專利名稱：一種永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，特別是涉及一種永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，該磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可應(yīng)用于類似半導(dǎo)體光刻機(jī)、芯片鍵合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等高速、超潔凈、超精密定位運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代制造技術(shù)正朝著高速化、精密化和模塊化方向發(fā)展，信息等高新技術(shù)制造業(yè)不僅對(duì)加工設(shè)備性能如定位的精度和速度提出了越來越高的要求，而且對(duì)生產(chǎn)制作環(huán)境同樣提出了越來越嚴(yán)格的要求，如光電子器件、半導(dǎo)體芯片等微電子產(chǎn)品均要求在超潔凈環(huán)境下完成加工制作。在微電子封裝設(shè)備如共晶粘片機(jī)、全自動(dòng)金絲球焊機(jī)和IC芯片設(shè)備如光刻機(jī)中，往往需要快速而十分精確的定位和非常精細(xì)的運(yùn)動(dòng)，因此需要高性能的超精密工作臺(tái)作為其技術(shù)支持。磁懸浮超精密直線定位平臺(tái)是針對(duì)微電子行業(yè)高精度的IC芯片制造設(shè)備如光刻機(jī)中工件臺(tái)、掩模臺(tái)的高速高精度定位及超潔凈環(huán)境加工而研制的一種新型快速步進(jìn)、精密定位機(jī)構(gòu)。這類平臺(tái)多采用旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、精密滾珠絲桿傳動(dòng)和滑動(dòng)導(dǎo)軌支撐的機(jī)械剛性接觸方式等傳統(tǒng)方案，這種方式存在摩擦磨損、產(chǎn)生金屬粉塵，并需要潤(rùn)滑，而且在啟動(dòng)、加(減)速、反轉(zhuǎn)和停車時(shí)，中間環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的彈性變形、摩擦、聯(lián)結(jié)間隙以及反向間隙等，會(huì)造成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的滯后和非線性誤差，各種連接間隙影響了定位精度。直線電機(jī)的出現(xiàn)克服了旋轉(zhuǎn)電機(jī)加絲桿傳動(dòng)方式的缺點(diǎn)，大大提高了其進(jìn)給性能，但摩擦所產(chǎn)生的金屬粉塵依然不利于集成電路芯片的性能和質(zhì)量的提高。近年來研究的氣浮支撐方式雖然消除了摩擦，但由于氣浮平臺(tái)是利用控制空氣通過氣嘴加速流動(dòng)，將對(duì)導(dǎo)軌產(chǎn)生沖擊力，因而抗沖擊能力低，同時(shí)氣浮平臺(tái)僅限于空氣流動(dòng)相對(duì)較小的空間中，外界的空氣流動(dòng)較大時(shí)會(huì)對(duì)其運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一定的影響，另外氣浮的承載能力低、支撐剛度小，且不適合真空環(huán)境下工作，因此也大大降低了其優(yōu)勢(shì)。而本發(fā)明中利用永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的精密運(yùn)動(dòng)由于具有上述傳統(tǒng)方法無法比擬的優(yōu)勢(shì)而在近些年得到了廣泛關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超潔凈、高速度、大行程、精密定位運(yùn)動(dòng)、 支撐力大、承載特性好、懸浮剛度大并且適應(yīng)真空環(huán)境下的工作的永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)， 包括基座和懸浮體，直線導(dǎo)軌固定安裝在所述的基座上，所述的懸浮體懸浮于所述的直線導(dǎo)軌的上方，所述的直線導(dǎo)軌上與所述的懸浮體相對(duì)的導(dǎo)軌面上均勻設(shè)置有陣列的永磁鐵，在所述的懸浮體的豎直方向上和在所述的懸浮體上的沿所述的直線導(dǎo)軌的相對(duì)側(cè)面方向上均設(shè)有與所述的永磁鐵對(duì)應(yīng)排斥的電磁鐵；所述的懸浮體上設(shè)有用于檢測(cè)所述的懸浮體各方向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的渦流位移傳感器；直線電機(jī)的定子沿所述的直線導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)方向固定在所述的基座上，所述的直線電機(jī)的動(dòng)子固定在所述的懸浮體上，在所述的懸浮體和所述的導(dǎo)軌上設(shè)有實(shí)時(shí)測(cè)量所述的懸浮體沿所述的直線導(dǎo)軌水平方向的位置的光柵尺及光柵尺讀數(shù)頭。在所述的懸浮體豎直方向設(shè)置的所述的電磁鐵為I型電磁鐵；水平方向上設(shè)置的電磁鐵為E型電磁鐵。所述的懸浮體采用鋁合金U型構(gòu)件，豎直方向上設(shè)有的電磁鐵對(duì)稱均勻設(shè)在所述的鋁合金U型構(gòu)件的內(nèi)平面上，相對(duì)側(cè)面方向上設(shè)有的電磁鐵對(duì)稱均勻設(shè)在所述的鋁合金 U型構(gòu)件的相對(duì)側(cè)面上。在所述的懸浮體的豎直方向共設(shè)置6個(gè)電磁鐵，左右分別3個(gè)且呈對(duì)稱分布；在所述的懸浮體的的相對(duì)側(cè)面的水平方向上設(shè)置設(shè)置2對(duì)電磁鐵。所述的電磁鐵的鐵芯采用疊片式硅鋼片結(jié)構(gòu)，在所述的鐵芯上布置有冷卻管。所述的直線電機(jī)為2臺(tái)，所述的光柵尺及其讀數(shù)頭均為2套；所述的渦流位移傳感器為6個(gè)，其中4個(gè)所述的渦流位移傳感器安裝在所述的懸浮體的豎直方向上上所述的電磁鐵的附近，另外2個(gè)所述的渦流位移傳感器安放在所述的懸浮體的側(cè)面安裝有所述的電磁鐵的附近。所述的光柵尺設(shè)在所述的直線導(dǎo)軌的導(dǎo)軌面上，所述的光柵尺讀數(shù)頭設(shè)在所述的懸浮體上。采用上述技術(shù)方案的永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，直線導(dǎo)軌固設(shè)在基座上，在懸浮體的豎直方向上設(shè)有六個(gè)電磁鐵，左右各三個(gè)且呈對(duì)稱分布，沿直線導(dǎo)軌水平方向上設(shè)有兩對(duì)電磁鐵；懸浮體上設(shè)有用于檢測(cè)懸浮體各方向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電渦流位移傳感器，懸浮體在電磁鐵驅(qū)動(dòng)力、電渦流位移傳感器反饋?zhàn)饔孟路€(wěn)定懸浮于直線導(dǎo)軌的上方； 直線電機(jī)的定子沿導(dǎo)軌方向固定在基座上，直線電機(jī)的動(dòng)子固定在懸浮體上，定子與動(dòng)子之間無機(jī)械接觸，定子與動(dòng)子間的電磁推力驅(qū)動(dòng)懸浮體沿直線導(dǎo)軌做無接觸的直線定位運(yùn)動(dòng)。在直線導(dǎo)軌的導(dǎo)軌面上設(shè)有光柵尺，在懸浮體上設(shè)有光柵尺讀數(shù)頭，光柵尺及其讀數(shù)頭實(shí)時(shí)測(cè)量懸浮體沿導(dǎo)軌水平方向的位置，用于控制懸浮體的精密定位運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌面上還均勻設(shè)置了陣列永磁鐵，通過與懸浮體上豎直方向設(shè)置的電磁鐵相互作用產(chǎn)生的電磁斥力實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的穩(wěn)定懸浮。懸浮體中心的通孔處放置工作臺(tái)，該通孔也可以設(shè)置成其它形式以適應(yīng)工作臺(tái)的具體需求。懸浮體為U型構(gòu)件懸浮體。電磁鐵安裝在懸浮體上，電磁力全部作用于懸浮體上。 連接件對(duì)稱設(shè)置很多盲孔或凹槽以減輕懸浮體重量，通過設(shè)置加強(qiáng)筋并改變加強(qiáng)筋數(shù)量和厚度提高其剛度。直線導(dǎo)軌導(dǎo)軌面上均勻設(shè)置了陣列的永磁鐵，通過與懸浮體上的電磁鐵相互作用產(chǎn)生電磁斥力，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的穩(wěn)定懸浮。在懸浮體的豎直方向設(shè)置的電磁鐵為I型電磁鐵，共6個(gè)，左右各3個(gè)，且左右呈對(duì)稱分布。水平方向設(shè)置的電磁鐵為E型電磁鐵，共2對(duì)。直線電機(jī)為2臺(tái)，直線電機(jī)的定子沿導(dǎo)軌方向固定在基座上，直線電機(jī)的動(dòng)子固定在懸浮體上，驅(qū)動(dòng)懸浮體沿導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)。渦流位移傳感器為6個(gè)，其中4個(gè)渦流位移傳感器安裝在懸浮體的上表面上的電磁鐵附近，另外2個(gè)渦流位移傳感器安放在懸浮體側(cè)面的電磁鐵附近，用于實(shí)時(shí)反饋電磁鐵的位移。光柵尺讀數(shù)頭和光柵尺均為2套，用于實(shí)時(shí)反饋懸浮體沿導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)的位移。導(dǎo)軌左右兩個(gè)面上分別設(shè)有15個(gè)永磁鐵，用于實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的穩(wěn)定懸浮。
磁懸浮技術(shù)是一種非接觸式、無摩擦的典型的機(jī)電一體化高新技術(shù)。該磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)定位平臺(tái)能通過電磁力有效控制，從而消除傳統(tǒng)平臺(tái)的摩擦問題，解決氣浮平臺(tái)承載能力低、懸浮剛度小的難題，具有無污染、噪聲小、易維護(hù)、壽命長(zhǎng)、速度快、精度高、運(yùn)動(dòng)行程大、平臺(tái)剛度強(qiáng)和承載能力好，無接觸，無摩擦，懸浮性好，穩(wěn)定性好，可靠度高，可在真空環(huán)境中運(yùn)行，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明采用永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮技術(shù)，無摩擦，懸浮性好，節(jié)能性好，且控制簡(jiǎn)單方便。(2)該直線定位運(yùn)動(dòng)與傳統(tǒng)絲杠相比，不需要任何轉(zhuǎn)換裝置而直接產(chǎn)生推力，無機(jī)械接觸，減少零部件損耗，提高了傳動(dòng)效率、可靠性與壽命。與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，不產(chǎn)生離心力，運(yùn)動(dòng)速度更高，能實(shí)現(xiàn)高速的定位運(yùn)動(dòng)，且無噪聲。(3)直線電機(jī)通過電能直接產(chǎn)生電磁推力，直線電機(jī)的定子和動(dòng)子之間運(yùn)動(dòng)無機(jī)械接觸，傳動(dòng)力是在氣隙中產(chǎn)生的，使傳動(dòng)零部件無磨損，從而大大減少了機(jī)械損耗，增長(zhǎng)了使用壽命，消除了潤(rùn)滑油和摩擦所產(chǎn)生的粉塵帶來的影響，適合于超潔凈加工環(huán)境。(4)盡管氣浮加工精度也高，由于氣浮利用空氣的作用，不能應(yīng)用于真空加工，懸浮體懸浮剛度、承載能力、抗沖擊抗干擾能力低，本發(fā)明解決了這一難題，且提高了懸浮運(yùn)動(dòng)的魯棒性。(5)采用雙直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，大大增加了平臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)過程中的驅(qū)動(dòng)力，加強(qiáng)了平臺(tái)的承載能力，提高了直線運(yùn)動(dòng)的加速度，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。(6)本發(fā)明的直線運(yùn)動(dòng)行程理論上可做到無限長(zhǎng)，同時(shí)也支持同一導(dǎo)軌上多個(gè)懸浮體并列工作、同時(shí)完成多個(gè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的直線往返運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明所提出的永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)利用電磁斥力、電磁直線驅(qū)動(dòng)使直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)完成無機(jī)械接觸式的往返精密快速直線定位運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)使用旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、精密滾珠絲桿傳動(dòng)和滑動(dòng)導(dǎo)軌支撐的傳統(tǒng)方案所無法實(shí)現(xiàn)的超潔凈、高速度、大行程、精密定位運(yùn)動(dòng)等功能，具有比氣懸浮光刻機(jī)掩模臺(tái)更大的懸浮剛度和更好的承載特性。


圖1是一種永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是懸浮體結(jié)構(gòu)圖。圖3是電磁鐵分布圖。圖4是基座和導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)圖。圖5為I型電磁鐵結(jié)構(gòu)圖。圖6為E型電磁鐵結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施過程對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6，自下到上由花崗巖地基1、第一直線導(dǎo)軌2、第二直線導(dǎo)軌22、懸浮體3三個(gè)部分組成。與電磁鐵相對(duì)應(yīng)的第一直線導(dǎo)軌2和第二直線導(dǎo)軌 22的導(dǎo)軌面均采用進(jìn)行拋光加工并均質(zhì)處理，使加工導(dǎo)軌表面平面度和垂直度均達(dá)到微米級(jí)精度。第一直線導(dǎo)軌2的導(dǎo)軌面上設(shè)有陣列的第一永磁鐵121、第二直線導(dǎo)軌22的導(dǎo)軌面上設(shè)有陣列的第二永磁鐵122，懸浮體3的部件結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要是鋁合金U型構(gòu)件 300，6塊I型電磁鐵，第一 I型電磁鐵301、第二 I型電磁鐵302、第三I型電磁鐵303、第四 I型電磁鐵304、第五I型電磁鐵305和第六I型電磁鐵306(如圖5所示)，4塊E型電磁鐵，如第一 E型電磁鐵307A、第二 E型電磁鐵307B、第三E型電磁鐵308A和第四E型電磁鐵308B(如圖6所示)，6個(gè)電渦流位移傳感器，第一電渦流位移傳感器311、第二電渦流位移傳感器312、第三電渦流位移傳感器313、第四電渦流位移傳感器314、第五電渦流位移傳感器315和第六電渦流位移傳感器316，2個(gè)直線電機(jī)動(dòng)子，第一直線電機(jī)動(dòng)子321和第二直線電機(jī)動(dòng)子322，2個(gè)光柵尺讀數(shù)頭，第一光柵尺讀數(shù)頭331和第二光柵尺讀數(shù)頭332。每塊電磁鐵與相應(yīng)的直線導(dǎo)軌之間保持一定的間隙。在懸浮體3的豎直方向即Z方向設(shè)有第一 I型電磁鐵301、第二 I型電磁鐵302、第三I型電磁鐵303、第四I型電磁鐵304、第五I 型電磁鐵305和第六I型電磁鐵306，左右分別3個(gè)且呈均勻?qū)ΨQ地分布，采用差動(dòng)控制方式，差動(dòng)工作方式可以產(chǎn)生雙向控制力，改善工作平臺(tái)剛度。通過與第一直線導(dǎo)軌2和第二直線導(dǎo)軌22上的第一永磁鐵121和第二永磁鐵122相互作用產(chǎn)生電磁斥力提供垂直方向電磁力，以支撐整個(gè)懸浮體3，并可以通過調(diào)節(jié)電磁線圈中的電流大小改變電磁力控制懸浮體的懸浮位置而實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的調(diào)平；懸浮體3的鋁合金U型構(gòu)件300的相對(duì)側(cè)面即X方向設(shè)有兩對(duì)差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的第一 E型電磁鐵307A、第二 E型電磁鐵307B、第三E型電磁鐵308A和第四E型電磁鐵308B，提供水平方向電磁力，以起到Y(jié)方向的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向作用。在第一 I型電磁鐵301、第二 I型電磁鐵302、第五I型電磁鐵305和第六I型電磁鐵306旁邊分別設(shè)有第一電渦流位移傳感器311、第二電渦流位移傳感器312、第三電渦流位移傳感器313、第四電渦流位移傳感器314實(shí)時(shí)反饋每對(duì)電磁鐵與相應(yīng)的導(dǎo)軌面之間的間隙，從傳感器采集到的位移信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，結(jié)合合適的控制算法，比如PID控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，調(diào)整控制參數(shù)，產(chǎn)生輸出電壓，通過功率放大器實(shí)時(shí)控制勵(lì)磁線圈通電電流而改變電磁懸浮力大小，使懸浮體3穩(wěn)定懸浮于第一直線導(dǎo)軌2和第二直線導(dǎo)軌22上方，實(shí)現(xiàn)工作面的調(diào)平調(diào)焦。圖4是基座導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)圖。底座由花崗巖地基1、第一直線導(dǎo)軌2、第二直線導(dǎo)軌22和第一直線電機(jī)定子131、第二直線電機(jī)定子132組成。第一直線電機(jī)定子131和第二直線電機(jī)定子132固定在花崗巖地基1上，與安裝于懸浮體3上的第一直線電機(jī)動(dòng)子321 和第二直線電機(jī)動(dòng)子322組成的雙直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)懸浮體3沿直線導(dǎo)軌方向快速直線移動(dòng)。 采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)懸浮體3沿導(dǎo)軌方向移動(dòng)。貼于第一導(dǎo)軌面103A和第一導(dǎo)軌面1(X3B上的第一光柵尺111、第二光柵尺112與安裝于懸浮體3上的第一光柵尺讀數(shù)頭331和第二光柵尺讀數(shù)頭332組成的反饋系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋懸浮體直線運(yùn)動(dòng)位置，從而改變直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)力的大小實(shí)現(xiàn)懸浮體的沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的精確定位。圖5是I型電磁鐵結(jié)構(gòu)圖，圖6為E型電磁鐵結(jié)構(gòu)圖。電磁鐵鐵芯采用疊片式硅鋼片結(jié)構(gòu)，將兩塊壓板309壓緊硅鋼片307，硅鋼片307上設(shè)有電磁線圈308，壓板309與硅鋼片307用螺栓擠壓緊固，然后將壓板309聯(lián)接到懸浮體3上。有利于減小磁場(chǎng)渦流損耗， 并在鐵芯上布置冷卻管310，防止電磁鐵過熱。參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6，工作平臺(tái)安裝在懸浮體3的鋁合金U型構(gòu)件 300上，對(duì)懸浮體3上的五個(gè)自由度施加控制力實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮，只保留沿直線導(dǎo)軌方向移動(dòng)的自由度為進(jìn)給方向。由精密導(dǎo)軌組成的工作平臺(tái)具有六個(gè)自由度且能實(shí)現(xiàn)工作面的逐步調(diào)平調(diào)焦。懸浮體3即磁懸浮掩模臺(tái)中共有10塊電磁鐵(其中六塊第一 I型電磁鐵301、第二 I型電磁鐵302、第三I型電磁鐵303、第四I型電磁鐵304、第五I型電磁鐵305和第六I 型電磁鐵306在垂直方向，二對(duì)四塊第一 E型電磁鐵307A、第二 E型電磁鐵307B、第三E型電磁鐵308A和第四E型電磁鐵308B在水平方向)。每塊電磁鐵與相應(yīng)的直線導(dǎo)軌之間保持一定的間隙。其中，垂直方向的六塊電磁鐵與懸浮體3通過螺栓連接，在工作平臺(tái)快速步進(jìn)時(shí)提供整個(gè)平臺(tái)懸浮所需的磁力，在工作面需調(diào)平調(diào)焦時(shí)，分別改變六塊電磁鐵即第一 I 型電磁鐵301、第二 I型電磁鐵302、第三I型電磁鐵303、第四I型電磁鐵304、第五I型電磁鐵305和第六I型電磁鐵306的通電電流，以改變各電磁鐵的磁力，進(jìn)而微調(diào)各自間隙大小，由此控制懸浮體3沿Z軸的微動(dòng)和繞X、Y軸的微小轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到精確調(diào)平調(diào)焦作用。直線導(dǎo)軌側(cè)面兩對(duì)電磁鐵即第一 E型電磁鐵307Α、第二 E型電磁鐵307Β、第三E型電磁鐵308Α 和第四E型電磁鐵308Β與懸浮體3也是通過螺栓連接，在工作平臺(tái)快速步進(jìn)時(shí)提供機(jī)構(gòu)所需要大小恒定的導(dǎo)向磁力，以保障步進(jìn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)直線性。同樣，當(dāng)改變其通電電流則可改變各自間隙大小，以實(shí)現(xiàn)工作平臺(tái)水平微位移以及繞Z軸的微小轉(zhuǎn)動(dòng)。懸浮體3垂直方向上每一塊電磁鐵與直線導(dǎo)軌的間隙都由一個(gè)獨(dú)立的電渦流位移傳感器實(shí)時(shí)測(cè)定，沿直線導(dǎo)軌水平方向上每一對(duì)電磁鐵與直線導(dǎo)軌的間隙也都由一個(gè)獨(dú)立的電渦流位移傳感器實(shí)時(shí)測(cè)定， 并將測(cè)定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)來實(shí)時(shí)反饋控制間隙的大小，即控制懸浮體的位置。貼于導(dǎo)軌面上的光柵尺以及固聯(lián)在懸浮體上的讀數(shù)頭所組成反饋系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以控制電機(jī)的實(shí)現(xiàn)快速精密直線運(yùn)動(dòng)。懸浮體3采用鋁合金U型構(gòu)件300，電磁力全部作用于懸浮體3上。懸浮體3上對(duì)稱設(shè)置很多盲孔或凹槽以減輕懸浮體重量，通過設(shè)置加強(qiáng)筋并改變加強(qiáng)筋數(shù)量和厚度提高其剛度。懸浮體3所用第一 I型電磁鐵301、第二 I型電磁鐵302、第三I型電磁鐵303、第四I型電磁鐵304、第五I型電磁鐵305和第六I型電磁鐵306以及第一 E型電磁鐵307Α、 第二 E型電磁鐵307Β、第三E型電磁鐵308Α和第四E型電磁鐵308Β均采用功率放大器驅(qū)動(dòng)。通過控制系統(tǒng)調(diào)整功放的輸出電流而達(dá)到控制電磁鐵相對(duì)于導(dǎo)軌的懸浮氣隙的目的， 結(jié)合合適的控制算法獲取穩(wěn)定的懸浮運(yùn)動(dòng)和快速精密的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括基座和懸浮體，其特征在于直線導(dǎo)軌固定安裝在所述的基座上，所述的懸浮體懸浮于所述的直線導(dǎo)軌的上方，所述的直線導(dǎo)軌上與所述的懸浮體相對(duì)的導(dǎo)軌面上均勻設(shè)置有陣列的永磁鐵，在所述的懸浮體的豎直方向上和在所述的懸浮體上的沿所述的直線導(dǎo)軌的相對(duì)側(cè)面方向上均設(shè)有與所述的永磁鐵對(duì)應(yīng)排斥的電磁鐵；所述的懸浮體上設(shè)有用于檢測(cè)所述的懸浮體各方向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的渦流位移傳感器；直線電機(jī)的定子沿所述的直線導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)方向固定在所述的基座上，所述的直線電機(jī)的動(dòng)子固定在所述的懸浮體上，在所述的懸浮體和所述的導(dǎo)軌上設(shè)有實(shí)時(shí)測(cè)量所述的懸浮體沿所述的直線導(dǎo)軌水平方向的位置的光柵尺及光柵尺讀數(shù)頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其特征在于在所述的懸浮體豎直方向設(shè)置的所述的電磁鐵為I型電磁鐵；水平方向上設(shè)置的電磁鐵為E型電磁鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其特征在于 所述的懸浮體采用鋁合金U型構(gòu)件，豎直方向上設(shè)有的電磁鐵對(duì)稱均勻設(shè)在所述的鋁合金 U型構(gòu)件的內(nèi)平面上，相對(duì)側(cè)面方向上設(shè)有的電磁鐵對(duì)稱均勻設(shè)在所述的鋁合金U型構(gòu)件的相對(duì)側(cè)面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其特征在于 在所述的懸浮體的豎直方向共設(shè)置6個(gè)電磁鐵，左右分別3個(gè)且呈對(duì)稱分布；在所述的懸浮體的的相對(duì)側(cè)面的水平方向上設(shè)置設(shè)置2對(duì)電磁鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其特征在于所述的電磁鐵的鐵芯采用疊片式硅鋼片結(jié)構(gòu)，在所述的鐵芯上布置有冷卻管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其特征在于 所述的直線電機(jī)為2臺(tái)，所述的光柵尺及其讀數(shù)頭均為2套；所述的渦流位移傳感器為6 個(gè)，其中4個(gè)所述的渦流位移傳感器安裝在所述的懸浮體的豎直方向上上所述的電磁鐵的附近，另外2個(gè)所述的渦流位移傳感器安放在所述的懸浮體的側(cè)面安裝有所述的電磁鐵的附近。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其特征在于 所述的光柵尺設(shè)在所述的直線導(dǎo)軌的導(dǎo)軌面上，所述的光柵尺讀數(shù)頭設(shè)在所述的懸浮體上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種永磁、電磁相結(jié)合的磁懸浮直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，懸浮體內(nèi)垂直安裝有電磁鐵，導(dǎo)軌面上設(shè)有陣列永磁鐵，利用電磁與永磁之間同極相斥的原理實(shí)現(xiàn)懸浮體的懸浮，同時(shí)結(jié)合電渦流位移傳感器，實(shí)現(xiàn)懸浮體在導(dǎo)軌上方的穩(wěn)定懸浮；懸浮體內(nèi)水平安裝有兩對(duì)電磁鐵，結(jié)合電渦流傳感器為平臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)提供導(dǎo)向；直線電機(jī)定子固定在基座上，直線電機(jī)動(dòng)子固定在懸浮體上，導(dǎo)軌面上設(shè)有光柵尺，懸浮體上安裝的光柵尺讀數(shù)頭，實(shí)現(xiàn)懸浮體精密直線定位運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)使用旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、精密滾珠絲桿傳動(dòng)和滑動(dòng)導(dǎo)軌支撐的傳統(tǒng)方案所無法實(shí)現(xiàn)的超潔凈、高速度、大行程、精密定位運(yùn)動(dòng)等功能，具有很好的承載特性和穩(wěn)定的懸浮性能。
文檔編號(hào)H02N15/00GK102307031SQ20111026590
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者周海波, 段吉安, 王文祝, 瞿田華, 鄭蕾 申請(qǐng)人:中南大學(xué)