[发明专利]多磁足驱动式大范围磁浮平面工作台

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁浮工作台，特别是一种大范围移动磁浮XY工作台，主要应用于制造设备与机器人领域。

背景技术

XY工作台是一种用于实现制造设备及机器人中工件与刀具之间、基础件和末端件之间以及多个工件之间的平面相对运动的机电部件。传统的XY工作台由两套直线驱动单元垂直叠加而成，每套直线驱动单元由一台旋转电动机、一套直线运动转换机构和一套直线导轨组成，或者由一台直线电机和一套直线导轨组成。位于底层的直线驱动单元不仅承担末端承件台的驱动，而且还承载着顶层直线驱动单元的质量，于是造成了XY工作台在X方向和Y方向运动惯量的严重不均衡，从而影响了运动行程、响应速度、运动精度等性能指标的提高。在这种背景下，具有多个电磁力直接驱动特点的XY工作台则应运而生，它避开了传统XY工作台叠层驱动的思路，为XY工作台性能指标的进一步增强开辟了崭新的途径。

根据竖直、纵顷和横顷3个非运动自由度的约束方式和涉及的技术领域，可将直接驱动XY工作台划分为气浮XY工作台和磁浮XY工作台，它们分别采用气浮和磁浮方式实现对3个非运动自由度(偏摆、纵顷和横顷)的约束。相比于气浮方式，磁浮方式具有结构简单、基座表面无需精密加工、可实现非运动自由度的主动约束、易在真空环境中应用等优点。

目前有两类磁浮工作台：一类是使用了直线永磁阵列和直线线圈阵列的磁浮工作台。这种磁浮工作台由于受到电磁结构形式及运行原理的限制，其移动范围特别是相对移动范围往往偏小，譬如，Kim等提出的磁浮XY工作台中，移动台的边长为321mm×321mm，而沿X向和Y向的行程却只有50mm(见Kim 1997年完成的博士论文《High-precision planar magnetic levitation》(《高精度平面磁悬浮台》)和发表于杂志《IEEE Transaction on Industry application》(IEEE工业应用汇刊)1998年第34卷第6期的论文《Modeling and vector control of planarmagnetic levitator》(《平面磁浮台的建模与矢量控制》)，不到移动台边长的20％。如图1(a)所示，X电枢绕组C_X1和C_X2、Y向电枢绕组C_Y1和C_Y2分置于平面的四个区域并与基台相连，中心线1-1’和2-2’为所述四个区域的分界线，图中M_X1和M_X2为X相直线永磁阵列，M_Y1和M_Y2为Y相直线永磁阵列。图1(b)和图1(c)表示了移动台运动到Y方向最上边和最下边时的情形，此时，永磁阵列M_x1和M_x2的下边界和上边界分别与中心线2-2’重合，于是，移动台在Y方向上的运动行程小于或等于永磁阵列边界之间的距离d≈50mm，同样X方向行程也受到上述原理的限制，移动范围也不到移动台边长的20％。

另一类是使用了平面永磁阵列和平面线圈阵列的磁浮平面工作台，由于工作台的移动并未改变其电磁结构的本质，这类磁浮工作台一般具有较大的移动范围。根据这类磁浮工作台电磁结构的特点，可将其划分为无铁心式和有铁心式两种。对于无铁心式磁浮工作台，其磁路敞开在空气中，永磁阵列产生的励磁磁场弱，从而导致其推力和悬浮力(Lorentz力)较小。而对于有铁心式磁浮工作台，其空气隙较小，永磁阵列产生的励磁磁场强，从而使其峰值推力和峰值悬浮力大幅提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种多磁足驱动式大范围磁浮平面工作台，使其具有峰值推力大、制造工艺简单、移动范围大、电磁力脉动小的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述的磁浮平面工作台，包括基台和移动台，移动台悬浮设置在基台上方，两者之间存在气隙。

所述基台包含一个永磁阵列。所述永磁阵列布置于所述气隙下方。

所述移动台由平台和设置于平台底部的若干个磁足单元组成。

所述磁足单元包含一个线圈阵列和一个由铁磁材料制成的磁足铁心。

所述磁足铁心由铁心体和一系列铁心齿构成，所述一系列铁心齿固接于铁心体上。所述线圈阵列由若干线圈组成，所述线圈分别镶嵌于所述铁心齿上。

所述一系列铁心齿沿XY平面按照矩阵形式布置而成。

本发明所述的一系列铁心齿中，沿X方向任意相邻铁心齿和沿Y方向任意相邻铁心齿之间的中心距等于永磁阵列的极距的三分之一。