CN112928887A - 位移装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位移装置，包括第一框架部和第二框架部，第一框架部包括第一线圈阵列至第四线圈阵列均配置在与第一方向平行的第一平面上，第五线圈阵列、第六线圈阵列配置在与第一方向平行的第二平面上，第七线圈阵列、第八线圈阵列配置在与第一方向平行的第三平面上；第二框架部包括多个磁体阵列，其中第一磁体阵列与第一线圈阵列、第二线圈阵列分别在第一平面上的投影有交集，第二磁体阵列与第三线圈阵列、第四线圈阵列分别在第一平面上的投影有交集，第三磁体阵列与第五线圈阵列、第六线圈阵列分别在第二平面上的投影有交集，第四磁体阵列与第七线圈阵列、第八线圈阵列分别在第三平面上的投影有交集，本装置实现了动子六个自由度的解耦控制。

Description

位移装置

技术领域

本发明涉及自动化装备领域，具体涉及一种位移装置。

背景技术

进入21世纪，以半导体装备为代表的生产设备精度不断提高，人们对其产率的要求也越来越高。大行程运动台技术是自动化装备制造系统的核心技术，一直受到行业内的高度重视。自动化装备的性能和产能，也对运动台的速度加速度和定位精度等性能提出了更高的要求。传统的大行程运动台系统，通常采用直线电机+机械导轨的技术方式，或者采用直线电机+气浮导轨的技术方式。直线电机+机械导轨的技术方式，引入了机械摩擦，限制了性能的提高。而直线电机+气浮导轨的技术方式，虽然降低了机械摩擦的影响，但大尺寸的气浮支撑面对平整度要求非常高，增加了加工制造难度，提高了生产成本,更重要的是这种方式无法适用于真空环境。而磁悬浮技术主要具有以下显著的优势：无机械接触和摩擦、满足超洁净制造环境的要求，可以以小电流实现大的推力，它维护费用低、使用寿命长，与气浮相比它刚度高、承载能力大、悬浮间隙较大(200微米以上，是气浮间隙的20倍)、对环境要求较低、适用于真空环境等。同时，制造业正逐步迈向智能化和柔性化，这也对运动台提出了更高的要求，即模块化、可扩展性和灵活性，而且通常需要运动台实现多个自由度的控制。现有的运动台难以满足上述所有需求，因而新型多自由度磁悬浮运动台的开发问题亟待解决和完善。

发明内容

本发明的目的是提供一种位移装置，本发明实现了对动子的六个自由度进行单独控制的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种位移装置，包括至少一个第一框架部和至少一个第二框架部，每个第一框架部与对应的第二框架部可以产生相对运动，其特征在于，

每个第一框架部包括第一框架和多个线圈阵列，所述多个线圈阵列包括：

第一线圈阵列，第二线圈阵列，第三线圈阵列，第四线圈阵列，均配置在与第一方向平行的所述第一框架的第一平面上；所述第一线圈阵列包括多个第一线圈，所述第二线圈阵列包括多个第二线圈，所述第三线圈阵列包括多个第三线圈，所述第四线圈阵列包括多个第四线圈；所述多个第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈各自沿所述第一方向两两相邻配置；

第五线圈阵列，第六线圈阵列，均配置在与所述第一方向平行的所述第一框架的第二平面上；所述第五线圈阵列包括多个第五线圈，所述第六线圈阵列包括多个第六线圈；所述多个第五线圈、第六线圈各自沿所述第一方向两两相邻配置；

第七线圈阵列，第八线圈阵列，均配置在与所述第一方向平行的所述第一框架的第三平面上；所述第七线圈阵列包括多个第七线圈，所述第八线圈阵列包括多个第八线圈；所述多个第七线圈、第八线圈各自沿所述第一方向两两相邻配置；

其中，所述第一平面和所述第二平面相互不平行，所述第二平面和所述第三平面相互平行；

所述第二框架部包括第二框架和多个磁体阵列，所述多个磁体阵列包括：

第一磁体阵列，第二磁体阵列，均配置在与第一平面平行的所述第二框架的第四平面上，所述第一磁体阵列与所述第一线圈阵列、所述第二线圈阵列分别在第一平面上的投影有交集；所述第二磁体阵列与所述第三线圈阵列、所述第四线圈阵列分别在第一平面上的投影有交集；所述第一磁体阵列包括多个第一N磁体和多个第一S磁体，且所述第一N磁体与所述第一S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第一N磁体与所述第一S磁体的磁化方向相互不同；所述第二磁体阵列包括多个第二N磁体和多个第二S磁体，且所述第二N磁体与所述第二S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第二N磁体与所述第二S磁体的磁化方向相互不同；

第三磁体阵列，配置在与所述第二平面平行的所述第二框架的第五平面上，所述第三磁体阵列与所述第五线圈阵列、所述第六线圈阵列分别在第二平面上的投影有交集；所述第三磁体阵列包括多个第三N磁体和多个第三S磁体，且所述第三N磁体与所述第三S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第三N磁体与所述第三S磁体的磁化方向相互不同；

第四磁体阵列，配置在与所述第三平面平行的所述第二框架的第六平面上，所述第四磁体阵列与所述第七线圈阵列、所述第八线圈阵列分别在第三平面上的投影有交集；所述第四磁体阵列包括多个第四N磁体和多个第四S磁体，且所述第四N磁体与所述第四S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第四N磁体与所述第四S磁体的磁化方向相互不同。

本发明提供的技术方案，通过通电线圈与磁体之间的相互作用力实现框架的相对运动，可根据各种需求实现不同位移，而框架之间无直接机械式接触，也方便于装备和维护操作，对于规模化的使用，能有效降低制造成本和使用成本。且本发明解决了现有技术中不能对动子的六个自由度进行单独控制的问题，实现了动子六个自由度的解耦控制。

在一个实施例中，每个线圈阵列包含的线圈个数为N,其中N＝3*k，k为正整数。

在一个实施例中，所述第一框架还包括第七平面和第八平面，所述第七平面和所述第八平面分别与所述第一平面平行；

所述第七平面和所述第八平面分别配置第一磁阻电机阵列和第二磁阻电机阵列，其中，所述第一磁阻电机阵列包含多个第一磁阻电机，所述多个第一磁阻电机沿所述第一方向两两相邻配置；所述第二磁阻电机阵列包含多个第二磁阻电机，所述多个第二磁阻电机沿所述第一方向两两相邻配置。

在一个实施例中，所述第一框架还包括第九平面和第十平面，所述第九平面和所述第十平面分别与所述第一框架的第一平面平行且与所述第一平面相对设置；所述第九平面和所述第十平面的表面设置有铁磁结构，所述第一磁阻电机阵列与所述铁磁结构分别在所述第九平面上的投影有交集，述第二磁阻电机阵列与所述铁磁结构分别在所述第十平面上的投影有交集。

在一个实施例中，所述位移装置还包括功率放大器，用于驱动所述线圈阵列产生第一磁场，所述线圈阵列产生的所述第一磁场和与所述线圈阵列相对设置的磁体阵列产生的第二磁场发生作用，使得所述第一框架部相对于所述第二框架部沿六个方向中的一个或多个方向上运动。

在一个实施例中，所述第一磁体阵列还包括第一H磁体，所述多个第一H磁体配置在所述第一N磁体和所述第一S磁体之间，且所述第一N磁体和所述第一S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第一H磁体的磁化方向由相邻的第一S磁体指向第一N磁体，且与所述第一方向平行；

和/或

所述第二磁体阵列还包括第二H磁体，所述多个第二H磁体配置在所述第二N磁体和所述第二S磁体之间，且所述第二N磁体和所述第二S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第二H磁体的磁化方向由相邻的第二S磁体指向第二N磁体，且与所述第一方向平行；

和/或

所述第三磁体阵列还包括第三H磁体，所述多个第三H磁体配置在所述第三N磁体和所述第三S磁体之间，且所述第三N磁体和所述第三S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第二H磁体的磁化方向由相邻的第三S磁体指向第三N磁体，且与所述第一方向平行；

和/或

所述第四磁体阵列还包括第四H磁体，所述多个第四H磁体配置在所述第四N磁体和所述第四S磁体之间，且所述第四N磁体和所述第四S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第四H磁体的磁化方向由相邻的第四S磁体指向第四N磁体，且与所述第一方向平行。

在一个实施例中，所述位移装置还包括第一位置传感器；

所述第一磁体阵列和所述第一线圈阵列沿第二方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第一差别空间，所述第一位置传感器位于所述第一差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移；

和/或

所述位移装置还包括第二位置传感器；

所述第一磁体阵列和所述第二线圈阵列沿第二方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第二差别空间，所述第二位置传感器位于所述第二差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移；

和/或

所述位移装置还包括第三位置传感器；

所述第二磁体阵列和所述第三线圈阵列沿第三方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第三差别空间，所述第三位置传感器位于所述第三差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移；

和/或

所述位移装置还包括第四位置传感器；

所述第二磁体阵列和所述第四线圈阵列沿第三方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第四差别空间，所述第四位置传感器位于所述第四差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移；

和/或

所述位移装置还包括第五位置传感器；

所述第三磁体阵列和所述第五线圈阵列沿第三方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第五差别空间，所述第五位置传感器位于所述第五差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移；

和/或

所述位移装置还包括第六位置传感器；

所述第三磁体阵列和所述第六线圈阵列沿第三方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第六差别空间，所述第六位置传感器位于所述第六差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移；

和/或

所述位移装置还包括第七位置传感器；

所述第三磁体阵列和所述第七线圈阵列沿第三方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第七差别空间，所述第七位置传感器位于所述第七差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移；

和/或

所述位移装置还包括第八位置传感器；

所述第四磁体阵列和所述第八线圈阵列沿第三方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第八差别空间，所述第八位置传感器位于所述第八差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移。

在一个实施例中，所述位移装置包括沿第一方向布置的至少两个第一框架部和至少一个第二框架部，所述至少两个第一框架部由相同或不同的控制器控制以相对于所述第二框架部沿第一方向运动从而形成多动子结构。

在一个实施例中，所述位移装置包括沿第一方向布置的至少一个第一框架部和至少两个第二框架部，所述至少一个第一框架部由控制器控制，所述至少两个第二框架部相对于所述至少一个第一框架部沿第一方向运动从而形成多动子结构。

附图说明

图1是本发明第一实施例的位移装置的立体图；

图2是本发明第一实施例的第一框架部的立体图；

图3是本发明第一实施例的第二框架部的立体图；

图4是本发明第一实施例的第一磁体阵列和第一线圈阵列、第二线圈阵列的X-Z视图；

图5是本发明第一实施例的位移装置的洛伦兹力和转矩的示意图；

图6是本发明第一实施例的位置传感器配置的示意图；

图7是本发明第二实施例的位移装置的立体图；

图8是本发明部分实施例的一种多工作台的位移装置的立体图。

具体实施例

以下将结合附图对本发明的各实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

下文参照附图描述本发明的第一实施例。如图1和图2中所示的位移装置，包括第一框架部1和与第一框架部1相对设置的第二框架部2，且第一框架部1相对第二框架部2位于顶部和外侧部呈半包围结构；第一框架部1可以相对于第二框架部2产生位移运动。第一框架部1包括第一框架和多个线圈阵列，多个线圈阵列包括第一线圈阵列12、第二线圈阵列13、第三线圈阵列14和第四线圈阵列15，其分别固定配置在第一框架的第一平面111上。多个线圈阵列还包括第五线圈阵列16、第六线圈阵列17、第七线圈阵列18和第八线圈阵列19。第五线圈阵列16和第六线圈阵列17配置在第一框架的第二平面112上。第七线圈阵列18和第八线圈阵列19配置在第一框架的第三平面113上，其中，第一平面111、第二平面112和第三平面113都与第一方向(X轴方向)平行，且第一平面111分别与第二平面112、第三平面113相互不平行。优选地，第一平面111与第三方向(Z轴方向)正交，第二平面112和第三平面113与第二方向(Y轴方向)正交。但可理解，第一平面111与第二平面112也可以不正交，两个平面可以成一定角度。

在一些实施例中，第二平面112上仅配置一个线圈阵列，即第五线圈阵列16或第六线圈阵列17，第三平面113上仅配置一个线圈阵列，即第七线圈阵列18或第八线圈阵列19；在一些实施例中，第二平面112上仅配置一个线圈阵列，即第五线圈阵列16或第六线圈阵列17，第三平面113上配置两个线圈阵列，即第七线圈阵列18和第八线圈阵列19；在一些实施例中，第二平面112上配置两个线圈阵列，即第五线圈阵列16和第六线圈阵列17，第三平面113上仅配置一个线圈阵列，即第七线圈阵列18或第八线圈阵列19。

需要说明的是，第一框架部11和第二框架部12也可以垂直放置或其他空间内任意方向放置，这里不做限定。另外，本发明实施例中以X方向为第一方向，Y方向为第二方向，Z方向为第三方向为例进行描述，然而，本领域技术人员可以理解，本发明并不局限于此，而是可以以三维直角坐标系中的任意方向作为第一方向，另外两个方向分别作为第二方向和第三方向来实现本发明的各个实施例，下文中不再重复。

如图2所示，第一线圈阵列12包括多个第一线圈121，第二线圈阵列13包括多个第二线圈131，第三线圈阵列14包括多个第三线圈141，第四线圈阵列15包括多个第四线圈151，第五线圈阵列16包括多个第五线圈161，第六线圈阵列17包括多个第六线圈171，第七线圈阵列18包括多个第七线圈181，第八线圈阵列19包括多个第八线圈191，其中，多个第一线圈121、多个第二线圈131、多个第三线圈141和多个第四线圈151都分别沿X轴方向两两相邻配置。每个线圈阵列中至少包含3个线圈，即每个线圈阵列中包含的线圈个数n满足n＝3*k(k为大于等于1的正整数)，从而形成k个线圈组，每个线圈组包含三个线圈。本实施例中，每个线圈阵列中的线圈个数为3个，在线圈中通入电流可使线圈与相应磁体阵列产生相互作用力。

如图3所示，第二框架部2包括第二框架和多个磁体阵列，多个磁体阵列包括第一磁体阵列21、第二磁体阵列22、第三磁体阵列23和第四磁体阵列24，第一磁体阵列21、第二磁体阵列22固定配置在第二框架的第四平面251上，第三磁体阵列23配置在第二框架的第五平面252上；第四磁体阵列24配置在第二框架的第六平面253上；其中，第四平面251与第一平面111相对设置且平行于第一平面111，第五平面252与第二平面112相对设置且平行于第二平面112，第六平面253与第三平面113相对设置且平行于第三平面113。

如图3和图4所示，第一磁体阵列21包括多个第一磁体211，第一磁体211包括至少两种具有不同磁化方向的磁体，即第一N磁体211A和第一S磁体211B，第一N磁体211A与第一S磁体211B沿X轴方向交替排列。第二磁体阵列22包括多个第二磁体221，第二磁体221包括至少两种具有不同磁化方向的磁体，即第二N磁体和第二S磁体，第三磁体阵列23包括多个第三磁体231，第三磁体231包括至少两种具有不同磁化方向的磁体，即第三N磁体和第三S磁体，同样第四磁体阵列24包括多个第四磁体241，第四磁体241包括至少两种具有不同磁化方向的磁体，即第四N磁体和第四S磁体，第二磁体221、第三磁体231和第四磁体241类似于第一磁体211，这里不再赘述。但可理解，上文所述“交替”排列，不仅包括第一N磁体与第一S磁体沿X轴方向依次交替排列，还包括第一N磁体与第一S磁体间隔其他类型磁体的交替排列。另外，上文中提到的第一N磁体和第一S磁体根据所使用的功能面来命名，具体地说，通常磁体包括N极面和S极面，当需要使用磁体N极面的磁场时，该磁体称为N磁体，当需要使用磁体S极面的磁场时，该磁体称为S磁体，本申请中所提到的第二N磁体、第三N磁体和第四N磁体，以及第二S磁体、第三S磁体和第四S磁体的命名与此相同，为了表达简洁不再重复。

在一些实施例中，如图4所示，第一磁体211可以包括三种类型的磁体，即第一N磁体211A、第一S磁体211B和第一H磁体211C。第一H磁体211C配置在第一N磁体211A和第一S磁体211B之间，且第一N磁体211A和第一S磁体211B沿X轴方向交替排列，第一H磁体211C的磁化方向为由相邻的第一S磁体211B指向第一N磁体211A，且与X轴方向平行。这样配置使得第一线圈121所处的磁场得到加强，以此可以增强第一磁体211和第一线圈121的相互作用力。需要说明的是，第一H磁体根据其所使用的功能面来命名，具体地说，第一H磁体位于第一N磁体和第一S磁体之间，当需要使用磁体的磁场由相邻的第一S磁体指向第一N磁体时，该磁体称为第一H磁体，下文中所提到的第二H磁体、第三H磁体和第四H磁体的命名与此相同，为了表达简洁不再重复。

另外，第一磁体阵列21的每个第一N磁体211A与第一S磁体211B的磁化方向与第三平面113正交，且第一N磁体211A的磁化方向指向第一线圈阵列12的第一线圈121，以及第二线圈阵列13的第二线圈131；第一S磁体211B的磁化方向背离第一线圈阵列12的第一线圈121，以及第二线圈阵列13的第二线圈131。第一H磁体211C的磁化方向与X轴方向平行，由相邻的第一S磁体211B指向相邻的第一N磁体211A，以此来提供磁场空间。另外，类似于第一磁体211，图1中第二磁体221、第三磁体231、第四磁体241同样可以包括三种类型的磁体，以同样的排列布置，以加强第三线圈141、第四线圈151、第五线圈161、第六线圈171、第七线圈181和第八线圈191所处的磁场，这里不再赘述。

如图5所示，第一线圈阵列12、第二线圈阵列13通入驱动电流后，第一线圈阵列12与第一磁体阵列21产生相互作用，在第一线圈121上产生沿X轴方向和Z轴方向的力F₁₁和F₁₂。

第二线圈阵列13通入驱动电流后，第二线圈阵列13与第二磁体阵列21产生相互作用，在第二线圈131上产生沿X轴方向和Z轴方向的力F₂₁和F₂₂。

同样，第三线圈阵列14和第四线圈阵列15通电后，会各自与第二磁体阵列22相互作用，在各自线圈上产生沿着X轴方向和Z轴方向的力，分别为F₃₁和F₃₂、F₄₁和F₄₂。

四个Z轴方向上的作用力(F₁₁,F₂₁,F₃₁,F₄₁)使位移装置的动子产生在Z轴方向的位移，以及绕X轴方向和Y轴方向的旋转，实现Z轴方向上浮和绕X轴方向和Y轴方向的姿态微调。四个X轴方向上的作用力(F₁₂,F₂₂,F₃₂,F₄₂)使位移装置的动子产生沿X轴方向的位移和绕Z轴方向的旋转，实现在X轴方向的运动和绕Z轴方向的姿态微调。

同样，第五线圈阵列16、第六线圈阵列17、第七线圈阵列18和第八线圈阵列19通电后，会各自与相对应的第三磁体阵列23和第四磁体阵列24相互作用，在各自的线圈上产生沿着X轴方向和Y轴方向的力，分别为F₅₁和F₅₂、F₆₁和F₆₂、F₇₁和F₇₂、F₈₁和F₈₂。

作用力F₅₁和F₅₂、F₆₁和F₆₂、F₇₁和F₇₂、F₈₁和F₈₂提供Y轴方向、X轴方向的推动力和绕Z轴方向的旋转，实现X轴方向的位移、Y轴方向位移的微小调整以及Z轴方向的姿态调整。

通过上述这些力可实现动子在六个自由度(X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、绕X轴方向、绕Y轴方向和绕Z轴方向)的运动。

在一些实施例中，位移装置还包括功率放大器，用于驱动线圈阵列产生第一磁场，线圈阵列产生的第一磁场和与线圈阵列相对设置的磁体阵列产生的第二磁场发生作用，使得第一框架部相对于第二框架部沿六个方向中的一个或多个方向上运动。

具体为，功率放大器用于放大输入至多个线圈阵列的电流，驱动其产生第一磁场，多个磁体阵列产生第二磁场；线圈阵列产生的第一磁场与其相对设置的磁体阵列的第二磁场作用，使得第一框架部相对于第二框架部沿六个方向中一个或多个方向上运动，以此实现六个自由度的控制，其中上述六个方向包括X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、绕X轴方向、绕Y轴方向和绕Z轴方向。需要说明的是，以上表述可以看出这些力对于位移装置的动子六个自由度的控制是冗余的，所以在实际应用中可根据具体的需求选取合适的力进行控制，即可以将不需要的力设定为零。

本发明提供的技术方案，通过通电线圈与磁体之间的相互作用力实现框架的相对运动，可根据各种需求实现不同位移，而框架之间无直接机械式接触不仅提高了装置的运动精度，也方便于装备和维护操作，对于规模化的使用，能有效降低制造成本和使用成本。且本发明解决了现有技术中不能对动子的六个自由度进行单独控制的问题，实现了动子六个自由度的解耦控制。

此外，能够进行灵活的扩展和改装也是本发明的一大优点：可根据实际的行程、运动轨迹等需求对第一、二框架部进行延伸和模块化拼接；也可通过设置多个第一框架部和多个第二框架部，实现多个动子的结构，并能对每个动子进行独立控制。这一优点使本发明满足了智能制造对于柔性产线的需求。

部分实施例中，位移装置还包括第一位置传感器，第一磁体阵列和第一线圈阵列沿第二方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，这个尺寸差别部分形成第一差别空间，第一位置传感器位于第一差别空间中，用以测量沿第一方向上产生的运动位移。

具体地说，如图6所示，第一磁体阵列21沿Y轴方向尺寸与第一线圈阵列12沿Y轴方向尺寸并不相同，例如当第一磁体阵列21沿Y轴方向尺寸大于第一线圈阵列12沿Y轴方向的尺寸时，第一磁体阵列21沿Y轴方向上具有突出第一线圈阵列12的部分，第一线圈阵列12沿Y轴方向上对应第一磁体阵列21形成了一个第一差别空间，这个第一差别空间内可以用来配置第一位置传感器1C1，当然可以理解的是，当第一磁体阵列21沿Y轴方向尺寸小于第一线圈阵列12沿Y轴方向的尺寸时，第一线圈阵列12沿Y轴方向上具有突出第一磁体阵列21的部分，第一磁体阵列21沿Y轴方向上对应第一线圈阵列12也同样形成一个第一差别空间，可以用来配置第一位置传感器1C1，第一位置传感器1C1用来测量X轴方向上产生的长距离位移。第一位置传感器1C1可以为霍尔传感器，也可以是其他传感器，具体不做限制。

同样，第一磁体阵列21与第二线圈阵列13也类似于上述的第一磁体阵列21与第一线圈阵列12，即第二线圈阵列13与第一磁体阵列21形成一个第二差别空间，用来配置第二位置传感器(图中未示出)，第二位置传感器可以与第一位置传感器1C1相同类型，也可以不同类型，具体这里不再赘述。

另外，第二磁体阵列22与第四线圈阵列15也类似于上述的第一磁体阵列21与第一线圈阵列12，即第二磁体阵列22与第四线圈阵列15形成一个第四差别空间，用来配置第四位置传感器1C4，第四位置传感器1C4可以与第一位置传感器1C1相同类型，也可以不同类型，具体这里不再赘述。同样，第二磁体阵列22与第三线圈阵列14也类似于上述的第二磁体阵列22与第四线圈阵列15，即第二磁体阵列22与第三线圈阵列14形成一个第三差别空间，用来配置第三位置传感器(图中未示出)，第三位置传感器可以与第一位置传感器1C1相同类型，也可以不同类型，具体这里不再赘述。

另外，第三磁体阵列23与第五线圈阵列16也类似于上述的第一磁体阵列21与第一线圈阵列12，即第三磁体阵列23与第五线圈阵列16形成一个第五差别空间，用来配置第五位置传感器1C5，第五位置传感器1C5可以与第一位置传感器1C1相同类型，也可以不同类型，具体这里不再赘述。同样，第三磁体阵列23与第六线圈阵列17也类似于上述的第三磁体阵列23与第五线圈阵列16，即第三磁体阵列23与第五线圈阵列16形成一个第六差别空间，用来配置第六位置传感器(图中未示出)，第六位置传感器可以与第一位置传感器1C1相同类型，也可以不同类型，具体这里不再赘述。

另外，第四磁体阵列24与第八线圈阵列19也类似于上述的第一磁体阵列21与第一线圈阵列12，即第四磁体阵列24与第八线圈阵列19形成一个第八差别空间，用来配置第八位置传感器1C8，第八位置传感器1C8可以与第一位置传感器1C1相同类型，也可以不同类型，具体这里不再赘述。同样，第四磁体阵列24与第七线圈阵列18也类似于上述的第四磁体阵列24与第八线圈阵列19，即第四磁体阵列24与第八线圈阵列19形成一个第七差别空间，用来配置第七位置传感器(图中未示出)，第七位置传感器可以与第一位置传感器1C1相同类型，也可以不同类型，具体这里不再赘述。

需要说明的是，本实施中的位置传感器都可用于测量X轴方向的位移，因此八处位置传感器可以不同时工作，当其中一处在工作状态时，另外的七处可以处于备用状态。当然也可以使用其中八处中的任意数量进行相互校准，例如使用三处位置传感器，可以通过设置一个第一阀值，如果某处的第一位置传感器与第二位置传感器的位移差值未超过第一阀值，而该处的第一位置传感器与第三位置传感器的位移差值超过第一阀值，可以初步判定该处的第三位置传感器出现问题或者误差超出可允许范围，就可以对该第三位置传感器进行检查或更换，以此可以更好的控制位置传感器出错的风险。

本发明第二实施例涉及一种位移装置。第二实施例是基于第一实施例的扩展，主要区别之处在于，第二实施例的位移装置还提供了一种用于重力补偿的磁阻电机。本实施例的位移装置的第一框架还包括第七平面和第八平面，第七平面和第八平面分别配置第一磁阻电机阵列和第二磁阻电机阵列，其中，第一磁阻电机阵列包含多个第一磁阻电机；第二磁阻电机阵列包含多个第二磁阻电机。

具体地说，如图7所示，第一框架还包括第七平面114和第八平面115，其中第七平面114和第八平面115分别与第一平面111平行。第七平面114和第八平面115分别配置第一磁阻电机阵列1A和第二磁阻电机阵列1B，其中，第一磁阻电机阵列1A包含两个第一磁阻电机1A1，两个第一磁阻电机1A1沿X轴方向两两相邻配置；第二磁阻电机阵列1B包含两个第二磁阻电机1B1，两个第二磁阻电机1B1沿X轴方向两两相邻配置。优选地，第一磁阻电机1A1的数量为4个，第二磁阻电机1B1的数量为4个。需要说明的是，第一磁阻电机阵列1A和第二磁阻电机阵列1B既可以如图7中所示分别设置在第七平面114和第八平面115上，也可以设置在第一框架的内部凹槽内(图中未示出)，将第一磁阻电机阵列1A和第二磁阻电机阵列1B的表面设置成不超出第七平面114和第八平面115。

当第一磁阻电机1A1通电之后会与图3中所示的第九平面254相互作用，产生沿Z轴方向正向的力F_A1和F_A2，其中，第九平面254上配置有铁磁结构，其上具有相应的铁磁材料，且铁磁结构与第一磁阻电机1A1在第九平面254上的投影具有较高的交集。当第二磁阻电机1B1通电之后会与图3中所示的第十平面255相互作用，产生沿Z轴方向正向的力F_B1和F_B2，其中，第十平面255上配置有铁磁结构，其上具有相应的铁磁材料，且铁磁结构与第二磁阻电机1B1在第十平面255上的投影具有较高的交集。在F_A1、F_A2、F_B1和F_B2的作用下，可以平衡掉第一框架部的重力。通过平衡掉第一框架部的重力，可以在排除不相关因素的影响下对动子进行单独控制，更有利于实现动子的自由度的解耦控制。

但可理解，在一些实施例中，还可将第一框架部固定，采用相同的原理平衡掉第二框架部的重力，此处不再赘述。此外，磁阻电机的数量和配置方向均可按实际情况进行调整，此处并不对其进行限制。

由于本实施例是对第一实施例的扩展，因此第一实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，在第一实施例中所能达到的技术效果在本实施例中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。

部分实施例中，位移装置包括沿第一方向布置的至少两个第一框架部和至少一个第二框架部，至少两个第一框架部由相同或不同的控制器控制以相对于第二框架部沿第一方向运动从而形成多动子结构。需要说明的是，这里动子是第一框架部，因为采用了至少两个第一框架部，所以为多动子结构；具体举例来说，如图8所示，位移装置包括两个第一框架部(1A、1B)和一个第二框架部2，两个第一框架部(1A、1B)之间可由相同或不同的控制器控制其运动，从而分别充当第一工作台和第二工作台。

但可理解，两个第一框架部(1A、1B)也可由相同或不同的控制器进行独立控制，例如分别控制两个第一框架部(1A、1B)反向运动，或者第一框架部1A运动，第一框架部1B静止不动，以上仅为举例。一个第二框架部2作为基座沿X轴方向线性延伸或大致线性延伸。两个第一框架部(1A、1B)在第二框架部2上彼此间隔可分离设置。两个第一框架部(1A、1B)与一个第二框架部2组成一种多动子结构，即多工作台的位移装置系统。

但可理解，至少一个第二框架部也可以是两个及以上的多个第二框架部，多个第二框架部可以通过机械拼接的方式实现连接，可以通过在工装台架上拼接，也可以用自身的卡扣进行拼接，此处不做限定。本发明实施例通过对第一工作台和第二工作台的独立驱动，大大加大了工作台的操作自由度，由此提高了工作效率，并且通过采用模块化设计满足运动系统的拓展需求，对运动系统进行延伸，无需重新设计新结构，维护更方便，可以有效的降低生产制造和使用成本。

部分实施例中，位移装置包括沿第一方向布置的至少一个第一框架部和至少两个第二框架部，至少一个第一框架部由控制器控制，至少两个第二框架部相对于至少一个第一框架部沿第一方向运动从而形成多动子结构。具体举例来说，位移装置包括一个如图1中所示的第一框架部1和两个如图1中所示的第二框架部2。一个第一框架部1作为基座可沿X轴方向线性延伸或大致线性延伸。第一框架部1可由控制器控制其相应的线圈工作产生磁场，与第二框架部2的磁体产生的磁场发生作用，使得两个第二框架部2相对于第一框架部1运动，从而分别作为第一工作台和第二工作台，形成多动子结构。以上仅为举例。两个第二框架部2在第一框架部1上彼此间隔可分离设置。这一个第一框架部1与两个第二框架部2，组成为一种多动子结构，即多工作台的位移装置系统。

但可理解，至少一个第一框架部也可以是两个及以上的多个第一框架部，多个第一框架部可以通过机械拼接的方式实现连接，可以通过在工装台架上拼接，也可以用自身的卡扣进行拼接，此处不做限定。另外，多个第一框架部可由相同或不同的控制器进行控制。

但可理解，如果是多个第一框架部，它们也可由相同或不同的控制器进行独立控制，例如分别控制多个第一框架部之间进行反向运动，或者某些第一框架部运动，另一些第一框架部静止不动，以上仅为举例。

本发明实施例通过对第一工作台和第二工作台的独立驱动，大大加大了工作台的操作自由度，由此提高了工作效率，并且可通过采用模块化设计满足运动系统的拓展需求，对运动系统进行延伸，无需重新设计新结构，维护更方便，可以有效的降低生产制造和使用成本。

综上，本发明可根据实际的行程、运动轨迹等需求对第一框架部、第二框架部进行延伸和模块化拼接；也可通过设置多个第一框架部和多个第二框架部，实现多个动子的结构，并能对每个动子进行独立控制。这一优点使本发明满足了智能制造对于柔性产线的需求。

需要说明的是，本发明提供的多工作台的位移装置，可应用于自动化装备的运动台系统，上述自动化装备的运动台系统，可以根据实际运动行程和控制策略规划的需求，调整第一框架部和第二框架部的相对位置，以及两者的配置数量。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，若需要，能修改实施例的方面来采用各种专利、申请和出版物的方面、特征和构思来提供另外的实施例。

考虑到上文的详细描述，能对实施例做出这些和其它变化。一般而言，在权利要求中，所用的术语不应被认为限制在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的全部等同范围。

Claims (9)

1.一种位移装置，包括至少一个第一框架部和至少一个第二框架部，每个第一框架部与对应的第二框架部可以产生相对运动，其特征在于，

每个第一框架部包括第一框架和多个线圈阵列，所述多个线圈阵列包括：

第一线圈阵列，第二线圈阵列，第三线圈阵列，第四线圈阵列，均配置在与第一方向平行的所述第一框架的第一平面上；所述第一线圈阵列包括多个第一线圈，所述第二线圈阵列包括多个第二线圈，所述第三线圈阵列包括多个第三线圈，所述第四线圈阵列包括多个第四线圈；所述多个第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈各自沿所述第一方向两两相邻配置；

第五线圈阵列，第六线圈阵列，均配置在与所述第一方向平行的所述第一框架的第二平面上；所述第五线圈阵列包括多个第五线圈，所述第六线圈阵列包括多个第六线圈；所述多个第五线圈、第六线圈各自沿所述第一方向两两相邻配置；

第七线圈阵列，第八线圈阵列，均配置在与所述第一方向平行的所述第一框架的第三平面上；所述第七线圈阵列包括多个第七线圈，所述第八线圈阵列包括多个第八线圈；所述多个第七线圈、第八线圈各自沿所述第一方向两两相邻配置；

其中，所述第一平面和所述第二平面相互不平行，所述第二平面和所述第三平面相互平行；

所述第二框架部包括第二框架和多个磁体阵列，所述多个磁体阵列包括：

第一磁体阵列，第二磁体阵列，均配置在与第一平面平行的所述第二框架的第四平面上，所述第一磁体阵列与所述第一线圈阵列、所述第二线圈阵列分别在第一平面上的投影有交集；所述第二磁体阵列与所述第三线圈阵列、所述第四线圈阵列分别在第一平面上的投影有交集；所述第一磁体阵列包括多个第一N磁体和多个第一S磁体，且所述第一N磁体与所述第一S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第一N磁体与所述第一S磁体的磁化方向相互不同；所述第二磁体阵列包括多个第二N磁体和多个第二S磁体，且所述第二N磁体与所述第二S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第二N磁体与所述第二S磁体的磁化方向相互不同；

第三磁体阵列，配置在与所述第二平面平行的所述第二框架的第五平面上，所述第三磁体阵列与所述第五线圈阵列、所述第六线圈阵列分别在第二平面上的投影有交集；所述第三磁体阵列包括多个第三N磁体和多个第三S磁体，且所述第三N磁体与所述第三S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第三N磁体与所述第三S磁体的磁化方向相互不同；

第四磁体阵列，配置在与所述第三平面平行的所述第二框架的第六平面上，所述第四磁体阵列与所述第七线圈阵列、所述第八线圈阵列分别在第三平面上的投影有交集；所述第四磁体阵列包括多个第四N磁体和多个第四S磁体，且所述第四N磁体与所述第四S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第四N磁体与所述第四S磁体的磁化方向相互不同。

2.根据权利要求1所述的位移装置，其特征在于，每个线圈阵列包含的线圈个数为N,其中N＝3*k，k为正整数。

3.根据权利要求1所述的位移装置，其特征在于，所述第一框架还包括第七平面和第八平面，所述第七平面和所述第八平面分别与所述第一平面平行；

所述第七平面和所述第八平面分别配置第一磁阻电机阵列和第二磁阻电机阵列，其中，所述第一磁阻电机阵列包含多个第一磁阻电机，所述多个第一磁阻电机沿所述第一方向两两相邻配置；所述第二磁阻电机阵列包含多个第二磁阻电机，所述多个第二磁阻电机沿所述第一方向两两相邻配置。

4.根据权利要求3所述的位移装置，其特征在于，所述第一框架还包括第九平面和第十平面，所述第九平面和所述第十平面分别与所述第一框架的第一平面平行且与所述第一平面相对设置；所述第九平面和所述第十平面的表面设置有铁磁结构，所述第一磁阻电机阵列与所述铁磁结构分别在所述第九平面上的投影有交集，所述第二磁阻电机阵列与所述铁磁结构分别在所述第十平面上的投影有交集。

5.根据权利要求1所述的位移装置，其特征在于，

所述位移装置还包括功率放大器，用于驱动所述线圈阵列产生第一磁场，所述线圈阵列产生的所述第一磁场和与所述线圈阵列相对设置的磁体阵列产生的第二磁场发生作用，使得所述第一框架部相对于所述第二框架部沿六个方向中的一个或多个方向上运动。

6.根据权利要求1所述的位移装置，其特征在于，所述第一磁体阵列还包括第一H磁体，所述多个第一H磁体配置在所述第一N磁体和所述第一S磁体之间，且所述第一N磁体和所述第一S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第一H磁体的磁化方向由相邻的第一S磁体指向第一N磁体，且与所述第一方向平行；

和/或

所述第二磁体阵列还包括第二H磁体，所述多个第二H磁体配置在所述第二N磁体和所述第二S磁体之间，且所述第二N磁体和所述第二S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第二H磁体的磁化方向由相邻的第二S磁体指向第二N磁体，且与所述第一方向平行；

和/或

所述第三磁体阵列还包括第三H磁体，所述多个第三H磁体配置在所述第三N磁体和所述第三S磁体之间，且所述第三N磁体和所述第三S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第二H磁体的磁化方向由相邻的第三S磁体指向第三N磁体，且与所述第一方向平行；

和/或

所述第四磁体阵列还包括第四H磁体，所述多个第四H磁体配置在所述第四N磁体和所述第四S磁体之间，且所述第四N磁体和所述第四S磁体沿所述第一方向交替排列，所述第四H磁体的磁化方向由相邻的第四S磁体指向第四N磁体，且与所述第一方向平行。

7.根据权利要求1所述的位移装置，其特征在于，

所述位移装置还包括第一位置传感器；

所述第一磁体阵列和所述第一线圈阵列沿第二方向的尺寸中一个少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第一差别空间，所述第一位置传感器位于所述第一差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移；

和/或

所述位移装置还包括第二位置传感器；

所述第一磁体阵列和所述第二线圈阵列沿第二方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第二差别空间，所述第二位置传感器位于所述第二差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移；

和/或

所述位移装置还包括第三位置传感器；

所述第二磁体阵列和所述第三线圈阵列沿第三方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第三差别空间，所述第三位置传感器位于所述第三差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移；

和/或

所述位移装置还包括第四位置传感器；

所述第二磁体阵列和所述第四线圈阵列沿第三方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第四差别空间，所述第四位置传感器位于所述第四差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移；

和/或

所述位移装置还包括第五位置传感器；

所述第三磁体阵列和所述第五线圈阵列沿第三方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第五差别空间，所述第五位置传感器位于所述第五差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移；

和/或

所述位移装置还包括第六位置传感器；

所述第三磁体阵列和所述第六线圈阵列沿第三方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第六差别空间，所述第六位置传感器位于所述第六差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移；

和/或

所述位移装置还包括第七位置传感器；

所述第三磁体阵列和所述第七线圈阵列沿第三方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第七差别空间，所述第七位置传感器位于所述第七差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移；

和/或

所述位移装置还包括第八位置传感器；

所述第四磁体阵列和所述第八线圈阵列沿第三方向的尺寸中的一个具有少于另一个的尺寸差别部分，所述尺寸差别部分形成第八差别空间，所述第八位置传感器位于所述第八差别空间内，用以测量沿所述第一方向上产生的运动位移。

8.根据权利要求1至7任一项所述的位移装置，其特征在于，所述位移装置包括沿第一方向布置的至少两个第一框架部和至少一个第二框架部，所述至少两个第一框架部由相同或不同的控制器控制以相对于所述第二框架部沿第一方向运动从而形成多动子结构。

9.根据权利要求1至7任一项所述的位移装置，其特征在于，所述位移装置包括沿第一方向布置的至少一个第一框架部和至少两个第二框架部，所述至少一个第一框架部由控制器控制，所述至少两个第二框架部相对于所述至少一个第一框架部沿第一方向运动从而形成多动子结构。

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