本实用新型涉及超精密加工技术领域，尤其涉及一种用于磁流变平面抛光的电控永磁式脉动磁场发生装置。
背景技术：
随着半导体事业的迅猛发展，对半导体材料的抛光精度要求也越来越高，具体表现在对面形精度、表面质量以及亚表面破坏层的高要求，除此之外，加工过程稳定以及加工效率高的要求更是制约了半导体材料的批量化生产。为了使半导体材料这类难以加工的硬脆材料实现高效高质量的平坦化超光滑抛光，磁流变平面抛光的加工方法应运而生。
磁流变抛光是利用磁流变抛光液在磁场作用下的流变特性，对与之接触作用且有相对运动的工件实现微量去除的超光滑抛光方式。抛光过程中，脉动磁场能够使得抛光磨粒不断更新自砺，能够取得更高的效率与更好的抛光效果。磁场发生器作为磁流变抛光设备的核心部件，脉动磁场的形成则需要相应的磁场发生器才能实现。
现有的磁场发生器以磁体类型来看分为电磁式和永磁式，永磁式磁场发生装置的磁场分布稳定但难以实现交变控制，只能通过改变磁极盘与抛光盘之间的间隙来调整抛光盘中抛光区域的磁场强度和磁场分布，这使得永磁式磁场发生装置磁场强度和磁场分布的调整相对比较复杂，磁极间隙调整相对有限，过大的间隙容易造成抛光区磁场强度不够，另外由于磁极上方梯度磁场在竖直方向不是线性变化，使得该方法通过调整间隙来调整磁场强度和分布会很不精确，进而无法满足抛光需求。
对于电磁式磁场发生装置，虽然能更好地对抛光区磁场强度和磁场分布进行控制，但电磁式磁场发生装置的磁路结构设计和优化相对复杂，过长的磁路容易造成抛光区磁场强度和磁场分布形式无法满足抛光要求。
技术实现要素：
本实用新型的实施例提供了一种用于磁流变平面抛光的电控永磁式磁场发生装置，以实现对工件表面进行磁流变抛光处理。
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。
一种用于磁流变平面抛光的电控永磁式磁场发生装置，包括：互相连接的电路控制部分和磁回路结构部分，所述磁回路结构部分包括：电磁线圈、磁轭及铁芯、左磁极盘、右磁极盘、永磁体和磁极气隙，所述电路控制部分的输出电流流入所述电磁线圈，所述电路控制部分控制所述输出电流的方向和大小。
进一步地，所述电路控制部分包括：电源、电流方向控制电路、分压调节电阻，所述电流方向控制电路、所述分压调节电阻都和所述电源串联连接，所述电流方向控制电路包括单片机和继电器开关。
进一步地，所述单片机控制所述继电器开关的动作，所述继电器开关通过改变所述电源的正负极所连开关的接入点来改变所述电磁线圈中电流的流向及通电时间，通过改变所述分压调节电阻的阻值来改变所述电磁线圈中电流的强度。
进一步地，在所述永磁体的磁极两端连有两条磁路，上方一条磁路是由左磁极盘、磁极气隙和右磁极盘构成，下方一条磁路是由左磁极盘、磁轭及铁芯和右磁极盘构成，电磁线圈位于下方磁路中并绕在铁芯上，
进一步地，所述电磁线圈和永磁体以并联形式接入磁路，所述永磁体的形状为U形，所述永磁体的两极与磁极气隙的方向相同。
进一步地，所述左磁极盘和所述右磁极盘采用栅条式结构，所述左磁极盘和所述右磁极盘上不同极性的栅条以相互交错的形式排布。
进一步地，当所述电磁线圈的左右极性与所述永磁体的左右极性一致时，所述永磁体所产生磁场通过左磁极盘、磁极气隙、右磁极盘来构成回路，所述电磁线圈所产生磁场通过磁轭及铁芯、左磁极盘、磁极气隙、右磁极盘来构成回路，此时所述磁极气隙中存在磁场。
进一步地，当所述电磁线圈的左右极性与所述永磁体的左右极性相反时，所以永磁体和所述电磁线圈所产生磁场通过磁轭及铁芯、左磁极盘、永磁体、右磁极盘来构成回路，此时所述磁极气隙中不存在磁场。
进一步地，电路控制部分，其特征在于，所述电流方向控制电路利用可调频率方波信号控制流入电磁线圈的电流正反向交变，相应地所述磁极气隙中产生抛光用脉动磁场。
由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的电控永磁式磁场发生装置通过电流方向控制电路控制流入电磁线圈的电流方向及通电时间，并在分压调节电阻的调节下实现对电磁线圈产生磁场的方向、强度以及磁场持续时间的控制；电磁线圈所产生磁场的方向和强度能有效的控制永磁体所产生磁场在整个磁路中的流向和分布，进而改变磁极盘上方抛光区梯度磁场的分布及磁场强度，梯度磁场强度和分布的改变会让抛光盘中磁流变液形成的“柔性研磨头”的特性发生相应调整，从而能使其更有利于对目标工件的加工，从而实现了通过控制电路对抛光过程所需磁场及磁场持续时间的合理控制，使其更符合现代机电一体化技术的需求。
本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种用于磁流变抛光的电控永磁式磁场发生装置的整体结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种电控永磁式磁场发生装置的轴侧图；
图3为本实用新型实施例提供的一种电控永磁式磁场发生装置的内部结构剖视图；
图4为本实用新型实施例提供的一种电控永磁式磁场发生装置磁极盘的俯视图。
图中，1电源，2电流方向控制电路，3分压调节电阻，4电磁线圈，5磁轭及铁芯，6左磁极盘，7右磁极盘，8永磁体，9磁极气隙，10工件，11磁流变抛光液，12抛光盘和13旋转轴。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。
为了提高抛光效率，本实用新型实施例将永磁体和电磁铁结合起来设计出用于磁流变抛光的电控永磁式磁场发生装置。
为了在磁流变抛光技术中实现对加工工件的高效高质量抛光，本实用新型实施例提供了一种能通过控制电路来调整磁流变抛光区磁场强度及磁场分布的电控永磁式磁场发生装置。该磁场发生装置克服了传统永磁式磁场发生装置磁场不易调整和电磁式磁场发生装置磁路结构复杂，抛光区磁场强度不够的缺点，通过控制电路改变电磁线圈所产生磁场的强度和方向，以此来控制永磁体所产生磁场在整个磁路中的流向，进而间接的改变了磁极盘上方梯度磁场的分布以及梯度磁场的强度；该电控永磁式磁场发生装置能让磁流变抛光的抛光工件适应性、抛光效率和抛光质量得以更好的提高。
本实用新型实施例提供的一种用于磁流变抛光的电控永磁式磁场发生装置的整体结构示意图如图1所示，包括：互相连接的电路控制部分与磁回路结构部分。所述电路控制部分的输出电流流入所述电磁线圈，所述电路控制部分控制所述输出电流的方向和大小。
电路控制部分包括：电源、电流方向控制电路、分压调节电阻，其中电流方向控制电路包括单片机和继电器开关等。电流方向控制电路和分压调节电阻都和电源串联连接。上述电路控制部分能实现调整电磁线圈所产生磁场的方向和磁场强度，流入电磁线圈的电流大小通过主电路中的分压调节电阻来控制，继电器开关控制流入电磁线圈的电流方向和通电时间，单片机控制继电器的开关动作。
整个电路控制部分的具体流程为继电器开关通过改变电源正负极所连开关的接入点来改变电磁线圈中电流的流向及通电时间，而分压调节电阻则通过改变阻值来实现对电磁线圈流入电流强度的控制，方向和强度都调整好的电流在流经电磁线圈时其就能产生所需的磁场，该过程最终实现的是通过控制电路实现对抛光区磁场的调节，从而抛光盘中磁流变液形成的“柔性研磨头”更有利于对工件表面的抛光，以使抛光区磁场更好的满足抛光需求。所述电流方向控制电路可以利用可调频率方波信号控制流入电磁线圈的电流正反向交变，相应的磁极气隙中产生抛光用脉动磁场。
图2为本实用新型实施例提供的一种电控永磁式磁场发生装置的轴侧图，图3为装置的内部结构剖视图，图4为装置中磁极盘的俯视图。如图2、图3和图4所示，该装置的磁回路结构部分主要由电磁线圈、磁轭及铁芯、左磁极盘、磁极气隙、右磁极盘以及永磁体组成。所述左磁极盘和所述右磁极盘采用栅条式结构，所述左磁极盘和所述右磁极盘上不同极性的栅条以相互交错的形式排布，电磁线圈和永磁体以并联形式接入磁路。
永磁体的形状为U形，永磁体的两极与磁极气隙的方向相同。在永磁体的磁极两端连有两条磁路，上方一条磁路是由左磁极盘、磁极气隙和右磁极盘构成，下方一条磁路是由左磁极盘、磁轭及铁芯和右磁极盘构成，电磁线圈位于下方磁路中并绕在铁芯上，这样的磁路设计能更好的实现通过对电磁线圈产生磁场的控制来调节永磁体的磁场流向，并最终改变抛光区的磁场分布和磁场强度。
上述装置能实现电磁铁控制永磁铁磁场，并产生特定分布磁场。该装置工作时首先电磁线圈在电流方向控制电路的控制下产生相应的磁场，当电磁线圈的左右极性与永磁体的左右极性一致时，由于同极间会存在“排斥”现象，所以永磁体所产生磁场主要通过左磁极盘、磁极气隙、右磁极盘来构成回路，同理电磁线圈所产生磁场也主要通过磁轭及铁芯、左磁极盘、磁极气隙、右磁极盘来构成回路，这样一来两磁场源的磁场都要通过磁极气隙，磁极气隙存在磁场，并使得磁极气隙上方所形成的梯度磁场会得到明显地增强；
而当电磁线圈的左右极性与永磁体的左右极性相反时，由于不同极性间会存在“相吸”现象，所以永磁体和电磁线圈产生的磁场主要是通过磁轭及铁芯、左磁极盘、永磁体、右磁极盘来构成回路，这样一来磁极盘上磁极气隙上方所形成的梯度磁场就会明显减弱，当电磁线圈所产生磁场调整到合适强度时磁极气隙上方的磁场强度甚至能小到趋于零；由此便可对磁流变抛光区的磁场强度和磁场分布进行合理的调整使其满足相应工件的抛光需求。
永磁体的U型结构选择以及磁极盘的栅条式设计，能使抛光区产生分布更为合理的梯度磁场，并且由于磁极盘间存在多段磁极气隙，每段磁极气隙上方都能形成相应的梯度磁场，如此一来抛光盘中的磁流变液就能形成多个“柔性研磨头”，进而使得磁流变抛光过程中其抛光效率和抛光质量得到很好的提高。
综上所述，本实用新型实施例提供的电控永磁式磁场发生装置通过电流方向控制电路控制流入电磁线圈的电流的方向及通电时间，并在分压调节电阻的调节下实现对电磁线圈产生磁场的方向、强度以及磁场持续时间的控制；电磁线圈所产生磁场的方向和强度能有效的控制永磁体所产生磁场在整个磁路中的流向和分布，进而改变磁极盘上方抛光区梯度磁场的分布及磁场强度，梯度磁场强度和分布的改变会让抛光盘中磁流变液形成的“柔性研磨头”的特性发生相应调整，从而能使其更有利于对目标工件的加工，从而实现了通过控制电路对抛光过程所需磁场及磁场持续时间的合理控制，使其更符合现代机电一体化技术的需求。
本实用新型实施例利用电路控制部分不断控制磁线圈两端所产生磁场的方向，使得装置磁路发生变化，最终使得永磁体上方气隙产生幅值大小与频率均可调整的脉动磁场，并能够用于磁流变平面抛光。本实用新型在面向磁流变抛光技术的基础上，将电控永磁体引入到磁流变抛光的磁场发生装置中，通过控制电路控制电磁线圈磁场方向及磁场强度，来对磁极盘抛光区的磁场进行调节，使其更有利于抛光。
本实用新型实施例中永磁体的U型结构设计以及整个磁路结构的特殊设计，使得抛光区更易形成所需的梯度磁场，并能通过控制电磁线圈产生磁场对抛光区磁场进行控制。磁极盘的栅条式设计则能在抛光过程中实现多“柔性研磨头”同时加工，有利于提高磁流变抛光的抛光效率和抛光质量。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。