用于直驱电机的制动装置的制作方法

本实用新型涉及半导体设备领域，尤其涉及一种直驱电机以及用于直驱电机的制动装置。

背景技术：

在半导体设备中，出于对物料(例如硅片等)安全性的考虑，特别是对于作用于物料的垂向运动系统，需要设置制动装置，用于断电时保护物料。对于带动光学系统运动的水平运动系统，有时也需要制动装置，用于运动到位后制动，以保持光学系统的稳定性。

直驱电机越来越多的应用到半导体设备中，由于直驱电机可以通过直线运动系统实现电机输出力直接作用在负载端，省去了丝杠等力传动部件，使得直驱电机运动系统精度较高。现有技术中，应用于运动系统的制动装置通常安装在电机等驱动部件的末端或者丝杠等力传动部件的末端，但是，由于直驱电机的电机输出力直接在负载端，在其直线运动系统末端无法增加制动装置。目前行业内多采用外置轨道钳制器对直驱电机直线运动系统进行制动，但是轨道钳制器的制动时间较长(气动驱动的最短制动时间为60ms)，增加了硅片等易碎物料被损坏的风险，并且设置外置轨道钳制器的成本较高。

技术实现要素：

本实用新型提供一种用于直驱电机的制动装置，目的在于缩短直驱电机的制动时间以及降低制动装置的成本。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种用于直驱电机的制动装置，所述直驱电机包括电机定子和电机动子，所述电机动子在工作状态下沿第一方向作直线运动，所述制动装置包括：

电磁铁及对应的吸附件，所述电磁铁固设于一支撑面，所述吸附件通过至少一个弹性支撑结构与所述支撑面连接；

第一摩擦件，所述第一摩擦件固设于所述吸附件远离所述电磁铁的一侧表面；

以及第二摩擦件，所述第二摩擦件固设于所述电机动子远离所述电机定子的一侧表面；

其中，所述电磁铁在通电时吸附所述吸附件，使所述弹性支撑结构被压缩，并在所述第一摩擦件和所述第二摩擦件之间形成一间隙；所述电磁铁在断电时释放所述吸附件，所述弹性支撑结构反弹并向所述吸附件施加一压力，使所述第一摩擦件紧靠所述第二摩擦件以限制所述直线运动。

可选的，在所述制动装置中，所述第一摩擦件和所述第二摩擦件垂直于所述第一方向并排设置，所述弹性支撑结构反弹时向所述吸附件施加的压力的方向垂直于所述第一方向。

可选的，在所述制动装置中，所述弹性支撑结构包括一弹簧以及穿过所述弹簧的第一支撑柱和第二支撑柱，所述第一支撑柱固设于所述支撑面，所述第二支撑柱沿所述第一支撑柱延伸的方向固设于所述吸附件朝向所述电磁铁的一侧表面。

可选的，在所述制动装置中，所述支撑面所在平面平行于所述第一方向，所述第一支撑柱和所述第二支撑柱的延伸方向均垂直于所述支撑面所在平面。

可选的，在所述制动装置中，所述第一支撑柱和所述第二支撑柱的相邻端部之间的距离大于或等于零，所述弹簧在不受力时的长度大于同一方向上的所述第一支撑柱的长度、所述第二支撑柱的长度和所述间隙的宽度之和。

可选的，在所述制动装置中，所述弹簧为压缩弹簧。

可选的，在所述制动装置中，所述第一支撑柱的长度为所述第二支撑柱的长度的6～8倍。

可选的，在所述制动装置中，所述第一方向为竖直方向，所述电机动子作用于一负载，所述电磁铁在断电时，所述第一摩擦件紧靠所述第二摩擦件所产生的摩擦力大于或等于所述电机动子和所述负载的重力。

可选的，在所述制动装置中，所述弹性支撑结构为两个，均位于所述支撑面和所述吸附件之间，和所述电磁铁并排设置。

可选的，在所述制动装置中，所述吸附件为软磁材料，所述第一摩擦件和/ 或所述第二摩擦件的材料为不锈钢或尼龙。

可选的，在所述制动装置中，所述支撑面为一支撑座的侧表面，所述支撑座和所述电机定子均安装于一底座。

本实用新型还提供了一种直驱电机，包括如前所述的制动装置。

可选的，在所述直驱电机中，所述直驱电机为音圈电机或平面电机。

本实用新型提供的用于直驱电机的制动装置中，直驱电机包括电机定子和电机动子，制动装置包括：电磁铁及对应的吸附件，电磁铁固设于一支撑面，吸附件通过至少一个弹性支撑结构与支撑面连接；固设于吸附件远离电磁铁的一侧表面的第一摩擦件；以及固设于电机动子远离电机定子的一侧表面的第二摩擦件。其中，电磁铁在通电时吸附吸附件，弹性支撑结构被压缩，第一摩擦件和第二摩擦件之间形成一间隙，使得直驱电机正常工作；电磁铁在断电时释放吸附件，弹性支撑结构的弹性作用力使第一摩擦件紧靠第二摩擦件以限制电机动子做直线运动。本实用新型能在较短时间内对直驱电机的直线运动进行制动，从而减小了易碎物料被损坏的风险，并降低了装置的成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的用于直驱电机的制动装置在通电时的剖面示意图。

图2为本实用新型实施例提供的用于直驱电机的制动装置在断电时的剖面示意图。

其中，10-制动装置；20-底座；21-支撑座；30-电磁铁；40-弹性支撑结构； 41-第一支撑柱；42-第二支撑柱；43-弹簧；50-吸附件；51-第一摩擦件；52-第二摩擦件；61-电机动子；62-电机定子。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的制动装置的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本实用新型中制动装置的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

图1为本实用新型的一个实施例提供的制动装置结构图。图2为本实用新型的一个实施例提供的断电时制动装置结构图。请参考图1和图2，本实用新型实施例提供了一种用于直驱电机的制动装置10，所述直驱电机包括电机定子62 和电机动子61，所述电机定子62和所述电机动子61滑动连接，所述电机动子 61在工作状态下沿第一方向作直线运动，所述制动装置10包括：

电磁铁30及对应的吸附件50，所述电磁铁30固设于一支撑面，所述支撑面平行于所述第一方向，所述吸附件50通过至少一个弹性支撑结构40与所述支撑面连接；

第一摩擦件51，所述第一摩擦件51固设于所述吸附件50远离所述电磁铁 30的一侧表面；

第二摩擦件52，所述第二摩擦件52固设于所述电机动子61远离所述电机定子62的一侧表面。

其中，所述电磁铁30在通电时吸附所述吸附件50，所述弹性支撑结构40 被压缩，所述第一摩擦件51和所述第二摩擦件52之间形成一间隙(如图1所示)；所述电磁铁30在断电时释放所述吸附件50，所述弹性支撑结构40的弹性作用力使所述第一摩擦件51紧靠所述第二摩擦件52以限制所述电机动子61 做直线运动(如图2所示)。本实施例中的制动装置10能在较短时间内对直驱电机的直线运动进行制动，从而减小了易碎物料被损坏的风险，并降低了装置的成本。

具体的，请接着参考图1和图2，所述第一方向可以为竖直方向，即垂直于水平地表的方向；所述第一摩擦件51和所述第二摩擦件52垂直于所述第一方向并排设置，所述弹性支撑结构40弹力的方向垂直于所述第一方向。

进一步的，所述弹性支撑结构40可包括一弹簧43以及穿过所述弹簧43的第一支撑柱41和第二支撑柱42，所述第一支撑柱41固设于所述支撑面，所述第二支撑柱42沿所述第一支撑柱41延伸的方向固设于所述吸附件50朝向所述电磁铁30的一侧表面。所述支撑面平行于所述第一方向，所述第一支撑柱41 和所述第二支撑柱42的延伸方向均垂直于所述支撑面。所述弹簧43可以为压缩弹簧

本实施例中，所述第一支撑柱41和所述第二支撑柱42底面的形状及大小可以相同，所述第一支撑柱41和所述第二支撑柱42的横截面可以为圆形、矩形或三角形等，优选采用圆形，以匹配弹簧43。所述第一支撑柱41的长度远大于所述第二支撑柱42的长度，所述第一支撑柱41的长度可以为所述第二支撑柱42的长度的6～8倍，所述第一支撑柱41和所述第二支撑柱42用于承载所述弹簧43，而所述第一支撑柱41、所述第二支撑柱42和所述弹簧43组合形成弹性支撑结构40，所述弹性支撑结构40可以承受所述吸附件50和所述第一摩擦件51的重力，而所述第一支撑柱41是固定的，固定于所述支撑面上，故所述第一支撑柱41的长度优选远大于所述第二支撑柱42。

在本实用新型所提供的制动装置10中，所述第一方向为竖直方向，所述电机动子61作用于一负载，所述电磁铁30在断电时，所述第一摩擦件51紧靠所述第二摩擦件52所产生的摩擦力应当大于或等于所述电机动子61和所述负载的重力，以承载所述电机动子61和所述负载的重力。

通常的，所述吸附件50通过至少一个弹性支撑结构40与所述支撑面连接。所述弹性支撑结构40可以为一个、两个、三个及以上，本实用新型优选采用两个所述弹性支撑结构40，均位于所述支撑面和所述吸附件50之间，与所述电磁铁30并排设置，较佳可以设置在所述电磁铁30的两侧，以增加所述吸附件50 和所述第一摩擦件51的稳定性。

进一步的，所述吸附件50可以为软磁材料(soft magnetic material)，即具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料，所述第一摩擦件51和/或所述第二摩擦件 52的材料可以为不锈钢或尼龙。

通常的，所述支撑面为一纵向支撑座21的侧表面，所述纵向支撑座21和所述电机定子62均安装于一底座20，所述底座20平行于地表设置。

根据电磁铁30的通电情况，本实施例中，制动装置10的工作状态可包括电磁铁30通电状态和电磁铁30断电状态。以下结合图1和图2对上述制动装置10的工作状态进行描述。

参照图1，在电磁铁30通电时，所述吸附件50受到的所述电磁铁30吸附力大于所述弹性支撑结构40的伸展力，所述吸附件50在吸附力和伸展力的合力下，被吸附到所述电磁铁30上，所述吸附件50带动所述第一摩擦件51和所述第二摩擦件52分离，从而使所述直驱电机正常工作。此时，所述第一支撑柱 41和所述第二支撑柱42相邻的端部紧密相连，其间的距离为X(X可以近似为 0)，所述第一摩擦件51和所述第二摩擦件52的距离为设定值Y。参照图2，在电磁铁30断电时，所述电磁铁30吸附力消失，所述吸附件50在所述弹性支撑结构40作用下远离所述电磁铁30，使所述第一摩擦件51和所述第二摩擦件 52结合，从而固定所述直驱电机的电机动子61。此时，所述第一支撑柱41和所述第二支撑柱42相邻的端部之间的距离为所述设定值Y，所述第一摩擦件51 和所述第二摩擦件52的距离为X(X可以近似为0)。由此可知，所述第一支撑柱41和所述第二支撑柱42的相邻端部之间的距离大于或等于零，所述弹簧 43不受力时的长度大于所述第一支撑柱41长度、所述第二支撑柱42的长度和通电时所述第一摩擦件51与所述第二摩擦件52之间最大间距(即设定值Y) 的长度之和。

参照图1，在电磁铁30断电之后，所述吸附件50受到的所述电磁铁30的电磁吸附力消失，而所述弹性支撑结构40的伸展力立刻带动所述吸附件50和所述第一摩擦件51向远离所述电磁铁30的方向移动，使所述第一摩擦件51和所述第二摩擦件52及时结合，从而使所述电机动子61较快的停止运动。

实验证明，利用本实施例中的制动装置10，直驱电机的制动时间可缩短至 14微秒(如果用轨道钳制器进行气动驱动制动，最短制动时间则为60ms)，制动距离可缩短至1毫米，此处“制动时间”指的制动装置10从开始制动到完全静止时，电机动子61所用的时间，“制动距离”指的是制动装置10从开始制动到完全静止时，电机动子61所驶过的路程。本实用新型减小了易碎物料(例如硅片) 被损坏的风险，并降低了装置的成本。

在一个实施例中，所述制动装置10可运用于直线电机的垂向运动系统，用于避免断电时所述电机动子61由于重力的作用直接下降，从而避免了例如硅片等易破碎承载物被损坏的风险，保护了例如硅片等承载物。

在另一个实施例中，所述制动装置10可运用于直线电机的水平运动系统，用于避免断电时所述电机动子61由于惯性的作用继续移动，从而避免了例如硅片等易破碎承载物被损坏的风险，保护了例如硅片等承载物。

本实用新型还提供了一种直驱电机，包括上述的制动装置10，具备上述制动装置10的结构，且能实现上述制动装置10实现的效果。进一步的，所述直驱电机可以为音圈电机或平面电机。

综上，本实用新型实施例中的用于直驱电机的制动系统能在较短时间内对直驱电机的直线运动进行制动，制动时间可缩短至14微秒，制动距离可缩短至 1毫米，从而减小了易碎物料被损坏的风险，并降低了装置的成本。

上述实施例仅用于示例性地说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何所属技术领域的技术人员，在不违背本实用新型的精神及范畴下，均可对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，而仍属于本实用新型的保护范围之内。