一种晶圆检测设备用无铁芯直线电机

本发明涉及直线电机的，具体而言，涉及一种晶圆检测设备用无铁芯直线电机。

背景技术：

1、无铁芯直线电机由于其高定位精度、低推力波动等优点，被广泛的应用在高精密设备中，以晶圆检测设备扫描轴的工作要求为例，整个工作过程分为加速段、扫描段与减速段，在扫描段，无铁芯直线电机工作在空载或轻载状态，要求速度波动小（0.05%以内）、速度快（1m/s以上）、定位精度高（百纳米级别）；在加速段与减速段，无铁芯直线电机工作在高过载状态，要求电机峰值推力足够大，以实现更大的加速度提高工作效率，在全过程，要求无铁芯直线电机的温升低（控制在2k以内），所以，高推力密度、低推力波动、低温升等多极限性能指标能够同时满足，是高精密设备用无铁芯直线电机的重大需求。

2、现有的传统无铁芯直线电机具有以下特点：推力波动小，定位精度高，但推力密度较低；线圈无效空间大，动子长度长，行程短；线圈的热损耗传导较差,若将传统无铁芯直线电机应用到晶圆检测设备这种高精密设备中，其较长的动子长度会使得整体设备较宽，并且造成推力小、加减速时间长、工作效率低的问题，其环氧树脂浇灌的动子更会使得散热效率差，影响电机的输出性能。

3、重叠式双层绕组结构的无铁芯直线电机解决了传统无铁芯直线电机的部分应用难题，其重叠式绕组结构避免了线圈的无效空间，缩短了动子的长度，双层线圈提高了电机输出推力，可以在高精密设备中的加、减速阶段获得更大的加速度，但重叠式双层绕组结构无铁芯直线电机在实际应用中，存在推力波动偏大的问题，产生这种现象的主要原因是在现有技术下，动子在加工生产中双层线圈的位置与形状难以精确控制，存在较大的误差，并且重叠式双层绕组无铁芯直线电机仍存在热损耗传导较差、散热效率低、人工成本高、整体重量较大的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是:提供一种晶圆检测设备用无铁芯直线电机，能够减小推力波动，提高散热效率，优化热损耗传导，减小人工成本，并减小整体重量。

2、为解决上述问题，本发明提供一种晶圆检测设备用无铁芯直线电机，包括：

3、一电机定子，所述电机定子包括两个外侧铁轭和一中间铁轭，两个所述外侧铁轭和所述中间铁轭之间分别通过一第一固定件固定连接，两个所述外侧铁轭和所述中间铁轭之间分别留有气隙，两个所述外侧铁轭的内表面以及所述中间铁轭沿自身厚度方向的两侧表面上分别设有多个永磁体，且位于同一表面上的各所述永磁体均沿所述中间铁轭的长度方向间隔排布；

4、一电机动子，所述电机动子包括一动子连接件和两块pcb板，两块所述pcb板的顶端均与所述动子连接件的底端固定连接并间隔设置，以使两块所述pcb板分别插入至两处所述气隙内时所述动子连接件的底端与两个所述外侧铁轭的顶端相抵接，且两块所述pcb板插入至两处所述气隙内时均可滑动，两块所述pcb板均采用变截面式绕组。

5、本方案中，采用pcb板直线电机组合结构作为无铁芯直线电机的基础结构，以减小整体电机的厚度，使得比重叠式双层绕组结构的无铁芯直线电机厚度更薄，通过以上结构简单紧凑的特点来减小整体重量；并且在尺寸约束下，本方案中的无铁芯直线电机相较于其他无铁芯直线电机具有更大的推力密度，使得具有更高的输出推力，在小范围内减小推力波动；而由于本方案中的无铁芯直线电机采用的是pcb板作为电机动子元器件的设计方式，使得可以进行批量化自动生产，相较于其他无铁芯直线电机可以大幅度降低人工成本；并且在采用变截面式绕组作为两块pcb板的绕组后可以使得pcb板在高温部位具有较大的截面面积，使该部位的电阻减小，进而降低温升，提高散热效率，优化热损耗传导。

6、优选的，所述动子连接件为由横向设置的第一连接件和竖向设置的第二连接件组成的t型连接件，所述第一连接件的底端与两个所述pcb板的顶端固定连接，所述第二连接件设于所述第一连接件的底端，所述第二连接件沿所述中间铁轭厚度方向的两侧分别与两个所述pcb板固定连接，且两块所述pcb板分别插入至两处所述气隙内时，所述第二连接件的底端与所述中间铁轭的顶端相抵接。

7、本方案中，采用t型连接件作为动子连接件后，具有双层固定效果，第一层为第一连接件与两个pcb板顶端之间的连接固定，第二层为第二连接件与两个所述pcb板侧面的连接固定，能够大大提高连接稳定性。

8、优选的，两个所述外侧铁轭的位于同一表面上的各所述永磁体均采用垂直方向充磁方式，且每相邻的两个所述永磁体的充磁方向相反。

9、本方案中，采用垂直方向即径向充磁方式可以使得电机磁场分布更加均匀,能够充分利用磁场,减少能量损失,提高电机效率。

10、优选的，两个所述外侧铁轭、所述中间铁轭和两个所述第一固定件形成双u形结构。

11、本方案中，电机定子是采用单层中间铁轭与双层永磁体叠层相加组成双u型结构，能够使得结构紧凑，减小整体设备体积。

12、优选的，两个所述第一固定件的顶端均开设有一滑槽且两个所述滑槽沿所述中间铁轭长度方向的两端均未贯穿所处的所述第一固定件，以使两块所述pcb板分别插入至两处所述气隙内时，两块所述pcb板的底端分别插入对应的所述滑槽内。

13、本方案中，在两个第一固定件的顶端开设滑槽后，可以使得pcb板在滑动过程中始终位处于气隙内，不会偏出，造成进程中断。

14、优选的，两个所述pcb板沿所述中间铁轭长度方向的一端均设有一第二固定件，两个所述第一固定件沿所述中间铁轭长度方向的任意一端均开设有一开口以供所述第二固定件露出。

15、本方案中，采用第二固定件加上开口的设计方式，可以帮助操作人员判断pcb板是否滑动至滑槽的边界处，进而进行控制调整。

16、优选的，两块所述pcb板均由10层的子pcb板沿所述中间铁轭的厚度方向堆叠形成，每相邻的两个所述子pcb板之间分别通过芯板相连接。

17、优选的，各所述永磁体采用的材料为烧结钕铁硼n50h。

18、本方案中，采用烧结钕铁硼n50h作为各永磁体的材料，可以使其具备良好的磁致伸缩效果。

技术特征：

1.一种晶圆检测设备用无铁芯直线电机，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的晶圆检测设备用无铁芯直线电机，其特征在于，所述动子连接件（5）为由横向设置的第一连接件（51）和竖向设置的第二连接件（52）组成的t型连接件，所述第一连接件（51）的底端与两个所述pcb板（6）的顶端固定连接，所述第二连接件（52）设于所述第一连接件（51）的底端，所述第二连接件（52）沿所述中间铁轭（2）厚度方向的两侧分别与两个所述pcb板（6）固定连接，且两块所述pcb板（6）分别插入至两处所述气隙内时，所述第二连接件（52）的底端与所述中间铁轭（2）的顶端相抵接。

3.根据权利要求1所述的晶圆检测设备用无铁芯直线电机，其特征在于，两个所述外侧铁轭（1）的位于同一表面上的各所述永磁体（4）均采用垂直方向充磁方式，且每相邻的两个所述永磁体（4）的充磁方向相反。

4.根据权利要求1所述的晶圆检测设备用无铁芯直线电机，其特征在于，两个所述外侧铁轭（1）、所述中间铁轭（2）和两个所述第一固定件（3）形成双u形结构。

5.根据权利要求1所述的晶圆检测设备用无铁芯直线电机，其特征在于，两个所述第一固定件（3）的顶端均开设有一滑槽且两个所述滑槽沿所述中间铁轭（2）长度方向的两端均未贯穿所处的所述第一固定件（3），以使两块所述pcb板（6）分别插入至两处所述气隙内时，两块所述pcb板（6）的底端分别插入对应的所述滑槽内。

6.根据权利要求5所述的晶圆检测设备用无铁芯直线电机，其特征在于，两个所述pcb板（6）沿所述中间铁轭（2）长度方向的一端均设有一第二固定件（7），两个所述第一固定件（3）沿所述中间铁轭（2）长度方向的任意一端均开设有一开口（8）以供所述第二固定件（7）露出。

7.根据权利要求1所述的晶圆检测设备用无铁芯直线电机，其特征在于，两块所述pcb板（6）均由10层的子pcb板（9）沿所述中间铁轭（2）的厚度方向堆叠形成，每相邻的两个所述子pcb板（9）之间分别通过芯板相连接。

8.根据权利要求1所述的晶圆检测设备用无铁芯直线电机，其特征在于，各所述永磁体（4）采用的材料为烧结钕铁硼n50h。

技术总结
本发明提供了一种晶圆检测设备用无铁芯直线电机，包括：电机定子，电机定子包括两个外侧铁轭和一中间铁轭，两个外侧铁轭和中间铁轭之间分别通过第一固定件固定连接，两个外侧铁轭和中间铁轭之间分别留有气隙，两个外侧铁轭的内表面以及中间铁轭的两侧表面上分别设有多个永磁体，且位于同一表面上的各永磁体均沿中间铁轭的长度方向间隔排布；电机动子，电机动子包括一动子连接件和两块PCB板，两块PCB板的顶端与动子连接件的底端固定连接，以使两块PCB板分别插入至两处气隙内时动子连接件的底端与两个外侧铁轭的顶端相抵接，两块PCB板均采用变截面式绕组。有益效果是本发明的直线电机结构简单紧凑、整体重量轻、推力密度大且推力波动小。

技术研发人员：张杰,李令臣,李荣,张驰
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17