[发明专利]一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法

说明书

一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法，属于高端装备技术领域。四个导套支撑框架组合构成方形套，四个导套支撑框架的中部分别封装有I型电磁铁，永磁体封装在位于上方的导套支撑框架内；导轴支撑框架为长方体框架，导轴支撑框架的四个侧面沿长度方向均封装有多个E形组件；封装于导轴支撑框架上下两侧面的多个E形组件对称设置，封装于导轴支撑框架左右两侧面的多个E形组件对称设置，封装于导轴支撑框架的四个侧面的多个E形组件与封装于四个导套支撑框架中部的I型电磁铁分别相对设置，线圈绕组封装在导轴支撑框架上侧并位于E型组件的一侧，线圈绕组与永磁体相对设置。本发明用于超精密系统中。

技术领域

本发明属于高端装备技术领域，具体涉及一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法。

背景技术

随着科学研究和工业的发展，对高精度半导体晶片、精密光学元件、精密模具、微零件和微结构的需求日益增长。这些产品要求的精度级别也越来越高，极大地刺激了超精密加工技术的发展，特别是超精密运动平台。为实现高性能、高集成度以及高效率、低成本的生产，世界上各IC设备厂商加大研发投资，研制新一代高速高精的超精密定位运动平台。导轨作为超精密运动平台的核心部件，其性能好坏和超精密运动平台的好坏息息相关。因此，高性能导轨的设计和开发具有重要意义。

气浮导轨是采用空气作为支撑的一种形式，相比于传统导轨，工作过程中具有无接触磨损、无机械摩擦的优点，能够实现更高精度的定位运动，因此，目前气浮导轨被广泛应用于超精密运动系统中。但是随着精密运动平台对直线导轨性能需求的提升，气浮导轨存在的气隙调节滞后、控制困难、面对外界干扰，响应速度慢，难以保证导轨的高刚度与直线度，对机械加工精度要求高，且不能用于真空作业环境等问题越来越不可忽视，因此不能满足高性能导轨的需求。

磁悬浮导轨是精密定位工作台的新型结构，与传统的导轨相比，工作过程中具有无接触磨损、无机械摩擦、功耗低、成本低、寿命长、维修成本低等优点；与气浮导轨相比，具有响应速度快，控制精度高、抗干扰，可主动进行间隙调节，具有刚度大、直线度好，能够适用于真空工作环境、高洁净度环境等场合的优点。因此高性能、高刚度的磁悬浮导轨以期优越性逐渐被应用于高端装备领域。

公开号为CN110524500A、公开日为2019年12月03日、名称为“磁浮导轨运动平台”的发明专利申请，对运动平台的机械结构以及安装方式进行了阐述，通过引入重力补偿装置对其他自由度的导轨进行悬浮支撑，实现运动平台的多自由度调整。磁悬浮导轨是精密运动平台的核心组成部件，属于超精密传统部件，相比于磁浮运动平台，其应用场合更加多元化。

公开号为CN113059365A、公开日为2021年07月02日、名称为“一种侧挂式机床磁悬浮导轨”的发明专利申请，公开了磁悬浮导轨在侧挂式机床上的机械结构和安装方式，在保证机床运行精度的同时，解决了传统磁悬浮导轨纵向安装强度较差的问题。该发明专利申请中提及的磁悬浮导轨利用电磁铁之间的吸和力作为导轨的动力源，起驱动和导向作用，属于磁悬浮技术原理在特殊场景应用，不适合作为一种传动机构产品应用于高端装备技术领域。

公开号为CN111571242A、公开日为2020年08月25日、名称为“主动磁悬浮导轨平台及控制方法”的发明专利申请，借助磁悬浮技术，对导轨平台机械结构进行设计，实现磁浮导向和磁浮承载的目的。但依然存在以下不足：只在支撑方向布置传感器，滑箱两侧的悬浮间隙不可控，导轨的直线度无法得到保证；有限空间内承载电磁铁的支架强度难以保证，存在使用寿命短的问题；传感器以及线圈均安装在动子上，需要额外的线缆辅助机构，限制了间隙调整的精度，难以保证导轨刚度的鲁棒性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法，为解决现有高性能导轨不能自驱动、不能多自由度主动调节间隙且高刚度和直线度难以保证的问题，本发明的动磁钢式自驱动磁浮导轨装置，其导套(动子)无线缆，没有线缆拖曳，不需要额外的线缆辅助机构，能实现更高的间隙调整精度，提高磁浮导轨的刚度鲁棒性，能够满足超精密运动平台对导轨(导轴加导套)在结构、工作场合以及运动性能等方面的需求。