專利名稱：永磁懸浮平面電動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種平面電動機，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機。
背景技術：
隨著微米、納米技術的不斷發展，在集成電路芯片光刻、微型機械制造、精密測量和超精密加工等領域越來越需要高精度的定位工作臺，并且希望它能在超潔凈環境中工作。
傳統的定位工作臺采用滾珠絲杠加滾動導軌的驅動方式，這種結構的優點是推力大，成本低，且抗干擾能力強。但是工作臺中包含的運動轉換機構之間存在摩擦、側隙、滯后等不利因素，限制了工作臺性能的進一步提高。近年來，隨著直線電機技術的發展，定位工作臺基本上采用了直線電機加空氣軸承的方式來實現高速、高精密定位，這種直接驅動方式與前述旋轉電機加滾珠絲杠、滾動導軌的方式相比，克服了諸多的問題，無論在定位速度和定位精度上都有了顯著的提高。但是，這種直線電機驅動的工作臺仍然存在不足之處，如它在結構上仍然是層疊式的，因此相對于底層直線電機而言，頂層直線電機仍然是一個很大的載荷，從而限制了工作臺速度的提高。另外，相對運動中產生的摩擦、磨粒等污染了工作環境，因此，它已經不能適應高速、高精度定位和超潔凈工作環境的需求。
為使上述問題得到徹底解決，近年來，出現了一種能夠直接將驅動力施加于工作臺的平面定位裝置——平面電動機。它克服了傳統工作臺層疊式的結構弱點，將電磁推力直接施加于工作臺，實現了直接驅動，為進一步提高工作臺的性能創造了條件。
根據平面電動機的支撐形式，可以將它分為兩類，即氣懸浮型和磁懸浮型。氣懸浮型表面電機雖然除去了摩擦、磨損和潤滑油污染，并且結構簡單。但是氣懸浮機構釋放的高壓氣體對懸浮對象產生了高頻振動，對運動控制的精度造成了無法克服的影響，因此不適宜應用在真空中。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，磁懸浮技術具有無接觸、無潤滑、無磨損、運行費用和維修費用低，工作壽命長等優點，適合于微電子封裝及光刻設備等需要真空、超潔凈環境的需求。
平面電動機一般由動子和定子兩大部分構成，而現有的平面電動機在動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繞組和永磁共同產生，這樣，產生平面運動的線圈陣列只能分別占據動子表面的50％，限制了電磁推力的提高。另外，由于線圈陣列布置在動子下表面，因此，在表面電機運動時，動子線圈的電纜會因為動子的運動而產生干擾作用，從而影響定位性能，降低定位精度。
發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種可適用于超潔凈和真空環境的具有高速、高精密定位功能的永磁懸浮平面電動機。
本發明的技術方案是這樣實現的永磁懸浮平面電動機，它包括定子和動子，所述定子包括定子平臺和安裝于其上的螺線管線圈陣列，螺線管線圈內設有磁化方向相同的永磁體；動子包括動子平臺和附著在其下表面的永磁體陣列，動子平臺下表面的永磁體陣列由相同數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。
進一步地，所述永磁體陣列I至少為三個，其陣列結構為“n×k”，其中n＞2，k＞2。永磁體陣列II由數量為4n+1個永磁體組成“十”字結構陣列，n為自然數，其橫向和豎向的永磁體數量一致并且上下、左右對稱。
特別地，所述永磁體陣列I為四個布置在動子平臺下表面的四角，永磁體陣列II為四個布置在四個永磁體陣列I之間。
相比現有技術，本發明具有結構簡單、響應速度快、穩定性高和定位精確的特點，適合于微電子封裝及光刻設備等需要真空、超潔凈的環境。
圖1-現有技術電磁推力產生示意圖；圖2-本發明結構示意圖；圖3-本發明定子結構示意圖；圖4-螺線管線圈結構示意圖；圖5-本發明動子結構示意圖(仰視圖)。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
參見圖2，從圖上可以看出，本發明包括定子1和動子2。
定子結構見圖3、圖4，它包括定子平臺3，定子平臺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，每一個螺線管線圈5內均設有永磁體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，其陣列結構為“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。
動子2的下表面與定子線圈陣列5的上表面相互平行。動子結構見圖5，動子2包括動子平臺6和附著在其下表面的永磁體陣列，動子平臺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由至少三個相同的永磁體陣列I7組成，其陣列結構為“n×k”，其中n＞2，k＞2，也就是說，永磁體陣列I7可以是3×3、3×4、4×4、4×5或5×5...等陣列結構。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由數量為4n+1個永磁體組成“十”字結構陣列，n為自然數，其橫向和豎向的永磁體數量一致并且上下、左右對稱。永磁體陣列I7和永磁體陣列II8的數量相等，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為四個布置在動子平臺下表面的四角，該圖中陣列結構為3×3；永磁體陣列II為四個布置在四個永磁體陣列I之間，其陣列結構為五個永磁體形成的“十”字結構，橫向和豎向各三個，中間一個交叉共用。當然，永磁體陣列II8的陣列結構也可以由九個、十三個、十七個永磁體形成“十”字結構。
永磁體陣列I7中所有永磁體的磁化方向與螺線管線圈內的永磁體4磁化方向相反，用于實現動子3的穩定懸浮，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與動子平臺6下表面的永磁體陣列II8之間產生吸引力，用于提供動子3水平運動的電磁推力。
當螺線管線圈5通電時，在螺線管線圈5與動子平臺6下表面的永磁體陣列I7之間產生排斥力，通過調整螺線管線圈陣列5的電流大小，便可將動子懸浮起來。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與動子平臺6下表面的永磁體陣列II8之間產生吸引力，該吸引力可以推動動子2在平面上做無接觸的自由運動。通過調整螺線管線圈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)，實現動子2在平面上的精確定位，達到在超潔凈工作環境中高速、高精度定位的需求。由于各線圈的電流是單獨調整的，故能將懸浮力和吸引力分別調整到位。
權利要求
1.永磁懸浮平面電動機，它包括定子(1)和動子(2)，其特征在于所述定子(1)包括定子平臺(3)和安裝于其上的螺線管線圈陣列，螺線管線圈(5)內設有磁化方向相同的永磁體(4)；動子(2)包括動子平臺(6)和附著在其下表面的永磁體陣列，動子平臺下表面的永磁體陣列由相同數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.根據權利要求1所述的永磁懸浮平面電動機，其特征在于所述永磁體陣列I(7)至少為三個，其陣列結構為“n×k”，其中n＞2，k＞2；永磁體陣列II(8)由數量為4n+1個永磁體組成“十”字結構陣列，n為自然數。
3.根據權利要求2所述的永磁懸浮平面電動機，其特征在于所述永磁體陣列I(7)為四個布置在動子平臺(6)下表面的四角，永磁體陣列II(8)為四個布置在四個永磁體陣列I(7)之間。
4.根據權利要求2或3所述的永磁懸浮平面電動機，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量一致并且上下、左右對稱。
5.根據權利要求1或2或3所述的永磁懸浮平面電動機，其特征在于所述螺線管線圈陣列的陣列結構為“n×k”，其中n≥9，k≥9。
全文摘要
本發明公開了一種永磁懸浮平面電動機，它包括定子和動子，定子包括定子平臺和安裝于其上的螺線管線圈陣列，螺線管線圈內設有磁化方向相同的永磁體。動子包括動子平臺和附著在其下表面的永磁體陣列，動子平臺下表面的永磁體陣列由相同數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。本發明具有結構簡單、響應速度快、穩定性高和定位精確的特點，適合于微電子封裝及光刻設備等需要真空、超潔凈環境的需求。
文檔編號H02K1/27GK101087114SQ200710078418
公開日2007年12月12日 申請日期2007年4月24日 優先權日2007年4月24日
發明者何培祥, (第二發明人要求不公開姓名), 鮮繼凱 申請人:何培祥, 鮮繼凱