CN100468944C - 磁悬浮平面电机 - Google Patents

Abstract

一种磁悬浮平面电机，包括定子平台和可悬浮在定子平台之上动子平台，在动子平台的下表面均匀设置有若干个永磁体，定子平台包括悬浮线圈和推力线圈，若干组悬浮线圈以阵列的形式设置在悬浮线圈框架上，推力线圈包括设置在悬浮线圈框架的上表面与动子平台表面相平行且相互垂直排布的X方向推力线圈和Y方向推力线圈。本发明通过永磁体和通电多层直流线圈之间的排斥力将动子平台悬浮起来，并通过调整推力线圈电流的大小控制电磁合力，从而控制动子平台的运动方向，实现动子平台在平面上的矢量运动。

Description

磁悬浮平面电机

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮支撑和电机运动装置，特别涉及一种磁悬浮平面电机。

背景技术

随着科学技术和工业技术的不断发展，人类越来越希望更多的了解微观世界，对微尺度下的物体进行观测、研究和操作；希望通过微细加工使某种工具获得更多、更强、更精确的功能；希望在微观尺度下实现IC芯片光刻、微型机械制造、精密测量、超精密加工和生物细胞操纵等等，所以超精密定位在这些高技术领域起着越来越重要的作用。为了实现上述所有目的，需要建立可以实现复杂精密运动操作的操作平台。例如：原子力显微装置中的精密移动平台、细胞操作的机械操作手、半导体加工装置的超精密定位工作台，以及其他微型制造系统中的操作定位装置等。并且可以预料，这种在微小尺度下实现复杂精密运动的操作平台的应用将越来越广泛，越来越受到国内外科技工作者的重视，其发展前景令人鼓舞。传统的加工平台多采用层叠式导轨结构，它在X和Y方向分别采用一个驱动机构，驱动系统是两个直线电机或者旋转电机加滚珠丝杠的驱动方式。这种结构的定子与动子之间通过机械轴承联接，因此动子运动过程中存在机械摩擦。机械摩擦不仅增加动子的摩擦阻力，使运动部件产生磨损，产生机械振动和噪声，使系统的阶次变高、鲁棒性和伺服性能下降，而且限制了平台的运动精度。另外，它的运动精度受到支撑平面的限制，对支撑平面的精度要求很高，这样就影响了系统的动态响应速度并且增加了平台的制造费用。除此之外，复杂的控制结构和校准检测，也是限制它的因素之一。因此，传统加工平台的结构使得它的定位和运动精度不能满足超精密定位和加工的要求。为此，一种新型的技术——表面驱动技术已经作为一种技术被提出，以代替传统的驱动方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在运动方向上没有机械障碍，没有摩擦、磨损和润滑油污染，不仅能够满足超微细加工中超精密定位和运动要求，而且能够实现加工平台在平面上任意方向的矢量运动的磁悬浮平面电机。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括定子平台和与之相配合的动子平台，在动子平台的下表面均匀设置有三十六块磁极装配方向一致的稀土铷铁硼永磁体，定子平台包括悬浮线圈和推力线圈，悬浮线圈由十六个相互平行的多层直流线圈组成，若干组悬浮线圈以阵列的形式设置在悬浮线圈框架上，推力线圈包括设置在悬浮线圈框架的上表面与动子平台表面相平行且相互垂直排布的X方向推力线圈和Y方向推力线圈，所说的推力线圈由交错分布的两个X方向推力线圈和两个Y方向推力线圈组成。

本发明的悬浮线圈的铁芯采用冷轧硅钢片制成；动子平台为一上表面平整光滑的铝板；推力线圈的铁芯采用非铁材料制成。

本发明通过永磁体和通电多层直流线圈之间的排斥力将动子平台悬浮起来，并通过调整推力线圈电流的大小控制电磁合力，从而控制动子平台的运动方向，实现动子平台在平面上的矢量运动。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明动子平台1的俯视图；

图3是本发明定子平台7的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括定子平台7和可悬浮在定子平台7之上的上表面平整光滑的由铝板制成的动子平台1，在动子平台1的下表面均匀设置有若干个永磁体2，定子平台7包括悬浮线圈5和推力线圈，若干组悬浮线圈5以阵列的形式设置在悬浮线圈框架6上，推力线圈包括设置在悬浮线圈框架6的上表面的X方向推力线圈3和Y方向推力线圈4。

参见图2，本发明的动子平台1的下表面均匀设置有三十六块并且磁极的装配方向一致的稀土铷铁硼永磁体2。

参见图3，本发明的悬浮线圈5由十六个相互平行的多层直流线圈组成，且悬浮线圈5的铁芯采用冷轧硅钢片制成；推力线圈由平行于动子平台1表面且相互垂直排布交错分布的两个X方向推力线圈3和Y方向推力线圈4组成，其铁芯采用非铁材料制成。

本发明利用定子平台7和动子平台1的励磁磁场之间“同性相斥，异性相吸”的原理使动子平台1悬浮起来，避免了驱动系统与运动部件之间的刚性接触，消除了相对运动引起的摩擦与磨损，克服了金属粉尘及油脂污染等问题，同时在电磁推力的作用下驱动动子平台1在悬浮状态下运动。当给悬浮线圈5通电时，悬浮线圈5产生的磁场和动子平台1上的永磁体2的磁场之间的排斥力使动子平台1悬浮起来，当斥力与动子平台1的重量平衡时，平台就被稳定的悬浮在空中。动子平台水平方向的推力来源于永磁体磁场与通电推力线圈相互作用的X方向或Y方向的安培力。平台的悬浮和驱动就是通过悬浮力和两个推力的组合而实现的。通过调整两组推力线圈中电流的大小和方向，就可以实现动子平台在平面内的精密运动和定位。

Claims (4)

1、一种磁悬浮平面电机，包括定子平台[7]和与之相配合的动子平台[1]，其特征在于：在动子平台[1]的下表面均匀设置有三十六块磁极装配方向一致的稀土铷铁硼永磁体[2]，定子平台[7]包括悬浮线圈[5]和推力线圈，悬浮线圈[5]由十六个相互平行的多层直流线圈组成，若干组悬浮线圈[5]以阵列的形式设置在悬浮线圈框架[6]上，推力线圈包括设置在悬浮线圈框架[6]的上表面与动子平台[1]表面相平行且相互垂直排布的X方向推力线圈[3]和Y方向推力线圈[4]，所说的推力线圈由交错分布的两个X方向推力线圈[3]和两个Y方向推力线圈[4]组成。

2、根据权利要求1所述的磁悬浮平面电机，其特征在于：所说的悬浮线圈[5]的铁芯采用冷轧硅钢片制成。

3、根据权利要求1所述的磁悬浮平面电机，其特征在于：所说的动子平台[1]为一上表面平整光滑的铝板。

4、根据权利要求1所述的磁悬浮平面电机，其特征在于：所说的推力线圈[3、4]的铁芯采用非铁材料制成。

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