[发明专利]六自由度磁悬浮微动平台

说明书

技术领域

本发明属于电机领域，具体涉及一种六自由度磁悬浮微动平台。

背景技术

现代精密、超精密加工装备对高响应、高速度、高精度的多自由度工作台 有着迫切的需求，如机械加工、电子产品生产、机械装卸、制造自动化仪表设 备甚至机器人驱动等。通常这些装置由旋转式电动机产生动力驱动，再由皮带、 滚珠丝杆等机械装置，转换为直线运动。由于机械装置复杂，传动精度和速度 都受到限制，且需经常调校，造成成本高、可靠性差、体积较大。最初的多自 由度工作台是由两台直接驱动的直线电机来实现的，采用层叠式驱动结构，这 种结构增加了传动系统的复杂性，从本质上没有摆脱低维运动机构叠加形成高 维运动机构的模式。对于底层的直线电机，要承载上层直线电机及其相关机械 部件的总质量，从而严重影响了定位和控制精确度。而直接利用电磁能产生平 面运动的多自由度平面电机，具有出力密度高、低热耗、高速度、高精度和高 可靠性的特点，因省去了从旋转运动到直线运动再到平面运动的中间转换装 置，可把控制对象同电机做成一体化结构，具有反应快、灵敏度高、随动性好 及结构简单等优点。

图9所示为六自由度磁悬浮微动平台的一种构成方式，图10是所述微动 平台的内部结构示意图。该六自由度磁悬浮微动平台由八边形平板、固定基板、 四组水平非接触电磁驱动机构与四组磁悬浮垂直支撑机构构成。水平非接触电 磁驱动机构与磁悬浮垂直支撑机构均采用音圈电机结构，音圈电机的初级固 定，次级运动。八边形平板的其中呈90°对称分布的四条边与水平非接触电 磁驱动机构的动子相连；八边形平板的呈90°对称分布的另外四条边与磁悬 浮垂直支撑机构的动子相连。水平非接触电磁驱动机构的定子以及磁悬浮垂直 支撑机构的定子固定在固定基板上。通过控制水平配置音圈电机初级绕组电流 的大小与方向，可控制作用在动子上X方向、Y方向电磁力的大小与方向以 及绕Z轴偏转电磁转矩的大小与方向；同时，通过控制垂直配置音圈电机初 级绕组电流的大小与方向，即可控制作用在动子上Z方向电磁力的大小与方 向以及绕X轴、绕Y轴偏转电磁转矩的大小与方向，从而实现微动平台的6 自由度运动控制。

但是，该六自由度磁悬浮微动平台存在如下问题：垂直配置音圈电机需要 始终通电，以产生垂直方向的电磁力、抵消平台动子的自重。因此，线圈的发 热量高、损耗大。同时，音圈电机的结构相对复杂、推力密度低，平台的刚度 低、热变形大，系统的动态特性差、定位精度低。

发明内容

为了解决现有六自由度磁悬浮微动平台存在的线圈的发热量高、损耗大， 同时，音圈电机的结构相对复杂、推力密度低，平台的刚度低、热变形大，系 统的动态特性差、定位精度低等问题，本发明提出一种六自由度磁悬浮微动平 台。

一种六自由度磁悬浮微动平台，它包括平台底座、支撑平台4、m个磁悬 浮水平支撑机构和m个磁悬浮垂直支撑机构，m个磁悬浮水平支撑机构和m 个磁悬浮垂直支撑机构相间分布分别固定在平台底座顶面周边、并组成对称结 构的2m边形，支撑平台与每一个磁悬浮水平支撑机构的动子和m个磁悬浮垂 直支撑机构2的动子固定连接，所述磁悬浮垂直支撑机构与磁悬浮水平支撑机 构的结构相同，所述磁悬浮垂直支撑机构的动子的运动方向为垂直方向，所述 磁悬浮水平支撑机构的动子的运动方向为水平方向，m为自然数。

本发明通过控制水平非接触电磁驱动机构各个线圈电流的大小与方向，即 可控制作用在动子上X方向、Y方向电磁力的大小与方向以及绕Z轴旋转电 磁转矩的大小与方向；同时，通过控制磁悬浮垂直支撑机构控制线圈中电流的 大小与方向，即可控制作用在动子上Z方向电磁力的大小与方向以及绕X轴、 绕Y轴旋转电磁转矩的大小与方向，从而实现微动平台的6自由度运动控制。 本发明六自由度磁悬浮微动平台的损耗低、结构简单、控制容易、定位精度高。

附图说明