RU210194U1

RU210194U1 - DEVICE FOR LINEAR MOVEMENT

Info

Publication number: RU210194U1
Application number: RU2021131250U
Authority: RU
Inventors: Ольга Алексеевна Черкасова; Александр Александрович Скрипкин
Priority date: 2021-10-26
Filing date: 2021-10-26
Publication date: 2022-03-31

Abstract

Полезная модель относится к основным элементам электрического оборудования, а именно к устройствам, специально предназначенным для манипулирования полупроводниковыми или электронными устройствами на твердом теле при их изготовлении или обработке. Технической проблемой полезной модели является повышение надежности и долговечности устройства для линейного перемещения. Технический результат от использования полезной модели заключается в уменьшении вероятности разрушения слоя магнитных элементов направляющей и каретки. Указанная техническая проблема решается тем, что в устройстве для линейного перемещения, содержащем снабженные магнитными элементами направляющую, выполненную в виде продольно вытянутого полого тела с продольным разрезом, и каретку, которая содержит расположенную в полости направляющей арматуру, пьезоэлектрический актуатор, соединенный с арматурой, выполненной в виде продольно вытянутого полого тела с продольным разрезом, а каретка содержит площадку, соединенную с арматурой при помощи, по крайней мере, одного штифта, выполненного в форме двутавра, при этом направляющая и каретка выполнены из немагнитного материала, а магнитные элементы выполнены из полимерного магнитного материала и размещены на внутренней поверхности направляющей и наружной поверхности арматуры так, что противолежащие магнитные элементы обращены друг к другу одноименными полюсами, разрез арматуры обращен к части направляющей, лежащей напротив разреза направляющей,согласно полезной модели поверхности магнитного материала имеют антифрикционное покрытие на основе эластомеров, а внутренняя поверхность направляющей и наружная поверхность арматуры имеют в поперечном сечении форму эллипсов, причем большие полуоси эллипсов взаимно перпендикулярны, при этом большая полуось эллипса внутренней поверхности направляющей расположена в горизонтальной плоскости и перпендикулярна оси линейного перемещения. 5 ил.The utility model relates to the main elements of electrical equipment, namely to devices specially designed for manipulating semiconductor or electronic devices on a solid body during their manufacture or processing. The technical problem of the utility model is to increase the reliability and durability of the device for linear movement. The technical result of using the utility model is to reduce the probability of destruction of the layer of magnetic elements of the guide and carriage. This technical problem is solved by the fact that in a device for linear movement, containing a guide provided with magnetic elements, made in the form of a longitudinally elongated hollow body with a longitudinal section, and a carriage that contains a guide valve located in the cavity of the guide valve, a piezoelectric actuator connected to the valve made in in the form of a longitudinally elongated hollow body with a longitudinal section, and the carriage contains a platform connected to the reinforcement using at least one pin made in the form of an I-beam, while the guide and the carriage are made of non-magnetic material, and the magnetic elements are made of polymeric magnetic material and placed on the inner surface of the guide and the outer surface of the armature so that the opposite magnetic elements face each other with the same poles, the cut of the armature faces the part of the guide that lies opposite the cut of the guide, according to the useful model of the surface of the magnetic material The rails have an anti-friction coating based on elastomers, and the inner surface of the guide and the outer surface of the reinforcement are in the form of ellipses in cross section, and the major semiaxes of the ellipses are mutually perpendicular, while the major semiaxis of the ellipse of the inner surface of the guide is located in the horizontal plane and is perpendicular to the axis of linear movement. 5 ill.

Description

Полезная модель относится к основным элементам электрического оборудования, а именно к устройствам, специально предназначенным для манипулирования полупроводниковыми или электронными устройствами на твердом теле при их изготовлении или обработке, а также к устройствам, специально предназначенным для манипулирования полупроводниковыми пластинами при изготовлении или обработке полупроводниковых или электрических устройств на твердом теле или их компонентов для прецизионного перемещения и позиционирования.The utility model relates to the main elements of electrical equipment, namely to devices specially designed for manipulating semiconductor or electronic devices on a solid state during their manufacture or processing, as well as devices specially designed for manipulating semiconductor wafers during the manufacture or processing of semiconductor or electrical devices on a solid body or their components for precision movement and positioning.

Известно устройство для линейного перемещения (см. патент JP №2506356 по кл. МПК H01L 21/68, опуб. 12.06.1996 г.), состоящее из набора электромагнитов, магнитного элемента, являющегося кареткой и двигателя для поступательного линейного перемещения. Магнитный элемент выполнен с возможностью магнитной левитации с помощью собственного магнита и электромагнитов. Устройство предназначено для плавного перемещения печатных плат бесконтактным способом.A device for linear movement is known (see JP patent No. 2506356 according to class IPC H01L 21/68, published on 06/12/1996), consisting of a set of electromagnets, a magnetic element, which is a carriage and a motor for translational linear movement. The magnetic element is made with the possibility of magnetic levitation using its own magnet and electromagnets. The device is designed for smooth movement of printed circuit boards in a non-contact way.

Однако в данном устройстве двигатель приводит в движение колесный передвижной механизм, не обеспечивающий плавного прецизионного движения. Применение электромагнитов требует дополнительных затрат электроэнергии и в случае перебоев с ее подачей не обеспечивает требуемой надежности устройства. Кроме того, устройства для линейного перемещения на основе электромагнитов требует применения специальных датчиков позиционирования для определения месторасположения каретки.However, in this device, the motor drives the wheeled trolley, which does not provide smooth, precise movement. The use of electromagnets requires additional energy costs and, in the event of interruptions in its supply, does not provide the required reliability of the device. In addition, electromagnet-based linear motion devices require the use of special position sensors to determine the location of the carriage.

Известно устройство для линейного перемещения, (см. заявку JP №2005026329, по кл. МПК H01L 21/027, опуб. 27.01.2005 г.), которое состоит из четырех П-образных направляющих и каретки с двумя П-образными ползунками. Направляющие содержат набор постоянных магнитов обеих полярностей, расположенных в порядке, при котором за магнитом с S-полярностью следует магнит с N-полярностью. Ползунки содержат электромагниты и выполнены с возможностью бесконтактного перемещения по направляющим.A device for linear movement is known (see JP application No. 2005026329, according to class IPC H01L 21/027, published on January 27, 2005), which consists of four U-shaped guides and a carriage with two U-shaped sliders. The guides contain a set of permanent magnets of both polarities arranged in an order in which an S-polarity magnet is followed by an N-polarity magnet. The sliders contain electromagnets and are made with the possibility of non-contact movement along the guides.

Известно также устройство для линейного перемещения (см. патент US №6037680, по кл. МПК H01L 21/027, опуб. 14.03.2000 г.), состоящее из двух направляющих и каретки. Две направляющие содержат набор электромагнитов. Каретка выполнена с двумя П-образными ползунками, каждый из которых снабжен двумя постоянными магнитами и обладает возможностью бесконтактного перемещения по направляющим.A device for linear movement is also known (see US patent No. 6037680, according to class IPC H01L 21/027, published on March 14, 2000), consisting of two guides and a carriage. Two guides contain a set of electromagnets. The carriage is made with two U-shaped sliders, each of which is equipped with two permanent magnets and has the ability to move non-contact along the guides.

Однако оба описанных выше устройства также, как и предыдущий аналог, выполнены с использованием электромагнитов и, следовательно, обладают аналогичными особенностями.However, both devices described above, as well as the previous analogue, are made using electromagnets and, therefore, have similar features.

Известно устройство (см. заявку US №2012086287, по кл. МПК Н02К 41/02, опуб. 12.04.2012 г.), которое состоит из направляющей и арматуры, являющейся кареткой. Направляющая выполнена из магнитного материала в виде продольно вытянутого полого тела с продольным разрезом и снабжена набором постоянных магнитов как отрицательной, так и положительной полярности, расположенных вдоль направляющей с чередованием полярности. Арматура снабжена электромагнитами и выполнена с возможностью бесконтактного перемещения в полости направляющей.A device is known (see application US No. 2012086287, according to class IPC H02K 41/02, published on April 12, 2012), which consists of a guide and fittings, which is a carriage. The guide is made of a magnetic material in the form of a longitudinally elongated hollow body with a longitudinal section and is equipped with a set of permanent magnets of both negative and positive polarity, located along the guide with alternating polarity. The armature is equipped with electromagnets and is made with the possibility of non-contact movement in the cavity of the guide.

Однако, несмотря на меньшую материалоемкость и более простую конструкцию по сравнению с вышеописанными аналогами, данное техническое решение также выполнено с использованием электромагнитов, которые требуют использования дополнительных источников питания, что, в свою очередь, снижает надежность устройства и его энергоэффективность.However, despite the lower material consumption and a simpler design compared to the analogues described above, this technical solution is also made using electromagnets, which require the use of additional power sources, which, in turn, reduces the reliability of the device and its energy efficiency.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является устройство для линейного перемещения (№164855, по кл. МПК H01L 21/00, опуб. 20.09.2016 г.), содержащее снабженные магнитными элементами направляющую, выполненную в виде продольно вытянутого полого тела с продольным разрезом, и каретку, которая содержит расположенную в полости направляющей арматуру, содержащее актуатор, соединенный с арматурой, выполненной в виде продольно вытянутого полого тела с продольным разрезом, а каретка содержит площадку, соединенную с арматурой при помощи, по крайней мере, одного штифта; при этом направляющая и каретка выполнены из немагнитного материала, а магнитные элементы выполнены из постоянных магнитов и размещены на внутренней поверхности направляющей и наружной поверхности арматуры так, что противолежащие магнитные элементы обращены друг к другу одноименными полюсами и выполнены из полимерного магнитного материала, штифт выполнен в форме двутавра, а актуатор является пьезоэлектрическим актуатором и разрез арматуры обращен к части направляющей, лежащей напротив разреза направляющей.The closest analogue to the claimed utility model is a device for linear movement (No. 164855, according to class IPC H01L 21/00, published on September 20, 2016), containing a guide provided with magnetic elements, made in the form of a longitudinally elongated hollow body with a longitudinal section , and the carriage, which contains located in the cavity of the guide fittings, containing an actuator connected to the fittings, made in the form of a longitudinally elongated hollow body with a longitudinal section, and the carriage contains a platform connected to the fittings using at least one pin; wherein the guide and the carriage are made of non-magnetic material, and the magnetic elements are made of permanent magnets and are placed on the inner surface of the guide and the outer surface of the armature so that the opposite magnetic elements face each other with the same poles and are made of a polymeric magnetic material, the pin is made in the form I-beam, and the actuator is a piezoelectric actuator and the section of the reinforcement faces the part of the guide that lies opposite the section of the guide.

Недостатком такой конструкции устройства для линейного перемещения является недостаточная надежность и долговечность устройства при эксплуатации, вызванная переменными и нестабильными значениями величин магнитной индукции магнитных элементов при взаимном перемещении и, следовательно, переменными значениями сил магнитного взаимодействия - отталкивания, вызывающими случайный контакт магнитных слоев и их разрушение, приводящее к образованию твердых частиц загрязнений в зазоре между ними, снижению точности позиционирования и последующему выходу устройства из строя.The disadvantage of this design of the device for linear movement is the lack of reliability and durability of the device during operation, caused by variable and unstable values of the magnetic induction of magnetic elements during mutual movement and, consequently, variable values of the forces of magnetic interaction - repulsion, causing accidental contact of the magnetic layers and their destruction, leading to the formation of solid particles of contaminants in the gap between them, reducing the positioning accuracy and subsequent failure of the device.

Технической проблемой полезной модели является повышение надежности и долговечности устройства для линейного перемещения.The technical problem of the utility model is to increase the reliability and durability of the device for linear movement.

Технический результат от использования полезной модели заключается в уменьшении вероятности разрушения слоя магнитных элементов направляющей и каретки.The technical result of using the utility model is to reduce the probability of destruction of the layer of magnetic elements of the guide and carriage.

Указанная техническая проблема решается тем, что в устройстве для линейного перемещения, содержащем снабженные магнитными элементами направляющую, выполненную в виде продольно вытянутого полого тела с продольным разрезом, и каретку, которая содержит расположенную в полости направляющей арматуру, пьезоэлектрический актуатор, соединенный с арматурой, выполненной в виде продольно вытянутого полого тела с продольным разрезом, а каретка содержит площадку, соединенную с арматурой при помощи, по крайней мере, одного штифта, выполненного в форме двутавра, при этом направляющая и каретка выполнены из немагнитного материала, а магнитные элементы выполнены из полимерного магнитного материала и размещены на внутренней поверхности направляющей и наружной поверхности арматуры так, что противолежащие магнитные элементы обращены друг к другу одноименными полюсами, разрез арматуры обращен к части направляющей, лежащей напротив разреза направляющей, согласно полезной модели поверхности магнитного материала имеют антифрикционное покрытие на основе эластомеров, а внутренняя поверхность направляющей и наружная поверхность арматуры имеют в поперечном сечении форму эллипсов, причем большие полуоси эллипсов взаимно перпендикулярны, при этом большая полуось эллипса внутренней поверхности направляющей расположена в горизонтальной плоскости и перпендикулярна оси линейного перемещения.This technical problem is solved by the fact that in a device for linear movement, containing a guide provided with magnetic elements, made in the form of a longitudinally elongated hollow body with a longitudinal section, and a carriage that contains a guide valve located in the cavity of the guide valve, a piezoelectric actuator connected to the valve made in in the form of a longitudinally elongated hollow body with a longitudinal section, and the carriage contains a platform connected to the reinforcement using at least one pin made in the form of an I-beam, while the guide and the carriage are made of non-magnetic material, and the magnetic elements are made of polymeric magnetic material and placed on the inner surface of the guide and the outer surface of the armature so that the opposite magnetic elements face each other with the same poles, the section of the armature faces the part of the guide that lies opposite the section of the guide , according to the useful model of the surface of the magnetic mater The shafts have an anti-friction coating based on elastomers, and the inner surface of the guide and the outer surface of the reinforcement are in the form of ellipses in cross section, and the major semiaxes of the ellipses are mutually perpendicular, while the major semiaxis of the ellipse of the inner surface of the guide is located in the horizontal plane and is perpendicular to the axis of linear movement.

Так как внутренняя поверхность направляющей и наружная поверхность каретки имеют в поперечном сечении форму эллипсов, причем большие полуоси эллипсов взаимно перпендикулярны, а большая полуось эллипса внутренней поверхности направляющей расположена в горизонтальной плоскости и перпендикулярна оси линейного перемещения, то при эксплуатации устройства для линейного перемещения величины магнитной индукции магнитных элементов при взаимном линейном перемещении и, следовательно, силы магнитного взаимодействия - отталкивания - будут постоянными при допустимой осевой и радиальной нагрузке, что исключит случайный контакт магнитных слоев и их разрушение из-за образования твердых частиц загрязнений в зазоре между ними, снижение точности позиционирования и последующий выход устройства для линейного перемещения из строя, что повышает надежность и долговечность устройства для линейного перемещения, решая тем самым техническую проблему полезной модели.Since the inner surface of the guide and the outer surface of the carriage have a cross-sectional shape of ellipses, and the major semi-axes of the ellipses are mutually perpendicular, and the major semi-axis of the ellipse of the inner surface of the guide is located in the horizontal plane and is perpendicular to the axis of linear movement, then when operating the device for linear movement, the magnitude of magnetic induction magnetic elements during mutual linear movement and, consequently, the forces of magnetic interaction - repulsion - will be constant with an allowable axial and radial load, which will exclude accidental contact of the magnetic layers and their destruction due to the formation of solid particles of pollution in the gap between them, reducing the positioning accuracy and subsequent failure of the linear movement device, which increases the reliability and durability of the linear movement device, thereby solving the technical problem of the utility model.

Заявляемая полезная модель поясняется с помощью фиг. 1-5, на которых представлены:The claimed utility model is illustrated with the help of Fig. 1-5, which show:

на фиг. 1 - продольный разрез заявляемого устройства;in fig. 1 - longitudinal section of the proposed device;

на фиг. 2 - поперечный разрез заявляемого устройства;in fig. 2 - cross section of the proposed device;

на фиг. 3 - результаты математического моделирования величины магнитной индукции В(Н) при выбранном эллиптическом сечении в поперечном направлении внутренней поверхности направляющей и наружной поверхности арматуры;in fig. 3 - results of mathematical modeling of the magnitude of the magnetic induction B(H) with a selected elliptical section in the transverse direction of the inner surface of the guide and the outer surface of the reinforcement;

на фиг. 4 - два кольцевых (трубчатых) магнита (в качестве объекта исследования) с эллиптическим осевым сечением с радиальной намагниченностью вдоль оси r и осью симметрии z;in fig. 4 - two ring (tubular) magnets (as an object of study) with an elliptical axial section with radial magnetization along the r axis and the z symmetry axis;

на фиг. 5 - распределение во всей области исследования магнитного поля В устройства линейного перемещения.in fig. 5 - distribution in the entire study area of the magnetic field B of the linear displacement device.

На фиг. 1 и 2 позициями обозначены: 1 - каретка; 2 - направляющая; 3 - магнитный элемент, расположенный на внутренней поверхности направляющей; 4 - магнитный элемент, расположенный на внешней поверхности арматуры; 5 - актуатор; 6 - площадка; 7 - штифт; 8 - арматура; 9 - шток; 10 - упор.In FIG. 1 and 2 positions are marked: 1 - carriage; 2 - guide; 3 - magnetic element located on the inner surface of the guide; 4 - magnetic element located on the outer surface of the reinforcement; 5 - actuator; 6 - platform; 7 - pin; 8 - fittings; 9 - stock; 10 - emphasis.

Устройство для линейного перемещения состоит из каретки 1, направляющей 2, магнитных элементов 3 и 4 и актуатора 5. Каретка 1 состоит из соединенных между собой площадки 6, не менее одного штифта 7 и арматуры 8. Каретка 1 и направляющая 2 выполнены из немагнитного материала. Магнитный элемент 3 расположен на внутренней поверхности направляющей 2. Магнитный элемент 4 расположен на внешней поверхности арматуры 8. Актуатор 5 снабжен штоком 9, соединенным с арматурой 8 посредством упора 10.The device for linear movement consists of a carriage 1, a guide 2, magnetic elements 3 and 4, and an actuator 5. The carriage 1 consists of platforms 6 connected to each other, at least one pin 7 and fittings 8. The carriage 1 and guide 2 are made of non-magnetic material. The magnetic element 3 is located on the inner surface of the guide 2. The magnetic element 4 is located on the outer surface of the armature 8. The actuator 5 is equipped with a rod 9 connected to the armature 8 by means of a stop 10.

Направляющая 2 представляет собой полое продольно вытянутое тело с продольным разрезом и в поперечном сечении имеет форму эллипса.Guide 2 is a hollow longitudinally elongated body with a longitudinal section and in cross section has the shape of an ellipse.

Арматура 8 также выполнена в виде полого продольно вытянутого тела с продольным разрезом и имеет поперечное сечение в форме эллипса, подобное поперечному сечению направляющей 2.Reinforcement 8 is also made in the form of a hollow longitudinally elongated body with a longitudinal section and has an elliptical cross-section, similar to the cross-section of guide 2.

Арматура 8 размещена в полости направляющей 2 соосно вертикальной оси симметрии направляющей 2 в поперечном сечении и ориентирована частью, имеющей разрез, к части направляющей 2, лежащей напротив разреза направляющей 2.Reinforcement 8 is placed in the cavity of the guide 2 coaxially with the vertical axis of symmetry of the guide 2 in cross section and is oriented by the part having a cut to the part of the guide 2 lying opposite the cut of the guide 2.

Штифт 7, соединенный с магнитным элементом 4, размещен в области разреза направляющей 2 с зазором. Площадка 6, соединенная со штифтом 7, расположена за пределами направляющей 2 с возможностью размещения на ней обрабатываемой детали.The pin 7, connected to the magnetic element 4, is placed in the section of the guide 2 with a gap. The platform 6, connected to the pin 7, is located outside the guide 2 with the possibility of placing the workpiece on it.

На внутренней поверхности направляющей 2 и наружной поверхности арматуры 8 размещены магнитные элементы 3 и 4, выполненные в виде постоянных магнитов, таким образом, что противолежащие магнитные элементы 3 и 4 обращены друг к другу одноименными полюсами для обеспечения эффекта магнитной левитации, позволяющего осуществлять бесконтактное перемещение арматуры 8 в полости направляющей 2.On the inner surface of the guide 2 and the outer surface of the armature 8, magnetic elements 3 and 4 are placed, made in the form of permanent magnets, so that the opposite magnetic elements 3 and 4 face each other with the same poles to provide the effect of magnetic levitation, which allows for non-contact movement of the armature 8 in the cavity of the guide 2.

Магнитные элементы 3 и 4 могут быть выполнены, например, из полимерного магнитного материала.The magnetic elements 3 and 4 can be made, for example, of a polymeric magnetic material.

На поверхности магнитного материала магнитных элементов 3 и 4 нанесено антифрикционное покрытие на основе эластомеров.On the surface of the magnetic material of the magnetic elements 3 and 4, an anti-friction coating based on elastomers is applied.

Магнитные элементы 3 и 4, расположенные соответственно на внутренней поверхности направляющей 2 и наружной поверхности арматуры 8, имеют в поперечном сечении форму эллипсов, причем большие полуоси эллипсов взаимно перпендикулярны.The magnetic elements 3 and 4, located respectively on the inner surface of the guide 2 and the outer surface of the armature 8, are elliptical in cross section, and the major semiaxes of the ellipses are mutually perpendicular.

При этом большая полуось эллипса внутренней поверхности направляющей расположена в горизонтальной плоскости и перпендикулярна оси линейного перемещения.In this case, the major semi-axis of the ellipse of the inner surface of the guide is located in the horizontal plane and is perpendicular to the axis of linear movement.

Наличие на поверхности магнитных элементов 3 и 4 антифрикционного покрытия из эластомера предотвращает возможность разрушения слоя из магнитного материала. Так как антифрикционные покрытия представляют собой дисперсии твердых смазочных материалов, равномерно распределенных в смеси растворителей и связующих веществ, то помимо снижения трения при случайном контакте рабочих поверхностей магнитных элементов 3 и 4, они упрочняют поверхностный слой магнитного материала, гасят вибрации и тем самым предотвращают разрушение магнитного материала от вибрационной нагрузки. Это повышает точность позиционирования, надежность и долговечность работы устройства для линейного перемещения.The presence of an anti-friction coating of elastomer on the surface of the magnetic elements 3 and 4 prevents the possibility of destruction of the layer of magnetic material. Since antifriction coatings are dispersions of solid lubricants uniformly distributed in a mixture of solvents and binders, in addition to reducing friction during accidental contact of the working surfaces of magnetic elements 3 and 4, they strengthen the surface layer of the magnetic material, dampen vibrations and thereby prevent the destruction of the magnetic material from vibration load. This improves the positioning accuracy, reliability and durability of the linear motion device.

В качестве антифрикционных покрытий на основе антифрикционных эластомеров могут быть использованы, например, антифрикционные покрытия Molykote - Molykote 3400А; Molykote 3402С Leadfree; Molykote 7400; Molykote D-10-GBL; и др. толщиной 10-20 мкм [см., например, сайт http://atf.ru].Antifriction coatings based on antifriction elastomers can be used, for example, antifriction coatings Molykote - Molykote 3400A; Molykote 3402C Leadfree; Molykote 7400; Molykote D-10-GBL; and others with a thickness of 10-20 microns [see, for example, the site http://atf.ru ] .

Поскольку внутренняя поверхность 3 направляющей 2 и магнитный слой 4 наружной поверхности арматуры 8 имеют в поперечном сечении форму эллипсов, причем большие полуоси эллипсов взаимно перпендикулярны, а большая полуось эллипса внутренней поверхности направляющей расположена в горизонтальной плоскости и перпендикулярна оси линейного перемещения, то при эксплуатации устройства для линейного перемещения величины магнитной индукции магнитных элементов при взаимном перемещении и, следовательно, силы магнитного взаимодействия (отталкивания) будут постоянными при допустимой осевой и радиальной нагрузке, что исключит случайный контакт магнитных слоев и их разрушение из-за образования твердых частиц загрязнений в зазоре между ними и последующему выходу устройства для линейного перемещения из строя.Since the inner surface 3 of the guide 2 and the magnetic layer 4 of the outer surface of the armature 8 are ellipses in cross section, and the major semiaxes of the ellipses are mutually perpendicular, and the major semiaxis of the ellipse of the inner surface of the guide is located in a horizontal plane and is perpendicular to the axis of linear movement, then when operating the device for linear displacement of the magnitude of the magnetic induction of magnetic elements during mutual movement and, consequently, the forces of magnetic interaction (repulsion) will be constant with an allowable axial and radial load, which will exclude accidental contact of the magnetic layers and their destruction due to the formation of solid particles of pollution in the gap between them and subsequent failure of the linear movement device.

Все это повышает надежность и долговечность устройства для линейного перемещения, решая тем самым задачу полезной модели.All this increases the reliability and durability of the device for linear movement, thereby solving the problem of the utility model.

На фиг. 3 приведены результаты математического моделирования величины магнитной индукции В(Н) при выбранном эллиптическом сечении в поперечном направлении внутренней поверхности направляющей и наружной поверхности арматуры, при котором большие полуоси эллипсов взаимно перпендикулярны, а большая полуось эллипса внутренней поверхности направляющей расположена в горизонтальной плоскости и перпендикулярна оси линейного перемещения.In FIG. 3 shows the results of mathematical modeling of the magnitude of the magnetic induction B(H) for a selected elliptical section in the transverse direction of the inner surface of the guide and the outer surface of the reinforcement, in which the major semiaxes of the ellipses are mutually perpendicular, and the major semiaxis of the ellipse of the inner surface of the guide is located in the horizontal plane and is perpendicular to the axis of the linear movement.

Математическое моделирование проводилось для определения распределения магнитного поля на поверхности постоянных магнитов наружного и внутреннего колец бесконтактного магнитного подшипника и на некотором расстоянии от них. Для аналитического расчета использовались программы Elcut 6.4. Гармонический анализ распределений индукции и обработка результатов моделирования производились в среде Origin 7.0.Mathematical modeling was carried out to determine the distribution of the magnetic field on the surface of the permanent magnets of the outer and inner rings of the non-contact magnetic bearing and at some distance from them. Elcut 6.4 programs were used for analytical calculation. Harmonic analysis of induction distributions and processing of simulation results were carried out in the Origin 7.0 environment.

Укажем, что механические силы, испытываемые магнетиками в магнитном поле, должны сводиться к силам, испытываемым молекулярными токами. Поэтому плотность пондемоторных сил, то есть сил, действующих на единицу объема магнетика, будет равна сумме сил, действующих на отдельные молекулы, находящиеся в единице объема.We point out that the mechanical forces experienced by magnets in a magnetic field must be reduced to the forces experienced by molecular currents. Therefore, the density of pondemotor forces, that is, the forces acting on a unit volume of a magnet, will be equal to the sum of the forces acting on individual molecules located in a unit volume.

При построении аналитических решений для распределения магнитных полей вводились следующие допущения: задача решалась как осесимметричная модель, величина магнитного момента радиально намагниченных магнитов считалась постоянной.When constructing analytical solutions for the distribution of magnetic fields, the following assumptions were introduced: the problem was solved as an axisymmetric model, the value of the magnetic moment of radially magnetized magnets was considered constant.

В качестве объекта исследования были рассмотрены два кольцевых (трубчатых) магнита, с эллиптическим осевым сечением с радиальной намагниченностью вдоль оси r и осью симметрии z (фиг. 4).Two annular (tubular) magnets were considered as an object of study, with an elliptical axial section with radial magnetization along the r axis and the symmetry axis z (Fig. 4).

Исследуемый образец изготовлен из нелинейного материала NdFeB, следовательно, необходимо ввести не менее 5 точек из кривой В(Н) материала NdFeB НмБ 380/100 для получения достоверного результата распределения поля в материале. Для этого воспользуемся данными стандарта ГОСТ Р 52956-2008. Поскольку программа Elcut интерполирует между выбранными точками кривой В(Н), применяя кубические сплайны, то введение меньшего количества точек приведет к линейности кривой В(Н), так как на кривой имеются области с резкими изменениями ее формы.The test sample is made of a non-linear NdFeB material, therefore, it is necessary to enter at least 5 points from the B(H) curve of the NdFeB NmB 380/100 material to obtain a reliable result of the field distribution in the material. To do this, we use the data of the GOST R 52956-2008 standard. Since the Elcut program interpolates between the selected points of the B(H) curve using cubic splines, entering fewer points will result in a linear B(H) curve, since there are areas on the curve with sharp changes in its shape.

Наиболее распространенными границами магнитных полей являются границы, к которым магнитный поток параллелен (то есть, условие Дирихле), и границы, к которым поток перпендикулярен (условия Неймана); поэтому при расчетах принималось, что векторный магнитный потенциал постоянен и равен нулю.The most common boundaries of magnetic fields are those to which the magnetic flux is parallel (that is, the Dirichlet condition) and those to which the flux is perpendicular (Neumann conditions); therefore, it was assumed in the calculations that the vector magnetic potential is constant and equal to zero.

Распределение во всей области исследования магнитного поля В представлено на фиг. 5. Результаты расчета магнитной индукции В в геометрическом центре эллиптического сечения магнитных элементов и на нескольких расстояниях от него представлены на фиг. 3.The distribution over the entire study area of the magnetic field B is shown in Fig. 5. The results of calculating the magnetic induction B in the geometric center of the elliptical section of the magnetic elements and at several distances from it are shown in Fig. 3.

По мере удаления от поверхности магнитных элементов 3 и 4 магнитная индукция падает и изменяется форма кривой. Исходя из формы кривых, можно выявить наиболее однородные участки, что позволит говорить о равномерности распределения поля в заданной области над поверхностью магнитных элементов 3 и 4.As the magnetic elements 3 and 4 move away from the surface, the magnetic induction falls and the shape of the curve changes. Based on the shape of the curves, it is possible to identify the most homogeneous areas, which will allow us to speak about the uniformity of the field distribution in a given area above the surface of magnetic elements 3 and 4.

Результат моделирования показал равномерность и симметричность величин магнитной индукции и, как следствие из этого - постоянство сил магнитного взаимодействия (отталкивания) в осевом и радиальном направлении для линейно перемещающихся направляющей и арматуры; что позволяет сделать вывод о правомерности использования предложенного типа конструкции для удовлетворения требований по точности позиционирования, надежности и долговечности устройства для линейного перемещения.The simulation result showed the uniformity and symmetry of the values of magnetic induction and, as a consequence of this, the constancy of the forces of magnetic interaction (repulsion) in the axial and radial directions for linearly moving guides and fittings; which allows us to conclude that the proposed type of construction is appropriate to meet the requirements for positioning accuracy, reliability and durability of the device for linear movement.

Для обеспечения требуемой жесткости устройства штифт 7 имеет в поперечном сечении форму, обладающую наибольшим моментом сопротивления при продольном перемещении каретки 1, например, двутавра.To ensure the required rigidity of the device, the pin 7 has a cross-sectional shape that has the greatest moment of resistance during the longitudinal movement of the carriage 1, for example, an I-beam.

Дополнительно отметим, что заявляемое устройство для линейного перемещения обладает высокой несущей способностью, которая в радиальных направлениях в первом приближении составляет 60-100 кг/мм в зависимости от конструктивных величин используемых магнитных элементов. Последние, в свою очередь, при заявляемом расположении в качестве магнитного подвеса обеспечивают высокую точность позиционирования и отсутствие вибраций.Additionally, we note that the proposed device for linear movement has a high bearing capacity, which in the radial directions in the first approximation is 60-100 kg/mm, depending on the design values of the magnetic elements used. The latter, in turn, with the claimed arrangement as a magnetic suspension provide high positioning accuracy and the absence of vibrations.

Устройство для линейного перемещения работает следующим образом. The device for linear movement works as follows.

На площадке 6 размещают требуемую деталь или специализированный инструментарий для электронного машиностроения. Посредством актуатора 5 задают требуемое линейное перемещение каретки 1 по направляющей 2. Соединение актуатора 5 с арматурой 8 каретки 1 посредством штока 9 и упора 10 передает линейное перемещение арматуре 8, подвешенной в магнитном поле, создаваемом магнитными элементами 3 и 4 в полости направляющей 2. При этом штифт 7, соединенный с арматурой 8, движется в области разреза направляющей 2, обеспечивая, таким образом, линейное перемещение площадки 6. Точное перемещение каретки 1 по направляющей 2 обеспечивается с помощью бесконтактного линейного движения арматуры 8 в полости направляющей 2, причем бесконтактность перемещения обеспечивают магнитные элементы 3 и 4, обращенные друг к другу одноименными полюсами, имеющие эллиптическое сечение в поперечном направлении внутренней поверхности направляющей и наружной поверхности арматуры, при котором большие полуоси эллипсов взаимно перпендикулярны, а большая полуось эллипса внутренней поверхности направляющей расположена в горизонтальной плоскости и перпендикулярна оси линейного перемещения; что и позволяет арматуре 8 за счет сил магнитного отталкивания быть “подвешенной” в полости направляющей 2 с зазором.On site 6 place the required part or specialized tools for electronic engineering. By means of the actuator 5, the required linear movement of the carriage 1 along the guide 2 is set. The connection of the actuator 5 with the armature 8 of the carriage 1 by means of the rod 9 and the stop 10 transfers the linear movement to the armature 8 suspended in the magnetic field created by the magnetic elements 3 and 4 in the cavity of the guide 2. When In this case, the pin 7, connected to the armature 8, moves in the cut area of the guide 2, thus ensuring the linear movement of the platform 6. The exact movement of the carriage 1 along the guide 2 is ensured by the non-contact linear movement of the armature 8 in the cavity of the guide 2, and the non-contact movement is ensured magnetic elements 3 and 4, facing each other with the same poles, having an elliptical section in the transverse direction of the inner surface of the guide and the outer surface of the reinforcement, in which the major semiaxes of the ellipses are mutually perpendicular, and the major semiaxis of the ellipse of the inner surface of the guide is located in a horizontal plane axis and perpendicular to the axis of linear movement; which allows the armature 8 to be “suspended” in the cavity of the guide 2 with a gap due to the forces of magnetic repulsion.

В качестве полимерного материала, из которого изготовлены магнитные элементы 3 и 4, может быть использован материал МП75 на основе сплава NdFeB марки N45. Укажем, что одним из главных достоинств неодимовых магнитов является их сила удержания. Например, цилиндрический магнит размерами D=25 мм и h=5 мм может удержать вес Р≈100 Н. Следующим, не менее важным свойством неодимовых магнитов, является срок их службы - по имеющимся оценкам неодимовые магниты теряют не более 1-5% своей намагниченности в течении 100 лет эксплуатации. Для сравнения, ферритовые магниты из-за потери намагниченности имеют срок службы не более 10 лет. Кроме того, неодимовым магнитам можно придать практически любую форму, а также сделать их «мультиполярными», то есть имеющими несколько полюсов на поверхности.As a polymeric material from which magnetic elements 3 and 4 are made, MP75 material based on NdFeB grade N45 alloy can be used. We point out that one of the main advantages of neodymium magnets is their holding power. For example, a cylindrical magnet with dimensions D = 25 mm and h = 5 mm can hold a weight of P≈100 N. The next, no less important property of neodymium magnets is their service life - according to available estimates, neodymium magnets lose no more than 1-5% of their magnetization during 100 years of operation. For comparison, ferrite magnets, due to the loss of magnetization, have a service life of no more than 10 years. In addition, neodymium magnets can be molded into almost any shape, as well as being "multi-polar", that is, having multiple poles on the surface.

Штифт 7, выполненный с поперечным сечением, обладающим наибольшим моментом сопротивления внешнему изгибающему моменту, например, в виде горизонтально расположенного двутавра, позволяет снизить величину прогиба и износа штифта 7, что дополнительно увеличивает срок службы и несущую способность заявляемого устройства для линейного перемещения.Pin 7, made with a cross-section having the highest moment of resistance to external bending moment, for example, in the form of a horizontal I-beam, allows to reduce the amount of deflection and wear of the pin 7, which further increases the service life and bearing capacity of the proposed device for linear movement.

Повышение точности позиционирования площадки 6 может быть достигнуто благодаря использованию в качестве актуатора 5 пьезоэлектрического актуатора. Составляющая на сегодняшний день точность позиционирования прецизионных линейных приводов пьезоэлектрических актуаторов достигает величины 0,01-0,001 нм. Беспрецедентная точность позиционирования пьезоэлектрических актуаторов полностью может быть реализована только в конструкции бесконтактного магнитного подвеса. Кроме того, они надежны, долговечны, обладают отличным быстродействием, развивают высокие ускорения и сочетают большое развиваемое усилие с компактностью. Очень важно и то, что пьезоэлектрические актуаторы не имеют вращающихся и скользящих частей, не требуют смазки и обслуживания, способны работать при низких температурах и в вакууме (http://www.aktuator.ru).Improving the positioning accuracy of the site 6 can be achieved through the use of a piezoelectric actuator as an actuator 5. The current positioning accuracy of precision linear drives of piezoelectric actuators reaches 0.01-0.001 nm. The unprecedented positioning accuracy of piezoelectric actuators can only be fully realized in the design of a non-contact magnetic suspension. In addition, they are reliable, durable, have excellent speed, develop high accelerations and combine high force development with compactness. It is also very important that piezoelectric actuators do not have rotating and sliding parts, do not require lubrication and maintenance, and are capable of operating at low temperatures and in vacuum (http://www.aktuator.ru).

Кроме того, для значительных перемещений по величине в устройстве для линейного перемещения дополнительно также может быть использована, например, винтовая пара (на фиг. 1 не показана).In addition, for significant displacements in magnitude in the device for linear movement, in addition, for example, a screw pair (not shown in Fig. 1) can also be used.

Таким образом, предлагаемое устройство для линейного перемещения обладает низким энергопотреблением, увеличенной несущей способностью и жесткостью в радиальных направлениях при сохранении точности позиционирования. Кроме того, заявляемое устройство обладает высокими показателями надежности и долговечности, а также обладает увеличенным сроком эксплуатации.Thus, the proposed device for linear movement has low power consumption, increased bearing capacity and rigidity in the radial directions while maintaining positioning accuracy. In addition, the claimed device has high reliability and durability, and also has an extended service life.

Claims

A device for linear movement, containing a guide provided with magnetic elements, made in the form of a longitudinally elongated hollow body with a longitudinal section, and a carriage that contains a piezoelectric actuator located in the guide cavity, connected to the armature, made in the form of a longitudinally elongated hollow body with a longitudinal section , and the carriage contains a platform connected to the reinforcement by means of at least one pin made in the form of an I-beam, while the guide and the carriage are made of non-magnetic material, and the magnetic elements are made of polymeric magnetic material and are placed on the inner surface of the guide and the outer reinforcement surface so that the opposite magnetic elements face each other with the same poles, the section of the armature faces the part of the guide that lies opposite the section of the guide , characterized in that the surfaces of the magnetic material have an anti-friction coating based on elastomer ditch, and the inner surface of the guide and the outer surface of the reinforcement have a cross-sectional shape of ellipses, and the major semiaxes of the ellipses are mutually perpendicular, and the major semiaxis of the ellipse of the inner surface of the guide is located in a horizontal plane and is perpendicular to the axis of linear movement.