六自由度短行程磁懸浮工作檯的製作方法
2023-05-25 15:00:51 1
六自由度短行程磁懸浮工作檯的製作方法
【專利摘要】六自由度短行程磁懸浮工作檯，本發明涉及一種六自由度磁懸浮工作檯，屬於電機領域。它解決了現有六自由度短行程磁懸浮工作檯存在的發熱量高、損耗大、結構複雜、平臺高度低、熱變性大以及動態特性查、定位精度低的問題。本發明包括兩組正向力支撐單元和負向力支撐單元、兩組X向驅動單元和Y向驅動單元、四組Z向驅動單元、上側動基板、下側動基板、上定基板和下定基板構成，上側動基板、下側動基板、上定基板和下定基板均相互平行設置，且上定基板位於上側動基板和下動基板之間，下側動基板位於上定基板和下定基板之間；上側動基板與下側動基板固定連接，上定基板和下定基板固定連接。本發明損耗小、結構簡單且控制容易，適用真空環境。
【專利說明】六自由度短行程磁懸浮工作檯
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種六自由度磁懸浮工作檯，屬於電機領域。
【背景技術】
[0002]現代精密、超精密加工裝備對高響應、高速度、高精度的短行程磁懸浮工作檯有著迫切的需求，如機械加工、電子產品生產、機械裝卸、製造自動化儀表設備甚至機器人驅動等。通常這些裝置由旋轉式電動機產生動力驅動，再由皮帶、滾珠絲杆等機械裝置，轉換為直線運動。由於機械裝置複雜，傳動精度和速度都受到限制，且需經常調校，造成成本高、可靠性差、體積較大。最初的短行程磁懸浮工作檯是由兩臺直接驅動的直線電機來實現的，採用層疊式驅動結構，這種結構增加了傳動系統的複雜性，從本質上沒有擺脫低維運動機構疊加形成高維運動機構的模式。對於底層的直線電機，要承載上層直線電機及其相關機械部件的總質量，從而嚴重影響了定位和控制精確度。而直接利用電磁能產生平面運動的多自由度平面電機，具有出力密度高、低熱耗、高速度、高精度和高可靠性的特點，因省去了從旋轉運動到直線運動再到平面運動的中間轉換裝置，可把控制對象同電機做成一體化結構，具有反應快、靈敏度高、隨動性好及結構簡單等優點。
[0003]圖21和22所示為短行程磁懸浮工作檯的一種構成方式。該六自由度磁短行程磁懸浮工作檯由八邊形平板、固定基板、四組水平非接觸電磁驅動機構與四組磁懸浮垂直支撐機構構成。水平非接觸電磁驅動機構與磁懸浮垂直支撐機構均採用音圈電機結構，音圈電機的初級固定，次級運動。八邊形平板的其中呈90°對稱分布的四條邊與水平非接觸電磁驅動機構的動子相連；八邊形平板的呈90°對稱分布的另外四條邊與磁懸浮垂直支撐機構的動子相連。水平非接觸電磁驅動機構的定子以及磁懸浮垂直支撐機構的定子固定在固定基板上。通過控制水平配置音圈電機初級繞組電流的大小與方向，可控制作用在動子上X方向、Y方向電磁力的大小與方向以及繞Z軸偏轉電磁轉矩的大小與方向；同時,通過控制垂直配置音圈電機初級繞組電流的大小與方向，即可控制作用在動子上Z方向電磁力的大小與方向以及繞X軸、繞Y軸偏轉電磁轉矩的大小與方向，從而實現工作檯的六自由度運動控制。
[0004]但是，該六自由度短行程磁懸浮工作檯存在如下問題:垂直配置音圈電機需要始終通電，以產生垂直方向的電磁力、抵消平臺動子的自重。因此，線圈的發熱量高、損耗大。同時，音圈電機的結構相對複雜、推力密度低，平臺的剛度低、熱變形大，系統的動態特性差、定位精度低。
【發明內容】
[0005]本發明所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯解決了現有六自由度短行程磁懸浮工作檯存在的發熱量高、損耗大、結構複雜、平臺高度低、熱變性大以及動態特性查、定位精度低的問題。
[0006]本發明所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作檯，由兩組正向力支撐單元、兩組負向力支撐單元、兩組X向驅動單元、兩組Y向驅動單元、四組Z向驅動單元、上側動基板Al、下側動基板B1、上定基板Dl和下定基板Cl構成；上側動基板Al、下側動基板B1、上定基板Dl和下定基板Cl均相互平行設置，且上定基板Dl位於上側動基板Al和下動基板BI之間，下側動基板BI位於上定基板Dl和下定基板Cl之間；上側動基板與下側動基板固定連接在一起，上定基板Dl和下定基板Cl固定在一起；兩組正向力支撐單元的結構相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組負向力支撐單元的結構相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組X向驅動單元的結構相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組Y向驅動單元的結構相同，均由上動子、下動子和定子組成；四組Z向驅動單元的結構相同，均由動子和定子組成；正向力支撐單元的上動子、負向力支撐單元的上動子、Z向驅動單元的動子、X向驅動單元的上動子和Y向驅動單元的上動子均固定在上側動基板Al的底面；正向力支撐單元的下動子、負向力支撐單元的下動子、X向驅動單元的下動子和Y向驅動單元的下動子均固定在下側動基板BI的上表面；正向力支撐單元的定子、負向力支撐單元的定子、X向驅動單元的定子和Y向驅動單元的定子均固定在上定基板Dl上，該上定基板Dl與上側動基板Al之間為上氣隙，該定基板Dl與下側動基板BI之間為下氣隙；Z向驅動單元的定子固定在下定基板Cl的上表面；兩組正向力支撐單元、兩組負向力支撐單元、兩組X向驅動單元和兩組Y向驅動單元以定基板的中心為圓心、沿同一半徑Rl的圓周方向相間排布，其中:兩組正向力支撐單元的連線與兩組負向力支撐單元的連線相交且呈90°夾角；兩組X向驅動單元的連線與兩組Y向驅動單元的連接相交且呈90°夾角；四組Z向驅動單元分別以下定基板的中心為圓心、沿半徑為R2的圓周方向均勻分布；R1 Φ R2 ;正向力支撐單元的上動子、下動子和定子上均固定有永磁體，正向力支撐單元中的所有永磁體產生磁場力為推動上側動基板Al和下側動基板BI向上的力；負向力支撐單元的上動子、下動子和定子上均固定有永磁體，負向力支撐單元中的所有永磁體產生磁場力為推動上側動基板Al和下側動基板BI向下的力；正向力支撐單元和負向力支撐單元產生的磁場力共同作用使得上側動基板Al和下側動基板BI分別懸空並穩定在上定基板Dl和下定基板Cl的上方。
[0007]上述正向力支撐單元產生的作用於動基板上的向上的垂向力，大於負向力支撐單元產生的向下的垂向力，進而實現支撐兩個動基板的效果。
[0008]本發明中，上述正向力支撐單元的具體結構可以為:其上動子包括動子上永磁體ZLl,該動子上永磁體ZLl固定在上側動基板Al的下表面；正向力支撐單元下動子包括動子下永磁體ZL2,該動子下永磁體ZL2固定在下側動基板BI的上表面；動子上永磁體ZLl與動子下永磁體ZL2均為長條形，均沿垂向方向平行充磁，且二者的充磁方向相反；本發明中的正向力支撐單元定子的結構可以包括定子上永磁體和定子下永磁體，定子上永磁體固定在上定基板Dl的上表面與動子上永磁體ZLl相對應的位置,定子上永磁體的充磁方向與動子上永磁體ZLl的充磁方向相反,二者之間為上氣隙；定子下永磁體固定在定子上定基板Dl的下表面與動子下永磁體ZL2對應的位置，定子下永磁體的充磁方向與動子下永磁體ZL2的充磁方向相同，二者之間為下氣隙。
[0009]上述動子上永磁體ZLl與動子下永磁體ZL2分別都由兩塊長條形永磁體構成，兩塊長條形永磁體尺寸相同、充磁方向相同，兩塊長條形永磁體並列布置。
[0010]上述動子上永磁體ZLl與動子下永磁體ZL2還可以分別都由兩塊長條形永磁體構成，兩塊長條形永磁體尺寸相同，兩塊長條形永磁體均為水平方向平行充磁，兩塊長條形永磁體的充磁方向相反，兩塊長條形永磁體並列布置；動子上永磁體ZLl與定子上永磁體之間形成斥力，動子下永磁體ZL2與定子下永磁體之間形成吸力。
[0011]本發明中的負向力支撐單元的結構可以為:其上動子包括動子上永磁體FL1，該動子上永磁體FLl固定在上側動基板Al的下表面；負向力支撐單元下動子包括動子下永磁體FL2,該動子下永磁體FL2固定在下側動基板BI的上表面；動子上永磁體FLl與動子下永磁體FL2均為平板形，均沿垂向方向平行充磁，且二者的充磁方向相反；負向力支撐單元定子包括定子永磁體FL3，定子永磁體FL3嵌固在上定基板Dl上與動子上永磁體FLl相對應的位置，定子永磁體FL3的充磁方向與動子上永磁體FLl的充磁方向相同,二者之間為上氣隙；定子永磁體FL3與動子下永磁體FL2之間為下氣隙。
[0012]上述負向力支撐單元上動子中的動子上永磁體FLl與上側動基板Al之間可以設置有永磁體固定板。
[0013]上述負向力支撐單元下動子中的動子下永磁體FL2與下側動基板BI之間可以設置有永磁體固定板。
[0014]本發明中所述的正向力支撐單元中的定子永磁體FL3還可以由兩塊永磁體組成，所述兩塊永磁體分別嵌固在上定基板Dl的上表面和下表面。
[0015]本發明中的Z向驅動單元可以採用雙邊平板形結構的電機實現，動子為雙邊結構的次級，定子為初級；初級位於雙邊次級之間，二者之間為兩個氣隙，兩個氣隙相互平行，且所述氣隙平面垂直於XY平面；初級包括初級繞組與初級基板，初級繞組粘貼在由非導磁材料構成的平板形初級基板上，或嵌放在初級基板中，初級繞組有效邊平行於XY平面；每邊次級均包括次級永磁體和次級軛板,次級永磁體粘貼固定在次級軛板上,雙邊次級永磁體形成串聯磁路。
[0016]本發明中的X向驅動單元和Y向驅動單元的結構相同，均可以採用雙邊平板形結構的電機實現，上動子和下動子分別是雙邊次級的兩個次級，定子為初級，初級位於雙邊次級之間，二者之間為兩個氣隙，兩個氣隙相互平行，氣隙平面平行於XY平面；初級包括初級繞組與初級基板，初級繞組粘貼在由非導磁材料構成的平板形初級基板上，或嵌放在初級基板中，初級繞組的有效邊平行於XY平面；每邊次級包括次級永磁體和次級軛板，次級永磁體粘貼固定在次級軛板上，雙邊次級永磁體形成串聯磁路。
[0017]本發明中的所述上側動基板Al、下側動基板B1、上定基板Dl和下定基板Cl的材料均是非磁性材料。
[0018]本發明所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯，利用兩組正向力支撐單元與兩組負向力支撐單元進行工作檯的靜態支撐，由於正向力支撐單元與負向力支撐單元產生磁場力的方向相反，因此大大降低了工作檯的剛度，再由於採用磁性材料產生的磁場力實現支撐，不需要損耗電能，進而避免了現有採用垂直配置音圈電機實現磁懸浮控制所導致發熱量高以及損耗大的問題，達到了減小工作檯的損耗的效果。
[0019]本發明所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯通過控制兩組X向驅動單元、兩組Y向驅動單元線圈電流的大小與方向，即可控制作用在動基板上X方向、Y方向電磁力的大小與方向以及繞Z軸旋轉電磁轉矩的大小與方向，控制方便靈活。
[0020]本發明所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯通過控制四組Z向驅動單元線圈中電流的大小與方向，即可控制作用在動基板上Z方向電磁力的大小與方向以及繞X軸、繞Y軸旋轉電磁轉矩的大小與方向，從而實現六自由度短行程磁懸浮工作檯的六自由度運動控制。
[0021]本發明的六自由度短行程磁懸浮工作檯的損耗小、剛度低、線性度好、結構簡單、控制容易、定位精度高。本發明所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯適用於各種需要高精度磁懸浮工作檯的情況，並且尤其適用於真空環境下使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是【具體實施方式】十所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作檯的結構示意圖，圖2是圖1中的上定基板Dl的結構不意圖，該上定基板Dl上固定有X向驅動單兀的初級繞組和Y向驅動單元的初級繞組，並且在對稱的兩側分別設置有嵌入正向力支撐單元的定子上永磁體和定子下永磁體的凹槽。圖3為圖1中的上側動基板Al的仰視圖，該圖中，該上側動基板Al上固定有正向力支撐單元的上動子、負向力支撐單元的上動子、Z向驅動單元的動子、X向驅動單元的上動子和Y向驅動單元的上動子。圖4是圖1中的下側動基板BI的俯視圖，該下側動基板BI上固定有正向力支撐單元的下動子、負向力支撐單元的下動子、Z向驅動單元的定子、X向驅動單元的下動子和Y向驅動單元的下動子。圖5是圖1所示的六自由度短行程磁懸浮工作檯去除圖3所示的結構之後的結構示意圖。
[0023]圖6是【具體實施方式】十一所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作檯的結構示意圖，圖7是圖6中的上定基板Dl的結構示意圖，該上定基板Dl上固定有X向驅動單元的初級繞組和Y向驅動單元的初級繞組，並且在對稱的兩側分別設置有嵌入正向力支撐單元的定子上永磁體和定子下永磁體的凹槽。圖8為圖6中的上側動基板Al的仰視圖，該圖中，該上側動基板Al上固定有正向力支撐單元的上動子、負向力支撐單元的上動子、Z向驅動單元的動子、X向驅動單元的上動子和Y向驅動單元的上動子。圖9是圖6中的下側動基板BI的俯視圖，該下側動基板BI上固定有正向力支撐單元的下動子、負向力支撐單元的下動子、Z向驅動單元的定子、X向驅動單元的下動子和Y向驅動單元的下動子。圖10是圖6所示的六自由度短行程磁懸浮工作檯去除圖8所示的結構之後的結構示意圖。
[0024]圖11是【具體實施方式】十二所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作檯的結構示意圖，圖12是圖11中的上定基板Dl的結構不意圖，該上定基板Dl上固定有X向驅動單兀的初級繞組和Y向驅動單元的初級繞組，並且還設置有嵌入正向力支撐單元的定子上永磁體和定子下永磁體、負向力支撐單元的定子永磁體FL3的凹槽。圖13為圖11中的上側動基板Al的仰視圖，該圖中，該上側動基板Al上固定有正向力支撐單元的上動子、負向力支撐單元的上動子、Z向驅動單元的動子、X向驅動單元的上動子和Y向驅動單元的上動子。圖14是圖11所示的六自由度短行程磁懸浮工作檯去除圖13所示的結構之後的結構示意圖。
[0025]圖15是【具體實施方式】十三所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作檯的結構示意圖，圖16是圖15中的上定基板Dl的結構不意圖，該上定基板Dl上固定有X向驅動單兀的初級繞組和Y向驅動單元的初級繞組，並且還設置有嵌入正向力支撐單元的定子上永磁體和定子下永磁體、負向力支撐單元的定子永磁體FL3的凹槽。圖17為圖15中的上側動基板Al的仰視圖，該圖中，該上側動基板Al上固定有正向力支撐單元的上動子、負向力支撐單元的上動子、Z向驅動單元的動子、X向驅動單元的上動子和Y向驅動單元的上動子。圖18是圖15所示的六自由度短行程磁懸浮工作檯去除圖17所示的結構之後的結構示意圖。[0026]圖19是本發明所述的X向驅動單元和Y向驅動單元的一種結構示意圖，其中圖(a)為傳統的次級結構,每邊次級的N極和S極兩塊永磁體粘貼固定在次級軛板上，永磁體為平行充磁，充磁方向垂直於氣隙所在平面；圖(b)為Halbach次級結構。
[0027]圖20是本發明所述的Z向驅動單元的一種結構示意圖。
[0028]圖21和圖22是【背景技術】中提及的一種現有短行程磁懸浮工作檯的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]【具體實施方式】一:本實施方式所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作檯由兩組正向力支撐單元、兩組負向力支撐單元、兩組X向驅動單元、兩組Y向驅動單元、四組Z向驅動單元、上側動基板Al、下側動基板B1、上定基板Dl和下定基板Cl構成；
[0030]上側動基板Al、下側動基板B1、上定基板Dl和下定基板Cl均相互平行設置，且上定基板Dl位於上側動基板Al和下動基板BI之間，下側動基板BI位於上定基板Dl和下定基板Cl之間；上側動基板與下側動基板固定連接在一起，上定基板Dl和下定基板Cl固定在一起;
[0031]兩組正向力支撐單元的結構相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組負向力支撐單元的結構相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組X向驅動單元的結構相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組Y向驅動單元的結構相同，均由上動子、下動子和定子組成；四組Z向驅動單元的結構相同，均由動子和定子組成；
[0032]正向力支撐單元的上動子、負向力支撐單元的上動子、Z向驅動單元的動子、X向驅動單元的上動子和Y向驅動單元的上動子均固定在上側動基板Al的底面；
[0033]正向力支撐單元的下動子、負向力支撐單元的下動子、Z向驅動單元的定子、X向驅動單元的下動子和Y向驅動單元的下動子均固定在下側動基板BI的上表面；
[0034]正向力支撐單元的定子、負向力支撐單元的定子、X向驅動單元的定子和Y向驅動單元的定子均固定在上定基板Dl上，該上定基板Dl與上側動基板Al之間為上氣隙，該定基板Dl與下側動基板BI之間為下氣隙；
[0035]兩組正向力支撐單元、兩組負向力支撐單元、兩組X向驅動單元和兩組Y向驅動單元以定基板的中心為圓心、沿同一半徑Rl的圓周方向相間排布，其中:兩組正向力支撐單元的連線與兩組負向力支撐單元的連線相交且呈90°夾角；兩組X向驅動單元的連線與兩組Y向驅動單元的連接相交且呈90°夾角；
[0036]四組Z向驅動單元分別以下定基板的中心為圓心、沿半徑為R2的圓周方向均勻分布；R1 Φ R2 ；
[0037]正向力支撐單元的上動子、下動子和定子上均固定有永磁體，正向力支撐單元中的所有永磁體產生磁場力為推動上側動基板Al和下側動基板BI向上的力；負向力支撐單元的上動子、下動子和定子上均固定有永磁體，負向力支撐單元中的所有永磁體產生磁場力為推動上側動基板Al和下側動基板BI向下的力；正向力支撐單元和負向力支撐單元產生的磁場力共同作用使得上側動基板Al和下側動基板BI分別懸空並穩定在上定基板Dl和下定基板Cl的上方。
[0038]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯的區別在於，所述正向力支撐單元上動子包括動子上永磁體ZLl,該動子上永磁體ZLl固定在上側動基板Al的下表面；正向力支撐單元下動子包括動子下永磁體ZL2，該動子下永磁體ZL2固定在下側動基板BI的上表面；動子上永磁體ZLl與動子下永磁體ZL2均為長條形，均沿垂向方向平行充磁，且二者的充磁方向相反；
[0039]正向力支撐單元定子包括定子上永磁體和定子下永磁體，定子上永磁體固定在上定基板Dl的上表面與動子上永磁體ZLl相對應的位置,定子上永磁體的充磁方向與動子上永磁體ZLl的充磁方向相反,二者之間為上氣隙；定子下永磁體固定在定子上定基板Dl的下表面與動子下永磁體ZL2對應的位置，定子下永磁體的充磁方向與動子下永磁體ZL2的充磁方向相同，二者之間為下氣隙。
[0040]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯的區別在於，所述動子上永磁體ZLl與動子下永磁體ZL2分別都由兩塊長條形永磁體構成，兩塊長條形永磁體尺寸相同、充磁方向相同，兩塊長條形永磁體並列布置。
[0041]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯的區別在於，所述動子上永磁體ZLl與動子下永磁體ZL2分別都由兩塊長條形永磁體構成，兩塊長條形永磁體尺寸相同，兩塊長條形永磁體均為水平方向平行充磁，兩塊長條形永磁體的充磁方向相反，兩塊長條形永磁體並列布置；動子上永磁體ZLl與定子上永磁體之間形成斥力，動子下永磁體ZL2與定子下永磁體之間形成吸力。
[0042]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯的區別在於，所述負向力支撐單元上動子包括動子上永磁體FLl,該動子上永磁體FLl固定在上側動基板Al的下表面；負向力支撐單元下動子包括動子下永磁體FL2，該動子下永磁體FL2固定在下側動基板BI的上表面；動子上永磁體FLl與動子下永磁體FL2均為平板形，均沿垂向方向平行充磁，且二者的充磁方向相反；
[0043]負向力支撐單元定子包括定子永磁體FL3，定子永磁體FL3嵌固在上定基板Dl上與動子上永磁體FLl相對應的位置，定子永磁體FL3的充磁方向與動子上永磁體FLl的充磁方向相同，二者之間為上氣隙；定子永磁體FL3與動子下永磁體FL2之間為下氣隙。
[0044]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯的區別在於，所述所述正向力支撐單元的定子永磁體FL3由兩塊永磁體組成，所述兩塊永磁體分別嵌固在上定基板Dl的上表面和下表面。
[0045]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯的區別在於，所述Z向驅動單元為雙邊平板形結構的電機，動子為雙邊結構的次級，定子為初級；初級位於雙邊次級之間，二者之間為兩個氣隙，兩個氣隙相互平行，且所述氣隙平面垂直於XY平面；初級包括初級繞組與初級基板，初級繞組粘貼在由非導磁材料構成的平板形初級基板上，或嵌放在初級基板中，初級繞組有效邊平行於XY平面；每邊次級均包括次級永磁體和次級軛板,次級永磁體粘貼固定在次級軛板上,雙邊次級永磁體形成串聯磁路。
[0046]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯的區別在於，所述X向驅動單元和Y向驅動單元的結構相同，均為雙邊平板形結構的電機，上動子和下動子分別是雙邊次級的兩個次級，定子為初級，初級位於雙邊次級之間，二者之間為兩個氣隙，兩個氣隙相互平行，氣隙平面平行於XY平面；初級包括初級繞組與初級基板，初級繞組粘貼在由非導磁材料構成的平板形初級基板上，或嵌放在初級基板中，初級繞組的有效邊平行於XY平面；每邊次級包括次級永磁體和次級軛板，次級永磁體粘貼固定在次級軛板上，雙邊次級永磁體形成串聯磁路。
[0047]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯的區別在於，所述上側動基板Al、下側動基板B1、上定基板Dl和下定基板Cl的材料均是非磁性材料。
[0048]【具體實施方式】十:參見圖1至5說明本實施方式。本實施方式所述的本發明所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作檯的具體結構。本實施方式中，上側動基板Al為八邊形的平板結構，所述四組Z向驅動單元的動子分別設置在四條短邊的位置，下動基板BI為八邊形的平板結構，與上側動基板Al固定連接，上定基板Dl位於上側動基板Al和下動基板BI之間，且位於四組Z向驅動單元的動子的內側。所述X向驅動單元的初級繞組的線圈的有效邊平行於Y軸，Y向驅動單元的初級繞組的有效邊平行於X軸。
[0049]【具體實施方式】十一:參見圖6至10說明本實施方式。本實施方式所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作檯與【具體實施方式】十的區別在於，所述X向驅動單元的初級繞組的線圈邊與Y向驅動單元的初級繞組的線圈分別與X軸和Y周呈45°角，四個線圈同時通電，以產生X向電磁力、Y向電磁力以及繞Z軸的偏轉轉矩。
[0050]【具體實施方式】十二 :參見圖11至14說明本實施方式。本實施方式所述的本發明所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作檯的具體結構。本實施方式中，上側動基板Al、下側動基板BI和下定基板Cl均為矩形的平板結構，所述四組Z向驅動單元的動子分別與矩形的上側動基板Al的四條邊形平行設置，並且所述四組Z向驅動單元的動子設置在上側動基板Al的中心位置，上定基板Dl為中間帶有通孔的矩形平板結構，所述通孔用於嵌入所述四組Z向驅動單元的動子，上定基板Dl的每條邊的中間分別設置有四個矩形凸起，所述四個矩形凸起用於通過支撐體與下定基板Cl固定連接；所述X向驅動單元的初級繞組的線圈的有效邊平行於Y軸，Y向驅動單元的初級繞組的有效邊平行於X軸。
[0051]【具體實施方式】十三:參見圖15至18說明本實施方式。本實施方式所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作檯與【具體實施方式】十二所述結構的區別在於，所述X向驅動單元的初級繞組的線圈與Y向驅動單元的初級繞組的線圈各自逆時針旋轉了 45°角。
【權利要求】
1.一種六自由度短行程磁懸浮工作檯，其特徵在於，該六自由度短行程磁懸浮工作檯由兩組正向力支撐單元、兩組負向力支撐單元、兩組X向驅動單元、兩組Y向驅動單元、四組Z向驅動單元、上側動基板(Al)、下側動基板(BI)、上定基板(Dl)和下定基板(Cl)構成； 上側動基板(Al)、下側動基板(BI)、上定基板(Dl)和下定基板(Cl)均相互平行設置，且上定基板(Dl)位於上側動基板(Al)和下動基板BI之間，下側動基板(BI)位於上定基板(Dl)和下定基板(Cl)之間；上側動基板與下側動基板固定連接在一起，上定基板(Dl)和下定基板(Cl)固定在一起； 兩組正向力支撐單元的結構相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組負向力支撐單元的結構相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組X向驅動單元的結構相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組Y向驅動單元的結構相同，均由上動子、下動子和定子組成；四組Z向驅動單元的結構相同，均由動子和定子組成； 正向力支撐單元的上動子、負向力支撐單元的上動子、Z向驅動單元的動子、X向驅動單元的上動子和Y向驅動單元的上動子均固定在上側動基板(Al)的底面； 正向力支撐單元的下動子、負向力支撐單元的下動子、X向驅動單元的下動子和Y向驅動單元的下動子均固定在下側動基板(BI)的上表面； 正向力支撐單元的定子、負向力支撐單元的定子、X向驅動單元的定子和Y向驅動單元的定子均固定在上 定基板(Dl)上，該上定基板(Dl)與上側動基板(Al)之間為上氣隙，該定基板Dl與下側動基板(BI)之間為下氣隙； Z向驅動單元的定子固定在下定基板(Cl)的上表面； 兩組正向力支撐單元、兩組負向力支撐單元、兩組X向驅動單元和兩組Y向驅動單元以定基板的中心為圓心、沿同一半徑Rl的圓周方向相間排布，其中:兩組正向力支撐單元的連線與兩組負向力支撐單元的連線相交且呈90°夾角；兩組X向驅動單元的連線與兩組Y向驅動單元的連接相交且呈90°夾角； 四組Z向驅動單元分別以下定基板的中心為圓心、沿半徑為R2的圓周方向均勻分布；Rl ^ R2 ； 正向力支撐單元的上動子、下動子和定子上均固定有永磁體，正向力支撐單元中的所有永磁體產生磁場力為推動上側動基板(Al)和下側動基板(BI)向上的力；負向力支撐單元的上動子、下動子和定子上均固定有永磁體，負向力支撐單元中的所有永磁體產生磁場力為推動上側動基板(Al)和下側動基板(BI)向下的力；正向力支撐單元和負向力支撐單元產生的磁場力共同作用使得上側動基板(Al)和下側動基板(BI)分別懸空並穩定在上定基板(Dl)和下定基板(Cl)的上方。
2.根據權利要求1所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯，其特徵在於，正向力支撐單元上動子包括動子上永磁體(ZLl),該動子上永磁體(ZLl)固定在上側動基板(Al)的下表面；正向力支撐單元下動子包括動子下永磁體(ZL2)，該動子下永磁體(ZL2)固定在下側動基板(BI)的上表面；動子上永磁體(ZLl)與動子下永磁體(ZL2)均為長條形，均沿垂向方向平行充磁，且二者的充磁方向相反； 正向力支撐單元定子包括定子上永磁體和定子下永磁體，定子上永磁體固定在上定基板(Dl)的上表面與動子上永磁體(ZLl)相對應的位置,定子上永磁體的充磁方向與動子上永磁體(ZLl)的充磁方向相反,二者之間為上氣隙；定子下永磁體固定在定子上定基板(Dl)的下表面與動子下永磁體(ZL2)對應的位置，定子下永磁體的充磁方向與動子下永磁體(ZL2)的充磁方向相同，二者之間為下氣隙。
3.根據權利要求2所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯，其特徵在於動子上永磁體(ZLl)與動子下永磁體(ZL2)分別都由兩塊長條形永磁體構成，兩塊長條形永磁體尺寸相同、充磁方向相同，兩塊長條形永磁體並列布置。
4.根據權利要求2所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯，其特徵在於動子上永磁體(ZLl)與動子下永磁體(ZL2)分別都由兩塊長條形永磁體構成，兩塊長條形永磁體尺寸相同，兩塊長條形永磁體均為水平方向平行充磁，兩塊長條形永磁體的充磁方向相反，兩塊長條形永磁體並列布置；動子上永磁體(ZLl)與定子上永磁體之間形成斥力，動子下永磁體(ZL2)與定子下永磁體之間形成吸力。
5.根據權利要求1所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯，其特徵在於負向力支撐單元上動子包括動子上永磁體(FLl),該動子上永磁體(FLl)固定在上側動基板(Al)的下表面；負向力支撐單元下動子包括動子下永磁體(FL2)，該動子下永磁體(FL2)固定在下側動基板(BI)的上表面；動子上永磁體(FLl)與動子下永磁體(FL2)均為平板形，均沿垂向方向平行充磁，且二者的充磁方向相反； 負向力支撐單元定子包括定子永磁體(FL3),定子永磁體(FL3)嵌固在上定基板(Dl)上與動子上永磁體(FLl)相對應的位置，定子永磁體(FL3)的充磁方向與動子上永磁體(FLl)的充磁方向相同，二者之間為上氣隙；定子永磁體(FL3)與動子下永磁體(FL2)之間為下氣隙。
6.根據權利要 求5所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯，其特徵在於所述正向力支撐單元的定子永磁體(FL3)由兩塊永磁體組成，所述兩塊永磁體分別嵌固在上定基板(Dl)的上表面和下表面。
7.根據權利要求1所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯，其特徵在於Z向驅動單元為雙邊平板形結構的電機，動子為雙邊結構的次級，定子為初級；初級位於雙邊次級之間，二者之間為兩個氣隙，兩個氣隙相互平行，且所述氣隙平面垂直於XY平面；初級包括初級繞組與初級基板，初級繞組粘貼在由非導磁材料構成的平板形初級基板上，或嵌放在初級基板中，初級繞組有效邊平行於XY平面；每邊次級均包括次級永磁體和次級軛板，次級永磁體粘貼固定在次級軛板上，雙邊次級永磁體形成串聯磁路。
8.根據權利要求1所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯，其特徵在於X向驅動單元和Y向驅動單元的結構相同，均為雙邊平板形結構的電機，上動子和下動子分別是雙邊次級的兩個次級，定子為初級，初級位於雙邊次級之間，二者之間為兩個氣隙，兩個氣隙相互平行，氣隙平面平行於XY平面；初級包括初級繞組與初級基板，初級繞組粘貼在由非導磁材料構成的平板形初級基板上，或嵌放在初級基板中，初級繞組的有效邊平行於XY平面；每邊次級包括次級永磁體和次級軛板，次級永磁體粘貼固定在次級軛板上，雙邊次級永磁體形成串聯磁路。
9.根據權利要求1所述的六自由度短行程磁懸浮工作檯，其特徵在於，所述上側動基板(Al)、下側動基板(BI)、上定基板(Dl)和下定基板(Cl)的材料均是非磁性材料。
【文檔編號】H02N11/00GK104009674SQ201410264738
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】寇寶泉, 張赫, 張魯, 周一恆, 謝逸軒 申請人:哈爾濱工業大學