[发明专利]位移装置

说明书

本发明提供一种位移装置，具有：定子，其包括第一线圈和第二线圈；以及动子平台，其包括动子磁体阵列，该动子磁体阵列至少包括：第一磁体子阵列，其包括由第一磁体形成的、相互平行的多个第一磁体列；第二磁体子阵列，其包括由第二磁体形成的、相互平行的多个第二磁体列；和第三磁体子阵列，其包括由第三磁体形成的、相互平行的多个第三磁体列，第一磁体列、第二磁体列、第三磁体的磁化方向均与所述第二平面大致垂直。与所述第一线圈的某一匝线圈导线在所述第三方向上重叠的所述第二磁体子阵列或所述第三磁体子阵列中存在磁化方向相反的磁体，以使得所述动子平台与所述定子相互作用产生绕所述第二方向的力矩和绕所述第三方向的力矩。

技术领域

本发明涉及精密运动系统领域，尤其涉及一种位移装置。

背景技术

近年来，在光刻装置领域，在光刻机的工件台和掩模台中采用了一种被称作磁浮平面电机的能够多自由度驱动的位移装置，它基于洛伦兹力原理，将产生的电磁力直接施加到工件台上，从而能够提供多轴运动。这种磁浮平面电机一般包括磁体阵列和线圈绕组单元两大部分，该磁体阵列中的磁体阵列单元呈交替排列方式，非常便于拓展，有效解决了大行程设计上的技术瓶颈。另外，这种位移装置不但也可以实现六个自由度的运动，而且并可以节省中间传动环节，结构紧凑，整体刚度高，且具有可以直接驱动、无机械摩擦和无反冲等特点，利于实现更高的加速性能和定位精度，有利于提高运动台的运动效率，可以实现更高的定位精度与运动加速度。另外，通过磁浮技术，降低了对运动面型的约束，工作过程无接触磨损，非常适合微电子装备中需要大行程、真空、超洁净、超精密定位的需求。该位移装置可广泛用于光刻，晶圆切割，晶圆检测，芯片封装，精密机床等的精密运动系统，以实现目标物体(例如晶圆)在至少两个方向上的位移。

专利文献CN103891114A中描述的磁体移动平面电机，磁体动子可以相对于线圈定子做至少两个方向(X和Y)上的运动。定子的面积决定了电机的工作范围，增大电机工作范围则需要增加线圈数量。每个线圈都需要单独供电和单独控制，线圈数量增加会增加成本和控制难度。如果需要把定子在X轴方向的长度增大到之前的n倍，则第二线圈12数量需要增加到之前的n倍；如果在Y轴方向上的长度增大到之前的n倍，第一线圈11数量需要增大到之前的n倍。成本较高，且难于实现结构紧凑和小型化。

发明内容

本发明鉴于上述问题而提出，设计了一种创新的磁体移动平面电机，在Y轴方向仅需一组线圈。如果需要把定子在Y轴方向的长度增大到之前的n倍，线圈数量维持不变；如果需要把定子在X轴方向的长度增大到之前的n倍，则第二线圈12数量需要增加到之前的n倍。线圈数量比专利申请CN103891114A大幅减少，从而减少了成本和控制难度。

本发明公开一种位移装置，其具有：定子，其包括在第一平面内配置的沿着第一方向线性延伸的第一线圈和沿第二方向线性延伸的第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈在与所述第一方向和所述第二方向大致正交的第三方向上重叠；以及动子平台，其配置在与所述第一平面大致平行的第二平面内并包括动子磁体阵列，所述动子磁体阵列的磁场与所述第一线圈和所述第二线圈相互作用而产生相对位移，所述动子磁体阵列至少包括：第一磁体子阵列，其包括由第一磁体周期性地在第二平面内延伸配置而形成的、相互平行的多个第一磁体列，所述第一磁体的磁化方向均与所述第二平面大致垂直；第二磁体子阵列，其包括由第二磁体周期性地在第二平面内延伸配置而形成的、相互平行的多个第二磁体列，所述第二磁体的磁化方向均与所述第二平面大致垂直；和第三磁体子阵列，其包括由第三磁体周期性地在第二平面内延伸配置而形成的、相互平行的多个第三磁体列，所述第三磁体的磁化方向均与所述第二平面大致垂直，与所述第一线圈的某一匝线圈导线在所述第三方向上重叠的所述第二磁体子阵列或所述第三磁体子阵列中存在磁化方向相反的磁体，以使得所述动子平台与所述定子相互作用产生绕所述第二方向的力矩和绕所述第三方向的力矩。