[发明专利]磁悬浮式定位平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米级定位平台，尤其涉及采用磁悬浮式直线电机驱动的纳米定位平台，属于微纳米制造领域。 

背景技术

纳米技术的发展给人们的生产、生活和安全方面带来的变化将是无法估量的，它已经并将继续对信息技术、计算机技术、生物医学以及国防领域等方面产生巨大的影响。在国家数控机床发展战略中，对超精密装备给予了高度重视，要求集成电路光刻机具有22nm的曝光系统，运动平台的定位误差小于2-3nm，光学镜面精度为1-3nm，硅片表面粗糙度小于0.5A。这些技术的实现都需要大行程纳米精度定位平台。针对目前纳米定位采用压电陶瓷只能实现微小范围定位的问题，提出采用Halbach磁阵列构建夹层结构磁悬浮平台，实现大行程二维定位的方案。 

二维移动平台所采用的结构形式主要是柔性支撑式运动平台、气浮式运动平台、磁悬浮式运动平台和导轨加柔性支撑的二级驱动机构。最常见的是以压电陶瓷PZT作为驱动部件的柔性支撑机构微动平台，然而，要实现大范围(指毫米量级运动范围)纳米级精度的运动时，柔性支撑和压电陶瓷结合的机构难以满足要求，不能同时实现纳米级精度和大运动范围。而导轨加柔性支撑的二级驱动机构可以实现大行程定位，但由于是二级控制，要对控制进行级间切换，降低了定位速度，并且要实现二维运动，仍然无法避免两轴之间的机械结构误差和阿贝误差带来的影响。磁悬浮纳米定位机构方面的研究证明可以实现纳米级定位精度，但目前也没有同时具有大运动范围和纳米级定位精度的成熟成果。大行程的磁悬浮高精度定位平台主要采用直线电机作为水平驱动，结构上一般采用悬浮力和水平推力由同一部件提供的方式。 

另外，磁悬浮平台虽然具有非接触，无摩擦等优点，但整个系统的阻尼比很小，因此需要加入阻尼装置提高磁悬浮平台系统的阻尼比。阻尼装置可分为接触摩擦型和非接触无摩擦两种。典型的非接触无摩擦阻尼装置为涡流阻尼器，因其原理简单、无摩擦和高可靠性等优点而在不同领域得到广泛应用。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁悬浮式定位平台，不仅能拥有毫米级的移动范围，同时还能达到纳米级的定位及制造要求。 

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明利用上下两组定子绕组线圈与移动平台上下两表面内嵌的永磁阵列相互作用产生电磁力，将移动平台和与之通过柔性支撑连接构成夹层结构的工作平台，一起悬浮并产生共六个自由度的运动。同时，为了克服磁悬浮平台惯性大，振动强的不足，利用永磁体与铜片之间的涡流阻尼作用，设计了永磁涡流阻尼器，实现运动平台的平稳运动。 

本发明包括平台基座，两组上定子平台及绕组线圈，两组下定子平台及绕组线圈，移动平台，三个柔性支撑，测量平台，四组永磁阵列，一块铜片，四块永磁体，一个永磁涡流阻尼器基底。在移动平台的上表面沿Ｘ方向分别内嵌第一永磁阵列和第二永磁阵列，在移动平台的下表面沿Ｙ方向分别内嵌第三永磁阵列和第四永磁阵列，在第一、第二永磁阵列的上方有与之相互作用的上定子绕组线圈，并固定在上定子平台中，在第三、第四永磁阵列的下方有与之相互作用的下定子绕组线圈，并固定在下定子平台中。移动平台通过三个以平台为中心呈120度均匀分布的柔性支撑与上方的工作平台连接。移动平台的下方固定一块铜片，铜片的下方是四块均匀分布的固定在永磁涡流阻尼器底座上的四块永磁体，永磁涡流阻尼器底座内嵌在磁悬浮式纳米定位平台的基座内。 

附图说明

图1是磁悬浮式定位平台总体结构示意图（前视图）。 

图2是移动平台示意图（上视图）。 

图3是移动平台和工作平台通过柔性支撑连接的示意图（前视图）。 

图4是永磁涡流阻尼器的示意图（前视图）。 

图5是磁悬浮式定位平台总体结构示意图。 

具体实施方式

如图1所示，磁悬浮式定位平台包括平台基座1，两块下定子平台10，两组下定子绕组线圈13，两块上定子平台3，两组上定子绕组线圈4，移动平台2，工作平台5，三个柔性支撑6，两组上永磁阵列7，两组下永磁阵列11，铜片9，涡流阻尼器永磁体8，永磁涡流阻尼器底座12。移动平台2在两对上定子绕组线圈4和上永磁阵列7的作用，以及下定子绕组线圈13和下永磁阵列11的作用下可以产生六自由度的运动，工作平台5通过3个以平台圆心为中心呈120度均匀分布的柔性支撑6连接；为了实现整体结构的小型化，将系统的运动机构和测量机构分开，移动平台完成六自由度运动的功能，工作平台完成纳米级测量、装配及定位的功能，移动平台和工作平台通过柔性支撑构成了夹层结构的磁悬浮纳米定位平台。