【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁悬浮平面电机，尤其涉及基于一维halbach阵列磁悬浮平面电机及其动子六自由度位置及姿态的测量方法及系统。
技术介绍
1、随着现代制造加工产业和信息技术产业的不断发展，尤其是集成电路芯片制造、精密光学透镜制造、高性能显微镜设备制造等领域，对精度的要求不断提高，超精密定位台的作用越发凸显，它能够同时实现高精度的定位以及运动控制。磁悬浮工作台具备零摩擦、高精度、清洁、结构紧凑等优势，在该领域具有较好的发展前景，成为近年来各国争先研究的热点对象。磁悬浮平面电机作为工作台的核心部件，在其运动过程中需要实时测量动子部分的位置及姿态，包括信号采集处理以及位置姿态的实时解算。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种磁悬浮平面电机及其动子六自由度位置及姿态测量方法，可以提供更为准确的位置信息。技术方案如下。
2、第一方面，提供一种磁悬浮平面电机，包括：固定基座；动子平台；以及运动执行单元，四个所述运动执行单元设置在所述固定基座上，以所述固定基座的上表面的几何中心点为原点坐标的平面直角坐标系，其中两个所述运动执行单元分别位于所述坐标系x轴正负半轴上，另外两个所述运动执行单元位于所述坐标系y轴正负半轴上，每个所述运动执行单元均包括：动子，其包括固定在所述动子平台上的一维halbach永磁体阵列；以及定子，其包括pcb，该pcb上集成有线圈和向外部计算机系统反馈所述动子位置及姿态的霍尔传感器阵列，在所述线圈中施加电流后，所述一维halbach永磁体阵列同时受到水平以及竖直方向上
3、在一些示例中，所述固定基座上开有放置所述pcb的定位凹槽。
4、在一些示例中，所述动子平台面向所述一维halbach永磁体阵列的一面具有容纳所述一维halbach永磁体阵列的嵌槽，所述一维halbach永磁体阵列固定在所述嵌槽内。
5、在一些示例中，所述线圈位于所述pcb面向所述一维halbach永磁体阵列的一面，所述霍尔传感器阵列位于所述pcb背对所述一维halbach永磁体阵列的一面。
6、在一些示例中，所述一维halbach永磁体阵列由90°充磁的单个永磁体周期排布，单个所述一维halbach永磁体阵列长度是三个周期。
7、在一些示例中，所述霍尔传感器阵列包括沿着所述一维halbach永磁体阵列长度方向的等间距的三个阵列，该三个阵列分别感应所述一维halbach永磁体阵列位置变化引起的三相位的磁场强度，所述三个阵列之间的间距为所述一维halbach永磁体阵列单个周期的三分之一。
8、在一些示例中，所述三个阵列中的每个阵列包括沿着所述一维halbach永磁体阵列宽度方向的多个霍尔芯片，所述每个阵列的霍尔电压为该阵列所有霍尔芯片霍尔电压和的平均值。
9、第二方面，提供一种所述的磁悬浮平面电机动子六自由度位置及姿态测量方法，包括：
10、以所述固定基座的上表面的几何中心点为原点坐标建立全局平面直角坐标系，以每个所述一维halbach永磁体阵列的下表面的几何中心为原点坐标建立动子平面直角坐标系；
11、采集每个所述运动执行单元的所述霍尔传感器阵列因所述一维halbach永磁体阵列位置变化引起的三相位的磁场强度的变化所产生的三相位的电压值v1、v2、v3；
12、将三相位的电压值v1、v2、v3换算成三相位的磁感应强度值b1、b2、b3；
13、将三相位的磁感应强度值b1、b2、b3进行三相转到两相的变换得到两相位的磁感应强度值bx、by；
14、利用四个所述运动执行单元各自两相位的磁感应强度值bx、by，通过arctan函数，分别计算得到四个所述运动执行单元的所述动子在水平方向位移测量值：xm、xm’、ym、ym’；
15、将四个所述运动执行单元各自三相位的磁感应强度值b1、b2、b3平方再求和，再通过ln函数求解，分别得到四个所述运动执行单元的所述动子在竖直方向上的位移量z1、z2、z3、z4；
16、所得到的八个位移值xm、xm′、ym、ym′、z1、z2、z3、z4，在全局坐标系下，通过其两两对应的关系，计算得到四个倾角θx、θy、θz1、θz2，实现磁悬浮平面电机所述动子平台的位置以及姿态的解算。
17、第三方面，提供一种计算机系统，被配置为测量所述的磁悬浮平面电机动子六自由度位置及姿态，该计算机系统包括：一个或多个处理器；以及存储器，用于存储一个或多个计算机程序，当所述一个或多个计算机程序被所述一个或多个处理器执行时实施：
18、以所述固定基座的上表面的几何中心点为原点坐标建立全局平面直角坐标系，以每个所述一维halbach永磁体阵列的下表面的几何中心为原点坐标建立动子平面直角坐标系；
19、采集每个所述运动执行单元的所述霍尔传感器阵列因所述一维halbach永磁体阵列位置变化引起的三相位的磁场强度的变化所产生的三相位的电压值v1、v2、v3；
20、将三相位的电压值v1、v2、v3换算成三相位的磁感应强度值b1、b2、b3；
21、将三相位的磁感应强度值b1、b2、b3进行三相转到两相的变换得到两相位的磁感应强度值bx、by；
22、利用四个所述运动执行单元各自两相位的磁感应强度值bx、by，通过arctan函数，分别计算得到四个所述运动执行单元的所述动子在水平方向位移测量值：xm、xm’、ym、ym’；
23、将四个所述运动执行单元各自三相位的磁感应强度值b1、b2、b3平方再求和，再通过ln函数求解，分别得到四个所述运动执行单元的所述动子在竖直方向上的位移量z1、z2、z3、z4；
24、所得到的八个位移值xm、xm′、ym、ym′、z1、z2、z3、z4，在全局坐标系下，通过其两两对应的关系，计算得到四个倾角θx、θy、θz1、θz2，实现磁悬浮平面电机所述动子平台的位置以及姿态的解算。
25、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有测量所述的磁悬浮平面电机动子六自由度位置及姿态的计算机程序，其中当所述计算机程序被一个或多个处理器执行时实施：
26、以所述固定基座的上表面的几何中心点为原点坐标建立全局平面直角坐标系，以每个所述一维halbach永磁体阵列的下表面的几何中心为原点坐标建立动子平面直角坐标系；
27、采集每个所述运动执行单元的所述霍尔传感器阵列因所述一维halbach永磁体阵列位置变化引起的三相位的磁场强度的变化所产生的三相位的电压值v1、v2、v3；
28、将三相位的电压值v1、v2、v3换算成三相位的磁感应强度值b1、b2、b3；
29、将三相位的磁感应强度值b1、b2、b3进行三相转到两相的变换得到两相位的磁感应强度值bx、by；
30、利用四个所述运动执行单元各自两相位的磁感本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磁悬浮平面电机，其特征在于，包括：固定基座；动子平台；以及运动执行单元，四个所述运动执行单元设置在所述固定基座上，以所述固定基座的上表面的几何中心点为原点坐标的平面直角坐标系，其中两个所述运动执行单元分别位于所述坐标系x轴正负半轴上，另外两个所述运动执行单元位于所述坐标系y轴正负半轴上，每个所述运动执行单元均包括：
2.根据权利要求1所述的磁悬浮平面电机，其特征在于，所述固定基座上开有放置所述PCB的定位凹槽。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮平面电机，其特征在于，所述动子平台面向所述一维Halbach永磁体阵列的一面具有容纳所述一维Halbach永磁体阵列的嵌槽，所述一维Halbach永磁体阵列固定在所述嵌槽内。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮平面电机，其特征在于，所述线圈位于所述PCB面向所述一维Halbach永磁体阵列的一面，所述霍尔传感器阵列位于所述PCB背对所述一维Halbach永磁体阵列的一面。
5.根据权利要求1所述的磁悬浮平面电机，其特征在于，所述一维Halbach永磁体阵列由90°充磁的单个永磁体周期排布，单
6.根据权利要求1所述的磁悬浮平面电机，其特征在于，所述霍尔传感器阵列包括沿着所述一维Halbach永磁体阵列长度方向的等间距的三个阵列，该三个阵列分别感应所述一维Halbach永磁体阵列位置变化引起的三相位的磁场强度，所述三个阵列之间的间距为所述一维Halbach永磁体阵列单个周期的三分之一。
7.根据权利要求6所述的磁悬浮平面电机，其特征在于，所述三个阵列中的每个阵列包括沿着所述一维Halbach永磁体阵列宽度方向的多个霍尔芯片，所述每个阵列的霍尔电压为该阵列所有霍尔芯片霍尔电压和的平均值。
8.一种权利要求1～7任一项所述的磁悬浮平面电机动子六自由度位置及姿态测量方法，其特征在于，包括：
9.一种计算机系统，其特征在于，被配置为测量权利要求1～7任一项所述的磁悬浮平面电机动子六自由度位置及姿态，该计算机系统包括：一个或多个处理器；以及存储器，用于存储一个或多个计算机程序，当所述一个或多个计算机程序被所述一个或多个处理器执行时实施：
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有测量权利要求1～7任一项所述的磁悬浮平面电机动子六自由度位置及姿态的计算机程序，其中当所述计算机程序被一个或多个处理器执行时实施：
...【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮平面电机，其特征在于，包括：固定基座；动子平台；以及运动执行单元，四个所述运动执行单元设置在所述固定基座上，以所述固定基座的上表面的几何中心点为原点坐标的平面直角坐标系，其中两个所述运动执行单元分别位于所述坐标系x轴正负半轴上，另外两个所述运动执行单元位于所述坐标系y轴正负半轴上，每个所述运动执行单元均包括：
2.根据权利要求1所述的磁悬浮平面电机，其特征在于，所述固定基座上开有放置所述pcb的定位凹槽。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮平面电机，其特征在于，所述动子平台面向所述一维halbach永磁体阵列的一面具有容纳所述一维halbach永磁体阵列的嵌槽，所述一维halbach永磁体阵列固定在所述嵌槽内。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮平面电机，其特征在于，所述线圈位于所述pcb面向所述一维halbach永磁体阵列的一面，所述霍尔传感器阵列位于所述pcb背对所述一维halbach永磁体阵列的一面。
5.根据权利要求1所述的磁悬浮平面电机，其特征在于，所述一维halbach永磁体阵列由90°充磁的单个永磁体周期排布，单个所述一维halbach永磁体阵列长度是三个周期。
6.根...
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