[发明专利]一种基于霍尔效应传感器和平面电机的位移装置

说明书

本发明公开一种基于霍尔效应传感器和平面电机的位移装置，至少包括一个平面电机定子、一个平面电机动子和一个霍尔效应传感器阵列，平面电机定子上的磁体阵列在与X方向和Y方向大致平行的第一平面上延伸，形成一个工作区，平面电机动子上的线圈阵列配置在与第一平面平行的第二平面上，线圈阵列与磁体阵列相互作用使平面电机动子在工作区范围内产生至少两个自由度的位移，磁体阵列由第一磁体块和第二磁体块交替成行成列配置，霍尔效应传感器阵列由多个霍尔效应传感器组成，安装在平面电机动子上，磁体阵列的磁体块在X方向的尺寸不小于霍尔效应传感器阵列的列间距的两倍，磁体阵列的磁体块在Y方向的尺寸不小于霍尔效应传感器阵列的行间距的两倍。

技术领域

本发明涉及精密运动系统领域，尤其涉及一种基于霍尔效应传感器和平面电机的位移装置。

背景技术

很多行业应用需要至少在两个彼此大致正交的方向上准确地定位对象。以半导体行业为例，集成电路制造需要在至少两个方向准确地定位对象(例如芯片或标线)，以进行光刻、检验、切割、封装等。传统技术分为多级，其中每一级只能引起单自由度运动，以产生多自由度组合运动。

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。

在本发明人的提交申请的专利文献1和2中描述的基于平面电机的位移装置，线圈阵列设置在动子上，磁体阵列设置在定子上。动子可以相对于定子做两个自由度(沿X方向平动和沿Y方向平动)的长距离运动和在另外四个自由度(沿Z平动和绕X、Y和Z方向转动)的短距离运动。如果要实现这六个自由度的运动，则需要一种实时的位移测量系统，以向闭环控制提供位移反馈信号。

专利文献1：PCT/EP2016/063454

专利文献2：CN201680039160.4

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种基于霍尔效应传感器和平面电机的位移装置，至少包括一个平面电机定子、一个平面电机动子和一个霍尔效应传感器阵列，所述平面电机定子上的磁体阵列在与X方向和Y方向大致平行的第一平面上延伸，形成一个工作区，所述平面电机动子上的线圈阵列配置在与所述第一平面平行的第二平面上，所述平面电机动子沿Z方向可移动地与所述平面电机定子邻接配置，所述线圈阵列与所述磁体阵列相互作用使所述平面电机动子在工作区范围内产生至少两个自由度的位移，其中，所述X方向和所述Y方向大致垂直，所述Z方向与所述第一平面大致垂直，所述磁体阵列由第一磁体块和第二磁体块交替成行成列配置，所述第一磁体块包括多个第一磁体，每个所述第一磁体沿X方向线性延伸，并在Y方向依次排列，所述第二磁体块包括多个第二磁体，每个所述第二磁体沿Y方向线性延伸，并在X方向依次排列，所述霍尔效应传感器阵列配置在所述工作区范围内，由多个霍尔效应传感器组成，安装在所述平面电机动子上，所述磁体阵列的磁体块在X方向的尺寸mx不小于霍尔效应传感器阵列的列间距sx 的两倍，所述磁体阵列的磁体块在Y方向的尺寸不小于霍尔效应传感器阵列的行间距sy的两倍。

本发明的基于霍尔效应传感器和平面电机的位移装置中，优选为，所述霍尔效应传感器阵列每行或每列的霍尔效应传感器数量相同。

本发明的基于霍尔效应传感器和平面电机的位移装置中，优选为，所述霍尔效应传感器阵列测量方向都相同。