CN114389429B - 多自由度磁悬浮微动平台 - Google Patents

Abstract

一种多自由度磁悬浮微动平台，属于电机技术领域。本发明针对现有磁悬浮微动平台配置的音圈电机发热量高，损耗大的问题。包括：初级基板位于上次级基板和下次级基板之间，形成两个气隙；并且三个基板水平布置，相互平行；上次级基板和下次级基板机械上连接在一起；初级基板、上次级基板和下次级基板均为多边形基板，多边形基板的边数与正交线圈直线直流电机的个数相同；正交线圈直线直流电机包括电机初级、电机上次级和电机下次级；电机初级包括正交连接的水平驱动线圈和垂向驱动线圈；初级基板每个角顶点处设置一个电机初级，上次级基板和下次级基板上对应设置电机上次级和电机下次级。本发明动态特性好，初级损耗低。

Description

多自由度磁悬浮微动平台

技术领域

本发明涉及多自由度磁悬浮微动平台，属于电机技术领域。

背景技术

现代精密、超精密加工装备对高响应、高速度、高精度的多自由度磁悬浮微动平台有着迫切的需求，如机械加工、电子产品生产、机械装卸、制造自动化仪表设备甚至机器人驱动等。直接利用电磁能产生平面运动的多自由度磁悬浮微动平台具有出力密度高、低热耗、高速度、高精度和高可靠性的特点，因省去了从旋转运动到直线运动再到平面运动的中间转换装置，可把控制对象同电机做成一体化结构，具有反应快、灵敏度高、随动性好及结构简单等优点。

图11所示为现有六自由度磁悬浮微动平台的一种构成方式。该六自由度磁悬浮微动平台由八边形平板、固定基板、四组水平非接触电磁驱动机构与四组磁悬浮垂直支撑机构构成。其中水平非接触电磁驱动机构与磁悬浮垂直支撑机构均采用音圈电机结构，音圈电机的初级固定，次级运动。八边形平板的其中呈90°对称分布的四条边与水平非接触电磁驱动机构的动子相连；八边形平板的呈90°对称分布的另外四条边与磁悬浮垂直支撑机构的动子相连。水平非接触电磁驱动机构的定子以及磁悬浮垂直支撑机构的定子固定在固定基板上。通过控制水平配置音圈电机初级绕组电流的大小与方向，可控制作用在动子上X方向、Y方向电磁力的大小与方向以及绕Z轴偏转电磁转矩的大小与方向；同时，通过控制垂直配置音圈电机初级绕组电流的大小与方向，即可控制作用在动子上垂向电磁力的大小与方向以及绕X轴、绕Y轴偏转电磁转矩的大小与方向，从而实现微动平台的六自由度运动控制。

但是，该六自由度磁悬浮微动平台存在如下问题：垂直配置音圈电机需要始终通电，以产生垂直方向的电磁力、抵消平台动子的自重。因此导致线圈的发热量高、损耗大、承载能力低。同时，平台的刚度低、热变形大，系统的动态特性差、定位精度低。

发明内容

针对现有磁悬浮微动平台配置的音圈电机发热量高，损耗大的问题，本发明提供一种多自由度磁悬浮微动平台。

本发明提供的第一种多自由度磁悬浮微动平台，包括初级基板、上次级基板、下次级基板和多个正交线圈直线直流电机，

初级基板位于上次级基板和下次级基板之间，形成两个气隙；并且三个基板水平布置，相互平行；上次级基板和下次级基板机械上连接在一起；

初级基板、上次级基板和下次级基板均为多边形基板，多边形基板的边数与正交线圈直线直流电机的个数相同；正交线圈直线直流电机包括电机初级、电机上次级和电机下次级；电机初级包括正交连接的水平驱动线圈和垂向驱动线圈；

初级基板每个角顶点处设置一个电机初级，上次级基板和下次级基板上对应设置电机上次级和电机下次级。

根据本发明的多自由度磁悬浮微动平台，所述多边形基板为矩形基板，四个正交线圈直线直流电机呈中心对称分布。

根据本发明的多自由度磁悬浮微动平台，所述多边形基板为等边三角形，三个正交线圈直线直流电机呈中心对称分布。

根据本发明的多自由度磁悬浮微动平台，所述磁悬浮微动平台还包括磁悬浮重力补偿器，所述磁悬浮重力补偿器包括补偿器初级、补偿器上次级和补偿器下次级，补偿器初级居中设置在初级基板上，补偿器上次级居中设置在上次级基板上，补偿器下次级居中设置在下次级基板上。

根据本发明的多自由度磁悬浮微动平台，电机上次级和电机下次级分别包括次级铁心和次级永磁体；

次级永磁体为平板形，包括两块水平充磁永磁体和两块垂向充磁永磁体；四块永磁体均粘贴固定在次级铁心上，其中两块水平充磁永磁体处于中间，二者之间有间隙，并且充磁方向相同；两块垂向充磁永磁体粘贴固定在两块水平充磁永磁体的横向外侧，两块垂向充磁永磁体的充磁方向相反；两块水平充磁永磁体和两块垂向充磁永磁体形成串联磁路；

电机上次级和电机下次级的永磁体对称布置，且对应位置垂向充磁永磁体的充磁方向相同，对应位置水平充磁永磁体的充磁方向相反；电机上次级和电机下次级的永磁体形成串联磁路；电机上次级的次级铁心固定在上次级基板上，电机下次级的次级铁心固定在下次级基板上；

电机初级的水平驱动线圈和垂向驱动线圈均为矩形线圈；垂向驱动线圈固定在初级基板上，垂向驱动线圈所在平面与初级基板垂直，垂向驱动线圈的两个有效边处于水平方向，上有效边位于初级基板与电机上次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内；下有效边位于初级基板与电机下次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内；

水平驱动线圈固定在初级基板上，其两个有效边沿水平方向布置，两个有效边分别位于电机上次级和电机下次级的四块垂向充磁永磁体形成的空间内；

水平驱动线圈和垂向驱动线圈的有效边长度不相等。

根据本发明的多自由度磁悬浮微动平台，补偿器初级包括初级永磁体，补偿器上次级包括上次级永磁体，补偿器下次级包括下次级永磁体，初级永磁体、上次级永磁体和下次级永磁体均为圆盘形或矩形或三角形；

初级永磁体包括上层初级永磁体和下层初级永磁体，上层初级永磁体和下层初级永磁体对称固定在初级基板的上下表面；上次级永磁体固定在上次级基板的气隙侧，下次级永磁体固定在下次级基板的气隙侧；

初级永磁体、上次级永磁体和下次级永磁体均为垂向平行充磁；初级永磁体与下次级永磁体的充磁方向相同，上次级永磁体和下次级永磁体对称布置，且充磁方向相反。

本发明提供的第二种多自由度磁悬浮微动平台，包括初级基板、上次级基板、下次级基板、四个水平线圈直线直流电机和四个磁悬浮重力补偿及驱动单元，

初级基板位于上次级基板和下次级基板之间，形成两个气隙；并且三个基板水平布置，相互平行；上次级基板和下次级基板机械上连接在一起；

水平线圈直线直流电机包括电机初级、电机上次级和电机下次级；磁悬浮重力补偿及驱动单元包括磁悬浮初级、磁悬浮上次级和磁悬浮下次级；

三个基板均为矩形或均为正八边形；

三个基板均为矩形时，四个水平线圈直线直流电机的四个电机初级分别设置在初级基板的四角位置；每相邻两个水平线圈直线直流电机之间设置一个磁悬浮初级，并且四个磁悬浮初级呈中心对称分布；电机上次级和磁悬浮上次级在上次级基板上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；电机下次级和磁悬浮下次级在下次级基板上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；

电机初级的水平线圈有效边与基板边平行，在初级基板上对角布置的两个电机初级的水平线圈有效边相互平行；

三个基板均为均为正八边形时，四个电机初级和四个磁悬浮初级相间隔的设置在初级基板的八个顶角位置；电机上次级和磁悬浮上次级在上次级基板上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；电机下次级和磁悬浮下次级在下次级基板上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；

四个水平线圈直线直流电机和四个磁悬浮重力补偿及驱动单元分别呈中心对称分布。

本发明提供的第三种多自由度磁悬浮微动平台，包括初级基板、上次级基板、下次级基板、三个水平线圈直线直流电机和三个磁悬浮重力补偿及驱动单元，

初级基板位于上次级基板和下次级基板之间，形成两个气隙；并且三个基板水平布置，相互平行；上次级基板和下次级基板机械上连接在一起；

水平线圈直线直流电机包括电机初级、电机上次级和电机下次级；磁悬浮重力补偿及驱动单元包括磁悬浮初级、磁悬浮上次级和磁悬浮下次级；

三个基板均为三角形；三个水平线圈直线直流电机的三个电机初级分别设置在初级基板的三个角顶点处；每相邻两个水平线圈直线直流电机之间设置一个磁悬浮初级，并且三个磁悬浮初级呈中心对称分布；电机上次级和磁悬浮上次级在上次级基板上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；电机下次级和磁悬浮下次级在下次级基板上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置。

根据本发明提供的第二种或第三种的多自由度磁悬浮微动平台，

磁悬浮上次级包括上次级永磁体，磁悬浮下次级包括下次级永磁体；上次级永磁体和下次级永磁体均为平板形，各包括两块水平充磁永磁体；上次级永磁体粘贴固定在上次级基板的气隙侧，下次级永磁体粘贴固定在下次级基板的气隙侧；上次级永磁体包括的两块水平充磁永磁体充磁方向相同，二者之间有间隙；上次级永磁体与下次级永磁体对称布置，上次级永磁体与下次级永磁体的充磁方向相反；

磁悬浮初级包括平板形初级永磁体和垂向驱动线圈；平板形初级永磁体包括上层永磁体和下层永磁体，上层永磁体和下层永磁体对称固定在初级基板的上下表面；平板形初级永磁体为水平充磁；垂向驱动线圈为矩形线圈；垂向驱动线圈固定在初级基板上，其两个有效边沿水平方向布置，上有效边位于上层永磁体和磁悬浮上次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内，下有效边位于下层永磁体和磁悬浮下次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内；

上层永磁体和下层永磁体与上次级永磁体的充磁方向相同。

根据本发明提供的第二种或第三种的多自由度磁悬浮微动平台，水平线圈直线直流电机的电机上次级包括上次级铁心和上次级永磁体，电机下次级包括下次级铁心和下次级永磁体；上次级永磁体和下次级永磁体均为平板形，并且均包括一块水平充磁永磁体和两块垂向充磁永磁体，上次级永磁体粘贴固定在上次级铁心上，上次级铁心固定在上次级基板上；下次级永磁体粘贴固定在下次级铁心上，下次级铁心固定在下次级基板上；上次级永磁体的水平充磁永磁体固定在两块垂向充磁永磁体之间，两块垂向充磁永磁体的充磁方向相反，并且水平充磁永磁体与两块垂向充磁永磁体形成串联磁路；下次级永磁体与上次级永磁体相对应设置，且对应位置垂向充磁永磁体的充磁方向相同；上次级永磁体和下次级永磁体形成串联磁路；

电机初级包括水平驱动线圈，水平驱动线圈为矩形线圈或跑道形线圈；水平驱动线圈固定在初级基板上，其两个有效边处于电机上次级和电机下次级的四块垂向充磁永磁体形成的空间内。

本发明的有益效果：本发明的多自由度磁悬浮微动平台具有推力密度高、推力波动低、动态特性好、初级损耗低、隔振效果好、控制精度高等优点。

本发明将传统直线电机产生水平力的线圈和产生垂向力的线圈集成到一起，将传统直线电机产生水平力的次级永磁体和产生垂向力的次级永磁体集成到一起，微动平台具有体积小、质量轻、推力密度高、推力波动低、初级损耗低、动态特性好、隔振效果好、控制精度高、结构简单等优点。

附图说明

图1是具体实施方式一中，多自由度磁悬浮微动平台包括四个正交线圈直线直流电机的结构示意图；

图2是具体实施方式一中，多自由度磁悬浮微动平台包括三个正交线圈直线直流电机的结构示意图；

图3是具体实施方式一中，多自由度磁悬浮微动平台还包括磁悬浮重力补偿器的结构示意图；

图4是具体实施方式一中，正交线圈直线直流电机的结构示意图；

图5是图4所示正交线圈直线直流电机的磁路图；

图6是具体实施方式二中，多自由度磁悬浮微动平台的结构示意图；

图7是具体实施方式三中，多自由度磁悬浮微动平台的结构示意图；

图8是具体实施方式二和三中，磁悬浮重力补偿及驱动单元的结构示意图；

图9是图8所示磁悬浮重力补偿及驱动单元的磁路图；

图10是具体实施方式二和三中，水平线圈直线直流电机的结构示意图；

图11是现有六自由度磁悬浮微动平台的结构示意图。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一、结合图1和图2所示，本发明提供了一种多自由度磁悬浮微动平台，包括初级基板100、上次级基板200、下次级基板300和多个正交线圈直线直流电机400，

初级基板100位于上次级基板200和下次级基板300之间，形成两个气隙；并且三个基板水平布置，相互平行；上次级基板200和下次级基板300机械上连接在一起；

初级基板100、上次级基板200和下次级基板300均为多边形基板，多边形基板的边数与正交线圈直线直流电机400的个数相同；正交线圈直线直流电机400包括电机初级、电机上次级和电机下次级；电机初级包括正交连接的水平驱动线圈和垂向驱动线圈；

初级基板100每个角顶点处设置一个电机初级，上次级基板200和下次级基板300上对应设置电机上次级和电机下次级。

进一步，结合图1所示，所述多边形基板为矩形基板，四个正交线圈直线直流电机400呈中心对称分布。

进一步，结合图2所示，所述多边形基板为等边三角形，三个正交线圈直线直流电机400呈中心对称分布。

再进一步，结合图3所示，所述磁悬浮微动平台还包括磁悬浮重力补偿器500，所述磁悬浮重力补偿器500包括补偿器初级、补偿器上次级和补偿器下次级，补偿器初级居中设置在初级基板100上，补偿器上次级居中设置在上次级基板200上，补偿器下次级居中设置在下次级基板300上。

本实施方式中，利用磁悬浮重力补偿器500支承负载重量。

再进一步，结合图4和图5所示，电机上次级和电机下次级分别包括次级铁心和次级永磁体；

次级永磁体为平板形，包括两块水平充磁永磁体和两块垂向充磁永磁体；四块永磁体均粘贴固定在次级铁心上，其中两块水平充磁永磁体处于中间，二者之间有间隙，并且充磁方向相同；两块垂向充磁永磁体粘贴固定在两块水平充磁永磁体的横向外侧，两块垂向充磁永磁体的充磁方向相反；两块水平充磁永磁体和两块垂向充磁永磁体形成串联磁路；

电机上次级和电机下次级的永磁体对称布置，且对应位置垂向充磁永磁体的充磁方向相同，对应位置水平充磁永磁体的充磁方向相反；电机上次级和电机下次级的永磁体形成串联磁路；电机上次级的次级铁心固定在上次级基板200上，电机下次级的次级铁心固定在下次级基板300上；

电机初级的水平驱动线圈和垂向驱动线圈均为矩形线圈；垂向驱动线圈固定在初级基板100上，垂向驱动线圈所在平面为垂向，与初级基板100垂直，垂向驱动线圈的两个有效边处于水平方向，上有效边位于初级基板100与电机上次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内；下有效边位于初级基板100与电机下次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内；

水平驱动线圈固定在初级基板100上，其两个有效边沿水平方向布置，两个有效边分别位于电机上次级和电机下次级的四块垂向充磁永磁体形成的空间内；

水平驱动线圈和垂向驱动线圈的有效边长度不相等。

再进一步，补偿器初级包括初级永磁体，补偿器上次级包括上次级永磁体，补偿器下次级包括下次级永磁体，初级永磁体、上次级永磁体和下次级永磁体均为圆盘形或矩形或三角形；

初级永磁体包括上层初级永磁体和下层初级永磁体，上层初级永磁体和下层初级永磁体对称固定在初级基板100的上下表面；上次级永磁体固定在上次级基板200的气隙侧，下次级永磁体固定在下次级基板300的气隙侧；

初级永磁体、上次级永磁体和下次级永磁体均为垂向平行充磁；初级永磁体与下次级永磁体的充磁方向相同，上次级永磁体和下次级永磁体对称布置，且充磁方向相反。

本实施方式中，正交线圈直线直流电机400的水平驱动线圈包含两个线圈，分别固定在初级基板的上、下表面上，两个线圈串联。

初级基板100、上次级基板200和下次级基板300均采用高强度非磁性材料制成。

所述初级基板100采用液体冷却，在其气隙侧表面上还固定有液体冷却换热器。

具体实施方式二、结合图6所示，本发明提供了一种多自由度磁悬浮微动平台，包括初级基板100、上次级基板200、下次级基板300、四个水平线圈直线直流电机600和四个磁悬浮重力补偿及驱动单元700，

初级基板100位于上次级基板200和下次级基板300之间，形成两个气隙；并且三个基板水平布置，相互平行；上次级基板200和下次级基板300机械上连接在一起；

水平线圈直线直流电机600包括电机初级、电机上次级和电机下次级；磁悬浮重力补偿及驱动单元700包括磁悬浮初级、磁悬浮上次级和磁悬浮下次级；

三个基板均为矩形或均为正八边形；

三个基板均为矩形时，四个水平线圈直线直流电机600的四个电机初级分别设置在初级基板100的四角位置；每相邻两个水平线圈直线直流电机600之间设置一个磁悬浮初级，并且四个磁悬浮初级呈中心对称分布；电机上次级和磁悬浮上次级在上次级基板200上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；电机下次级和磁悬浮下次级在下次级基板300上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；

电机初级的水平线圈有效边与基板边平行，在初级基板100上对角布置的两个电机初级的水平线圈有效边相互平行；

三个基板均为正八边形时，四个电机初级和四个磁悬浮初级相间隔的设置在初级基板100的八个顶角位置；电机上次级和磁悬浮上次级在上次级基板200上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；电机下次级和磁悬浮下次级在下次级基板300上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；

四个水平线圈直线直流电机600和四个磁悬浮重力补偿及驱动单元700分别呈中心对称分布。

进一步，结合图8和图9所示，磁悬浮上次级包括上次级永磁体，磁悬浮下次级包括下次级永磁体；上次级永磁体和下次级永磁体均为平板形，各包括两块水平充磁永磁体；上次级永磁体粘贴固定在上次级基板200的气隙侧，下次级永磁体粘贴固定在下次级基板300的气隙侧；上次级永磁体包括的两块水平充磁永磁体充磁方向相同，二者之间有间隙；上次级永磁体与下次级永磁体对称布置，上次级永磁体与下次级永磁体的充磁方向相反；

磁悬浮初级包括平板形初级永磁体和垂向驱动线圈；平板形初级永磁体包括上层永磁体和下层永磁体，上层永磁体和下层永磁体对称固定在初级基板100的上下表面；平板形初级永磁体为水平充磁；垂向驱动线圈为矩形线圈，所有平面为垂向；垂向驱动线圈固定在初级基板100上，其两个有效边沿水平方向布置，上有效边位于上层永磁体和磁悬浮上次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内，下有效边位于下层永磁体和磁悬浮下次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内；

上层永磁体和下层永磁体与上次级永磁体的充磁方向相同。

再进一步，结合图10所示，水平线圈直线直流电机600的电机上次级包括上次级铁心和上次级永磁体，电机下次级包括下次级铁心和下次级永磁体；上次级永磁体和下次级永磁体均为平板形，并且均包括一块水平充磁永磁体和两块垂向充磁永磁体，上次级永磁体粘贴固定在上次级铁心上，上次级铁心固定在上次级基板200上；下次级永磁体粘贴固定在下次级铁心上，下次级铁心固定在下次级基板300上；上次级永磁体的水平充磁永磁体固定在两块垂向充磁永磁体之间，两块垂向充磁永磁体的充磁方向相反，并且水平充磁永磁体与两块垂向充磁永磁体形成串联磁路；下次级永磁体与上次级永磁体相对应设置，且对应位置垂向充磁永磁体的充磁方向相同；上次级永磁体和下次级永磁体形成串联磁路；

电机初级包括水平驱动线圈，水平驱动线圈为矩形线圈或跑道形线圈；水平驱动线圈固定在初级基板100上，其两个有效边处于电机上次级和电机下次级的四块垂向充磁永磁体形成的空间内。

初级基板100、上次级基板200和下次级基板300均采用高强度非磁性材料制成。

所述初级基板100采用液体冷却，在其气隙侧表面上还固定有液体冷却换热器。

具体实施方式三、结合图7所示，本发明提供了一种多自由度磁悬浮微动平台，包括初级基板100、上次级基板200、下次级基板300、三个水平线圈直线直流电机600和三个磁悬浮重力补偿及驱动单元700，

初级基板100位于上次级基板200和下次级基板300之间，形成两个气隙；并且三个基板水平布置，相互平行；上次级基板200和下次级基板300机械上连接在一起；

水平线圈直线直流电机600包括电机初级、电机上次级和电机下次级；磁悬浮重力补偿及驱动单元700包括磁悬浮初级、磁悬浮上次级和磁悬浮下次级；

三个基板均为三角形；三个水平线圈直线直流电机600的三个电机初级分别设置在初级基板100的三个角顶点处；每相邻两个水平线圈直线直流电机600之间设置一个磁悬浮初级，并且三个磁悬浮初级呈中心对称分布；电机上次级和磁悬浮上次级在上次级基板200上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；电机下次级和磁悬浮下次级在下次级基板300上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置。

进一步，结合图8和图9所示，磁悬浮上次级包括上次级永磁体，磁悬浮下次级包括下次级永磁体；上次级永磁体和下次级永磁体均为平板形，各包括两块水平充磁永磁体；上次级永磁体粘贴固定在上次级基板200的气隙侧，下次级永磁体粘贴固定在下次级基板300的气隙侧；上次级永磁体包括的两块水平充磁永磁体充磁方向相同，二者之间有间隙；上次级永磁体与下次级永磁体对称布置，上次级永磁体与下次级永磁体的充磁方向相反；

磁悬浮初级包括平板形初级永磁体和垂向驱动线圈；平板形初级永磁体包括上层永磁体和下层永磁体，上层永磁体和下层永磁体对称固定在初级基板100的上下表面；平板形初级永磁体为水平充磁；垂向驱动线圈为矩形线圈；垂向驱动线圈固定在初级基板100上，其两个有效边沿水平方向布置，上有效边位于上层永磁体和磁悬浮上次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内，下有效边位于下层永磁体和磁悬浮下次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内；

上层永磁体和下层永磁体与上次级永磁体的充磁方向相同。

再进一步，结合图10所示，水平线圈直线直流电机600的电机上次级包括上次级铁心和上次级永磁体，电机下次级包括下次级铁心和下次级永磁体；上次级永磁体和下次级永磁体均为平板形，并且均包括一块水平充磁永磁体和两块垂向充磁永磁体，上次级永磁体粘贴固定在上次级铁心上，上次级铁心固定在上次级基板200上；下次级永磁体粘贴固定在下次级铁心上，下次级铁心固定在下次级基板300上；上次级永磁体的水平充磁永磁体固定在两块垂向充磁永磁体之间，两块垂向充磁永磁体的充磁方向相反，并且水平充磁永磁体与两块垂向充磁永磁体形成串联磁路；下次级永磁体与上次级永磁体相对应设置，且对应位置垂向充磁永磁体的充磁方向相同；上次级永磁体和下次级永磁体形成串联磁路；

电机初级包括水平驱动线圈，水平驱动线圈为矩形线圈或跑道形线圈；水平驱动线圈固定在初级基板100上，其两个有效边处于电机上次级和电机下次级的四块垂向充磁永磁体形成的空间内。

初级基板100、上次级基板200和下次级基板300均采用高强度非磁性材料制成。

所述初级基板100采用液体冷却，在其气隙侧表面上还固定有液体冷却换热器。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (9)

1.一种多自由度磁悬浮微动平台，其特征在于包括初级基板(100)、上次级基板(200)、下次级基板(300)和多个正交线圈直线直流电机(400)，

初级基板(100)位于上次级基板(200)和下次级基板(300)之间，形成两个气隙；并且三个基板水平布置，相互平行；上次级基板(200)和下次级基板(300)机械上连接在一起；

初级基板(100)、上次级基板(200)和下次级基板(300)均为多边形基板，多边形基板的边数与正交线圈直线直流电机(400)的个数相同；正交线圈直线直流电机(400)包括电机初级、电机上次级和电机下次级；电机初级包括正交连接的水平驱动线圈和垂向驱动线圈；

初级基板(100)每个角顶点处设置一个电机初级，上次级基板(200)和下次级基板(300)上对应设置电机上次级和电机下次级；

电机上次级和电机下次级分别包括次级铁心和次级永磁体；

次级永磁体为平板形，包括两块水平充磁永磁体和两块垂向充磁永磁体；四块永磁体均粘贴固定在次级铁心上，其中两块水平充磁永磁体处于中间，二者之间有间隙，并且充磁方向相同；两块垂向充磁永磁体粘贴固定在两块水平充磁永磁体的横向外侧，两块垂向充磁永磁体的充磁方向相反；两块水平充磁永磁体和两块垂向充磁永磁体形成串联磁路；

电机上次级和电机下次级的永磁体对称布置，且对应位置垂向充磁永磁体的充磁方向相同，对应位置水平充磁永磁体的充磁方向相反；电机上次级和电机下次级的永磁体形成串联磁路；电机上次级的次级铁心固定在上次级基板(200)上，电机下次级的次级铁心固定在下次级基板(300)上；

电机初级的水平驱动线圈和垂向驱动线圈均为矩形线圈；垂向驱动线圈固定在初级基板(100)上，垂向驱动线圈所在平面与初级基板(100)垂直，垂向驱动线圈的两个有效边处于水平方向，上有效边位于初级基板(100)与电机上次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内；下有效边位于初级基板(100)与电机下次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内；

水平驱动线圈固定在初级基板(100)上，其两个有效边沿水平方向布置，两个有效边分别位于电机上次级和电机下次级的四块垂向充磁永磁体形成的空间内；

水平驱动线圈和垂向驱动线圈的有效边长度不相等。

2.根据权利要求1所述的多自由度磁悬浮微动平台，其特征在于，所述多边形基板为矩形基板，四个正交线圈直线直流电机(400)呈中心对称分布。

3.根据权利要求1所述的多自由度磁悬浮微动平台，其特征在于，所述多边形基板为等边三角形，三个正交线圈直线直流电机(400)呈中心对称分布。

4.根据权利要求2或3所述的多自由度磁悬浮微动平台，其特征在于，所述磁悬浮微动平台还包括磁悬浮重力补偿器(500)，所述磁悬浮重力补偿器(500)包括补偿器初级、补偿器上次级和补偿器下次级，补偿器初级居中设置在初级基板(100)上，补偿器上次级居中设置在上次级基板(200)上，补偿器下次级居中设置在下次级基板(300)上。

5.根据权利要求4所述的多自由度磁悬浮微动平台，其特征在于，

补偿器初级包括初级永磁体，补偿器上次级包括上次级永磁体，补偿器下次级包括下次级永磁体，初级永磁体、上次级永磁体和下次级永磁体均为圆盘形或矩形或三角形；

初级永磁体包括上层初级永磁体和下层初级永磁体，上层初级永磁体和下层初级永磁体对称固定在初级基板(100)的上下表面；上次级永磁体固定在上次级基板(200)的气隙侧，下次级永磁体固定在下次级基板(300)的气隙侧；

初级永磁体、上次级永磁体和下次级永磁体均为垂向平行充磁；初级永磁体与下次级永磁体的充磁方向相同，上次级永磁体和下次级永磁体对称布置，且充磁方向相反。

6.一种多自由度磁悬浮微动平台，其特征在于包括初级基板(100)、上次级基板(200)、下次级基板(300)、四个水平线圈直线直流电机(600)和四个磁悬浮重力补偿及驱动单元(700)，

初级基板(100)位于上次级基板(200)和下次级基板(300)之间，形成两个气隙；并且三个基板水平布置，相互平行；上次级基板(200)和下次级基板(300)机械上连接在一起；

水平线圈直线直流电机(600)包括电机初级、电机上次级和电机下次级；磁悬浮重力补偿及驱动单元(700)包括磁悬浮初级、磁悬浮上次级和磁悬浮下次级；

三个基板均为矩形或均为正八边形；

三个基板均为矩形时，四个水平线圈直线直流电机(600)的四个电机初级分别设置在初级基板(100)的四角位置；每相邻两个水平线圈直线直流电机(600)之间设置一个磁悬浮初级，并且四个磁悬浮初级呈中心对称分布；电机上次级和磁悬浮上次级在上次级基板(200)上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；电机下次级和磁悬浮下次级在下次级基板(300)上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；

电机初级的水平线圈有效边与基板边平行，在初级基板(100)上对角布置的两个电机初级的水平线圈有效边相互平行；

三个基板均为正八边形时，四个电机初级和四个磁悬浮初级相间隔的设置在初级基板(100)的八个顶角位置；电机上次级和磁悬浮上次级在上次级基板(200)上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；电机下次级和磁悬浮下次级在下次级基板(300)上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；

四个水平线圈直线直流电机(600)和四个磁悬浮重力补偿及驱动单元(700)分别呈中心对称分布；

磁悬浮上次级包括上次级永磁体，磁悬浮下次级包括下次级永磁体；上次级永磁体和下次级永磁体均为平板形，各包括两块水平充磁永磁体；上次级永磁体粘贴固定在上次级基板(200)的气隙侧，下次级永磁体粘贴固定在下次级基板(300)的气隙侧；上次级永磁体包括的两块水平充磁永磁体充磁方向相同，二者之间有间隙；上次级永磁体与下次级永磁体对称布置，上次级永磁体与下次级永磁体的充磁方向相反；

磁悬浮初级包括平板形初级永磁体和垂向驱动线圈；平板形初级永磁体包括上层永磁体和下层永磁体，上层永磁体和下层永磁体对称固定在初级基板(100)的上下表面；平板形初级永磁体为水平充磁；垂向驱动线圈为矩形线圈；垂向驱动线圈固定在初级基板(100)上，其两个有效边沿水平方向布置，上有效边位于上层永磁体和磁悬浮上次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内，下有效边位于下层永磁体和磁悬浮下次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内；

上层永磁体和下层永磁体与上次级永磁体的充磁方向相同。

7.根据权利要求6所述的多自由度磁悬浮微动平台，其特征在于，

水平线圈直线直流电机(600)的电机上次级包括上次级铁心和上次级永磁体，电机下次级包括下次级铁心和下次级永磁体；上次级永磁体和下次级永磁体均为平板形，并且均包括一块水平充磁永磁体和两块垂向充磁永磁体，上次级永磁体粘贴固定在上次级铁心上，上次级铁心固定在上次级基板(200)上；下次级永磁体粘贴固定在下次级铁心上，下次级铁心固定在下次级基板(300)上；上次级永磁体的水平充磁永磁体固定在两块垂向充磁永磁体之间，两块垂向充磁永磁体的充磁方向相反，并且水平充磁永磁体与两块垂向充磁永磁体形成串联磁路；下次级永磁体与上次级永磁体相对应设置，且对应位置垂向充磁永磁体的充磁方向相同；上次级永磁体和下次级永磁体形成串联磁路；

电机初级包括水平驱动线圈，水平驱动线圈为矩形线圈或跑道形线圈；水平驱动线圈固定在初级基板(100)上，其两个有效边处于电机上次级和电机下次级的四块垂向充磁永磁体形成的空间内。

8.一种多自由度磁悬浮微动平台，其特征在于包括初级基板(100)、上次级基板(200)、下次级基板(300)、三个水平线圈直线直流电机(600)和三个磁悬浮重力补偿及驱动单元(700)，

初级基板(100)位于上次级基板(200)和下次级基板(300)之间，形成两个气隙；并且三个基板水平布置，相互平行；上次级基板(200)和下次级基板(300)机械上连接在一起；

水平线圈直线直流电机(600)包括电机初级、电机上次级和电机下次级；磁悬浮重力补偿及驱动单元(700)包括磁悬浮初级、磁悬浮上次级和磁悬浮下次级；

三个基板均为三角形；三个水平线圈直线直流电机(600)的三个电机初级分别设置在初级基板(100)的三个角顶点处；每相邻两个水平线圈直线直流电机(600)之间设置一个磁悬浮初级，并且三个磁悬浮初级呈中心对称分布；电机上次级和磁悬浮上次级在上次级基板(200)上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；电机下次级和磁悬浮下次级在下次级基板(300)上与电机初级和磁悬浮初级相对应设置；

磁悬浮上次级包括上次级永磁体，磁悬浮下次级包括下次级永磁体；上次级永磁体和下次级永磁体均为平板形，各包括两块水平充磁永磁体；上次级永磁体粘贴固定在上次级基板(200)的气隙侧，下次级永磁体粘贴固定在下次级基板(300)的气隙侧；上次级永磁体包括的两块水平充磁永磁体充磁方向相同，二者之间有间隙；上次级永磁体与下次级永磁体对称布置，上次级永磁体与下次级永磁体的充磁方向相反；

磁悬浮初级包括平板形初级永磁体和垂向驱动线圈；平板形初级永磁体包括上层永磁体和下层永磁体，上层永磁体和下层永磁体对称固定在初级基板(100)的上下表面；平板形初级永磁体为水平充磁；垂向驱动线圈为矩形线圈；垂向驱动线圈固定在初级基板(100)上，其两个有效边沿水平方向布置，上有效边位于上层永磁体和磁悬浮上次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内，下有效边位于下层永磁体和磁悬浮下次级的两块水平充磁永磁体形成的空间内；

上层永磁体和下层永磁体与上次级永磁体的充磁方向相同。

9.根据权利要求8所述的多自由度磁悬浮微动平台，其特征在于，

水平线圈直线直流电机(600)的电机上次级包括上次级铁心和上次级永磁体，电机下次级包括下次级铁心和下次级永磁体；上次级永磁体和下次级永磁体均为平板形，并且均包括一块水平充磁永磁体和两块垂向充磁永磁体，上次级永磁体粘贴固定在上次级铁心上，上次级铁心固定在上次级基板(200)上；下次级永磁体粘贴固定在下次级铁心上，下次级铁心固定在下次级基板(300)上；上次级永磁体的水平充磁永磁体固定在两块垂向充磁永磁体之间，两块垂向充磁永磁体的充磁方向相反，并且水平充磁永磁体与两块垂向充磁永磁体形成串联磁路；下次级永磁体与上次级永磁体相对应设置，且对应位置垂向充磁永磁体的充磁方向相同；上次级永磁体和下次级永磁体形成串联磁路；

电机初级包括水平驱动线圈，水平驱动线圈为矩形线圈或跑道形线圈；水平驱动线圈固定在初级基板(100)上，其两个有效边处于电机上次级和电机下次级的四块垂向充磁永磁体形成的空间内。