專利名稱：一種局部磁場可調式微驅動器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種電磁驅動式微驅動器，具體涉及電磁懸浮式ー種局部磁場可調式微驅動器。
背景技術：
隨著科學技術向微小、超精密領域的方向發展，機器人所要操作的對象也從宏觀領域擴展到亞微米、納米級的微觀領域，因此能在微觀尺寸下對微小物體進行加工、裝配、測試等操作的多自由度微驅動系統已成為國內外研究的重要方向之一。壓電陶瓷驅動的微驅動器已成為國內外微操作機器人研究的主流，其次是靜電驅動器和形狀記憶合金。與電磁驅動方式相比，這些驅動器具有結構緊湊、運動分辨率高、便于微系統集成等優點。但同時它們的加速度較小，遲滯性強，靈活度不高，運動范圍有限，一般限于微米量級以下，無法滿足微驅動技術提出的大范圍納米級運動的要求。而電磁驅動式的微驅動系統不僅運動范圍大，自由度高，而且消除了摩擦、磨損的影響，操作精度更高。目前電磁精密驅動技術根據其操作方式可大致分為三類第一類直線電機驅動式，有工作范圍廣，驅動力大的優點，但存在著電磁力波動、邊緣效應和累積誤差的不良影響。第二類宏/微雙重驅動方式，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，且兩級式的驅動方式較為復雜。第三類采用線圈和永磁體間電磁力實現多自由度驅動的方式，該結構調節較為靈活，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等因素的影響，產生振動。
發明內容為了解決背景技術中存在的問題，本實用新型的目的在于提供ー種局部磁場可調式微驅動器，能提高微驅動器動態響應速度、簡化控制方法，減小累積誤差，實現局部磁場微調和隨動功能的微驅動器。本實用新型解決技術問題，所采用的技術方案是包括由ニ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有沿X、Y軸方向交錯排列的電樞的動子，定子和動子之間具有氣隙；ニ維永磁體陣列為整體成矩形“十”字型N、S主磁極呈交錯分布的永磁體陣列，相鄰的N主磁極或相鄰的S主磁極間用非導磁塊相隔；沿X、Y軸方向交錯排列的電樞是由平行排列的X軸方向導線組和Y軸方向導線組構成。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主磁極間的非導磁塊長度和寬度相等，非導磁塊為N、S主磁極長度和寬度的三分之一。[0013]本實用新型具有的有益效果是I、定子和動子之間無接觸，避免了摩擦力的存在，無鐵芯導線式動子結構減小了動子質量，消除了電磁力波動的同時，減小了遲滯性和累積誤差；2、彼此獨立的導線組結構使得局部磁場和電磁力調節更為靈活方便；通過對各導線組電流，可實現對懸浮力和水平推力的解耦控制。3、通過對動子位置的檢測，各導線的電流可根據動子姿態進行實時變化，具有隨動性，并減小了邊緣效應的影響；4、永磁體陣列結構簡單，背鐵結構的加入提高了永磁體使用率。本實用新型可利用于微型機器人，光刻機或微電子封裝設備等需要精密驅動和操作的場合。
圖I是本實用新型實施例的微驅動器俯視圖。圖2是本實用新型實施例的微驅動器左視圖。圖3是本實用新型實施例的微驅動器永磁體陣列充磁方向的俯視圖。圖中1-1. X軸方向導線組，1-2. Y軸方向導線組，1-3.絕緣層，2-1.主磁極，2-2.輔助磁極，2-3.背鐵，2-4.非導磁塊。
具體實施方式
以下結合以永磁體陣列為五個極的微驅動器結構為例的附圖和實施方式對本實用新型作進ー步的說明。如圖I和圖2所示，本實用新型包括由ニ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有沿X、Y軸方向交錯排列的電樞的動子或沿Y、X軸方向交錯排列的電樞的動子，定子和動子之間具有氣隙，可通過洛倫茲力作用實現六個自由度的精密驅動；ニ維永磁體陣列整體成矩形，“十”字型N、S主磁極2-1呈交錯分布，相鄰的N主磁極或相鄰的S主磁極間用非導磁塊2-4相隔；沿X、Y軸方向交錯排列的電樞是由平行排列的X軸方向導線組1-1和Y軸方向導線組1-2構成。X軸方向導線組1-1和Y軸方向導線組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，銅線采用單匝式結構，分布均勻，彼此間相互獨立。X軸方向導線組1-1和Y軸方向導線組1-2所用的銅線的規格和鋪設間距相同，每根銅線兩端分別接芯片管腳和驅動電路，每根銅線中的電流方向和電流值均可分別加以調節。當各銅線中的通有的電流方向如圖I所示時，可形成與永磁體陣列相對應的多峰值電樞磁場。當電樞磁場磁極極性與永磁體磁場磁極極性相同吋，兩者之間可形成斥力，實現動子六個自由度的精密運動。當導線電流值發生變化時，對應的洛倫茲力也會發生改變，動子的姿態也隨之發生變化。改變對應永磁體極間部分位置導線的電流值可調節該點懸浮力的大小，而改變對應永磁體磁極中心部分導體的電流值則可調節該點水平推力的大小。為了增大電磁力，也可采用多層繞組式結構。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子方向，S主磁極充磁方向是由動子指向背鐵，兩個相鄰的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主磁極間的非導磁塊2-4長度和寬度相等，非導磁塊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鋼構成，制造エ藝與普通電機相同。使用時，需將所述的定子的背鐵2-3固定在加工設備中的固定部件表面；微驅動器中的動子部分安裝在運動部件的下方，交錯導線組部分與永磁體陣列相對應；微驅動器定子和動子間存有氣隙，對應的加工和操作系統中的固定體和運動體之間并不接觸，兩者間利用洛倫茲力實現懸浮、旋轉等六個自由度的相對運動。與現有的各微驅動器結構相比，本實用新型可提供可局部磁場微調的，具有隨動性的電樞磁場，使得微驅動器操作更加靈活，而且提供的永磁體陣列在永磁體用量一定的情況之下，不僅簡化了結構，而且可提供更高的氣隙磁密和洛倫茲カ，提高了永磁體的利用率。
權利要求1.一種局部磁場可調式微驅動器，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有沿X、Y軸方向交錯排列的電樞的動子，定子和動子之間具有氣隙；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主磁極間用非導磁塊相隔；沿乂、￥軸方向交錯排列的電樞是由平行排列的X軸方向導線組和Y軸方向導線組構成。
2.根據權利要求I所述的一種局部磁場可調式微驅動器，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.根據權利要求I所述的一種局部磁場可調式微驅動器，其特征在于所述的相鄰的N主磁極或相鄰的S主磁極間的非導磁塊長度和寬度相等，非導磁塊為N、S主磁極長度和寬度的三分之一。
專利摘要本實用新型公開了一種局部磁場可調式微驅動器。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有沿X、Y軸方向交錯排列的電樞的動子，定子和動子之間具有氣隙；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主磁極間用非導磁塊相隔；沿X、Y軸方向交錯排列的電樞是由平行排列的X軸方向導線組和Y軸方向導線組構成。本實用新型結構簡單，制作方便，導線式電樞結構使得局部磁場和電磁力調節更為靈活，在實現對懸浮力和水平推力解耦控制的同時，具有響應迅速，驅動范圍廣等優點，本實用新型可利用于微型機器人，光刻機或微電子封裝設備等需要精密驅動和操作的場合。
文檔編號H02N15/00GK202652117SQ20122016227
公開日2013年1月2日 申請日期2012年4月17日 優先權日2012年4月17日
發明者郭亮, 陳本永, 丁浩, 王吟, 張釗 申請人:浙江理工大學