專利名稱：用于控制電動(dòng)機(jī)的方法、控制單元和電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制電動(dòng)機(jī)、特別是平面電動(dòng)機(jī)的方法，其中磁鐵相對(duì)于j個(gè)線圈放置，j＝1…N，其中電流Ij可以流過(guò)該線圈以使得與該磁鐵相互作用產(chǎn)生力和力矩，本發(fā)明還涉及用于控制電動(dòng)機(jī)的控制單元以及電動(dòng)機(jī)。
電動(dòng)機(jī)用于各種電氣設(shè)備，特別是用于高精度定位的設(shè)備。一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域例如是在線性或平面電動(dòng)機(jī)的幫助下在光刻及其他的半導(dǎo)體加工中定位晶片。
US 2003/0085676 A1描述了一種用于獨(dú)立地控制平面電動(dòng)機(jī)以6個(gè)自由度移動(dòng)和定位的系統(tǒng)和方法。該平面電動(dòng)機(jī)包括動(dòng)磁鐵陣列和線圈陣列。電流提供給該線圈陣列的線圈，該電流與磁鐵陣列的磁鐵的磁場(chǎng)相互作用生成磁鐵和線圈陣列之間的力。所生成的力提供該磁鐵陣列相對(duì)于該線圈陣列在通?；ハ啻怪钡牡谝?、第二和第三方向上的運(yùn)動(dòng)，以及關(guān)于第一、第二和第三方向的旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)US 2003/0085676 A1的方法包括以下步驟確定施加到線圈的電流以產(chǎn)生在磁鐵陣列和線圈陣列之間的第一、第二和第三方向上的力；確定由所確定的電流生成的力產(chǎn)生在該磁鐵陣列和該線圈陣列之間的關(guān)于第一、第二和第三方向的合轉(zhuǎn)矩；確定用于補(bǔ)償或抵償該合轉(zhuǎn)矩的電流調(diào)整量；以及將所確定的電流與確定的電流調(diào)整量的和施加到該線圈以與磁鐵陣列的磁場(chǎng)相互作用。
期望提供以關(guān)于定位和流過(guò)路徑的高精度來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的可能，其中磁鐵相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)線圈放置，其中電流Ij，j＝1…N可以流過(guò)該線圈以使得與該磁鐵相互作用而生成力和力矩。
在本發(fā)明的第一方面中，提出了一種用于控制電動(dòng)機(jī)、尤其是平面電動(dòng)機(jī)的方法，其中磁鐵相對(duì)于j個(gè)線圈放置，j＝1…N，其中電流Ij可以流過(guò)該線圈以使其與該磁鐵相互作用而生成力和力矩，該方法具有以下步驟確定磁鐵和線圈的當(dāng)前相對(duì)位置；確定將磁鐵和線圈的相對(duì)位置從當(dāng)前位置改變到期望位置所需的力

和力矩；

確定用于產(chǎn)生力

和力矩

所必需的電流Ijnec，其中考慮關(guān)于所述磁鐵-線圈系統(tǒng)的更進(jìn)一步的約束條件以確定該電流Ijnec；以及將所確定的電流Ijnec施加到j(luò)個(gè)線圈。
首先考慮磁鐵和線圈之間的期望相對(duì)運(yùn)動(dòng)所必需的力和力矩的事實(shí)允許對(duì)該運(yùn)動(dòng)進(jìn)行非常精確的控制。通過(guò)考慮關(guān)于該磁鐵-線圈系統(tǒng)的更進(jìn)一步的約束條件，從整體上優(yōu)化該系統(tǒng)，并且提供確定唯一電流的可能性，因此提高了所述控制的精確度。
如果電流Ij的數(shù)量N大于該電動(dòng)機(jī)自由度的數(shù)量，那么根據(jù)本發(fā)明的方法特別有利，這將產(chǎn)生所述唯一電流Ijnec。自由度的數(shù)量等于自變量

和

的數(shù)量。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所考慮的更進(jìn)一步的約束條件是該電動(dòng)機(jī)總功率損耗的最小化，使得關(guān)于效率對(duì)該電動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，或者在空間上具有規(guī)定分布的力和力矩的約束條件，這可以使該磁鐵板在運(yùn)動(dòng)期間的變形最小化。
在本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施方式中，采用拉格朗日方法來(lái)確定所述唯一電流Ijnec。對(duì)于給定電流Ijnec，使得電流Ij和拉格朗日乘子λi的函數(shù)相關(guān)性并且考慮將磁鐵的線圈之間的相對(duì)位置從當(dāng)前位置改變到期望位置所需的力和力矩以及所選擇的約束條件最小化。
有利地，用于將磁鐵和線圈之間的相對(duì)位置從當(dāng)前位置改變到期望位置所需的力和力矩不是在每一新位置之后通過(guò)計(jì)算單獨(dú)確定的，而是預(yù)先計(jì)算一組不同的力

和力矩

并且將其作為數(shù)據(jù)庫(kù)提供，其中每一個(gè)力和力矩都是將磁鐵和線圈的相對(duì)位置從當(dāng)前位置改變到期望位置所需的。這在控制期間減少了所需要的計(jì)算資源并且增加了反應(yīng)時(shí)間。
在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于控制電動(dòng)機(jī)、尤其是平面電動(dòng)機(jī)的控制單元，其中磁鐵相對(duì)于j個(gè)線圈放置，j＝1…N，其中電流Ij可以流過(guò)所述線圈以使得其與磁鐵相互作用而產(chǎn)生力和力矩，該控制單元設(shè)置有第一輸入裝置，其用于接收關(guān)于磁鐵和線圈的當(dāng)前相對(duì)位置的信息；第二輸入裝置，其用于接收關(guān)于將磁鐵和線圈的相對(duì)位置從所述當(dāng)前位置改變到期望位置所需的力

和力矩

的信息；計(jì)算裝置，其用于計(jì)算產(chǎn)生該力

和力矩

所必需的電流Ijnec，其中考慮磁鐵-線圈系統(tǒng)的更進(jìn)一步的約束條件以確定Ijnec；以及調(diào)節(jié)裝置，其用于調(diào)節(jié)電流Ij以將經(jīng)計(jì)算的電流Ijnec施加到j(luò)個(gè)線圈。
可以將該控制單元的第二輸入裝置設(shè)置為用于存儲(chǔ)一組力

和力矩

的存儲(chǔ)裝置，其中每一個(gè)都是將磁鐵和線圈的相對(duì)位置從當(dāng)前位置改變到期望位置所需的，或者可以將該控制單元的第二輸入裝置設(shè)置為用于計(jì)算將磁鐵和線圈的相對(duì)位置從當(dāng)前位置改變到期望位置所需的所述力

和力矩

的計(jì)算裝置。
在本發(fā)明的最后一個(gè)方面中，提供了一種電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)包括磁鐵和j個(gè)線圈(j＝1…N)以及根據(jù)本發(fā)明的控制單元，其中電流Ij可以流過(guò)該線圈以使得其與該磁鐵相互作用而產(chǎn)生力和力矩。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述電動(dòng)機(jī)是平面電動(dòng)機(jī)，在最優(yōu)選實(shí)施方式中，所述電動(dòng)機(jī)是具有6個(gè)自由度的平面電動(dòng)機(jī)。
可以使線圈相對(duì)于磁鐵運(yùn)動(dòng)或者使線圈和磁鐵兩者都運(yùn)動(dòng)。但是，優(yōu)選的是使磁鐵相對(duì)于線圈運(yùn)動(dòng)。這避免了軟管和電纜阻礙線圈的自由運(yùn)動(dòng)。
有利地，電動(dòng)機(jī)具有用于測(cè)量磁鐵和線圈的相對(duì)位置的裝置，從而改善控制和定位的精度。
下面提供本發(fā)明的具體說(shuō)明。所述說(shuō)明通過(guò)參照附圖閱讀非限制性實(shí)例來(lái)提供，在附圖中

圖1是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的控制方法的實(shí)施例的框圖；以及 圖2是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的控制單元和電動(dòng)機(jī)的實(shí)施例的框圖。
圖1示出了用于舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例的框圖，其作為圖2所示電動(dòng)機(jī)的控制環(huán)。該磁鐵板必須以規(guī)定的速度沿著規(guī)定的路徑運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)，必須在該磁鐵板上施加力和力矩。該力和力矩由該磁鐵板的磁場(chǎng)和流過(guò)該線圈的電流之間的相互作用而產(chǎn)生。該電流可以被控制，這意味著作用于該板的力和力矩可以被控制。
為了生成所需的力和力矩，必須規(guī)定通過(guò)該線圈的電流。如果力和力矩作用于該板，那么該板將運(yùn)動(dòng)并到達(dá)新的位置。相對(duì)于磁鐵板的位置

和取向

，測(cè)量該位置?？刂骗h(huán)考慮力和力矩，并由此規(guī)定該電流使得該板以規(guī)定的速度沿著規(guī)定的路徑運(yùn)動(dòng)。
在步驟101，將起始點(diǎn)，即磁鐵和線圈的第一相對(duì)位置作為設(shè)定點(diǎn)給出。該磁鐵必須以規(guī)定的速度沿著通向位置

和取向

的路徑移動(dòng)。在步驟102，確定必須作用于該磁鐵的必需的力和力矩。這使得可以在預(yù)定的數(shù)據(jù)庫(kù)中查找該值以及按時(shí)計(jì)算該值。在下一步驟103中，利用約束條件，即所確定的必須產(chǎn)生的力和力矩以及更進(jìn)一步的約束條件(例如，最小功率損耗或者力和力矩的規(guī)定分布)來(lái)確定所必需的電流Ij。下面將給出如何確定該電流的實(shí)例。
一旦已經(jīng)確定了該電流，就將其施加到一個(gè)或多個(gè)線圈，因此相對(duì)于該線圈以規(guī)定的速度移動(dòng)該磁鐵到位置

和取向

(步驟104)。然后測(cè)量當(dāng)前的相對(duì)位置和取向(步驟105)，并將其作為新環(huán)路的起始點(diǎn)。
在圖2中，示出了相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)1。該電動(dòng)機(jī)1具有放置在線圈陣列3上方的磁鐵2。磁鐵2和線圈3設(shè)置在x-y平面中，其中z方向從線圈3指向磁鐵2。可以看出，僅僅30個(gè)線圈至少部分被磁鐵2覆蓋。為了簡(jiǎn)化該電動(dòng)機(jī)的控制，尤其是確定所必需的電流，當(dāng)確定力、動(dòng)量和電流時(shí)，可以使電流僅僅流經(jīng)被磁鐵2至少部分覆蓋的線圈3并且僅僅考慮這些線圈。然后，路徑必須被分成子路徑，每個(gè)子路徑具有由該磁鐵2至少部分覆蓋的限定線圈組3。進(jìn)一步要注意的是，磁鐵2不一定是單個(gè)磁鐵，還可以是磁鐵陣列。這僅僅使得規(guī)定的力和力矩更加復(fù)雜。
電動(dòng)機(jī)1由控制單元4控制。通過(guò)第一輸入裝置41，計(jì)算裝置43獲取關(guān)于磁鐵2和線圈3的當(dāng)前相對(duì)位置的信息。該信息可以由測(cè)量裝置5提供，例如基于利用激光的光學(xué)測(cè)量。還可以將該信息存儲(chǔ)為相應(yīng)于最近的當(dāng)前位置的第一設(shè)定點(diǎn)。但是，如果至少有時(shí)獨(dú)立測(cè)量該當(dāng)前位置，則可以改善精度。
將關(guān)于規(guī)定的力和動(dòng)量的信息通過(guò)第二輸入裝置42提供給計(jì)算裝置43。第二輸入裝置42例如可以是存儲(chǔ)裝置，其中數(shù)據(jù)庫(kù)包含用于將相對(duì)位置從當(dāng)前位置改變到期望位置所需的力和力矩的組。此外，其還可以是用于計(jì)算實(shí)際的力和力矩的計(jì)算裝置，并且甚至也可以將其集成到計(jì)算裝置43中。
具有全部所需要的信息，該計(jì)算裝置43就可以計(jì)算用于產(chǎn)生確定的力和力矩所必需的電流。下面將要給出如何進(jìn)行計(jì)算的實(shí)例。于是，調(diào)節(jié)裝置44調(diào)節(jié)線圈電流以便施加所計(jì)算的電流，從而相對(duì)于線圈3以規(guī)定速度移動(dòng)磁鐵2到位置

和取向。
在下文中將參照平面電動(dòng)機(jī)的實(shí)例來(lái)介紹確定電流Ijnec的可行方法，其中該平面電動(dòng)機(jī)具有移動(dòng)的板和許多固定的線圈，并且具有6個(gè)自由度。
電流流過(guò)所述線圈，從而將力和力矩施加到該磁鐵。每一電流Ij引起作用于該磁鐵的力

和力矩

。因此，作用于該磁鐵的合力

和合力矩

為(1) 其中N是有助于施加到所述磁鐵上的負(fù)荷的電流的數(shù)量。問(wèn)題在于確定電流Ij，(j＝1…N)以使得將規(guī)定的力

和力矩

施加到所述磁鐵上。
假設(shè)單元電流Ij＝1。通過(guò)線圈的該單元電流在磁鐵上施加力

和力矩

。值為Ij的電流將施加力和力矩(并非到j(luò)的和)。疊加所有的電流Ij，(j＝1…N)得出該電流必須滿足 (2) 為了簡(jiǎn)化符號(hào)表示法，我們引入矢量影響矩陣和電流矢量那么，約束條件(2)被改寫為 或(3) 如果N＝6并且影響因數(shù)的矩陣并非奇異矩陣，那么從(2)得出的電流為 (4) 如果N＜6并且影響因數(shù)的矩陣F的秩等于N，如果規(guī)定的力和力矩

在取值范圍為

(j＝1…N)的空間中，則僅存在唯一電流Ij(j＝1…N)。該電流由(3)的最小平方解確定 (5) 如果規(guī)定的力和力矩不在取值范圍為

(j＝1…N)的空間中，那么不存在可以產(chǎn)生所述規(guī)定的力和力矩的電流組合。
如果N＜6、該影響因數(shù)的矩陣的秩小于N，并且如果

處于取值范圍為

(j＝1…N)的空間中，那么產(chǎn)生規(guī)定的力

和力矩

的電流Ij(j＝1…N)不是唯一的。在這種情況下以及N＞6的情況下，附加要求必須施加于該電流以獲得產(chǎn)生所述規(guī)定的力和力矩的唯一值Ij。
一般而言，所需要的力和力矩表示與電動(dòng)機(jī)的6個(gè)自由度一致的6個(gè)約束條件。通常，影響作用于所述板的力和力矩的線圈的數(shù)量N大于6。電流數(shù)量的典型值在20和30之間，例如為27。然后，問(wèn)題在于如何規(guī)定所述電流以便在所述板上產(chǎn)生所需的力和力矩。因此，必須確定N＞6個(gè)變量，從而滿足6個(gè)約束條件。
電流是具有產(chǎn)生所述必要的力

和力矩

的約束條件的最優(yōu)化/最小化問(wèn)題的解。因此，如果使用拉格朗日方法，那么所述電流是下述函數(shù)的變量，其中下述函數(shù) (6) 在該變量處具有其最小值。J的表達(dá)式中的下標(biāo)i表示矢量和

的分量，λ1，…，6是拉格朗日乘子。函數(shù)

定義了電流I1，…，IN及所產(chǎn)生的力

與力矩

之間的關(guān)系。在這種情況下，力和力矩與所述電流線性相關(guān)，因此其中張量

取決于磁鐵板相對(duì)于固定線圈的位置

和取向

。利用產(chǎn)生所必需的力和力矩的約束條件，函數(shù)G(I1，…，IN)限定該函數(shù)最小化，并且其等價(jià)于用于確定Ijnecc而考慮的另外的約束條件。必須選擇該函數(shù)G(I1，…，IN)。然后，該函數(shù)J必須被最小化的條件產(chǎn)生充分的額外條件以唯一地確定電流I1，…，IN(并且其唯一地確定額外引入的所謂拉格朗日乘子λ1，…，λ6)。因此，利用產(chǎn)生必需的力

和力矩

的約束條件，確定使函數(shù)G(I1，…，IN)最小化的唯一電流I1，…，IN。
1.最小功率損耗 必須選擇將受到優(yōu)化的函數(shù)G(I1，…，IN)。適當(dāng)?shù)倪x擇是所述線圈中的總功率耗損，因此 (7) 在式中，Ri是線圈的電阻，而由電流Ij所引起的功率損耗是(并非總和)。如果N＞6，則對(duì)電流Ij的附加要求可以是所述電流的總功耗最小。
接下來(lái)，利用約束條件(3)，通過(guò)使總功耗最小來(lái)確定通過(guò)所述線圈的電流，因此所述電流通過(guò)使下列函數(shù)最小來(lái)確定 (8) 式中λi是拉格朗日乘子。
該函數(shù)具有最小值的條件是 (k＝1…N)(9) 以及 (i＝1…6)(3) 為了簡(jiǎn)化方程(3)和(9)的解，將電流寫為 或(10) 在(10)代入(9)得到 (k＝1…N)(11) 因此解答(11)得到 (k＝1…N)(12) 拉格朗日乘子λi根據(jù)約束條件(3)得出。將(10)和(12)代入(3)中得到 或 其中(13) 或 因此拉格朗日乘子一定從(13)中得出，并由下式給出 (14) 為了得到電流Ij，將(12)和(14)代入(10)中，那么 (k＝1…N)(15) 因此，由(15)給出的所述電流是以最小的功率損耗發(fā)出所述規(guī)定的力

和力矩

的電流。
作為實(shí)例，考慮所述線圈的全部電阻都相等的情形，因此Rj＝R(j＝1…N)。那么矩陣A(13)和I(12)是 (E.1) 并且電流由下式給出 (E.2) 因此，如所期望的，所述電流與所述線圈的電阻無(wú)關(guān)。
2.規(guī)定的力和力矩的分布 另一個(gè)需求可以是在所述板上每一單位面積分布的期望的力和力矩，因此期望的分布

于是函數(shù)G(I1，…，IN)變成 (16) 其中積分必須在板的面積D上執(zhí)行，并且

表示在板的位置

處的板的每一單位面積所產(chǎn)生的力和力矩。由于實(shí)際原因，通常使用數(shù)值法(例如離散化)來(lái)計(jì)算所述面積分?？梢詫宓拿娣eD分成M個(gè)子面積Dk，于是D上的積分可由下式近似 (17) 在式中，

表示期望的作用于磁鐵板的總面積D的部分Dk的力和力矩，而表示由流過(guò)所述線圈的電流引起的作用在Dk的力和力矩。合力和合力矩的由下式給出 (18) 該合力和合力矩的必須等于所必須的作用于磁鐵板上的力和力矩。因此，被最優(yōu)化的函數(shù)變成 (19) 更詳細(xì)地，必須將所述磁鐵板劃分為多個(gè)面元。這些面元不必相等。假定單位電流Ij＝1。如果假設(shè)該面元與所有其他面元分開，那么通過(guò)線圈的該單位電流在面元k上施加力

和力矩

。值為Ij的電流在面元k上施加力和力矩(并非到j(luò)的和)。疊加所有電流Ij，(j＝1…N)得到面元k上的下列的力

和力矩
k＝1，…，M，(20) 在式中，M是面元的數(shù)量。作用在所述磁鐵板上的合力和合力矩從耦合的全部面元得出，因此合力

和合力矩

為 (21) 在式中，

是從合力和合力矩所作用的點(diǎn)到力

和力矩

所作用的面元上的位置的矢量。
可以規(guī)定在所述磁鐵板上的力和力矩的分布。如果以面元離散化所述磁鐵板，那么這意味著可以規(guī)定作用于所述面元的力

和力矩

的分布。然后，問(wèn)題是確定通過(guò)所述線圈的電流，其產(chǎn)生(近似)這些力和力矩分布。然而，流經(jīng)所述線圈的電流必須產(chǎn)生規(guī)定的作用于所述磁鐵板上的合力和合力矩。因此，必須解決下面的優(yōu)化問(wèn)題。
利用產(chǎn)生必需的合力

和合力矩

的約束條件，確定電流

以使得力

和力矩

的規(guī)定分布滿足最小平方。因此，所述電流根據(jù)使下列函數(shù)最小得出 (22) 在式中，

和

是拉格朗日乘子。
為了確定函數(shù)(22)具有最小值的條件，我們將其寫成矢量

、

和

的分量的函數(shù)，因此 (23) 在式中， 如果sqt為123，312，231，則εsqt＝1， 如果sqt為132，321，213，則εsqt＝-1， 否則，εsqt＝0。
注意在函數(shù)(23)的表達(dá)式中，愛因斯坦求和約定用于下標(biāo)n，p，q，r，s和t(即，如果它們?cè)谝豁?xiàng)中出現(xiàn)兩次，則對(duì)這些下標(biāo)求和)。關(guān)于Ii，λj，和μk進(jìn)行微分，并將其結(jié)果設(shè)為零，得到 (24) 或者 (25) (26) (27) 如果(25)、(26)和(27)被實(shí)現(xiàn)，則函數(shù)(22)具有最小值。在矢量和矩陣表示中，這些表達(dá)式變?yōu)? (28) (29) (30) 在式中，矩陣Dk的分量是其中 如果ipq為123，312，231，則εipq＝1， 如果ipq為132，321，213，則εipq＝-1，(31) 否則，εipq＝0。
接下來(lái)介紹下列定義 于是，函數(shù)(22)的最小化條件(28)-(30)變成 (32) (33) (34) 根據(jù)(32)，由此得出 (35) 可以重寫為 (36) 將(35)分別代入(33)和(34)中， (37) (38) 結(jié)合(37)和(38)給出拉格朗日乘子

和

的下列線性方程組 (39) 因此

和

的解為 (40) 將(40)代入到等式(36)中計(jì)算出來(lái)得到該電流的數(shù)學(xué)表達(dá)式，將其直接作為規(guī)定的力和力矩的函數(shù)。
規(guī)定的力的分布和力矩分布可以例如是均勻的。在這種情況下，利用在面元上的均勻力和力矩分布的條件以及利用面元是大小相等的條件來(lái)規(guī)定合力和合力矩，作用于表面單元k的力

和力矩

為 (E.3) 在面元并不相等并且大小為Ok的情況下，其中是磁鐵板的總面積，屬于均勻分布的力

和力矩

為 (E.4) 盡管已經(jīng)介紹了本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到，在不偏離本發(fā)明的精神和原理的情況下，可以進(jìn)行各種改變、變更和置換。因此，利用所附權(quán)利要求的適當(dāng)范圍，以其任何形式或改進(jìn)要求本發(fā)明的權(quán)利。例如，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，將下述從屬權(quán)利要求的特征與獨(dú)立權(quán)利要求的特征進(jìn)行組合。此外，不應(yīng)該將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記理解為是對(duì)保護(hù)范圍的限制。
附圖標(biāo)記列表 1電動(dòng)機(jī) 2磁鐵 3繞組 4控制單元 5測(cè)量裝置 41第一輸入裝置 42第二輸入裝置 43計(jì)算裝置 44調(diào)節(jié)裝置 101指定設(shè)定點(diǎn)的步驟 102確定力/力矩的步驟 103確定電流的步驟 104移動(dòng)磁鐵的步驟 105測(cè)量位置的步驟
權(quán)利要求
1. 一種用于控制電動(dòng)機(jī)、特別是平面電動(dòng)機(jī)的方法，其中磁鐵相對(duì)于j個(gè)線圈放置，j＝1...N，其中電流Ij可以流過(guò)所述線圈以使得與所述磁鐵相互作用而產(chǎn)生力和力矩，該方法具有下列步驟
確定磁鐵和線圈的當(dāng)前相對(duì)位置；
確定將磁鐵和線圈的所述相對(duì)位置從所述當(dāng)前位置改變到期望位置所需的力
和力矩
確定用于產(chǎn)生所述力
和力矩
所必需的電流Ijnec，其中考慮關(guān)于所述磁鐵-線圈系統(tǒng)的更進(jìn)一步的約束條件以確定所述電流Ijnec；
將所確定的電流Ijnec施加到所述j個(gè)線圈。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中電流Ij的數(shù)量N大于所述電動(dòng)機(jī)的自由度的數(shù)量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述更進(jìn)一步的約束條件是最小功率損耗。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中j＞1，并且所述更進(jìn)一步的約束條件是力和力矩的規(guī)定分布。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中為了確定所述電流Ijnec，使拉格朗日函數(shù)最小化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中確定一組不同的力
和力矩
其中每一個(gè)都是將磁鐵和線圈的所述相對(duì)位置從當(dāng)前位置改變到期望位置所需的。
7. 一種用于控制電動(dòng)機(jī)(1)、特別是平面電動(dòng)機(jī)的控制單元(4)，其中磁鐵(2)相對(duì)于j個(gè)線圈(3)放置，j＝1...N，其中電流Ij可以流過(guò)所述線圈(3)以使得與所述磁鐵(2)相互作用而產(chǎn)生力和力矩，該控制單元(4)具有
第一輸入裝置(41)，其用于接收關(guān)于磁鐵(2)和線圈(3)的當(dāng)前相對(duì)位置的信息；
第二輸入裝置(42)，其用于接收關(guān)于將磁鐵(2)和線圈(3)的所述相對(duì)位置從所述當(dāng)前位置改變到期望位置所需的力
和力矩
的信息；
計(jì)算裝置(43)，其用于計(jì)算產(chǎn)生該力
和力矩
所必需的電流Ijnec，其中考慮關(guān)于所述磁鐵-線圈系統(tǒng)的更進(jìn)一步的約束條件以確定所述電流Ijnec；
調(diào)節(jié)裝置(44)，其用于調(diào)節(jié)所述電流Ij以將經(jīng)計(jì)算的電流Ijnec施加到所述j個(gè)線圈(3)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制單元，其中可以將所述第二輸入裝置(42)設(shè)置為用于存儲(chǔ)一組力
和力矩
的存儲(chǔ)裝置，每一個(gè)都是將磁鐵(2)和線圈(3)的所述相對(duì)位置從當(dāng)前位置改變到期望位置所需的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制單元，其中可以將所述第二輸入裝置(42)設(shè)置為計(jì)算裝置，以計(jì)算將磁鐵(2)和線圈(3)的所述相對(duì)位置從所述當(dāng)前位置改變到期望位置所需的
和力矩
10. 一種電動(dòng)機(jī)，其包括磁鐵(2)和j個(gè)線圈(3)以及根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的控制單元(4)，j＝1...N，其中電流Ij可以流過(guò)所述線圈(3)以使得與所述磁鐵(2)相互作用而產(chǎn)生力和力矩。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述電動(dòng)機(jī)(1)是平面電動(dòng)機(jī)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述電動(dòng)機(jī)(1)是具有6個(gè)自由度的平面電動(dòng)機(jī)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10、11或12所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述磁鐵(2)相對(duì)于所述線圈(3)是可移動(dòng)的。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)，具有用于測(cè)量磁鐵(2)和線圈(3)的所述相對(duì)位置的裝置(5)。
全文摘要
為了確保包括磁鐵(2)和j個(gè)線圈(3)的平面電動(dòng)機(jī)(1)的高精度控制，j＝1…N，其中電流Ij可以流過(guò)該線圈(3)以使得與磁鐵(2)相互作用而產(chǎn)生力和力矩，需要確定將磁鐵(2)和線圈的相對(duì)位置從當(dāng)前位置改變到期望位置所需要的力和力矩，然后在該電動(dòng)機(jī)(1)的控制單元(4)的計(jì)算裝置(43)中確定產(chǎn)生該力和力矩所必需的電流Ij。然后，利用調(diào)節(jié)裝置(44)相應(yīng)地調(diào)節(jié)該線圈電流。利用測(cè)量裝置(5)來(lái)測(cè)量磁鐵(2)和線圈(3)的相對(duì)位置，并將其送入到控制單元(4)的第一輸入裝置(41)中。
文檔編號(hào)H02K41/02GK101268609SQ200580039285
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者威廉·波澤, 彼得魯斯·C.·M.·弗里森 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司