[发明专利]一种直线电机及三自由度平面运动台

说明书

本发明公开了一种三自由度平面运动台，其包括一种直线电机，所述直线电机包括线圈和磁铁，所述线圈和磁铁之间按一定的偏置距离进行偏置定位，使所述直线电机的动子可相对于所述直线电机的定子在与所述直线电机驱动方向的垂直方向运动；还包括可相对移动的平台定子和平台动子，所述平台定子上布置有若干所述直线电机，所述直线电机的磁铁部分固定在所述平台定子上，所述直线电机的线圈部分固定在所述平台动子上；或者，所述直线电机的线圈部分固定在所述平台定子上，所述直线电机的磁铁部分固定在所述平台动子上。本发明的结构精简紧凑、布局效率高、发热少且定位精度高。

技术领域

本发明属于半导体装备制造领域涉及一种微操作运动台机构，具体而言涉及一种三自由度平面运动台。

背景技术

现有的三自由度平面运动台（X,Y方向直行运动，RZ方向旋转）一般采用两种布局方式。一种是将三个自由度运动分别采用独立的机构实现并将三套机构叠加在一起的方式，如图1所示，通过多个常规直线电机机构叠加实现（直线电机凭借其相比旋转电机而言的高传动效率而日益在线性传动领域被广泛应用），所述常规直线电机的结构如图9、10所示；另外一种布局是采用定制化的平面电机实现三自由度运动，如图2所示。

这两种布局都有各自的缺点:

1）对于机构叠加的布局

①最终运动部件与基座之间通过各层机构连接，各层机构的扰动都会传递到最终运动部件从而导致平台定位精度差；

②采用层叠方式，平台在垂直方向尺寸大；

③零件多，结构复杂。

2）对于定制化的平面电机的布局

①平面电机的定制，设计周期及交货周期长且结构复杂；

②平面电机发热量大，效率低。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明的目的旨在提供一种三自由度平面运动台，该运动台结构精简紧凑、布局效率高、发热少且定位精度高。

本发明的另一发明目的在于提供一种直线电机实现上述运动台的三自由度平面运动。

为到达上述发明目的，本发明的通过以下技术方案实现：

一种直线电机，包括线圈和磁铁，所述线圈和磁铁之间按一定的偏置距离进行偏置定位，使所述直线电机的动子可相对于所述直线电机的定子在与所述直线电机驱动方向的垂直方向运动。

一种三自由度平面运动台，其包括可相对移动的平台定子和平台动子，所述平台定子上布置有若干所述直线电机，所述直线电机的磁铁部分固定在所述平台定子上，所述直线电机的线圈部分固定在所述平台动子上；或者，所述直线电机的线圈部分固定在所述平台定子上，所述直线电机的磁铁部分固定在所述平台动子上。

进一步的，所述平台定子和所述平台动子之间设置有空气轴承。

进一步的，所述空气轴承布置有四个，分别支撑在所述平台动子的四周。

本发明的工作原理如下：

本发明采用直线电机驱动平面运动台的平台动子，采用将直线电机动子与定子偏置定位数毫米的方式使电机动子可相对于定子在与电机驱动方向垂直的方向运动，从而实现平台在X,Y及RZ方向的平面运动（微动）。但是由于本发明中直线电机线圈与磁铁偏置定位会导致线圈与磁铁的重叠面积减少。由于F=B·I·L·N，此为计算直线电机力的简化公式，其中F为电机推力，B为磁场强度，I为线圈中电流，L为线圈在磁场B中的有效长度，N为线圈圈数，线圈与磁铁偏置定位相当于减少了L因此电机推力会相应的减少。