專利名稱：電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，屬于精密微動(dòng)臺(tái)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)固定于其工件臺(tái)上的被加工、被檢測(cè)或被操作工件沿某一平面和繞與該平面垂直的給定軸線的精密運(yùn)動(dòng)和定位的機(jī)電部件。它具有行程小(平動(dòng)行程小于1mm，轉(zhuǎn)動(dòng)行程小于10mrad)、精度高(分辨率達(dá)到1nm～10nm)、響應(yīng)快(加速度大于1g)等特點(diǎn)，在芯片光刻機(jī)、光纖對(duì)接裝置、精密光學(xué)儀器、微細(xì)加工機(jī)床等現(xiàn)代超精密加工設(shè)備、檢測(cè)儀器和微操作裝置中有著重要的應(yīng)用。
目前，平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)大多包含柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)、并以壓電陶瓷為驅(qū)動(dòng)元件，雖然它們具有易實(shí)現(xiàn)整體式結(jié)構(gòu)、功耗小、可工作于真空環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，但是，柔性鉸鏈的彈性、阻尼、變形、小行程，以及壓電陶瓷的非線性、滯后等特性也給對(duì)象性能的提高帶來不利的影響。電磁力直接驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)是一種并聯(lián)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)與直接驅(qū)動(dòng)思想結(jié)合的產(chǎn)物。其工件臺(tái)(末端件)直接受到多個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)元件同時(shí)產(chǎn)生的電磁驅(qū)動(dòng)力的作用。由于以磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)的電磁驅(qū)動(dòng)元件具有非接觸驅(qū)動(dòng)、行程大、驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，電磁力直接驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)具有較好的發(fā)展前景。
Gao等在論文“A surface motor-driven planar motion stage integrated with an XYθZsurfaceencoder for precision positioning”(發(fā)表于雜志《Precision Engineering》2004第29卷第3期329-337頁(yè)上)中提出了基于洛倫茨原理的電磁力驅(qū)動(dòng)的平面三自由度微動(dòng)臺(tái)，但是，由于永磁體磁路為敞開式，磁路的磁阻相當(dāng)大，導(dǎo)致了磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度很小，降低了電磁驅(qū)動(dòng)元件的峰值推力。此外，方形線圈的四條邊中，只有一邊受到洛倫茨力的作用，進(jìn)一步導(dǎo)致電磁驅(qū)動(dòng)元件的峰值推力的減小，并降低了線圈材料的利用率。此外，由于磁場(chǎng)在的不均勻，將導(dǎo)致電磁元件的推力不僅受到其線圈電流的影響，而且還隨著工件臺(tái)的位置變化而變化，使得上述平面三自由度微動(dòng)臺(tái)的控制存在較大困難。
Shan等在論文“Robust disturbance rejection for improved dynamic stiffness of a magneticsuspension stage”(發(fā)表于雜志《IEEE/ASME Transactions on Mechatronics》2002年第7卷第3期289-295頁(yè)上)“Ultra precision motion control of a multiple degrees of freedommagnetic suspension stage”(發(fā)表于雜志《IEEE/ASME Transactions on Mechatronics》2002年第7卷第1期67-78頁(yè)上)和“Large Travel Ultra Precision x y θMotionControl of aMagnetic-Suspension Stage”(發(fā)表于雜志《IEEE/ASME Transactions on Mechatronics》2003年第8卷第3期334-341頁(yè)上)中，研究了一種基于變磁阻原理的、具有磁浮功能的電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，其工件臺(tái)懸浮力和平面運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力均由一系列電磁鐵單元產(chǎn)生，基于該方案的平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是，各電磁鐵單元產(chǎn)生的電磁力與線圈電流的平方成正比，且與電磁鐵單元中的氣隙平方成反比，使得電磁力存在嚴(yán)重的非線性和運(yùn)動(dòng)耦合問題，同樣精密微動(dòng)臺(tái)的高性能控制存在很大困難。
國(guó)際專利WO01/81171A1(
公開日2001年11月1日)公開了一種應(yīng)用于集成電路光刻機(jī)硅片臺(tái)的電磁力驅(qū)動(dòng)的六自由度精密微動(dòng)臺(tái)。從專利說明書中可知X向、Y向和繞Z向3自由度運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力仍然來自于若干基于變磁阻原理的電磁鐵，同樣存在非線性電磁力和運(yùn)動(dòng)耦合問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)的非線性嚴(yán)重、峰值推力小和控制方法復(fù)雜的問題。
本發(fā)明提供了一種電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，包括工件臺(tái)、基座、電磁驅(qū)動(dòng)組件、平面導(dǎo)向組件和位置檢測(cè)傳感器組件，其特征在于所述電磁驅(qū)動(dòng)組件由若干電磁驅(qū)動(dòng)元件構(gòu)成，所述電磁驅(qū)動(dòng)元件由定子和動(dòng)子兩部分組成，所述定子和動(dòng)子不相互接觸；所述定子固定于基座上，且由若干永磁體和鐵磁性材料制成的定子鐵心組成，所述永磁體固定于定子鐵心上，使得永磁體的磁化方向與工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平面垂直；所述動(dòng)子包含一個(gè)截面形狀為方形的線圈，所述方形線圈通過線圈骨架或連接構(gòu)件與工件臺(tái)固連，使得所述方形線圈存在兩相對(duì)有效邊與工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平面平行。
在本發(fā)明中，所述定子鐵心的截面為“日”字形或“口”字形，所述定子的內(nèi)部形成兩部分氣隙區(qū)域，所述兩部分氣隙區(qū)域各存在一個(gè)磁場(chǎng)，所述兩氣隙磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量線與工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)平面垂直，但方向相反。
在本發(fā)明中，所述方形線圈存在兩相對(duì)有效邊置于所述兩部分氣隙中，使得所述方形線圈兩相對(duì)有效邊通有電流時(shí)，受到洛倫茨力的作用。
在本發(fā)明中，所述線圈骨架是由非鐵磁材料制成的，所述方形線圈繞制于所述線圈骨架上。
在本發(fā)明中，所述連接構(gòu)件粘接在所述方形線圈上，并與工件臺(tái)固連。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有采用了基于洛倫茨原理的電磁驅(qū)動(dòng)元件，其電磁推力與線圈截面的總電流成正比，保證了電磁推力的線性特性，使得驅(qū)動(dòng)工件臺(tái)作平面運(yùn)動(dòng)的電磁力的控制更簡(jiǎn)單。由于永磁體定子鐵心由鐵磁材料等制成為，避免了敞開式磁場(chǎng)氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度小的缺陷，從而提高了洛倫茨電動(dòng)機(jī)和電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)的峰值推力。
圖1是本發(fā)明所述電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式的平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)的三維結(jié)構(gòu)視圖；圖2是本發(fā)明所述電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)的三維結(jié)構(gòu)分解視圖；圖3a-3c是本發(fā)明所述平面導(dǎo)向組件的三種實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)原理圖；圖4是本發(fā)明所述平面導(dǎo)向組件的氣浮實(shí)現(xiàn)方式的平面視圖；圖5a-5b是本發(fā)明所述有線圈骨架且鐵心截面為“日”字形的洛倫茨電動(dòng)機(jī)的三維結(jié)構(gòu)視圖；圖6a-6b是本發(fā)明所述無線圈骨架且鐵心截面為“日”字形的洛倫茨電動(dòng)機(jī)的三維結(jié)構(gòu)視圖；圖7是本發(fā)明所述無線圈骨架的洛倫茨電動(dòng)機(jī)的三維結(jié)構(gòu)視圖；圖8a-8c是本發(fā)明所述并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)中電磁驅(qū)動(dòng)元件空間布置示意圖；圖9是電容傳感器在本發(fā)明所述位置傳感器5組件使用的三維結(jié)構(gòu)圖；圖10是三軸雙頻激光干涉儀在本發(fā)明所述位置傳感器組件中應(yīng)用的原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明提出的電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)由工件臺(tái)1、基座2、電磁驅(qū)動(dòng)組件3、平面導(dǎo)向組件4和位置檢測(cè)傳感器組件5構(gòu)成。工件臺(tái)1與基座2之間僅存在3自由度平面相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即沿x方向的平動(dòng)、沿y方向的平動(dòng)和繞z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，其中x方向、y方向和z方向兩兩相互垂直，而其他3自由度的運(yùn)動(dòng)(沿z方向的平動(dòng)、繞x方向的轉(zhuǎn)動(dòng)和繞y方向的轉(zhuǎn)動(dòng))被設(shè)置于工件臺(tái)1與基座2之間的平面導(dǎo)向組件4限制。
圖2中平面導(dǎo)向組件4是一種氣浮平面支承，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖3a所示，由圖可知，所述氣浮平面支承6由若干氣道座7和浮動(dòng)架8組成。所述氣道座7與浮動(dòng)架8之間形成氣隙面9，所述氣隙面9與工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平面xoy平行。所述氣道座7與基座2固連，而浮動(dòng)架8與工件臺(tái)1固連。于是，在氣浮平面支承6的作用下，圖1和圖2中的工件臺(tái)只能沿x向平動(dòng)、沿y向平動(dòng)和繞z向轉(zhuǎn)動(dòng)。圖4是本發(fā)明所述氣浮平面支承6的A向視圖，圖中100為氣道座7與浮動(dòng)架8之間的側(cè)向間隙，其作用是允許浮動(dòng)架8與氣道座7之間存在沿x向的平動(dòng)和繞z向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖2中的平面導(dǎo)向組件4也可由磁浮平面支承來實(shí)現(xiàn)，圖3b是磁浮平面支承的一種結(jié)構(gòu)。由圖可知，所述磁浮平面支承300由若干電磁鐵77和若干浮動(dòng)板78組成。所述浮動(dòng)板78由鐵磁材料(如純鐵等)等制成，并且與工件臺(tái)1固連。所述電磁鐵77與浮動(dòng)板78之間形成氣隙面，所述氣隙面與工件臺(tái)1的運(yùn)動(dòng)平面xoy平行。所述電磁鐵77與圖1和圖2中的基座2固連，而若干浮動(dòng)板78與圖1和圖2中的工件臺(tái)1固連。于是，在磁浮平面支承100的作用下，工件臺(tái)1只能沿x向平動(dòng)、沿y向平動(dòng)和繞z向轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3b中的工件臺(tái)1受到電磁驅(qū)動(dòng)組件產(chǎn)生的電磁力的推動(dòng)。
圖2中的平面導(dǎo)向組件4可由柔性平面支承來實(shí)現(xiàn)，圖3c是磁浮平面支承的一種結(jié)構(gòu)。由圖可知，柔性平面支承200由四個(gè)柔性鉸鏈81組成，柔性鉸鏈81的一端與工件臺(tái)1相連，另一端與基座2相連，從而限制工件臺(tái)1只能相對(duì)于基座2在xoy平面上作平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3c中的工件臺(tái)1受到電磁驅(qū)動(dòng)組件產(chǎn)生的電磁力的推動(dòng)。
電磁驅(qū)動(dòng)組件3由若干基于洛倫茨原理的電磁驅(qū)動(dòng)元件10(簡(jiǎn)稱洛倫茨電動(dòng)機(jī))構(gòu)成，每一臺(tái)洛倫茨電動(dòng)機(jī)10由動(dòng)子11和定子12組成，所述動(dòng)子11和定子12不相互接觸。如圖5a和圖5b所示。動(dòng)子11上的核心元件是方形線圈13，其截面形狀為方形。為減小線圈的彈性變形，動(dòng)子11上還可包含一個(gè)非鐵磁材料(如鋁合金等)制成的線圈骨架14，所述方形線圈13繞制于所述線圈骨架14上。定子12固定于基座2上，且由第一永磁體16、第二永磁體17、第三永磁體18、第四永磁體19和定子鐵心20組成，其中，第一永磁體16、第二永磁體17、第三永磁體18和第四永磁體19通過環(huán)氧樹脂等粘結(jié)固定于定子鐵心20上。為增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度，定子鐵心20由鐵磁材料(如純鐵、硅鋼片)等制作。第一永磁體16和第二永磁體17的磁化方向一致，且沿x正方向或沿x負(fù)方向(即與工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平面xoy垂直)，同樣，第三永磁體18和第四永磁體19的磁化方向一致，但是它們的磁化方向與第一永磁體16或第二永磁體17的磁化方向相反。所述定子鐵心截面為“日”字形。所述定子的內(nèi)部存在第一氣隙區(qū)域61和第二氣隙區(qū)域62。在所述第一永磁體16、第二永磁體17、第三永磁體18、第四永磁體19與所述定子鐵心20的共同作用下，所述第一氣隙區(qū)域61和第二氣隙區(qū)域62分別產(chǎn)生磁場(chǎng)，所述兩部分磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量與工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)平面xoy垂直，但方向相反。所述方形線圈13通過所述線圈骨架14與工件臺(tái)1相連，使得所述方形線圈13的存在兩相對(duì)邊與工件臺(tái)1的運(yùn)動(dòng)平面平行。所述方形線圈13通入電流后，在永磁體形成磁場(chǎng)的作用下，所述方形線圈13將受到洛倫茨力的作用，所述洛倫茨力沿x方向。所述第一永磁體16、第二永磁體17、第三永磁體18、第四永磁體19與所述定子鐵心20共同作用下，使得所述第一氣隙區(qū)域21a和第二氣隙區(qū)域21b中分別存在磁場(chǎng)，所述第一氣隙區(qū)域21a中磁場(chǎng)和第二氣隙區(qū)域21b中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)平面垂直，但是，方向相反。假設(shè)其磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量值為B，根據(jù)電磁學(xué)的均勻磁場(chǎng)中的安培定律F＝2BIL(其中，所述磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量。I為線圈截面的總電流，L為線圈有效邊的長(zhǎng)度)可知洛倫茨電動(dòng)機(jī)的電磁推力與線圈截面的總電流成正比。若干洛倫茨電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的一組電磁推力將推動(dòng)工件臺(tái)作平面三自由度精密運(yùn)動(dòng)。由于驅(qū)動(dòng)工件臺(tái)作平面運(yùn)動(dòng)的電磁力與線圈截面的總電流成正比，使得工件臺(tái)的控制比較簡(jiǎn)單。此外，由于永磁體定子鐵心16由鐵磁材料(如純鐵、硅鋼片)等制作，所以磁路的磁阻較小，第一氣隙區(qū)域21a和第二氣隙區(qū)域21b內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值B比較大，進(jìn)而增大了洛倫茨電動(dòng)機(jī)10的連續(xù)推力和峰值推力。
洛倫茨電動(dòng)機(jī)10中的定子鐵心20的截面也可為“口”字形，如圖6a所示，圖6b為這種洛倫茨電動(dòng)機(jī)的分解視圖。所述洛倫茨電動(dòng)機(jī)10由方形線圈13、第一永磁體16、第二永磁體17、第三永磁體18、第四永磁體19和定子鐵心20組成。第一永磁體16、第二永磁體17、第三永磁體18和第四永磁體19通過環(huán)氧樹脂等粘結(jié)固定于定子鐵心20上。為增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度，定子鐵心20由鐵磁材料(如純鐵、硅鋼片)等制作。第一永磁體16和第二永磁體17的磁化方向一致，且沿x正方向或沿x負(fù)方向(即與工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平面xoy垂直)，同樣，第三永磁體18和第四永磁體19的磁化方向一致，但是它們的磁化方向與第一永磁體16或第二永磁體17的磁化方向相反。所述定子鐵心截面為“口”字形。所述定子的內(nèi)部存在第一氣隙區(qū)域61和第二氣隙區(qū)域62。在所述第一永磁體16、第二永磁體17、第三永磁體18、第四永磁體19與所述定子鐵心20的共同作用下，所述第一氣隙區(qū)域61和第二氣隙區(qū)域62分別產(chǎn)生磁場(chǎng)，所述兩部分磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量與工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)平面垂直，但方向相反。所述方形線圈13通過一定的連接結(jié)構(gòu)與工件臺(tái)1相連或直接粘結(jié)與工件臺(tái)1上，使得所述方形線圈13的存在兩相對(duì)邊與工件臺(tái)1的運(yùn)動(dòng)平面xoy平行。所述方形線圈13通入電流后，在永磁體形成磁場(chǎng)的作用下，所述方形線圈13將受到洛倫茨力的作用，所述洛倫茨力沿x方向。所述第一永磁體16、第二永磁體17、第三永磁體18、第四永磁體19與所述定子鐵心20共同作用下，使得所述第一氣隙區(qū)域21a和第二氣隙區(qū)域21b中分別存在磁場(chǎng)，所述第一氣隙區(qū)域21a中磁場(chǎng)和第二氣隙區(qū)域21b中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)平面垂直，但是，方向相反。
所述的洛倫茨電動(dòng)機(jī)10還可有另外一種結(jié)構(gòu)，即去除其中的線圈骨架，由此將帶來降低動(dòng)子慣量的效果，有利于提高洛倫茨電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速度。但是，必須設(shè)置一定的結(jié)構(gòu)或相應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)方形線圈13與工件臺(tái)1之間的連接，圖7表示了一種線圈的連接結(jié)構(gòu)，即方形線圈13通過環(huán)氧樹脂粘接于連接構(gòu)件22，而連接構(gòu)件22通過螺栓孔與工件臺(tái)1固連，所述連接構(gòu)件22由非鐵磁材料(如鋁合金等)制作。
本發(fā)明所述電磁力驅(qū)動(dòng)的平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)中，圖2中電磁驅(qū)動(dòng)組件3中的洛倫茨電動(dòng)機(jī)的數(shù)量配置有兩種方式，一種是4個(gè)洛倫茨電動(dòng)機(jī)配置方式(如圖8a和圖8b所示)，另一種是3個(gè)洛倫茨電動(dòng)機(jī)配置方式(如圖8c所示)。比較圖8a和圖8b可知，兩圖中洛倫茨電動(dòng)機(jī)與工件臺(tái)1之間的位置關(guān)系有不同，圖8a中4個(gè)洛倫茨電動(dòng)機(jī)兩兩一組，分別關(guān)于工件臺(tái)中心線X和中心線Y對(duì)稱，而圖8b中4個(gè)洛倫茨電動(dòng)機(jī)關(guān)于工件臺(tái)中心O對(duì)稱。圖8a和圖8b中，第一洛倫茨電動(dòng)機(jī)41和第二洛倫茨電動(dòng)機(jī)42產(chǎn)生x方向推力，第三洛倫茨電動(dòng)機(jī)43和第四洛倫茨電動(dòng)機(jī)44產(chǎn)生y方向推力，而繞z向的轉(zhuǎn)矩由第一洛倫茨電動(dòng)機(jī)41、第二洛倫茨電動(dòng)機(jī)42、第三洛倫茨電動(dòng)機(jī)43、第四洛倫茨電動(dòng)機(jī)44共同產(chǎn)生。至于3個(gè)洛倫茨電動(dòng)機(jī)配置方式中(如圖8(c)所示)，第五洛倫茨電動(dòng)機(jī)45和第六洛倫茨電動(dòng)機(jī)46產(chǎn)生x方向推力和繞z向的轉(zhuǎn)矩，而第七洛倫茨電動(dòng)機(jī)47用于專門產(chǎn)生y方向的推力。
圖9是電容傳感器在本發(fā)明所述位置傳感器5組件使用的三維結(jié)構(gòu)圖，圖中共有3個(gè)第一電容傳感器C1、第二電容傳感器C2和第二電容傳感器C3，每一個(gè)電容傳感器由測(cè)量板極23和目標(biāo)板極24組成，其中，測(cè)量板極23通過傳感器定子鐵心22與圖1中的基座2相連，而目標(biāo)板極24直接與工件臺(tái)1相連。第一電容傳感器C1和第二電容傳感器C2組合測(cè)量工件臺(tái)1在x方向的位移和繞z方向的轉(zhuǎn)角，而第二電容傳感器C3測(cè)量工件臺(tái)1在y方向的位移，于是實(shí)現(xiàn)了工件臺(tái)1的平面三自由度位置檢測(cè)。在本發(fā)明所述位置傳感器組件中使用電渦流位移傳感器的方式與使用電容傳感器的方式類似，在這里就不再詳細(xì)說明了。
圖10是三軸雙頻激光干涉儀在本發(fā)明所述位置傳感器組件中應(yīng)用的原理圖。圖中28為y向反射鏡，29為x向反射鏡，它們固定于工件臺(tái)1上。y向反射鏡28反射來自第一干涉器125的激光束，x向反射鏡29反射來自第二干涉器126和第三干涉器127的激光束。第一干涉器125輸出工件臺(tái)1在y方向上的位移y，第二干涉器126和第三干涉器127分別輸出位移x1和x2，所述位移x1、x2和y經(jīng)過一定的解算，即可得到工件臺(tái)1的中心沿x方向的位移、y向的位移和工件臺(tái)1繞z方向的轉(zhuǎn)角位移。
權(quán)利要求
1.電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，包括工件臺(tái)、基座、電磁驅(qū)動(dòng)組件、平面導(dǎo)向組件和位置檢測(cè)傳感器組件，其特征在于所述電磁驅(qū)動(dòng)組件由若干電磁驅(qū)動(dòng)元件構(gòu)成，所述電磁驅(qū)動(dòng)元件由定子和動(dòng)子兩部分組成，所述定子和動(dòng)子不相互接觸；所述定子固定于基座上，且由若干永磁體和鐵磁性材料制成的定子鐵心組成，所述永磁體固定于定子鐵心上，使得永磁體的磁化方向與工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平面垂直；所述動(dòng)子包含一個(gè)截面形狀為方形的線圈，所述方形線圈通過線圈骨架或連接構(gòu)件與工件臺(tái)固連，使得所述方形線圈存在兩相對(duì)有效邊與工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平面平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，其特征在于所述定子鐵心的截面為“日”字形或“口”字形，所述定子的內(nèi)部形成兩部分氣隙區(qū)域，所述兩部分氣隙區(qū)域各存在一個(gè)磁場(chǎng)，所述兩氣隙磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量線與工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)平面垂直，但方向相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，其特征在于所述方形線圈存在兩相對(duì)有效邊置于所述兩部分氣隙中，使得所述方形線圈兩相對(duì)有效邊通有電流時(shí)，受到洛倫茨力的作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，其特征在于所述線圈骨架是由非鐵磁材料制成的，所述方形線圈繞制于所述線圈骨架上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，其特征在于所述連接構(gòu)件粘接在所述方形線圈上，并與工件臺(tái)固連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，其特征在于所述平面導(dǎo)向組件采用氣浮平面支承。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，其特征在于所述平面導(dǎo)向組件采用磁浮平面支承。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，其特征在于所述位置檢測(cè)傳感器組件由若干電容位移傳感器組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，其特征在于所述位置檢測(cè)傳感器組件由若干電渦流位移傳感器組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，其特征在于所述位置檢測(cè)傳感器組件采用三軸雙頻激光干涉儀。
全文摘要
電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)式平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，屬于精密微動(dòng)臺(tái)技術(shù)領(lǐng)域。為了增強(qiáng)平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)電磁推力的線性特性、降低對(duì)象控制的難易程度、增大峰值推力、提高響應(yīng)速度，本發(fā)明公開一種電磁力并聯(lián)驅(qū)動(dòng)平面三自由度精密微動(dòng)臺(tái)，包括工件臺(tái)、基座、電磁驅(qū)動(dòng)組件、平面導(dǎo)向組件和位置檢測(cè)傳感器組件。電磁驅(qū)動(dòng)組件由若干電磁驅(qū)動(dòng)元件構(gòu)成，電磁驅(qū)動(dòng)元件由互不接觸的定子和動(dòng)子組成；定子固定于基座上，且由若干永磁體和鐵磁性材料制成的定子鐵心組成，永磁體固定于定子鐵心上，使得永磁體的磁化方向與工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平面垂直；動(dòng)子中的方形線圈通過線圈骨架或連接構(gòu)件與工件臺(tái)固連，使得方形線圈存在兩相對(duì)有效邊與工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平面平行。
文檔編號(hào)B25H1/00GK1838330SQ20061007624
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者汪勁松, 朱煜, 曹家勇, 尹文生, 段廣洪, 楊一博 申請(qǐng)人:清華大學(xué)