專利名稱：局部磁場可調(diào)式微驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁驅(qū)動(dòng)式微驅(qū)動(dòng)器，具體涉及電磁懸浮式一種局部磁場可調(diào)式微驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)向微小、超精密領(lǐng)域的方向發(fā)展，機(jī)器人所要操作的對象也從宏觀 領(lǐng)域擴(kuò)展到亞微米、納米級的微觀領(lǐng)域，因此能在微觀尺寸下對微小物體進(jìn)行加工、裝配、測試等操作的多自由度微驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已成為國內(nèi)外研究的重要方向之一。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的微驅(qū)動(dòng)器已成為國內(nèi)外微操作機(jī)器人研究的主流，其次是靜電驅(qū)動(dòng)器和形狀記憶合金。與電磁驅(qū)動(dòng)方式相比，這些驅(qū)動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)分辨率高、便于微系統(tǒng)集成等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)它們的加速度較小，遲滯性強(qiáng)，靈活度不高，運(yùn)動(dòng)范圍有限，一般限于微米量級以下，無法滿足微驅(qū)動(dòng)技術(shù)提出的大范圍納米級運(yùn)動(dòng)的要求。而電磁驅(qū)動(dòng)式的微驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅運(yùn)動(dòng)范圍大，自由度高，而且消除了摩擦、磨損的影響，操作精度更高。目前電磁精密驅(qū)動(dòng)技術(shù)根據(jù)其操作方式可大致分為三類
第一類直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)式，有工作范圍廣，驅(qū)動(dòng)力大的優(yōu)點(diǎn)，但存在著電磁力波動(dòng)、邊緣效應(yīng)和累積誤差的不良影響。第二類宏/微雙重驅(qū)動(dòng)方式，該方式可獲得較大的操作范圍和較高的定位精度，但自由度受到了限制，且兩級式的驅(qū)動(dòng)方式較為復(fù)雜。第三類采用線圈和永磁體間電磁力實(shí)現(xiàn)多自由度驅(qū)動(dòng)的方式，該結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)較為靈活，但中繞組和永磁體位置相對固定，在操作過程中易受到邊緣效應(yīng)等因素的影響，產(chǎn)生振動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種局部磁場可調(diào)式微驅(qū)動(dòng)器，能提高微驅(qū)動(dòng)器動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、簡化控制方法，減小累積誤差，實(shí)現(xiàn)局部磁場微調(diào)和隨動(dòng)功能的微驅(qū)動(dòng)器。本發(fā)明解決技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案是
包括由二維永磁體陣列和背鐵組成的定子以及在絕緣體上下表面鋪設(shè)有沿X、Y軸方向交錯(cuò)排列的電樞的動(dòng)子，定子和動(dòng)子之間具有氣隙；二維永磁體陣列為整體成矩形“十”字型N、S主磁極呈交錯(cuò)分布的永磁體陣列，相鄰的N主磁極或相鄰的S主磁極間用非導(dǎo)磁塊相隔；沿乂、Y軸方向交錯(cuò)排列的電樞是由平行排列的X軸方向?qū)Ь€組和Y軸方向?qū)Ь€組構(gòu)成。所述的“十”字型N、S主磁極之間填充有充磁方向由S極指向N極的輔助磁極，輔助磁極的充磁方向與水平方向呈45°。所述的相鄰的N主磁極或相鄰的S主磁極間的非導(dǎo)磁塊長度和寬度相等，非導(dǎo)磁塊為N、S主磁極長度和寬度的三分之一。
本發(fā)明具有的有益效果是
1、定子和動(dòng)子之間無接觸，避免了摩擦力的存在，無鐵芯導(dǎo)線式動(dòng)子結(jié)構(gòu)減小了動(dòng)子質(zhì)量，消除了電磁力波動(dòng)的同時(shí)，減小了遲滯性和累積誤差；
2、彼此獨(dú)立的導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)使得局部磁場和電磁力調(diào)節(jié)更為靈活方便；通過對各導(dǎo)線組電流，可實(shí)現(xiàn)對懸浮力和水平推力的解耦控制。3、通過對動(dòng)子位置的檢測，各導(dǎo)線的電流可根據(jù)動(dòng)子姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)變化，具有隨動(dòng)性，并減小了邊緣效應(yīng)的影響；
4、永磁體陣列結(jié)構(gòu)簡單，背鐵結(jié)構(gòu)的加入提高了永磁體使用率。本發(fā)明可利用于微型機(jī)器人，光刻機(jī)或微電子封裝設(shè)備等需要精密驅(qū)動(dòng)和操作的場合。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例的微驅(qū)動(dòng)器俯視圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的微驅(qū)動(dòng)器左視圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例的微驅(qū)動(dòng)器永磁體陣列充磁方向的俯視圖。圖中1-1. X軸方向?qū)Ь€組，1-2. Y軸方向?qū)Ь€組，1-3.絕緣層，2-1.主磁極，2-2.輔助磁極，2-3.背鐵，2-4.非導(dǎo)磁塊。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合以永磁體陣列為五個(gè)極的微驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)為例的附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖I和圖2所示，本發(fā)明包括由二維永磁體陣列和背鐵組成的定子以及在絕緣體上下表面鋪設(shè)有沿X、Y軸方向交錯(cuò)排列的電樞的動(dòng)子或沿Y、X軸方向交錯(cuò)排列的電樞的動(dòng)子，定子和動(dòng)子之間具有氣隙，可通過洛倫茲力作用實(shí)現(xiàn)六個(gè)自由度的精密驅(qū)動(dòng)；二維永磁體陣列整體成矩形，“十”字型N、S主磁極2-1呈交錯(cuò)分布，相鄰的N主磁極或相鄰的S主磁極間用非導(dǎo)磁塊2-4相隔；沿X、Y軸方向交錯(cuò)排列的電樞是由平行排列的X軸方向?qū)Ь€組1-1和Y軸方向?qū)Ь€組1-2構(gòu)成。X軸方向?qū)Ь€組1-1和Y軸方向?qū)Ь€組1-2由漆包銅線組成，分別沿水平或豎直方向焊在雙面電路板的上下表面，銅線采用單匝式結(jié)構(gòu)，分布均勻，彼此間相互獨(dú)立。X軸方向?qū)Ь€組1-1和Y軸方向?qū)Ь€組1-2所用的銅線的規(guī)格和鋪設(shè)間距相同，每根銅線兩端分別接芯片管腳和驅(qū)動(dòng)電路，每根銅線中的電流方向和電流值均可分別加以調(diào)節(jié)。當(dāng)各銅線中的通有的電流方向如圖I所示時(shí)，可形成與永磁體陣列相對應(yīng)的多峰值電樞磁場。當(dāng)電樞磁場磁極極性與永磁體磁場磁極極性相同時(shí)，兩者之間可形成斥力，實(shí)現(xiàn)動(dòng)子六個(gè)自由度的精密運(yùn)動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)線電流值發(fā)生變化時(shí)，對應(yīng)的洛倫茲力也會(huì)發(fā)生改變，動(dòng)子的姿態(tài)也隨之發(fā)生變化。改變對應(yīng)永磁體極間部分位置導(dǎo)線的電流值可調(diào)節(jié)該點(diǎn)懸浮力的大小，而改變對應(yīng)永磁體磁極中心部分導(dǎo)體的電流值則可調(diào)節(jié)該點(diǎn)水平推力的大小。為了增大電磁力，也可采用多層繞組式結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，所述的“十”字型N、S主磁極2-1為沿垂直方向充磁的釹鐵硼塊，N極充磁方向由背鐵指向動(dòng)子方向，S主磁極充磁方向是由動(dòng)子指向背鐵，兩個(gè)相鄰的N、S主磁極中心位置之間的X軸距離和Y軸距離相等。N、S主磁極之間填充有充磁方向由S極指向N極的輔助磁極2-2，輔助磁極2-2采用釹鐵硼材料，充磁方向與水平方向呈45°，以輔助磁極2-2在背鐵方向形成磁力線回路，增大氣隙中的磁通密度。所述的相鄰的N主磁極或相鄰的S主磁極間的非導(dǎo)磁塊2-4長度和寬度相等，非導(dǎo)磁塊2-4為N、S主磁極2-1長度和寬度的三分之一，可采用樹脂或鋁等材料制成。所述的背鐵2-3由普通硅鋼片或者A3鋼構(gòu)成，制造工藝與普通電機(jī)相同。使用時(shí)，需將所述的定子的背鐵2-3固定在加工設(shè)備中的固定部件表面；微驅(qū)動(dòng)器中的動(dòng)子部分安裝在運(yùn)動(dòng)部件的下方，交錯(cuò)導(dǎo)線組部分與永磁體陣列相對應(yīng)；微驅(qū)動(dòng)器定子和動(dòng)子間存有氣隙，對應(yīng)的加工和操作系統(tǒng)中的固定體和運(yùn)動(dòng)體之間并不接觸，兩者間利用洛倫茲力實(shí)現(xiàn)懸浮、旋轉(zhuǎn)等六個(gè)自由度的相對運(yùn)動(dòng)。與現(xiàn)有的各微驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明可提供可局部磁場微調(diào)的，具有隨動(dòng)性的電樞磁場，使得微驅(qū)動(dòng)器操作更加靈活，而且提供的永磁體陣列在永磁體用量一定的情況之下，不僅簡化了結(jié)構(gòu)，而且可提供更高的氣隙磁密和洛倫茲力，提高了永磁體的利用率。權(quán)利要求
1.一種局部磁場可調(diào)式微驅(qū)動(dòng)器，包括由二維永磁體陣列和背鐵組成的定子以及在絕緣體上下表面鋪設(shè)有沿X、Y軸方向交錯(cuò)排列的電樞的動(dòng)子，定子和動(dòng)子之間具有氣隙；其特征在于二維永磁體陣列為整體成矩形“十”字型N、S主磁極呈交錯(cuò)分布的永磁體陣列，相鄰的N主磁極或相鄰的S主磁極間用非導(dǎo)磁塊相隔；沿乂、￥軸方向交錯(cuò)排列的電樞是由平行排列的X軸方向?qū)Ь€組 和Y軸方向?qū)Ь€組構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種局部磁場可調(diào)式微驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的“十”字型N、S主磁極之間填充有充磁方向由S極指向N極的輔助磁極，輔助磁極的充磁方向與水平方向呈45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種局部磁場可調(diào)式微驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的相鄰的N主磁極或相鄰的S主磁極間的非導(dǎo)磁塊長度和寬度相等，非導(dǎo)磁塊為N、S主磁極長度和寬度的三分之一。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種局部磁場可調(diào)式微驅(qū)動(dòng)器。包括由二維永磁體陣列和背鐵組成的定子以及在絕緣體上下表面鋪設(shè)有沿X、Y軸方向交錯(cuò)排列的電樞的動(dòng)子，定子和動(dòng)子之間具有氣隙；二維永磁體陣列為整體成矩形“十”字型N、S主磁極呈交錯(cuò)分布的永磁體陣列，相鄰的N主磁極或相鄰的S主磁極間用非導(dǎo)磁塊相隔；沿X、Y軸方向交錯(cuò)排列的電樞是由平行排列的X軸方向?qū)Ь€組和Y軸方向?qū)Ь€組構(gòu)成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，導(dǎo)線式電樞結(jié)構(gòu)使得局部磁場和電磁力調(diào)節(jié)更為靈活，在實(shí)現(xiàn)對懸浮力和水平推力解耦控制的同時(shí)，具有響應(yīng)迅速，驅(qū)動(dòng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明可利用于微型機(jī)器人，光刻機(jī)或微電子封裝設(shè)備等需要精密驅(qū)動(dòng)和操作的場合。
文檔編號(hào)H02N15/00GK102647126SQ20121011241
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者丁浩, 張釗, 王吟, 郭亮, 陳本永 申請人:浙江理工大學(xué)