[發明專利]采用磁懸浮式直線電機驅動的二維平臺及其工作方法

在審

• 申請號: 201910640920.2
• 申請日: 2019-07-16
• 公開（公告）號: CN110449916A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 史治港;王文;王瑞金;徐振龍;周茂瑛;桑志謙;居冰峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學;浙江大學
• 主分類號: B23Q1/25
• 分類號: B23Q1/25;H02N2/02;H02N15/00
• 代理公司: 33240 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 黃前澤<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了采用磁懸浮式直線電機驅動的二維平臺及其工作方法。現有磁懸浮納米二維定位平臺都是驅動力和懸浮力單獨提供，并依靠導軌實現形約束來導向。本發明包括底部基座、X方向第一磁懸浮直線電機、X方向第二磁懸浮直線電機、中間連接臺、Y方向第一磁懸浮直線電機、Y方向第二磁懸浮直線電機和Y向運動組件。本發明在單個方向上的兩個磁懸浮直線電機對稱傾斜放置，永磁陣列和線圈的作用力包括水平驅動力和電磁斥力，單一方向上兩個電磁斥力在水平方向的分力相互抵消，可以進行力約束從而進行導向；懸浮力等于兩個電磁斥力在豎直方向上的力之和，且重力和懸浮力結合實現力約束從而進行導向，避免使用導軌，降低了加工精度要求。

技術領域

本發明屬于納米制造領域，涉及一種納米級二維運動平臺，尤其涉及采用磁懸浮式直線電機驅動的二維平臺及其工作方法。

背景技術

隨著現代電子產業的快速發展，對精密加工行業的需求在逐步提升。高精度和高分辨率成為了這個領域中運動定位平臺不可或缺的指標，它們在精密儀器生產和科學領域研究中占有重要的地位。精密運動平臺的發展狀況直接影響了精密切削加工、精密測量以及大規模集成電路制造等領域的生產水平。目前納米定位采用壓電陶瓷配合柔性鉸鏈只能實現微小范圍定位，同時結構設計存在一定問題，使得大行程和高精度的實現還存在技術難關；針對這種情況，有人提出采用Halbach永磁陣列作為直線電機的動子構建磁懸浮平臺，實現大行程、高精度的二維定位方案。

高精度二維定位平臺所采用的結構形式主要是宏微二級驅動定位平臺、氣浮支撐定位平臺、磁懸浮式定位平臺。現在以宏微二級驅動定位平臺最為常見，以壓電陶瓷作為驅動配合柔性鉸鏈機構構成微動平臺，直線電機作為宏動驅動，這種方式在理論上可以達到很高的精度，但由于是二級控制，控制過程極為復雜，降低了定位精度。而現有磁懸浮納米二維定位平臺，都是電機提供水平驅動力，磁鐵或電磁鐵提供懸浮力，并依靠專門的磁懸浮導軌實現形約束來導向，這種結構形式復雜，對加工精度要求較高，若精度沒達到要求或者使用過程中摩擦磨損，則納米級定位精度無法保證。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種采用磁懸浮式直線電機驅動的二維平臺及其工作方法，該平臺采用的是懸浮力和驅動力由直線電機同時提供的方式，且采用重力和懸浮力結合實現力約束從而進行導向，避免使用導軌，也就避免了摩擦磨損導致定位精度下降的問題，同時降低了加工精度要求。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明采用磁懸浮式直線電機驅動的二維平臺，包括底部基座、X方向第一磁懸浮直線電機、X方向第二磁懸浮直線電機、中間連接臺、Y方向第一磁懸浮直線電機、Y方向第二磁懸浮直線電機、Y向運動組件、運動檢測裝置和懸浮檢測裝置。

所述的底部基座包括第一固定側板、X方向第一定子線圈固定板、X方向第二定子線圈固定板和第二固定側板；第一固定側板和第二固定側板均豎直設置，X方向第一定子線圈固定板和X方向第二定子線圈固定板均傾斜設置，且關于豎直面對稱；X方向第一定子線圈固定板的兩端分別與第一固定側板和第二固定側板固定；X方向第二定子線圈固定板的兩端分別與第一固定側板和第二固定側板固定。

所述的X方向第一磁懸浮直線電機包括X方向第一磁軛板、X方向第一磁陣列和X方向第一定子線圈；所述的X方向第一定子線圈固定在X方向第一定子線圈固定板內側開設的線圈安置槽內；X方向第一磁軛板和X方向第一磁陣列固定，且均設置在X方向第一定子線圈上方；所述的X方向第二磁懸浮直線電機包括X方向第二磁軛板、X方向第二磁陣列和X方向第二定子線圈；所述的X方向第二定子線圈固定在X方向第二定子線圈固定板內側開設的線圈安置槽內；X方向第二磁軛板和X方向第二磁陣列固定，且均設置在X方向第二定子線圈上方；X方向第一定子線圈和X方向第二定子線圈的結構完全相同，X方向第一磁陣列和X方向第二磁陣列的結構完全相同，且X方向第一定子線圈和X方向第二定子線圈關于豎直面對稱，X方向第一磁陣列和X方向第二磁陣列關于豎直面對稱。