[发明专利]一种电磁铁分布的五自由度磁浮导轨

说明书

技术领域

本发明属于精密加工领域，具体涉及一种新型电磁铁分布的五自由度磁浮导轨。

背景技术

现代制造领域对精密加工的设备要求逐步提高，特别是对高速、高精度的直线进给平台要求越来越高，例如高档数控机床和IC制造设备的光刻机等。传统的直线进给平台利用机械支撑技术，如滑动导轨和滚动导轨等，这些机械导轨存在摩擦损耗、带来金属粉尘、需要润滑维护等问题，不适用于一些高速高精度和超洁净环境要求的场合。

近年来气浮支撑技术逐步应用于直线进给平台中，解决了机械摩擦和维护等问题，但气浮平台的工作原理限制了其承载能力和动静态刚度，不能应用于真空场合，而且其要求空气压缩机等辅助设备，成本高和体积大。与上述支撑技术相比，磁浮支撑技术具有无摩擦、高精度、高速度、易于维护、适用真空环境、承载能力大和可调动静态刚度等优点，配合现代控制技术，磁浮导轨具有巨大的研究价值和应用前景。

目前，磁浮导轨的相近电磁铁分布多采用电磁铁磁路在同一平面的分布结构，这带来了电磁铁磁场之间相互耦合的问题。如上海大学在申请号为200310107944.0专利中提出一种工业应用型主动磁悬浮机床导轨直线电机进给平台，其采用的U型结构电磁铁磁路在同一平面内，使得承载电磁铁和导向电磁铁磁路耦合，影响悬浮机构模型的建立和控制的精度。

南通大学在申请号为200710026069.1中提出一种智能型磁悬浮直线进给单元，其未给出电磁铁磁路的分布形式。

中南大学在申请号为201010242033.9中提出一种采用磁悬浮技术的光刻机掩模台，其上下面采用U型电磁铁，侧面采用E型电磁铁，这种电磁铁的组合形式能够减少磁场之间的耦合，但由于临近电磁铁磁路仍然在同一平面内，磁场耦合依旧存在。

发明内容

本发明是为了解决磁浮导轨中相邻电磁铁之间磁场相互耦合问题，提出一种新型电磁铁分布的五自由度磁浮导轨。

本发明的技术解决方案如下：一种新型电磁铁分布的五自由度磁浮导轨，包括基座、固设在基座上的导轨、套设在导轨外侧的悬浮平台，设置于悬浮平台上的多块电磁铁、以及设置在悬浮平台上用于检测悬浮平台各方向运动状态的气隙检测位移传感器组；所述悬浮平台在电磁铁的悬浮力、以及气隙检测位移传感器组的反馈作用下稳定悬浮于导轨上；所述悬浮平台上设置有构成第一组电磁铁对的第一电磁铁和第二电磁铁，构成第二组电磁铁对的第三电磁铁和第四电磁铁，构成第三组电磁铁对的第五电磁铁和第六电磁铁，构成第四组电磁铁对的第七电磁铁和第八电磁铁，构成第五组电磁铁对的第九电磁铁和第十电磁铁，构成第六组电磁铁对的第十一电磁铁和第十二电磁铁；各组所述电磁铁对的励磁均采用差动控制模式：每一个电磁铁对中的一个电磁铁以偏置电流I₀与控制电流i之和励磁，而另一个电磁铁则以偏置电流I₀与控制电流i之差励磁；其特点是，

所述悬浮平台包括通过相应的连接板连接的上支板、固装在上支板左端的左侧支板、固装在上支板右端的右侧支板、位于上支板的下方且固装在左侧支板自由端的左侧下支板、以及位于上支板的下方且固装在右侧支板自由端的右侧下支板，相邻两块支板相互垂直；

所述第一、第三、第五和第七电磁铁分别固装在上支板下表面的四角，固装在左侧下支板上表面的第二和第八电磁铁分别对应地与第一和第三电磁铁垂直对应，固装在右侧下支板上表面的第四和第六电磁铁分别对应地与第三和第五电磁铁垂直对应；所述第九和第十一电磁铁分别固装在左侧支板的右侧表面上，且第九和第十一电磁铁的连线经过左侧支板的中心且与上支板平行，固装在右侧支板的左侧表面的第十和第十二电磁铁分别对应地与第九和第十一电磁铁水平对应；并且，

各所述电磁铁的工作磁路所在的平面分别与悬浮平台的运行方向平行；第一电磁铁、第二电磁铁和第九电磁铁的绕组电流方向相同，第三电磁铁、第四电磁铁和第十电磁铁的绕组电流方向相同；第五电磁铁、第六电磁铁和第十二电磁铁的绕组电流方向相同；第七电磁铁、第八电磁铁和第十一电磁铁的绕组电流方向相同。

优选的是，所述气隙检测位移传感器组包括六个气隙检测位移传感器，其中四个气隙检测位移传感器分别固装在所述上支板上表面的对应第一、第三、第五和第七电磁铁的位置，其余两个气隙检测位移传感器分别固装在所述左侧支板左侧表面的对应第九和第十一电磁铁的位置。

优选的是，各所述电磁铁为U型电磁铁，所述U型电磁铁的铁芯采用叠片式硅钢片结构，在铜绕组两侧紧贴有冷却管。