CN113635085B - 一种外转子电机驱动的精密气浮转台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外转子电机驱动的精密气浮转台，包括有安装底板、设置在安装底板上的气浮轴承组件、设置在气浮轴承组件上部的上止推板、设置在气浮轴承组件下部的下止推板、用于驱动上止推板和下止推板做回转运动的电机组件，所述电机组件设置在气浮轴承组件的中部且与气浮轴承组件同轴设置，所述电机组件包括有从外到内依次设置的电机转子、电机定子以及电极轴，电机转子与上止推板、下止推板固定；用定制的外转子无框力矩电机替换常规力矩电机，改变了传统的转台电机的布置方式，实现电机内置，减少了电机对气浮轴承的影响；采用外转子电机，电机转子设置在外圈，在设备上加工外圆，加工难度低。

Description

一种外转子电机驱动的精密气浮转台

技术领域

本发明属于气浮转台技术领域，涉及一种外转子电机驱动的精密气浮转台。

背景技术

气浮转台是把主轴以及转动平台在空气中悬浮起来，并可以稳定地高精度地旋转，这种悬浮效果是通过导入压缩空气来实现的，泄压的缝隙极小，保证了主轴以及转动平台的悬浮，该结构具有高速度，高精确度，长寿命，摩擦因数小，无磨损，不需要润滑油，卓越的速度控制性能，无噪音等优点。正因为气浮转台有这么多的优点，现在越来越多高精度的应用领域在使用。气浮转台由于其具有上述优点，广泛的应用于半导体行业晶圆、硅片等方面的检测，是一种非常重要的回转部件。

如图1所示，是一种常见的气浮转台的结构，主要由转子9和气浮轴承组成的轴承组件、力矩电机和光栅8组成的电控组件两部分组成，电控组件位于轴承组件外部；由于电机上电时扭矩回转中心与气浮轴承的回转中心无法同心，同时由于电机齿槽力，在较高精度(<100nm)及高刚度气浮转台中，该因素可能会引起较大的振动，从而影响气浮转台的精度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种外转子电机驱动的精密气浮转台，包括有安装底板、设置在安装底板上的气浮轴承组件、设置在气浮轴承组件上部的上止推板、设置在气浮轴承组件下部的下止推板、用于驱动上止推板和下止推板做回转运动的电机组件，所述电机组件设置在气浮轴承组件的中部且与气浮轴承组件同轴设置，所述电机组件包括有从外到内依次设置的电机转子、电机定子以及电极轴，电机转子与上止推板、下止推板固定。

进一步具体的，所述气浮轴承组件包括有气浮轴承、设置在气浮轴承外侧的轴承外套、设置在气浮轴承上的气道、设置在气道上的节流器、设置在轴承外套上的进气接头，所述气道包括有轴向气道、径向气道，所述轴向气道平行于气浮轴承的轴线，所述径向气道垂直于气浮轴承的轴线，所述轴向气道与径向气道连通。

进一步具体的，所述电极转子轴向中心处的径向水平面与气浮轴承轴向中心处的径向水平面位于同一水平面上。

进一步具体的，一条所述轴向气道上至少设置一条径向气道，一条所述径向气道上至少设置一条轴向气道。

进一步具体的，所述轴向气道至少设置3条，所述径向气道至少设置3条。

进一步具体的，在所述气浮轴承与电机转子之间设置气浮环，所述气浮环与上止推板、下止推板固定连接，所述电极转子固定设置在所述气浮环上。

进一步具体的，在所述轴向气道靠近上止推板和下止推板的端部、径向气道靠近气浮环的端部均设置有节流器安装孔，所述节流器设置在节流器安装孔中。

进一步具体的，在所述气浮轴承上相对于轴承外套与径向气道的位置处设置分气槽，所述进气接头设置在所述轴承外套上相对于分气槽的位置处。

进一步具体的，所述分气槽设置为环形且与任一排径向气道连通。

进一步具体的，在所述下止推板上设置有用于确定位置的反馈组件，所述反馈组件包括有设置在下止推板上的光栅尺尺圈、设置在安装底板上的光栅尺读数头。

本发明一种外转子电机驱动的精密气浮转台，可以实现如下技术效果：用定制的外转子无框力矩电机替换常规力矩电机，改变了传统的转台电机的布置方式，实现电机内置，减少了电机对气浮轴承的影响；采用外转子电机，电机转子设置在外圈，在设备上加工外圆，加工难度低。

附图说明

图1是本发明的现有技术的结构示意图；

图2是本发明的剖视结构示意图；

图3是本发明的图2中A处放大图；

图4是本发明的图2中B处放大图。

图中：1、安装底板；2、气浮轴承；21、轴向气道；22、径向气道；23、节流器；24、分气槽；3、轴承外套；31、进气接头；4、上止推板；5、下止推板；6、气浮环；71、电极转子；72、电机定子；73、电机轴；8、光栅；81、光栅尺尺圈；82、光栅尺读数头；9、转子。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

一种外转子电机驱动的精密气浮转台，如图2、图3以及图4所示，包括有安装底板1、设置在安装底板1上的气浮轴承组件、设置在气浮轴承组件上部的上止推板4、设置在气浮轴承组件下部的下止推板5、用于驱动上止推板4、下止推板5做回转运动的电机组件，所述上止推板4、下止推板5均与所述气浮轴承组件不接触，所述电机组件设置在气浮轴承组件的中部且与气浮轴承组件同轴设置，所述电机组件包括有从外到内依次设置的电机转子71、电机定子72以及电极轴73，所述电机转子71、电机定子72以及电机轴73同轴设置，电机转子71与上止推板4、下止推板5固定，所述电机组件为外转子电机；用定制的外转子无框力矩电机替换常规力矩电机，改变了传统的气浮转台的电机布置方式，实现电机内置，降低了气浮转台的高度，减少了电机对气浮轴承的影响；采用外转子电机，电机转子设置在外圈，在设备上加工外圆，加工难度低，操作方便。

如图2、图3所示，所述气浮轴承组件包括有气浮轴承2、设置在气浮轴承2外侧的轴承外套3、设置在气浮轴承2上的气道、设置在气道上的节流器23、设置在轴承外套3上的进气接头31，所述轴承外套3固定设置在所述安装底座1上，所述气浮轴承2固定设置在所述轴承外套3上，所述气道开设在所述气浮轴承2内，所述气道的数量、形状根据需要自行设置，在所述轴承外套3上开设进气孔，所述进气接头31设置在进气孔内，压缩空气从所述进气接头31进入气道；所述气道设置有轴向气道21、径向气道22，所述轴向气道21平行于气浮轴承2的轴线，所述径向气道22垂直于气浮轴承2的轴线，所述轴向气道21与径向气道22连通；通常情况下，一条所述轴向气道21上至少设置一条径向气道22，一条所述径向气道22上至少设置一条轴向气道21，根据气浮转台的尺寸自动调整轴向气道21和径向气道22的数量，当所述气浮转台太高时，可以根据高度自动调整轴向气道21的数量，比如在一条所述径向气道22上平行设置两条所述轴向气道21、三条轴向气道21等，使其达到更好的效果；当所述气浮转台径向面积太大时，在一条所述轴向气道21上可以平行设置两条所述径向气道22、三条径向气道22等，自动调整所述径向气道22的数量，使其达到更好的效果；不管所述轴向气道21和径向气道22设置几条，所述轴向气道21和径向气道22均连通；为保证气浮转台的稳定，所述轴向气道21至少设置3条，所述径向气道22至少设置3条。

如图2、图3以及图4所示，为保证所述气浮轴承2与电机转子71之间的距离以及各气浮面的加工，在所述气浮轴承2与电机转子71之间设置气浮环6，所述气浮环6根据所述气浮轴承2和电机组件之间的距离设置，为保证平面度和平行度的精密级程度，需要对所述气浮环6的表面进行精密打磨，所述气浮环6相较于所述电机组件更好的加工，加工难度较低；所述上止推板4固定设置在所述气浮环6的上部，所述下止推板5固定连接在所述气浮环6的下部，所述电机转子71固定连接在所述气浮环67内侧，所述电机转子71带动所述气浮环6、上止推板4、下止推板5绕所述电机轴73转动；所述电极转子71轴向中心处的径向水平面与气浮轴承2轴向中心处的径向水平面位于同一水平面上，保证所述气浮转台工作的稳定性。

如图2、图3所示，在所述轴向气道21靠近上止推板45和下止推板的端部、径向气道22靠近气浮环6的端部均设置有节流器安装孔，所述节流器23设置在节流器安装孔中，每一所述轴向气道21和径向气道22均设置节流器23；在所述气浮轴承2上相对于轴承外套3与径向气道22的位置处设置分气槽24，处于同一排的径向气道22均与所述分气槽24连通，所述进气接头31设置在所述轴承外套3上相对于分气槽24的位置处，所述分气槽24设置为环形且与任一排径向气道22连通，所述径向气道22仅设置一排时，在此排所述径向气道22处开设分气槽24，在所述径向气道22开设多排时，可根据需要选择在哪一排径向气道22处设置所述分气槽24，未设置分气槽24的径向气道22在靠近所述轴承外套3的一端设置堵头堵住，或者在多排径向气道22处均设置分气槽24，所述进气接头31的数量与分气槽24的数量相同；压缩空气从所述进气接头31进入分气槽24，分气槽24将压缩空气分流至同一排的所有径向气道22内，再从所述径向气道22流至轴向气道21，最终到达节流器23，从所述节流器23流出的压缩气体通过气浮轴承2与上止推板4形成轴向上止推气浮面，通过气浮轴承2与下止推板5形成轴向下止推气浮面，通过气浮轴承2与气浮环6形成径向气浮面，在各气浮面的共同作用下，气浮轴承稳定运行。

如图2、图3所示，在所述下止推板5上设置有用于确定位置的反馈组件，所述反馈组件包括有设置在所述下止推板5上的光栅尺尺圈81、设置在所述安装底板1上的光栅尺读数头82，所述光栅尺尺圈81可随下止推板5浮动并旋转，所述光栅尺读数头82固定设置；所述光栅尺尺圈81旋转，所述光栅尺读数头82读取所述光栅尺尺圈81的信号并上传，以达到对所述气浮转台的高精密控制。

本发明一种外转子电机驱动的精密气浮转台，可以实现如下技术效果，使用外转子电机替换常规力矩电机，可以使得外转子电机设置在气浮轴承组件的中部，并且外转子电机为外圆加工，相对于内孔加工，加工难度较低；设置轴向气道21和径向气道22，保证所述上止推板4、气浮环6、下止推板5、电机转子71以及光栅尺尺圈81均处于稳定的悬浮状态；设置所述光栅尺尺圈81和光栅尺读数头82，保证所述气浮转台可以有较高的转动精度和定位精度。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种外转子电机驱动的精密气浮转台，包括有安装底板(1)、设置在安装底板(1)上的气浮轴承组件、设置在气浮轴承组件上部的上止推板(4)、设置在气浮轴承组件下部的下止推板(5)、用于驱动上止推板(4)和下止推板(5)做回转运动的电机组件，其特征在于：所述电机组件设置在气浮轴承组件的中部且与气浮轴承组件同轴设置，在所述气浮轴承组件与电机组件之间设置气浮环(6)，所述气浮环(6)与上止推板(4)、下止推板(5)固定连接，所述电机组件包括有从外到内依次设置的电机转子(71)、电机定子(72)以及电机轴(73)，电机转子(71)与上止推板(4)、下止推板(5)固定。

2.根据权利要求1所述的外转子电机驱动的精密气浮转台，其特征在于：所述气浮轴承组件包括有气浮轴承(2)、设置在气浮轴承(2)外侧的轴承外套(3)、设置在气浮轴承(2)上的气道、设置在气道上的节流器(23)、设置在轴承外套(3)上的进气接头(31)，所述气道包括有轴向气道(21)、径向气道(22)，所述轴向气道(21)平行于气浮轴承(2)的轴线，所述径向气道(22)垂直于气浮轴承(2)的轴线，所述轴向气道(21)与径向气道(22)连通。

3.根据权利要求2所述的外转子电机驱动的精密气浮转台，其特征在于：所述电机转子(71)轴向中心处的径向水平面与气浮轴承(2)轴向中心处的径向水平面位于同一水平面上。

4.根据权利要求2所述的外转子电机驱动的精密气浮转台，其特征在于：一条所述轴向气道(21)上至少设置一条径向气道(22)，一条所述径向气道(22)上至少设置一条轴向气道(21)。

5.根据权利要求4所述的外转子电机驱动的精密气浮转台，其特征在于：所述轴向气道(21)至少设置3条，所述径向气道(22)至少设置3条。

6.根据权利要求2所述的外转子电机驱动的精密气浮转台，其特征在于：所述电机转子(71)固定设置在所述气浮环(6)上。

7.根据权利要求6所述的外转子电机驱动的精密气浮转台，其特征在于：在所述轴向气道(21)靠近上止推板(4)和下止推板(5)的端部、径向气道(22)靠近气浮环(6)的端部均设置有节流器安装孔，所述节流器(23)设置在节流器安装孔中。

8.根据权利要求2所述的外转子电机驱动的精密气浮转台，其特征在于：在所述气浮轴承(2)上相对于轴承外套(3)与径向气道(22)的位置处设置分气槽(24)，所述进气接头(31)设置在所述轴承外套(3)上相对于分气槽(24)的位置处。

9.根据权利要求8所述的外转子电机驱动的精密气浮转台，其特征在于：所述分气槽(24)设置为环形且与任一排径向气道(22)连通。

10.根据权利要求1所述的外转子电机驱动的精密气浮转台，其特征在于：在所述下止推板(5)上设置有用于确定位置的反馈组件，所述反馈组件包括有设置在下止推板(5)上的光栅尺尺圈(81)、设置在安装底板(1)上的光栅尺读数头(82)。

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