CN102176649B - 磁悬浮平面进给运动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮平面进给运动装置，采用平面电机进行驱动，定子平台上装有用硅钢片均匀组成的方形凸头阵列定子，在Y向动平台上安置了2套相互正交的三相励磁绕组动子，动子平台的支撑分别由2个方向上的磁悬浮滑套来实现，磁悬浮滑套安装在X、Y方向圆柱导轨上，通过对磁悬浮滑套中的线圈电流控制使动子平台悬浮起来，提高了平面运动的平稳性和效率，通过调节对三相励磁绕组动子施加激励电压，产生电磁驱动力控制动子平台的平面运动方向。在2个运动方向采用光栅传感器进行运动位置检测，实现精确的平面进给运动。可应用于光电子、微电子等产品制造的专用设备上，具有广泛的市场前景。

Description

磁悬浮平面进给运动装置

技术领域

本发明涉及一种二坐标平面运动装置，特别是涉及一种磁悬浮平面进给运动装置。

背景技术

传统的平面进给运动装置由两个坐标方向旋转电机通过直线运动转换机构的变换成直线运动叠加而成。由于直线运动转换机构存在摩擦、侧隙、变形等一系列问题，精度很难达到较高的水平，且驱动效率不高，动态响应速度慢。近年来，直线电机开始在二维平面定位装置中获得应用，但是，这种定位装置仍然采用单维运动机构叠加的模式，难以满足光电子、微电子等产品制造的超精密现代加工设备的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种驱动效率高、动态响应速度快、运动平稳性高的磁悬浮平面进给运动装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供的磁悬浮平面进给运动装置，包括定子平台、X向动平台、X方向圆柱导轨、Y向动平台、Y方向圆柱导轨和工作平台，所述的定子平台上装有方形凸头阵列定子，所述的X向动平台通过X向磁悬浮滑套滑动套装在所述的X方向圆柱导轨上，所述的Y向动平台通过Y向磁悬浮滑套滑动套装在所述的Y方向圆柱导轨上，在所述的工作平台上安置了2套相互正交的三相励磁绕组动子。

在所述的定子平台上的其中一个X方向圆柱导轨的一侧装有X向光栅传感器定尺，在所述的X向动平台的一侧安装有与所述的X向光栅传感器定尺对应检测的X向动尺探头；在所述的X向动平台上的其中一个Y方向圆柱导轨一侧装有Y向光栅传感器定尺，在所述的Y向动平台的一侧安装有与所述的Y向光栅传感器定尺对应检测的Y向光删动尺探头。

所述的方形凸头阵列定子采用硅钢片压制后均匀拼接在一起。

所述的定子平台、工作平台、X向动平台、Y向动平台、X向支撑座和Y向支撑座采用铝合金材料制造。

所述的Y向光栅传感器定尺和所述的X向光栅传感器定尺采用光栅带，所述的Y向光删动尺探头和所述的X向动尺探头与所述的光栅带的间隙为0.8mm。

所述的X向磁悬浮滑套与所述的X方向圆柱导轨之间的气隙控制在0.3mm范围内。所述的Y向磁悬浮滑套与所述的X方向圆柱导轨之间的气隙控制在0.3mm范围内。

采用上述技术方案的磁悬浮平面进给运动装置，采用平面电机进行驱动，通过对X向磁悬浮滑套中的线圈电流控制使X向动平台悬浮起来。通过对Y向磁悬浮滑套中的线圈电流控制使Y向动平台悬浮起来。通过调节对三相励磁绕组动子施加激励电压，产生电磁驱动力控制Y向动平台的平面运动方向，由于工作平台与Y向动平台固接在一起，也产生相应的平面运动。由于X向动平台和Y向动平台通过磁悬浮支撑，运动时不会产生摩擦力，提高了平面运动的平稳性和效率。在定子平台上的其中一个X方向圆柱导轨一侧装有X向光栅传感器定尺，X向动尺探头安装在X向动平台的一侧，用以精确检测X方向的运动位置，在Y向动平台上的其中一个Y方向圆柱导轨一侧装有Y向光栅传感器定尺，Y向光删动尺探头安装在Y向动平台的一侧，用以精确检测Y方向的运动位置，实现精确的平面进给运动。

与背景技术中存在的问题相比较，本发明采用磁悬浮轴套悬浮在圆柱导轨上，运动过程中没有摩擦阻力，提高了平面运动的平稳性和效率，可应用于光电子、微电子等产品制造的专用设备上，具有广泛的市场前景。

综上所述，本发明是一种驱动效率高、动态响应速度快、运动平稳性高的磁悬浮平面进给运动装置。

附图说明

图1是磁悬浮平面进给运动装置的结构图；

图2是图1所示磁悬浮平面进给运动装置的Y向动平台与三相励磁绕组动子组件示意图。

图1和图2中：1-定子平台；2-Y向动平台；3-工作平台；4-Y向磁悬浮滑套；5-Y向光删动尺探头；6-Y向光栅传感器定尺；7-方形凸头阵列定子；8-支撑座；9-X方向圆柱导轨；10-X向光栅传感器定尺；11-X向光删动尺探头；12-Y方向圆柱导轨；13-支撑座；14-X向磁悬浮滑套；15-X向动平台；16-三相励磁绕组动子。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参见图1和图2，定子平台1上装有用硅钢片均匀组成的方形凸头阵列定子7，X方向圆柱导轨9固定在X向支撑座8上，X向支撑座8固定安装在定子平台1上，X向磁悬浮滑套14滑动套装在X方向圆柱导轨9上，X向动平台15安装在X向磁悬浮滑套14，X向动平台15的支撑由两组X方向上的X向磁悬浮滑套14来实现，通过对X向磁悬浮滑套14中的线圈电流控制使X向动平台15悬浮起来。Y向磁悬浮滑套4滑动套装在Y方向圆柱导轨12上，Y方向圆柱导轨12固定在Y向支撑座13上，Y向支撑座13固定安装在X向动平台15上，Y向动平台2的支撑由两组Y方向上的Y向磁悬浮滑套4来实现，通过对Y向磁悬浮滑套4中的线圈电流控制使Y向动平台2悬浮起来。在工作平台3上安置了2套相互正交的三相励磁绕组动子16，通过调节对三相励磁绕组动子16施加激励电压，产生电磁驱动力控制工作平台3的平面运动方向，由于工作平台3与Y向动平台2固接在一起，Y向动平台2也产生相应的平面运动。由于X向动平台15和Y向动平台2通过磁悬浮支撑，运动时不会产生摩擦力，提高了平面运动的平稳性和效率。在定子平台1上的其中一个X方向圆柱导轨9一侧装有X向光栅传感器定尺10，X向动尺探头11安装在X向动平台15的一侧，用以精确检测X向动平台15的X方向的运动位置，在X向动平台15上的其中一个Y方向圆柱导轨12一侧装有Y向光栅传感器定尺6，Y向光删动尺探头5安装在Y向动平台2的一侧，用以精确检测Y向动平台2的Y方向的运动位置，实现精确的平面进给运动。

在图1中，定子平台1、工作平台3、X向动平台15、Y向动平台2、X向支撑座8和Y向支撑座13采用铝合金材料，Y向光栅传感器定尺6和X向光栅传感器定尺10采用光栅带，Y向光删动尺探头5和X向动尺探头11与光栅带的间隙为0.8mm，方形凸头阵列定子7采用硅钢片压制后拼接在一起，然后固定在定子平台1上，X向磁悬浮滑套14与X方向圆柱导轨9间的气隙控制在0.3mm范围内。Y向磁悬浮滑套4与X方向圆柱导轨12间的气隙控制在0.3mm范围内。

在图2中，2组三相励磁绕组动子16相互正交排列与工作平台3固接在一起，采用DSP芯片为核心的控制电路对三相励磁绕组动子16施加激励电压，产生电磁驱动力控制工作平台3和Y向动平台2的平面运动方向。

Claims (6)

1.一种磁悬浮平面进给运动装置，包括定子平台（1）、X向动平台（15）、X方向圆柱导轨（9）、Y向动平台（2）、Y方向圆柱导轨（12）和工作平台（3），其特征在于：所述的定子平台（1）上装有方形凸头阵列定子（7），所述的X向动平台（15）通过X向磁悬浮滑套（14）滑动套装在所述的X方向圆柱导轨（9）上，所述的Y向动平台（2）通过Y向磁悬浮滑套（4）滑动套装在所述的Y方向圆柱导轨（12）上，在所述的工作平台（3）上安置了2套相互正交的三相励磁绕组动子（16），在所述的定子平台（1）上的其中一个X方向圆柱导轨（9）的一侧装有X向光栅传感器定尺（10），在所述的X向动平台（15）的一侧安装有与所述的X向光栅传感器定尺（10）对应检测的X向动尺探头（11）；在所述的X向动平台（15）上的其中一个Y方向圆柱导轨（12）一侧装有Y向光栅传感器定尺（6），在所述的Y向动平台（2）的一侧安装有与所述的Y向光栅传感器定尺（6）对应检测的Y向光栅动尺探头（5）。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮平面进给运动装置，其特征在于：所述的Y向光栅传感器定尺（6）和所述的X向光栅传感器定尺（10）采用光栅带，所述的Y向光栅动尺探头（5）和所述的X向动尺探头（11）与所述的光栅带的间隙为0.8mm。

3.根据权利要求1或2所述的磁悬浮平面进给运动装置，其特征在于：所述的方形凸头阵列定子（7）采用硅钢片压制后均匀拼接在一起。

4.根据权利要求1或2所述的磁悬浮平面进给运动装置，其特征在于：所述的定子平台（1）、工作平台（3）、X向动平台（15）、Y向动平台（2）、X向支撑座（8）和Y向支撑座（13）采用铝合金材料制造。

5.根据权利要求1或2所述的磁悬浮平面进给运动装置，其特征在于：所述的X向磁悬浮滑套（14）与所述的X方向圆柱导轨（9）之间的气隙控制在0.3mm范围内。

6.根据权利要求1或2所述的磁悬浮平面进给运动装置，其特征在于：所述的Y向磁悬浮滑套（4）与所述的X方向圆柱导轨（12）之间的气隙控制在0.3mm范围内。

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