CN106612030A - 用于旋转电机的减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于旋转电机的减振装置，其特征在于，包括：一吸振单元，该吸振单元检测该旋转电机的振动频率f1，根据该振动频率f1产生一固有频率f2，使该固有频率f2与该振动频率f1一致，以消除该振动频率f1。

Description

用于旋转电机的减振装置

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于旋转电机的减振装置。

背景技术

随着超微细加工与装配技术、超精密测量技术的发展，微振动的影响变得越来越突出。产生振动的一个重要振源是传动装置的电机，高速旋转电机的所产生的反作用力会对外界产生周期性的激励。当这种周期性的激励与设备结构的固有频率重合的时候，会导致结构产生共振现象，造成设备精度下降，甚至结构发生破坏。因此如何控制旋转电机产生的振动成为人们研究的重要课题。

光刻机由于环境控制的需要，需要使用大量的旋转电机作为动力源。旋转电机在工作时其的反力会对光刻机外部框架产生较大振动干扰。外框架的振动通过管路，线缆，减振器最终会传递到光刻机内部关键分系统从而影响曝光。为保证光刻机精度不受影响，需对旋转电机产生的振动进行处理。传统的方法均是采用被动隔振方式的对真空泵等振源进行振动隔离，隔振的效果有限。

专利CN200520089317.3公开了一种组合式电机减振装置，通过U形的减振环及减振套固定电机壳体的两侧，减振环另一侧固定在减振支撑板上，由减振支撑环和减振支撑板两级减振组成，从而阻止振动波的共振现象发生。

专利CN200520089319.2公开了一种支撑板式电机减振装置，主要技术点是减振支撑板的一端通过减振垫、弹簧及其紧固件锁紧，另一端组装在横梁上，套装在横梁两端的减振支撑座分别以夹箍固定，从而阻止振动波的共振现象发生。

专利CN200520089317.3和专利CN200520089319.2为了都是被动的从电机的外部通过设计减振装置进行隔离。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种能有效降低旋转电机工作时的产生振动，从而减少环境控制装置对光刻机内部世界动态性能的影响的减振装置。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于旋转电机的减振装置，其特征在于，包括：一吸振单元，该吸振单元检测该旋转电机的振动频率f1，根据该振动频率f1产生一固有频率f2，使该固有频率f2与该振动频率f1一致，以消除该振动频率f1。

更进一步地，该减振装置还包括一隔振单元，该隔振单元位于该旋转电机及该吸振单元的下方，用于隔离该旋转电机工作时产生的振动。

更进一步地，该吸振单元包括：一速度传感模块，用于检测该振动频率f1及该固有频率f2；一固有频率改变单元，用于改变该吸振单元的固有频率f2；以及一弹性支撑单元，用于支撑该固有频率改变单元。

更进一步地，该速度传感模块包括一第一速度传感器，该第一速度传感器用于检测该固有频率f2；一第二速度传感器，该第二速度传感器用于检测该振动频率f1。

更进一步地，该固有频率改变单元包括一质量块，位于该质量块下方的电机，以及一控制器，该控制器根据该振动频率f1控制该电机产生一主动控制力从而改变该固有频率f2。

更进一步地，该电机包括电机线圈、电机线圈固定支架、电机定子以及电机定子安装支架。

更进一步地，该固有频率改变单元还包括一位移传感器，该位移传感器用于检测该电机线圈固定支架与该电机定子安装支架的位移。

更进一步地，该隔振单元由弹性支撑单元组成。

更进一步地，该弹性支撑单元由金属弹簧、空气弹簧或橡胶组成。

与现有技术相比较，本发明的技术效果在于：

第一、利用吸振器原理进行减振，结构简单，针对特定的频率减振效果好；

第二、旋转电机在不同工况下，转速不同，其产生的振动频率也不同。传统的动力吸振器针对固定频率的振动具有较好的吸振效果，对这种易变频的旋转电机效果不大。本发明采用的动力吸振器采用主动控制原理，可实时检测旋转电机产生的振动频率，利用主动控制方法对动力吸振器进行变频率和变阻尼的控制，从而获得较好的吸振效果；

第三、在主动减振的基础上，结合被动的减振控制，对旋转电机安装板及其负载隔振，进一步降少旋转电机产生的振动对整机的影响。

第四、本发明能够有效降低由于电机旋转带来的环境振动对整机内部世界的影响，有效提高整机测试系统的精度，降低工件台、掩模台、调平调焦等分系统对环境噪声的影响。

附图说明

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。

图1是本发明涉及的旋转电机减振装置的第一实施方式的结构示意图；

图2是本发明涉及的旋转电机减振装置的吸振单元的第一实施方式的控制原理图；

图3是本发明涉及的旋转电机减振装置的吸振单元的减振效果仿真示意图；

图4是本发明涉及的旋转电机减振装置的第二实施方式的结构示意图；

图5是本发明涉及的旋转电机减振装置的吸振单元的第二实施方式的控制原理图。

主要图示说明。

101、201-安装板弹性支撑 102、202-旋转电机

103、203-质量块 104、204-速度传感器

105、205-电机定子 106、206-电机定子固定架

107、207-弹性支撑 108、208-电机安装板

109、209-电机线圈 110、210-整机

111、211-电机线圈固定支架 112、212-速度传感器

113-位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

光刻机由于环境控制的需要，需要使用大量的旋转电机作为动力源。环境控制装置采用大量旋转电机来实现环境控制，其在工作时产生的反力会对外部框架产生较大振动干扰。外框架的振动最终会传递到光刻机内部关键分系统从而影响曝光。为保证光刻机精度不受影响，需对环境控制装置产生的振动进行处理。

本发明基于旋转电机减振结构方案，借鉴被动隔振及吸振器的工作原理，提出一种主动吸振和被动隔振相结合减振装置，用于降低旋转电机工作时的产生振动，从而减少环境控制装置对光刻机内部世界动态性能的影响。

图1是本发明涉及的旋转电机减振装置的第一实施方式的结构示意图。如图1所示，当旋转电机102工作时，产生周期性的振动，引起电机安装板108的振动，从而将环境的振动噪声传递到整机110中来。本发明所提供的减振装置包括吸振单元和隔振单元。如图1所示，隔振单元位于旋转电机102与整机110之间，隔振单元上方除放置旋转电机102以外，还放置吸振单元。

吸振单元主要由质量块103、第一速度传感器104、电机定子105、电机定子安装支架106、弹性支撑107、电机线圈109、电机线圈固定支架111、第二速度传感器112、位移传感器113等组成。正常工作时，旋转电机102工作时产生的振动频率f1，吸振单元的固有频率f2相等，吸振单元可以较好的吸收旋转电机102工作时产生的振动。

隔振单元主要由弹性支撑装置101组成，弹性支撑装置设计的固有频率小于旋转电机工作时的频率，可以进一步隔离旋转电机产生的振动。该弹性支撑装置可以由金属弹簧，空气弹簧，或橡胶等常用隔振装置组成。

图2为吸振单元控制原理图。吸振单元控制原理由刚度控制环路及阻尼控制环路组成，刚度控制环路保证吸振单元的固有频率f2与旋转电机102工作时产生的振动频率f1相等，以获得较好的吸振效果。阻尼控制环路保证吸振器保持最佳阻尼，以获得最佳的吸振效果，图3为吸振单元不同阻尼不同的减振效果。

刚度控制环路原理如下：旋转电机102在不同工况下工作时，其产生的振动频率f1会随之发生改变。第二速度传感器112实时检测电机安装板108的振动信号获得旋转电机102工作时产生的振动频率f1，第一速度传感器104实时检测质量块103的振动信号获得吸振单元的固有频率f2。位移传感器113实时检测电机定子支架105与电机线圈固定支架106相对位移x。刚度控制器实时比较f1，f2两者的差值，结合相对位移x，使执行器电机105/109产生主动控制力F=s*x, s为刚度控制器的增益，从而改变吸振单元的刚度，进而改变吸振单元的固有频率f2。通过刚度控制器使得吸振单元的固有频率f2与旋转电机102工作时产生的振动频率f1保持一致从而获得较好的吸振效果。

阻尼控制环路原理如下：第一速度传感器104实时检测质量块103的速度信号，阻尼控制器使执行器电机105/109产生主动阻尼控制力，使得吸振器保持最佳阻尼，以获得最佳的吸振效果。

图4是本发明涉及的旋转电机减振装置的第二实施方式的结构示意图。与第一实施方式相一致，第二实施例下所提供的减振装置包括吸振单元和隔振单元。吸振单元主要由质量块203、第一速度传感器204、电机定子205、电机定子安装支架206、可变刚度弹性支撑207、电机线圈209、电机线圈固定支架211、第二速度传感器212等组成。正常工作时，旋转电机202工作时产生的振动频率f1，吸振单元的固有频率f2相等，吸振单元可以较好的吸收旋转电机202工作时产生的振动。

隔振单元主要由弹性支撑装置201组成，弹性支撑装置设计的固有频率小于旋转电机工作时的频率，可以进一步隔离旋转电机产生的振动。该弹性支撑装置可以由金属弹簧，空气弹簧，或橡胶等常用隔振装置组成。

图5是刚度控制环路原理如下：旋转电机202在不同工况下工作时，其产生的振动频率f1会随之发生改变。第二速度传感器212实时检测电机安装板208的振动信号获得旋转电机202工作时产生的振动频率f1，第一速度传感器204实时检测质量块203的振动信号获得吸振单元的固有频率f2。刚度控制器实时比较f1，f2两者的差值，实时调整行器电机205/209产生主动控制力和改变弹性支撑207的刚度，从而改变吸振单元的固有频率f2。通过刚度控制器使得吸振单元的固有频率f2与旋转电机102工作时产生的振动频率f1保持一致从而获得较好的吸振效果。该可变弹性支撑可以是电磁弹簧，压电材料，磁流变材料或形状记忆合金材料等智能材料组成。

阻尼控制环路原理如下：第一速度传感器204实时检测质量块203的速度信号V，阻尼控制器使执行器电机205/209产生主动阻尼控制力F=C*V， C为阻尼控制器的增益，使得吸振器保持最佳阻尼，以获得最佳的吸振效果。

与现有技术相比较，本发明的技术效果在于：

第一、利用吸振器原理进行减振，结构简单，针对特定的频率减振效果好；

第二、旋转电机在不同工况下，转速不同，其产生的振动频率也不同。传统的动力吸振器针对固定频率的振动具有较好的吸振效果，对这种易变频的旋转电机效果不大。本发明采用的动力吸振器采用主动控制原理，可实时检测旋转电机产生的振动频率，利用主动控制方法对动力吸振器进行变频率和变阻尼的控制，从而获得较好的吸振效果；

第三、在主动减振的基础上，结合被动的减振控制，对旋转电机安装板及其负载隔振，进一步降少旋转电机产生的振动对整机的影响。

第四、本发明能够有效降低由于电机旋转带来的环境振动对整机内部世界的影响，有效提高整机测试系统的精度，降低工件台、掩模台、调平调焦等分系统对环境噪声的影响。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于旋转电机的减振装置，其特征在于，包括：一吸振单元，所述吸振单元检测所述旋转电机的振动频率f1，根据所述振动频率f1产生一固有频率f2，使所述固有频率f2与所述振动频率f1一致，以消除所述振动频率f1。

2.如权利要求1所述的减振装置，其特征在于，所述减振装置还包括一隔振单元，所述隔振单元位于所述旋转电机及所述吸振单元的下方，用于隔离所述旋转电机工作时产生的振动。

3.如权利要求1所述的减振装置，其特征在于，所述吸振单元包括：一速度传感模块，用于检测所述振动频率f1及所述固有频率f2；一固有频率改变单元，用于改变所述吸振单元的固有频率f2；以及一弹性支撑单元，用于支撑所述固有频率改变单元。

4.如权利要求3所述的减振装置，其特征在于，所述速度传感模块包括一第一速度传感器，所述第一速度传感器用于检测所述固有频率f2；一第二速度传感器，所述第二速度传感器用于检测所述振动频率f1。

5.如权利要求3所述的减振装置，其特征在于，所述固有频率改变单元包括一质量块，位于所述质量块下方的电机，以及一控制器，所述控制器根据所述振动频率f1控制所述电机产生一主动控制力从而改变所述固有频率f2。

6.如权利要求5所述的减振装置，其特征在于，所述电机包括电机线圈、电机线圈固定支架、电机定子以及电机定子安装支架。

7.如权利要求6所述的减振装置，其特征在于，所述固有频率改变单元还包括一位移传感器，所述位移传感器用于检测所述电机线圈固定支架与所述电机定子安装支架的位移。

8.如权利要求2所述的减振装置，其特征在于，所述隔振单元由弹性支撑单元组成。

9.如权利要求8所述的减振装置，其特征在于，所述弹性支撑单元由金属弹簧、空气弹簧或橡胶组成。