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(jī)包括線圈繞組單元和磁鋼陣列，所述磁鋼陣列由第一類磁鋼組和第二類磁鋼組沿第一方向和第二方向間隔排列而成，所述第一類磁鋼組和第二類磁鋼組分別由四個(gè)橫截面呈正方形的具有斜向充磁方向的第一類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，所述第一類磁鋼組和第二類磁鋼組的橫截面分別呈正方形，各相鄰第一類磁鋼組和第二類磁鋼組之間分別設(shè)有一個(gè)橫截面呈長(zhǎng)方形的第二類磁鋼塊，所述第二類磁鋼塊的充磁方向?yàn)橹赶虻谝活惔配摻M或第二類磁鋼組。本發(fā)明通過(guò)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組合成磁鋼陣列，形成了一個(gè)良好分布的交變磁場(chǎng)，大大提高了推力常數(shù)。
【專利說(shuō)明】一種磁浮平面電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電機(jī)裝置，尤其涉及一種磁浮平面電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在光刻機(jī)的工件臺(tái)和掩模臺(tái)中，通常采用長(zhǎng)行程的直線電機(jī)結(jié)合短行程的音圈電機(jī)，并選用氣浮軸承來(lái)實(shí)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(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，往往需要多個(gè)直線電機(jī)采用堆疊的方式加以實(shí)現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)方案不僅增加了整個(gè)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(jī)的負(fù)載，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)臺(tái)的定位精度、控制帶寬和運(yùn)動(dòng)速度大幅下降。此外，當(dāng)運(yùn)動(dòng)行程需要增加時(shí)，氣浮直線導(dǎo)軌的制造成本不但幾何上升，而且越來(lái)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(wèn)題，出現(xiàn)了一種新型結(jié)構(gòu)的電機(jī)一磁浮平面電機(jī)。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(tái)上，能夠同時(shí)提供多軸運(yùn)動(dòng)。磁浮平面電機(jī)一般包括磁鋼陣列和線圈組兩大部分，所述磁鋼陣列中的磁鋼塊呈交替排列方式，非常便于拓展，有效解決了大行程設(shè)計(jì)上的技術(shù)瓶頸。而且，通過(guò)磁浮技術(shù)，降低了對(duì)運(yùn)動(dòng)面型的約束，工作過(guò)程無(wú)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(jī)中，推力常數(shù)是一個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。提供較高的推力常數(shù)能夠有效降低磁浮電機(jī)的工作電流，從而大大緩解電機(jī)發(fā)熱對(duì)超精密定位的影響。為了提高推力常熟，現(xiàn)有技術(shù)中的磁浮平面電機(jī)采用的磁鋼陣列由交替排列的NS陣列組成，其伺服運(yùn)動(dòng)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(wèn)題是，提供一種能夠提高推力常數(shù)的磁浮平面電機(jī)，進(jìn)而提高其伺服運(yùn)動(dòng)的自由度和控制精度。
[0006]為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種磁浮平面電機(jī)，包括線圈繞組單元和磁鋼陣列，所述線圈繞組單元通電后相對(duì)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(yùn)動(dòng)，所述磁鋼陣列由第一類磁鋼組和第二類磁鋼組分別沿第一方向和第二方向間隔排列而成，所述第一類磁鋼組和第二類磁鋼組分別由四個(gè)相同尺寸規(guī)格的橫截面呈正方形的具有斜向充磁方向的第一類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，所述第一類磁鋼組和第二類磁鋼組的橫截面分別呈正方形，各相鄰第一類磁鋼組和第二類磁鋼組之間分別設(shè)有一個(gè)橫截面呈長(zhǎng)方形的第二類磁鋼塊，所述第二類磁鋼塊的充磁方向?yàn)橹赶虻谝活惔配摻M或第二類磁鋼組。
[0007]所述第一類磁鋼塊和第二類磁鋼塊等高，且第二類磁鋼塊與所述第一類磁鋼組、第二類磁鋼組的連接邊的長(zhǎng)度與所述第一類磁鋼組和第二類磁鋼組的邊長(zhǎng)相同。
[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(shí)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(gè)端面的對(duì)角線的對(duì)接面且和第三方向的夾角大于O度且小于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(shí)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。
[0010]位于所述第一類磁鋼組四個(gè)側(cè)面外側(cè)的四塊第二類磁鋼塊的充磁方向平行于第一方向或平行于第二方向，并指向第一類磁鋼組。
[0011]所述線圈繞組單元包括以2*2矩陣陣列形式排列的四個(gè)發(fā)力體，每個(gè)發(fā)力體由若干個(gè)沿同一方向平行排布的線圈組成，其中相鄰兩個(gè)發(fā)力體的線圈分別對(duì)應(yīng)沿第一方向、第二方向排布。
[0012]可選的，所述磁鋼陣列為磁浮平面電機(jī)的定子部分，所述線圈繞組陣列為磁浮平面電機(jī)的動(dòng)子部分。
[0013]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磁浮平面電機(jī)的定子部分，所述磁鋼陣列為磁浮平面電機(jī)的動(dòng)子部分。
[0014]本發(fā)明通過(guò)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)而將各磁鋼組和磁鋼塊固定組合成為磁鋼陣列，磁鋼陣列中的磁鋼塊提供了 12種充磁方向，將電機(jī)的伺服運(yùn)動(dòng)自由度提高為6，形成了一個(gè)具有良好正弦分布的交變磁場(chǎng)，大大提高了推力常數(shù)，從而有效的降低了磁浮平面電機(jī)的工作電流，緩解了發(fā)熱對(duì)超精密定位帶來(lái)的影響，同時(shí)，本發(fā)明提供的磁浮平面電機(jī)，采用四棱柱結(jié)構(gòu)取代了傳統(tǒng)的三棱柱結(jié)構(gòu)同樣實(shí)現(xiàn)了三棱柱結(jié)構(gòu)所達(dá)到的出力水平，而加工工藝更加簡(jiǎn)單，更便于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，更便于對(duì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的磁浮平面電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的磁浮平面電機(jī)的磁鋼組的分布示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的磁浮平面電機(jī)的磁鋼塊的分布示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的磁浮平面電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖中，100—線圈繞組單兀；101—第一發(fā)力體；102—第二發(fā)力體；
[0020]200—磁鋼陣列；
[0021]300—第一類磁鋼組；400—第二類磁鋼組；
[0022]301 一第一磁鋼塊、302—第二磁鋼塊；303—第二磁鋼塊；304—第四磁鋼塊；401—第五磁鋼塊；402—第六磁鋼塊；403—第七磁鋼塊；404—第八磁鋼塊；501—第九磁鋼塊；502—第十磁鋼塊；503—第十一磁鋼塊；504—第十二磁鋼塊；
[0023]600—端面對(duì)角線的對(duì)接面；
[0024]701—長(zhǎng)邊；702—短邊。
【具體實(shí)施方式】[0025]以下請(qǐng)參考附圖1和附圖2，并結(jié)合附圖3對(duì)本發(fā)明提供的磁浮平面電機(jī)進(jìn)行詳細(xì)描述，以下的描述為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0026]實(shí)施例1
[0027]本實(shí)施例提供了一種磁浮平面電機(jī)，包括線圈繞組單元100和磁鋼陣列200，所述線圈繞組單元100通電后相對(duì)于磁鋼陣列200沿平行于所述磁鋼陣列200所在平面且相互垂直的第一方向和第二方向運(yùn)動(dòng)，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(gè)發(fā)力體，每個(gè)發(fā)力體由若干個(gè)沿同一方向平行排布的線圈組成，其中相鄰兩個(gè)發(fā)力體的線圈分別對(duì)應(yīng)沿第一方向、第二方向排布。
[0028]在本實(shí)施例中，所述線圈繞組單元100由四個(gè)發(fā)力體組成，每個(gè)發(fā)力體由三個(gè)線圈組成，所述發(fā)力體包括線圈分布方向互相垂直的發(fā)第一發(fā)力體101與第二發(fā)力體102。
[0029]所述磁鋼陣列200由第一類磁鋼組300和第二類磁鋼組400沿第一方向和第二方向間隔排列而成，所述第一類磁鋼組300和第二類磁鋼組400分別由四個(gè)相同尺寸規(guī)格的橫截面呈正方形的具有斜向充磁方向的第一類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，所述第一類磁鋼組300和第二類磁鋼組400的橫截面分別呈正方形，各相鄰第一類磁鋼組300和第二類磁鋼組400之間分別設(shè)有一個(gè)橫截面呈長(zhǎng)方形的第二類磁鋼塊，所述第二類磁鋼塊的充磁方向?yàn)橹赶虻谝活惔配摻M300或第二類磁鋼組400。請(qǐng)參考圖1至圖3，所述第一方向和第二方向沿第一類磁鋼塊的正方形橫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。
[0030]本實(shí)施例提供的磁浮平面電機(jī)通過(guò)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)而將各磁鋼組和磁鋼塊固定組合成為磁鋼陣列200，磁鋼陣列200中的磁鋼塊提供了不同種充磁方向，形成了一個(gè)具有良好正弦分布的交變磁場(chǎng)，大大提高了推力常數(shù)，從而有效的降低了磁浮平面電機(jī)的工作電流，緩解了發(fā)熱對(duì)超精密定位帶來(lái)的影響。
[0031]所述第一類磁鋼塊和第二類磁鋼塊等高(沿第三方向而言)，且第二類磁鋼塊與所述第一類磁鋼組、第二類磁鋼組的連接邊的長(zhǎng)度與所述第一類磁鋼組和第二類磁鋼組的邊長(zhǎng)相同。本實(shí)施例中，第二類磁鋼塊的長(zhǎng)方形橫截面的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度(沿第二方向而言)是第一類磁鋼塊的正方形橫截面的邊長(zhǎng)的兩倍，第二類磁鋼塊的長(zhǎng)方形橫截面的長(zhǎng)邊與磁鋼組正方形橫截面的邊連接。
[0032]請(qǐng)參考圖2和圖3，在本實(shí)施例中，第一類磁鋼組300內(nèi)的第一磁鋼塊301、第二磁鋼塊302、第三磁鋼塊303，第四磁鋼塊304均為橫截面為正方形的長(zhǎng)方體，即為第一類磁鋼塊,其以2*2的方式分布,并繞第三方向排列。第九磁鋼塊501、第十磁鋼塊502、第^ 磁鋼塊503、第十二磁鋼塊504均為橫截面為長(zhǎng)方形的長(zhǎng)方體，即為第二類磁鋼塊，所述長(zhǎng)方形包括長(zhǎng)邊701和短邊702，四個(gè)第二類磁鋼塊其分別設(shè)在第一類磁鋼組300的四個(gè)側(cè)面的外側(cè)，所述長(zhǎng)方形橫截面的長(zhǎng)邊701為第一類磁鋼塊的正方形橫截面邊長(zhǎng)的兩倍，長(zhǎng)邊701與第一類磁鋼組300的正方形橫截面的邊等長(zhǎng)，且互相連接。 [0033]如圖2所示，在本實(shí)施例中，第二類磁鋼組400與周邊的第一類磁鋼組300共用第九磁鋼塊501、第十磁鋼塊502、第十一磁鋼塊503和第十二磁鋼塊504。
[0034]請(qǐng)參考圖3,在本實(shí)施例中,所述第一類磁鋼組300由具有第一充磁方向的第一磁鋼塊301、具有第二充磁方向的第二磁鋼塊302、具有第三充磁方向的第三磁鋼塊303以及具有第四充磁方向的第四磁鋼塊304繞第三方向逆時(shí)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(gè)端面對(duì)角線的對(duì)接面600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。
[0035]所述第二類磁鋼組400由具有第五充磁方向的第五磁鋼塊401、具有第六充磁方向的第六磁鋼塊402、具有第七充磁方向的第七磁鋼塊403以及具有第八充磁方向的第八磁鋼塊404繞第三方向逆時(shí)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。
[0036]位于所述第一類磁鋼組300四個(gè)側(cè)面外側(cè)的四塊第二類磁鋼塊的充磁方向平行于第一方向或平行于第二方向，指向第一類磁鋼組300
[0037]位于所述第二類磁鋼組400四個(gè)側(cè)面外側(cè)的四塊第二類磁鋼塊的充磁方向平行于第一方向或平行于第二方向，指向與該第二類磁鋼塊相鄰的第一類磁鋼組300。
[0038]請(qǐng)參考圖3，在本實(shí)施例中，所述位于所述第一類磁鋼組300四個(gè)側(cè)面外側(cè)的四塊第二類磁鋼塊，分別是第九磁鋼塊501、第十磁鋼塊502、第十一磁鋼塊503、第十二磁鋼塊504。位于所述第二類磁鋼組400四個(gè)側(cè)面外側(cè)的四塊第二類磁鋼塊，也分別是第九磁鋼塊501、第十磁鋼塊502、第^ 磁鋼塊503、第十二磁鋼塊504。其中第九磁鋼塊501、第十磁鋼塊502、第^^一磁鋼塊503、第十二磁鋼塊504的充磁方向均指向第一類磁鋼組300的中心，即分別為沿著如圖3所示的第一方向的正向，第二方向的正向，第一方向的負(fù)向和第二方向的負(fù)向。而相對(duì)第二類磁鋼組400而言，第二類磁鋼組400四個(gè)側(cè)面外側(cè)的第二類磁鋼塊的充磁方向分別遠(yuǎn)離第二類磁鋼組400的中心，也就是說(shuō)，第二類磁鋼組400四個(gè)側(cè)面外側(cè)的第二類磁鋼塊的充磁方向分別指向相鄰的第一類磁鋼組300的中心，如圖3所示的第一類磁鋼組300與第二類磁鋼組400共用第十一磁鋼塊503，即第十一磁鋼塊503相鄰的磁鋼組僅僅包括如圖所示的第一類磁鋼組300和第二類磁鋼組400，其充磁方向指向第十一磁鋼塊503相鄰的第一類磁·鋼組300的中心，即如圖3所示與第十一磁鋼塊503相鄰的唯一的第一類磁鋼組300的中心。
[0039]在本實(shí)施例中，所述磁鋼陣列200為磁浮平面電機(jī)的定子部分，所述線圈繞組單元100為磁浮平面電機(jī)的動(dòng)子部分。在工作過(guò)程中，磁鋼陣列200靜止不動(dòng)，線圈繞組單元100整體由于安培力作用發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。請(qǐng)參考圖1，在本實(shí)施例中，動(dòng)子部分僅僅由一個(gè)線圈繞組單元110組成，其僅僅為本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例，其也可由多個(gè)線圈繞組單元組成。
[0040]實(shí)施例2
[0041]本實(shí)施例與實(shí)施例的差別僅僅在于:如圖4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(jī)的定子部分，所述磁鋼陣列200為磁浮平面電機(jī)的動(dòng)子部分。在工作過(guò)程中，線圈繞組單元100靜止不動(dòng)，磁鋼陣列200整體由于安培力的作用發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0042]綜上所述，本發(fā)明通過(guò)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)而將各磁鋼組和磁鋼塊固定組合成為磁鋼陣列，磁鋼陣列中的磁鋼塊提供了 12種充磁方向，將電機(jī)的伺服運(yùn)動(dòng)自由度提高為6，形成了一個(gè)具有良好正弦分布的交變磁場(chǎng)，大大提高了推力常數(shù)，從而有效的降低了磁浮平面電機(jī)的工作電流，緩解了發(fā)熱對(duì)超精密定位帶來(lái)的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種磁浮平面電機(jī)，包括線圈繞組單元和磁鋼陣列，所述線圈繞組單元通電后相對(duì)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(yùn)動(dòng)，其特征在于:所述磁鋼陣列由第一類磁鋼組和第二類磁鋼組分別沿第一方向和第二方向間隔排列而成，所述第一類磁鋼組和第二類磁鋼組分別由四個(gè)相同尺寸規(guī)格的橫截面呈正方形的具有斜向充磁方向的第一類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，所述第一類磁鋼組和第二類磁鋼組的橫截面分別呈正方形，各相鄰第一類磁鋼組和第二類磁鋼組之間分別設(shè)有一個(gè)橫截面呈長(zhǎng)方形的第二類磁鋼塊，所述第二類磁鋼塊的充磁方向?yàn)橹赶虻谝活惔配摻M或第二類磁鋼組。
2.如權(quán)利要求1所述的磁浮平面電機(jī)，其特征在于:所述第一類磁鋼塊和第二類磁鋼塊等高，且第二類磁鋼塊與所述第一類磁鋼組、第二類磁鋼組的連接邊的長(zhǎng)度與所述第一類磁鋼組和第二類磁鋼組的邊長(zhǎng)相同。
3.如權(quán)利要求2所述的磁浮平面電機(jī)，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(shí)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(gè)端面的對(duì)角線的對(duì)接面且和第三方向的夾角大于O度且小于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(jī)，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(shí)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。
5.如權(quán)利要求4所述的磁浮平面電機(jī)，其特征在于:位于所述第一類磁鋼組四個(gè)側(cè)面外側(cè)的四塊第二類磁鋼塊的充磁方向平行于第一方向或平行于第二方向，并指向第一類磁鋼組。
6.如權(quán)利要求1所述的磁浮平面電機(jī)，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(gè)發(fā)力體，每個(gè)發(fā)力體由若干個(gè)沿同一方向平行排布的線圈組成，其中相鄰兩個(gè)發(fā)力體的線圈分別對(duì)應(yīng)沿第一方向、第二方向排布。
7.如權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的磁浮平面電機(jī)，其特征在于:所述磁鋼陣列為磁浮平面電機(jī)的定子部分，所述線圈繞組單元為磁浮平面電機(jī)的動(dòng)子部分。
8.如權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的磁浮平面電機(jī)，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磁浮平面電機(jī)的定子部分，所述磁鋼陣列為磁浮平面電機(jī)的動(dòng)子部分。
【文檔編號(hào)】H02N15/00GK103795297SQ201210435172
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)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(lè)平, 張霖, 楊曉峰 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司