[发明专利]直线电机、盘式旋转电机和电机平台

说明书

技术领域

本发明涉及直线电机、盘式旋转电机和电机平台。

背景技术

在用于激光切割晶圆、对晶圆划片、太阳能硅片减薄等的设备中常常对X-Y-Theta电机平台的高度尺寸有严格的限制，而且这类电机平台同时要求有很高的动态响应和工作精度，设计和实现这类平台是比较困难的。

特别地，X方向(第一方向)是整个平台驱动负载最大的方向，它不仅需要驱动平台工作负载，还要驱动Y方向(第二方向)和Theta方向(转动方向)的电机相关部分及各种结构件运动，需要很大的力。

如本领域技术人员所知，在单位体积的电机驱动效率上，铁芯直线电机和空芯圆柱直线电机优于空芯直线电机，但铁芯直线电机由于铁芯和固有齿槽力的影响难以达到很高的动态响应(setting time小于5ms)和极高的精度(比如定位精度小于0.1um)，而空芯圆柱直线电机在高度尺寸上能够进一步减小的空间有限。

图1A和1B分别是常规U型空芯直线电机的示意立体图和示意侧视图。

如图1A和1B所示，磁铁组件(定子)10内侧设置有U型槽，两组磁铁阵列15、16相面对地设置在U型槽的两侧，中间留有空间，以使得线圈组件(动子)20能够在其间运动。线圈组件20只能在一个方向上运动。

如图1B所示，磁铁阵列15、16中的每一个磁铁17、18都是单层磁铁。

图2A和2B分别示出了沿图1B中A-A线和B-B线的剖面图，其中示出了两组磁铁阵列15、16的相对表面处的极性布置。

如图2A和2B所示，磁铁阵列15的磁铁17表面处极性为(从左到右)N、S、N、……、S，磁铁阵列16的磁铁18表面处极性为(从左到右)S、N、S、……、N。每一个磁铁阵列中的磁铁表面处极性交替变化。两组磁铁阵列中相面对的磁铁的表面处极性相反。

通过降低磁铁阵列15、16中磁铁17、18的高度和线圈的高度，可以降低整个U型空芯直线电机的高度。然而，随着线圈高度的减小，驱动力也相应减小。

众所周知，通电导线在磁场中受到的力为：

当线圈和磁铁的高度降低时，线圈中切割磁力线的导线的有效长度L相应减小，在电流I保持不变，而磁场强度B变化不大的情况下，驱动力F相应减小。

同样地，Theta旋转电机的设计也存在高度与驱动力之间的矛盾。

普通旋转电机的高度难以进一步降低，而现有盘式旋转电机的驱动力又有所欠缺。

在盘式旋转电机中，为了进一步降低高度，就需要减小磁铁厚度，至少不能增大磁铁厚度。这样，磁场强度就不能增加，甚至还会减小。如上面的公式所示，要想增加驱动力同时降低高度，仍然存在一定难度。

因此，仍然需要设计一种既可以降低高度尺寸、又可以保证较大驱动力的直线电机、盘式旋转电机和电机平台。

发明内容

本发明的所要解决的一个技术问题是提供一种直线电机、盘式旋转电机以及电机平台，其既可以降低高度尺寸，又能够保证较大的驱动力。

根据本发明的一个方面，提供了一种直线电机，包括定子和动子，定子和动子中的一个上设置有线圈，另一个上设置有磁铁阵列，线圈与磁铁阵列相面对，磁铁阵列包括多个磁铁单元，每个磁铁单元包括在朝着线圈的方向上层叠在一起的两个或更多个磁铁。

优选地，定子具有U型槽，两组磁铁阵列分别设置在U型槽的两个侧壁上，U型槽的两个侧壁上位置相对的两个磁铁单元的极性相反，线圈设置在动子上，并且布置在U型槽中，并且线圈的两侧分别与U型槽的两个侧壁上的磁铁阵列相面对。

优选地，动子上设置有多组线圈，线圈是空芯线圈，直线电机是空芯直线电机。

根据本发明的另一个方面，提供了一种盘式旋转电机，其特征在于，包括：定子和转子定子具有第一环状盘，多个线圈沿圆周方向依次设置在第一环状盘上。转子具有第二环状盘，多个磁铁沿圆周方向依次设置在第二环状盘上。第一环状盘与第二环状盘相对设置，使得多个磁铁与多个线圈相面对。第一环状盘上的线圈的个数是第二环状盘上的磁铁个数的0.8至1.3倍。

优选地，第一环状盘上的线圈的个数是第二环状盘上的磁铁个数的1.2倍。

优选地，第一环状盘上设置有72个线圈，第二环状盘上设置有60个磁铁。