[发明专利]局部磁场可调式微驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁驱动式微驱动器，具体涉及电磁悬浮式一种局部磁场可调式微驱动器。

背景技术

随着科学技术向微小、超精密领域的方向发展，机器人所要操作的对象也从宏观领域扩展到亚微米、纳米级的微观领域，因此能在微观尺寸下对微小物体进行加工、装配、测试等操作的多自由度微驱动系统已成为国内外研究的重要方向之一。

压电陶瓷驱动的微驱动器已成为国内外微操作机器人研究的主流，其次是静电驱动器和形状记忆合金。与电磁驱动方式相比，这些驱动器具有结构紧凑、运动分辨率高、便于微系统集成等优点。但同时它们的加速度较小，迟滞性强，灵活度不高，运动范围有限，一般限于微米量级以下，无法满足微驱动技术提出的大范围纳米级运动的要求。而电磁驱动式的微驱动系统不仅运动范围大，自由度高，而且消除了摩擦、磨损的影响，操作精度更高。

目前电磁精密驱动技术根据其操作方式可大致分为三类：

第一类直线电机驱动式，有工作范围广，驱动力大的优点，但存在着电磁力波动、边缘效应和累积误差的不良影响。

第二类宏/微双重驱动方式，该方式可获得较大的操作范围和较高的定位精度，但自由度受到了限制，且两级式的驱动方式较为复杂。

第三类采用线圈和永磁体间电磁力实现多自由度驱动的方式，该结构调节较为灵活，但中绕组和永磁体位置相对固定，在操作过程中易受到边缘效应等因素的影响，产生振动。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种局部磁场可调式微驱动器，能提高微驱动器动态响应速度、简化控制方法，减小累积误差，实现局部磁场微调和随动功能的微驱动器。 

本发明解决技术问题，所采用的技术方案是：

包括由二维永磁体阵列和背铁组成的定子以及在绝缘体上下表面铺设有沿X、Y轴方向交错排列的电枢的动子，定子和动子之间具有气隙；二维永磁体阵列为整体成矩形 “十”字型N、S主磁极呈交错分布的永磁体阵列，相邻的N主磁极或相邻的S主磁极间用非导磁块相隔；沿X、Y轴方向交错排列的电枢是由平行排列的X轴方向导线组和Y轴方向导线组构成。

所述的“十”字型N、S主磁极之间填充有充磁方向由S极指向N极的辅助磁极，辅助磁极的充磁方向与水平方向呈45°。

所述的相邻的N主磁极或相邻的S主磁极间的非导磁块长度和宽度相等，非导磁块为N、S主磁极长度和宽度的三分之一。

本发明具有的有益效果是：

1、定子和动子之间无接触，避免了摩擦力的存在，无铁芯导线式动子结构减小了动子质量，消除了电磁力波动的同时，减小了迟滞性和累积误差；

2、彼此独立的导线组结构使得局部磁场和电磁力调节更为灵活方便；通过对各导线组电流，可实现对悬浮力和水平推力的解耦控制。

3、通过对动子位置的检测，各导线的电流可根据动子姿态进行实时变化，具有随动性，并减小了边缘效应的影响；

4、永磁体阵列结构简单，背铁结构的加入提高了永磁体使用率。

本发明可利用于微型机器人，光刻机或微电子封装设备等需要精密驱动和操作的场合。

附图说明

图1是本发明实施例的微驱动器俯视图。

图2是本发明实施例的微驱动器左视图。

图3是本发明实施例的微驱动器永磁体阵列充磁方向的俯视图。

图中：1-1. X轴方向导线组，1-2. Y轴方向导线组，1-3. 绝缘层，2-1. 主磁极，2-2.辅助磁极，2-3. 背铁，2-4. 非导磁块。

具体实施方式

以下结合以永磁体阵列为五个极的微驱动器结构为例的附图和实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1和图2所示，本发明包括由二维永磁体阵列和背铁组成的定子以及在绝缘体上下表面铺设有沿X、Y轴方向交错排列的电枢的动子或沿Y、X轴方向交错排列的电枢的动子，定子和动子之间具有气隙，可通过洛伦兹力作用实现六个自由度的精密驱动；二维永磁体阵列整体成矩形，“十”字型N、S主磁极2-1呈交错分布，相邻的N主磁极或相邻的S主磁极间用非导磁块2-4相隔；沿X、Y轴方向交错排列的电枢是由平行排列的X轴方向导线组1-1和Y轴方向导线组1-2构成。