腔等)，作为水平气浮轴承块32’的供气通道。
[0052]侧向永磁体固定安装在永磁体安装座122’的内侧，即靠近电感线圈的一侧，垂向永磁体安装在动子基座121’的下端，且侧向永磁体和垂向永磁体靠近定子线圈组件2’的一侧磁场极性相同。永磁体安装座122’上有加强筋的部位加工有气流通道，并在永磁体安装座122’的外侧靠近气流通道处加工有实现竖直气浮轴承块31的节流装置、压力腔、均压槽等工艺结构。动子基座121’的内部也加工有气流通道，且与永磁体安装座122’中气流通道密封连通。
[0053]动子基座121’与永磁体安装座122’固定连接，且在连接位置的外侧下表面靠近气流通道的位置也加工有实现水平气浮轴承块32’的节流装置、压力腔、均压槽等工艺结构。需要说明的是，在此将永磁体安装座122’和动子基座121’加工成两个零件并固定连接，其目的是为了方便通过加工保证永磁体安装座122’的外侧两表面的平面度和二者的平行度，以便获得较高的气浮支承精度。在此方案下，永磁体安装座122’的气浮支承表面与动子基座121’的气浮支承表面之间的垂直度则有装配保证。也可以在加工条件可行的情况下，将永磁体安装座122’和动子基座121’加工成一体结构。
[0054]对于实施例一和实施例二的应用，以永磁体动子组件I’上连接的运动台需要在中间段高速匀速运动为例，本发明所述的动磁式长行程超精密直线运动机构的工作方式如下:
[0055]I)在加速启动阶段，永磁体动子组件I’所处一端的端部线圈212’通以较大的电流，永磁体动子组件I’在电磁驱动力作用下做加速运动；
[0056]2)在加速过渡阶段，即永磁体动子组件I’从开始进入至完全进入中间段线圈211’所处区间的这一段行程，所处位置的中间段线圈211’开始通较小的电流，且通电电流根据运动台的具体运动位置和速度等状态进行相应调整，永磁体动子组件I ’的加速度随位置的变化逐渐减小；
[0057]3)在匀速运动阶段，即永磁体动子组件I’完全位于中间段线圈211’所处区间后，仅所处位置的中间段线圈211’通电，该通电电流与磁场作用产生的推力主要用以抵消与运动台相连的线缆及管道等产生的阻力，由此保证运动台做匀速运动；
[0058]4)在减速过渡阶段，即永磁体动子组件I’从开始进入至完全进入另一端的端部线圈212’所处区间的这一段，该端部线圈212’通较大的反向电流，永磁体动子组件I’所处位置中间段线圈211’的通电电流根据运动台的具体运动位置和速度等状态进行相应调整，永磁体动子组件I’所受电磁力合力与运动方向相反，相应的反向加速度随位置的变化逐渐增大；
[0059]5)在减速停止阶段，永磁体动子组件I’在端部线圈212’较大的反向电流的作用下以最大反向加速度做减速运动直至停止。
[0060]在上述工作过程中，冷却系统4’按照相应的方式运行，通过冷却液带走通电线圈绕组21’产生的热量，以提高运动机构的精度。
[0061]以上所述仅为要求运动台在中间段按匀速运动为例进行说明，若要求中间段也须按照一定的加速或减速指令运动，则相应调整中间段的通电电流即可。
[0062]本发明所述的动磁式长行程超精密直线运动机构的主要优点是:1)采用均匀布置的长行程线圈绕组21’作为定子，与传统的以永磁体组11’做定子的直线电机相比，可以显著降低甚至避免因永磁体磁场不均导致的电磁驱动力波动；2)采用分段式线圈绕组21’结构，仅对动子所处区段的线圈绕组21’通电，且端部线圈212’和中间段线圈211’设计的通电电流大小不同，可以分别获得两端的高加减速运动和中间段的高精度匀速运动。
[0063]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种动磁式长行程超精密直线运动机构，包括定子线圈组件、气浮支承组件和永磁体动子组件，其特征在于: 所述定子线圈组件包括一个以上的定子气浮导轨和一个以上的电感组件，其中，每个电感组件均包括线圈铁芯和线圈绕组，每个线圈铁芯分别固定连接在一定子气浮导轨上且其纵向与定子气浮导轨的纵向一致； 所述气浮支承组件包括气浮轴承，所述气浮轴承能与定子气浮导轨之间形成气浮气膜并能沿定子气浮导轨的纵向移动； 所述永磁体动子组件包括动子基座、一个以上的永磁体安装座及一个以上的永磁体组，其中，所述动子基座固定安装在气浮轴承上，所述动子基座的下部设置所述的永磁体安装座，并且所述永磁体安装座位于所述动子基座的下方；每个永磁体安装座上分别安装一永磁体组；所述永磁体组包括多个永磁体，并且同一永磁体安装座上的永磁体的同一侧磁场极性相同，以用于与通直流电的线圈绕组相互作用而产生电磁驱动力，从而驱动永磁体组和气浮轴承沿定子气浮导轨的纵向移动。2.根据权利要求1所述的一种动磁式长行程超精密直线运动机构，其特征在于:所述电感组件为并排设置的两个，所述的永磁体安装座及其上的永磁体组均位于两个电感组件之间。3.根据权利要求1所述的一种动磁式长行程超精密直线运动机构，其特征在于:所述的永磁体安装座为并排设置的两个，则永磁体组的数量也为两个；所述的电感组件位于两个永磁体安装座之间，两永磁组左右对称设置在电感组件的两侧，两永磁体组中的所有永磁体靠近电感组件的一端的磁场极性相同。4.根据权利要求3所述的一种动磁式长行程超精密直线运动机构，其特征在于:所述两永磁体安装座之间也设置有永磁体组，该永磁体组位于电感组件的上方，并且该永磁体组的永磁体靠近电感组件的一端的极性与另外两永磁体组的永磁体靠近电感组件的一端的极性相同。5.根据权利要求3所述的一种动磁式长行程超精密直线运动机构，其特征在于:所述永磁体安装座上设置有气流通道，并且该气流通道与气浮轴承内的气流通道连通，以用于与定子气浮导轨的竖直面之间形成气浮气膜。6.根据权利要求1所述的一种动磁式长行程超精密直线运动机构，其特征在于:所述气浮轴承包括水平气浮支撑轴承块和左右设置的两个竖直气浮支撑轴承块，所述水平气浮支撑轴承块和竖直气浮支撑轴承块上均设置有气流通道，所述水平气浮支撑轴承块用于与定子气浮导轨的水平面之间形成气浮气膜，所述竖直气浮支撑轴承块用于与定子气浮导轨的竖直面之间形成气浮气膜。7.根据权利要求6所述的一种动磁式长行程超精密直线运动机构，其特征在于:所述永磁体安装座位于两个竖直气浮支撑轴承块之间。8.根据权利要求6所述的一种动磁式长行程超精密直线运动机构，其特征在于:所述水平气浮支撑轴承块上设置有垂向预紧装置，所述垂向预紧装置位于定子气浮导轨的上方，用于吸附定子气浮导轨，从而施加向下的预紧力在水平气浮支撑轴承块上，以维持水平气浮支撑轴承块与定子气浮导轨之间的气浮气膜的厚度。9.根据权利要求1所述的一种动磁式长行程超精密直线运动机构，其特征在于:所述线圈铁芯内设置有冷却通道，以用于通冷却液对线圈绕组进行冷却。10.根据权利要求1所述的一种动磁式长行程超精密直线运动机构，其特征在于:所述线圈绕组包括多个线圈，并且相邻两线圈的导线的直径不等。
【专利摘要】本发明公开了一种动磁式长行程超精密直线运动机构，包括定子线圈组件、气浮支承组件和永磁体动子组件，定子线圈组件包括定子气浮导轨和电感组件；气浮支承组件包括气浮轴承；永磁体动子组件包括动子基座、永磁体安装座及永磁体组，动子基座固定安装在气浮轴承上，动子基座向下设置永磁体安装座，每个永磁体安装座上安装一永磁体组，永磁体组包括多个永磁体，并且同一永磁体安装座上的永磁体的同一侧磁场极性相同，以用于驱动永磁体组和气浮轴承沿定子气浮导轨的纵向移动。本发明采用均匀布置的长行程线圈绕组作为定子，与传统的以永磁体组做定子的直线电机相比，可以显著降低甚至避免因永磁体磁场不均导致的电磁驱动力波动。
【IPC分类】H02K9/19, H02K41/02
【公开号】CN105099122
【申请号】CN201510569390
【发明人】姜伟, 陈学东, 王小力
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年9月9日