一种磁浮平面电的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种磁浮平面电机，包括线圈绕组单元与磁钢阵列，所述磁钢阵列由相同的磁钢阵列单元沿第一方向和第二方向拓展形成，所述磁钢阵列单元内包括以2*2矩阵阵列形式排布的四类磁钢组，每类磁钢组由以2*2矩阵阵列形式排布的四块具有相同尺寸规格的横截面呈正方形的磁钢块绕垂直于第一方向和第二方向的第三方向排列组成，每类磁钢组的截面呈正方形，同一磁钢组单元内的十六个磁钢块提供了十二种充磁方向。本发明通过采用具有不同斜向充磁方向的磁钢块，同时将各磁钢块固定地组合使用提供了12种充磁方向，将电机的伺服运动自由度提高为6，形成了一个具有良好正弦分布的交变磁场，大大提高了推力常数。
【专利说明】一种磁浮平面电机
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电机装置，尤其涉及一种磁浮平面电机。
【背景技术】
[0002]在光刻机的工件台和掩模台中，通常采用长行程的直线电机结合短行程的音圈电机，并选用气浮轴承来实现高速、高精密定位。然而，在这种结构方案中，为了获得多个运动自由度，往往需要多个直线电机采用堆叠的方式加以实现。这种结构方案不仅增加了整个系统的复杂度，降低了模态，而且加大了底层直线电机的负载，导致运动台的定位精度、控制带宽和运动速度大幅下降。此外，当运动行程需要增加时，气浮直线导轨的制造成本不但几何上升，而且越来越困难，已经成为大尺寸晶元制造的发展瓶颈。
[0003]为了解决上述问题，出现了一种新型结构的电机一磁浮平面电机。它基于洛伦兹力原理，将产生的电磁力直接施加到工件台上，能够同时提供多轴运动。磁浮平面电机一般包括磁钢阵列和线圈绕组单元两大部分，所述磁钢阵列中的磁钢阵列单元呈交替排列方式，非常便于拓展，有效解决了大行程设计上的技术瓶颈。而且，通过磁浮技术，降低了对运动面型的约束，工作过程无接触磨损，非常适合微电子装备中需要大行程、真空、超洁净、超精密定位的需求。
[0004]在磁浮平面电机中，推力常数是一个非常重要的设计指标。提供较高的推力常数能够有效降低磁浮电机的工作电流，从而大大缓解电机发热对超精密定位的影响。为了提高推力常数，现有技术中的磁浮平面电机采用的磁钢阵列单元由交替排列的NS阵列组成，其伺服运动的自由度较低，控制的精度也较低。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是，提供一种能够提高推力常数的磁浮平面电机，进而提高其伺服运动的自由度和控制精度。
[0006]为解决以上技术问题，本发明提供了一种磁浮平面电机，包括线圈绕组单元与磁钢阵列，所述线圈绕组单元通电后相对于磁钢阵列沿平行于所述磁钢阵列所在平面且相互垂直的第一方向和第二方向运动，所述磁钢阵列由相同的磁钢阵列单元沿第一方向和第二方向拓展形成，所述磁钢阵列单元内包括以2*2矩阵阵列形式排布的四类磁钢组，每类磁钢组由以2*2矩阵阵列形式排布的四块具有相同尺寸规格的横截面呈正方形的磁钢块绕垂直于第一方向和第二方向的第三方向排列组成，每类磁钢组的截面呈正方形，同一磁钢阵列单元内的十六个磁钢块提供了十二种充磁方向。
[0007]每个磁钢阵列单元由第一类磁钢组、第四类磁钢组、第二类磁钢组与第三类磁钢组绕垂直于所述第一方向、第二方向的第三方向顺时针排列组成，所述磁钢阵列单元的横截面呈正方形。
[0008]所述第一类磁钢组由具有第一充磁方向的第一磁钢块、具有第二充磁方向的第二磁钢块、具有第三充磁方向的第三磁钢块以及具有第四充磁方向的第四磁钢块绕第三方向逆时针排列组成，所述第一充磁方向平行于所在磁钢块和磁钢组的两个端面的对角线的对接面且和第三方向的夹角大于O度小于90度,所述第二充磁方向、第三充磁方向和第四充磁方向由所述第一充磁方向绕第三方向旋转得到，所述第一至第四充磁方向绕第三方向均匀分布。
[0009]所述第二类磁钢组由具有第五充磁方向的第五磁钢块、具有第六充磁方向的第六磁钢块、具有第七充磁方向的第七磁钢块以及具有第八充磁方向的第八磁钢块绕第三方向逆时针排列组成，所述第五至第八充磁方向分别与所述第一至第四充磁方向相反，所述第五磁钢块在第二类磁钢组中的位置与所述第一类磁钢块在第一类磁钢组中的位置相对应。
[0010]所述第三类磁钢组由具有第九充磁方向的第九磁钢块、具有第十充磁方向的第十磁钢块、具有第十一充磁方向的第十一磁钢块以及具有第十二充磁方向的第十二磁钢块绕第三方向顺时针及逆时针排列组成，所述第九充磁方向沿着所在磁钢块的端面的对角线方向，所述第十二、第十一以及第十磁钢块分别由第九磁钢块绕第三方向逆时针旋转90度、180度及270度得到。
[0011]所述第四类磁钢组由具有第十一充磁方向的第十三磁钢块、具有第十二磁方向的第十四磁钢块、具有第九充磁方向的第十五磁钢块以及具有第十充磁方向的第十六磁钢块绕第三方向逆时针排列组成，所述第十三磁钢块在第四类磁钢组中的位置与所述第九磁钢块在第三类磁钢组中的位置相对应。
[0012]所述线圈绕组单元包括以2*2矩阵阵列形式排列的四个发力体，每个发力体由若干个沿同一方向平行排布的线圈组成，其中相邻两个发力体的线圈分别对应沿第一方向、第二方向排布。
[0013]可选的，所述磁钢阵列为磁浮平面电机的定子部分，所述线圈绕组单元为磁浮平面电机的动子部分。
[0014]可选的，若干所述线圈绕组单元分别沿第一方向和第二方向拓展形成为磁浮平面电机的定子部分，所述磁钢阵列为磁浮平面电机的动子部分。
[0015]本发明通过采用具有斜向充磁方向的磁钢块，将不同充磁方向的磁钢块固定组合成为不同的磁钢组，进而将各磁钢组固定组合成为磁钢组单元，每个磁钢组单元提供了 12种斜向充磁方向，将电机的伺服运动自由度提高为6,形成了一个具有良好正弦分布的交变磁场，大大提高了推力常数，从而有效的降低了磁浮平面电机的工作电流，缓解了发热对超精密定位带来的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例1的磁浮平面电机的结构示意图；
[0017]图2是本发明实施例1的磁浮平面电机的磁钢组单元的结构示意图；
[0018]图3是本发明实施例1的磁浮平面电机的第一类磁钢组的结构示意图；
[0019]图4是本发明实施例1的磁浮平面电机的第二类磁钢组的结构示意图；
[0020]图5是本发明实施例1的磁浮平面电机的第三类磁钢组的结构示意图；
[0021]图6是本发明实施例1的磁浮平面电机的第四类磁钢组的结构示意图；
[0022]图7是本发明实施例1的磁浮平面电机的另一结构示意图；
[0023]图8是本发明的实施例2的磁浮平面电机的结构示意图；[0024]图中，100—线圈绕组单兀；101—第一发力体；102—第二发力体；
[0025]200一磁钢阵列；201—磁钢阵列单兀；
[0026]310—第一类磁钢组；320—第二类磁钢组；330—第三类磁钢组；340—第四类磁钢组；
[0027]311 一第一磁钢块；312 —第二磁钢块；313 —第二磁钢块、314 —第四磁钢块；321一第五磁钢块；322—第六磁钢块；323—第七磁钢块；324—第八磁钢块；331—第九磁钢块；332—第十磁钢块；333—第十一磁钢块；334—第十二磁钢块；341—第十二磁钢块；342一第十四磁钢块；343—第十五磁钢块；344—第十六磁钢块；
[0028]400—端面对角线的对接面；
【具体实施方式】
[0029]以下请参考各附图，将对本发明提供的磁浮平面电机进行详细描述，以下的描述为本发明的优选实施例。
[0030]实施例1
[0031]本实施例提供了一种磁浮平面电机，包括线圈绕组单元100与磁钢阵列200，所述线圈绕组单元100包括以2*2矩阵阵列形式排列的四个发力体，每个发力体由若干个沿同一方向平行排布的线圈组成，其中相邻两个发力体的线圈分别对应沿第一方向、第二方向排布。
[0032]请参考图1，在本实施例中，所述线圈绕组单元100由四个发力体组成，每个发力体由三个线圈组成，所述发力体包括线圈分布方向互相垂直的第一发力体101和第二发力体102，，所述线圈绕组单元100通电后相对于磁钢阵列沿平行于所述磁钢阵列所在平面且相互垂直的第一方向和第二方向运动，所述磁钢阵列200由相同的磁钢阵列单元201沿第一方向和第二方向拓展形成，所述磁钢阵列单元201内包括以2*2矩阵阵列形式排布的四类磁钢组，每类磁钢组由以2*2矩阵阵列形式排布的四块具有相同尺寸规格的横截面呈正方形的磁钢块绕垂直于第一方向和第二方向的第三方向排列组成，每类磁钢组的截面呈正方形，同一磁钢阵列单元内的十六个磁钢块提供了十二种斜向充磁方向。
[0033]如图1所示，发力体包括线圈分布方向互相垂直的第一发力体101与第二发力体102，所述第一发力体101与第二发力体102排列形成一个矩形，所述第一发力体101与第二发力体102间隔分布。
[0034]同一类磁钢组内的四个磁钢块以2*2的方式排列，四个磁钢块的正方形的截面组合形成磁钢组的正方形截面。
[0035]请参考各附图，第一方向与第二方向互相垂直，分别沿着磁钢块的正方形截面的两条互相垂直的边设置，第三方向垂直于第一方向与第二方向共同所在的平面，磁钢组和磁钢块的横截面与第一方向和第二方向组成的平面平行，即平行于磁钢块的端面。
[0036]本实施例通过采用具有斜向充磁方向的磁钢组，其中每个磁钢组固定地组合使用提供了 12种充磁方向的磁钢块，将电机的伺服运动自由度提高为6，形成了一个具有良好正弦分布的交变磁场，大大提高了推力常数，从而有效的降低了磁浮平面电机的工作电流，缓解了发热对超精密定位带来的影响。
[0037]所述磁钢组单元由第一类磁钢组310、第四类磁钢组340、第二类磁钢组320与第三类磁钢组330绕垂直于所述第一方向、第二方向的第三方向顺时针排列组成，所述磁钢组单元201的横截面呈正方形。
[0038]磁钢块与磁钢组的均匀、对称的分布，可以有效地为本实施例提供的磁浮平面电机提供一个具有良好正弦分布的交变磁场，并且磁场的充磁方向更全方位。
[0039]所述第一类磁钢组310由具有第一充磁方向的第一磁钢块311、具有第二充磁方向的第二磁钢块312、具有第三充磁方向的第三磁钢块313以及具有第四充磁方向的第四磁钢块314绕第三方向逆时针排列组成，所述第一充磁方向平行于所在磁钢块和磁钢组的两个端面的对角线的对接面400且和第三方向的夹角大于O度小于90度，所述第二充磁方向、第三充磁方向和第四充磁方向由所述第一充磁方向绕第三方向旋转得到，所述第一至第四充磁方向绕第三方向均匀分布。
[0040]所述第二类磁钢组320由具有第五充磁方向的第五磁钢块321、具有第六充磁方向的第六磁钢块322、具有第七充磁方向的第七磁钢块323以及具有第八充磁方向的第八磁钢块324绕第三方向逆时针排列组成，所述第五至第八充磁方向分别与所述第一至第四充磁方向相反，所述第五磁钢块321在第二类磁钢组320中的位置与所述第一磁钢块311在第一类磁钢组310中的位置相对应。
[0041]请参考图4，第二类磁钢组内的第五磁钢块321提供第五充磁方向，其与第一磁钢块311提供的第一充磁方向反向；第二类磁钢组内的第六磁钢块322提供第六充磁方向，其与第二磁钢块312提供的第二充磁方向反向，第七磁钢块323提供第七充磁方向，其与第三磁钢块313提供的第三充磁方向反向，第八磁钢块324提供第八充磁方向，其与第四磁钢块314提供的第四充磁方向反向
[0042]所述第三类磁 钢组330由具有第九充磁方向的第九磁钢块331和343、具有第十充磁方向的第十磁钢块332、具有第^ 充磁方向的第i 磁钢块333以及具有第十二充磁方向的第十二磁钢块334绕第三方向逆时针排列组成，所述第九充磁方向沿着所在磁钢块的端面的对角线方向，所述第十二、第十一以及第十磁钢块分别由第九磁钢块绕第三方向逆时针旋转90度、180度及270度得到。
[0043]所述第四类磁钢组340由具有第十一充磁方向的第十三磁钢块341、具有第十二磁方向的第十四磁钢块342、具有第九充磁方向的第十五磁钢块343以及具有第十充磁方向的第十六磁钢块344绕第三方向逆时针排列组成，所述第十三磁钢块341在第四类磁钢组340中的位置与所述第九磁钢块331在第三类磁钢组中330的位置相对应。
[0044]在本实施例中，如图5和图6所示，第三类磁钢组内的第九磁钢块311、第十磁钢块312、第十一磁钢块313、第十二磁钢块314绕着第三方向顺时针排列，第四类磁钢组内的第i 磁钢块341、第十二磁钢块342、第九磁钢块343和第十磁钢块344绕着第三方向逆时针排列。
[0045]在本实施例中，如图7所示，所述磁钢阵列200为磁浮平面电机的定子部分，所述线圈绕组单元100为磁浮平面电机的动子部分。在工作过程中，磁钢阵列单元200静止不动，线圈绕组单元100整体由于安培力作用发生转动。
[0046]实施例2
[0047]本实施例与实施例1的差别仅仅在于:如图8所示，若干所述线圈绕组单元100分别沿第一发力体101和第二发力体102的线圈分布方向，即第一方向和第二方向拓展形成为磁浮平面电机的定子部分，所述磁钢阵列单元200为磁浮平面电机的动子部分。在本实施例中，第一发力体101和第二发力体102的线圈分布方向分别为第一方向和第二方向。在工作过程中，线圈绕组单元100静止不动，磁钢阵列单元200整体由于安培力的作用发生转动。
[0048]综上所述，本发明通过采用具有斜向充磁方向的磁钢组，同时每个磁钢组固定地组合使用提供了 12种充磁方向的磁钢块，将电机的伺服运动自由度提高为6，形成了一个具有良好正弦分布的交变磁场，大大提高了推力常熟，从而有效的降低了磁浮平面电机的工作电流，缓解了发热对超精密定位带来的影响。
【权利要求】
1.一种磁浮平面电机，包括线圈绕组单元与磁钢阵列，所述线圈绕组单元通电后相对于磁钢阵列沿平行于所述磁钢阵列所在平面且相互垂直的第一方向和第二方向运动，其特征在于:所述磁钢阵列由相同的磁钢阵列单元沿第一方向和第二方向拓展形成，所述磁钢阵列单元内包括以2*2矩阵阵列形式排布的四类磁钢组，每类磁钢组由以2*2矩阵阵列形式排布的四块具有相同尺寸规格的横截面呈正方形的磁钢块组成，每类磁钢组的截面呈正方形，同一磁钢阵列单元内的十六个磁钢块提供十二种斜向充磁方向。
2.如权利要求1所述的磁浮平面电机，其特征在于:每个磁钢阵列单元由第一类磁钢组、第四类磁钢组、第二类磁钢组与第三类磁钢组绕垂直于所述第一方向、第二方向的第三方向顺时针排列组成，所述磁钢阵列单元的横截面呈正方形。
3.如权利要求2所述的磁浮平面电机，其特征在于:所述第一类磁钢组由具有第一充磁方向的第一磁钢块、具有第二充磁方向的第二磁钢块、具有第三充磁方向的第三磁钢块以及具有第四充磁方向的第四磁钢块绕第三方向逆时针排列组成，所述第一充磁方向平行于所在磁钢块和磁钢组两个端面的对角线的对接面且和第三方向的夹角大于O度小于90度，所述第二充磁方向、第三充磁方向和第四充磁方向由所述第一充磁方向绕第三方向旋转得到，所述第一至第四充磁方向绕第三方向均匀分布。
4.如权利要求3所述的磁浮平面电机，其特征在于:所述第二类磁钢组由具有第五充磁方向的第五磁钢块、具有第六充磁方向的第六磁钢块、具有第七充磁方向的第七磁钢块以及具有第八充磁方向的第八磁钢块绕第三方向逆时针排列组成，所述第五至第八充磁方向分别与所述第一至第四充磁方向相反，所述第五磁钢块在第二类磁钢组中的位置与所述第一磁钢块在第一类磁钢组中的位置相对应。
5.如权利要求2至4任意一项所述的磁浮平面电机，其特征在于:所述第三类磁钢组由具有第九充磁方向的第九磁钢块、具有第十充磁方向的第十磁钢块、具有第十一充磁方向的第十一磁钢块以及具有第十二充磁方向的第十二磁钢块绕第三方向逆时针排列组成，所述第九充磁方向沿着所在磁钢块的端面的对角线方向，所述第十二、第十一以及第十磁钢块分别由第九磁钢块绕第三方向逆时针旋转90度、180度及270度得到。
6.如权利要求5所述的磁浮平面电机，其特征在于:所述第四类磁钢组由具有第十一充磁方向的第十三磁钢块、具有第十二磁方向的第十四磁钢块、具有第九充磁方向的第十五磁钢块以及具有第十充磁方向的第十六磁钢块绕第三方向逆时针排列组成，所述第十三磁钢块在第四类磁钢组中的位置与所述第九磁钢块在第三类磁钢组中的位置相对应。
7.如权利要求1所述的磁浮平面电机，其特征在于:所述线圈绕组单元包括以2*2矩阵阵列形式排列的四个发力体，每个发力体由若干个沿同一方向平行排布的线圈组成，其中相邻两个发力体的线圈分别对应沿第一方向、第二方向排布。
8.如权利要求7所述的磁浮平面电机，其特征在于:所述磁钢阵列为磁浮平面电机的定子部分，所述线圈绕组单元为磁浮平面电机的动子部分。
9.如权利要求7所述的磁浮平面电机，其特征在于:若干所述线圈绕组单元分别沿第一方向和第二方向拓展形成为磁浮平面电机的定子部分，所述磁钢阵列为磁浮平面电机的动子部分。
【文档编号】H02N15/00GK103795296SQ201210434927
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年11月2日 优先权日:2012年11月2日
【发明者】张晓文, 严兰舟, 郑乐平, 郭琳, 张霖, 杨晓峰 申请人:上海微电子装备有限公司