多自由度長行程磁懸浮工作檯的製作方法

2023-05-05 14:43:21

專利名稱：多自由度長行程磁懸浮工作檯的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多自由度長行程磁懸浮工作檯，屬於電機領域。
背景技術：
現代精密、超精密加工裝備對高響應、高速度、高精度的多自由度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。通常這些工作檯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，轉換為多自由度運動。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。最初的兩自由度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。根據平面電機電磁推力的產生原理，可以將平面電機分為變磁阻型、同步型和感應型。其中，同步型平面電機具有結構簡單、推力大、效率高和響應速度快等良好的綜合性能，在多自由度平面驅動裝置中具有廣闊的應用前景。目前，精密工作檯的支承方式主要有直線滑動軸承、直線滾動軸承、直線導軌以及直線氣浮導軌等，直線滑動軸承和直線滾動軸承只適合短行程運動體的支承；直線導軌又稱直線導軌副、滑軌、線性運動導軌、線性滑軌、直線滾動導軌，具有定位精度高、承載能力強、磨損小、適應高速運動、行程不受限制以及組裝容易並具互換性等優點，已成為各種工具機、數控加工中心、精密電子機械中不可缺少的重要功能部件。直線氣浮導軌具有高速度、高精度、無摩擦力、無磨損、無噪音、不需要潤滑油等優點。但是，直線導軌和直線氣浮導軌 不能在真空、超淨環境中應用。磁懸浮直線導軌是靠磁場力支承載荷或懸浮平臺的一種新型導軌，其定子、動子之間不存在機械接觸，動子可以達到很高的運行速度和支承精度。與傳統的工具機導軌相比，磁懸浮直線導軌具有無摩擦、無磨損、無需潤滑、能耗低、噪聲小、壽命長、無油汙染、維護簡單、工作溫度範圍大等優點，特別適用於高速、真空、超淨等特殊環境。同時，由於相對運動表面間沒有接觸，因而徹底消除了爬行現象，沒有因磨損和接觸疲勞所產生的精度下降和壽命問題。在高精度工作檯(如光刻機掩模臺)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氣浮導軌支承，但氣浮導軌不能在真空環境中使用。

發明內容
本發明提供了一種適用於真空環境使用的高精度的磁懸浮工作檯。
本發明所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯包括磁懸浮平衡質量框架與多自由度運動單元；磁懸浮平衡質量框架包括平衡質量框架與磁懸浮單元；多自由度運動單元包括定子上基板、定子下基板、動子基板、兩套Y向長行程直線電機、兩套X向短行程直線電機以及兩套Z向磁懸浮調整單元；定子上基板和定子下基板固定連接形成多自由度運動單元的定子框架，動子基板懸浮於該定子框架內；
平衡質量框架包括定子框架、兩個動子框架，定子框架是由兩個上邊板、兩個側板和一個下邊板組成的框架結構，所述動子框架為長方體結構，兩個動子框架分別固定在多自由度運動單元的定子框架的兩端，且所述兩個動子框架分別嵌入在定子框架兩端的上邊板、側板和下邊板組成的凹槽內；磁懸浮單元包括六組塊平板形平行充磁的動子永磁體和六組塊平板形平行充磁的定子永磁體，所述六塊動子永磁體分成兩組，每組的三塊動子永磁體分別固定在一個動子框架上面、下面和與定子框架相鄰的側面；所述六塊定子永磁體分成兩組，每組中的三塊定子永磁體分別固定到定子框架一端的上邊板的下表面、下邊板的上表面和側板的內側面，位置相對應的定子永磁體和動子永磁體之間為氣隙，並且位置相對應的動子永磁體與定子永磁體的充磁方向相反；多自由度運動單元的Y向長行程直線電機沿Y向的軸線、X向短行程直線電機沿Y向的軸線以及Z向磁懸浮調整單元的沿Y向的軸線相互平行，兩套Y向長行程直線電機沿Y向對稱鏡像設置，兩套X向短行程直線電機沿Y向對稱鏡像設置，兩套Z向磁懸浮調整單元沿Y向對稱鏡像設置；Y向長行程直線電機為雙邊初級結構，且為短次級、動次級結構，Y向長行程直線電機的上初級與定子上基板固定連接，Y向長行程直線電機的下初級與定子下基板固定連接；Y向長行程直線電機的次級與動子基板固定連接，所述Y向長行程直線電機用於調整動子基板沿Y向的運動行程；X向短行程直線電機為雙邊初級結構，且為短次級、動次級結構，X向短行程直線電機的上初級與定子上基板固定連接，X向短行程直線電機的下初級與定子下基板固定連接；X向短行程直線電機的次級與動子基板固定連接，所述X向短行程直線電機用於調整動子基板沿X向的運動行程；Z向磁懸浮調整單元由初級和次級構成，初級和次級之間為氣隙，Z向磁懸浮調整單元的上初級與定子上基板固定連接，Z向磁懸浮調整單元的下初級鐵心固定在多自由度運動單元的定子下基板上，Z向磁懸浮調整單元的次級與動子基板固定連接，所述Z向磁懸浮調整單元用於調整動子基板沿Z向的運動行程。本發明所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯中，Y向長行程直線電機中的上次級永磁體和下次級永磁體的結構相同，可以採用現有各種永磁體結構來實現，例如可以採用表貼永磁體結構、內嵌式永磁體結構或者Halbach永磁體結構。在此，僅給出一種具體表貼永磁體結構的實施例所述下次級永磁體由多塊永磁體沿Y向等間距排列成一列、每塊永磁體均為平行充磁，並且相鄰的兩塊永磁體的充磁方向相反。磁懸浮平衡質量框架也可以加主動力控制磁懸浮單元。本發明的磁懸浮工作檯採用磁懸浮平衡質量框架來降低工作檯運動中的振動與衝擊，工作檯動子為動次級結構，動子為完全非接觸支撐，實現了電機動子的6自由度運動控制，而且控制容易，運動部件質量輕，系統動態特性好，控制精度高，可適用於真空環境中。


圖I至圖3是本發明所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構示意圖。圖4至圖6是具體實施方式
二所述的一種多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構示意圖，其中，圖4是次級結構示意圖，圖5是下初級結構示意圖，圖6是圖5的局部放大圖。圖7至圖9是具體實施方式
三所述的一種多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構示意圖，其中，圖7是次級結構不意圖，圖8是下初級結構意圖，圖9是圖8的局部放大圖。圖10至圖12是具體實施方式
四所述的一種多自由度長行程磁懸浮工作 臺的結構示意圖，其中，圖10是次級結構示意圖，圖11是下初級結構示意圖，圖12是圖11的局部放大圖。圖13至圖15是具體實施方式
五所述的一種多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構示意圖，其中，圖13是次級結構示意圖，圖14是下初級結構示意圖，圖15是圖14的局部放大圖。圖16至圖18是具體實施方式
六所述的一種多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構示意圖，其中，圖16是次級結構示意圖，圖17是下初級結構示意圖，圖18是圖17的局部放大圖。圖19至圖21是具體實施方式
七所述的一種多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構示意圖，其中，圖19是次級結構示意圖，圖20是下初級結構示意圖，圖21是圖20的局部放大圖。圖22至圖24是具體實施方式
八所述的一種多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構示意圖，其中，圖22是次級結構示意圖，圖23是下初級結構示意圖，圖24是圖23的局部放大圖。圖25至圖27是具體實施方式
九所述的一種多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構示意圖，其中，圖25是次級結構示意圖，圖26是下初級結構示意圖，圖27是圖26的局部放大圖。圖28至圖30是具體實施方式
十所述的一種多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構示意圖，其中，圖28是次級結構示意圖，圖29是下初級結構示意圖，圖30是圖29的局部放大圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯包括磁懸浮平衡質量框架I與多自由度運動單元2 ;磁懸浮平衡質量框架I包括平衡質量框架與磁懸浮單元；多自由度運動單元2包括定子上基板2-1、定子下基板2-2、動子基板2-3、兩套Y向長行程直線電機、兩套X向短行程直線電機以及兩套Z向磁懸浮調整單元；定子上基板和定子下基板固定連接形成多自由度運動單元2的定子框架，動子基板2-3懸浮於該定子框架內；平衡質量框架I包括定子框架、兩個動子框架1-5，定子框架是由兩個上邊板1-1、兩個側板1-2和一個下邊板1-3組成的框架結構，所述動子框架1-5為長方體結構，兩個動子框架1-5分別固定在多自由度運動單元2的定子框架的兩端，且所述兩個動子框架1-5分別嵌入在定子框架兩端的上邊板1-1、側板1-2和下邊板1-3組成的凹槽內；磁懸浮單元包括六組塊平板形平行充磁的動子永磁體1-6和六組塊平板形平行充磁的定子永磁體
1-4，所述六塊動子永磁體1-6分成兩組，每組的三塊動子永磁體1-6分別固定在一個動子框架1-5上面、下面和與定子框架相鄰的側面；所述六塊定子永磁體1-4分成兩組，每組中的三塊定子永磁體1-4分別固定到定子框架一端的上邊板1-1的下表面、下邊板的上表面和側板1-2的內側面,位置相對應的定子永磁體1-4和動子永磁體1-6之間為氣隙，並且位置相對應的動子永磁體1-6與定子永磁體1-4的充磁方向相反；多自由度運動單元的Y向長行程直線電機沿Y向的軸線、X向短行程直線電機沿Y向的軸線以及Z向磁懸浮調整單元的沿Y向的軸線相互平行，兩套Y向長行程直線電機沿Y向對稱鏡像設置，兩套X向短行程直線電機沿Y向對稱鏡像設置，兩套Z向磁懸浮調整單元沿Y向對稱鏡像設置； Y向長行程直線電機為雙邊初級結構，且為短次級、動次級結構，Y向長行程直線電機的上初級與定子上基板固定連接，Y向長行程直線電機的下初級與定子下基板固定連接；Y向長行程直線電機的次級與動子基板固定連接，所述Y向長行程直線電機用於調整動子基板沿Y向的運動行程；X向短行程直線電機為雙邊初級結構，且為短次級、動次級結構，X向短行程直線電機的上初級與定子上基板固定連接，X向短行程直線電機的下初級與定子下基板固定連接；X向短行程直線電機的次級與動子基板固定連接，所述X向短行程直線電機用於調整動子基板沿X向的運動行程；Z向磁懸浮調整單元由初級和次級構成，初級和次級之間為氣隙，Z向磁懸浮調整單元的上初級與定子上基板固定連接，Z向磁懸浮調整單元的下初級鐵心固定在多自由度運動單元的定子下基板上，Z向磁懸浮調整單元的次級與動子基板固定連接，所述Z向磁懸浮調整單元用於調整動子基板沿Z向的運動行程。
具體實施方式
二 本實施方式是具體實施方式
一所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的一種具體結構，本實施方式中，所述Y向長行程直線電機的上初級和下初級以次級為基準鏡像對稱設置，下初級包括初級基板4-4和初級繞組4-3，所述初級基板4-4固定在定子下基板2-2的上側，所述初級繞組4-3為多相對稱繞組，該初級繞組4-3沿Y向分成i段，i為自然數，且i > I ;每段初級繞組均為多相對稱繞組，所述i段初級繞組沿Y向排成一列固定在初級基板4-4上，所述初級繞組的有效邊均與Y向相垂直；Y向長行程直線電機的次級包括上次級永磁體4-1、上永磁體固定板、下次級永磁體4-2和下永磁體固定板，所述上永磁體固定板和下永磁體固定板對稱固定在動子基板上下表面，上次級永磁體4-1固定或嵌入在上永磁體固定板上；下次級永磁體4-2固定或嵌入在下永磁體固定板上；X向短行程直線電機中，每邊的初級包括初級鐵心和初級繞組3-3，所述初級繞組固定在初級鐵心的氣隙側，每邊的初級繞組由j個線圈構成，j個線圈沿Y向等間距排列，j為自然數，且j ^ 1，每個線圈的有效邊平行於Y向；X向短行程直線電機的次級由次級上永磁體3-1、次級下永磁體3-2、上永磁體固定板和下永磁體固定板構成，上永磁體固定板和下永磁體固定板鏡像對稱固定在動子基板2-3的上下表面，次級上永磁體3-1固定在上永磁體固定板的上側，次級下永磁體3-2固定在下永磁體固定板的下側，並且，次級上永磁體3-1和次級下永磁體3-2鏡像對稱設置，其中，次級上永磁體3-1由沿X向設置的相互平行的兩列永磁體組成，並且所述兩列永磁體分別與對應的初級繞組中的線圈的兩個有效邊相對應，所有永磁體均為平行充磁，且位於同一列的永磁體的充磁方向相同，位於不同列的永磁體的充磁方向相反；Z向磁懸浮調整單元的每邊初級包括初級鐵心、初級繞組和初級永磁體5-5，所述初級鐵心5-4沿Y向分成k段，k為自然數，且1，每段初級鐵心由兩個橫截面為r形的鐵心件構成，初級永磁體為平板形永磁體5-5,並且固定在兩個相對設置的r形鐵心件的水平段中間，使得初級鐵心和初級永磁體組成門字形；初級繞組由多個線圈構成，每段初級鐵心中的兩個r形鐵心的豎直芯柱分別纏繞有一個線圈，所述兩個線圈串聯連接；次級包括上磁性次級金屬軛板5-1和下磁性次級金屬軛板5-2,所述上磁性次級金屬軛板5-1和下磁性次級金屬軛板5-2鏡像對稱安裝在動子基板2-3的上、下表面上。當本實施方式中的j和k均取值為4時，本實施方式所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構參見圖I至6所示。
具體實施方式
三本實施方式是具體實施方式
一所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的一種具體結構，本實施方式中，多自由度運動單元的X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元為集成結構，二者公用一個共用次級；Z向磁懸浮調整單元中每邊的初級包括初級鐵心5-4和初級繞組5-3，所述初級鐵心5-4是平板形鐵心，所述初級繞組固定在初級鐵心的氣隙側，所述初級繞組由2k個線圈構成，2k個線圈分成k行兩列，所述兩列線圈沿X向平行設置，k為自然數，且k > 1，每個線圈的有效邊平行與Y向；X向短行程直線電機中每邊的初級包括初級繞組3-3，所述初級繞組3-3由j個線圈排成一列構成，每個線圈的有效邊平行與Y向，該列線圈固定在Z向磁懸浮調整單元的初級繞組的氣隙側，j為自然數，且j ^ I ;所述共用次級由上次級永磁體6-1、下次級永磁體6-2、上永磁體固定板和下永磁體固定板組成，所述上永磁體固定板和下永磁體固定板鏡像對稱固定在動子基板的上下表面，上次級永磁體6-1和下次級永磁體6-2呈鏡像對稱設置、並且分別固定在上永磁體固定板和下永磁體固定板上，上次級永磁體6-1由沿X向平行設置的兩列永磁體組成，所述兩列永磁體分別與X向短行程直線電機中初級繞組的線圈的兩個有效邊相對應，位於同一列的永磁體的充磁方向相同，位於不同列的永磁體的充磁方向相反。本實施方式中，j和k的取值沒有必然聯繫，根據實際需要設計既可。本實施方式中，所述X向短行程直線電機中每邊的初級繞組3-3的一列線圈的兩個有效邊可以分別固定在與其對應的Z向磁懸浮調整單元的初級繞組5-3的兩列該線圈的中心位置，便於電機製作工藝的操作。當本實施方式中的j和k均取值為4時，本實施方式所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構參見圖7至9所示。
具體實施方式
四本實施方式是具體實施方式
一所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的一種具體結構，本實施方式中，所述Y向長行程直線電機的上初級和下初級以次級為基準鏡像對稱設置，下初級包括初級基板4-4和初級繞組4-3，所述初級基板4-4固定在定子下基板2-2的上側，所述初級繞組4-3為多相對稱繞組，該初級繞組4-3沿Y向分成i段，i為自然數，且i > I ;所述i段繞組沿Y向排成一列固定在初級基板4-4上，Y向長行程直線電機的次級包括上次級永磁體4-1、上永磁體固定板、下次級永磁體4-2和下永磁體固定板，所述上永磁體固定板和下永磁體固定板對稱固定在動子基板上下表面，上次級永磁體4-1固定或嵌入在上永磁體固定板上；下次級永磁體4-2固定或嵌入在下永磁體固定板上；X向短行程直線電機中，每邊的初級包括初級鐵心和初級繞組，所述初級繞組固定在初級鐵心的氣隙側，每邊的初級繞組由j個線圈構成，j個線圈沿Y向等間距排列，j為自然數，且j ^ 1，每個線圈的有效邊平行於Y向；X向短行程直線電機的次級由次級上永磁體3-1、次級下永磁體3-2、上永磁體固定板和下永磁體固定板構成，上永磁體固定板和下永磁體固定板鏡像對稱固定在動子基板2-3的上下表面，次級上永磁體3-1固定在上永磁體固定板的上側，次級下永磁體3-2固定在下永磁體固定板的下側，並且,次級上永磁體
3-1和次級下永磁體3-2鏡像對稱設置，其中，次級上永磁體3-1由沿X向設置的相互平行的兩列永磁體組成，並且所述兩列永磁體分別與對應的初級繞組中的線圈的兩個有效邊相對應，所有永磁體均為平行充磁，並且所述充磁方向與其相鄰的氣隙所在平面相垂直，且位於同一列的永磁體的充磁方向相同，位於不同列的永磁體的充磁方向相反； Z向磁懸浮調整單元的每邊初級包括初級鐵心和初級繞組，所述初級鐵心沿Y向分成k段，k為自然數，且1，每段初級鐵心由兩個橫截面為r形的鐵心件構成，初級永磁體為平板形永磁體，並且固定在兩個相對設置的r形鐵心件的水平段中間，使得初級鐵心和初級永磁體組成門字形；初級繞組由多個線圈構成，每段初級鐵心中的兩個r形鐵心的豎直芯柱分別纏繞有一個線圈，所述兩個線圈串聯連接；z向磁懸浮調整單元的次級包括上次級永磁體7-1、下次級永磁體7-2、上永磁體固定板和下永磁體固定板組成，所述上永磁體固定板和下永磁體固定板鏡像對稱固定在動子基板2-3的上下表面,上次級永磁體
7-1和下次級永磁體7-2呈鏡像對稱設置、並且分別固定在上永磁體固定板和下永磁體固定板上，上次級永磁體7-1由沿X向平行設置的兩列永磁體組成，所述兩列永磁體分別與Z向磁懸浮調整單元初級的兩個r形鐵心件相對應，位於同一列的永磁體的充磁方向相同，位於不同列的永磁體的充磁方向相反。當本實施方式中的j和k均取值為4時，本實施方式所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構參見圖10至12所示。
具體實施方式
五本實施方式是具體實施方式
一所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的一種具體結構，本實施方式中，多自由度運動單元的X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元為集成結構，二者公用一個共用次級，所述共用次級包括兩個次級鐵心，所述兩個次級鐵心鏡像對稱固定在動子基板2-3的上、下表面，所述次級鐵心的氣隙側表面上沿X向設置有兩個次級凸極，所述兩個次級凸極相互平行；X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元公用一個集成初級，該集成初級為雙邊結構，每一個邊的集成初級包括初級鐵心5-6、初級繞組5-7和初級永磁體5-8,初級鐵心
5-6沿Y向分成k段，k為自然數，且k ^ I ;每段初級鐵心的形狀相同，所述初級鐵心的橫截面為E字形，沿Y向每段初級鐵心上的初級繞組由兩個線圈構成，兩個初級線圈分別繞在初級鐵心兩側的芯柱上，初級永磁體為平行充磁的平板形永磁體，並且所述充磁方向與其相鄰的氣隙所在平面相垂直，所述初級永磁體固定在初級鐵心的中間芯柱的端面上。
當本實施方式中的k取值為4時，本實施方式所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構參見圖13至15所示。
具體實施方式
六本實施方式是具體實施方式
一所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的一種具體結構，本實施方式中，多自由度運動單元的X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元為集成結構，二者公用一個共用次級，且二者的初級組合在一起形成集成初級； 所述共用次級由兩對磁性次級金屬軛板5-3構成，每塊磁性次級金屬軛板5-3為平板形，每對磁性次級金屬軛板5-3中的兩塊磁性次級金屬軛板5-3分別固定在多自由度運動單元的動子基板2-3上、下表面沿X向的兩端；所述集成初級包括初級鐵心6-1、初級繞組6-3和兩塊初級永磁體6-2,初級鐵心
6-1沿Y向分成k段，k為自然數，且I ;每段初級鐵心由上鐵心、下鐵心和中間鐵心組 成，所述上鐵心和下鐵心以中間鐵心所在平面鏡像對稱設置，其中上鐵心由兩個橫截面為r形的鐵心件構成，初級永磁體6-2為平行充磁的平板形永磁體，所述兩個r形鐵心件的水平段相對設置、且中間固定一塊初級永磁體6-2形成門字形結構；每段初級鐵心的兩個r形鐵心件的豎直段上均纏繞有一個線圈，所有線圈組成初級繞組6-3 ;所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近外側的兩個r形鐵心件的豎直段的末端分別固定在中間鐵心一端的上表面和下表面；所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近內側的兩個r形鐵心件的豎直段之間為磁性次級金屬軛板5-3 ;所述上鐵心和下鐵心分別固定在多自由度運動單元的定子上基板2-1和下基板2_2。本實施方式中，磁性次級金屬軛板5-3可以固定在動子基板2-3的表面，還可以嵌入動子基板2-3固定。當本實施方式中的k取值為4時，本實施方式所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構參見圖16至18所示。
具體實施方式
七本實施方式是具體實施方式
一所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的一種具體結構，本實施方式中，多自由度運動單元的X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元為集成結構，二者公用一個共用次級，且二者的初級組合在一起形成集成初級；所述共用次級由兩對磁性次級金屬軛板5-3構成，每塊磁性次級金屬軛板5-3為平板形，每對磁性次級金屬軛板5-3中的兩塊磁性次級金屬軛板5-3分別固定在多自由度運動單元的動子基板2-3上、下表面沿X向的兩端；所述集成初級包括初級鐵心6-1、初級繞組6-3和初級永磁體6-2,初級鐵心6_1沿Y向分成k段，k為自然數，且I ;每段初級鐵心由上鐵心、下鐵心和中間鐵心組成，所述上鐵心和下鐵心以中間鐵心所在平面鏡像對稱設置，其中上鐵心為門字形鐵心，初級永磁體為為平行充磁的平板形永磁體，並且所述充磁方向與其相鄰的氣隙所在平面相垂直，所述上鐵心和下鐵心的開口方向相對設置，上鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，下鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，所有線圈組成初級繞組6-3 ;所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近外側的兩個豎直段的末端分別固定在中間鐵心一端的上表面和下表面，該中間鐵心的另一端的端面上固定由初級永磁體6-2 ;所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近內側的豎直段之間為磁性次級金屬軛板5-3 ;所述上鐵心和下鐵心分別固定在多自由度運動單元的定子上基板2-1和下基板2-2。本實施方式中，磁性次級金屬軛板5-3可以固定在動子基板2-3的表面，還可以嵌入動子基板2-3固定。當本實施方式中的k取值為4時，本實施方式所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構參見圖19至21所示。
具體實施方式
八本 實施方式是具體實施方式
一所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的一種具體結構，本實施方式中，多自由度運動單元的X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元為集成結構，二者公用一個次級，且二者的初級組合在一起形成集成初級； 所述共用次級由兩對磁性次級金屬軛板5-3構成，每塊磁性次級金屬軛板5-3為平板形，每對磁性次級金屬軛板5-3中的兩塊磁性次級金屬軛板5-3分別固定在多自由度運動單元的動子基板2-3上、下表面沿X向的兩端；所述集成初級包括初級鐵心6-1、初級繞組6-3和兩塊初級永磁體6-2，初級鐵心6-1沿Y向分成k段，k為自然數，且k彡I ;每段初級鐵心由上鐵心、下鐵心和中間鐵心組成，所述上鐵心和下鐵心以中間鐵心所在平面鏡像對稱設置，其中上鐵心為門字形鐵心，初級永磁體為平行充磁的平板形永磁體，並且所述充磁方向與其相鄰的氣隙所在平面相垂直，所述上鐵心和下鐵心的開口方向相對設置，上鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，下鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，所有線圈組成初級繞組6-3 ;所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近外側的兩個豎直段的末端分別固定在中間鐵心一端的上表面和下表面；所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近內側的豎直段的末端分別固定由一塊初級永磁體6-2，所述兩塊初級永磁體6-2之間為磁性次級金屬軛板5-3 ;所述上鐵心和下鐵心分別固定在多自由度運動單元的定子上基板2-1和下基板2-2。本實施方式中，磁性次級金屬軛板5-3可以固定在動子基板2-3的表面，還可以嵌入動子基板2-3固定。當本實施方式中的k取值為4時，本實施方式所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構參見圖22至24所示。
具體實施方式
九本實施方式是具體實施方式
一所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的一種具體結構，本實施方式中，多自由度運動單元的X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元為集成結構，二者公用一個次級，且二者的初級組合在一起形成集成初級；所述共用次級由兩對次級軛板5-4和兩塊次級永磁體5-5構成，所述次級永磁體5-5為平行充磁的平板型永磁體，並且所述充磁方向為水平方向；每塊次級軛板5-4為長條形平板，每對次級軛板5-4中的兩塊次級軛板5-4分別固定在多自由度運動單元的動子基板2-3上、下表面沿X向的兩端，兩塊次級永磁體5-5分別固定在兩塊次級軛板5-4的外側端面上；兩塊次級軛板5-4、兩塊次級永磁體5-5與所述動子基板2-3形成平板結構；所述集成初級包括初級鐵心6-1和初級繞組6-3，初級鐵心6-1沿Y向分成k段，k為自然數，且k ^ I ;每段初級鐵心由上鐵心、下鐵心和中間鐵心組成，所述上鐵心和下鐵心以中間鐵心所在平面鏡像對稱設置，其中上鐵心為門字形鐵心，所述上鐵心和下鐵心的開口方向相對設置，上鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，下鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，所有線圈組成初級繞組6-3 ;所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近外側的兩個豎直段的末端分別固定在中間鐵心一端的上表面和下表面；所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近內側的豎直段之間為次級；所述上鐵心和下鐵心分別固定在多自由度運動單元的定子上基板2_1和下基板2_2。本實施方式中，次級軛板5-4可以固定在動子基板2-3的表面，還可以嵌入動子基板2-3固定。當本實施方式中的k取值為4時，本實施方式所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構參見圖25至27所示。
具體實施方式
十本實施方式是具體實施方式
一所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的一種具體結構，本實施方式中，多自由度運動單元的X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元為集成結構，二者公用一個共用次級，且二者的初級組合在一起形成集成初級； 所述共用次級由兩對次級軛板5-4和四塊次級永磁體5-5構成，所述次級永磁體5-5為平行充磁的平板型永磁體，並且所述充磁方向平行於Z向；每塊次級軛板5-4均為長條形平板，每對次級軛板5-4的兩塊次級軛板5-4分別固定在多自由度運動單元的動子基板2-3上、下表面沿X向的兩端；每塊次級軛板5-4的氣隙側均固定有一塊次級永磁體5-5 ；所述集成初級包括初級鐵心6-1和初級繞組6-3，初級鐵心6-1沿Y向分成k段，k為自然數，且k ^ I ;每段初級鐵心由上鐵心、下鐵心和中間鐵心組成，所述上鐵心和下鐵心以中間鐵心所在平面鏡像對稱設置，其中上鐵心為門字形鐵心，所述上鐵心和下鐵心的開口方向相對設置，上鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，下鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，所有線圈組成初級繞組6-3 ;所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近外側的兩個豎直段的末端分別固定在中間鐵心一端的上表面和下表面；所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近內側的豎直段之間為次級；所述上鐵心和下鐵心分別固定在多自由度運動單元的定子上基板2_1和下基板2_2。當本實施方式中的k取值為4時，本實施方式所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯的結構參見圖28至30所示。上述各個實施方式所述的Y向長行程直線電機中的上次級永磁體4-1和下次級永磁體4-2的結構相同，可以採用現有各種永磁體結構來實現，例如可以採用表貼永磁體結構、內嵌式永磁體結構或者Halbach永磁體結構。在此，僅給出一種具體表貼永磁體結構的實施例所述下次級永磁體4-2由多塊永磁體沿Y向等間距排列成一列、每塊永磁體均為平行充磁，並且相鄰的兩塊永磁體的充磁方向相反。本發明所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯中的磁懸浮平衡質量框架也可以加主動力控制磁懸浮單元。本發明所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯中的具體結構不局限於上述各個實施方式所描述的具體結構，還可以是各個實施方式所描述的技術特徵的合理組合。
權利要求
1.多自由度長行程磁懸浮工作檯，該工作檯包括磁懸浮平衡質量框架(I)與多自由度運動單元(2);磁懸浮平衡質量框架(I)包括平衡質量框架與磁懸浮單元；多自由度運動單元(2)包括定子上基板(2-1)、定子下基板(2-2)、動子基板(2-3)、兩套Y向長行程直線電機、兩套X向短行程直線電機以及兩套Z向磁懸浮調整單元；定子上基板和定子下基板固定連接形成多自由度運動單元(2)的定子框架，動子基板(2-3)懸浮於該定子框架內； 平衡質量框架(I)包括定子框架、兩個動子框架(1-5)，定子框架是由兩個上邊板(1-1)、兩個側板(1-2)和一個下邊板(1-3)組成的框架結構，所述動子框架(1-5)為長方體結構，兩個動子框架(1-5)分別固定在多自由度運動單元(2)的定子框架的兩端，且所述兩個動子框架(1-5)分別嵌入在定子框架兩端的上邊板(1-1 )、側板(1-2)和下邊板(1-3)組成的凹槽內；磁懸浮單元包括六組塊平板形平行充磁的動子永磁體(1-6)和六組塊平板形平行充磁的定子永磁體(1-4)，所述六塊動子永磁體(1-6)分成兩組，每組的三塊動子永磁體(1-6)分別固定在一個動子框架(1-5)上面、下面和與定子框架相鄰的側面；所述六塊定子永磁體(1-4)分成兩組，每組中的三塊定子永磁體(1-4)分別固定到定子框架一端的上邊板(I -1)的下表面、下邊板的上表面和側板(I -2 )的內側面，位置相對應的定子永磁體(1-4)和動子永磁體(1-6)之間為氣隙,並且位置相對應的動子永磁體(1-6)與定子永磁體(1-4)的充磁方向相反； 多自由度運動單元的Y向長行程直線電機沿Y向的軸線、X向短行程直線電機沿Y向的軸線以及Z向磁懸浮調整單元的沿Y向的軸線相互平行，兩套Y向長行程直線電機沿Y向對稱鏡像設置，兩套X向短行程直線電機沿Y向對稱鏡像設置，兩套Z向磁懸浮調整單元沿Y向對稱鏡像設置； Y向長行程直線電機為雙邊初級結構，且為短次級、動次級結構，Y向長行程直線電機的上初級與定子上基板固定連接，Y向長行程直線電機的下初級與定子下基板固定連接；Y向長行程直線電機的次級與動子基板固定連接，所述Y向長行程直線電機用於調整動子基板沿Y向的運動行程； X向短行程直線電機為雙邊初級結構，且為短次級、動次級結構，X向短行程直線電機的上初級與定子上基板固定連接，X向短行程直線電機的下初級與定子下基板固定連接；X向短行程直線電機的次級與動子基板固定連接，所述X向短行程直線電機用於調整動子基板沿X向的運動行程； Z向磁懸浮調整單元由初級和次級構成，初級和次級之間為氣隙，Z向磁懸浮調整單元的上初級與定子上基板固定連接，Z向磁懸浮調整單元的下初級鐵心固定在多自由度運動單元的定子下基板上，Z向磁懸浮調整單元的次級與動子基板固定連接，所述Z向磁懸浮調整單元用於調整動子基板沿Z向的運動行程。
2.根據權利要求I所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯，其特徵在於，所述Y向長行程直線電機的上初級和下初級以次級為基準鏡像對稱設置，下初級包括初級基板(4-4)和初級繞組(4-3 )，所述初級基板(4-4 )固定在定子下基板(2-2 )的上側，所述初級繞組(4-3 )為多相對稱繞組，該初級繞組(4-3)沿Y向分成i段，i為自然數，且i > I ;每段初級繞組均為多相對稱繞組，所述i段初級繞組沿Y向排成一列固定在初級基板(4-4)上，所述初級繞組的有效邊均與Y向相垂直；Y向長行程直線電機的次級包括上次級永磁體(4-1)、上永磁體固定板、下次級永磁體(4-2 )和下永磁體固定板，所述上永磁體固定板和下永磁體固定板對稱固定在動子基板上下表面，上次級永磁體(4-1)固定或嵌入在上永磁體固定板上；下次級永磁體(4-2)固定或嵌入在下永磁體固定板上； X向短行程直線電機中，每邊的初級包括初級鐵心和初級繞組(3-3)，所述初級繞組固定在初級鐵心的氣隙側，每邊的初級繞組由j個線圈構成，j個線圈沿Y向等間距排列，j為自然數，且j ^ 1，每個線圈的有效邊平行於Y向；X向短行程直線電機的次級由次級上永磁體(3-1)、次級下永磁體(3-2)、上永磁體固定板和下永磁體固定板構成,上永磁體固定板和下永磁體固定板鏡像對稱固定在動子基板(2-3)的上下表面,次級上永磁體(3-1)固定在上永磁體固定板的上側，次級下永磁體(3-2)固定在下永磁體固定板的下側，並且，次級上永磁體(3-1)和次級下永磁體(3-2)鏡像對稱設置，其中，次級上永磁體(3-1)由沿X向設置的相互平行的兩列永磁體組成，並且所述兩列永磁體分別與對應的初級繞組中的線圈的兩個有效邊相對應，所有永磁體均為平行充磁，且位於同一列的永磁體的充磁方向相同，位於不同列的永磁體的充磁方向相反； Z向磁懸浮調整單元的每邊初級包括初級鐵心、初級繞組和級永磁體(5-5)初級永磁體(5-5)，所述初級鐵心(5-4)沿Y向分成k段，k為自然數，且1，每段初級鐵心由兩個橫截面為r形的鐵心件構成，初級永磁體為平板形永磁體(5-5)，並且固定在兩個相對設置的r形鐵心件的水平段中間，使得初級鐵心和初級永磁體組成門字形；初級繞組由多個線圈構成，每段初級鐵心中的兩個r形鐵心的豎直芯柱分別纏繞有一個線圈，所述兩個線圈串聯連接；次級包括上磁性次級金屬軛板(5-1)和下磁性次級金屬軛板(5-2 )，所述上磁性次級金屬軛板(5-1)和下磁性次級金屬軛板(5-2)鏡像對稱安裝在動子基板(2-3)的上、下表面上。
3.根據權利要求I所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯，其特徵在於，多自由度運動單元的X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元為集成結構，二者公用一個共用次級； Z向磁懸浮調整單元中每邊的初級包括初級鐵心(5-4)和初級繞組(5-3)，所述初級鐵心(5-4)是平板形鐵心，所述初級繞組固定在初級鐵心的氣隙側，所述初級繞組由2k個線圈構成，2k個線圈分成k行兩列，所述兩列線圈沿X向平行設置，k為自然數，且k > 1，每個線圈的有效邊平行與Y向； X向短行程直線電機中每邊的初級包括初級繞組(3-3)，所述初級繞組(3-3)由j個線圈排成一列構成，每個線圈的有效邊平行與Y向，該列線圈固定在Z向磁懸浮調整單元的初級繞組的氣隙側，j為自然數，且j ^ I ; 所述共用次級由上次級永磁體(6-1)、下次級永磁體(6-2 )、上永磁體固定板和下永磁體固定板組成，所述上永磁體固定板和下永磁體固定板鏡像對稱固定在動子基板的上下表面，上次級永磁體(6-1)和下次級永磁體(6-2)呈鏡像對稱設置、並且分別固定在上永磁體固定板和下永磁體固定板上，上次級永磁體(6-1)由沿X向平行設置的兩列永磁體組成，所述兩列永磁體分別與X向短行程直線電機中初級繞組的線圈的兩個有效邊相對應，位於同一列的永磁體的充磁方向相同，位於不同列的永磁體的充磁方向相反。
4.根據權利要求2所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯，其特徵在於所述Y向長行程直線電機的上初級和下初級以次級為基準鏡像對稱設置，下初級包括初級基板(4-4)和初級繞組(4-3 )，所述初級基板(4-4)固定在定子下基板(2-2 )的上側，所述初級繞組(4-3 )為多相對稱繞組，該初級繞組(4-3)沿Y向分成i段，i為自然數，且i > I ;所述i段繞組沿Y向排成一列固定在初級基板(4-4)上，Y向長行程直線電機的次級包括上次級永磁體(4-1),上永磁體固定板、下次級永磁體(4-2 )和下永磁體固定板，所述上永磁體固定板和下永磁體固定板對稱固定在動子基板上下表面，上次級永磁體(4-1)固定或嵌入在上永磁體固定板上；下次級永磁體(4-2)固定或嵌入在下永磁體固定板上； X向短行程直線電機中，每邊的初級包括初級鐵心和初級繞組，所述初級繞組固定在初級鐵心的氣隙側，每邊的初級繞組由j個線圈構成，j個線圈沿Y向等間距排列，j為自然數，且j ^ 1，每個線圈的有效邊平行於Y向；X向短行程直線電機的次級由次級上永磁體(3-1)、次級下永磁體(3-2)、上永磁體固定板和下永磁體固定板構成，上永磁體固定板和下永磁體固定板鏡像對稱固定在動子基板(2-3)的上下表面，次級上永磁體(3-1)固定在上永磁體固定板的上側，次級下永磁體(3-2)固定在下永磁體固定板的下側，並且，次級上永磁體(3-1)和次級下永磁體(3-2)鏡像對稱設置，其中，次級上永磁體(3-1)由沿X向設置的相互平行的兩列永磁體組成，並且所述兩列永磁體分別與對應的初級繞組中的線圈的兩個有效邊相對應，所有永磁體均為平行充磁，並且所述充磁方向與其相鄰的氣隙所在平面相垂直，且位於同一列的永磁體的充磁方向相同，位於不同列的永磁體的充磁方向相反； Z向磁懸浮調整單元的每邊初級包括初級鐵心(5-4)和初級繞組(5-3)，所述初級鐵心沿Y向分成k段，k為自然數，且1，每段初級鐵心由兩個橫截面為r形的鐵心件構成，初級永磁體為平板形永磁體，並且固定在兩個相對設置的r形鐵心件的水平段中間，使得初級鐵心和初級永磁體組成門字形；初級繞組由多個線圈構成，每段初級鐵心中的兩個r形鐵心的豎直芯柱分別纏繞有一個線圈，所述兩個線圈串聯連接； Z向磁懸浮調整單元的次級包括上次級永磁體(7-1 )、下次級永磁體(7-2)、上永磁體固定板和下永磁體固定板組成，所述上永磁體固定板和下永磁體固定板鏡像對稱固定在動子基板(2-3)的上下表面，上次級永磁體(7-1)和下次級永磁體(7-2)呈鏡像對稱設置、並且分別固定在上永磁體固定板和下永磁體固定板上，上次級永磁體(7-1)由沿X向平行設置的兩列永磁體組成，所述兩列永磁體分別與Z向磁懸浮調整單元初級的兩個r形鐵心件相對應，位於同一列的永磁體的充磁方向相同，位於不同列的永磁體的充磁方向相反。
5.根據權利要求I所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯，其特徵在於多自由度運動單元的X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元為集成結構，二者公用一個共用次級，所述共用次級包括兩個次級鐵心，所述兩個次級鐵心鏡像對稱固定在動子基板(2-3)的上、下表面，所述次級鐵心的氣隙側表面上沿X向設置有兩個次級凸極，所述兩個次級凸極相互平行； X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元公用一個集成初級，該集成初級為雙邊結構，每一個邊的集成初級包括初級鐵心(5-6)、初級繞組(5-7)和初級永磁體(5-8)，初級鐵心(5-6)沿Y向分成k段，k為自然數，且k ^ I ;每段初級鐵心的形狀相同，所述初級鐵心的橫截面為E字形，沿Y向每段初級鐵心上的初級繞組由兩個線圈構成，兩個初級線圈分別繞在初級鐵心兩側的芯柱上，初級永磁體為平行充磁的平板形永磁體，並且所述充磁方向與其相鄰的氣隙所在平面相垂直，所述初級永磁體固定在初級鐵心的中間芯柱的端面上。
6.根據權利要求I所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯，其特徵在於多自由度運動單元的X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元為集成結構，二者公用一個共用次級，且二者的初級組合在一起形成集成初級；所述共用次級由兩對磁性次級金屬軛板(5-3)構成，每塊磁性次級金屬軛板(5-3)為平板形，每對磁性次級金屬軛板(5-3)中的兩塊磁性次級金屬軛板(5-3)分別固定在多自由度運動單元的動子基板(2-3)上、下表面沿X向的兩端； 所述集成初級包括初級鐵心(6-1)、初級繞組(6-3)和兩塊初級永磁體(6-2)，初級鐵心(6-1)沿Y向分成k段，k為自然數，且k彡I ;每段初級鐵心由上鐵心、下鐵心和中間鐵心組成，所述上鐵心和下鐵心以中間鐵心所在平面鏡像對稱設置，其中上鐵心由兩個橫截面為r形的鐵心件構成，初級永磁體(6-2)為平行充磁的平板形永磁體，所述兩個r形鐵心件的水平段相對設置、且中間固定一塊初級永磁體(6-2)形成門字形結構；每段初級鐵心的兩個r形鐵心件的豎直段上均纏繞有一個線圈，所有線圈組成初級繞組(6-3);所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近外側的兩個r形鐵心件的豎直段的末端分別固定在中間鐵心一端的上表面和下表面；所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近內側的兩個r形鐵心件的豎直段之間為磁性次級金屬軛板(5-3);所述上鐵心和下鐵心分別固定在多自由度運動單元的定 子上基板(2-1)和下基板(2-2)。
7.根據權利要求I所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯，其特徵在於多自由度運動單元的X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元為集成結構，二者公用一個共用次級，且二者的初級組合在一起形成集成初級； 所述共用次級由兩對磁性次級金屬軛板(5-3)構成，每塊磁性次級金屬軛板(5-3)為平板形，每對磁性次級金屬軛板(5-3)中的兩塊磁性次級金屬軛板(5-3)分別固定在多自由度運動單元的動子基板(2-3)上、下表面沿X向的兩端； 所述集成初級包括初級鐵心(6-1)、初級繞組(6-3)和初級永磁體(6-2)，初級鐵心(6-1)沿Y向分成k段，k為自然數，且k彡I ;每段初級鐵心由上鐵心、下鐵心和中間鐵心組成，所述上鐵心和下鐵心以中間鐵心所在平面鏡像對稱設置，其中上鐵心為門字形鐵心，初級永磁體為為平行充磁的平板形永磁體，並且所述充磁方向與其相鄰的氣隙所在平面相垂直，所述上鐵心和下鐵心的開口方向相對設置，上鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，下鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，所有線圈組成初級繞組(6-3);所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近外側的兩個豎直段的末端分別固定在中間鐵心一端的上表面和下表面，該中間鐵心的另一端的端面上固定由初級永磁體(6-2);所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近內側的豎直段之間為磁性次級金屬軛板(5-3);所述上鐵心和下鐵心分別固定在多自由度運動單元的定子上基板(2-1)和下基板(2-2)。
8.根據權利要求I所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯，其特徵在於多自由度運動單元的X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元為集成結構，二者公用一個次級，且二者的初級組合在一起形成集成初級； 所述共用次級由兩對磁性次級金屬軛板(5-3)構成，每塊磁性次級金屬軛板(5-3)為平板形，每對磁性次級金屬軛板(5-3)中的兩塊磁性次級金屬軛板(5-3)分別固定在多自由度運動單元的動子基板(2-3)上、下表面沿X向的兩端； 所述集成初級包括初級鐵心(6-1)、初級繞組(6-3)和兩塊初級永磁體(6-2)，初級鐵心(6-1)沿Y向分成k段，k為自然數，且k彡I ;每段初級鐵心由上鐵心、下鐵心和中間鐵心組成，所述上鐵心和下鐵心以中間鐵心所在平面鏡像對稱設置，其中上鐵心為門字形鐵心，初級永磁體為平行充磁的平板形永磁體，並且所述充磁方向與其相鄰的氣隙所在平面相垂直，所述上鐵心和下鐵心的開口方向相對設置，上鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，下鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，所有線圈組成初級繞組(6-3);所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近外側的兩個豎直段的末端分別固定在中間鐵心一端的上表面和下表面；所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近內側的豎直段的末端分別固定由一塊初級永磁體(6-2 )，所述兩塊初級永磁體(6-2 )之間為磁性次級金屬軛板(5-3 );所述上鐵心和下鐵心分別固定在多自由度運動單元的定子上基板(2-1)和下基板(2-2)。
9.根據權利要求I所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯，其特徵在於多自由度運動單元的X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元為集成結構，二者公用一個次級，且二者的初級組合在一起形成集成初級； 所述共用次級由兩對次級軛板(5-4)和兩塊次級永磁體(5-5)構成，所述次級永磁體(5-5)為平行充磁的平板型永磁體,並且所述充磁方向為水平方向；每塊次級軛板(5-4)為長條形平板，每對次級軛板(5-4)中的兩塊次級軛板(5-4)分別固定在多自由度運動單元的動子基板(2-3)上、下表面沿X向的兩端，兩塊次級永磁體(5-5)分別固定在兩塊次級軛板(5-4 )的外側端面上；兩塊次級軛板(5-4 )、兩塊次級永磁體(5-5 )與所述動子基板(2-3 )形成平板結構； 所述集成初級包括初級鐵心(6-1)和初級繞組(6-3)，初級鐵心(6-1)沿Y向分成k段，k為自然數，且k ^ I ;每段初級鐵心由上鐵心、下鐵心和中間鐵心組成，所述上鐵心和下鐵心以中間鐵心所在平面鏡像對稱設置，其中上鐵心為門字形鐵心，所述上鐵心和下鐵心的開口方向相對設置，上鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，下鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，所有線圈組成初級繞組(6-3);所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近外側的兩個豎直段的末端分別固定在中間鐵心一端的上表面和下表面；所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近內側的豎直段之間為次級；所述上鐵心和下鐵心分別固定在多自由度運動單元的定子上基板(2-1)和下基板(2-2 )。
10.根據權利要求I所述的多自由度長行程磁懸浮工作檯，其特徵在於多自由度運動單元的X向短行程直線電機與Z向磁懸浮調整單元為集成結構，二者公用一個共用次級，且二者的初級組合在一起形成集成初級； 所述共用次級由兩對次級軛板(5-4)和四塊次級永磁體(5-5)構成，所述次級永磁體(5-5)為平行充磁的平板型永磁體，並且所述充磁方向為平行於Z向；每塊次級軛板(5-4)均為長條形平板，每對次級軛板(5-4)的兩塊次級軛板(5-4)分別固定在多自由度運動單元的動子基板(2-3)上、下表面沿X向的兩端；每塊次級軛板(5-4)的氣隙側均固定有一塊次級永磁體(5-5)； 所述集成初級包括初級鐵心(6-1)和初級繞組(6-3)，初級鐵心(6-1)沿Y向分成k段，k為自然數，且k > I ;每段初級鐵心由上鐵心、下鐵心和中間鐵心組成，所述上鐵心和下鐵心以中間鐵心所在平面鏡像對稱設置，其中上鐵心為門字形鐵心，所述上鐵心和下鐵心的開口方向相對設置，上鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，下鐵心的兩個豎直段上分別纏繞有一個線圈，所有線圈組成初級繞組(6-3);所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近外側的兩個豎直段的末端分別固定在中間鐵心一端的上表面和下表面；所述上鐵心和下鐵心沿X向臨近內側的豎直段之間為次級；所述上鐵心和下鐵心分別固定在多自由度運動單元的定子上基板(2-1)和下基板(2-2 )。
全文摘要
多自由度長行程磁懸浮工作檯，涉及一種多自由度長行程磁懸浮工作檯。本發明提供了一種適用於真空環境使用的高精度的磁懸浮工作檯。該工作檯主要由磁懸浮平衡質量框架與多自由度運動單元構成；磁懸浮平衡質量框架主要由平衡質量框架與磁懸浮單元構成，其中磁懸浮單元用於支撐平衡質量框架的定子框架與動子框架，使二者之間沒有接觸；多自由度運動單元主要由Y向長行程直線電機、X向短行程直線電機以及Z向磁懸浮調整單元構成，其中Y向長行程直線電機、X向短行程直線電機以及Z向磁懸浮調整單元的定子和動子分別與平衡質量框架中的定子框架和動子框架固定連接，用於實現對該動子框架的六自由度運動調整。本發明尤其適用於真空環境使用。
文檔編號H02K41/02GK102723842SQ20121023553
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月9日 優先權日2012年7月9日
發明者寇寶泉, 張赫, 張魯, 羅俊 申請人:哈爾濱工業大學