NL9001910A - Elektromagnetische ondersteuning met stroomonafhankelijke eigenschappen. - Google Patents

Elektromagnetische ondersteuning met stroomonafhankelijke eigenschappen. Download PDF

Info

Publication number
NL9001910A
NL9001910A NL9001910A NL9001910A NL9001910A NL 9001910 A NL9001910 A NL 9001910A NL 9001910 A NL9001910 A NL 9001910A NL 9001910 A NL9001910 A NL 9001910A NL 9001910 A NL9001910 A NL 9001910A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
electromagnets
electromagnet
pair
regulator
electronic
Prior art date
Application number
NL9001910A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Philips Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Nv filed Critical Philips Nv
Priority to NL9001910A priority Critical patent/NL9001910A/nl
Priority to US07/664,075 priority patent/US5243491A/en
Priority to EP91202145A priority patent/EP0473230A1/en
Priority to JP3240556A priority patent/JPH04245408A/ja
Publication of NL9001910A publication Critical patent/NL9001910A/nl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0662Details of hydrostatic bearings independent of fluid supply or direction of load
    • F16C32/0666Details of hydrostatic bearings independent of fluid supply or direction of load of bearing pads
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0603Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
    • F16C32/0614Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/02Sliding-contact bearings
    • F16C29/025Hydrostatic or aerostatic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0446Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0444Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • F16C32/0451Details of controllers, i.e. the units determining the power to be supplied, e.g. comparing elements, feedback arrangements with P.I.D. control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0474Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0476Active magnetic bearings for rotary movement with active support of one degree of freedom, e.g. axial magnetic bearings

Description

•'Elektromagnetische ondersteuning met stroomonafhankelijke eigenschap-pen."
De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het : positioneren van een lichaam in tenminste een ondersteuningsrichting door middel van tenminste een elektromagneet en met behulp van tenminste een positiesensor, waarbij een elektrische uitgang van de positiesensor is verbonden met een elektrische ingang van een elektronische regelaar waarmee een elektrische stroom in de elektromagneet regelbaar is als functie van een verschil tussen een met de positiesensor gemeten positie van het lichaam ten opzichte van de elektromagneet en een gewenste positie.
Uit het tijdschrift Philips Technical Review, vol. 41, no. 11/12, 1983/84, bladz. 348-361, is een inrichting bekend van de in de aanhef genoemde soort, waarbij een as door middel van vijf paren elektromagneten zodanig is ondersteund dat alleen een rotatie van de as om de hartlijn van de as mogelijk is. Een door een elektromagneet op de as uitgeoefende kracht is nagenoeg evenredig met het kwadraat van de grootte van de stroom door de elektromagneet en nagenoeg omgekeerd evenredig met het kwadraat van de grootte van een luchtspleet tussen de elektromagneet en de as. Als gevolg van het genoemde verband tussen de elektromagnetische kracht en de grootte van de luchtspleet is de positie van de as ten opzichte van de elektromagneten zonder verdere maatregelen niet stabiel. Om bij de bekende inrichting een stabiele, gewenste positie van de as te handhaven wordt de positie van de as ten opzichte van elk paar elektromagneten gemeten met behulp van een positiesensor en wordt een door het verschil tussen de gemeten en de gewenste positie bepaalde regelstroom door de beide elektromagneten van het betreffende paar gestuurd. De grootte van de regelstroom wordt daarbij bepaald door middel van een regelaar met een proportionele, differentiërende en integrerende actie (PID-regelaar). Met behulp van de met de PID-regelaar geregelde elektromagneten wordt een stabiele ondersteuning verkregen.
Als gevolg van het niet-lineaire verband tussen de elektromagnetische kracht en de grootte van de stroom en de luchtspleet vormt de bekende inrichting een niet-lineair systeem. De toegepaste PID-regelaar is een lineaire regelaar en is bij de bekende inrichting geoptimaliseerd voor een werkpunt dat bepaald is door een gewenste grootte h0 van de luchtspleet en door een basisstroom iD door de elektromagneten. Een aantal eigenschappen, die mede de stabiliteit van de ondersteuning bepalen zoals stijfheid en bandbreedte, is echter afhankelijk van de grootte van de basisstroom, terwijl de PID-regelaar alleen optimaal functioneert bij kleine belastingen op de as, d.w.z. als de regelstromen door de elektromagneten klein zijn ten opzichte van de basisstroom. Bij grote belastingen op de as, bij plotselinge piek-belastingen en bij het in werking stellen van de inrichting kunnen daardoor stabiliteitsproblemen optreden.
Een doel van de uitvinding is een inrichting voor het positioneren van een lichaam te verschaffen, waarbij de stijfheid en de bandbreedte onafhankelijk zijn van de grootte van de stroom door de elektromagneten, zodat de hiervoor beschreven bezwaren vermeden kunnen worden.
De uitvinding heeft daartoe tot kenmerk, dat tussen een elektrische uitgang van de regelaar en de met de regelaar geregelde elektromagneet een elektronische worteltrekker is geschakeld. Door toepassing van de elektronische worteltrekker wordt bereikt, dat de stroom door de met de regelaar geregelde elektromagneet evenredig is met de vierkantswortel van een door de regelaar in grootte bepaald regelsignaal. De door de betreffende elektromagneet uitgeoefende kracht is op deze wijze evenredig met de grootte van het regelsignaal van de regelaar, waardoor de stijfheid en de bandbreedte van de inrichting onafhankelijk zijn van de grootte van de stroom door de elektromagneet en de regelaar bij elke belasting op het te ondersteunen lichaam optimaal functioneert.
Een bijzondere uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de : uitvinding, waarbij het lichaam in bedrijf in de ondersteuningsrichting is ondersteund door middel van een paar elektromagneten die in de ondersteuningsriehting gezien tegenover elkaar zijn gelegen en waarbij de stromen door de beide elektromagneten van het paar zijn geregeld door een voor de beide elektromagneten van het paar gemeenschappelijke regelaar, heeft tot kenmerk, dat tussen de regelaar en elk van de beide met de regelaar geregelde elektromagneten een voor de betreffende elektromagneet unieke elektronische worteltrekker is geschakeld. Bij deze bijzondere uitvoeringsvorm worden de beide elektromagneten van het paar voorzien van een constante basisstroom en wordt een tweezijdige ondersteuning van het lichaam met een hoge belastbaarheid verschaft door bij een verplaatsing van het lichaam uit de gewenste positie als gevolg van een statische belasting de elektromagneet, waarvan de lucht-spleet ten gevolge van de verplaatsing is toegenomen, van een regel-stroom te voorzien, die gelijkgericht is aan de basisstroom door de betreffende elektromagneet, en de andere elektromagneet van een regel-stroom te voorzien, die tegengesteld gericht is aan de basisstroom. Daarbij wordt een van de grootte van de stromen onafhankelijke regeling verkregen door toepassing van de genoemde unieke worteltrekkers.
Een verdere uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding, waarbij eveneens een paar elektromagneten en een voor het paar gemeenschappelijke regelaar toegepast worden, heeft tot kenmerk, dat tussen de regelaar en elk van de beide met de regelaar geregelde elektromagneten een voor de betreffende elektromagneet unieke elektronische worteltrekker en een voor de betreffende elektromagneet unieke elektronische gelijkrichter zijn geschakeld, waarbij de beide gelijk-richters elektrisch tegengesteld zijn gericht. Bij deze uitvoeringsvorm worden de elektromagneten alleen van een regelstroom en niet van een basisstroom voorzien. Door toepassing van de genoemde gelijkrichters wordt bereikt, dat bij een verplaatsing van het lichaam uit de gewenste positie als gevolg van een statische belasting alleen die elektromagneet van een regelstroom wordt voorzien, waarvan de luchtspleet ten gevolge van de verplaatsing is toegenomen. Op deze wijze worden de elektrische weerstandsverliezen van de elektromagneten klein gehouden, terwijl door toepassing van de worteltrekkers ook in een onbelaste toe- ' stand van het lichaam een eindige stijfheid wordt bereikt.
Een nog verdere uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding, waarbij de gelijkrichters op een doelmatige en praktische plaats ten opzichte van de worteltrekkers zijn geschakeld, heeft tot kenmerk, dat de gelijkrichters zijn geschakeld tussen de regelaar en elk van de beide met de regelaar verbonden worteltrekkers. Hiermee wordt bereikt, dat een ingangssignaal van elk van de worteltrekkers altijd een gelijke polariteit bezit, zodat een onstabiele werking van de worteltrekkers rondom de nulovergang van het ingangssignaal voorkomen wordt.
Een bijzondere uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding, waarbij een paar elektromagneten en een voor het paar gemeenschappelijke regelaar toegepast worden, terwijl de elektromagneten niet van een basisstroom worden voorzien, heeft tot kenmerk, dat tussen de regelaar en de beide met de regelaar geregelde elektromagneten een voor beide elektromagneten gemeenschappelijke elektronische worteltrekker is geschakeld, terwijl tussen de worteltrekker en elk van de beide elektromagneten een voor de betreffende elektromagneet unieke elektronische gelijkrichter is geschakeld, waarbij de beide gelijkrichters elektrisch tegengesteld zijn gericht. Door toepassing van de gemeenschappelijke worteltrekker wordt een eenvoudige opbouw van de inrichting verschaft.
De uitvinding wordt in het volgende nader toegelicht aan de i hand van de tekening, waarin
Figuur 1 een zijaanzicht toont van een inrichting volgens de uitvinding,
Figuur 2 een bovenaanzicht toont van de inrichting volgens figuur 1,
Figuur 3 een dwarsdoorsnede toont van de inrichting volgens de lijn III-III in figuur 2, en
Figuur 4 op schematische wijze de inrichting volgens figuur 1 toont met een elektronisch regelcircuit.
De met de figuren 1 tot en met 4 geïllustreerde inrichting bezit een rechtgeleiding met een zich evenwijdig aan een in figuur 1 als x-richting aangegeven, horizontale richting uitstrekkende stalen geleidebalk 1 die nabij zijn beide uiteinden is bevestigd aan een ___gestel 3, waarbij een tafel 5 in de x-richting verplaatsbaar is langs de geleidebalk 1. Met behulp van in de figuren 1 tot en met 4 niet nader weergegeven aandrijfmiddelen kan een op de tafel 5 bevestigd voorwerp 7 in de x-richting gepositioneerd worden.
De tafel 5 is voorzien van een ronde luchtvoet 9 van een uit de Nederlandse octrooiaanvrage 8902472 bekende soort. In bedrijf is de luchtvoet 9 met behulp van een met een onderdruk voorgespannen statisch gaslager van een op zichzelf gebruikelijke soort afgesteund op een granieten basisvlak 11, dat zich in een horizontaal vlak uitstrekt evenwijdig aan de x-richting en een dwars op de x-richting staande, horizontale y-richting (zie figuur 2). Door toepassing van de luchtvoet 9 in combinatie met het basisvlak 11 wordt een translatie van de tafel 5 in een dwars op het basisvlak 11 staande z-richting verhinderd, alsmede een rotatie van de tafel 5 om een evenwijdig aan de x-richting of de y-richting gerichte rotatie-as.
Een translatie van de tafel 5 evenwijdig aan de y-richting alsmede een rotatie van de tafel 5 om een evenwijdig aan de z-richting gerichte rotatie-as wordt voorkomen door toepassing van twee paren elektromagneten (13, 15) en (17, 19), waarbij de beide paren op enige afstand van elkaar zijn bevestigd in een lagerhuis 21 dat tussen de tafel 5 en de luchtvoet 9 is aangebracht en dat de geleideblak 1 omgeeft (zie figuren 1 en 2). Zoals in figuur 2 is te zien, zijn de beide elektromagneten (13, 15) en (17, 19) van elk paar in y-richting gezien tegenover elkaar gelegen aan weerskanten van de geleidebalk 1.
Indien door de elektromagneten 13, 15, 17 en 19 een elektrische stroom gaat, zal elk der elektromagneten 13, 15, 17 en 19 een aantrekkende, elektromagnetische kracht uitoefenen op de stalen geleidebalk 1. De grootte van deze kracht is nagenoeg evenredig met het kwadraat van de grootte van de stroom door de betreffende elektromagneet 13, 15, 17, 19 en nagenoeg omgekeerd evenredig met het kwadraat van de grootte van een luchtspleet 23 tussen de betreffende elektromagneet 13, 15, 17, 19 (zie figuur 2) en de geleidebalk 1. Als gevolg van het genoemde verband tussen de elektromagnetische kracht en de grootte van de luchtspleet 23 is een evenwichtsstand, waarin de aantrekkende krachten van de beide elektromagneten van elk paar (13, 15) en (17, 19) gelijk zijn, instabiel als de stroom door de elektromagneten 13, 15, 17, 19 een constante ongeregelde stroom is. Indien namelijk de tafel 5 vanuit de evenwichtsstand over een kleine afstand wordt verplaatst evenwijdig aan de y-richting, zal de aantrekkende kracht van de elektromagneten, waarvan de luchtspleet 23 door de verplaatsing kleiner wordt, toenemen en zal de aantrekkende kracht van de elektromagneten, waarvan de luchtspleet 23 door de verplaatsing groter wordt, afnemen. Hierdoor ontstaat een resulterende kracht in de richting van de genoemde verplaatsing, zodat de verplaatsing verder zal toenemen.
Om een stabiele ondersteuning in de y-richting te verkrijgen is de stroom door de elektromagneten van de paren (13, 15) en (17, 19) geregeld door middel van respectievelijk elektronische regelcircuits 25a en 25b (zie figuur 2). De regelcircuits 25a en 25b zijn identiek. Elk van de beide paren elektromagneten (13, 15) en (17, 19) is voorzien van een kontaktloze capacitieve positiesensor 29, 31 van een op zichzelf gebruikelijke soort die is aangebracht in een der beide elektromagneten van het betreffende paar (13, 15), (17, 19) (zie figuur 2).
Elk van de positiesensoren 29, 31 meet in bedrijf de grootte van de luchtspleet 23 tussen de geleidebalk 1 en de elektromagneet 13, 17 waarin de betreffende positiesensor 29, 31 is aangebracht. Door de regelcircuits 25a, 25b wordt de gemeten grootte van de beide luchtsple-ten 23 vergeleken met een gewenste grootte en wordt een van het verschil tussen de gewenste en de gemeten grootte afhankelijke regel-stroom door de elektromagneten 13, 15, 17, 19 gestuurd, zodat de gemeten grootte onder invloed van de op de geleidebalk 1 uitgeoefende elektromagnetische krachten gelijk wordt aan de gewenste grootte. In het volgende zal nader worden ingegaan op de werking en de eigenschappen van de regelcircuits 25a, 25b.
In figuur 4 zijn op schematische wijze de elektronische regelcircuits 25a en 25b weergegeven. In elk regelcircuit 25a, 25b is een elektrische uitgang van de betreffende positiesensor 29, 31 verbonden met een eerste elektrische ingang van een als een comparator 33 functionerende sommeerschakeling. Door middel van de comparator 33 wordt een uitgangssignaal Up0S (spanningssignaal) van de positiesensor 29, 31, dat in grootte wordt bepaald door de grootte van de luchtspleet 23, vergeleken met een ingangssignaal Ugew van een tweede elektrische ingang van de comparator 33, dat in grootte wordt bepaald door de gewenste grootte van de luchtspleet 23. Een uitgangssignaal ucom van de comparator 33 is gelijk aan het verschil Ugew-upos van de beide .—ingangssignalen van de comparator 33· Het signaal ucom vormt een ingangssignaal voor een elektronische regelaar 35. De regelaar 35 is een op zichzelf bekende en gebruikelijke PID-regelaar met een proportionele, integrerende en differentiërende regelactie, die het signaal ucom omvormt tot een regelsignaal upi(j(spanningssignaal) dat bepalend is voor de grootte van de regelstroom door de elektromagneten 13 en 15. Zoals in figuur 4 is weergegeven wordt het regelsignaal Up^ aangeboden aan een elektronische worteltrekker 37 van een op zichzelf bekende soort. Een uitgangssignaal u^.^ van de worteltrekker 37 is in grootte gelijk aan de vierkantswortel van de grootte van het signaal Upid, terwijl het teken (polariteit) van het signaal uwrt gelijk is aan het teken van het signaal υηι^:
Een elektrische uitgang
Figure NL9001910AD00081
van de worteltrekker 37 is via een eerste tak 39 van het regelcircuit 25 verbonden met de elektromagneet 15 en via een tweede tak 41 van het regelcircuit 25 verbonden met de elektromagneet 13. De takken 39 en 41 zijn voorzien van respectievelijk een elektronische gelijkrichter 43 en een elektronische gelijkrichter 45. i De gelijkrichters 43 en 45, die elk als een diode werken, zijn van een i op zichzelf gebruikelijke soort en kunnen zowel analoog (als een comparatorschakeling met een enkelzijdige gelijkrichtende werking) als digitaal (als een logische schakeling) uitgevoerd zijn. Zoals in figuur 4 is weergegeven zijn de gelijkrichters 43 en 45 ten opzichte van het signaal uWP£ elektrisch tegengesteld gericht, zodat zij elk het signaal u^t in een verschillende richting geleiden. De functie van de gelijkrichters 43, 45 in het regelcircuit 25 wordt in het navolgende nog nader toegelicht.
Zoals verder in figuur 4 is weergegeven is de uitgang van de worteltrekker 37 via de gelijkrichter 43 in tak 39 verbonden met een versterkereenheid 47 van een op zichzelf gebruikelijke soort, die is voorzien van een operationele versterker 49. Door middel van de versterkereenheid 47 wordt het spanningssignaal versterkt tot een regelstroom i-| door de elektromagneet 15. Verder is de uitgang van de worteltrekker 37 via de gelijkrichter 45 in tak 41 verbonden met een versterkereenheid 51 die van eenzelfde soort is als de genoemde „yersterkereenheid 47 en voorzien is van een operationele versterker 53· Met behulp van de versterkereenheid 51 wordt het spanningssignaal uwrt versterkt tot een regelstroom door de elektromagneet 13.
Voor de grootte van de door de elektromagneten 15 en 13 op de geleidebalk 1 uitgeoefende krachten F·] en F2 kan bij benadering worden geschreven:
Figure NL9001910AD00091
In deze uitdrukkingen is h-| de grootte van de luchtspleet 55 tussen de geleidebalk 1 en de elektromagneet 15 (zie figuur 4) en is de grootte van de luchtspleet 23 tussen de geleidebalk 1 en de elektromagneet 13. Voor de regelstromen i-j en 12 geldt: _ zodat:
Figure NL9001910AD00092
Door toepassing van de worteltrekker 37 is bereikt dat er tussen de krachten F-| en F2 en de grootte van het regelsignaal Up·^ een lineair j verband bestaat. Met de conventionele, lineaire PID-regelaar 35 wordt nu een positieregeling verkregen die bij elke grootte van de stromen i·] en i2 door de elektromagneten 13 en 15 optimaal functioneert, dat wil zeggen door toepassing van de worteltrekker 37 is een regeling verkregen, waarbij de stijfheid en de bandbreedte onafhankelijk zijn van de grootte van de stroom door de elektromagneten.
Een verder voordeel van de regeling is dat een basisstroom door de elektromagneten onnodig is. Door de in figuur 4 getoonde regel- ' circuits 25a en 25b worden dan ook alleen regelstromen i -|, 12 door de elektromagneten 13, 15 gestuurd, hetgeen toepassing van de reeds genoemde gelijkrichters 43 en 45 noodzakelijk maakt. Aangezien namelijk een door een der beide elektromagneten 13, 15 op de geleidebalk 1 uitgeoefende kracht altijd een aantrekkende kracht is, die onafhankelijk is van de richting van de regelstroom door de betreffende elektromagneet, zouden de krachten van de beide elektromagneten 13, 15 zonder toepassing van de gelijkrichters 43, 45 voortdurend gelijk zijn en zou een positieregeling niet mogelijk zijn. Door toepassing van de gelijk- _richters 43, 45 wordt bij een statische belasting van de tafel 5 alleen elektromagneet 13 van een regelstroom i£ voorzien en is i-\ gelijk aan nul indien de gemeten grootte van de luchtspleet 23 groter is dan de gewenste grootte. Bij een dergelijke belasting wordt alleen elektromagneet 15 van een regelstroom i·] voorzien en is ±2 gelijk aan nul als de gemeten grootte van de luchtspleet 23 kleiner is dan de gewenste grootte. Doordat een basisstroom door de elektromagneten 13, 15 ontbreekt en slechts een der beide elektromagneten 13, 15 een regelstroom ontvangt zijn de elektrische weerstandsverliezen van de elektromagneten 13, 15 laag. In een onbelaste toestand van de tafel 5 zijn de weerstandsverliezen zelfs verwaarloosbaar klein.
Opgemerkt wordt, dat de regelaar 35 is geoptimaliseerd voor een werkpunt dat is bepaald door een gewenste grootte h0 van de luchtspleet 23. De stijfheid en de bandbreedte van de in de figuren 1 tot en met 4 weergegeven inrichting zijn dan ook afhankelijk van hQ. Deze afhankelijkheid is niet bezwaarlijk bij een toepassing van de inrichting als een elektromagnetisch lager, waarbij h0 een niet veranderende, gewenste grootte van de luchtspleet is. De inrichting is dan ook bij uitstek geschikt voor toepassing in een optisch lithografische positio-neerinrichting voor de vervaardiging van maskers toegepast in de fabricage van geïntegreerde schakelingen. Bij dergelijke positioneer-inrichtingen en ook bij andere precisiemachines met elektromagnetische lagers kunnen maatonnauwkeurigheden ontstaan ten gevolge van warmteontwikkeling in de elektromagneten. Door toepassing van een inrichting volgens figuur 4 kunnen dergelijke onnauwkeurigheden voorkomen worden. Bovendien kunnen door toepassing van zeer kleine luchtspleten de regel-stromen in grootte gereduceerd worden, waarmee de weerstandsverliezen nog verder teruggebracht kunnen worden.
Verder wordt opgemerkt, dat in plaats van de voor beide elektromagneten 13, 15 gemeenschappelijke worteltrekker 37 ook in elke tak 39, 41 van het regeleircuit een voor de betreffende elektromagneet 13, 15 unieke worteltrekker kan worden opgenomen. Daarmee wordt bereikt, dat het ingangssignaal van elke worteltrekker altijd een gelijke polariteit bezit, zodat een onstabiele werking, die de toegepaste worteltrekkers rondom de nulovergang van het ingangssignaal kunnen vertonen, wordt voorkomen.
Tevens wordt opgemerkt, dat in plaats van de regelaar 35, de „.worteltrekker 37 en de beide gelijkrichters 43 en 45 ook een digitale regelaar kan worden toegepast, waarin de functies van de regelaar 35, de worteltrekker 37 en de gelijkrichters 43, 45 zijn verenigd.
Opgemerkt wordt verder, dat de versterkereenheden 47 en 51 vervangen kunnen worden door een voor de beide elektromagneten 13, 15 gemeenschappelijke versterkereenheid, die tussen de worteltrekker 37 en de gelijkrichters 43, 45 is geschakeld. In deze uitvoeringsvorm kunnen de gelijkrichters 43, 45 als dioden uitgevoerd worden.
Tevens wordt opgemerkt, dat de gelijkrichters 43 en 45 uit de regelcircuits 25a, 25b kunnen worden weggelaten indien geen bijzondere eisen worden gesteld ten aanzien van de warmte-ontwikkeling in de elektromagneten. De elektromagneten worden dan voorzien van een constante basisstroom, terwijl voor het verkrijgen van een van de grootte van de stroom onafhankelijke regeling in elk tak 39, 41 een voor debetreffende elektromagneet 13, 15 unieke worteltrekker dient te worden opgenomen. Het regelsignaal Up^, dat de regelstromen door de elektromagneten 13, 15 bepaalt, dient dan vóór de betreffende worteltrekker in de takken 39 en 41 respectievelijk opgeteld te worden bij en afgetrokken te worden van een basissignaal uQ, dat de basisstroom door de elektromagneten bepaalt. Op deze wijze wordt in de betreffende ondersteuningsrichting een tweezijdige ondersteuning verkregen.
Verder wordt opgemerkt, dat een eenvoudige uitvoeringsvorm van de inrichting wordt verkregen door bij toepassing van een basisstroom slechts een van de beide elektromagneten 13, 15 te regelen. De andere elektromagneet wordt in deze uitvoeringsvorm alleen van een basisstroom voorzien en dient uitsluitend als voorspanmagneet. Een voorspankracht kan ook bereikt worden met behulp van andere middelen, zoals bijvoorbeeld door vacuum, een permanente magneet, een gasveer of een mechanische veer. Ook kan de zwaartekracht op het te ondersteunen lichaam als voorspankracht worden gebruikt. In deze gevallen wordt in de betreffende ondersteuningsrichting slechts een elektromagneet toegepast.
In de richting volgens de figuren 1 tot en met 4 zijn de elektromagneten 13, 15 tegenover elkaar aan weerskanten van de geleide-balk 1 aangebracht. Opgemerkt wordt, dat de elektromagneten 13, 15 ook op een andere wijze dan in figuur 4 getoond opgesteld kunnen zijn, namelijk met de U-vormige zijden van elkaar af. In dit geval bevindt
Jiet paar 13, 15 zich tussen een eerste en een tweede deel van de geleidebalk, waarbij de beide delen evenwijdig zijn.
Tenslotte wordt opgemerkt, dat bij de inrichting volgens de figuren 1, 2 en 3 twee vrijheidsgraden van de tafel 5 onderdrukt worden door middel van twee paren elektromagneten (13, 15) en (17, 19), namelijk een translatie evenwijdig aan de y-richting en een rotatie om een evenwijdig aan de z-richting gerichte rotatie-as. Door toepassing van meer paren elektromagneten bij een dergelijke inrichting kunnen ook meer dan twee vrijheidsgraden van het te ondersteunen lichaam onderdrukt worden. Indien een compactere opbouw van de inrichting gewenst is kan het voor de ondersteuning benodigde aantal elektromagneten gereduceerd worden. Dit kan bijvoorbeeld geschieden door het lichaam in twee richtingen te ondersteunen door middel van drie elektromagneten die onder een hoek van 120° ten opzichte van elkaar zijn opgesteld in een vlak dat dwars staat op de genoemde richtingen. Daarbij is een aangepaste regeling van de elektromagneten noodzakelijk met gekoppelde regelcircuits.

Claims (4)

1. Inrichting voor het positioneren van een lichaam in tenminste een ondersteuningsrichting door middel van tenminste een elektromagneet en met behulp van tenminste een positiesensor, waarbij een elektrische uitgang van de positiesensor is verbonden met een elektrische ingang van een elektronische regelaar waarmee een elektrische stroom in de elektromagneet regelbaar is als functie van een verschil tussen een met de positiesensor gemeten positie van het lichaam ten opzichte van de elektromagneet en een gewenste positie, met het kenmerk, dat tussen een elektrische uitgang van de regelaar en de met de regelaar geregelde elektromagneet een elektronische worteltrekker is geschakeld.
2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het lichaam in bedrijf in de ondersteuningsrichting is ondersteund door middel van een paar elektromagneten die in de ondersteuningsrichting gezien tegenover elkaar zijn gelegen en waarbij de stromen door de beide elektromagneten van het paar zijn geregeld door een voor de beide elektromagneten van het paar gemeenschappelijke regelaar, met het kenmerk, dat tussen de regelaar en elk van de beide met de regelaar geregelde elektromagneten een voor de betreffende elektromagneet unieke elektronische worteltrekker is geschakeld.
3. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het lichaam in bedrijf in de ondersteuningsrichting is ondersteund door middel van een paar elektromagneten die in de ondersteuningsrichting gezien tegenover elkaar zijn gelegen en waarbij de stromen door de beide elektromagneten van het paar zijn geregeld door een voor de beide elektromagneten van het paar gemeenschappelijke regelaar, met het kenmerk, dat tussen de regelaar en elk van de beide met de regelaar geregelde elektromagneten een voor de betreffende elektromagneet unieke elektronische worteltrekker en een voor de betreffende elektromagneet unieke elektronische gelijkrichter zijn geschakeld, waarbij de beide gelijkrichters elektrisch tegengesteld zijn gericht. if. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de gelijkrichters zijn geschakeld tussen de regelaar en elk van de beide met de regelaar verbonden worteltrekkers.
5. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het lichaam in bedrijf in de ondersteuningsrichting is ondersteund door middel van een paar elektromagneten die in de ondersteuningsrichting gezien tegenover __elkaar zijn gelegen en waarbij de stromen door de beide elektromagneten van het paar zijn geregeld door een voor de beide elektromagneten van het paar gemeenschappelijke regelaar, met het kenmerk, dat tussen de regelaar en de beide met de regelaar geregelde elektromagneten een voor beide elektromagneten gemeenschappelijke elektronische worteltrekker is geschakeld, terwijl tussen de worteltrekker en elk van de beide elektromagneten een voor de betreffende elektromagneet unieke elektronische gelijkrichter is geschakeld, waarbij de beide gelijkrichters elektrisch tegengesteld zijn gericht. i |
NL9001910A 1990-08-30 1990-08-30 Elektromagnetische ondersteuning met stroomonafhankelijke eigenschappen. NL9001910A (nl)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL9001910A NL9001910A (nl) 1990-08-30 1990-08-30 Elektromagnetische ondersteuning met stroomonafhankelijke eigenschappen.
US07/664,075 US5243491A (en) 1990-08-30 1991-03-04 Electromagnetic support with current-independent characteristics
EP91202145A EP0473230A1 (en) 1990-08-30 1991-08-22 Electromagnetic support with current-independent characteristics
JP3240556A JPH04245408A (ja) 1990-08-30 1991-08-27 電流に依存しない電磁支持

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL9001910 1990-08-30
NL9001910A NL9001910A (nl) 1990-08-30 1990-08-30 Elektromagnetische ondersteuning met stroomonafhankelijke eigenschappen.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL9001910A true NL9001910A (nl) 1992-03-16

Family

ID=19857604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL9001910A NL9001910A (nl) 1990-08-30 1990-08-30 Elektromagnetische ondersteuning met stroomonafhankelijke eigenschappen.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5243491A (nl)
EP (1) EP0473230A1 (nl)
JP (1) JPH04245408A (nl)
NL (1) NL9001910A (nl)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2949726B2 (ja) * 1989-08-24 1999-09-20 株式会社安川電機 磁気浮上搬送装置の移動子制御方法
DE69223030T2 (de) * 1992-01-03 1998-06-10 British Nuclear Fuels Plc Vorrichtung zur Lagesteuerung eines elektromagnetisch gelagerten Objektes
US5467243A (en) * 1993-09-29 1995-11-14 Otis Elevator Company Electromagnet control system
US7365513B1 (en) 1994-04-01 2008-04-29 Nikon Corporation Positioning device having dynamically isolated frame, and lithographic device provided with such a positioning device
US6989647B1 (en) * 1994-04-01 2006-01-24 Nikon Corporation Positioning device having dynamically isolated frame, and lithographic device provided with such a positioning device
US5528118A (en) * 1994-04-01 1996-06-18 Nikon Precision, Inc. Guideless stage with isolated reaction stage
US5874820A (en) * 1995-04-04 1999-02-23 Nikon Corporation Window frame-guided stage mechanism
CH689808A5 (de) * 1994-05-25 1999-11-30 Mecos Traxler Ag Verfahren zum berührungsfreien Tragen von Objekten und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
US6246204B1 (en) * 1994-06-27 2001-06-12 Nikon Corporation Electromagnetic alignment and scanning apparatus
US5623853A (en) * 1994-10-19 1997-04-29 Nikon Precision Inc. Precision motion stage with single guide beam and follower stage
US6008500A (en) * 1995-04-04 1999-12-28 Nikon Corporation Exposure apparatus having dynamically isolated reaction frame
TW318255B (nl) 1995-05-30 1997-10-21 Philips Electronics Nv
US5760564A (en) * 1995-06-27 1998-06-02 Nikon Precision Inc. Dual guide beam stage mechanism with yaw control
US6208497B1 (en) * 1997-06-26 2001-03-27 Venture Scientifics, Llc System and method for servo control of nonlinear electromagnetic actuators
US7046496B2 (en) * 2003-05-05 2006-05-16 Nikon Corporation Adaptive gain adjustment for electromagnetic devices
US20050162802A1 (en) * 2004-01-22 2005-07-28 Nikon Research Corporation Of America Offset gap control for electromagnetic devices
JP5003879B2 (ja) * 2007-03-30 2012-08-15 株式会社Ihi 電磁吸引式磁気軸受とその制御方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3939776A (en) * 1972-05-08 1976-02-24 Rohr Industries, Inc. Railway truck magnetic suspension
DE2807044A1 (de) * 1978-02-18 1979-08-23 Messerschmitt Boelkow Blohm Lagerung fuer arbeits- und transportplattformen
FR2417797A1 (fr) * 1978-02-20 1979-09-14 Europ Propulsion Dispositif de compensation du grain d'un circuit asservi par contre-reaction en courant
FR2501314A1 (fr) * 1981-03-09 1982-09-10 Europ Propulsion Palier electromagnetique actif redondant
US4795927A (en) * 1986-05-02 1989-01-03 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Control system for a magnetic type bearing
JP2700904B2 (ja) * 1988-10-18 1998-01-21 セイコー精機株式会社 磁気浮上体の制御装置
JP2824459B2 (ja) * 1989-04-28 1998-11-11 株式会社フェローテック 磁気軸受装置
US5013987A (en) * 1989-07-18 1991-05-07 Seiko Instruments Inc. Control system for magnetic bearing

Also Published As

Publication number Publication date
US5243491A (en) 1993-09-07
JPH04245408A (ja) 1992-09-02
EP0473230A1 (en) 1992-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL9001910A (nl) Elektromagnetische ondersteuning met stroomonafhankelijke eigenschappen.
NL9001908A (nl) Elektromagnetische ondersteuning met positie-onafhankelijke eigenschappen.
NL9001909A (nl) Elektromagnetische ondersteuning met enkelzijdige regelstromen.
US5120034A (en) Two-step positioning device using lorentz forces and a static gas bearing
US11161700B2 (en) Method for operating a transport apparatus in the form of a long stator linear motor
CA1304173C (en) Microlithographic apparatus
KR100283784B1 (ko) 기준 표면을 갖는 웨이퍼 스테이지
JP6538194B2 (ja) 物体を保持、位置づけし、移動させるための装置
KR102552246B1 (ko) 리니어모터반송시스템 및 그 운용방법
EP1071097A4 (en) DEVICE FOR POSITIONING A PLATE
EP1895830A1 (en) A displacement device as well as a component placement device
JP3209844B2 (ja) 磁気浮上搬送装置
JP2002333020A (ja) 磁気軸受制御装置
JPH0221116B2 (nl)
NL1019926C2 (nl) Lageropstelling voor lineaire slee.
KR102578858B1 (ko) 영전자석을 이용한 자기부상식 웨이퍼 이송 장치
JP3553350B2 (ja) Xyステージ
US20220001902A1 (en) Carrier device and control method for carrier device
JP3407897B2 (ja) 磁気浮上搬送装置
SE531552C2 (sv) Upphängningsanordning för riktningsberoende utrustning
JP3144431B2 (ja) 精密位置決め装置
JPS6352253B2 (nl)
JP2000092889A (ja) テーブル位置決め装置および該テーブル位置決め装置を用いた半導体露光装置
KR100280754B1 (ko) 예비 베어링을 갖는 자기 베어링 모듈
KR19990025693U (ko) 센서 증폭기 내장형 자기 부상 직선 운동 테이블

Legal Events

Date Code Title Description
A1B A search report has been drawn up
BV The patent application has lapsed