[發明專利]一種電磁鐵分布的五自由度磁浮導軌

有效

• 申請號: 201310012681.9
• 申請日: 2013-01-14
• 公開（公告）號: CN103277409B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 李立毅;王明義;曹繼偉;劉家曦;張成明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 北京英特普羅知識產權代理有限公司11015
• 代理人: 齊永紅,常春

技術領域

本發明屬于精密加工領域，具體涉及一種新型電磁鐵分布的五自由度磁浮導軌。

背景技術

現代制造領域對精密加工的設備要求逐步提高，特別是對高速、高精度的直線進給平臺要求越來越高，例如高檔數控機床和IC制造設備的光刻機等。傳統的直線進給平臺利用機械支撐技術，如滑動導軌和滾動導軌等，這些機械導軌存在摩擦損耗、帶來金屬粉塵、需要潤滑維護等問題，不適用于一些高速高精度和超潔凈環境要求的場合。

近年來氣浮支撐技術逐步應用于直線進給平臺中，解決了機械摩擦和維護等問題，但氣浮平臺的工作原理限制了其承載能力和動靜態剛度，不能應用于真空場合，而且其要求空氣壓縮機等輔助設備，成本高和體積大。與上述支撐技術相比，磁浮支撐技術具有無摩擦、高精度、高速度、易于維護、適用真空環境、承載能力大和可調動靜態剛度等優點，配合現代控制技術，磁浮導軌具有巨大的研究價值和應用前景。

目前，磁浮導軌的相近電磁鐵分布多采用電磁鐵磁路在同一平面的分布結構，這帶來了電磁鐵磁場之間相互耦合的問題。如上海大學在申請號為200310107944.0專利中提出一種工業應用型主動磁懸浮機床導軌直線電機進給平臺，其采用的U型結構電磁鐵磁路在同一平面內，使得承載電磁鐵和導向電磁鐵磁路耦合，影響懸浮機構模型的建立和控制的精度。

南通大學在申請號為200710026069.1中提出一種智能型磁懸浮直線進給單元，其未給出電磁鐵磁路的分布形式。

中南大學在申請號為201010242033.9中提出一種采用磁懸浮技術的光刻機掩模臺，其上下面采用U型電磁鐵，側面采用E型電磁鐵，這種電磁鐵的組合形式能夠減少磁場之間的耦合，但由于臨近電磁鐵磁路仍然在同一平面內，磁場耦合依舊存在。

發明內容

本發明是為了解決磁浮導軌中相鄰電磁鐵之間磁場相互耦合問題，提出一種新型電磁鐵分布的五自由度磁浮導軌。

本發明的技術解決方案如下：一種新型電磁鐵分布的五自由度磁浮導軌，包括基座、固設在基座上的導軌、套設在導軌外側的懸浮平臺，設置于懸浮平臺上的多塊電磁鐵、以及設置在懸浮平臺上用于檢測懸浮平臺各方向運動狀態的氣隙檢測位移傳感器組；所述懸浮平臺在電磁鐵的懸浮力、以及氣隙檢測位移傳感器組的反饋作用下穩定懸浮于導軌上；所述懸浮平臺上設置有構成第一組電磁鐵對的第一電磁鐵和第二電磁鐵，構成第二組電磁鐵對的第三電磁鐵和第四電磁鐵，構成第三組電磁鐵對的第五電磁鐵和第六電磁鐵，構成第四組電磁鐵對的第七電磁鐵和第八電磁鐵，構成第五組電磁鐵對的第九電磁鐵和第十電磁鐵，構成第六組電磁鐵對的第十一電磁鐵和第十二電磁鐵；各組所述電磁鐵對的勵磁均采用差動控制模式：每一個電磁鐵對中的一個電磁鐵以偏置電流I₀與控制電流i之和勵磁，而另一個電磁鐵則以偏置電流I₀與控制電流i之差勵磁；其特點是，

所述懸浮平臺包括通過相應的連接板連接的上支板、固裝在上支板左端的左側支板、固裝在上支板右端的右側支板、位于上支板的下方且固裝在左側支板自由端的左側下支板、以及位于上支板的下方且固裝在右側支板自由端的右側下支板，相鄰兩塊支板相互垂直；

所述第一、第三、第五和第七電磁鐵分別固裝在上支板下表面的四角，固裝在左側下支板上表面的第二和第八電磁鐵分別對應地與第一和第三電磁鐵垂直對應，固裝在右側下支板上表面的第四和第六電磁鐵分別對應地與第三和第五電磁鐵垂直對應；所述第九和第十一電磁鐵分別固裝在左側支板的右側表面上，且第九和第十一電磁鐵的連線經過左側支板的中心且與上支板平行，固裝在右側支板的左側表面的第十和第十二電磁鐵分別對應地與第九和第十一電磁鐵水平對應；并且，

各所述電磁鐵的工作磁路所在的平面分別與懸浮平臺的運行方向平行；第一電磁鐵、第二電磁鐵和第九電磁鐵的繞組電流方向相同，第三電磁鐵、第四電磁鐵和第十電磁鐵的繞組電流方向相同；第五電磁鐵、第六電磁鐵和第十二電磁鐵的繞組電流方向相同；第七電磁鐵、第八電磁鐵和第十一電磁鐵的繞組電流方向相同。

優選的是，所述氣隙檢測位移傳感器組包括六個氣隙檢測位移傳感器，其中四個氣隙檢測位移傳感器分別固裝在所述上支板上表面的對應第一、第三、第五和第七電磁鐵的位置，其余兩個氣隙檢測位移傳感器分別固裝在所述左側支板左側表面的對應第九和第十一電磁鐵的位置。

優選的是，各所述電磁鐵為U型電磁鐵，所述U型電磁鐵的鐵芯采用疊片式硅鋼片結構，在銅繞組兩側緊貼有冷卻管。