一種磁浮平面電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種磁浮平面電機，包括線圈繞組單元與磁鋼陣列，所述磁鋼陣列由相同的磁鋼陣列單元沿第一方向和第二方向拓展形成，所述磁鋼陣列單元內(nèi)包括以2*2矩陣陣列形式排布的四類磁鋼組，每類磁鋼組由以2*2矩陣陣列形式排布的四塊具有相同尺寸規(guī)格的橫截面呈正方形的磁鋼塊繞垂直于第一方向和第二方向的第三方向排列組成，每類磁鋼組的截面呈正方形，同一磁鋼組單元內(nèi)的十六個磁鋼塊提供了十二種充磁方向。本發(fā)明通過采用具有不同斜向充磁方向的磁鋼塊，同時將各磁鋼塊固定地組合使用提供了12種充磁方向，將電機的伺服運動自由度提高為6，形成了一個具有良好正弦分布的交變磁場，大大提高了推力常數(shù)。
【專利說明】一種磁浮平面電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電機裝置，尤其涉及一種磁浮平面電機。
【背景技術(shù)】
[0002]在光刻機的工件臺和掩模臺中，通常采用長行程的直線電機結(jié)合短行程的音圈電機，并選用氣浮軸承來實現(xiàn)高速、高精密定位。然而，在這種結(jié)構(gòu)方案中，為了獲得多個運動自由度，往往需要多個直線電機采用堆疊的方式加以實現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)方案不僅增加了整個系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低了模態(tài)，而且加大了底層直線電機的負(fù)載，導(dǎo)致運動臺的定位精度、控制帶寬和運動速度大幅下降。此外，當(dāng)運動行程需要增加時，氣浮直線導(dǎo)軌的制造成本不但幾何上升，而且越來越困難，已經(jīng)成為大尺寸晶元制造的發(fā)展瓶頸。
[0003]為了解決上述問題，出現(xiàn)了一種新型結(jié)構(gòu)的電機一磁浮平面電機。它基于洛倫茲力原理，將產(chǎn)生的電磁力直接施加到工件臺上，能夠同時提供多軸運動。磁浮平面電機一般包括磁鋼陣列和線圈繞組單元兩大部分，所述磁鋼陣列中的磁鋼陣列單元呈交替排列方式，非常便于拓展，有效解決了大行程設(shè)計上的技術(shù)瓶頸。而且，通過磁浮技術(shù)，降低了對運動面型的約束，工作過程無接觸磨損，非常適合微電子裝備中需要大行程、真空、超潔凈、超精密定位的需求。
[0004]在磁浮平面電機中，推力常數(shù)是一個非常重要的設(shè)計指標(biāo)。提供較高的推力常數(shù)能夠有效降低磁浮電機的工作電流，從而大大緩解電機發(fā)熱對超精密定位的影響。為了提高推力常數(shù)，現(xiàn)有技術(shù)中的磁浮平面電機采用的磁鋼陣列單元由交替排列的NS陣列組成，其伺服運動的自由度較低，控制的精度也較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠提高推力常數(shù)的磁浮平面電機，進(jìn)而提高其伺服運動的自由度和控制精度。
[0006]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種磁浮平面電機，包括線圈繞組單元與磁鋼陣列，所述線圈繞組單元通電后相對于磁鋼陣列沿平行于所述磁鋼陣列所在平面且相互垂直的第一方向和第二方向運動，所述磁鋼陣列由相同的磁鋼陣列單元沿第一方向和第二方向拓展形成，所述磁鋼陣列單元內(nèi)包括以2*2矩陣陣列形式排布的四類磁鋼組，每類磁鋼組由以2*2矩陣陣列形式排布的四塊具有相同尺寸規(guī)格的橫截面呈正方形的磁鋼塊繞垂直于第一方向和第二方向的第三方向排列組成，每類磁鋼組的截面呈正方形，同一磁鋼陣列單元內(nèi)的十六個磁鋼塊提供了十二種充磁方向。
[0007]每個磁鋼陣列單元由第一類磁鋼組、第四類磁鋼組、第二類磁鋼組與第三類磁鋼組繞垂直于所述第一方向、第二方向的第三方向順時針排列組成，所述磁鋼陣列單元的橫截面呈正方形。
[0008]所述第一類磁鋼組由具有第一充磁方向的第一磁鋼塊、具有第二充磁方向的第二磁鋼塊、具有第三充磁方向的第三磁鋼塊以及具有第四充磁方向的第四磁鋼塊繞第三方向逆時針排列組成，所述第一充磁方向平行于所在磁鋼塊和磁鋼組的兩個端面的對角線的對接面且和第三方向的夾角大于O度小于90度,所述第二充磁方向、第三充磁方向和第四充磁方向由所述第一充磁方向繞第三方向旋轉(zhuǎn)得到，所述第一至第四充磁方向繞第三方向均勻分布。
[0009]所述第二類磁鋼組由具有第五充磁方向的第五磁鋼塊、具有第六充磁方向的第六磁鋼塊、具有第七充磁方向的第七磁鋼塊以及具有第八充磁方向的第八磁鋼塊繞第三方向逆時針排列組成，所述第五至第八充磁方向分別與所述第一至第四充磁方向相反，所述第五磁鋼塊在第二類磁鋼組中的位置與所述第一類磁鋼塊在第一類磁鋼組中的位置相對應(yīng)。
[0010]所述第三類磁鋼組由具有第九充磁方向的第九磁鋼塊、具有第十充磁方向的第十磁鋼塊、具有第十一充磁方向的第十一磁鋼塊以及具有第十二充磁方向的第十二磁鋼塊繞第三方向順時針及逆時針排列組成，所述第九充磁方向沿著所在磁鋼塊的端面的對角線方向，所述第十二、第十一以及第十磁鋼塊分別由第九磁鋼塊繞第三方向逆時針旋轉(zhuǎn)90度、180度及270度得到。
[0011]所述第四類磁鋼組由具有第十一充磁方向的第十三磁鋼塊、具有第十二磁方向的第十四磁鋼塊、具有第九充磁方向的第十五磁鋼塊以及具有第十充磁方向的第十六磁鋼塊繞第三方向逆時針排列組成，所述第十三磁鋼塊在第四類磁鋼組中的位置與所述第九磁鋼塊在第三類磁鋼組中的位置相對應(yīng)。
[0012]所述線圈繞組單元包括以2*2矩陣陣列形式排列的四個發(fā)力體，每個發(fā)力體由若干個沿同一方向平行排布的線圈組成，其中相鄰兩個發(fā)力體的線圈分別對應(yīng)沿第一方向、第二方向排布。
[0013]可選的，所述磁鋼陣列為磁浮平面電機的定子部分，所述線圈繞組單元為磁浮平面電機的動子部分。
[0014]可選的，若干所述線圈繞組單元分別沿第一方向和第二方向拓展形成為磁浮平面電機的定子部分，所述磁鋼陣列為磁浮平面電機的動子部分。
[0015]本發(fā)明通過采用具有斜向充磁方向的磁鋼塊，將不同充磁方向的磁鋼塊固定組合成為不同的磁鋼組，進(jìn)而將各磁鋼組固定組合成為磁鋼組單元，每個磁鋼組單元提供了 12種斜向充磁方向，將電機的伺服運動自由度提高為6,形成了一個具有良好正弦分布的交變磁場，大大提高了推力常數(shù)，從而有效的降低了磁浮平面電機的工作電流，緩解了發(fā)熱對超精密定位帶來的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施例1的磁浮平面電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實施例1的磁浮平面電機的磁鋼組單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明實施例1的磁浮平面電機的第一類磁鋼組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明實施例1的磁浮平面電機的第二類磁鋼組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5是本發(fā)明實施例1的磁浮平面電機的第三類磁鋼組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖6是本發(fā)明實施例1的磁浮平面電機的第四類磁鋼組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7是本發(fā)明實施例1的磁浮平面電機的另一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖8是本發(fā)明的實施例2的磁浮平面電機的結(jié)構(gòu)示意圖；[0024]圖中，100—線圈繞組單兀；101—第一發(fā)力體；102—第二發(fā)力體；
[0025]200一磁鋼陣列；201—磁鋼陣列單兀；
[0026]310—第一類磁鋼組；320—第二類磁鋼組；330—第三類磁鋼組；340—第四類磁鋼組；
[0027]311 一第一磁鋼塊；312 —第二磁鋼塊；313 —第二磁鋼塊、314 —第四磁鋼塊；321一第五磁鋼塊；322—第六磁鋼塊；323—第七磁鋼塊；324—第八磁鋼塊；331—第九磁鋼塊；332—第十磁鋼塊；333—第十一磁鋼塊；334—第十二磁鋼塊；341—第十二磁鋼塊；342一第十四磁鋼塊；343—第十五磁鋼塊；344—第十六磁鋼塊；
[0028]400—端面對角線的對接面；
【具體實施方式】
[0029]以下請參考各附圖，將對本發(fā)明提供的磁浮平面電機進(jìn)行詳細(xì)描述，以下的描述為本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0030]實施例1
[0031]本實施例提供了一種磁浮平面電機，包括線圈繞組單元100與磁鋼陣列200，所述線圈繞組單元100包括以2*2矩陣陣列形式排列的四個發(fā)力體，每個發(fā)力體由若干個沿同一方向平行排布的線圈組成，其中相鄰兩個發(fā)力體的線圈分別對應(yīng)沿第一方向、第二方向排布。
[0032]請參考圖1，在本實施例中，所述線圈繞組單元100由四個發(fā)力體組成，每個發(fā)力體由三個線圈組成，所述發(fā)力體包括線圈分布方向互相垂直的第一發(fā)力體101和第二發(fā)力體102，，所述線圈繞組單元100通電后相對于磁鋼陣列沿平行于所述磁鋼陣列所在平面且相互垂直的第一方向和第二方向運動，所述磁鋼陣列200由相同的磁鋼陣列單元201沿第一方向和第二方向拓展形成，所述磁鋼陣列單元201內(nèi)包括以2*2矩陣陣列形式排布的四類磁鋼組，每類磁鋼組由以2*2矩陣陣列形式排布的四塊具有相同尺寸規(guī)格的橫截面呈正方形的磁鋼塊繞垂直于第一方向和第二方向的第三方向排列組成，每類磁鋼組的截面呈正方形，同一磁鋼陣列單元內(nèi)的十六個磁鋼塊提供了十二種斜向充磁方向。
[0033]如圖1所示，發(fā)力體包括線圈分布方向互相垂直的第一發(fā)力體101與第二發(fā)力體102，所述第一發(fā)力體101與第二發(fā)力體102排列形成一個矩形，所述第一發(fā)力體101與第二發(fā)力體102間隔分布。
[0034]同一類磁鋼組內(nèi)的四個磁鋼塊以2*2的方式排列，四個磁鋼塊的正方形的截面組合形成磁鋼組的正方形截面。
[0035]請參考各附圖，第一方向與第二方向互相垂直，分別沿著磁鋼塊的正方形截面的兩條互相垂直的邊設(shè)置，第三方向垂直于第一方向與第二方向共同所在的平面，磁鋼組和磁鋼塊的橫截面與第一方向和第二方向組成的平面平行，即平行于磁鋼塊的端面。
[0036]本實施例通過采用具有斜向充磁方向的磁鋼組，其中每個磁鋼組固定地組合使用提供了 12種充磁方向的磁鋼塊，將電機的伺服運動自由度提高為6，形成了一個具有良好正弦分布的交變磁場，大大提高了推力常數(shù)，從而有效的降低了磁浮平面電機的工作電流，緩解了發(fā)熱對超精密定位帶來的影響。
[0037]所述磁鋼組單元由第一類磁鋼組310、第四類磁鋼組340、第二類磁鋼組320與第三類磁鋼組330繞垂直于所述第一方向、第二方向的第三方向順時針排列組成，所述磁鋼組單元201的橫截面呈正方形。
[0038]磁鋼塊與磁鋼組的均勻、對稱的分布，可以有效地為本實施例提供的磁浮平面電機提供一個具有良好正弦分布的交變磁場，并且磁場的充磁方向更全方位。
[0039]所述第一類磁鋼組310由具有第一充磁方向的第一磁鋼塊311、具有第二充磁方向的第二磁鋼塊312、具有第三充磁方向的第三磁鋼塊313以及具有第四充磁方向的第四磁鋼塊314繞第三方向逆時針排列組成，所述第一充磁方向平行于所在磁鋼塊和磁鋼組的兩個端面的對角線的對接面400且和第三方向的夾角大于O度小于90度，所述第二充磁方向、第三充磁方向和第四充磁方向由所述第一充磁方向繞第三方向旋轉(zhuǎn)得到，所述第一至第四充磁方向繞第三方向均勻分布。
[0040]所述第二類磁鋼組320由具有第五充磁方向的第五磁鋼塊321、具有第六充磁方向的第六磁鋼塊322、具有第七充磁方向的第七磁鋼塊323以及具有第八充磁方向的第八磁鋼塊324繞第三方向逆時針排列組成，所述第五至第八充磁方向分別與所述第一至第四充磁方向相反，所述第五磁鋼塊321在第二類磁鋼組320中的位置與所述第一磁鋼塊311在第一類磁鋼組310中的位置相對應(yīng)。
[0041]請參考圖4，第二類磁鋼組內(nèi)的第五磁鋼塊321提供第五充磁方向，其與第一磁鋼塊311提供的第一充磁方向反向；第二類磁鋼組內(nèi)的第六磁鋼塊322提供第六充磁方向，其與第二磁鋼塊312提供的第二充磁方向反向，第七磁鋼塊323提供第七充磁方向，其與第三磁鋼塊313提供的第三充磁方向反向，第八磁鋼塊324提供第八充磁方向，其與第四磁鋼塊314提供的第四充磁方向反向
[0042]所述第三類磁 鋼組330由具有第九充磁方向的第九磁鋼塊331和343、具有第十充磁方向的第十磁鋼塊332、具有第^ 充磁方向的第i 磁鋼塊333以及具有第十二充磁方向的第十二磁鋼塊334繞第三方向逆時針排列組成，所述第九充磁方向沿著所在磁鋼塊的端面的對角線方向，所述第十二、第十一以及第十磁鋼塊分別由第九磁鋼塊繞第三方向逆時針旋轉(zhuǎn)90度、180度及270度得到。
[0043]所述第四類磁鋼組340由具有第十一充磁方向的第十三磁鋼塊341、具有第十二磁方向的第十四磁鋼塊342、具有第九充磁方向的第十五磁鋼塊343以及具有第十充磁方向的第十六磁鋼塊344繞第三方向逆時針排列組成，所述第十三磁鋼塊341在第四類磁鋼組340中的位置與所述第九磁鋼塊331在第三類磁鋼組中330的位置相對應(yīng)。
[0044]在本實施例中，如圖5和圖6所示，第三類磁鋼組內(nèi)的第九磁鋼塊311、第十磁鋼塊312、第十一磁鋼塊313、第十二磁鋼塊314繞著第三方向順時針排列，第四類磁鋼組內(nèi)的第i 磁鋼塊341、第十二磁鋼塊342、第九磁鋼塊343和第十磁鋼塊344繞著第三方向逆時針排列。
[0045]在本實施例中，如圖7所示，所述磁鋼陣列200為磁浮平面電機的定子部分，所述線圈繞組單元100為磁浮平面電機的動子部分。在工作過程中，磁鋼陣列單元200靜止不動，線圈繞組單元100整體由于安培力作用發(fā)生轉(zhuǎn)動。
[0046]實施例2
[0047]本實施例與實施例1的差別僅僅在于:如圖8所示，若干所述線圈繞組單元100分別沿第一發(fā)力體101和第二發(fā)力體102的線圈分布方向，即第一方向和第二方向拓展形成為磁浮平面電機的定子部分，所述磁鋼陣列單元200為磁浮平面電機的動子部分。在本實施例中，第一發(fā)力體101和第二發(fā)力體102的線圈分布方向分別為第一方向和第二方向。在工作過程中，線圈繞組單元100靜止不動，磁鋼陣列單元200整體由于安培力的作用發(fā)生轉(zhuǎn)動。
[0048]綜上所述，本發(fā)明通過采用具有斜向充磁方向的磁鋼組，同時每個磁鋼組固定地組合使用提供了 12種充磁方向的磁鋼塊，將電機的伺服運動自由度提高為6，形成了一個具有良好正弦分布的交變磁場，大大提高了推力常熟，從而有效的降低了磁浮平面電機的工作電流，緩解了發(fā)熱對超精密定位帶來的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種磁浮平面電機，包括線圈繞組單元與磁鋼陣列，所述線圈繞組單元通電后相對于磁鋼陣列沿平行于所述磁鋼陣列所在平面且相互垂直的第一方向和第二方向運動，其特征在于:所述磁鋼陣列由相同的磁鋼陣列單元沿第一方向和第二方向拓展形成，所述磁鋼陣列單元內(nèi)包括以2*2矩陣陣列形式排布的四類磁鋼組，每類磁鋼組由以2*2矩陣陣列形式排布的四塊具有相同尺寸規(guī)格的橫截面呈正方形的磁鋼塊組成，每類磁鋼組的截面呈正方形，同一磁鋼陣列單元內(nèi)的十六個磁鋼塊提供十二種斜向充磁方向。
2.如權(quán)利要求1所述的磁浮平面電機，其特征在于:每個磁鋼陣列單元由第一類磁鋼組、第四類磁鋼組、第二類磁鋼組與第三類磁鋼組繞垂直于所述第一方向、第二方向的第三方向順時針排列組成，所述磁鋼陣列單元的橫截面呈正方形。
3.如權(quán)利要求2所述的磁浮平面電機，其特征在于:所述第一類磁鋼組由具有第一充磁方向的第一磁鋼塊、具有第二充磁方向的第二磁鋼塊、具有第三充磁方向的第三磁鋼塊以及具有第四充磁方向的第四磁鋼塊繞第三方向逆時針排列組成，所述第一充磁方向平行于所在磁鋼塊和磁鋼組兩個端面的對角線的對接面且和第三方向的夾角大于O度小于90度，所述第二充磁方向、第三充磁方向和第四充磁方向由所述第一充磁方向繞第三方向旋轉(zhuǎn)得到，所述第一至第四充磁方向繞第三方向均勻分布。
4.如權(quán)利要求3所述的磁浮平面電機，其特征在于:所述第二類磁鋼組由具有第五充磁方向的第五磁鋼塊、具有第六充磁方向的第六磁鋼塊、具有第七充磁方向的第七磁鋼塊以及具有第八充磁方向的第八磁鋼塊繞第三方向逆時針排列組成，所述第五至第八充磁方向分別與所述第一至第四充磁方向相反，所述第五磁鋼塊在第二類磁鋼組中的位置與所述第一磁鋼塊在第一類磁鋼組中的位置相對應(yīng)。
5.如權(quán)利要求2至4任意一項所述的磁浮平面電機，其特征在于:所述第三類磁鋼組由具有第九充磁方向的第九磁鋼塊、具有第十充磁方向的第十磁鋼塊、具有第十一充磁方向的第十一磁鋼塊以及具有第十二充磁方向的第十二磁鋼塊繞第三方向逆時針排列組成，所述第九充磁方向沿著所在磁鋼塊的端面的對角線方向，所述第十二、第十一以及第十磁鋼塊分別由第九磁鋼塊繞第三方向逆時針旋轉(zhuǎn)90度、180度及270度得到。
6.如權(quán)利要求5所述的磁浮平面電機，其特征在于:所述第四類磁鋼組由具有第十一充磁方向的第十三磁鋼塊、具有第十二磁方向的第十四磁鋼塊、具有第九充磁方向的第十五磁鋼塊以及具有第十充磁方向的第十六磁鋼塊繞第三方向逆時針排列組成，所述第十三磁鋼塊在第四類磁鋼組中的位置與所述第九磁鋼塊在第三類磁鋼組中的位置相對應(yīng)。
7.如權(quán)利要求1所述的磁浮平面電機，其特征在于:所述線圈繞組單元包括以2*2矩陣陣列形式排列的四個發(fā)力體，每個發(fā)力體由若干個沿同一方向平行排布的線圈組成，其中相鄰兩個發(fā)力體的線圈分別對應(yīng)沿第一方向、第二方向排布。
8.如權(quán)利要求7所述的磁浮平面電機，其特征在于:所述磁鋼陣列為磁浮平面電機的定子部分，所述線圈繞組單元為磁浮平面電機的動子部分。
9.如權(quán)利要求7所述的磁浮平面電機，其特征在于:若干所述線圈繞組單元分別沿第一方向和第二方向拓展形成為磁浮平面電機的定子部分，所述磁鋼陣列為磁浮平面電機的動子部分。
【文檔編號】H02N15/00GK103795296SQ201210434927
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月2日
【發(fā)明者】張曉文, 嚴(yán)蘭舟, 鄭樂平, 郭琳, 張霖, 楊曉峰 申請人:上海微電子裝備有限公司