[发明专利]一种非接触式永磁支承结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种支承结构，特别是一种非接触式永磁支承结构，主要应用于制造设备技术领域。

背景技术

在很多工业设备中，我们需要驱动工件或工件台进行多自由度运动，并对其进行精确定位，例如光刻机中的硅片台、掩模台等设备。为实现多自由度运动及其精确定位，需要使用支承结构。传统的支承结构可以通过多个支承结构叠加实现多自由度运动，但运动精度较低，如直线导轨、滚珠丝杠传动结构等。在很多超精密工作台中，气浮轴承被广泛使用以实现多自由度运动和运动精度，但不适于在真空环境中使用。采用永磁非接触式的支承结构具有结构简单、零部件表面无需精密加工、适用于真空环境中应用等优点。对于非接触式永磁支承结构，需要动子与定子之间沿轴线方向具有较小的刚度和较大的承载力。

Sven Antoin Johan Hol在专利《Lithographic apparatus，magnetic support for use therein，device manufacturing method，and device manufactured thereby》(US 6831285 B2 Dec.2004)提出了如图1所示的永磁预载重力补偿结构，该结构由固定部分和支承部分组成，固定部分包括一个沿轴向向上充磁的空心圆柱永磁体和一个沿轴向向下充磁的空心圆柱永磁体，支承部分由两个同轴放置并且沿半径背向圆心充磁的空心圆柱永磁体组成，固定部分与支承部分之间沿径向和切向的相互作用力很小，只存在沿轴线方向的相互作用力，同时固定部分和支承部分沿轴线方向在一定范围内发生相对位移时，沿轴线方向的相互作用力变化较小，因此固定部分和支承部分之间沿轴线方向具有较小的刚度和一定的承载力，是一种较为理想的非接触式永磁支承结构，该永磁预载重力补偿结构的磁力线分布如图2所示。为满足高精密工业设备更高的运动精度，还需要进一步降低固定部分与支承部分之间沿轴线方向的刚度；为满足设备更高的负载要求，还需要进一步提高承载能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种非接触式永磁支承结构，进一步提高承载能力，降低动子与定子之间沿轴线方向的刚度，以满足设备更高的运动精度和负载要求。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的第一种非接触式永磁支承结构，包括定子和动子，定子包括内支承部分和外支承部分，动子包括内环永磁体和外环永磁体，动子嵌套在定子内支承部分与定子外支承部分之间，所述内环永磁体与外环永磁体同轴放置，沿半径背向圆心方向充磁，其特征在于：所述的内支承部分由三个空心圆柱形永磁体同轴叠加而成，上面的空心圆柱形永磁体是顶面为S极的第一永磁体，中间的空心圆柱形永磁体是顶面为N极的第二永磁铁，下面的空心圆柱形永磁体是顶面为S极的第三永磁体，所述的外支承部分亦由三个空心圆柱形永磁体同轴叠加而成，上面的空心圆柱形永磁体是顶面为N极的第四永磁体，中间的空心圆柱形永磁体是顶面为S极的第五永磁体，下面的空心圆柱形永磁体是顶面为N极的第六永磁体。

本发明提供的第二种非接触式永磁支承结构，包括定子和动子，定子包括内支承部分和外支承部分，动子包括内环永磁体和外环永磁体，动子嵌套在定子内支承部分与定子外支承部分之间，所述内环永磁体与外环永磁体同轴放置，沿半径指向圆心方向充磁，其技术特征还在于：所述的内支承部分由三个空心圆柱形永磁体同轴叠加而成，上面的空心圆柱形永磁体是顶面为N极的第一永磁体，中间的空心圆柱形永磁体是顶面为S极的第二永磁体，下面的空心圆柱形永磁体是顶面为N极的第三永磁体，所述的外支承部分亦由三个空心圆柱形永磁体同轴叠加而成，上面的空心圆柱形永磁体是顶面为S极的第四永磁体，中间的空心圆柱形永磁体是顶面为N极的第五永磁体，下面的空心圆柱形永磁体是顶面为S极的第六永磁体。

本发明提供的第三种非接触式永磁支承结构，包括定子和动子，动子包括内支承部分和外支承部分，定子包括内环永磁体和外环永磁体，定子嵌套在动子内支承部分与动子外支承部分之间，所述内环永磁体与外环永磁体同轴放置，沿半径背向圆心方向充磁，其技术特征还在于：所述的内支承部分由三个空心圆柱形永磁体同轴叠加而成，上面的空心圆柱形永磁体是顶面为S极的第一永磁体，中间的空心圆柱形永磁体是顶面为N极的第二永磁体，下面的空心圆柱形永磁体是顶面为S极的第三永磁体，所述的外支承部分亦由三个空心圆柱形永磁体同轴叠加而成，上面的空心圆柱形永磁体是顶面为N极的第四永磁体，中间的空心圆柱形永磁体是顶面为S极的第五永磁体，下面的空心圆柱形永磁体是顶面为N极的第六永磁体。