一步地，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括一位置傳感器，該位置傳感器用于獲得該永磁直線電機(jī)的位置。
[0010]更進(jìn)一步地，該位置/速度測(cè)量系統(tǒng)包括一數(shù)字伺服控制器，該位置傳感器與該設(shè)置點(diǎn)相加后作為該數(shù)字伺服控制器的輸入端。
[0011 ] 更進(jìn)一步地，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)器還包括一速度或電流控制器，用于控制該永磁直線電機(jī)的速度或位置。
[0012]本發(fā)明同時(shí)公開一種永磁直線電機(jī)的控制方法，包括:步驟一、機(jī)臺(tái)配電柜上電； 步驟二、機(jī)臺(tái)工作站啟動(dòng)后，開始初始化；步驟三、驅(qū)動(dòng)電路智能自檢；步驟四、若驅(qū)動(dòng)電路智能自檢檢出有且僅有一套逆變電路管子出現(xiàn)故障；步驟五、維護(hù)人員查詢錯(cuò)誤信息后，定位僅有一逆變器故障時(shí)，進(jìn)行故障處理，回到步驟一；步驟六、若驅(qū)動(dòng)電路智能自檢檢出有兩套逆變電路均出現(xiàn)故障，進(jìn)行故障預(yù)處理；步驟七、維護(hù)人員收到兩套逆變電路均有故障情況下，進(jìn)行故障處理，回到步驟一；步驟八、驅(qū)動(dòng)電路智能自檢完成正常后，實(shí)施執(zhí)行器電機(jī)自檢；步驟九、若執(zhí)行器電機(jī)自檢，檢出僅有一繞組故障，上傳故障信息后自動(dòng)切換到無故障電機(jī)繞組，此工況下進(jìn)行單饒祖運(yùn)行；步驟十、維護(hù)人員查看執(zhí)行器電機(jī)故障信息后，定位僅有單繞祖故障信息，進(jìn)行故障處理，回到步驟一；步驟十一、若執(zhí)行器電機(jī)自檢，檢出有雙繞組故障，執(zhí)行步驟六；步驟十二、執(zhí)行器電機(jī)自檢完成后，實(shí)施實(shí)施傳感器反饋?zhàn)詸z；步驟十三、如果實(shí)施傳感器反饋?zhàn)詸z測(cè)得有異常情況，進(jìn)行故障預(yù)處理；步驟十四、維護(hù)人員查看傳感器故障信息后，進(jìn)行故障處理，回到步驟一；步驟十五、傳感器反饋?zhàn)詸z完成正常后，進(jìn)入全局初始化狀態(tài)；步驟十六、全局初始化成功后，閉環(huán)起伺服；
該步驟四后，如果維護(hù)人員不處理，則下一步執(zhí)行該步驟八。
[0013]該步驟九后，如果維護(hù)人員不處理，則下一步執(zhí)行該步驟十二。
[0014]該步驟十六，包括:
(一)若該驅(qū)動(dòng)電路正常，啟動(dòng)該永磁直線電機(jī)；
(二)正常運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)一電氣限位開關(guān)；
(三)檢測(cè)電流值，若電流值異常，關(guān)斷該驅(qū)動(dòng)電路；檢測(cè)該永磁直線電機(jī)的溫度，若溫度高于設(shè)定值則啟動(dòng)一水冷設(shè)備；
(四)判斷主控板是否發(fā)出停止信號(hào)，若有停止信號(hào)，則該逆變電路設(shè)定為零；
(五)若相電流檢測(cè)到故障，則關(guān)閉故障繞組；
(六)根據(jù)光柵尺信號(hào)時(shí)序的關(guān)系，計(jì)算動(dòng)子相對(duì)于定子的位置信息，進(jìn)而計(jì)算出電角度信息，得出合適PWM控制開關(guān)管，輸出可控的三相交流電。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的動(dòng)子為雙三相繞組無鐵心結(jié)構(gòu)，定子采用哈爾貝克(Halbach)永磁陣列，背鐵設(shè)計(jì)很薄，均布對(duì)稱固定在動(dòng)子兩側(cè)，能夠解決傳統(tǒng)永磁直線電機(jī)裝置可靠性不高的技術(shù)問題。本發(fā)明提供的永磁直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置的控制方法，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，分析提高效率、可靠性的具體措施，以雙三相永磁直電機(jī)為研究對(duì)象，分析驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、故障點(diǎn)的自動(dòng)采集、故障切換的原理、提高可靠性措施，是比現(xiàn)有技術(shù)更為切實(shí)可行的可靠性控制方案。
【附圖說明】
[0016]關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。
[0017]圖1是本發(fā)明所涉及的永磁直線電機(jī)的俯視圖； 圖2是本發(fā)明所涉及的永磁直線電機(jī)的電路檢測(cè)原理圖；
圖3是本發(fā)明所涉及的永磁直線電機(jī)的控制系統(tǒng)原理圖；
圖4是本發(fā)明所涉及的永磁直線電機(jī)的控制系統(tǒng)可靠性檢測(cè)流程圖；
圖5是本發(fā)明所涉及的永磁直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)普通三相直線電機(jī)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0019]本發(fā)明所述的一種永磁直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置及控制方法，是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，分析提高效率、可靠性的具體措施，以一種雙三相永磁直電機(jī)為研究對(duì)象，分析驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、故障點(diǎn)的自動(dòng)采集、故障切換的原理、提高可靠性措施，詳述了一種切實(shí)可行的可靠性控制方案。
[0020]所述的電機(jī)其特征在于動(dòng)子為雙三相繞組無鐵心結(jié)構(gòu)，定子采用哈爾貝克(Halbach)永磁陣列，背鐵設(shè)計(jì)很薄，均布對(duì)稱固定在動(dòng)子兩側(cè)，解決了傳統(tǒng)永磁直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置可靠性不高的問題。
[0021]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明所述裝置中電機(jī)本體結(jié)構(gòu)俯視圖如圖1所示，主要包括兩大部分:定子和動(dòng)子，背鐵1和哈爾貝克(Halbach)永磁陣列2共同組成定子部分，無鐵心雙三相繞組3稱為動(dòng)子部分；具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無接觸運(yùn)行，效率高，高可靠性，響應(yīng)快，精度高，廣泛應(yīng)用于微電子裝備、交通運(yùn)輸、電磁發(fā)射等領(lǐng)域。
所述裝置的主電路拓?fù)淙鐖D2所示，包括所述永磁直線電機(jī)4，兩組三相橋式電壓源型逆變器9和10。雙三相電機(jī)電樞繞組為雙Y型繞組，其中電樞繞組A1B1C1可由如圖所示的拓?fù)潆娐返哪孀冸娐?供電；電樞繞組A2B2C2由逆變電路10供電。
[0022]針對(duì)所述的電機(jī)裝置，分析了提高系統(tǒng)可靠性的方法，其控制系統(tǒng)原理如圖3所示，主要由主控板、位置/速度測(cè)量系統(tǒng)30、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器10，以及接口系統(tǒng)20組成。其中位置/速度測(cè)量系統(tǒng)30包括獲取設(shè)置點(diǎn)301，根據(jù)傳感器接口 303數(shù)據(jù)控制數(shù)字伺服控制器302。驅(qū)動(dòng)器接口 302進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換器201轉(zhuǎn)換后速度或電流控制101電機(jī)102。位置傳感器103獲得電機(jī)位置信息后進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換器202轉(zhuǎn)換并發(fā)送至傳感器接口 303。伺服控制電路是一個(gè)速度環(huán)和位置環(huán)組成的雙環(huán)控制系統(tǒng)，速度環(huán)由激光測(cè)量系統(tǒng)完成，位置環(huán)為主控制環(huán)，由PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，具體闡述了自動(dòng)巡檢驅(qū)動(dòng)電路，自動(dòng)巡檢傳感反饋回路，自動(dòng)檢測(cè)執(zhí)行器，預(yù)知故障問題，故障點(diǎn)自動(dòng)采集，上傳故障信號(hào)，故障自動(dòng)切除，采取預(yù)