專利名稱：永磁懸浮平面電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面電動(dòng)機(jī)，特別涉及一種具有高速、高精密定位功能的永磁懸浮平面電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著微米、納米技術(shù)的不斷發(fā)展，在集成電路芯片光刻、微型機(jī)械制造、精密測(cè)量和超精密加工等領(lǐng)域越來(lái)越需要高精度的定位工作臺(tái)，并且希望它能在超潔凈環(huán)境中工作。
傳統(tǒng)的定位工作臺(tái)采用滾珠絲杠加滾動(dòng)導(dǎo)軌的驅(qū)動(dòng)方式，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是推力大，成本低，且抗干擾能力強(qiáng)。但是工作臺(tái)中包含的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)之間存在摩擦、側(cè)隙、滯后等不利因素，限制了工作臺(tái)性能的進(jìn)一步提高。近年來(lái)，隨著直線電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，定位工作臺(tái)基本上采用了直線電機(jī)加空氣軸承的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)高速、高精密定位，這種直接驅(qū)動(dòng)方式與前述旋轉(zhuǎn)電機(jī)加滾珠絲杠、滾動(dòng)導(dǎo)軌的方式相比，克服了諸多的問(wèn)題，無(wú)論在定位速度和定位精度上都有了顯著的提高。但是，這種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)仍然存在不足之處，如它在結(jié)構(gòu)上仍然是層疊式的，因此相對(duì)于底層直線電機(jī)而言，頂層直線電機(jī)仍然是一個(gè)很大的載荷，從而限制了工作臺(tái)速度的提高。另外，相對(duì)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的摩擦、磨粒等污染了工作環(huán)境，因此，它已經(jīng)不能適應(yīng)高速、高精度定位和超潔凈工作環(huán)境的需求。
為使上述問(wèn)題得到徹底解決，近年來(lái)，出現(xiàn)了一種能夠直接將驅(qū)動(dòng)力施加于工作臺(tái)的平面定位裝置——平面電動(dòng)機(jī)。它克服了傳統(tǒng)工作臺(tái)層疊式的結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)，將電磁推力直接施加于工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了直接驅(qū)動(dòng)，為進(jìn)一步提高工作臺(tái)的性能創(chuàng)造了條件。
根據(jù)平面電動(dòng)機(jī)的支撐形式，可以將它分為兩類，即氣懸浮型和磁懸浮型。氣懸浮型表面電機(jī)雖然除去了摩擦、磨損和潤(rùn)滑油污染，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但是氣懸浮機(jī)構(gòu)釋放的高壓氣體對(duì)懸浮對(duì)象產(chǎn)生了高頻振動(dòng)，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的精度造成了無(wú)法克服的影響，因此不適宜應(yīng)用在真空中。另外，空氣懸浮定位方式，雖然消除了摩擦，但支撐剛度小，承載能力和抗沖擊能力低，這些也限制了定位精度的提高。相比而言，磁懸浮技術(shù)具有無(wú)接觸、無(wú)潤(rùn)滑、無(wú)磨損、運(yùn)行費(fèi)用和維修費(fèi)用低，工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于微電子封裝及光刻設(shè)備等需要真空、超潔凈環(huán)境的需求。
平面電動(dòng)機(jī)一般由動(dòng)子和定子兩大部分構(gòu)成，而現(xiàn)有的平面電動(dòng)機(jī)在動(dòng)子的底面布置線圈陣列，定子的頂面上布置永磁陣列，如圖1所示，X向電磁推力由圖中的X1繞組和永磁以及X2繞組和永磁共同產(chǎn)生，Y向電磁推力由圖中的Y1繞組和永磁以及Y2繞組和永磁共同產(chǎn)生，這樣，產(chǎn)生平面運(yùn)動(dòng)的線圈陣列只能分別占據(jù)動(dòng)子表面的50％，限制了電磁推力的提高。另外，由于線圈陣列布置在動(dòng)子下表面，因此，在表面電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)子線圈的電纜會(huì)因?yàn)閯?dòng)子的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生干擾作用，從而影響定位性能，降低定位精度。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種可適用于超潔凈和真空環(huán)境的具有高速、高精密定位功能的永磁懸浮平面電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的永磁懸浮平面電動(dòng)機(jī)，它包括定子和動(dòng)子，所述定子包括定子平臺(tái)和安裝于其上的螺線管線圈陣列，螺線管線圈內(nèi)設(shè)有磁化方向相同的永磁體；動(dòng)子包括動(dòng)子平臺(tái)和附著在其下表面的永磁體陣列，動(dòng)子平臺(tái)下表面的永磁體陣列由相同數(shù)量且交叉布置的永磁體陣列I和永磁體陣列II組成，永磁體陣列I中所有永磁體的磁化方向與螺線管線圈內(nèi)的永磁體磁化方向相反，永磁體陣列II中所有永磁體的磁化方向與螺線管線圈內(nèi)的永磁體磁化方向相同，永磁體陣列II中相鄰兩永磁體之間的間距小于永磁體陣列I中相鄰兩永磁體之間的間距。
進(jìn)一步地，所述永磁體陣列I至少為三個(gè)，其陣列結(jié)構(gòu)為“n×k”，其中n＞2，k＞2。永磁體陣列II由數(shù)量為4n+1個(gè)永磁體組成“十”字結(jié)構(gòu)陣列，n為自然數(shù)，其橫向和豎向的永磁體數(shù)量一致并且上下、左右對(duì)稱。
特別地，所述永磁體陣列I為四個(gè)布置在動(dòng)子平臺(tái)下表面的四角，永磁體陣列II為四個(gè)布置在四個(gè)永磁體陣列I之間。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性高和定位精確的特點(diǎn)，適合于微電子封裝及光刻設(shè)備等需要真空、超潔凈的環(huán)境。


圖1-現(xiàn)有技術(shù)電磁推力產(chǎn)生示意圖；圖2-本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-本發(fā)明定子結(jié)構(gòu)示意圖；圖4-螺線管線圈結(jié)構(gòu)示意圖；圖5-本發(fā)明動(dòng)子結(jié)構(gòu)示意圖(仰視圖)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
參見圖2，從圖上可以看出，本發(fā)明包括定子1和動(dòng)子2。
定子結(jié)構(gòu)見圖3、圖4，它包括定子平臺(tái)3，定子平臺(tái)3作為安裝定子1的基座，在其上固定有圓筒狀骨架9，骨架9上繞制有螺線管線圈5，每一個(gè)螺線管線圈5內(nèi)均設(shè)有永磁體4，所有螺線管線圈5以陣列方式排列形成螺線管線圈陣列，其陣列結(jié)構(gòu)為“n×k”，其中n≥9，k≥9，圖中所示n和k均為9。所有永磁體4的磁化方向相同。
動(dòng)子2的下表面與定子線圈陣列5的上表面相互平行。動(dòng)子結(jié)構(gòu)見圖5，動(dòng)子2包括動(dòng)子平臺(tái)6和附著在其下表面的永磁體陣列，動(dòng)子平臺(tái)6下表面的永磁體陣列由永磁體陣列組I和永磁體陣列組II組成，永磁體陣列組I由至少三個(gè)相同的永磁體陣列I7組成，其陣列結(jié)構(gòu)為“n×k”，其中n＞2，k＞2，也就是說(shuō)，永磁體陣列I7可以是3×3、3×4、4×4、4×5或5×5...等陣列結(jié)構(gòu)。永磁體陣列組II由若干相同的永磁體陣列II8組成，永磁體陣列II8由數(shù)量為4n+1個(gè)永磁體組成“十”字結(jié)構(gòu)陣列，n為自然數(shù)，其橫向和豎向的永磁體數(shù)量一致并且上下、左右對(duì)稱。永磁體陣列I7和永磁體陣列II8的數(shù)量相等，兩永磁體陣列組中的永磁體陣列即永磁體陣列I7和永磁體陣列II8彼此交叉布置。從圖5可以看出，永磁體陣列I7為四個(gè)布置在動(dòng)子平臺(tái)下表面的四角，該圖中陣列結(jié)構(gòu)為3×3；永磁體陣列II為四個(gè)布置在四個(gè)永磁體陣列I之間，其陣列結(jié)構(gòu)為五個(gè)永磁體形成的“十”字結(jié)構(gòu)，橫向和豎向各三個(gè)，中間一個(gè)交叉共用。當(dāng)然，永磁體陣列II8的陣列結(jié)構(gòu)也可以由九個(gè)、十三個(gè)、十七個(gè)永磁體形成“十”字結(jié)構(gòu)。
永磁體陣列I7中所有永磁體的磁化方向與螺線管線圈內(nèi)的永磁體4磁化方向相反，用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)子3的穩(wěn)定懸浮，永磁體陣列II8中所有永磁體的磁化方向與螺線管線圈內(nèi)的永磁體4磁化方向相同，因此永磁體陣列I7和永磁體陣列II8的極性相反，且永磁體陣列II8中相鄰兩永磁體之間的間距小于永磁體陣列I7中相鄰兩永磁體之間的間距，因此，在螺線管線圈5與動(dòng)子平臺(tái)6下表面的永磁體陣列II8之間產(chǎn)生吸引力，用于提供動(dòng)子3水平運(yùn)動(dòng)的電磁推力。
當(dāng)螺線管線圈5通電時(shí)，在螺線管線圈5與動(dòng)子平臺(tái)6下表面的永磁體陣列I7之間產(chǎn)生排斥力，通過(guò)調(diào)整螺線管線圈陣列5的電流大小，便可將動(dòng)子懸浮起來(lái)。而永磁體陣列II8的相鄰兩永磁體之間的間距小于永磁體陣列I7的相鄰兩永磁體之間的間距，因此，在螺線管線圈5與動(dòng)子平臺(tái)6下表面的永磁體陣列II8之間產(chǎn)生吸引力，該吸引力可以推動(dòng)動(dòng)子2在平面上做無(wú)接觸的自由運(yùn)動(dòng)。通過(guò)調(diào)整螺線管線圈5中電流的大小，便可控制永磁體陣列II8與定子1之間的吸引力(推力)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)子2在平面上的精確定位，達(dá)到在超潔凈工作環(huán)境中高速、高精度定位的需求。由于各線圈的電流是單獨(dú)調(diào)整的，故能將懸浮力和吸引力分別調(diào)整到位。
權(quán)利要求
1.永磁懸浮平面電動(dòng)機(jī)，它包括定子(1)和動(dòng)子(2)，其特征在于所述定子(1)包括定子平臺(tái)(3)和安裝于其上的螺線管線圈陣列，螺線管線圈(5)內(nèi)設(shè)有磁化方向相同的永磁體(4)；動(dòng)子(2)包括動(dòng)子平臺(tái)(6)和附著在其下表面的永磁體陣列，動(dòng)子平臺(tái)下表面的永磁體陣列由相同數(shù)量且交叉布置的永磁體陣列I(7)和永磁體陣列II(8)組成，永磁體陣列I(7)中所有永磁體的磁化方向與螺線管線圈內(nèi)的永磁體(4)磁化方向相反，永磁體陣列II(8)中所有永磁體的磁化方向與螺線管線圈內(nèi)的永磁體(4)磁化方向相同，永磁體陣列II(8)中相鄰兩永磁體之間的間距小于永磁體陣列I(7)中相鄰兩永磁體之間的間距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁懸浮平面電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述永磁體陣列I(7)至少為三個(gè)，其陣列結(jié)構(gòu)為“n×k”，其中n＞2，k＞2；永磁體陣列II(8)由數(shù)量為4n+1個(gè)永磁體組成“十”字結(jié)構(gòu)陣列，n為自然數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁懸浮平面電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述永磁體陣列I(7)為四個(gè)布置在動(dòng)子平臺(tái)(6)下表面的四角，永磁體陣列II(8)為四個(gè)布置在四個(gè)永磁體陣列I(7)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的永磁懸浮平面電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述永磁體陣列II(8)其橫向和豎向的永磁體數(shù)量一致并且上下、左右對(duì)稱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的永磁懸浮平面電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述螺線管線圈陣列的陣列結(jié)構(gòu)為“n×k”，其中n≥9，k≥9。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種永磁懸浮平面電動(dòng)機(jī)，它包括定子和動(dòng)子，定子包括定子平臺(tái)和安裝于其上的螺線管線圈陣列，螺線管線圈內(nèi)設(shè)有磁化方向相同的永磁體。動(dòng)子包括動(dòng)子平臺(tái)和附著在其下表面的永磁體陣列，動(dòng)子平臺(tái)下表面的永磁體陣列由相同數(shù)量且磁化方向相反的永磁體陣列I和永磁體陣列II組成，兩永磁體陣列彼此交叉布置。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性高和定位精確的特點(diǎn)，適合于微電子封裝及光刻設(shè)備等需要真空、超潔凈環(huán)境的需求。
文檔編號(hào)H02K1/27GK101087114SQ200710078418
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者何培祥, (第二發(fā)明人要求不公開姓名), 鮮繼凱 申請(qǐng)人:何培祥, 鮮繼凱