CN102944979A - 一种具有永磁重力补偿结构的微动台 - Google Patents

一种具有永磁重力补偿结构的微动台 Download PDF

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张鸣
朱煜
刘召
许玉洁
李玉洁
田丽
张利
杨开明
徐登峰
秦慧超
王平安
尹文生
胡金
穆海华
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Abstract

一种具有永磁重力补偿结构的微动台，包括微动台定子、微动台动子及永磁重力补偿结构。该永磁重力补偿结构包括固定部分和支撑部分，固定部分由至少四个永磁单元和永磁体骨架组成，四个永磁单元绕微动台的Z轴均匀布置在永磁体骨架上，每个永磁单元由永磁体和轭铁组成，永磁体镶嵌在轭铁中，永磁体骨架与微动台定子固定在一起；支承部分由位于固定部分的正下方的导磁板组成，并与微动台动子连接在一起。本发明所述重力补偿结构具有闭合的磁路，减少了重力补偿结构对周围环境的干扰，并且增加了重力补偿结构与磁浮工件台大行程运动台的halbach磁钢阵列的距离，从而减小了halbach磁钢阵列的磁场对微动台动子的重力补偿效果的影响。

Description

一种具有永磁重力补偿结构的微动台
技术领域
本发明涉及一种永磁重力补偿结构的微动台，特别是集成电路加工及检测装备用的超精密工作台，属于超精密加工及测量领域。
背景技术
在很多工业设备中，需要驱动工件或工件台进行多自由度运动，并对其进行精确定位，例如光刻机中的硅片台、掩模台等设备。为实现多自由度运动及其精确定位，如果直接使用驱动电机来提供支承，就会使得驱动电机负载增加，造成电机发热增大。在很多超精密工作台中，电机发热过大，就会影响环境温度，造成非接触式测量误差，最终影响定位精度。采用永磁非接触式的重力补偿结构具有结构简单、零组件表面无需精密加工、适用于真空环境中应用等优点。对于非接触式永磁重力补偿结构结构，需要固定部分和支承部分之间沿轴线方向具有较小的刚度和较大的承载力。
Sven Antoin Johan Hol在专利《Lithographic apparatus,magnetic support for use therein,device manufacturing method,and device manufactured thereby》（US 6831285B2Dec.2004）提出了一种永磁预载重力支撑结构，但该结构复杂，且加工和装配工艺难度高。随着光刻机技术的发展，硅片台可以更轻，其负载要求开始降低，但是，随着磁浮工件台的发展，磁浮工件台大行程运动台含有大的halbach磁钢阵列，产生强磁场，会对工作状态的微动台动子的重力平衡效果产生较大的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有永磁重力支撑结构的微动台，使其动子与定子之间的重力支撑力沿轴线方向具有较低的刚度，并具有较大承载力，同时结构简单，便于加工和维护。
本发明的技术方案如下：
本发明的第一种技术方案是：一种具有永磁重力补偿结构的微动台，包括微动台定子和微动台动子,其特征在于：该微动台还包括永磁重力补偿结构，所述的永磁重力补偿结构由固定部分和支撑部分组成，所述的固定部分包括至少四个永磁单元和一个永磁体骨架，所述的至少四个永磁单元绕微动台的Z轴均匀布置在永磁体骨架上；每个永磁单元由一个永磁体和一个轭铁组成，永磁体镶嵌在轭铁中，所述的永磁体的充磁方向沿Z轴方向，下底面为S极，上底面为N极，所述的永磁体骨架与微动台定子固定在一起；所述的支承部分由一块导磁板组成，所述的导磁板位于固定部分的正下方，并与微动台动子连接在一起。
本发明的第二种技术方案是：一种具有永磁重力补偿结构的微动台，包括微动台定子和微动台动子,其特征在于：该微动台还包括永磁重力补偿结构，所述的永磁重力补偿结构由固定部分和支撑部分组成，所述的固定部分包括至少四个永磁单元和一个永磁体骨架，所述的至少四个永磁单元绕微动台的Z轴均匀布置在永磁体骨架上；每个永磁单元由一个永磁体和一个轭铁组成，永磁体镶嵌在轭铁中，所述的永磁体的充磁方向沿Z轴方向，下底面为N极，上底面为S极，所述的永磁体骨架与微动台定子固定在一起；所述的支承部分由一块导磁板组成，所述的导磁板位于固定部分的正下方，并与微动台动子连接在一起。
本发明所述的一种具有永磁重力补偿结构的微动台，将本发明应用于光刻机磁浮工件台系统中，具有结构非常简单，紧凑，装配简单的特点，另外，相对于现有的重力补偿结构，在垂直方向上整体升高了永磁重力补偿结构，并且支撑部分的导磁板将重力补偿永磁体的磁路闭合，既减少了重力补偿结构对周围环境的干扰，同时大大降低了磁浮工件台halbach永磁阵列强磁场对微动台动子部分重力平衡效果的影响。
附图说明
图1是本发明的一种具有永磁重力补偿结构的微动台的三维视图。
图2是本发明的一种具有永磁重力补偿结构的微动台的中心剖面视图。
图3是本发明的永磁重力补偿结构实施例的永磁体的充磁方向剖面视图。
图4是本发明的永磁重力补偿结构中心截面的磁力线分布图。
图5是本发明的永磁重力补偿结构另一种实施例的永磁体的充磁方向剖面视图。
图中：1-永磁体；2-导磁板；3-轭铁；4-微动台动子；5-微动台定子；6-永磁体骨架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体结构、机理和工作过程作进一步的说明。
图1是本发明的一种具有永磁重力补偿结构的微动台的三维视图，它包括微动台定子5、微动台动子4和永磁重力补偿结构，该永磁重力补偿结构由固定部分和支撑部分组成，固定部分包括至少四个永磁单元和一个永磁体骨架6，本实施例设有四个永磁单元；这四个永磁单元绕微动台的Z轴均匀布置在永磁体骨架6上；每个永磁单元由一个永磁体1和一个轭铁3组成，永磁体1镶嵌在轭铁3中，永磁体1的充磁方向沿Z轴方向，下底面为S极，上底面为N极，而永磁体骨架6与微动台定子5固定在一起；支承部分由一块导磁板2组成，该导磁板2位于固定部分的正下方，并与微动台动子4连接在一起，如图2和图3所示。
固定部分的永磁体1镶嵌在轭铁3内部，轭铁3对永磁体1的磁力有加强的作用，支撑部分的导磁板2在固定部分的下方，受到固定部分的永磁体吸力吸引，平衡在某一位置，这个位置可根据微动台动子的总质量和负载的质量，以及重力补偿永磁体的参数计算出来；通过仿真计算，如图4所示为固定部分与支撑部分的磁力线分布可以看出，重力补偿装置的绝大多数磁力线通过导磁板2再回到上面的重力补偿永磁体1中，形成闭合回路，避免了该结构对周围环境其它装置产生磁场干扰。将本发明应用于光刻机磁浮工件台系统中，相较于现有的重力补偿结构，在垂直方向上整体升高了永磁重力补偿结构，由于支撑部分的导磁板将重力补偿永磁体的磁路闭合，还大大降低了磁浮工件台halbach永磁阵列强磁场对微动台动子部分重力平衡效果的影响。
图5是本发明的另一种永磁重力补偿结构的永磁体的充磁方向剖面视图。另一种具有永磁重力补偿结构的微动台，包括微动台定子5、微动台动子4和永磁重力补偿结构，该永磁重力补偿结构由固定部分和支撑部分组成，固定部分包括至少四个永磁单元和一个永磁体骨架6，本实施例设有四个永磁单元；这四个永磁单元绕微动台的Z轴均匀布置在永磁体骨架6上；每个永磁单元由一个永磁体1和一个轭铁3组成，永磁体1镶嵌在轭铁3中，永磁体1的充磁方向沿Z轴方向，下底面为N极，上底面为S极；与图1所示的本发明的一种具有永磁重力补偿结构的永磁体1的充磁方向刚好调转180°，而永磁体骨架6与微动台定子5固定在一起；支承部分由一块导磁板2组成，该导磁板2位于固定部分的正下方，并与微动台动子4连接在一起。这个方案与图1所示的一种具有永磁重力补偿结构的微动台的效果是相同的。

Claims (2)

1.一种具有永磁重力补偿结构的微动台，包括微动台定子和微动台动子,其特征在于：该微动台还包括永磁重力补偿结构，所述的永磁重力补偿结构由固定部分和支撑部分组成，所述的固定部分包括至少四个永磁单元和一个永磁体骨架（6），所述的至少四个永磁单元绕微动台的Z轴均匀布置在永磁体骨架（6）上；每个永磁单元由一个永磁体（1）和一个轭铁（3）组成，永磁体（1）镶嵌在轭铁（3）中，所述的永磁体（1）的充磁方向沿Z轴方向，下底面为S极，上底面为N极，所述的永磁体骨架（6）与微动台定子（5）固定在一起；所述的支承部分由一块导磁板（2）组成，所述的导磁板（2）位于固定部分的正下方，并与微动台动子（4）连接在一起。
2.一种具有永磁重力补偿结构的微动台，包括微动台定子和微动台动子,其特征在于：该微动台还包括永磁重力补偿结构，所述的永磁重力补偿结构由固定部分和支撑部分组成，所述的固定部分包括至少四个永磁单元和一个永磁体骨架（6），所述的至少四个永磁单元绕微动台的Z轴均匀布置在永磁体骨架（6）上；每个永磁单元由一个永磁体（1）和一个轭铁（3）组成，永磁体（1）镶嵌在轭铁（3）中，所述的永磁体（1）的充磁方向沿Z轴方向，下底面为N极，上底面为S极，所述的永磁体骨架（6）与微动台定子（5）固定在一起；所述的支承部分由一块导磁板（2）组成，所述的导磁板（2）位于固定部分的正下方，并与微动台动子（4）连接在一起。
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