[发明专利]一种具有双层绕组粗精驱动的磁浮平面电机工作台

说明书

本发明公开了一种具有双层绕组粗精驱动的磁浮平面电机工作台，属于平面电机技术领域，其包括定子和动子，定子中垂向磁化永磁体和水平向磁化永磁体按照Halbach方式排列；动子位于定子上方气隙磁场的加强侧。动子采用不等高的双层线圈绕组，上层第一绕组高度小于下层第二绕组。每层绕组均能产生六个方向的驱动力，实现六自由度驱动。在变速运动阶段，通过下层第二绕组产生较大的驱动力实现高加速度、低精度运动控制；在匀速直线运动阶段，通过上层第一绕组产生精度较高、波动较小的驱动力来实现匀速运动。本发明能够降低运动过程中的出力波动，提高运动精度，工作台平稳性好、跟踪误差小、定位精度高。

技术领域

本发明属于平面电机技术领域，更具体地，涉及一种具有双层绕组粗精驱动的磁浮平面电机工作台。

背景技术

随着以集成电路、微机电系统、空间光学元件等为代表的纳米精度加工装备技术的发展，对运动平台的行程、加速度、定位精度都提出了更高的要求。光刻机作为IC制造过程中的关键设备，集成了光、电、磁、热等多种前沿技术，其中磁悬浮平面电机作为下一代光刻机的核心部件，可在长行程上实现精密运控控制。

在半导体制造领域，传统的超精密工作台通常使用宏微驱动的方式，传统的多自由度运动平台通常采用多种作动器，例如气浮、滚珠丝杠、直线电机、压电陶瓷和柔性铰链等叠加而成。在加工组装阶段，由于制造公差和装配误差的存在，不可避免的对运动特性造成影响，同时在工作阶段需要通气、存在摩擦阻尼的原因，使用范围受到了极大限制，并且通常存在结构复杂的缺点。例如在专利【一种二自由度高精度大行程气浮工件台，CN103592824B】中虽然实现大行程运动和高精度定位，但是其需要平整度较高大理石作为气浮导轨，直线电机来提供两个自由度的运动。而磁悬浮平面电机利用洛伦兹力即可实现六自由度运动控制目标，其结构简单，集成度较高，具有真空兼容性、摩擦力小、无需润滑和行程大的特点，成为重点研究的方向。

磁悬浮平面电机利用通电导体从磁场中产生的洛伦兹力提供驱动力和驱动力矩，因此为了实现高加速度、高速度的精密运动控制，对其驱动力的波动范围提出了较高的要求。例如专利【一种永磁同步磁悬浮平面电机，CN102097982B】对永磁阵列进行了优化设计，其永磁体有多种形状和不同的磁化方向，但在实际加工过程中异型永磁体的加工难度较大，对粘贴工艺提出了较高要求，不容易产生正弦特性好的磁场分布，且在运动过程中的出力波动大，导致平稳性差、跟踪误差大、定位精度低的问题。

因此，如何降低磁悬浮平面电机运动过程中的出力波动，提高运动控制精度，成为本领域的技术难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有双层绕组粗精驱动的磁浮平面电机工作台，其目的在于，通过动子中上下不等高双层绕组及定子中二维排列的永磁阵列设计，降低磁悬浮平面电机运动过程中的出力波动，提高运动精度，由此解决现有磁悬浮平面电机运动过程中出力波动大的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种具有双层绕组粗精驱动的磁浮平面电机工作台，所述工作台包括定子和动子，

所述定子包括基座，以及按照Halbach排列方式布置在所述基座的凹槽内的多个垂向磁化永磁体和多个水平向磁化永磁体；

所述动子位于所述定子产生的磁场的加强侧；所述动子包括第一绕组和叠放于所述第一绕组上面的第二绕组，所述第一绕组的高度小于所述第二绕组的高度；所述第一绕组和所述第二绕组均包含多个通电后能够产生两个方向驱动力的线圈，以使所述第一绕组和所述第二绕组各自具有六自由度驱动力和驱动力矩；所述动子的四周轮廓形状为正方形或近似正方形。该近似正方形意味着能够容纳动子的四周轮廓的最小长方形的长宽比的范围为[0.9,1.1]。

优选地，所述第一绕组和所述第二绕组的高度比的范围为[0.2,0.6]。