[發明專利]多磁足驅動式大范圍磁浮平面工作臺

無效

• 申請號: 200810036151.7
• 申請日: 2008-04-17
• 公開（公告）號: CN101286368A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 曹家勇;王石剛;朱煜;徐威;尹文生
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G12B5/00
• 分類號: G12B5/00;G12B9/10;B25H1/00;B23Q1/44
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種磁浮工作臺，特別是一種大范圍移動磁浮XY工作臺，主要應用于制造設備與機器人領域。

背景技術

XY工作臺是一種用于實現制造設備及機器人中工件與刀具之間、基礎件和末端件之間以及多個工件之間的平面相對運動的機電部件。傳統的XY工作臺由兩套直線驅動單元垂直疊加而成，每套直線驅動單元由一臺旋轉電動機、一套直線運動轉換機構和一套直線導軌組成，或者由一臺直線電機和一套直線導軌組成。位于底層的直線驅動單元不僅承擔末端承件臺的驅動，而且還承載著頂層直線驅動單元的質量，于是造成了XY工作臺在X方向和Y方向運動慣量的嚴重不均衡，從而影響了運動行程、響應速度、運動精度等性能指標的提高。在這種背景下，具有多個電磁力直接驅動特點的XY工作臺則應運而生，它避開了傳統XY工作臺疊層驅動的思路，為XY工作臺性能指標的進一步增強開辟了嶄新的途徑。

根據豎直、縱頃和橫頃3個非運動自由度的約束方式和涉及的技術領域，可將直接驅動XY工作臺劃分為氣浮XY工作臺和磁浮XY工作臺，它們分別采用氣浮和磁浮方式實現對3個非運動自由度(偏擺、縱頃和橫頃)的約束。相比于氣浮方式，磁浮方式具有結構簡單、基座表面無需精密加工、可實現非運動自由度的主動約束、易在真空環境中應用等優點。

目前有兩類磁浮工作臺：一類是使用了直線永磁陣列和直線線圈陣列的磁浮工作臺。這種磁浮工作臺由于受到電磁結構形式及運行原理的限制，其移動范圍特別是相對移動范圍往往偏小，譬如，Kim等提出的磁浮XY工作臺中，移動臺的邊長為321mm×321mm，而沿X向和Y向的行程卻只有50mm(見Kim?1997年完成的博士論文《High-precision?planar?magnetic?levitation》(《高精度平面磁懸浮臺》)和發表于雜志《IEEE?Transaction?on?Industry?application》(IEEE工業應用匯刊)1998年第34卷第6期的論文《Modeling?and?vector?control?of?planarmagnetic?levitator》(《平面磁浮臺的建模與矢量控制》)，不到移動臺邊長的20％。如圖1(a)所示，X電樞繞組C_X1和C_X2、Y向電樞繞組C_Y1和C_Y2分置于平面的四個區域并與基臺相連，中心線1-1’和2-2’為所述四個區域的分界線，圖中M_X1和M_X2為X相直線永磁陣列，M_Y1和M_Y2為Y相直線永磁陣列。圖1(b)和圖1(c)表示了移動臺運動到Y方向最上邊和最下邊時的情形，此時，永磁陣列M_x1和M_x2的下邊界和上邊界分別與中心線2-2’重合，于是，移動臺在Y方向上的運動行程小于或等于永磁陣列邊界之間的距離d≈50mm，同樣X方向行程也受到上述原理的限制，移動范圍也不到移動臺邊長的20％。

另一類是使用了平面永磁陣列和平面線圈陣列的磁浮平面工作臺，由于工作臺的移動并未改變其電磁結構的本質，這類磁浮工作臺一般具有較大的移動范圍。根據這類磁浮工作臺電磁結構的特點，可將其劃分為無鐵心式和有鐵心式兩種。對于無鐵心式磁浮工作臺，其磁路敞開在空氣中，永磁陣列產生的勵磁磁場弱，從而導致其推力和懸浮力(Lorentz力)較小。而對于有鐵心式磁浮工作臺，其空氣隙較小，永磁陣列產生的勵磁磁場強，從而使其峰值推力和峰值懸浮力大幅提高。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種多磁足驅動式大范圍磁浮平面工作臺，使其具有峰值推力大、制造工藝簡單、移動范圍大、電磁力脈動小的特點。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明所述的磁浮平面工作臺，包括基臺和移動臺，移動臺懸浮設置在基臺上方，兩者之間存在氣隙。

所述基臺包含一個永磁陣列。所述永磁陣列布置于所述氣隙下方。

所述移動臺由平臺和設置于平臺底部的若干個磁足單元組成。

所述磁足單元包含一個線圈陣列和一個由鐵磁材料制成的磁足鐵心。

所述磁足鐵心由鐵心體和一系列鐵心齒構成，所述一系列鐵心齒固接于鐵心體上。所述線圈陣列由若干線圈組成，所述線圈分別鑲嵌于所述鐵心齒上。

所述一系列鐵心齒沿XY平面按照矩陣形式布置而成。

本發明所述的一系列鐵心齒中，沿X方向任意相鄰鐵心齒和沿Y方向任意相鄰鐵心齒之間的中心距等于永磁陣列的極距的三分之一。