磁懸浮平衡質量框架的製作方法

2023-05-09 16:32:56 2

本發明是涉及一種平衡質量框架。

背景技術：

在光刻機工件臺中，為了提高運動控制精度、減小衝擊和振動，通常採用平衡質量框架來緩衝直線電機高速運動產生的反作用力，平衡質量框架一般採用靜壓氣浮。當平衡質量框架偏離平衡位置後，需要採用恢復機構，使平衡質量框架回到平衡位置，特別是當作用到平衡質量框架上力為高頻力，由於平衡質量框架自身的阻尼小，需要外加阻尼力來快速衰減平衡質量框架的振動，以保證系統的穩定性。傳統的恢復機構以及阻尼力的產生一般採用旋轉電機來實現，通過檢測平衡質量框架的位置和速度，採用閉環控制來使平衡質量框架快速、準確地回到平衡位置。

但是上述平衡質量框架存在如下問題：一是靜壓氣浮系統複雜，且不能在真空環境下使用；二是恢復機構以及阻尼力的產生裝置複雜，控制難度大。

技術實現要素：

為了解決現有的平衡質量框架存在的問題，本發明提出一種新型的磁懸浮平衡質量框架。

本發明所述的磁懸浮平衡質量框架包括基礎框架、平衡質量框架、四個磁懸浮支撐單元、一對磁力恢復機構以及一對電磁阻尼器；基礎框架是平面矩形框架結構，所述框架結構上表面的四個角位置分別設置有四個磁懸浮支撐單元的定子，該四個磁懸浮支撐單元的定子均與基礎框架由固定連接；平衡質量框架與基礎框架相互平行設置，且位於所述基礎框架的正上方，四個磁懸浮支撐單元的動子均與該平衡質量框架固定連接；組成一對磁力恢復機構的兩個磁力恢復機構的定子分別固定安裝在基礎框架相對的兩個邊上；組成一對電磁阻尼器的兩個電磁阻尼器的定子分別固定安裝在基礎框架相對的兩個邊上；並且，在基礎框架的同一個邊上同時設置有磁力恢復機構的定子和電磁阻尼器的定子；每個磁力恢復機構的動子與平衡質量框架固定連接，每個電磁阻尼器的動子均與平衡質量框架固定連。

本發明所述的磁懸浮支撐單元可以採用下述結構：

磁懸浮支撐單元包括定子和動子，定子由定子永磁體和定子永磁體固定板構成，定子永磁體粘貼固定在定子永磁體固定板的氣隙側，定子永磁體為平行充磁的平板形永磁體，所述充磁方向垂直於與該定子永磁體相鄰氣隙所在平面；動子由動子永磁體和動子永磁體固定板構成，動子永磁體粘貼固定在動子永磁體固定板的氣隙側，動子永磁體為平行充磁的平板形永磁體，該動子永磁體的充磁方向垂直於與該動子永磁體相鄰氣隙所在平面；定子永磁體和動子永磁體的充磁方向相反。

本發明所述的磁力恢復機構可以採用下述結構：

磁力恢復機構包括外勵磁部件和內勵磁部件，所述外勵磁部件為筒形結構，內勵磁部件位於外勵磁部件內部，內勵磁部件與外勵磁部件之間為氣隙；所述外勵磁部件和內勵磁部件之間產生沿水平方向相互排斥的力。

本發明所述的電磁阻尼器可以採用下述結構：

電磁阻尼器由初級和次級構成，初級包括低電阻率非磁性金屬板；次級為雙邊次級結構，初級與雙邊次級之間為氣隙；每邊次級包括軛板、(n+1)組X向勵磁單元與n組Y向勵磁單元，n為大於或等於l的自然數，X向勵磁單元由多塊長條形X向永磁體構成，所述X向永磁體沿X向均勻排列並固定在平板形的軛板上，永磁體垂直於X-Y平面平行充磁，每相鄰兩塊永磁體的充磁方向相反；Y向勵磁單元由多塊長條形Y向永磁體構成，所述Y向永磁體沿Y向均勻排列並固定在平板形的軛板上，永磁體垂直於X-Y平面平行充磁，每相鄰兩塊永磁體的充磁方向相反；初級的低電阻率非磁性金屬板的面積覆蓋X向勵磁單元和Y向勵磁單元的運動範圍。

本發明所述的磁懸浮平衡質量框架還可以包括間隙控制裝置，該間隙控制裝置用於調整磁懸浮支撐單元的定子和動子之間的氣隙的寬度，間隙控制裝置由電磁力發生單元和控制單元構成，所述電磁力發生單元由定子和動子組成，所述動子與基礎框架固定連接，所述電磁力發生單元的動子與平衡質量框架固定連接，所述電勵磁發生單元的定子和動子之間產生電磁力，所述控制單元用於發出控制信號給電磁力發生單元，用於控制電磁力發生單元的定子和動子之間所產生的電磁力的大小，以調整。

本發明的主要優點：(1)平衡質量框架採用磁懸浮支撐，幹擾小、精度高，且可以在真空環境下使用；(2)恢復機構採用磁力恢復機構，實現了平衡質量框架與基礎框架之間的完全非接觸，且結構簡單，不需要主動控制；(3)阻尼系統採用電磁阻尼器，確保了平衡質量框架與基礎框架之間的完全非接觸，且結構簡單，不需要主動控制，降低了能量消耗，提高了環境溫度控制精度。

附圖說明

圖1是本發明所述的磁懸浮平衡質量框架的總體結構示意圖；

圖2是圖l的左視圖。

具體實施方式

本實施方式所述的磁懸浮平衡質量框架包括基礎框架l、平衡質量框架2、四個磁懸浮支撐單元3、一對磁力恢復機構4以及一對電磁阻尼器5；

基礎框架l是平面矩形框架結構，所述框架結構上表面的四個角位置分別設置有四個磁懸浮支撐單元3的定子3-1，該四個磁懸浮支撐單元的定子3-1均與基礎框架l由固定連接；

平衡質量框架2與基礎框架l相互平行設置，且位於所述基礎框架的正上方，四個磁懸浮支撐單元的動子3-3均與該平衡質量框架2固定連接；

參見圖l和2所示，從圖2中可以看到，一個磁力恢復機構4和一個電磁阻尼器5位於同一側。

當上述結構中的動子採用永磁體實現時，通過控制單元調整作為定子的電磁線圈中電流的方向，實現對動子和定子之間產生吸引力或排斥力的調整。

上述結構中，所述動子也可以採用電磁線圈實現。

本發明中的平衡質量框架可以採用非磁性材料構成。