CN103904833B - 平面电机磁阵列工装装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平面电机磁阵列工装装置及其安装方法，用于安装平面电机所需的磁铁，所述平面电机磁阵列工装装置包括安装基板、格栅、横向基准条和纵向基准条，本发明提供的平面电机磁阵列工装装置采用将格栅固定于安装基板上的方式，同时起到限位及固定第一永磁铁的作用，便于第一永磁铁的安装；采用横向基准条和纵向基准条取代磨削工艺，使第一永磁铁更为平整，提高了磁极本体上表面的装配平面度；通过横向基准条和纵向基准条的卡合，能够在其相交处对第一永磁铁进行额外的安装限位，提高了第一永磁铁的安装精度。

Description

平面电机磁阵列工装装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及磁浮平面电机制造领域，尤其涉及一种平面电机磁阵列工装装置及其安装方法。

背景技术

近年来，平面电机成为半导体工业领域研究的热点，其致力于研究更小的装置而包含更多的功能及更低的价格。随着科技的进步，要求光刻机跑得快稳准，势必要求工件台质量小、刚度高、干扰小，能够在真空中精确定位硅片，动磁铁正好有这些优点。首先出现的磁浮台是在1997年，选用了动磁铁的方式，但是由于结构控制等因素的影响使该磁浮台行程受到限制，不过在变为动线圈结构后克服了行程限制的影响。由于控制方式简单动线圈得到了进一步的发展，在耦合控制问题解决后有了相关产品，这便是磁浮轴承，通过其特性，使磁浮台不会被润滑剂污染，没有机械磨损，因此平面移动时在不希望有机械接触的高速情况下，建议采用磁悬浮系统的磁浮平面电机。

磁浮平面电机，由呈立方体形磁铁构成的永磁铁阵列和集中式绕组线圈组成。在导体中承载的电流作用力可以通过洛伦兹法则进行计算。电机的设计通常从标准的大小开始，考虑真空，磁性，机械的电和热加载，力矩或力的需求。平面电机为磁轴承，磁轴承被应用来支撑，磁轴承优于机械轴承的地方在于无接触，没有机械摩损和低摩擦。力和力矩的需求取决于悬浮物件的质量，悬浮质量本身由相当大的平面电机磁阵列模块组成。

在磁浮平面电机的磁阵列模块中，磁铁的固定方式目前主要通过机械加紧式，机械加紧式固定精度较低，这些方式存在诸多问题：磁极之间存在缝隙不均匀，不能保证直线度，导致某个方向上周期性磁场不均匀产生高阶次谐波；平面上相互垂直的两个方向装配正交性误差较大，导致产生轴间耦合问题；磁钢阵列工作面磁极高度不一，平面度差，并可能引起磁浮台运动不平稳，变形较大，因此非常有必要寻求一种合理有效的磁浮台工装结构，有效改善磁浮台的装配定位精度，从而提高电机的驱动精度。

现有技术中的平面电机磁阵列工装装置一般采用两根铜柱作为磁极装配的定位装置，采用铝块基座作为装配时的磁极固定和防磁相吸作用，采用磁阵列保持架作为夹紧装置固定磁阵列等待粘胶凝固，装配完成后在阵列表层涂抹树脂层并通过磨削工艺保证表面平整度。该方法存在几个问题：(1)安装基座上多个装配孔与铜柱之间的公差难以统一配合，铝制基座在装配磁极时，无法精确保证装配位置；(2)装配夹具的装配效率低下；(3)磨削工艺只能保证工装装置表面机械平面度，不能保证磁极本体上表面的装配平面度。

发明内容

本发明的目的是提供一种平面电机磁阵列工装装置及其安装方法，以控制和改善平面电机磁阵列的装配定位精度，使磁铁均匀、平整、高精度地粘附在安装基板上。

为达到上述目的，本发明提供一种平面电机磁阵列工装装置，用于安装平面电机所需的磁铁，包括安装基板、格栅、横向基准条和纵向基准条，所述安装基板为非铁磁材料制成并放置于一水平基准面上，所述格栅固定于所述安装基板上，所述格栅将所述安装基板分割成大小相等、均匀分布的矩形区域，与所述矩形区域形状相应的第一永磁铁通过胶水粘附于每个所述矩形区域内的安装基板上，所述横向基准条和纵向基准条互相垂直并分别设置于所述安装基板外侧的水平基准面上，所述横向基准条和纵向基准条上分别设置有若干卡合处并可通过各卡合处相互卡合，所述每个卡合处分别对应匹配所述格栅上各相邻矩形区域间的间隙。

进一步的，所述安装基板上设有若干纵横交错的流胶槽。

进一步的，所述流胶槽的相交处均分布于每个所述矩形区域内。

可选的，所述流胶槽在每个所述矩形区域内呈十字形交叉分布，所述相交处位于每个所述矩形区域的中心。

可选的，所述流胶槽在每个所述矩形区域内呈井字形交叉分布，所述相交处分别靠近于每个所述矩形区域的四角。

进一步的，所述流胶槽相对于所述安装基板的深度为0-5mm，其深度优选为3mm。

进一步的，所述水平基准面为铁块。

进一步的，所述格栅包括若干横向定位条阵列和若干纵向定位条阵列，所述若干横向定位条阵列的上表面和若干纵向定位条阵列的下表面上均设有对应的凹槽，使所述若干横向定位条阵列与若干纵向定位条阵列通过所述凹槽卡合，所述若干横向定位条阵列和若干纵向定位条阵列在所述凹槽处通过若干螺钉固定于所述安装基板上。

进一步的，所述若干横向定位条阵列和若干纵向定位条阵列与所述安装基板之间留有间隙。

进一步的，所述平面电机磁阵列工装装置还包括夹具装置，所述夹具装置用于置放形状与格栅上各相邻矩形区域的间隙相对应的第二永磁铁，并将所述第二永磁铁置于所述各第一永磁铁之间。

进一步的，所述夹具装置包括夹具、两根横向丝杆、两根纵向丝杆、旋转进给机构和推杆，所述两根横向丝杆分别固定设置于所述安装基板两侧的水平基准面上，所述两根纵向丝杆的两端均分别设置于所述两根横向丝杆上，并沿所述两根横向丝杆滑动，所述夹具、旋转进给机构和推杆组合设置于所述两根纵向丝杆上，并沿所述两根纵向丝杆滑动，所述夹具用于夹持并运送所述第二永磁铁，所述旋转进给机构用于垂向调节所述夹具的位置，所述夹具通过所述推杆夹紧或松开所述第二永磁铁。

本发明还提供一种上述平面电机磁阵列工装装置的安装方法，包括：

步骤一：将所述安装基板放置于所述基准面上，接着将所述格栅固定于所述安装基板上，再在所述安装基板和第一永磁铁相互连接的部分上涂胶水，将第一永磁铁粘附于每个所述矩形区域内的安装基板上；

步骤二：安装所述横向基准条和纵向基准条，并将其依次平移，压平各第一永磁铁，压平后静置该装置，待胶水凝固后，拆除所述格栅。

进一步的，在步骤一中，所述第一永磁铁全部放置完毕后，使用橡胶锤轻敲所述第一永磁铁外部，多余的胶水通过所述流胶槽流出所述安装基板。

进一步的，所述平面电机磁阵列工装装置的安装方法还包括：

步骤三：固定所述横向基准条或纵向基准条，对应移动所述纵向基准条或横向基准条，限制所述夹具装置沿横向或纵向逐行或逐列在所述各第一永磁铁之间放置第二永磁铁；

步骤四：以所述安装基板的中心为轴心在所述基准面上90度旋转所述安装基板，重复步骤三，在所述各第一永磁铁的之间放置第二永磁铁，直至完成整个第二永磁铁的装配过程，最后卸除所述横向基准条、纵向基准条和夹具装置。

进一步的，所述胶水为环氧树脂胶。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的平面电机磁阵列工装装置相比于现有技术的区别在于：(1)采用将格栅固定于安装基板上的方式，同时起到限位及固定第一永磁铁的作用，便于第一永磁铁的安装；(2)采用横向基准条和纵向基准条取代磨削工艺，使第一永磁铁更为平整，提高了磁极本体上表面的装配平面度；(3)通过横向基准条和纵向基准条的卡合，能够在其相交处对第一永磁铁进行额外的安装限位，提高了第一永磁铁的安装精度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例提供的平面电机磁阵列工装装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的平面电机磁阵列工装装置中格栅的拆分示意图；

图3为本发明实施例提供的平面电机磁阵列工装装置中格栅的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的平面电机磁阵列工装装置中流胶槽在单个矩形区域内的一种实施方案的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的平面电机磁阵列工装装置中流胶槽在单个矩形区域内的另一种实施方案的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的平面电机磁阵列工装装置的安装方法流程图。

在图1至图5中，

1：安装基板；11：矩形区域；2：格栅；21：横向定位条阵列；22：纵向定位条阵列；23：螺钉；3：横向基准条；4：纵向基准条；5：基准面；6：第一永磁铁；7：流胶槽；8：夹具装置；81：夹具；82：横向丝杆；83：纵向丝杆；84：旋转进给机构；85：推杆。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的平面电机磁阵列工装装置及其安装方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供一种平面电机磁阵列工装装置及其安装方法，用于安装平面电机所需的磁铁，所述平面电机磁阵列工装装置包括安装基板、格栅、横向基准条和纵向基准条，所述安装基板为非铁磁材料制成并放置于一水平基准面上，所述格栅固定于所述安装基板上，所述格栅将所述安装基板分割成大小相等、均匀分布的矩形区域，与所述矩形区域形状相应的第一永磁铁通过胶水粘附于每个所述矩形区域内的安装基板上，所述横向基准条和纵向基准条互相垂直并分别设置于所述安装基板外侧的水平基准面上，所述横向基准条和纵向基准条上分别设置有若干卡合处并可通过各卡合处相互卡合，所述每个卡合处分别对应匹配所述格栅上各相邻矩形区域间的间隙，本发明提供的平面电机磁阵列工装装置相比于现有技术的区别在于：(1)采用将格栅固定于安装基板上的方式，同时起到限位及固定第一永磁铁的作用，便于第一永磁铁的安装；(2)采用横向基准条和纵向基准条取代磨削工艺，使第一永磁铁更为平整，提高了磁极本体上表面的装配平面度；(3)通过横向基准条和纵向基准条的卡合，能够在其相交处对第一永磁铁进行额外的安装限位，提高了第一永磁铁的安装精度。

请参考图1至图6，图1为本发明实施例提供的平面电机磁阵列工装装置的结构示意图；图2为本发明实施例提供的平面电机磁阵列工装装置中格栅的拆分示意图；图3为本发明实施例提供的平面电机磁阵列工装装置中格栅的结构示意图；图4为本发明实施例提供的平面电机磁阵列工装装置中流胶槽在单个矩形区域内的一种实施方案的结构示意图；图5为本发明实施例提供的平面电机磁阵列工装装置中流胶槽在单个矩形区域内的另一种实施方案的结构示意图；图6为本发明实施例提供的平面电机磁阵列工装装置的安装方法流程图。

请重点参考图1，如图1所示，本发明实施例提供一种平面电机磁阵列工装装置，用于安装平面电机所需的磁铁，所述平面电机磁阵列工装装置包括安装基板1、格栅2、横向基准条3和纵向基准条4，所述安装基板1为非铁磁材料制成(本实施例中为铝板)并放置于一水平基准面5上，所述格栅2固定于所述安装基板1上，所述格栅2将所述安装基板1分割成大小相等、均匀分布的矩形区域11(本实施例中为正方形区域)，与所述矩形区域11形状相应的第一永磁铁6(本实施例中为正方形永磁铁)通过胶水粘附于每个所述矩形区域11内的安装基板1上，所述横向基准条3和纵向基准条4互相垂直并分别设置于所述安装基板1外侧的水平基准面5上，所述横向基准条3和纵向基准条4相互卡合，每个所述卡合处对应匹配一个所述矩形区域11的相邻两边。

本发明提供的平面电机磁阵列工装装置相比于现有技术的区别在于：(1)采用将格栅2固定于安装基板1上的方式，同时起到限位及固定第一永磁铁6的作用，便于第一永磁铁6的安装；(2)采用横向基准条3和纵向基准条4取代磨削工艺，使第一永磁铁6更为平整，提高了磁极本体上表面的装配平面度；(3)通过横向基准条3和纵向基准条4的卡合，能够在其相交处对第一永磁铁6进行额外的安装限位，提高了第一永磁铁6的安装精度。

进一步的，所述安装基板1上设有若干纵横交错的流胶槽7，所述流胶槽7的相交处均分布于每个所述矩形区域11内，粘附第一永磁铁6时多余的胶水能够从该流胶槽7中流出，配上用于收集所述胶水的存储槽，能够将胶水回收再次利用，节省了胶水的使用量。

请重点参考图4，图4为本发明实施例提供的平面电机磁阵列工装装置中流胶槽7在单个矩形区域内的一种实施方案，所述流胶槽7在每个所述矩形区域11内呈十字形交叉分布，所述相交处位于每个所述矩形区域11的中心。

请重点参考图5，图5为本发明实施例提供的平面电机磁阵列工装装置中流胶槽7在单个矩形区域内的另一种实施方案，所述流胶槽7在每个所述矩形区域11内呈井字形交叉分布，所述相交处分别靠近于每个所述矩形区域11的四角。

使用的流胶槽7越多，回收胶水效果越好，但第一永磁铁6的粘附效果越差，上述两个方案在实际效果上来说比较平衡，因此流胶槽7按上述两个方案布置效果较为理想。

进一步的，所述流胶槽7相对于所述安装基板1的深度为0-5mm，其深度优选为3mm，3mm的深度使胶水既能够渗入到流胶槽7中，又不会因为太深而影响第一永磁铁6的粘附安装效果。

进一步的，所述水平基准面5为铁块，铁块能够对安装基板1上的第一永磁铁6产生引力，使其不会轻易产生移动而影响第一永磁铁6安装所需的时间和效果。

请重点参考图2和图3，如图2和图3所示，所述格栅2包括若干横向定位条阵列21和若干纵向定位条阵列22，所述若干横向定位条阵列21的上表面和若干纵向定位条阵列22的下表面上均设有对应的凹槽，使所述若干横向定位条阵列21与若干纵向定位条阵列22通过所述凹槽卡合，所述若干横向定位条阵列21和若干纵向定位条阵列22在所述凹槽处通过若干螺钉23固定于所述安装基板1上。

进一步的，所述若干横向定位条阵列21和若干纵向定位条阵列22与所述安装基板1之间留有间隙。

通过上述格栅2的结构使得螺钉23能够调整安装基板1与横向定位条阵列21及纵向定位条阵列22之间的距离，使其不会相互碰触，从而避免了因为相互碰触而产生的损坏安装基板1的情况，也避免了格栅2会阻止胶水沿流胶槽7流出的情况。

进一步的，所述平面电机磁阵列工装装置还包括夹具装置8，所述夹具装置8用于置放形状与格栅上各相邻矩形区域11的间隙相对应的第二永磁铁(本实施例中为长条形磁铁)，并将将所述第二永磁铁置于所述各第一永磁铁6之间。

进一步的，所述夹具装置包括夹具81、两根横向丝杆82、两根纵向丝杆83、旋转进给机构84和推杆85，所述两根横向丝杆82分别固定设置于所述安装基板1两侧的水平基准面5上，所述两根纵向丝杆83的两端均分别设置于所述两根横向丝杆82上，并沿所述两根横向丝杆82滑动，所述夹具81、旋转进给机构84和推杆85组合设置于所述两根纵向丝杆83上，并沿所述两根纵向丝杆83滑动，所述夹具81用于夹持并运送所述第二永磁铁，所述旋转进给机构84用于垂向调节所述夹具81的位置，所述夹具81通过所述推杆85夹紧或松开所述第二永磁铁。

通过上述夹具装置8能够很容易地实现第二永磁铁的安装，加快了第二永磁铁安装的速度，也增加了第二永磁铁的安装精度。

请重点参考图6，如图6所示，本发明实施例还提供一种上述平面电机磁阵列工装装置的安装方法，并请结合图1至图5，所述安装方法包括：

步骤一：将所述安装基板1放置于所述基准面5上，接着将所述格栅2固定于所述安装基板1上，再在所述安装基板1和第一永磁铁6相互连接的部分上涂胶水，将第一永磁铁6粘附于每个所述矩形区域11内的安装基板1上；

步骤二：安装所述横向基准条3和纵向基准条4，并将其依次平移，压平各第一永磁铁6，压平后静置该装置，待胶水凝固后，拆除所述格栅2。

进一步的，在步骤一中，所述第一永磁铁6全部放置完毕后，使用橡胶锤或其他工具轻敲所述第一永磁铁6外部，多余的胶水通过所述流胶槽7流出所述安装基板1。

进一步的，所述平面电机磁阵列工装装置的安装方法还包括：

步骤三：固定所述横向基准条3或纵向基准条4，对应移动所述纵向基准条4或横向基准条3，限制所述夹具装置8沿横向或纵向逐行或逐列在所述各第一永磁铁6之间放置第二永磁铁；

步骤四：以所述安装基板1的中心为轴心在所述基准面5上90度旋转所述安装基板1，重复步骤三，在所述各第一永磁铁6之间放置第二永磁铁，直至完成整个第二永磁铁的装配过程，最后卸除所述横向基准条3、纵向基准条4和夹具装置8。

进一步的，所述胶水为环氧树脂胶，它的工作特点是具有较长的操作时间和固化时间，同时固化后的粘结强度足够抵消磁体的互斥力，使第一永磁铁6的安装更为牢固，且精度更高。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (18)

1.一种平面电机磁阵列工装装置，用于安装平面电机所需的磁铁，其特征在于，包括安装基板、格栅、横向基准条和纵向基准条，所述安装基板为非铁磁材料制成并放置于一水平基准面上，所述格栅固定于所述安装基板上，所述格栅将所述安装基板分割成大小相等、均匀分布的矩形区域，与所述矩形区域形状相应的第一永磁铁通过胶水粘附于每个所述矩形区域内的安装基板上，所述横向基准条和纵向基准条互相垂直并分别设置于所述安装基板外侧的水平基准面上，所述横向基准条和纵向基准条上分别设置有若干卡合处并可通过各卡合处相互卡合，所述每个卡合处分别对应匹配所述格栅上各相邻矩形区域间的间隙。

2.根据权利要求1所述平面电机磁阵列工装装置，其特征在于，所述安装基板上设有若干纵横交错的流胶槽。

3.根据权利要求2所述平面电机磁阵列工装装置，其特征在于，所述流胶槽的相交处均分布于每个所述矩形区域内。

4.根据权利要求3所述平面电机磁阵列工装装置，其特征在于，所述流胶槽在每个所述矩形区域内呈十字形交叉分布，所述相交处位于每个所述矩形区域的中心。

5.根据权利要求3所述平面电机磁阵列工装装置，其特征在于，所述流胶槽在每个所述矩形区域内呈井字形交叉分布，所述相交处分别靠近于每个所述矩形区域的四角。

6.根据权利要求2所述平面电机磁阵列工装装置，其特征在于，所述流胶槽相对于所述安装基板的深度为0-5mm。

7.根据权利要求6所述平面电机磁阵列工装装置，其特征在于，所述流胶槽相对于所述安装基板的深度为3mm。

8.根据权利要求1所述平面电机磁阵列工装装置，其特征在于，所述水平基准面为铁块。

9.根据权利要求1所述平面电机磁阵列工装装置，其特征在于，所述格栅包括若干横向定位条阵列和若干纵向定位条阵列，所述若干横向定位条阵列的上表面和若干纵向定位条阵列的下表面上均设有对应的凹槽，使所述若干横向定位条阵列与若干纵向定位条阵列通过所述凹槽卡合，所述若干横向定位条阵列和若干纵向定位条阵列在所述凹槽处通过若干螺钉固定于所述安装基板上。

10.根据权利要求9所述平面电机磁阵列工装装置，其特征在于，所述若干横向定位条阵列和若干纵向定位条阵列与所述安装基板之间留有间隙。

11.根据权利要求1所述平面电机磁阵列工装装置，其特征在于，还包括夹具装置，所述夹具装置用于置放形状与格栅上各相邻矩形区域的间隙相对应的第二永磁铁，并将所述第二永磁铁置于所述各第一永磁铁之间。

12.根据权利要求11所述平面电机磁阵列工装装置，其特征在于，所述夹具装置包括夹具、两根横向丝杆、两根纵向丝杆、旋转进给机构和推杆，所述两根横向丝杆分别固定设置于所述安装基板两侧的水平基准面上，所述两根纵向丝杆的两端均分别设置于所述两根横向丝杆上，并沿所述两根横向丝杆滑动，所述夹具、旋转进给机构和推杆组合设置于所述两根纵向丝杆上，并沿所述两根纵向丝杆滑动，所述夹具用于夹持并运送所述第二永磁铁，所述旋转进给机构用于垂向调节所述夹具的位置，所述夹具通过所述推杆夹紧或松开所述第二永磁铁。

13.一种如权利要求1中所述平面电机磁阵列工装装置的安装方法，其特征在于，包括：

步骤一：将所述安装基板放置于所述水平基准面上，接着将所述格栅固定于所述安装基板上，再在所述安装基板和第一永磁铁相互连接的部分上涂胶水，将第一永磁铁粘附于每个所述矩形区域内的安装基板上；

步骤二：安装所述横向基准条和纵向基准条，并将其依次平移，压平各第一永磁铁，压平后静置该工装装置，待胶水凝固后，拆除所述格栅。

14.根据权利要求13所述平面电机磁阵列工装装置的安装方法，其特征在于，所述安装基板上设有若干纵横交错的流胶槽。

15.根据权利要求14所述平面电机磁阵列工装装置的安装方法，其特征在于，在步骤一中，所述第一永磁铁全部放置完毕后，使用橡胶锤轻敲所述第一永磁铁外部，多余的胶水通过所述流胶槽流出所述安装基板。

16.根据权利要求13所述平面电机磁阵列工装装置的安装方法，其特征在于，所述平面电机磁阵列工装装置还包括夹具装置，所述夹具装置用于置放形状与格栅上各相邻矩形区域的间隙相对应的第二永磁铁，并将所述第二永磁铁置于所述各第一永磁铁之间。

17.根据权利要求16所述平面电机磁阵列工装装置的安装方法，其特征在于，还包括：

步骤三：固定所述横向基准条或纵向基准条，对应移动所述纵向基准条或横向基准条，限制所述夹具装置沿横向或纵向逐行或逐列在所述各第一永磁铁之间放置第二永磁铁；

步骤四：以所述安装基板的中心为轴心在所述水平基准面上90度旋转所述安装基板，重复步骤三，在所述各第一永磁铁之间放置第二永磁铁，直至完成整个第二永磁铁的装配过程，最后卸除所述横向基准条、纵向基准条和夹具装置。

18.根据权利要求13所述平面电机磁阵列工装装置的安装方法，其特征在于，所述胶水为环氧树脂胶。