[发明专利]一种永磁电磁相结合的磁悬浮直线运动平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种直线运动平台，特别是涉及一种永磁电磁相结合的磁悬浮直线运动平台，该磁悬浮直线运动平台可应用于类似半导体光刻机、芯片键合运动平台等高速、超洁净、超精密定位运动平台中。

技术背景

现代制造技术正朝着高速化、精密化和模块化方向发展，信息等高新技术制造业不仅对加工设备性能如定位的精度和速度提出了越来越高的要求，而且对生产制作环境同样提出了越来越严格的要求，如光电子器件、半导体芯片等微电子产品均要求在超洁净环境下完成加工制作。在微电子封装设备如共晶粘片机、全自动金丝球焊机和IC芯片设备如光刻机中，往往需要快速而十分精确的定位和非常精细的运动，因此需要高性能的超精密工作台作为其技术支持。

磁悬浮超精密直线定位平台是针对微电子行业高精度的IC芯片制造设备如光刻机中工件台、掩模台的高速高精度定位及超洁净环境加工而研制的一种新型快速步进、精密定位机构。这类平台多采用旋转伺服电机驱动、精密滚珠丝杆传动和滑动导轨支撑的机械刚性接触方式等传统方案，这种方式存在摩擦磨损、产生金属粉尘，并需要润滑，而且在启动、加(减)速、反转和停车时，中间环节所产生的弹性变形、摩擦、联结间隙以及反向间隙等，会造成进给运动的滞后和非线性误差，各种连接间隙影响了定位精度。直线电机的出现克服了旋转电机加丝杆传动方式的缺点，大大提高了其进给性能，但摩擦所产生的金属粉尘依然不利于集成电路芯片的性能和质量的提高。近年来研究的气浮支撑方式虽然消除了摩擦，但由于气浮平台是利用控制空气通过气嘴加速流动，将对导轨产生冲击力，因而抗冲击能力低，同时气浮平台仅限于空气流动相对较小的空间中，外界的空气流动较大时会对其运动产生一定的影响，另外气浮的承载能力低、支撑刚度小，且不适合真空环境下工作，因此也大大降低了其优势。而本发明中利用永磁电磁相结合的磁悬浮直线运动平台实现的精密运动由于具有上述传统方法无法比拟的优势而在近些年得到了广泛关注。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超洁净、高速度、大行程、精密定位运动、支撑力大、承载特性好、悬浮刚度大并且适应真空环境下的工作的永磁电磁相结合的磁悬浮直线运动平台。

为了解决上述技术问题，本发明提供的永磁电磁相结合的磁悬浮直线运动平台，包括基座和悬浮体，直线导轨固定安装在所述的基座上，所述的悬浮体悬浮于所述的直线导轨的上方，所述的直线导轨上与所述的悬浮体相对的导轨面上均匀设置有阵列的永磁铁，在所述的悬浮体的竖直方向上和在所述的悬浮体上的沿所述的直线导轨的相对侧面方向上均设有与所述的永磁铁对应排斥的电磁铁；所述的悬浮体上设有用于检测所述的悬浮体各方向运动状态的涡流位移传感器；直线电机的定子沿所述的直线导轨的运动方向固定在所述的基座上，所述的直线电机的动子固定在所述的悬浮体上，在所述的悬浮体和所述的导轨上设有实时测量所述的悬浮体沿所述的直线导轨水平方向的位置的光栅尺及光栅尺读数头。

在所述的悬浮体竖直方向设置的所述的电磁铁为I型电磁铁；水平方向上设置的电磁铁为E型电磁铁。

所述的悬浮体采用铝合金U型构件，竖直方向上设有的电磁铁对称均匀设在所述的铝合金U型构件的内平面上，相对侧面方向上设有的电磁铁对称均匀设在所述的铝合金U型构件的相对侧面上。

在所述的悬浮体的竖直方向共设置6个电磁铁，左右分别3个且呈对称分布；在所述的悬浮体的的相对侧面的水平方向上设置设置2对电磁铁。

所述的电磁铁的铁芯采用叠片式硅钢片结构，在所述的铁芯上布置有冷却管。

所述的直线电机为2台，所述的光栅尺及其读数头均为2套；所述的涡流位移传感器为6个，其中4个所述的涡流位移传感器安装在所述的悬浮体的竖直方向上上所述的电磁铁的附近，另外2个所述的涡流位移传感器安放在所述的悬浮体的侧面安装有所述的电磁铁的附近。所述的光栅尺设在所述的直线导轨的导轨面上，所述的光栅尺读数头设在所述的悬浮体上。