CN105322831B - 一种六自由度线缆拖动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种六自由度线缆拖动装置，包括X向电机、Y向电机及连接机构，连接机构的一端延伸至平面电机定子的底部，另一端延伸至平面电机定子的上方；X向电机包括X向电机定子线圈、X向电机动子磁铁及X向电机动子导轨，X向电机定子线圈与X向电机动子导轨均沿X方向固定于连接机构上，X向电机动子磁铁限位于X向电机动子导轨内，与线缆固接；Y向电机包括Y向电机动子线圈和Y向电机定子磁钢，Y向电机定子磁钢固定于平面电机定子的底部，Y向电机动子线圈与连接机构固接，并在Y向电机定子磁钢上运动，线缆与Y向电机动子线圈连接端固接。利用X向电机拖动线缆沿X向同步跟随；Y向电机通过连接机构拖动线缆沿Y向同步跟随。

Description

一种六自由度线缆拖动装置

技术领域

本发明涉及光刻设备领域，尤其涉及一种六自由度线缆拖动装置。

背景技术

在光刻装置中，利用磁浮平面电机作为运动台的结构，目前主要分为两种类型：动磁铁式和动线圈式。不论对于哪种形式的磁浮平面电机，都有连接动子结构的线缆，具体地，所述磁浮平面电机包括磁浮平面电机动子、磁浮平面电机定子以及线缆，所述线缆的一端通过连接件与所述磁浮平面电机动子固接，当磁浮平面电机运动时，这些线缆会给磁浮平面电机动子的控制带来一定的推力干扰，为了减小这一部分干扰，需要配合磁浮平面电机，加入一个线缆拖动装置，使线缆与磁浮平面电机动子做同步跟随运动。

发明内容

本发明提供一种六自由度线缆拖动装置，以实现线缆与磁浮或者气浮平面电机动子做同步跟随运动。

为解决上述技术问题，本发明提供一种六自由度线缆拖动装置，与磁浮或者气浮平面电机同步运动，包括X向电机、Y向电机以及用于连接所述X向电机和所述Y向电机的连接机构，

所述连接机构的一端延伸至磁浮或者气浮平面电机定子的底部，另一端延伸至所述磁浮或者气浮平面电机定子的上方。

较佳地，所述X向电机包括X向电机定子线圈、X向电机动子磁铁以及X向电机动子导轨，所述X向电机定子线圈与所述X向电机动子导轨均沿X方向固定于所述连接机构上，所述X向电机动子磁铁限位于所述X向电机动子导轨内，并与所述线缆一头和磁浮或者气浮平面电机动子的连接端固接。

较佳地，所述Y向电机包括Y向电机动子线圈和Y向电机定子磁钢，所述Y向电机定子磁钢固定于所述磁浮或者气浮平面电机定子的底部，所述Y向电机动子线圈与所述连接机构固接，并能够在所述Y向电机定子磁钢上沿Y方向运动，所述线缆另一头与所述Y向电机动子线圈连接端固接。

较佳地，所述X向电机动子磁铁包括第一连接件、两组第一磁钢阵列以及两组第一背铁，所述两组第一磁钢阵列分设于所述X向电机定子线圈的两侧，每个第一磁钢阵列远离X向电机定子线圈的一侧固定有一个第一背铁，所述第一连接件将所述的两组第一磁钢阵列以及两组第一背铁固定形成一个U型块，所述U型块的开口处固定连接有向外翻折的导轨滑块，所述导轨滑块限位于所述X向电机动子导轨相对应的凹槽内。

较佳地，所述X向电机定子线圈和Y向电机动子线圈均采用PCB板式线圈。

较佳地，所述PCB板式线圈包括外部线圈板，所述外部线圈板内设有依次排列的方形线圈。

较佳地，所述外部线圈板上设有若干层间连接孔，每个层间连接孔对应所述方形线圈的一层导线；所述外部线圈板上还设有若干三相线圈引接线孔，引入三相电流。

较佳地，所述X向电机动子磁铁的阵列排列方式为主磁极磁铁N、主磁极磁铁H1、主磁极磁铁S、主磁极磁铁H2，依次循环。

较佳地，所述X向电机动子磁铁组成的阵列的总宽度W₃≥3×W₁，所述W₁为相邻的两个方形线圈中心线的间距。

较佳地，所述Y向电机定子磁钢包括第二背铁、设于所述第二背铁上的X向磁钢阵列和两组YZ向磁钢阵列，所述两组YZ向磁钢阵列分设于所述X向磁钢阵列的两侧。

较佳地，所述YZ向磁钢阵列的排列方式为磁铁N、磁铁H1、磁铁S、磁铁H2，依次循环；所述X向磁钢阵列的排列方式为磁铁N、磁铁H、磁铁S。

较佳地，所述Y向电机动子线圈包括四个YZ向发力体和一个X向发力体，两个所述YZ向发力体与一个所述YZ向磁钢阵列的位置相对应，另外两个所述YZ向发力体与另一个所述YZ向磁钢阵列的位置相对应，所述X向发力体与所述X向磁钢阵列的位置相对应。

较佳地，每个所述YZ向发力体包括三个方形线圈，每个所述方形线圈有两个出线端，所述出线端一端通过所述层间连接孔与另外两个所述方形线圈短接，所述出线端另一端接至三相线圈引接线孔，接三相电流中的一相。

较佳地，所述四个YZ向发力体满足如下关系式：W₁＝5τ/3，W₂＝(n+1/2)τ，其中，W₁为每个YZ向发力体中相邻两个方形线圈中心线的间距；W₂为处于同一YZ向磁钢阵列上的两个YZ向发力体中心线之间的间距；τ为YZ向磁钢阵列中磁铁N和磁铁S之间的间距，n为大于等于5的正整数。(实施例一)

较佳地，所述X向发力体接直流电，四个所述YZ向发力体均接U、V、W三相交流电，且U、W三相交流电正接，V相交流电反接。

较佳地，所述四个YZ向发力体满足如下关系式：W₁＝4τ/3，W₂＝(n+1/2)τ，其中，W₁为每个YZ向发力体中相邻两个方形线圈中心线的间距；W₂为处于同一YZ向磁钢阵列上的两个YZ向发力体中心线之间的间距；τ为YZ向磁钢阵列中磁铁N和磁铁S之间的间距，n为大于等于4的正整数。(实施例二)

较佳地，所述X向发力体接直流电，四个所述YZ向发力体均接U、V、W三相交流电，且三相交流电均正接。

与现有技术相比，本发明提供的六自由度线缆拖动装置，与磁浮或者气浮平面电机同步运动，包括X向电机、Y向电机以及用于连接X向电机和Y向电机的连接机构，其中，所述连接机构的一端延伸至磁浮或者气浮平面电机定子的底部，另一端延伸至所述磁浮或者气浮平面电机定子的上方；所述X向电机包括X向电机定子线圈、X向电机动子磁铁以及X向电机动子导轨，所述X向电机定子线圈与X向电机动子导轨均沿X方向固定于所述连接机构上，所述X向电机动子磁铁限位于所述X向电机动子导轨内，并与线缆和磁浮或者气浮平面电机动子的连接端固接；所述Y向电机包括Y向电机动子线圈和Y向电机定子磁钢，所述Y向电机定子磁钢固定于所述磁浮或者气浮平面电机定子的底部，所述Y向电机动子线圈与所述连接机构固接，并能够在所述Y向电机定子磁钢上沿Y方向运动，所述线缆与所述Y向电机动子线圈连接端固接。本发明利用X向电机拖动线缆沿X向同步跟随；Y向电机通过连接机构拖动线缆沿Y向同步跟随，从而实现线缆与磁浮或者气浮平面电机动子的同步运动。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置与磁浮或者气浮平面电机安装后的三维结构图(由上向下看)；

图2为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置与磁浮或者气浮平面电机安装后的三维结构图(由下向上看)；

图3为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置的三维结构图；

图4为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置中X向电机的三维结构图；

图5为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置中X向电机的局部外观图；

图6为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置中X向电机的电磁结构图；

图7为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置中X向电机的动子磁铁阵列充磁方向示意图；

图8为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置中X向电机的控制方式说明示意图；

图9为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置中Y向电机的整体外观图；

图10为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置中Y向电机的电磁结构示意图；

图11为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置中Y向电机的YZ向定子磁钢阵列充磁方向示意图；

图12为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置中Y向电机的X向定子磁钢阵列充磁方向示意图；

图13为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置中Y向电机的PCB动子线圈阵列接线示意图；

图14为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置中Y向电机的PCB动子线圈板外部结构示意图；

图15为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置中的PCB线圈层间排布及层间连接方式示意图；

图16为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置的Y向电机在YZ向发力体Y向运动时的出力仿真结果示意图；

图17为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置的Y向电机在YZ向发力体Z向运动时的出力仿真结果示意图；

图18为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置的Y向电机在X向发力体X向运动时的出力仿真结果示意图；

图19为本发明一具体实施方式的六自由度线缆拖动装置的Y向电机在X向发力体Z向运动时的出力仿真结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加清晰易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1至图4，所述磁浮平面电机包括磁浮平面电机动子420、磁浮平面电机定子410以及线缆430，所述线缆430的一端通过连接端440与所述磁浮平面电机动子420固接。

本发明提供的六自由度线缆拖动装置，与磁浮平面电机同步运动，

包括：X向电机、Y向电机以及用于连接X向电机和Y向电机的连接机构300，其中，

所述连接机构300的一端延伸至磁浮平面电机定子410的底部，另一端延伸至所述磁浮平面电机定子410的上方，所述连接构件300还同时起到为X向电机导向的作用；

所述X向电机包括X向电机定子线圈110、X向电机动子磁铁120以及X向电机动子导轨130，所述X向电机定子线圈110与X向电机动子导轨130均沿X方向固定于所述连接机构300上，所述X向电机动子磁铁120限位于所述X向电机动子导轨130内，并与线缆430的一头和磁浮平面电机动子420的连接端440固接；

所述Y向电机包括Y向电机动子线圈210和Y向电机定子磁钢220，所述Y向电机定子磁钢220固定于所述磁浮平面电机定子410的底部，所述Y向电机动子线圈210与所述连接机构300固接，并能够在所述Y向电机定子磁钢220上沿Y方向运动，所述线缆430另一头与所述Y向电机动子线圈210连接端固接。

这样，利用X向电机动子磁铁120带动连接端440沿X方向运动，进而拖动线缆430沿X向与磁浮平面电机动子420同步运动；Y向电机定子磁钢220通过连接机构300的连动，拖动线缆430沿Y向与磁浮平面电机动子420同步运动，从而实现线缆430与磁浮平面电机动子420的同步跟随运动。

较佳地，请重点参考图4和图5，所述X向电机动子磁铁120包括第一连接件121、两组第一磁钢阵列122以及两组第一背铁123，所述两组第一磁钢阵列122分设于所述X向电机定子线圈110的两侧，每个第一磁钢阵列122远离X向电机定子线圈110的一侧固定有一个第一背铁123，所述第一连接件121将所述的两组第一磁钢阵列122以及两组第一背铁123固定形成一个U型块，所述U型块的开口处固定连接有向外翻折的导轨滑块124，所述导轨滑块124限位于所述X向电机动子导轨130相对应的凹槽131内，较佳地，所述第一背铁123属导磁材料；所述第一连接件121属不导磁材料。

较佳地，所述X向电机定子线圈110和Y向电机动子线圈210均采用PCB板式线圈，具体地，请重点参考图5和图6，所述PCB板式线圈包括外部线圈板111，所述外部线圈板111内设有依次排列的方形线圈114。较佳地，所述外部线圈板111上设有若干层间连接孔112，每个层间连接孔112对应所述方形线圈114的一层导线；所述外部线圈板111上还设有若干三相线圈引接线孔113，引入三相电流。本发明采用PCB板式线圈，使得线圈阵列可以做成一个整体，不需要添加任何固定和封装线圈阵列的外围框架，使得X向电机定子线圈110和Y向电机动子线圈210的结构强度更强、可靠性更高；同时，由于无需线圈的封装结构，可以将电机动子垂向尺寸做得更小，可以将气隙间距缩至更小，更加充分地利用磁钢阵列的有效磁密，增大电机推力；另外，采用PCB板式线圈，线圈尺寸可以更加接近设计值，减小漆包线线圈制造工艺缺陷引起的推力干扰及推力波动，同时可以将线圈阵列表面的平面度做得更好。

较佳地，请重点参考图7，所述X向电机动子磁铁120的阵列排列方式为主磁极磁铁N、主磁极磁铁H1、主磁极磁铁S、主磁极磁铁H2，依次循环，上述主磁极磁铁125、126、127、128的充磁方向也如图7中所示，磁铁的具体数量可根据推力需要而扩展，但无论磁铁的数量为多少，所述X向电机动子磁铁120组成的阵列的总宽度必须满足如下要求：

W₃≥3×W₁ (1)

其中，W₁为相邻的两个方形线圈114中心线的间距。

请重点参考图8，图中示意了X向电机动子磁铁120在X向跟随过程中的两个位置：Ⅰ和Ⅱ，当动子在位置Ⅰ时，由线圈a、b、c组成三相线圈并通入三相电流，三相电流对应U1、V1、W1；当动子在位置Ⅱ时，由线圈b、c、d组成三相线圈并通入三相电流，同样，b、c、d三相线圈对应三相电流U1、V1、W1，此时a线圈不再通电，动子在跟随过程中，依次如上述通入三相电流。当电机两个相邻的定子线圈中心距离τ与W₁满足后文式(2)时，则通入的三相电流需要满足后文式(4)之关系；当τ与W₁满足后文式(6)时，则通入的三相电流需要满足后文式(7)之关系。

较佳地，请重点参考图9至图12，所述Y向电机定子磁钢220包括第二背铁S-I、设于所述第二背铁S-I上的X向磁钢阵列X-S和两组YZ向磁钢阵列YZ-Sa、YZ-Sb，磁钢阵列的Y向长度可以根据行程需要增加，所述两组YZ向磁钢阵列YZ-Sa、YZ-Sb分设于所述X向磁钢阵列X-S的两侧。较佳地，所述YZ向磁钢阵列YZ-Sa、YZ-Sb的排列方式为磁铁N、磁铁H1、磁铁S、磁铁H2，四种磁铁221、222、223、224依次循环；所述X向磁钢阵列X-S的排列方式为磁铁N、磁铁H、磁铁S，三种磁铁225、226、227依次循环，X向磁钢阵列X-S因为磁铁制造及安装工艺限制，将磁阵列分成多个小段，每段的具体长度可以根据需要改变，但每段的磁铁排布与充磁方向均需与图12相同。

较佳地，请重点参考图10和图13，所述Y向电机动子线圈210包括四个YZ向发力体YZ-Ma、YZ-Mb、YZ-Mc、YZ-Md和一个X向发力体X-M，其中两个YZ向发力体YZ-Ma、YZ-Mb与一个YZ向磁钢阵列YZ-Sa的位置相对应，另外两个YZ向发力体YZ-Mc、YZ-Md与另一个YZ向磁钢阵列YZ-Sb的位置相对应，所述X向发力体X-M与所述X向磁钢阵列X-S的位置相对应。

具体地，五个发力体根据控制方式的不同，可以使动子分别产生±X、±Y、±Z向推力，以及±Rx、±Ry、±Rz的轴向转矩。其六自由度实现方式是：

X向发力体X-M通电后根据电流方向的不同，动子可以分别产生±X向推力。当四个YZ向发力体均出大小相同的+Y或-Y向力时，动子会产生+Y或-Y向推力。当四个YZ向发力体均出大小相同的+Z或-Z向力时，动子会产生+Z或-Z向推力。当YZ向发力体YZ-Ma、YZ-Mb出大小相同的+Y向力，同时YZ向发力体YZ-Mc、YZ-Md出大小相同的-Y向力，可以使动子产生-Rz向转矩；反之，则出+Rz转矩。当YZ-Ma、YZ-Mc出大小相同的+Z向力,同时YZ-Mb、YZ-Md出较另外两YZ发力体小的+Z向力或-Z向力时，则会使动子产生+Rx转矩，反之，则产生-Rx转矩。当YZ向发力体YZ-Ma、YZ-Mb出大小相同的+Z向力，同时YZ向发力体YZ-Mc、YZ-Md出较另外两YZ向发力体YZ-Ma、YZ-Mb小的+Z向力或-Z向力时，则会使动子产生+Ry转矩，反之，则产生-Ry转矩。实际上，本发明所述线缆拖动装置动子结构不仅仅能实现±Rx、±Ry、±Rz三个轴向转矩，结合控制算法，四个YZ向发力体可以使动子实现任意水平方向的转矩。

较佳地，请重点参考图13至图15，每个YZ向发力体YZ-Ma、YZ-Mb、YZ-Mc、YZ-Md包括三个方形线圈，每个方形线圈有两个出线端，其中的层间连接端212通过所述层间连接孔112与另外两个方形线圈114短接，引接线端213接至所述三相线圈引接线孔113，接三相电流中的一相。因此，每个YZ向发力体有三个三相线圈引接线孔113，分别接三相电流的U、V、W，当然，所述X向电机定子线圈中的方形线圈114的具体连接方式与之完全相同。

所述Y向电机动子线圈210通过螺纹孔211连接至所述连接机构300，用于连接六自由度线缆拖动的X向电机。

实施例一

三相电机有两种尺寸约束、通电、接线方式：“5τ/3”和“4τ/3”。现将六自由度线缆拖动装置中的Y向电机的YZ向发力体按照“5τ/3”的尺寸约束、通电、接线方式表述如下：

较佳地，所述四个YZ向发力体YZ-Ma、YZ-Mb、YZ-Mc、YZ-Md满足如下关系式：

其中，W₁为每个YZ向发力体中相邻两个方形线圈114中心线的间距；W₂为处于同一YZ向磁钢阵列上的两个YZ向发力体中心线之间的间距；τ为YZ向磁钢阵列中磁铁N和磁铁S之间的间距，定义为极距；

式(3)中，n＝5,6,7,8......(大于等于5的正整数)。

式(2)是为了使线圈尺寸与磁铁极距满足与之对应的通电电流相位关系；式(3)是为了分别消除YZ向发力体YZ-Ma、YZ-Mb和YZ向发力体YZ-Mc、YZ-Md所产生的间距转矩，即让两个发力体在磁角度上差τ/2，其原因是单个发力体出力的转距波动周期是τ。

较佳地，对于图13所示的接线方式，所述X向发力体接直流电，四个YZ向发力体均接U、V、W三相交流电，且V相电反接。则U1、V1、W1所对应的三相电流相位差需满足以下关系式：

式(4)中，n＝0,±1,±2,±3,±4......(整数)。

同样地，对于U2、V2、W2和U3、V3、W3，以及U4、V4、W4也需要满足式(4)之关系。

两YZ向发力体YZ-Ma和YZ-Mb对应的电流，三相电U1和U2所对应的水平向及垂向电流分量相位差必须满足以下关系式：

式(5)中，n＝5,6,7,8......(正整数，与式(3)中的n相对应)。

同样地，对于U3、U4；V1、V2；V3、V4；W1、W2；W3、W4，同样需要满足式(5)之关系。

实施例二

较佳地，所述的YZ向发力体YZ-Ma、YZ-Mb、YZ-Mc、YZ-Md还可以采用“4τ/3”尺寸约束、通电、接线方式。现将“4τ/3”尺寸约束、通电、接线方式表述如下：

所述四个YZ向发力体YZ-Ma、YZ-Mb、YZ-Mc、YZ-Md应同时满足式(3)和如下关系式：

对于图13所示的接线方式，所述X向发力体接直流电，四个YZ向发力体均接U、V、W三相交流电，且三相电均正接。则U、V、W所对应的电流相位差需满足以下关系式：

式(7)中，n＝0,±1,±2,±3,±4......(整数)。

当然，YZ向发力体YZ-Ma和YZ-Mb、YZ向发力体YZ-Mc和YZ-Md对应的各相电流U1和U2、V1和V2、W1和W2以及U3和U4、V3和V4、W3和W4相位关系也应满足式(5)之关系。

具体地，所述方形线圈114内部的层排布及层间接线方式如图15所示(为了方便观察，将各层之间展开，实际上各层是贴合的，层间及匝间以玻纤环氧树脂作绝缘)。层间连接端212对应所述层间连接孔112，引接线端213对应所述三相线圈引接线孔113。实际上每个线圈有两个三相线圈引接线孔113，但是其中一个与另外两个短接，即三个线圈成“Y”形接线，因此图5中每个线圈只画了一个三相线圈引接线孔113。PCB板式线圈的工艺过程与传统漆包线形式的线圈的最大不同之处在于，PCB板式线圈是一层铜线一层树脂的方式交替压制而成，而漆包线线圈是一匝匝绕制而成的；而外部线圈板111的制过程实际上是先将两面均有铜层的芯板蚀刻各层的导线设计分布图形，然后在各层芯板之间填充树脂，最后将交替排列的树脂和芯板在加热的同时压制成形。

图16是YZ发力体Y向运动(Z向气隙不变)时，对应Y、Z向出力的仿真结果。图中对应的三条曲线分别对应发力体作Y向运动时Y、Z向推力常数曲线和X向的推力干扰。从图中可以看出，Y向出力的推力常数波动为0.7％(59.0N/A～59.4N/A)，Z向推力常数波动为1.2％(60.1N/A～60.8N/A)。X向推力干扰在0.03N/A以内。图17是YZ向发力体Z向运动(Y向位置不变)时，对应的Y、Z向出力的仿真结果，从图中可以看出，线圈离磁铁表面距离的不同，会对推力常数产生较大影响，导致Y、Z向推力常数波动分别为15.5％(55.0N/A～63.5N/A)、17.2％(56.4N/A～66.1N/A)，但对于以上两种波动，都可以通过控制的方式补偿：根据动子在磁场中的不同Y和Z向位置，作自适应补偿，即当推力常数较小时，通过自动控制系统，控制驱动器通入较大的电流，反之，通入较小的电流。

图18是X向发力体X向运动(Z向气隙不变)时，对应的X向出力的仿真结果。图中对应的三条曲线分别对应X向推力常数和Z向、Y向的推力干扰曲线。从图中可以看出，X向出力的推力常数波动为2.3％(44.1N/A～45.1N/A)，Y向推力干扰很小，在0.03N/A以内，但Z向推力干扰达到4.5N/A。图19是X向发力体Z向运动(X向位置不变)时，X向出力，及Y、Z向推力干扰曲线。从图中可以看出，X向推力常数波动为(42.4N/A～47.5N/A)，Y向推力干扰同样很小，也在0.03N/A以内，但Z向推力干扰达到了1.9N/A。对以上所述的两种推力波动，均可以通过X向发力体自身的自适应控制的方式补偿，但对于两种情况下的Z向的推力干扰，需要通过控制YZ向发力体的Z向推力补偿该干扰。

综上所述，本发明提供的一种六自由度线缆拖动装置，与磁浮平面电机同步运动，包括X向电机、Y向电机以及用于连接X向电机和Y向电机的连接机构300，其中，所述连接机构300的一端延伸至磁浮平面电机定子410的底部，另一端延伸至所述磁浮平面电机定子410的上方；所述X向电机包括X向电机定子线圈110、X向电机动子磁铁120以及X向电机动子导轨130，所述X向电机定子线圈110与X向电机动子导轨130均沿X方向固定于所述连接机构300上，所述X向电机动子磁铁120限位于所述X向电机动子导轨130内，并与线缆430和磁浮平面电机动子420的连接端440固接；所述Y向电机包括Y向电机动子线圈210和Y向电机定子磁钢220，所述Y向电机定子磁钢220固定于所述磁浮平面电机定子410的底部，所述Y向电机动子线圈210与所述连接机构300固接，并能够在所述Y向电机定子磁钢220上沿Y方向运动，所述线缆430与所述Y向电机动子线圈210连接端固接。本发明利用X向电机拖动线缆430沿X向同步跟随；Y向电机通过连接机构300拖动线缆430沿Y向同步跟随，从而实现线缆430与磁浮平面电机动子420的同步运动。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型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，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种六自由度线缆拖动装置，与平面电机同步运动，其特征在于，包括X向电机、Y向电机以及用于连接所述X向电机和所述Y向电机的连接机构，所述连接机构的一端延伸至所述平面电机定子的底部，另一端延伸至所述平面电机定子的上方，所述X向电机包括X向电机定子线圈、X向电机动子磁铁以及X向电机动子导轨，所述X向电机定子线圈与所述X向电机动子导轨均沿X方向固定于所述连接机构上，所述X向电机动子磁铁限位于所述X向电机动子导轨内，并与所述线缆一头和所述平面电机动子的连接端固接。

2.如权利要求1所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，所述Y向电机包括Y向电机动子线圈和Y向电机定子磁钢，所述Y向电机定子磁钢固定于所述平面电机定子的底部，所述Y向电机动子线圈与所述连接机构固接，并能够在所述Y向电机定子磁钢上沿Y方向运动，所述线缆另一头与所述Y向电机动子线圈连接端固接。

3.如权利要求1所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，所述X向电机动子磁铁包括第一连接件、两组第一磁钢阵列以及两组第一背铁，所述两组第一磁钢阵列分设于所述X向电机定子线圈的两侧，每个第一磁钢阵列远离X向电机定子线圈的一侧固定有一个第一背铁，所述第一连接件将所述的两组第一磁钢阵列以及两组第一背铁固定形成一个U型块，所述U型块的开口处固定连接有向外翻折的导轨滑块，所述导轨滑块限位于所述X向电机动子导轨相对应的凹槽内。

4.如权利要求1或2所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，所述X向电机定子线圈和所述Y向电机动子线圈均采用PCB板式线圈。

5.如权利要求4所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，所述PCB板式线圈包括外部线圈板，所述外部线圈板内设有依次排列的方形线圈。

6.如权利要求5所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，所述外部线圈板上设有若干层间连接孔，每个层间连接孔对应所述方形线圈的一层导线；所述外部线圈板上还设有若干三相线圈引接线孔，引入三相电流。

7.如权利要求5所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，所述X向电机动子磁铁的阵列排列方式为主磁极磁铁N、主磁极磁铁H1、主磁极磁铁S、主磁极磁铁H2，依次循环。

8.如权利要求7所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，所述X向电机动子磁铁组成的阵列的总宽度W3≥3×W1，所述W1为相邻的两个方形线圈中心线的间距。

9.如权利要求2所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，所述Y向电机定子磁钢包括第二背铁、设于所述第二背铁上的X向磁钢阵列和两组YZ向磁钢阵列，所述两组YZ向磁钢阵列分设于所述X向磁钢阵列的两侧。

10.如权利要求9所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，所述YZ向磁钢阵列的排列方式为磁铁N、磁铁H1、磁铁S、磁铁H2，依次循环；所述X向磁钢阵列的排列方式为磁铁N、磁铁H、磁铁S。

11.如权利要求9所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，所述Y向电机动子线圈包括四个YZ向发力体和一个X向发力体，两个所述YZ向发力体与一个所述YZ向磁钢阵列的位置相对应，另外两个所述YZ向发力体与另一个所述YZ向磁钢阵列的位置相对应，所述X向发力体与所述X向磁钢阵列的位置相对应。

12.如权利要求11所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，每个所述YZ向发力体包括三个方形线圈，每个所述方形线圈有两个出线端，所述出线端一端通过层间连接孔与另外两个所述方形线圈短接，所述出线端另一端接至三相线圈引接线孔，接三相电流中的一相。

13.如权利要求11所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，所述四个YZ向发力体满足如下关系式：W1＝5τ/3，W2＝(n+1/2)τ。

14.如权利要求11所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，所述X向发力体接直流电，四个所述YZ向发力体均接U、V、W三相交流电，且U、W三相交流电正接，V相交流电反接。

15.如权利要求11所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，所述四个YZ向发力体满足如下关系式：W1＝4τ/3，W2＝(n+1/2)τ。

16.如权利要求15所述的六自由度线缆拖动装置，其特征在于，所述X向发力体接直流电，四个所述YZ向发力体均接U、V、W三相交流电，且三相交流电均正接。