六自由度短行程磁懸浮工作臺的制作方法
【專利摘要】六自由度短行程磁懸浮工作臺，本發(fā)明涉及一種六自由度磁懸浮工作臺，屬于電機領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有六自由度短行程磁懸浮工作臺存在的發(fā)熱量高、損耗大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、平臺高度低、熱變性大以及動態(tài)特性查、定位精度低的問題。本發(fā)明包括兩組正向力支撐單元和負(fù)向力支撐單元、兩組X向驅(qū)動單元和Y向驅(qū)動單元、四組Z向驅(qū)動單元、上側(cè)動基板、下側(cè)動基板、上定基板和下定基板構(gòu)成，上側(cè)動基板、下側(cè)動基板、上定基板和下定基板均相互平行設(shè)置，且上定基板位于上側(cè)動基板和下動基板之間，下側(cè)動基板位于上定基板和下定基板之間；上側(cè)動基板與下側(cè)動基板固定連接，上定基板和下定基板固定連接。本發(fā)明損耗小、結(jié)構(gòu)簡單且控制容易，適用真空環(huán)境。
【專利說明】六自由度短行程磁懸浮工作臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種六自由度磁懸浮工作臺，屬于電機領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代精密、超精密加工裝備對高響應(yīng)、高速度、高精度的短行程磁懸浮工作臺有著迫切的需求，如機械加工、電子產(chǎn)品生產(chǎn)、機械裝卸、制造自動化儀表設(shè)備甚至機器人驅(qū)動等。通常這些裝置由旋轉(zhuǎn)式電動機產(chǎn)生動力驅(qū)動，再由皮帶、滾珠絲桿等機械裝置，轉(zhuǎn)換為直線運動。由于機械裝置復(fù)雜，傳動精度和速度都受到限制，且需經(jīng)常調(diào)校，造成成本高、可靠性差、體積較大。最初的短行程磁懸浮工作臺是由兩臺直接驅(qū)動的直線電機來實現(xiàn)的，采用層疊式驅(qū)動結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)增加了傳動系統(tǒng)的復(fù)雜性，從本質(zhì)上沒有擺脫低維運動機構(gòu)疊加形成高維運動機構(gòu)的模式。對于底層的直線電機，要承載上層直線電機及其相關(guān)機械部件的總質(zhì)量，從而嚴(yán)重影響了定位和控制精確度。而直接利用電磁能產(chǎn)生平面運動的多自由度平面電機，具有出力密度高、低熱耗、高速度、高精度和高可靠性的特點，因省去了從旋轉(zhuǎn)運動到直線運動再到平面運動的中間轉(zhuǎn)換裝置，可把控制對象同電機做成一體化結(jié)構(gòu)，具有反應(yīng)快、靈敏度高、隨動性好及結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。
[0003]圖21和22所示為短行程磁懸浮工作臺的一種構(gòu)成方式。該六自由度磁短行程磁懸浮工作臺由八邊形平板、固定基板、四組水平非接觸電磁驅(qū)動機構(gòu)與四組磁懸浮垂直支撐機構(gòu)構(gòu)成。水平非接觸電磁驅(qū)動機構(gòu)與磁懸浮垂直支撐機構(gòu)均采用音圈電機結(jié)構(gòu)，音圈電機的初級固定，次級運動。八邊形平板的其中呈90°對稱分布的四條邊與水平非接觸電磁驅(qū)動機構(gòu)的動子相連；八邊形平板的呈90°對稱分布的另外四條邊與磁懸浮垂直支撐機構(gòu)的動子相連。水平非接觸電磁驅(qū)動機構(gòu)的定子以及磁懸浮垂直支撐機構(gòu)的定子固定在固定基板上。通過控制水平配置音圈電機初級繞組電流的大小與方向，可控制作用在動子上X方向、Y方向電磁力的大小與方向以及繞Z軸偏轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩的大小與方向；同時,通過控制垂直配置音圈電機初級繞組電流的大小與方向，即可控制作用在動子上Z方向電磁力的大小與方向以及繞X軸、繞Y軸偏轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩的大小與方向，從而實現(xiàn)工作臺的六自由度運動控制。
[0004]但是，該六自由度短行程磁懸浮工作臺存在如下問題:垂直配置音圈電機需要始終通電，以產(chǎn)生垂直方向的電磁力、抵消平臺動子的自重。因此，線圈的發(fā)熱量高、損耗大。同時，音圈電機的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、推力密度低，平臺的剛度低、熱變形大，系統(tǒng)的動態(tài)特性差、定位精度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺解決了現(xiàn)有六自由度短行程磁懸浮工作臺存在的發(fā)熱量高、損耗大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、平臺高度低、熱變性大以及動態(tài)特性查、定位精度低的問題。
[0006]本發(fā)明所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作臺，由兩組正向力支撐單元、兩組負(fù)向力支撐單元、兩組X向驅(qū)動單元、兩組Y向驅(qū)動單元、四組Z向驅(qū)動單元、上側(cè)動基板Al、下側(cè)動基板B1、上定基板Dl和下定基板Cl構(gòu)成；上側(cè)動基板Al、下側(cè)動基板B1、上定基板Dl和下定基板Cl均相互平行設(shè)置，且上定基板Dl位于上側(cè)動基板Al和下動基板BI之間，下側(cè)動基板BI位于上定基板Dl和下定基板Cl之間；上側(cè)動基板與下側(cè)動基板固定連接在一起，上定基板Dl和下定基板Cl固定在一起；兩組正向力支撐單元的結(jié)構(gòu)相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組負(fù)向力支撐單元的結(jié)構(gòu)相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組X向驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組Y向驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)相同，均由上動子、下動子和定子組成；四組Z向驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)相同，均由動子和定子組成；正向力支撐單元的上動子、負(fù)向力支撐單元的上動子、Z向驅(qū)動單元的動子、X向驅(qū)動單元的上動子和Y向驅(qū)動單元的上動子均固定在上側(cè)動基板Al的底面；正向力支撐單元的下動子、負(fù)向力支撐單元的下動子、X向驅(qū)動單元的下動子和Y向驅(qū)動單元的下動子均固定在下側(cè)動基板BI的上表面；正向力支撐單元的定子、負(fù)向力支撐單元的定子、X向驅(qū)動單元的定子和Y向驅(qū)動單元的定子均固定在上定基板Dl上，該上定基板Dl與上側(cè)動基板Al之間為上氣隙，該定基板Dl與下側(cè)動基板BI之間為下氣隙；Z向驅(qū)動單元的定子固定在下定基板Cl的上表面；兩組正向力支撐單元、兩組負(fù)向力支撐單元、兩組X向驅(qū)動單元和兩組Y向驅(qū)動單元以定基板的中心為圓心、沿同一半徑Rl的圓周方向相間排布，其中:兩組正向力支撐單元的連線與兩組負(fù)向力支撐單元的連線相交且呈90°夾角；兩組X向驅(qū)動單元的連線與兩組Y向驅(qū)動單元的連接相交且呈90°夾角；四組Z向驅(qū)動單元分別以下定基板的中心為圓心、沿半徑為R2的圓周方向均勻分布；R1 Φ R2 ;正向力支撐單元的上動子、下動子和定子上均固定有永磁體，正向力支撐單元中的所有永磁體產(chǎn)生磁場力為推動上側(cè)動基板Al和下側(cè)動基板BI向上的力；負(fù)向力支撐單元的上動子、下動子和定子上均固定有永磁體，負(fù)向力支撐單元中的所有永磁體產(chǎn)生磁場力為推動上側(cè)動基板Al和下側(cè)動基板BI向下的力；正向力支撐單元和負(fù)向力支撐單元產(chǎn)生的磁場力共同作用使得上側(cè)動基板Al和下側(cè)動基板BI分別懸空并穩(wěn)定在上定基板Dl和下定基板Cl的上方。
[0007]上述正向力支撐單元產(chǎn)生的作用于動基板上的向上的垂向力，大于負(fù)向力支撐單元產(chǎn)生的向下的垂向力，進而實現(xiàn)支撐兩個動基板的效果。
[0008]本發(fā)明中，上述正向力支撐單元的具體結(jié)構(gòu)可以為:其上動子包括動子上永磁體ZLl,該動子上永磁體ZLl固定在上側(cè)動基板Al的下表面；正向力支撐單元下動子包括動子下永磁體ZL2,該動子下永磁體ZL2固定在下側(cè)動基板BI的上表面；動子上永磁體ZLl與動子下永磁體ZL2均為長條形，均沿垂向方向平行充磁，且二者的充磁方向相反；本發(fā)明中的正向力支撐單元定子的結(jié)構(gòu)可以包括定子上永磁體和定子下永磁體，定子上永磁體固定在上定基板Dl的上表面與動子上永磁體ZLl相對應(yīng)的位置,定子上永磁體的充磁方向與動子上永磁體ZLl的充磁方向相反,二者之間為上氣隙；定子下永磁體固定在定子上定基板Dl的下表面與動子下永磁體ZL2對應(yīng)的位置，定子下永磁體的充磁方向與動子下永磁體ZL2的充磁方向相同，二者之間為下氣隙。
[0009]上述動子上永磁體ZLl與動子下永磁體ZL2分別都由兩塊長條形永磁體構(gòu)成，兩塊長條形永磁體尺寸相同、充磁方向相同，兩塊長條形永磁體并列布置。
[0010]上述動子上永磁體ZLl與動子下永磁體ZL2還可以分別都由兩塊長條形永磁體構(gòu)成，兩塊長條形永磁體尺寸相同，兩塊長條形永磁體均為水平方向平行充磁，兩塊長條形永磁體的充磁方向相反，兩塊長條形永磁體并列布置；動子上永磁體ZLl與定子上永磁體之間形成斥力，動子下永磁體ZL2與定子下永磁體之間形成吸力。
[0011]本發(fā)明中的負(fù)向力支撐單元的結(jié)構(gòu)可以為:其上動子包括動子上永磁體FL1，該動子上永磁體FLl固定在上側(cè)動基板Al的下表面；負(fù)向力支撐單元下動子包括動子下永磁體FL2,該動子下永磁體FL2固定在下側(cè)動基板BI的上表面；動子上永磁體FLl與動子下永磁體FL2均為平板形，均沿垂向方向平行充磁，且二者的充磁方向相反；負(fù)向力支撐單元定子包括定子永磁體FL3，定子永磁體FL3嵌固在上定基板Dl上與動子上永磁體FLl相對應(yīng)的位置，定子永磁體FL3的充磁方向與動子上永磁體FLl的充磁方向相同,二者之間為上氣隙；定子永磁體FL3與動子下永磁體FL2之間為下氣隙。
[0012]上述負(fù)向力支撐單元上動子中的動子上永磁體FLl與上側(cè)動基板Al之間可以設(shè)置有永磁體固定板。
[0013]上述負(fù)向力支撐單元下動子中的動子下永磁體FL2與下側(cè)動基板BI之間可以設(shè)置有永磁體固定板。
[0014]本發(fā)明中所述的正向力支撐單元中的定子永磁體FL3還可以由兩塊永磁體組成，所述兩塊永磁體分別嵌固在上定基板Dl的上表面和下表面。
[0015]本發(fā)明中的Z向驅(qū)動單元可以采用雙邊平板形結(jié)構(gòu)的電機實現(xiàn)，動子為雙邊結(jié)構(gòu)的次級，定子為初級；初級位于雙邊次級之間，二者之間為兩個氣隙，兩個氣隙相互平行，且所述氣隙平面垂直于XY平面；初級包括初級繞組與初級基板，初級繞組粘貼在由非導(dǎo)磁材料構(gòu)成的平板形初級基板上，或嵌放在初級基板中，初級繞組有效邊平行于XY平面；每邊次級均包括次級永磁體和次級軛板,次級永磁體粘貼固定在次級軛板上,雙邊次級永磁體形成串聯(lián)磁路。
[0016]本發(fā)明中的X向驅(qū)動單元和Y向驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)相同，均可以采用雙邊平板形結(jié)構(gòu)的電機實現(xiàn)，上動子和下動子分別是雙邊次級的兩個次級，定子為初級，初級位于雙邊次級之間，二者之間為兩個氣隙，兩個氣隙相互平行，氣隙平面平行于XY平面；初級包括初級繞組與初級基板，初級繞組粘貼在由非導(dǎo)磁材料構(gòu)成的平板形初級基板上，或嵌放在初級基板中，初級繞組的有效邊平行于XY平面；每邊次級包括次級永磁體和次級軛板，次級永磁體粘貼固定在次級軛板上，雙邊次級永磁體形成串聯(lián)磁路。
[0017]本發(fā)明中的所述上側(cè)動基板Al、下側(cè)動基板B1、上定基板Dl和下定基板Cl的材料均是非磁性材料。
[0018]本發(fā)明所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺，利用兩組正向力支撐單元與兩組負(fù)向力支撐單元進行工作臺的靜態(tài)支撐，由于正向力支撐單元與負(fù)向力支撐單元產(chǎn)生磁場力的方向相反，因此大大降低了工作臺的剛度，再由于采用磁性材料產(chǎn)生的磁場力實現(xiàn)支撐，不需要損耗電能，進而避免了現(xiàn)有采用垂直配置音圈電機實現(xiàn)磁懸浮控制所導(dǎo)致發(fā)熱量高以及損耗大的問題，達到了減小工作臺的損耗的效果。
[0019]本發(fā)明所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺通過控制兩組X向驅(qū)動單元、兩組Y向驅(qū)動單元線圈電流的大小與方向，即可控制作用在動基板上X方向、Y方向電磁力的大小與方向以及繞Z軸旋轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩的大小與方向，控制方便靈活。
[0020]本發(fā)明所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺通過控制四組Z向驅(qū)動單元線圈中電流的大小與方向，即可控制作用在動基板上Z方向電磁力的大小與方向以及繞X軸、繞Y軸旋轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩的大小與方向，從而實現(xiàn)六自由度短行程磁懸浮工作臺的六自由度運動控制。
[0021]本發(fā)明的六自由度短行程磁懸浮工作臺的損耗小、剛度低、線性度好、結(jié)構(gòu)簡單、控制容易、定位精度高。本發(fā)明所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺適用于各種需要高精度磁懸浮工作臺的情況，并且尤其適用于真空環(huán)境下使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是【具體實施方式】十所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1中的上定基板Dl的結(jié)構(gòu)不意圖，該上定基板Dl上固定有X向驅(qū)動單兀的初級繞組和Y向驅(qū)動單元的初級繞組，并且在對稱的兩側(cè)分別設(shè)置有嵌入正向力支撐單元的定子上永磁體和定子下永磁體的凹槽。圖3為圖1中的上側(cè)動基板Al的仰視圖，該圖中，該上側(cè)動基板Al上固定有正向力支撐單元的上動子、負(fù)向力支撐單元的上動子、Z向驅(qū)動單元的動子、X向驅(qū)動單元的上動子和Y向驅(qū)動單元的上動子。圖4是圖1中的下側(cè)動基板BI的俯視圖，該下側(cè)動基板BI上固定有正向力支撐單元的下動子、負(fù)向力支撐單元的下動子、Z向驅(qū)動單元的定子、X向驅(qū)動單元的下動子和Y向驅(qū)動單元的下動子。圖5是圖1所示的六自由度短行程磁懸浮工作臺去除圖3所示的結(jié)構(gòu)之后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖6是【具體實施方式】十一所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是圖6中的上定基板Dl的結(jié)構(gòu)示意圖，該上定基板Dl上固定有X向驅(qū)動單元的初級繞組和Y向驅(qū)動單元的初級繞組，并且在對稱的兩側(cè)分別設(shè)置有嵌入正向力支撐單元的定子上永磁體和定子下永磁體的凹槽。圖8為圖6中的上側(cè)動基板Al的仰視圖，該圖中，該上側(cè)動基板Al上固定有正向力支撐單元的上動子、負(fù)向力支撐單元的上動子、Z向驅(qū)動單元的動子、X向驅(qū)動單元的上動子和Y向驅(qū)動單元的上動子。圖9是圖6中的下側(cè)動基板BI的俯視圖，該下側(cè)動基板BI上固定有正向力支撐單元的下動子、負(fù)向力支撐單元的下動子、Z向驅(qū)動單元的定子、X向驅(qū)動單元的下動子和Y向驅(qū)動單元的下動子。圖10是圖6所示的六自由度短行程磁懸浮工作臺去除圖8所示的結(jié)構(gòu)之后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖11是【具體實施方式】十二所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖，圖12是圖11中的上定基板Dl的結(jié)構(gòu)不意圖，該上定基板Dl上固定有X向驅(qū)動單兀的初級繞組和Y向驅(qū)動單元的初級繞組，并且還設(shè)置有嵌入正向力支撐單元的定子上永磁體和定子下永磁體、負(fù)向力支撐單元的定子永磁體FL3的凹槽。圖13為圖11中的上側(cè)動基板Al的仰視圖，該圖中，該上側(cè)動基板Al上固定有正向力支撐單元的上動子、負(fù)向力支撐單元的上動子、Z向驅(qū)動單元的動子、X向驅(qū)動單元的上動子和Y向驅(qū)動單元的上動子。圖14是圖11所示的六自由度短行程磁懸浮工作臺去除圖13所示的結(jié)構(gòu)之后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖15是【具體實施方式】十三所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖，圖16是圖15中的上定基板Dl的結(jié)構(gòu)不意圖，該上定基板Dl上固定有X向驅(qū)動單兀的初級繞組和Y向驅(qū)動單元的初級繞組，并且還設(shè)置有嵌入正向力支撐單元的定子上永磁體和定子下永磁體、負(fù)向力支撐單元的定子永磁體FL3的凹槽。圖17為圖15中的上側(cè)動基板Al的仰視圖，該圖中，該上側(cè)動基板Al上固定有正向力支撐單元的上動子、負(fù)向力支撐單元的上動子、Z向驅(qū)動單元的動子、X向驅(qū)動單元的上動子和Y向驅(qū)動單元的上動子。圖18是圖15所示的六自由度短行程磁懸浮工作臺去除圖17所示的結(jié)構(gòu)之后的結(jié)構(gòu)示意圖。[0026]圖19是本發(fā)明所述的X向驅(qū)動單元和Y向驅(qū)動單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖(a)為傳統(tǒng)的次級結(jié)構(gòu),每邊次級的N極和S極兩塊永磁體粘貼固定在次級軛板上，永磁體為平行充磁，充磁方向垂直于氣隙所在平面；圖(b)為Halbach次級結(jié)構(gòu)。
[0027]圖20是本發(fā)明所述的Z向驅(qū)動單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖21和圖22是【背景技術(shù)】中提及的一種現(xiàn)有短行程磁懸浮工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]【具體實施方式】一:本實施方式所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作臺由兩組正向力支撐單元、兩組負(fù)向力支撐單元、兩組X向驅(qū)動單元、兩組Y向驅(qū)動單元、四組Z向驅(qū)動單元、上側(cè)動基板Al、下側(cè)動基板B1、上定基板Dl和下定基板Cl構(gòu)成；
[0030]上側(cè)動基板Al、下側(cè)動基板B1、上定基板Dl和下定基板Cl均相互平行設(shè)置，且上定基板Dl位于上側(cè)動基板Al和下動基板BI之間，下側(cè)動基板BI位于上定基板Dl和下定基板Cl之間；上側(cè)動基板與下側(cè)動基板固定連接在一起，上定基板Dl和下定基板Cl固定在一起;
[0031]兩組正向力支撐單元的結(jié)構(gòu)相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組負(fù)向力支撐單元的結(jié)構(gòu)相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組X向驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組Y向驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)相同，均由上動子、下動子和定子組成；四組Z向驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)相同，均由動子和定子組成；
[0032]正向力支撐單元的上動子、負(fù)向力支撐單元的上動子、Z向驅(qū)動單元的動子、X向驅(qū)動單元的上動子和Y向驅(qū)動單元的上動子均固定在上側(cè)動基板Al的底面；
[0033]正向力支撐單元的下動子、負(fù)向力支撐單元的下動子、Z向驅(qū)動單元的定子、X向驅(qū)動單元的下動子和Y向驅(qū)動單元的下動子均固定在下側(cè)動基板BI的上表面；
[0034]正向力支撐單元的定子、負(fù)向力支撐單元的定子、X向驅(qū)動單元的定子和Y向驅(qū)動單元的定子均固定在上定基板Dl上，該上定基板Dl與上側(cè)動基板Al之間為上氣隙，該定基板Dl與下側(cè)動基板BI之間為下氣隙；
[0035]兩組正向力支撐單元、兩組負(fù)向力支撐單元、兩組X向驅(qū)動單元和兩組Y向驅(qū)動單元以定基板的中心為圓心、沿同一半徑Rl的圓周方向相間排布，其中:兩組正向力支撐單元的連線與兩組負(fù)向力支撐單元的連線相交且呈90°夾角；兩組X向驅(qū)動單元的連線與兩組Y向驅(qū)動單元的連接相交且呈90°夾角；
[0036]四組Z向驅(qū)動單元分別以下定基板的中心為圓心、沿半徑為R2的圓周方向均勻分布；R1 Φ R2 ；
[0037]正向力支撐單元的上動子、下動子和定子上均固定有永磁體，正向力支撐單元中的所有永磁體產(chǎn)生磁場力為推動上側(cè)動基板Al和下側(cè)動基板BI向上的力；負(fù)向力支撐單元的上動子、下動子和定子上均固定有永磁體，負(fù)向力支撐單元中的所有永磁體產(chǎn)生磁場力為推動上側(cè)動基板Al和下側(cè)動基板BI向下的力；正向力支撐單元和負(fù)向力支撐單元產(chǎn)生的磁場力共同作用使得上側(cè)動基板Al和下側(cè)動基板BI分別懸空并穩(wěn)定在上定基板Dl和下定基板Cl的上方。
[0038]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺的區(qū)別在于，所述正向力支撐單元上動子包括動子上永磁體ZLl,該動子上永磁體ZLl固定在上側(cè)動基板Al的下表面；正向力支撐單元下動子包括動子下永磁體ZL2，該動子下永磁體ZL2固定在下側(cè)動基板BI的上表面；動子上永磁體ZLl與動子下永磁體ZL2均為長條形，均沿垂向方向平行充磁，且二者的充磁方向相反；
[0039]正向力支撐單元定子包括定子上永磁體和定子下永磁體，定子上永磁體固定在上定基板Dl的上表面與動子上永磁體ZLl相對應(yīng)的位置,定子上永磁體的充磁方向與動子上永磁體ZLl的充磁方向相反,二者之間為上氣隙；定子下永磁體固定在定子上定基板Dl的下表面與動子下永磁體ZL2對應(yīng)的位置，定子下永磁體的充磁方向與動子下永磁體ZL2的充磁方向相同，二者之間為下氣隙。
[0040]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺的區(qū)別在于，所述動子上永磁體ZLl與動子下永磁體ZL2分別都由兩塊長條形永磁體構(gòu)成，兩塊長條形永磁體尺寸相同、充磁方向相同，兩塊長條形永磁體并列布置。
[0041]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺的區(qū)別在于，所述動子上永磁體ZLl與動子下永磁體ZL2分別都由兩塊長條形永磁體構(gòu)成，兩塊長條形永磁體尺寸相同，兩塊長條形永磁體均為水平方向平行充磁，兩塊長條形永磁體的充磁方向相反，兩塊長條形永磁體并列布置；動子上永磁體ZLl與定子上永磁體之間形成斥力，動子下永磁體ZL2與定子下永磁體之間形成吸力。
[0042]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺的區(qū)別在于，所述負(fù)向力支撐單元上動子包括動子上永磁體FLl,該動子上永磁體FLl固定在上側(cè)動基板Al的下表面；負(fù)向力支撐單元下動子包括動子下永磁體FL2，該動子下永磁體FL2固定在下側(cè)動基板BI的上表面；動子上永磁體FLl與動子下永磁體FL2均為平板形，均沿垂向方向平行充磁，且二者的充磁方向相反；
[0043]負(fù)向力支撐單元定子包括定子永磁體FL3，定子永磁體FL3嵌固在上定基板Dl上與動子上永磁體FLl相對應(yīng)的位置，定子永磁體FL3的充磁方向與動子上永磁體FLl的充磁方向相同，二者之間為上氣隙；定子永磁體FL3與動子下永磁體FL2之間為下氣隙。
[0044]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺的區(qū)別在于，所述所述正向力支撐單元的定子永磁體FL3由兩塊永磁體組成，所述兩塊永磁體分別嵌固在上定基板Dl的上表面和下表面。
[0045]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺的區(qū)別在于，所述Z向驅(qū)動單元為雙邊平板形結(jié)構(gòu)的電機，動子為雙邊結(jié)構(gòu)的次級，定子為初級；初級位于雙邊次級之間，二者之間為兩個氣隙，兩個氣隙相互平行，且所述氣隙平面垂直于XY平面；初級包括初級繞組與初級基板，初級繞組粘貼在由非導(dǎo)磁材料構(gòu)成的平板形初級基板上，或嵌放在初級基板中，初級繞組有效邊平行于XY平面；每邊次級均包括次級永磁體和次級軛板,次級永磁體粘貼固定在次級軛板上,雙邊次級永磁體形成串聯(lián)磁路。
[0046]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺的區(qū)別在于，所述X向驅(qū)動單元和Y向驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)相同，均為雙邊平板形結(jié)構(gòu)的電機，上動子和下動子分別是雙邊次級的兩個次級，定子為初級，初級位于雙邊次級之間，二者之間為兩個氣隙，兩個氣隙相互平行，氣隙平面平行于XY平面；初級包括初級繞組與初級基板，初級繞組粘貼在由非導(dǎo)磁材料構(gòu)成的平板形初級基板上，或嵌放在初級基板中，初級繞組的有效邊平行于XY平面；每邊次級包括次級永磁體和次級軛板，次級永磁體粘貼固定在次級軛板上，雙邊次級永磁體形成串聯(lián)磁路。
[0047]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺的區(qū)別在于，所述上側(cè)動基板Al、下側(cè)動基板B1、上定基板Dl和下定基板Cl的材料均是非磁性材料。
[0048]【具體實施方式】十:參見圖1至5說明本實施方式。本實施方式所述的本發(fā)明所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作臺的具體結(jié)構(gòu)。本實施方式中，上側(cè)動基板Al為八邊形的平板結(jié)構(gòu)，所述四組Z向驅(qū)動單元的動子分別設(shè)置在四條短邊的位置，下動基板BI為八邊形的平板結(jié)構(gòu)，與上側(cè)動基板Al固定連接，上定基板Dl位于上側(cè)動基板Al和下動基板BI之間，且位于四組Z向驅(qū)動單元的動子的內(nèi)側(cè)。所述X向驅(qū)動單元的初級繞組的線圈的有效邊平行于Y軸，Y向驅(qū)動單元的初級繞組的有效邊平行于X軸。
[0049]【具體實施方式】十一:參見圖6至10說明本實施方式。本實施方式所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作臺與【具體實施方式】十的區(qū)別在于，所述X向驅(qū)動單元的初級繞組的線圈邊與Y向驅(qū)動單元的初級繞組的線圈分別與X軸和Y周呈45°角，四個線圈同時通電，以產(chǎn)生X向電磁力、Y向電磁力以及繞Z軸的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
[0050]【具體實施方式】十二 :參見圖11至14說明本實施方式。本實施方式所述的本發(fā)明所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作臺的具體結(jié)構(gòu)。本實施方式中，上側(cè)動基板Al、下側(cè)動基板BI和下定基板Cl均為矩形的平板結(jié)構(gòu)，所述四組Z向驅(qū)動單元的動子分別與矩形的上側(cè)動基板Al的四條邊形平行設(shè)置，并且所述四組Z向驅(qū)動單元的動子設(shè)置在上側(cè)動基板Al的中心位置，上定基板Dl為中間帶有通孔的矩形平板結(jié)構(gòu)，所述通孔用于嵌入所述四組Z向驅(qū)動單元的動子，上定基板Dl的每條邊的中間分別設(shè)置有四個矩形凸起，所述四個矩形凸起用于通過支撐體與下定基板Cl固定連接；所述X向驅(qū)動單元的初級繞組的線圈的有效邊平行于Y軸，Y向驅(qū)動單元的初級繞組的有效邊平行于X軸。
[0051]【具體實施方式】十三:參見圖15至18說明本實施方式。本實施方式所述的一種六自由度短行程磁懸浮工作臺與【具體實施方式】十二所述結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于，所述X向驅(qū)動單元的初級繞組的線圈與Y向驅(qū)動單元的初級繞組的線圈各自逆時針旋轉(zhuǎn)了 45°角。
【權(quán)利要求】
1.一種六自由度短行程磁懸浮工作臺，其特征在于，該六自由度短行程磁懸浮工作臺由兩組正向力支撐單元、兩組負(fù)向力支撐單元、兩組X向驅(qū)動單元、兩組Y向驅(qū)動單元、四組Z向驅(qū)動單元、上側(cè)動基板(Al)、下側(cè)動基板(BI)、上定基板(Dl)和下定基板(Cl)構(gòu)成； 上側(cè)動基板(Al)、下側(cè)動基板(BI)、上定基板(Dl)和下定基板(Cl)均相互平行設(shè)置，且上定基板(Dl)位于上側(cè)動基板(Al)和下動基板BI之間，下側(cè)動基板(BI)位于上定基板(Dl)和下定基板(Cl)之間；上側(cè)動基板與下側(cè)動基板固定連接在一起，上定基板(Dl)和下定基板(Cl)固定在一起； 兩組正向力支撐單元的結(jié)構(gòu)相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組負(fù)向力支撐單元的結(jié)構(gòu)相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組X向驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)相同，均由上動子、下動子和定子組成；兩組Y向驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)相同，均由上動子、下動子和定子組成；四組Z向驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)相同，均由動子和定子組成； 正向力支撐單元的上動子、負(fù)向力支撐單元的上動子、Z向驅(qū)動單元的動子、X向驅(qū)動單元的上動子和Y向驅(qū)動單元的上動子均固定在上側(cè)動基板(Al)的底面； 正向力支撐單元的下動子、負(fù)向力支撐單元的下動子、X向驅(qū)動單元的下動子和Y向驅(qū)動單元的下動子均固定在下側(cè)動基板(BI)的上表面； 正向力支撐單元的定子、負(fù)向力支撐單元的定子、X向驅(qū)動單元的定子和Y向驅(qū)動單元的定子均固定在上 定基板(Dl)上，該上定基板(Dl)與上側(cè)動基板(Al)之間為上氣隙，該定基板Dl與下側(cè)動基板(BI)之間為下氣隙； Z向驅(qū)動單元的定子固定在下定基板(Cl)的上表面； 兩組正向力支撐單元、兩組負(fù)向力支撐單元、兩組X向驅(qū)動單元和兩組Y向驅(qū)動單元以定基板的中心為圓心、沿同一半徑Rl的圓周方向相間排布，其中:兩組正向力支撐單元的連線與兩組負(fù)向力支撐單元的連線相交且呈90°夾角；兩組X向驅(qū)動單元的連線與兩組Y向驅(qū)動單元的連接相交且呈90°夾角； 四組Z向驅(qū)動單元分別以下定基板的中心為圓心、沿半徑為R2的圓周方向均勻分布；Rl ^ R2 ； 正向力支撐單元的上動子、下動子和定子上均固定有永磁體，正向力支撐單元中的所有永磁體產(chǎn)生磁場力為推動上側(cè)動基板(Al)和下側(cè)動基板(BI)向上的力；負(fù)向力支撐單元的上動子、下動子和定子上均固定有永磁體，負(fù)向力支撐單元中的所有永磁體產(chǎn)生磁場力為推動上側(cè)動基板(Al)和下側(cè)動基板(BI)向下的力；正向力支撐單元和負(fù)向力支撐單元產(chǎn)生的磁場力共同作用使得上側(cè)動基板(Al)和下側(cè)動基板(BI)分別懸空并穩(wěn)定在上定基板(Dl)和下定基板(Cl)的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺，其特征在于，正向力支撐單元上動子包括動子上永磁體(ZLl),該動子上永磁體(ZLl)固定在上側(cè)動基板(Al)的下表面；正向力支撐單元下動子包括動子下永磁體(ZL2)，該動子下永磁體(ZL2)固定在下側(cè)動基板(BI)的上表面；動子上永磁體(ZLl)與動子下永磁體(ZL2)均為長條形，均沿垂向方向平行充磁，且二者的充磁方向相反； 正向力支撐單元定子包括定子上永磁體和定子下永磁體，定子上永磁體固定在上定基板(Dl)的上表面與動子上永磁體(ZLl)相對應(yīng)的位置,定子上永磁體的充磁方向與動子上永磁體(ZLl)的充磁方向相反,二者之間為上氣隙；定子下永磁體固定在定子上定基板(Dl)的下表面與動子下永磁體(ZL2)對應(yīng)的位置，定子下永磁體的充磁方向與動子下永磁體(ZL2)的充磁方向相同，二者之間為下氣隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺，其特征在于動子上永磁體(ZLl)與動子下永磁體(ZL2)分別都由兩塊長條形永磁體構(gòu)成，兩塊長條形永磁體尺寸相同、充磁方向相同，兩塊長條形永磁體并列布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺，其特征在于動子上永磁體(ZLl)與動子下永磁體(ZL2)分別都由兩塊長條形永磁體構(gòu)成，兩塊長條形永磁體尺寸相同，兩塊長條形永磁體均為水平方向平行充磁，兩塊長條形永磁體的充磁方向相反，兩塊長條形永磁體并列布置；動子上永磁體(ZLl)與定子上永磁體之間形成斥力，動子下永磁體(ZL2)與定子下永磁體之間形成吸力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺，其特征在于負(fù)向力支撐單元上動子包括動子上永磁體(FLl),該動子上永磁體(FLl)固定在上側(cè)動基板(Al)的下表面；負(fù)向力支撐單元下動子包括動子下永磁體(FL2)，該動子下永磁體(FL2)固定在下側(cè)動基板(BI)的上表面；動子上永磁體(FLl)與動子下永磁體(FL2)均為平板形，均沿垂向方向平行充磁，且二者的充磁方向相反； 負(fù)向力支撐單元定子包括定子永磁體(FL3),定子永磁體(FL3)嵌固在上定基板(Dl)上與動子上永磁體(FLl)相對應(yīng)的位置，定子永磁體(FL3)的充磁方向與動子上永磁體(FLl)的充磁方向相同，二者之間為上氣隙；定子永磁體(FL3)與動子下永磁體(FL2)之間為下氣隙。
6.根據(jù)權(quán)利要 求5所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺，其特征在于所述正向力支撐單元的定子永磁體(FL3)由兩塊永磁體組成，所述兩塊永磁體分別嵌固在上定基板(Dl)的上表面和下表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺，其特征在于Z向驅(qū)動單元為雙邊平板形結(jié)構(gòu)的電機，動子為雙邊結(jié)構(gòu)的次級，定子為初級；初級位于雙邊次級之間，二者之間為兩個氣隙，兩個氣隙相互平行，且所述氣隙平面垂直于XY平面；初級包括初級繞組與初級基板，初級繞組粘貼在由非導(dǎo)磁材料構(gòu)成的平板形初級基板上，或嵌放在初級基板中，初級繞組有效邊平行于XY平面；每邊次級均包括次級永磁體和次級軛板，次級永磁體粘貼固定在次級軛板上，雙邊次級永磁體形成串聯(lián)磁路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺，其特征在于X向驅(qū)動單元和Y向驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)相同，均為雙邊平板形結(jié)構(gòu)的電機，上動子和下動子分別是雙邊次級的兩個次級，定子為初級，初級位于雙邊次級之間，二者之間為兩個氣隙，兩個氣隙相互平行，氣隙平面平行于XY平面；初級包括初級繞組與初級基板，初級繞組粘貼在由非導(dǎo)磁材料構(gòu)成的平板形初級基板上，或嵌放在初級基板中，初級繞組的有效邊平行于XY平面；每邊次級包括次級永磁體和次級軛板，次級永磁體粘貼固定在次級軛板上，雙邊次級永磁體形成串聯(lián)磁路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度短行程磁懸浮工作臺，其特征在于，所述上側(cè)動基板(Al)、下側(cè)動基板(BI)、上定基板(Dl)和下定基板(Cl)的材料均是非磁性材料。
【文檔編號】H02N11/00GK104009674SQ201410264738
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】寇寶泉, 張赫, 張魯, 周一恒, 謝逸軒 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)