直線電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種直線電機(jī)，包括線圈單元和磁鐵單元，磁鐵單元包括兩組相對(duì)平行、位于磁軛上的相對(duì)稱的磁鐵陣列，磁鐵陣列由第一類磁鐵、第二類磁鐵以及它們之間的第三類磁鐵沿著X軸按照Halbach磁鐵陣列模式周期性交替分布，第一類磁鐵和第二類磁鐵沿X軸等間距交替分布且磁化方向分別沿著Y軸的正方向和反方向，第三類磁鐵是一塊棱柱磁鐵或者包括三塊棱柱磁鐵，當(dāng)?shù)谌惔盆F是一塊棱柱磁鐵時(shí)，相鄰的不同類磁鐵之間的相對(duì)面均是斜面，當(dāng)?shù)谌惔盆F包括三塊棱柱磁鐵時(shí)，相鄰的不同棱柱磁鐵之間的相對(duì)面是斜面。本發(fā)明的直線電機(jī)中形成的磁力線更為連續(xù)的，可以提高磁鐵陣列中的垂向磁通量和水平磁通量，進(jìn)而提高相應(yīng)方向的推力。
【專利說(shuō)明】直線電機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種直線電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光刻技術(shù)的進(jìn)步和半導(dǎo)體工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于光刻設(shè)備有四項(xiàng)基本性能指標(biāo):線寬均勻性(CD，Critical Dimension Uniformity)、焦深(Focus)、套刻(Overlay)和產(chǎn)率(Throughput)。為了提高線寬均勻性，光刻機(jī)工件臺(tái)必須提高水平向精密定位能力；為了提高焦深誤差精度，工件臺(tái)必須提高垂向精密定位能力；為了提高光刻機(jī)套刻誤差精度，工件臺(tái)必須提高其內(nèi)部模態(tài)來(lái)提升動(dòng)態(tài)定位特性。此外，光刻設(shè)備必須增加產(chǎn)率，因此臺(tái)子必須高速運(yùn)動(dòng)，快速啟動(dòng)和停止。光刻設(shè)備的高速、高加速和高精密的定位能力是相互矛盾的，增加掃描速度需要功率更大的電機(jī)，為了克服這個(gè)矛盾，當(dāng)前工件臺(tái)技術(shù)采用了粗微動(dòng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高速和高精度的技術(shù)分離。粗動(dòng)結(jié)構(gòu)主要由直線電機(jī)組成，可以實(shí)現(xiàn)大行程和高速度運(yùn)動(dòng)。微動(dòng)臺(tái)則層疊安裝于粗動(dòng)臺(tái)上，可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償定位偏差，微動(dòng)臺(tái)實(shí)現(xiàn)納米精度，并具有多自由度運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行光刻曝光和對(duì)準(zhǔn)。目前這種結(jié)構(gòu)采用氣浮軸承結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多自由度運(yùn)動(dòng)與執(zhí)行器的一體化耦合設(shè)計(jì)，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量增大，驅(qū)動(dòng)力隨著增大，驅(qū)動(dòng)反力施加給系統(tǒng)的殘余振動(dòng)也增大，從而影響了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。此外，由于產(chǎn)率要求高加速度導(dǎo)致附加傾翻力矩加大，工件臺(tái)的氣浮靜剛度約束采用高剛性設(shè)計(jì)，對(duì)導(dǎo)向平面度、預(yù)載變形、氣浮工藝參數(shù)設(shè)計(jì)要求非常高。同時(shí)，考慮到配套的電、氣、水、真空通路與機(jī)箱等等，工件臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大、可靠性低、維修維護(hù)難度大。
[0003]直線電機(jī)無(wú)需任何機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置就可直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載做直線運(yùn)動(dòng)，也就不存在因轉(zhuǎn)換裝置的變形、齒隙等因素帶來(lái)的誤差，系統(tǒng)的慣性也相對(duì)較小。海爾貝克(Halbach)陣列是一種新型永磁體排列方式，它將不同磁化方向的永磁體按照一定的順序排列，使得陣列一邊的磁場(chǎng)顯著增強(qiáng)而另一邊顯著減弱，且很容易得到在空間較理想正弦分布的磁場(chǎng)。Halbach磁鐵陣列的這些優(yōu)良特性使其被廣泛應(yīng)用在直線電機(jī)領(lǐng)域中。
`[0004]1997 年，M IT 的 Kim WJ.High 在他的博士論文 “Precision Planar MagneticLevitation”中設(shè)計(jì)并制造了一套基于4組Halbach型直線電動(dòng)機(jī)的高精度定位平臺(tái)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的4組直線電動(dòng)機(jī)互相配合以產(chǎn)生光刻平臺(tái)所需要的六維運(yùn)動(dòng)，該系統(tǒng)的定位噪音為5nm,加速度可以達(dá)到lg(g=9.8m/s2)。另外,MIT的Williams在他的博士論文“Precisionsix-degree-of-freedom magnetically levitated photolithography stage，，中也設(shè)計(jì)了一套由Halbach型直線電動(dòng)機(jī)和電磁鐵混合驅(qū)動(dòng)的高精度定位平臺(tái)。
[0005]美國(guó)專利US20040246458于2004年12月09日公開了一種用于光刻機(jī)工件臺(tái)或掩模臺(tái)的直線電機(jī)，具有高的驅(qū)動(dòng)力、高效率和低的紋波力，包括兩個(gè)平行相對(duì)的第一磁道和第二磁道，以及一個(gè)電樞，電樞包括三個(gè)開環(huán)線圈單元，置于第一磁道和第二磁道之間，第一磁道、第二磁道與線圈單元可以各自運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)相對(duì)的磁道與開環(huán)線圈之間有一個(gè)沒(méi)有鐵心，這種結(jié)構(gòu)可以減小電機(jī)的體積，且增大力的時(shí)候不產(chǎn)生額外的熱量。通過(guò)更有效的電磁材料和更高的電磁力可以增加電機(jī)的效率，減少軸承的使用，減小移動(dòng)的質(zhì)量，特別適用于真空環(huán)境中。
[0006]但是，上述兩種直線電機(jī)中的Halbach磁鐵陣列中，由于平面磁密方向與磁鐵陣列外形方向不一致，會(huì)限制垂向磁通量和水平磁通量，從而限制了垂向磁密和水平慈密，進(jìn)而限制了垂向推力和水平推力，最終限制了六自由度的推力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種磁力線更為連續(xù)的直線電機(jī)，以提高Halbach磁鐵陣列中的垂向磁通量和水平磁通量。
[0008]為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種直線電機(jī)，包括線圈單元和磁鐵單元，所述磁鐵單元包括兩組相對(duì)平行、位于磁軛上的相對(duì)稱的磁鐵陣列；所述線圈單元插入兩組磁鐵陣列之間，所述線圈單元與所述磁鐵陣列之間具有間隙，其特征在于:所述磁鐵陣列由第一類磁鐵、第二類磁鐵以及它們之間的第三類磁鐵沿著X軸按照Halbach磁鐵陣列模式周期性交替分布，所述第一類磁鐵和第二類磁鐵沿X軸等間距交替分布且磁化方向分別沿著Y軸的正方向和反方向，所述第三類磁鐵是一塊棱柱磁鐵或者包括三塊棱柱磁鐵，當(dāng)所述第三類磁鐵是一塊棱柱磁鐵時(shí)，相鄰的不同類磁鐵之間的相對(duì)面均是斜面，當(dāng)所述第三類磁鐵包括三塊棱柱磁鐵時(shí)，相鄰的不同棱柱磁鐵之間的相對(duì)面是斜面。
[0010]進(jìn)一步，所述第一類磁鐵呈方型，其磁化方向平行于Y軸向上或向下；所述第二類磁鐵呈方型，其磁化方向與第一類磁鐵的磁化方向相反；所述第三類磁鐵包括三塊棱柱磁鐵，分別是第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵，所述第三類磁鐵組合后整體呈方型，其中，所述第一棱柱磁鐵的磁化方向經(jīng)過(guò)其與第二棱柱磁鐵的相對(duì)面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵，第二棱柱磁鐵的磁化方向與X軸平行并指向第一類磁鐵，第三棱柱磁鐵的磁化方向經(jīng)過(guò)其與第二棱柱磁鐵的相對(duì)面遠(yuǎn)離所述第二棱柱磁鐵，或者所述第三棱柱磁鐵的磁化方向經(jīng)過(guò)其與第二棱柱磁鐵的相對(duì)面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵，第二棱柱磁鐵的磁化方向與X軸平行并指向第一類磁鐵，第一棱柱磁鐵的磁化方向經(jīng)過(guò)其與第二棱柱磁鐵的相對(duì)面遠(yuǎn)離所述第二棱柱磁鐵，由此使得相對(duì)稱的磁鐵陣列中對(duì)應(yīng)的第一類磁鐵、第二類磁鐵和第三類磁鐵共同形成一個(gè)閉合磁路。
[0011]進(jìn)一步，所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿XY平面的截面分別為直角三角形、等腰三角形和直角三角形。
[0012]進(jìn)一步，所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿XY平面的截面分別為直角三角形、等腰梯形和直角三角形。
[0013]進(jìn)一步，所述第一類磁鐵和第二類磁鐵的長(zhǎng)和寬均一致，第一類磁鐵、第二類磁鐵和第三類磁鐵的高度均相等。
[0014]進(jìn)一步，所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿XY平面的截面分別為直角梯形、等腰三角形和直角梯形。
[0015]進(jìn)一步，所述第一類磁鐵和第二類磁鐵的長(zhǎng)和寬均一致，第一類磁鐵、第二類磁鐵和第三類磁鐵的高度均相等，且在第三類磁鐵中，第一棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿XY平面的截面為具有一公共邊的直角梯形。
[0016]進(jìn)一步，所述相對(duì)面與Y軸的夾角根據(jù)所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵的尺寸及形狀而定。
[0017]進(jìn)一步，所述第三類磁鐵是一塊棱柱磁鐵，所述第一類磁鐵、第二類磁鐵和第三類磁鐵均為沿XY平面的截面是等腰梯形的四棱柱磁鐵，第一類磁鐵的磁化方向平行于Y軸向上；第二類磁鐵的磁化方向平行于Y軸向下；第三類磁鐵的磁化方向與X軸平行并始終指向第一類磁鐵，由此使得相對(duì)稱的磁鐵陣列中對(duì)應(yīng)的第一類磁鐵、第二類磁鐵和第三類磁鐵共同形成一個(gè)閉合磁路。
[0018]進(jìn)一步，第一類磁鐵、第二類磁鐵和第三類磁鐵的沿XY平面的截面為腰長(zhǎng)相等、底角相同且高度相等的等腰梯形。
[0019]進(jìn)一步，所述相對(duì)面與Y軸的夾角根據(jù)所述第一類磁鐵、第二類磁鐵和第三類磁鐵的尺寸及形狀而定。
[0020]本發(fā)明提供的直線電機(jī)，包括線圈單元和磁鐵單元，所述磁鐵單元包括兩組相對(duì)平行、位于磁軛上的相對(duì)稱的磁鐵陣列；所述線圈單元插入兩組磁鐵陣列之間，所述線圈單元與所述磁鐵陣列之間具有間隙，所述磁鐵陣列由第一類磁鐵、第二類磁鐵以及它們之間的第三類磁鐵沿著X軸按照Halbach磁鐵陣列模式周期性交替分布，所述第一類磁鐵和第二類磁鐵沿X軸等間距交替分布且磁化方向分別沿著Y軸的正方向和反方向，所述第三類磁鐵是一塊棱柱磁鐵或者包括三塊棱柱磁鐵，當(dāng)所述第三類磁鐵是一塊棱柱磁鐵時(shí)，相鄰的不同類磁鐵之間的相對(duì)面均是斜面，當(dāng)所述第三類磁鐵包括三塊棱柱磁鐵時(shí)，相鄰的不同棱柱磁鐵之間的相對(duì)面是斜面。一方面，采用如上結(jié)構(gòu)的磁鐵陣列相比現(xiàn)有的磁鐵陣列，相對(duì)增加了垂向磁通量，對(duì)應(yīng)地增強(qiáng)了水平磁密和水平推力，同時(shí)相對(duì)增加了水平磁通量，對(duì)應(yīng)地增強(qiáng)了垂向磁密和垂向推力，從而，可以產(chǎn)生更大的六自由度推力。另一方面，采用如上結(jié)構(gòu)的磁鐵陣列相比現(xiàn)有的磁鐵陣列磁泄露更小、磁密空間分布更加均勻，平面磁密的高次諧波幅值更小，并且，磁鐵陣列的質(zhì)量更輕。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021 ] 本發(fā)明的直線電機(jī)由以下的實(shí)施例及附圖給出。
[0022]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中磁鐵陣列的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是圖1中磁鐵陣列的中心線磁密分布圖。
[0024]圖3是圖1中線圈出力大小示意圖。
[0025]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖5是圖4中磁鐵陣列的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖6是本發(fā)明實(shí)施例1中磁鐵陣列的中心線磁密分布圖。
[0028]圖7是本發(fā)明實(shí)施例1中線圈出力大小示意圖。
[0029]圖8是本發(fā)明實(shí)施例2的直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖9是本發(fā)明實(shí)施例3的直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖10是本發(fā)明實(shí)施例4的直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖中，100-磁軛，201-鐵芯，202-線圈，111、121、131、141-第一類磁鐵，112、122、132、142-第二類磁鐵，113a、123a、133a、143a-第一棱柱磁鐵，113b、123b、133b、143b_ 第一棱柱磁鐵，113c、123c、133c、143c-第一棱柱磁鐵?！揪唧w實(shí)施方式】
[0033]以下將對(duì)本發(fā)明的直線電機(jī)作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0034]下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0035]為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說(shuō)明。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0036]實(shí)施例1
[0037]請(qǐng)參閱圖4和圖5，圖4給出了本發(fā)明實(shí)施例1中的直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，磁鐵陣列為沿X軸的截面圖，圖5給出了圖4中磁鐵陣列的三維結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例提供的直線電機(jī)，包括線圈單元和磁鐵單元。所述磁鐵單元包括兩組相對(duì)平行、位于磁軛100上的相對(duì)稱的磁鐵陣列。所述線圈單元插入兩組磁鐵陣列之間，所述線圈單元包括線圈202和對(duì)應(yīng)的可相對(duì)其運(yùn)動(dòng)的鐵芯201，所述線圈單元靠近但不接觸所述磁鐵陣列，即所述線圈單元與所述磁鐵陣列之間具有間隙。所述磁鐵陣列由第一類磁鐵111、第二類磁鐵112以及它們之間的第三類磁鐵113沿著X軸按照Halbach磁鐵陣列模式周期性交替分布，所述第一類磁鐵111和第二類磁鐵112在X軸等間距交替分布且磁化方向分別沿著Y軸的正方向和反方向，所述第三類磁鐵113包括三塊棱柱磁鐵,分別是第一棱柱磁鐵113a、第二棱柱磁鐵113b和第三棱柱磁鐵113c,相鄰的不同棱柱磁鐵之間的相對(duì)面是斜面，即相鄰的第一棱柱磁鐵113a和第二棱柱磁鐵113b之間相對(duì)面是斜面，第二棱柱磁鐵113b和第三棱柱磁鐵113c之間的相對(duì)面是斜面。
[0038]本實(shí)施例中，所述第一類磁鐵111呈方型，其磁化方向平行于Y軸向上；所述第二類磁鐵112呈方型，其磁化方向平行于Y軸向下，所述第三類磁鐵113整體呈方型；所述第一棱柱磁鐵113a的磁化方向經(jīng)過(guò)其(即第一棱柱磁鐵113a)與第二棱柱磁鐵113b的相對(duì)面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵113b，第二棱柱磁鐵113b的磁化方向與X軸平行并指向第一類磁鐵113a，第三棱柱磁鐵113c的磁化方向經(jīng)過(guò)其(即第三棱柱磁鐵113c)與第二棱柱磁鐵113b的相對(duì)面遠(yuǎn)離所述第二棱柱磁鐵113b，或者所述第三棱柱磁鐵113c的磁化方向經(jīng)過(guò)其(第三棱柱磁鐵113c)與第二棱柱磁鐵113b的相對(duì)面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵113b，第二棱柱磁鐵113b的磁化方向與X軸平行并指向第一類磁鐵113a，第一棱柱磁鐵113a的磁化方向經(jīng)過(guò)其(即第一棱柱磁鐵113a)與第二棱柱磁鐵113b的相對(duì)面遠(yuǎn)離所述第二棱柱磁鐵113b，由此使得相對(duì)稱的磁鐵陣列中對(duì)應(yīng)的第一類磁鐵113a、第二類磁鐵113b和第三類磁鐵113c共同形成一個(gè)閉合磁路。
[0039]優(yōu)選的，所述第一棱柱磁鐵113a、第二棱柱磁鐵113b和第三棱柱磁鐵113c的沿XY平面的截面分別為直角三角形、等腰三角形和直角三角形，其中，所述第一棱柱磁鐵113a的磁化方向經(jīng)過(guò)其(所述第一棱柱113a)與第二棱柱113b的相對(duì)面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵113b，第二棱柱磁鐵113b的磁化方向與X軸平行并指向第一類磁鐵113a，第三棱柱磁鐵113c的磁化方向經(jīng)過(guò)其(第三棱柱磁鐵113c)與第二棱柱113b的相對(duì)面遠(yuǎn)離所述第二棱柱磁鐵113b。
[0040]其中，所述相對(duì)面與Y軸的夾角根據(jù)所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵的尺寸及形狀而定。即所述第一棱柱磁鐵113a與第二棱柱磁鐵113b的相對(duì)面與Y軸的夾角以及所述第二棱柱磁鐵113b和第三棱柱磁鐵113c之間的相對(duì)面與Y軸的夾角相同且根據(jù)所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵113b和第三棱柱磁鐵113c的尺寸及形狀而定。本實(shí)施例中，所述相鄰面與Y軸正向約成135°，也即第一棱柱磁鐵113a的磁化方向指向第二棱柱磁鐵113b且與Y軸正向成約135°，第二棱柱磁鐵113b的磁化方向與X軸平行并指向第一類磁鐵111，第三棱柱磁鐵113c的磁化方向背離第二棱柱磁鐵113b且與Y軸正向成約 45。。
[0041]本實(shí)施例中，所述第一類磁鐵112a和第二類磁鐵113b的長(zhǎng)和寬均一致，第一類磁鐵113a、第二類磁鐵113b和第三類磁鐵113c的高度均相等。
[0042]請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖6和圖7，其中，圖1是現(xiàn)有技術(shù)中磁鐵陣列的三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1中磁鐵陣列的中心線磁密分布圖，圖3為圖1中磁鐵陣列的線圈出力大小示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中Halbach磁鐵陣列的中心線磁密分布圖，圖7是本發(fā)明實(shí)施例1中線圈出力大小示意圖。
[0043]由圖2和圖6對(duì)比可知，現(xiàn)有技術(shù)Halbach磁鐵陣列磁密分布幅值最大
0.00036Ktesla,本發(fā)明實(shí)施例1中Halbach磁鐵陣列磁密分布幅值最大0.00075Ktesla,且更接近正弦曲線；由圖3和圖7對(duì)比可知，現(xiàn)有技術(shù)Halbach磁鐵陣列線圈出力幅值從-45.83^48.27N，本發(fā)明實(shí)施例1中Halbach磁鐵陣列線圈出力幅值從-89.73^79.72N?？梢?jiàn)相比現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明實(shí)施例1中Halbach磁鐵陣列在磁密分布幅值從，線圈出力幅值方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0044]實(shí)施例2·[0045]請(qǐng)參閱圖8，圖8給出了本發(fā)明實(shí)施例2的直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，磁鐵陣列為沿X軸的截面圖。本實(shí)施例和實(shí)施例1的區(qū)別在于:在所述第三類磁鐵123中，所述第一棱柱磁鐵123a、第二棱柱磁鐵123b和第三棱柱磁鐵123c的沿XY平面的截面分別為直角三角形、等腰梯形和直角三角形，其中，所述第一棱柱磁鐵123a的磁化方向經(jīng)過(guò)其與第二棱柱磁鐵123b的相對(duì)面進(jìn)入第二棱柱磁鐵123b，第二棱柱磁鐵123b的磁化方向與X軸平行并指向第一類磁鐵123a,第三棱柱磁鐵123c的磁化方向經(jīng)過(guò)其與第二棱柱磁鐵123b的相對(duì)面遠(yuǎn)離第二棱柱磁鐵123b，或者所述第三棱柱磁鐵123c的磁化方向經(jīng)過(guò)其(第三棱柱磁鐵123c)與第二棱柱磁鐵123b的相對(duì)面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵123b，第二棱柱磁鐵123b的磁化方向與X軸平行并指向第一類磁鐵123a，第一棱柱磁鐵123a的磁化方向經(jīng)過(guò)其(即第一棱柱磁鐵123a)與第二棱柱磁鐵123b的相對(duì)面遠(yuǎn)離所述第二棱柱磁鐵123b,由此使得相對(duì)稱的磁鐵陣列中對(duì)應(yīng)的第一類磁鐵123a、第二類磁鐵123b和第三類磁鐵123c共同形成一個(gè)閉合磁路。
[0046]實(shí)施例3
[0047]請(qǐng)參閱圖9，圖9給出了本發(fā)明實(shí)施例3的直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，磁鐵陣列為沿X軸的截面圖。本實(shí)施例和實(shí)施例一的區(qū)別在于:第三類磁鐵133的第一棱柱磁鐵133a、第二棱柱磁鐵133b和第三棱柱磁鐵133c的沿XY平面的截面分別為直角梯形、等腰三角形和直角梯形，其中，所述第一棱柱磁鐵133a的磁化方向經(jīng)過(guò)其與第二棱柱磁鐵133b的相對(duì)面進(jìn)入第二棱柱磁鐵133b，第二棱柱磁鐵133b的磁化方向與X軸平行并指向第一類磁鐵133a，第三棱柱磁鐵133c的磁化方向經(jīng)過(guò)其與第二棱柱磁鐵133b的相對(duì)面遠(yuǎn)離第二棱柱磁鐵133b，或者，所述第三棱柱磁鐵133c的磁化方向經(jīng)過(guò)其(第三棱柱磁鐵133c)與第二棱柱磁鐵133b的相對(duì)面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵133b，第二棱柱磁鐵133b的磁化方向與X軸平行并指向第一類磁鐵133a，第一棱柱磁鐵133a的磁化方向經(jīng)過(guò)其(即第一棱柱磁鐵133a)與第二棱柱磁鐵133b的相對(duì)面遠(yuǎn)離所述第二棱柱磁鐵133b，由此使得相對(duì)稱的磁鐵陣列中對(duì)應(yīng)的第一類磁鐵133a、第二類磁鐵133b和第三類磁鐵133c共同形成一個(gè)閉合磁路。
[0048]本實(shí)施例中，所述第一類磁鐵131和第二類磁鐵132的長(zhǎng)和寬均一致，第一類磁鐵131、第二類磁鐵132和第三類磁鐵133的高度均相等，且在第三類磁鐵中，第一棱柱磁鐵133a和第三棱柱磁鐵133c沿XY平面的截面為具有一公共邊的直角梯形。
[0049]實(shí)施例4
[0050]請(qǐng)參閱圖10，圖10給出了本發(fā)明實(shí)施例4的直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，磁鐵陣列為沿X軸的截面圖。本實(shí)施例與上述三個(gè)實(shí)施例的區(qū)別在于:所述第三類磁鐵是一塊棱柱磁鐵，相鄰的不同類磁鐵之間的相對(duì)面均是斜面，
[0051]本實(shí)施例中，所述第三類磁鐵143是一塊棱柱磁鐵，所述第一類磁鐵141、第二類磁鐵142和第三類磁鐵143均為沿XY平面的截面是等腰梯形的四棱柱磁鐵，第一類磁鐵141的磁化方向平行于Y軸向上；第二類磁鐵142的磁化方向平行于Y軸向下；第三類磁鐵143的磁化方向與X軸平行并始終指向第一類磁鐵，由此使得相對(duì)稱的磁鐵陣列中對(duì)應(yīng)的第一類磁鐵141、第二類磁鐵142和第三類磁鐵143共同形成一個(gè)閉合磁路。
[0052]本實(shí)施例中，所述第一類磁鐵141、第二類磁鐵142和第三類磁鐵143的沿XY平面的截面為腰長(zhǎng)相等、底角相同且高度相等的等腰梯形。
[0053]本實(shí)施例中，所述相對(duì)面與Y軸的夾角根據(jù)所述第一類磁鐵131、第二類磁鐵142和第三類磁鐵143的尺寸及形狀而定。
[0054]綜上所述，本發(fā)明提出的直線電機(jī)，采用三棱柱磁鐵和(或)四棱柱磁鐵構(gòu)建組成含有三類磁鐵的磁鐵陣列的的構(gòu)建方法和拓?fù)潢嚵心Ｐ停惔盆F中當(dāng)所述第三類磁鐵是一塊棱柱磁鐵或者包括三塊棱柱磁鐵，當(dāng)所述第三類磁鐵是一塊棱柱磁鐵時(shí)，相鄰的不同類磁鐵之間的相對(duì)面均是斜面，當(dāng)所述第三類磁鐵包括三塊棱柱磁鐵時(shí)，相鄰的不同棱柱磁鐵之間的相對(duì)面是斜面，因此可以構(gòu)建更加連續(xù)的Halbach 二維空間磁密。
[0055]本發(fā)明提供的直線電機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0056]( I)該拓?fù)潢嚵邢啾鹊却拍芊e的其它陣列，相對(duì)增加了垂向磁通量，對(duì)應(yīng)地增強(qiáng)了水平磁密和水平推力；相對(duì)增加了水平磁通量，對(duì)應(yīng)地增強(qiáng)了垂向磁密和垂向推力，從而產(chǎn)生更大的六自由度推力；
[0057](2) Halbach磁鐵陣列的磁泄露更小；
[0058](3)磁密空間分布更加均勻，平面磁密的高次諧波幅值更??；
[0059](4)磁鐵陣列的質(zhì)量更輕。
[0060]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種直線電機(jī)，包括線圈單元和磁鐵單元，所述磁鐵單元包括兩組相對(duì)平行、位于磁軛上的相對(duì)稱的磁鐵陣列；所述線圈單元插入兩組磁鐵陣列之間，所述線圈單元與所述磁鐵陣列之間具有間隙，其特征在于:所述磁鐵陣列由第一類磁鐵、第二類磁鐵以及它們之間的第三類磁鐵沿著X軸按照Halbach磁鐵陣列模式周期性交替分布，所述第一類磁鐵和第二類磁鐵沿X軸等間距交替分布且磁化方向分別沿著Y軸的正方向和反方向，所述第三類磁鐵是一塊棱柱磁鐵或者包括三塊棱柱磁鐵，當(dāng)所述第三類磁鐵是一塊棱柱磁鐵時(shí)，相鄰的不同類磁鐵之間的相對(duì)面均是斜面，當(dāng)所述第三類磁鐵包括三塊棱柱磁鐵時(shí)，相鄰的不同棱柱磁鐵之間的相對(duì)面是斜面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述第一類磁鐵呈方型，其磁化方向平行于Y軸向上或向下；所述第二類磁鐵呈方型，其磁化方向與第一類磁鐵的磁化方向相反；所述第三類磁鐵包括三塊棱柱磁鐵，分別是第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵，所述第三類磁鐵組合后整體呈方型，其中，所述第一棱柱磁鐵的磁化方向經(jīng)過(guò)其與第二棱柱磁鐵的相對(duì)面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵，第二棱柱磁鐵的磁化方向與X軸平行并指向第一類磁鐵，第三棱柱磁鐵的磁化方向經(jīng)過(guò)其與第二棱柱磁鐵的相對(duì)面遠(yuǎn)離所述第二棱柱磁鐵，或者所述第三棱柱磁鐵的磁化方向經(jīng)過(guò)其與第二棱柱磁鐵的相對(duì)面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵，第二棱柱磁鐵的磁化方向與X軸平行并指向第一類磁鐵，第一棱柱磁鐵的磁化方向經(jīng)過(guò)其與第二棱柱磁鐵的相對(duì)面遠(yuǎn)離所述第二棱柱磁鐵，由此使得相對(duì)稱的磁鐵陣列中對(duì)應(yīng)的第一類磁鐵、第二類磁鐵和第三類磁鐵共同形成一個(gè)閉合磁路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿XY平面的截面分別為直角三角形、等腰三角形和直角三角形。
4.如權(quán)利要求2所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿XY平面的截面分別為直角三角形、等腰梯形和直角三角形。
5.如權(quán)利要求3或4所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述第一類磁鐵和第二類磁鐵的長(zhǎng)和寬均一致，第一類磁鐵、第二類磁鐵和第三類磁鐵的高度均相等。
6.如權(quán)利要求2所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿XY平面的截面分別為直角梯形、等腰三角形和直角梯形。
7.如權(quán)利要求6所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述第一類磁鐵和第二類磁鐵的長(zhǎng)和寬均一致，第一類磁鐵、第二類磁鐵和第三類磁鐵的高度均相等，且在第三類磁鐵中，第一棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿XY平面的截面為具有一公共邊的直角梯形。
8.如權(quán)利要求2或3或4或6所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述相對(duì)面與Y軸的夾角根據(jù)所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵的尺寸及形狀而定。
9.如權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述第三類磁鐵是一塊棱柱磁鐵，所述第一類磁鐵、第二類磁鐵和第三類磁鐵均為沿XY平面的截面是等腰梯形的四棱柱磁鐵，第一類磁鐵的磁化方向平行于Y軸向上；第二類磁鐵的磁化方向平行于Y軸向下；第三類磁鐵的磁化方向與X軸平行并始終指向第一類磁鐵，由此使得相對(duì)稱的磁鐵陣列中對(duì)應(yīng)的第一類磁鐵、第二類磁鐵和第三類磁鐵共同形成一個(gè)閉合磁路。
10.如權(quán)利要求9所述的直線電機(jī)，其特征在于:第一類磁鐵、第二類磁鐵和第三類磁鐵的沿XY平面的截面為腰長(zhǎng)相等、底角相同且高度相等的等腰梯形。
11.如權(quán)利要求9或10所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述相對(duì)面與Y軸的夾角根據(jù)所述第一類磁鐵、第二類磁·鐵和第三類磁鐵的尺寸及形狀而定。
【文檔編號(hào)】H02K41/03GK103580444SQ201210270584
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月31日
【發(fā)明者】吳立偉, 楊曉燕, 陳慶生 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司