[发明专利]一种磁阻式二维扫描运动装置

说明书

本发明公开了一种磁阻式二维扫描运动装置。其包括第一运动框架和第二运动框架，两个运动框架均包括动子、定子、多个线圈和导向及负刚度补偿机构，其中定子包含多种导磁体，动子包含多个导磁体和若干磁钢，磁钢设在动子的两个导磁体之间，线圈绕在动子或定子的导磁体上，定子的导磁体分布在动子的导磁体两侧，同时定子和动子的导磁体之间存在气隙并形成闭合路径；工作时在磁钢形成的偏置磁场和线圈通入电流形成的变化磁场的共同作用下，两个运动框架分别产生沿相互垂直两个坐标正/负方向的运动。本发明的装置能够通过双向的磁阻力的控制以实现二维扫描运动，同时其采用导向及负刚度补偿机构，提高了装置的稳定性。

技术领域

本发明涉及纳米加工技术领域，尤其涉及一种磁阻式二维扫描运动装置。

背景技术

高精度的扫描运动装置是实现纳米级精度加工的关键部件，包括原子力显微镜、3D 打印、机床加工在内的诸多装备都需要扫描运动装置作为支撑。而加工精度的不断提高也对扫描运动装置提出了更高的要求，通常需要其在较小的体积下实现更高的精度。现如今，以音圈电机为代表的线性执行器部件已广泛应用于高精度的扫描运动中，但由于其出力密度小，难以做到更小的体积。

与音圈电机相比，磁阻电机具有更大的出力密度和推力常数，在同样的出力要求下可以做到更小的体积和更小的功耗，从而可以解决上述问题，并且可以更容易的集成到整机装备中。但是，传统的磁阻电机可以看作一种电磁铁，只能实现单个方向的出力(吸力)，而且具有很强的非线性和负刚度，控制难度较大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种磁阻式二维扫描运动装置；其采用差分式的混合磁阻电机实现双向的出力和相对更好的线性度以实现二维运动，采用柔性结构、磁弹簧、气弹簧等方式对其负刚度进行导向和负刚度补偿，提高装置的长时间运动稳定性。

本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种磁阻式二维扫描运动装置，其包括基座、第一运动框架和第二运动框架；所述第一运动框架包括第一动子、第一定子、多个第一线圈以及多个第一导向及负刚度补偿机构，第二运动框架包括第二动子、第二定子、多个第二线圈以及多个第二导向及负刚度补偿机构；所述第二定子固定在基座上，第二动子通过多个第二导向及负刚度补偿机构与第二定子和/或基座相连，第一定子固定在第二动子上，第一动子通过多个第一导向及负刚度补偿机构与第一定子和/或第二动子相连，工作时第一动子用于实现相对于基座的沿第一坐标、第二坐标正/负方向的二维扫描运动；其中：

所述第一定子包括多个第一导磁体，所述第一动子包括多个第二导磁体和若干第一磁钢，第一导磁体和多第二导磁体之间存在多个第一气隙，第一磁钢位于两个第二导磁体之间，第一磁钢形成第一偏置磁场，并在多个第一导磁体和多个第二导磁体中分别形成闭合的第一磁路和第二磁路，第一磁路和第二磁路绕向相反；第一线圈绕在第一导磁体和/或第二导磁体上，第一线圈的安装使得其通电后产生第一变化磁场，并在多个第一导磁体和多个第二导磁体中形成闭合的不被第一磁钢阻断的经过多个第一气隙的第三磁路，第三磁路与第一磁路或者第二磁路绕向相同；在第一偏置磁场和第一变化磁场的共同作用下，第一动子在多个第一气隙中受到沿第一坐标正/负方向的磁阻力，形成沿第一坐标正/负方向的合力，使得第一动子产生沿第一坐标正/负方向的位移；

所述第二定子包括多个第三导磁体，所述第二动子包括多个第四导磁体和若干第二磁钢，第三导磁体和第四导磁体间存在多个第二气隙，第二磁钢位于两个第四导磁体之间，第二磁钢形成第二偏置磁场，并在多个第三导磁体和多个第四导磁体中分别形成闭合的第四磁路和第五磁路，第四磁路和第五磁路绕向相反；第二线圈绕在第三导磁体和/或第四导磁体上，第二线圈的安装使得其通电后产生第二变化磁场，并在多个第三导磁体和多个第四导磁体中形成闭合的不被第二磁钢阻断的经过多个第二气隙的第六磁路，第六磁路与第四磁路或者第五磁路绕向相同；在第二偏置磁场和第二变化磁场的共同作用下，第二动子在多个第二气隙中受到沿第二坐标正/负方向的磁阻力，形成沿第二坐标正/负方向的合力，使得第二动子产生沿第二坐标正/负方向的位移。