平面电动机设计、控制与应用技术综述平面电动机设计、控制与应用技术综述［/align］曹家勇朱煜汪劲松尹文生段广洪弓K鸣(清华大学粘密仪器与机械学系北京1000X4)摘要平面电动机具有二维直接驱动的特点，它在二维平面定位装置特别是将密二维平面定位装置中具有广阔的应用前景，受到学术界和工业界的广泛关注。木文分析了平面电动机设计理论、控制方法和应用技术的研究现状，考察了平面电动机产品的发展概况，针对日前平面电动机技术存在的不足，讨论了未來平面电动机技术发展的主要方向。关键词：平血电动机设讣理论控制方法平血定位装置中图分类号：TM35SurveyoftheStateoftheArtinPlanarMotorTechnologyCaoJiayongZhuYuWangJinsongYinWcnshcngDuanGuanghongZhangMing(TsinghuaUniversityBeijing100084China)AbstractTheplanarmotorhasreceivedwiderandwiderattentionintheacademicHeldandintheinduslrialGeldbecauseofthebroadprospectofitsapplicationintheplanar2-Dpositioningdevice,especiallyintheprecision2-Dpositioningdevice・Thispapersurveysthestate-of-artofthedesigntheory,thecontrolmethod,andtheapplicationtechnologyoftheplanarmotor.TheproductsoftheplanarmotorsarcaIsoinvestigatedinthispaper.Inaccordancewiththecurrentproblemsoftheplanarmotortechnology,somepossibledevelopmenttrendsoftheplanarmotortechnologyarediscussedallast.Keywords：Planarmotor,designtheory,controlmethod,planarpositioningdevice1引言与其•他类型电动机一样，平面电动机(PlanarMotor)山定子、动子和支承等部分组成。在支承的限制和电磁推力的作用下，平面电动机的动子能够带动负载产生两维的直线运动。若按照电动机动子输出运动的维数将电动机划分为一维电动机、二维电动机和三维电动机等，贝9平面电动机属于二维电动机的一种(另外一种二维电动机称为螺旋电动机［1J)o山于平面电动机在二维平面定位装置(PositioningDevice)特别是稱密二维平面定位装置中具有广阔的应用前景，平面电动机受到了学术界和工业界的广泛关注。近十几年來，在权威期刊和国际会议上，不时有与平面电动机相关的文章出现⑵。有些知名人学(如麻省理工学院)在平面电动机技术方面已经进行了卓有成效的研究⑼。日前，国际上已经有许多涉及平面电动机及其应用的专利公布,其中日本NIKON公司的美国专利就有十几项［I2jo此外，某些驱动系统公司还推出了相关的平面电动机产品。本文讨论平面电动机的应用特点,分析平面电动机设计、控制、应用技术的研究现状，针对目前平面电动机技术存在的不足，探讨了平面电动机技术的发展趋势。2平面电动机的应用特点平血电动机主要皿用场合是二维平面定位装置。螺母机构)存在燃擦、侧隙、变形等一系列问题，传统定位装置的粘度很难达到较高的水平。此外，运动转换机构中的两套传动链上的各运动部件的附加质戢，也妨碍定位装置的丁作台运动响应速度的提高。正因为存在上述问题,传统二维平面定位装置在光刻机等楕密、超精密现代加工设备中应用很少。-传统的二维平面定位装置山两组旋转电动机驱动的直线运动转换机构脅加而成。山于胃线运动转换机构(一般为丝杆近1()年來，随着直线电动机技术和产品的迅速发展，宜线电动机开始在二维平血定位装貧冲获得应用。山于不存在传统定位装置中存A的摩擦、侧隙、变形等彩响运动将度的不利因索，鬥线电动机驱动的平面定位装置的粋度有了很大提高。但是,这种定位装置仍然未摆脱''低维运动机构替加成高维运动机构”的模式,对于底层直线电动机而言，顶层驱动电机及其相关机械连接件的总质戢，仍然是一个很大的“负担”。如果采用平面电动机來貢接驱动平血定位装置中的工作台，那么上述问题可以较好地解决。此时，平面电动机的动子与工作台直接相连，动子将电动机的二维电磁推力直接传递给工作台。尽管采用平面电动机驱动二维定位装置带來了诸多好处，但是,为了保证定位装置的整体性能,仍须注意解决平面电动机动子的轻最化设计、推力波动抑制、散热措施、气浮/磁浮支承应用等关键问题。3平面电动机的发展现状及应用情况根据电磁推力的产生...