CN105024496A - 用于直线或平面电机磁阵列的装配装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁阵列装配装置，其特征在于，包括一承载底板，所述承载底板上放置磁体替代块、磁体定位装置、磁预置槽、阻尼滑块、推力转接件，导向装置和推力装置，所述磁体替代块用于定位所述磁体定位装置，所述磁体定位装置用于定位磁铁的放置位置，所述磁预置槽用于放置所述磁铁，所述阻尼滑块用于消除相邻所述磁铁间斥力，所述阻尼滑块和所述磁预置槽沿所述导向装置移动，所述推力装置用于将所述推力转接件移动至预定位置，所述推力转接件安装于所述磁体定位装置之间，若干所述磁铁被放置后形成所述磁阵列。

Description

用于直线或平面电机磁阵列的装配装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域,尤其涉及一种平面电机磁阵列装配装置及其安装方法。 

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，光刻系统研发和测试极紫外光源，为了防止光学元件的污染和极紫外光被空气吸收，因此硅片处于真空环境中曝光。更短波长的光源用于光刻，每个chips上可实现更小的特征。要求光刻机跑的快稳准，势必要求工件台质量小，刚度高干扰小，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，变为动线圈结构后行程不受影响，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。通过磁浮轴承，真空不会被润滑剂污染，没有机械磨损，因此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。 

平面电机，由呈长方体形磁铁构成的永磁铁阵列和集中式绕组线圈组成。但是在线圈中间不需要采用铁心，线圈采用紧密排列的方法包含在模型中。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线圈通电后的供给。 

在平面电机的磁阵列模块中，磁铁的装配方式目前主要是旋转电机的磁铁装配，尺寸精度较低，而且也不满足平面电机磁阵列的精度要求，直线和平面电机的磁阵列要求磁铁有不同的排布方式，每一块磁铁的相对位置精度较高，磁铁在安装过程中要克服各种其余已装磁铁的磁力影响，磁阵列与磁阵列的相对装配定位精度要求较高。因此非常有必要寻求一种合理有效的磁浮电机磁阵列的装配结构，从而制造出满足尺寸要求和精度要求的高质量磁阵列。 

现有技术《DESIGN AND CONTROL OF A 6-DEGREE-OF-FREEDOM LEVITATED POSITIONER WITH HIGH PRECISION》提出了一种磁阵列装配工装及工艺方法。该装置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）装配夹具方式导致装配效率极为低下，每天只能完成4行磁极阵列装配；（3）磨削工艺只能保证表面机械平面度，不能保证磁极本体上表面的装配平面度。 

中国专利CN201210586838.4提出了一种磁阵列装配工装及工艺方法。该装置采用井字栅栏作为定位装置，采用铝块基座作为装配时的磁极固定和防磁相吸作用，在基座上留有流胶槽，以便磁铁粘接后的清理胶层。该方法存在几个问题：（1）磁铁和背铁间相隔一层安装基座，正向磁密会减小；（2）假如磁铁阵列紧密排列，此方案中夹具不宜使用；（3）流胶槽不适合直接在背铁上刻划，会加大磁阵列的正向磁密谐波。 

发明内容

为了克服现有技术中存在的技术缺陷，本发明目的在于提供一种既适用直线又适用平面电机所需的高精度磁阵列装配方法和装配装置，并且能根据不同电机需求装配出不同的磁阵列方法。 

为了实现上述发明目的，本发明公开一种磁阵列装配装置，其特征在于，包括一承载底板，所述承载底板上放置磁体替代块、磁体定位装置、磁预置槽、阻尼滑块、推力转接件，导向装置和推力装置，所述磁体替代块用于定位所述磁体定位装置，所述磁体定位装置用于定位磁铁的放置位置，所述磁预置槽用于放置所述磁铁，所述阻尼滑块用于消除相邻所述磁铁间斥力，所述阻尼滑块和所述磁预置槽沿所述导向装置移动，所述推力装置用于将所述推力转接件移动至预定位置，所述推力转接件安装于所述磁体定位装置之间，若干所述磁铁被放置后形成所述磁阵列。 

更进一步地，该磁体定位装置包括一隔栏及隔栏锁紧件，该隔栏上留有避胶槽且镀有耐磨防粘材料。 

更进一步地，该承载底板由马氏体不锈钢制成。 

更进一步地，该磁预置槽包括一抽片，所述抽片用于，在所述磁铁预先放置在所述磁预置件中，所述磁预置件对准所述磁铁安装位置，然后抽出所述磁预置件上的抽片，所述磁铁就会滑落在所述推力转接件上。 

更进一步地，该阻尼滑块包括一阻尼磁铁及承载该阻尼磁铁的阻尼槽。 

更进一步地，该推力转接件为若干小推车，该小推车包括一斜坡。 

更进一步地，该推力装置包括一丝杆，用于带动该推力转接件移动。 

更进一步地，该磁阵列为纵横排列阵列或圆形阵列。 

本发明还公开一种装配直线或平面电机磁阵列的方法，其特征在于，包括：在一承载底板设置一磁体替代块，根据所述磁体替代块的位置安装一磁体定位装置，根据所述磁体定位装置安装所述磁阵列，利用一推力转接件移动磁铁至预定位置，所述推力转接件通过一推力装置移动，所述推力转接件用于消除所述磁铁与所述承载底板之间的加速度，逐一将所述磁铁排列成为需要的所述磁阵列分布。 

该安装该磁阵列的方法进一步包括：利用一阻尼滑块用于消除相邻磁铁间斥力。 

更进一步地，该推力转接件及该阻尼滑块均通过一导向装置定位。 

更进一步地，所述安装所述磁阵列的方法还包括：采用顺磁装配方法安装所述磁铁。 

与现有技术相比较，第一、本发明设置小推车消解磁铁与背铁强吸力引起的加速度，使磁铁与背铁可直接粘接，增加正向磁密。第二、本发明设置了阻尼滑块消除同极磁铁间的斥力影响，取代纯机械夹持或限位使两同极磁铁紧密相贴，精确定位同极磁铁。第三、本发明采用隔栏方式定位磁铁，隔栏上的避胶槽和推车轨道方便磁铁的安装，避免背铁上刻槽引起的谐波增大（不用在背铁上加流胶槽，影响磁路）。第四、采用顺磁的装配方式解决装配受强力干扰的状况。 

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。 

图1是本发明所涉及的磁阵列的装置的结构示意图； 

图2是本发明所涉及的磁阵列的装置的详细结构示意图；

图3是本发明所涉及的磁阵列的装置的首片磁铁装配受力图；

图4是本发明所涉及的磁阵列的装置的磁预置槽示意图；

图5是本发明所涉及的磁阵列的装置的相反磁极磁铁装配受力图；

图6是本发明所涉及的磁阵列的装置添加阻尼磁铁的磁场示意图；

图7是本发明所涉及的磁阵列的装置的隔栏示意图；

图8是磁阵列H磁铁装配示意图；

图9是本发明所涉及的磁阵列的装置的H磁铁装配受力示意图；

图10是装配完成的磁阵列的第一实施方式示意图；

图11是装配完成的磁阵列的第二实施方式示意图；

图12是磁阵列装配流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。 

本发明所述的直线和平面电机磁阵列装配装置如图1中所示。该直线和平面电机磁阵列装配装置包括承载底板101，磁体替代块102，磁体定位装置103，磁预置件104，阻尼滑块105，推力转接件106，导向装置107和推力装置108。该磁体定位装置上横向依次排列侧板、磁铁替代块侧板、隔栏和侧板。横向调准位置后将隔栏锁固在纵向两侧的隔栏锁紧件上，然后取出磁铁替代块。小推车安装在隔栏的导轨上，摇动手轮用丝杆将小推车摇到预定地方，在背铁上预先涂抹胶层，磁铁放置在磁预置件中，推动导轨滑块将磁预置件对准磁铁将要安装位置，然后抽出磁预置件上的抽片，磁铁就会滑落在小推车上，然后摇动手轮带动丝杠连接的小推车后退，磁铁就会慢慢置放在预定位置。装配同列同向磁铁时，由于同极磁铁间存在斥力，在小推车后退后在两同极磁铁的相斥两端中间安放阻尼滑块，阻尼滑块吸附在两磁铁上表面，消除同极磁铁间的斥力影响，推动安放的磁铁紧密相贴，待得N、S磁铁装配完成后，拆除所有工装清理溢出的胶水。从磁阵列的截面方向安装H型磁铁，将H磁铁放在磁槽中，将抽片换成垂直方向插入磁预置槽，然后将磁预置槽固定住H磁铁，推动导轨滑块将磁铁推入安装位置。磁铁的定位装配方法如下所述：先用磁体替代块代替N、S磁铁位置，从而定位隔栏位置，取走磁铁替代块，通过已固定的隔栏定位N、S磁铁，然后拆卸隔栏，通过已粘接定位的N、S磁铁来定位H型磁铁。 

图2是本发明所涉及的磁阵列的装置的详细结构示意图。如图2所示，该磁阵列的装置包括小推车301，不锈钢背铁302，左侧板303，隔栏锁紧件304，隔栏305，抽片306，磁预置槽307，导轮308，阻尼槽309和阻尼磁铁310。其中不锈钢背铁302是磁阵列安装的基座，磁铁与它之间有很强的吸附力，单片磁铁吸附力如图3所示，水平紧贴背铁推入，摩擦力很大且不利于涂抹胶水，故选择垂直方向自上而下定位安装。在安装时磁铁先放置在磁预置槽307中，此时抽片306是预先斜插在磁预置槽307的斜槽501（如图4所示）中。 

在隔栏305定位出的磁铁安装位置空间内涂上胶水，预先将小推车301推送到指定位置，将磁预置槽307移动到小推车301正上方缓慢抽出抽片306，磁铁倾斜下滑，先下的一端顶吸附在不锈钢背铁302上，然后剩余部分靠在小推车301的坡面上，摇动手轮缓慢带动小推车301后退，磁铁慢慢完全吸附在不锈钢背铁302上。安放同行异性磁极的磁铁时，两片磁铁的吸附力如图5所示。 

图5是本发明所涉及的磁阵列的装置的相反磁极磁铁装配受力图。如图5所示，第二片磁钢推入，曲线从右向左看，受第一片磁钢侧向吸力（推入方向正交方向），逐渐增大0-380N，推力方向Y基本无力，垂向吸力越来越大，0-630N。故同行磁铁安装如上步骤，安放同列同极磁铁时，在磁铁完全吸附在不锈钢背铁302上时，将阻尼滑块107移动到两同极磁铁相斥端中间，阻尼滑块107中置放在阻尼槽309中的阻尼磁铁310会吸附在两同极磁铁上，磁场会因此改变，如图6所示。 

图6是本发明所涉及的磁阵列的装置添加阻尼磁铁的磁场示意图。在两磁铁上面加上一块相同充磁方向的磁铁（阻尼磁铁310），磁铁的磁场走向如图6所示，由于磁力线绝大部分是从上面的磁铁穿过，故两相邻磁铁的斥力将减小到很小。消除同极磁铁间的斥力影响，这时将两同极磁铁紧靠在一起。待N、S磁铁装配完毕，拆卸隔栏、小推车和侧板等工装。 

图7是本发明所涉及的磁阵列的装置的隔栏示意图。如图7所示，该隔栏801上留有避胶槽且镀有耐磨防粘材料，拆卸方便，溢出的胶水此时可以清理。 

如图8所示，图8是磁阵列H磁铁装配示意图。清理完毕后，装上齿槽901和推力卡片902，在齿槽901上放置H型磁铁，用推力卡片902卡夹磁铁，在背铁上粘接H型磁铁的部位涂抹胶水，摇动手轮推动H型磁铁到预定位置，此过程受力如图9所示。 

图9是本发明所涉及的磁阵列的装置的H磁铁装配受力示意图。H型磁铁从截面推入时一直受到吸力的作用，随着逐渐深入磁铁的吸力有个短暂的上升，然后达到峰值，最后随着装配到位，吸力逐渐减小为零，H磁铁在N、S磁铁留出的间隙中间时（如果H与N、S磁铁等长，则两种磁铁边界齐平）受到N和S的合力作用将使H磁铁稳定在此位置，否则将产生引力将H磁铁拉回中间位置，这样也使此种装配方式有磁力自校正装配位置精度的作用，这种方式在此称为顺磁装配，相应的从垂直方向自上而下装配H磁铁在此称为逆磁装配，相对顺磁装配，逆磁装配时H磁铁在N、S上方会受到强斥力作用，H磁铁对准下面的H预留装配位置稍有一点偏差，H磁铁下降过程中则会受斥力影响左右摇摆不定，难以将磁铁准确定位下放，等到H磁铁下表面与N、S磁铁上表面齐平或者以下，H磁铁由受到强斥力变为强吸力，这个过程在瞬间转换给定位H磁铁带来很大难度，需要额外机械部件进行稳定，故相对逆磁装配，顺磁装配方式则是利用了磁场本身特性进行较准确的定位磁铁。第二片H型磁铁在即将推到预定位置前卸下推力卡片902，摇动手轮后退再重新装上推力卡片902，在摇动手轮再用推力卡片902顶住H型磁铁直至与上一片磁铁紧密贴合。 

装配完的磁阵列如图10所示，图10是装配完成的磁阵列的第一实施方式示意图。在该第一实施方式中，磁阵列为一整体，无缝隙且排列整齐。磁阵列呈横排纵列的方式排列，其中同一列的磁极相同，同一行的磁极N-S交替排列。 

图11是装配完成的磁阵列的第二实施方式示意图。在该第二实施方式中，磁阵列同样呈横排纵列的方式排列，其中同一行的磁极相同，同一列的磁极N-S交替排列。 

图12是磁阵列装配流程图：先用磁铁替代块代替N、S磁铁位置，从而定位隔栏位置，取走磁铁替代块，通过已固定的隔栏定位N、S磁铁，然后拆卸隔栏，通过已粘接定位的N、S磁铁来定位H型磁铁。 

与现有技术相比较，第一、本发明设置小推车消解磁铁与背铁强吸力引起的加速度，使磁铁与背铁可直接粘接，增加正向磁密。第二、本发明设置了阻尼滑块消除同极磁铁间的斥力影响，取代纯机械夹持或限位使两同极磁铁紧密相贴，精确定位同极磁铁。第三、本发明采用隔栏方式定位磁铁，隔栏上的避胶槽和推车轨道方便磁铁的安装，避免背铁上刻槽引起的谐波增大（不用在背铁上加流胶槽，影响磁路）。第四、采用顺磁的装配方式解决装配受强力干扰的状况。 

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。 

  

Claims (12)

1.一种磁阵列装配装置，其特征在于，包括一承载底板，所述承载底板上放置磁体替代块、磁体定位装置、磁预置槽、阻尼滑块、推力转接件，导向装置和推力装置，所述磁体替代块用于定位所述磁体定位装置，所述磁体定位装置用于定位磁铁的放置位置，所述磁预置槽用于放置所述磁铁，所述阻尼滑块用于消除相邻所述磁铁间斥力，所述阻尼滑块和所述磁预置槽沿所述导向装置移动，所述推力装置用于将所述推力转接件移动至预定位置，所述推力转接件安装于所述磁体定位装置之间，若干所述磁铁被放置后形成所述磁阵列。

2.如权利要求1所述的磁阵列装配装置，其特征在于，所述磁体定位装置包括一隔栏及隔栏锁紧件，所述隔栏上留有避胶槽且镀有耐磨防粘材料。

3.如权利要求1所述的磁阵列装配装置，其特征在于，所述承载底板由马氏体不锈钢制成。

4.如权利要求1所述的磁阵列装配装置，其特征在于，所述磁预置槽包括一抽片，所述抽片用于，在所述磁铁预先放置在所述磁预置件中，所述磁预置件对准所述磁铁安装位置，然后抽出所述磁预置件上的抽片，所述磁铁就会滑落在所述推力转接件上。

5.如权利要求1所述的磁阵列装配装置，其特征在于，所述阻尼滑块包括一阻尼磁铁及承载所述阻尼磁铁的阻尼槽。

6.如权利要求1所述的磁阵列装配装置，其特征在于，所述推力转接件为若干小推车，所述小推车包括一斜坡。

7.如权利要求1所述的磁阵列装配装置，其特征在于，所述推力装置包括一丝杆，用于带动所述推力转接件移动。

8.如权利要求1所述的用于直线或平面电机磁阵列的装配装置，其特征在于，所述磁阵列为纵横排列阵列。

9.一种装配直线或平面电机磁阵列的方法，其特征在于，包括：在一承载底板设置一磁体替代块，根据所述磁体替代块的位置安装一磁体定位装置，根据所述磁体定位装置安装所述磁阵列，利用一推力转接件移动磁铁至预定位置，所述推力转接件通过一推力装置移动，所述推力转接件用于消除所述磁铁与所述承载底板之间的加速度，逐一将所述磁铁排列成为需要的所述磁阵列分布。

10.如权利要求9所述的装配直线或平面电机磁阵列的方法，其特征在于，所述安装所述磁阵列的方法还包括：利用一阻尼滑块用于消除相邻磁铁间斥力。

11.如权利要求10所述的装配直线或平面电机磁阵列的方法，其特征在于，所述推力转接件及所述阻尼滑块均通过一导向装置定位。

12.如权利要求9所述的装配直线或平面电机磁阵列的方法，其特征在于，所述安装所述磁阵列的方法还包括：采用顺磁装配方法安装所述磁铁。