采用磁悬浮式直线电机驱动的二维平台及其工作方法技术

本发明专利技术公开了采用磁悬浮式直线电机驱动的二维平台及其工作方法。现有磁悬浮纳米二维定位平台都是驱动力和悬浮力单独提供，并依靠导轨实现形约束来导向。本发明专利技术包括底部基座、X方向第一磁悬浮直线电机、X方向第二磁悬浮直线电机、中间连接台、Y方向第一磁悬浮直线电机、Y方向第二磁悬浮直线电机和Y向运动组件。本发明专利技术在单个方向上的两个磁悬浮直线电机对称倾斜放置，永磁阵列和线圈的作用力包括水平驱动力和电磁斥力，单一方向上两个电磁斥力在水平方向的分力相互抵消，可以进行力约束从而进行导向；悬浮力等于两个电磁斥力在竖直方向上的力之和，且重力和悬浮力结合实现力约束从而进行导向，避免使用导轨，降低了加工精度要求。

Two dimensional platform driven by magnetic suspension linear motor and its working method

The invention discloses a two-dimensional platform driven by a magnetic suspension linear motor and a working method thereof. The existing two-dimensional magnetic levitation nano positioning platform is provided by the driving force and the suspension force separately, and is guided by the shape constraint of the guide rail. The invention includes a bottom base, a first maglev linear motor in X direction, a second maglev linear motor in X direction, an intermediate connecting platform, a first maglev linear motor in Y direction, a second maglev linear motor in Y direction and a Y-direction moving component. The two maglev linear motors of the invention are placed symmetrically and obliquely in a single direction. The force of the permanent magnet array and the coil includes the horizontal driving force and the electromagnetic repulsion force. The components of the two electromagnetic repulsion forces in a single direction cancel each other in the horizontal direction, and the force constraint can be carried out to guide; the suspension force is equal to the sum of the forces of the two electromagnetic repulsion forces in the vertical direction, and gravity and suspension The combination of force realizes force constraint to guide, avoids using guide rail, and reduces the requirement of machining accuracy.

【技术实现步骤摘要】
采用磁悬浮式直线电机驱动的二维平台及其工作方法
本专利技术属于纳米制造领域，涉及一种纳米级二维运动平台，尤其涉及采用磁悬浮式直线电机驱动的二维平台及其工作方法。
技术介绍
随着现代电子产业的快速发展，对精密加工行业的需求在逐步提升。高精度和高分辨率成为了这个领域中运动定位平台不可或缺的指标，它们在精密仪器生产和科学领域研究中占有重要的地位。精密运动平台的发展状况直接影响了精密切削加工、精密测量以及大规模集成电路制造等领域的生产水平。目前纳米定位采用压电陶瓷配合柔性铰链只能实现微小范围定位，同时结构设计存在一定问题，使得大行程和高精度的实现还存在技术难关；针对这种情况，有人提出采用Halbach永磁阵列作为直线电机的动子构建磁悬浮平台，实现大行程、高精度的二维定位方案。高精度二维定位平台所采用的结构形式主要是宏微二级驱动定位平台、气浮支撑定位平台、磁悬浮式定位平台。现在以宏微二级驱动定位平台最为常见，以压电陶瓷作为驱动配合柔性铰链机构构成微动平台，直线电机作为宏动驱动，这种方式在理论上可以达到很高的精度，但由于是二级控制，控制过程极为复杂，降低了定位精度。而现有磁悬浮纳米二维定位平台，都是电机提供水平驱动力，磁铁或电磁铁提供悬浮力，并依靠专门的磁悬浮导轨实现形约束来导向，这种结构形式复杂，对加工精度要求较高，若精度没达到要求或者使用过程中摩擦磨损，则纳米级定位精度无法保证。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种采用磁悬浮式直线电机驱动的二维平台及其工作方法，该平台采用的是悬浮力和驱动力由直线电机同时提供的方式，且采用重力和悬浮力结合实现力约束从而进行导向，避免使用导轨，也就避免了摩擦磨损导致定位精度下降的问题，同时降低了加工精度要求。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术采用磁悬浮式直线电机驱动的二维平台，包括底部基座、X方向第一磁悬浮直线电机、X方向第二磁悬浮直线电机、中间连接台、Y方向第一磁悬浮直线电机、Y方向第二磁悬浮直线电机、Y向运动组件、运动检测装置和悬浮检测装置。所述的底部基座包括第一固定侧板、X方向第一定子线圈固定板、X方向第二定子线圈固定板和第二固定侧板；第一固定侧板和第二固定侧板均竖直设置，X方向第一定子线圈固定板和X方向第二定子线圈固定板均倾斜设置，且关于竖直面对称；X方向第一定子线圈固定板的两端分别与第一固定侧板和第二固定侧板固定；X方向第二定子线圈固定板的两端分别与第一固定侧板和第二固定侧板固定。所述的X方向第一磁悬浮直线电机包括X方向第一磁轭板、X方向第一磁阵列和X方向第一定子线圈；所述的X方向第一定子线圈固定在X方向第一定子线圈固定板内侧开设的线圈安置槽内；X方向第一磁轭板和X方向第一磁阵列固定，且均设置在X方向第一定子线圈上方；所述的X方向第二磁悬浮直线电机包括X方向第二磁轭板、X方向第二磁阵列和X方向第二定子线圈；所述的X方向第二定子线圈固定在X方向第二定子线圈固定板内侧开设的线圈安置槽内；X方向第二磁轭板和X方向第二磁阵列固定，且均设置在X方向第二定子线圈上方；X方向第一定子线圈和X方向第二定子线圈的结构完全相同，X方向第一磁阵列和X方向第二磁阵列的结构完全相同，且X方向第一定子线圈和X方向第二定子线圈关于竖直面对称，X方向第一磁阵列和X方向第二磁阵列关于竖直面对称。所述的中间连接台呈中空且倒置的四棱台形状，与X方向平行的两个外侧面均开设有X方向槽口，与Y方向平行的两个内侧面均开设有线圈安置槽；X方向第一磁轭板和X方向第二磁轭板与两个X方向槽口分别通过螺栓连接；中间连接台的棱与底面的夹角和X方向第一定子线圈固定板的倾角相等。所述的Y方向第一磁悬浮直线电机包括Y方向第一磁轭板、Y方向第一磁阵列和Y方向第一定子线圈；Y方向第一定子线圈固定在中间连接台的一个线圈安置槽内；Y方向第一磁轭板和Y方向第一磁阵列固定，且均设置在Y方向第一定子线圈上方；所述的Y方向第二磁悬浮直线电机组包括Y方向第二磁轭板、Y方向第二磁阵列和Y方向第二定子线圈；Y方向第二定子线圈固定在中间连接台的另一个线圈安置槽内；Y方向第二磁轭板和Y方向第二磁阵列固定，且均设置在Y方向第二定子线圈上方；Y方向第一定子线圈和Y方向第二定子线圈的结构完全相同，Y方向第一磁阵列和Y方向第二磁阵列的结构完全相同，且Y方向第一定子线圈和Y方向第二定子线圈关于竖直面对称，Y方向第一磁阵列和Y方向第二磁阵列关于竖直面对称。所述的Y向运动组件包括Y方向第一磁阵列固定板、第三固定侧板、Y方向第二磁阵列固定板和第四固定侧板；所述的Y方向第一磁阵列固定板和Y方向第二磁阵列固定板均倾斜设置，且关于竖直面对称，Y方向第一磁阵列固定板的倾角和中间连接台的棱与底面的夹角相等；所述的第三固定侧板和第四固定侧板均竖直设置；Y方向第一磁阵列固定板的两端分别与第三固定侧板和第四固定侧板固定；Y方向第二磁阵列固定板的两端分别与第三固定侧板和第四固定侧板固定；Y方向第一磁阵列固定板和Y方向第一磁轭板通过螺栓连接，Y方向第二磁阵列固定板和Y方向第二磁轭板通过螺栓连接。所述的运动检测装置包括第一激光器固定件、第一激光干涉仪、第二激光器固定件和第二激光干涉仪；所述的第一激光干涉仪包括第一激光器、第一分光镜、第一固定反射镜、第一可动反射镜和第一接受器；所述的第二激光干涉仪包括第二激光器、第二分光镜、第二固定反射镜、第二可动反射镜和第二接受器；第一激光器固定件与第一固定侧板固定，并压紧固定第一激光器、第一分光镜、第一固定反射镜和第一接受器；第二激光器固定件与第一定子线圈固定板固定，并压紧固定第二激光器、第二分光镜、第二固定反射镜和第二接受器；顶层平台的两端与第三固定侧板和第四固定侧板的顶部分别固定；所述的第一可动反射镜和第二可动反射镜均固定在顶层平台上。所述的悬浮检测装置包括X方向第一悬浮检测条、X方向第二悬浮检测条、X方向微位移传感器、Y方向第一悬浮检测条、Y方向第二悬浮检测和Y方向微位移传感器；所述的X方向第一悬浮检测条和X方向第二悬浮检测条分别固定在第二定子线圈固定板和第一定子线圈固定板底部；两个X方向连接件分别固定在中间连接台与X方向平行的两个内侧面底部，每个X方向连接件压紧固定一个X方向微位移传感器；两个X方向微位移传感器分别位于X方向第一悬浮检测条和X方向第二悬浮检测条的正上方；Y方向第一悬浮检测条和Y方向第二悬浮检测固定在中间连接台与Y方向平行的两个内侧面底部；两个Y方向连接件分别固定在Y方向第一磁阵列固定板和Y方向第二磁阵列固定板底部，每个Y方向连接件压紧固定一个Y方向微位移传感器；两个Y方向微位移传感器分别位于Y方向第一悬浮检测条和Y方向第二悬浮检测的正上方。所述X方向第一定子线圈固定板和X方向第二定子线圈固定板的倾角均为45°。所述第一接受器、第二接受器、X方向微位移传感器和Y方向微位移传感器的检测信号均传给控制器，X方向第一定子线圈、X方向第二定子线圈、Y方向第一定子线圈和Y方向第二定子线圈的通电电流均由控制器控制。所述X方向第一磁阵列、X方向第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.采用磁悬浮式直线电机驱动的二维平台，包括底部基座、X方向第一磁悬浮直线电机、X方向第二磁悬浮直线电机、中间连接台、Y方向第一磁悬浮直线电机、Y方向第二磁悬浮直线电机、Y向运动组件、运动检测装置和悬浮检测装置，其特征在于：所述的底部基座包括第一固定侧板、X方向第一定子线圈固定板、X方向第二定子线圈固定板和第二固定侧板；第一固定侧板和第二固定侧板均竖直设置，X方向第一定子线圈固定板和X方向第二定子线圈固定板均倾斜设置，且关于竖直面对称；X方向第一定子线圈固定板的两端分别与第一固定侧板和第二固定侧板固定；X方向第二定子线圈固定板的两端分别与第一固定侧板和第二固定侧板固定；/n所述的X方向第一磁悬浮直线电机包括X方向第一磁轭板、X方向第一磁阵列和X方向第一定子线圈；所述的X方向第一定子线圈固定在X方向第一定子线圈固定板内侧开设的线圈安置槽内；X方向第一磁轭板和X方向第一磁阵列固定，且均设置在X方向第一定子线圈上方；所述的X方向第二磁悬浮直线电机包括X方向第二磁轭板、X方向第二磁阵列和X方向第二定子线圈；所述的X方向第二定子线圈固定在X方向第二定子线圈固定板内侧开设的线圈安置槽内；X方向第二磁轭板和X方向第二磁阵列固定，且均设置在X方向第二定子线圈上方；X方向第一定子线圈和X方向第二定子线圈的结构完全相同，X方向第一磁阵列和X方向第二磁阵列的结构完全相同，且X方向第一定子线圈和X方向第二定子线圈关于竖直面对称，X方向第一磁阵列和X方向第二磁阵列关于竖直面对称；/n所述的中间连接台呈中空且倒置的四棱台形状，与X方向平行的两个外侧面均开设有X方向槽口，与Y方向平行的两个内侧面均开设有线圈安置槽；X方向第一磁轭板和X方向第二磁轭板与两个X方向槽口分别通过螺栓连接；中间连接台的棱与底面的夹角和X方向第一定子线圈固定板的倾角相等；/n所述的Y方向第一磁悬浮直线电机包括Y方向第一磁轭板、Y方向第一磁阵列和Y方向第一定子线圈；Y方向第一定子线圈固定在中间连接台的一个线圈安置槽内；Y方向第一磁轭板和Y方向第一磁阵列固定，且均设置在Y方向第一定子线圈上方；所述的Y方向第二磁悬浮直线电机组包括Y方向第二磁轭板、Y方向第二磁阵列和Y方向第二定子线圈；Y方向第二定子线圈固定在中间连接台的另一个线圈安置槽内；Y方向第二磁轭板和Y方向第二磁阵列固定，且均设置在Y方向第二定子线圈上方；Y方向第一定子线圈和Y方向第二定子线圈的结构完全相同，Y方向第一磁阵列和Y方向第二磁阵列的结构完全相同，且Y方向第一定子线圈和Y方向第二定子线圈关于竖直面对称，Y方向第一磁阵列和Y方向第二磁阵列关于竖直面对称；/n所述的Y向运动组件包括Y方向第一磁阵列固定板、第三固定侧板、Y方向第二磁阵列固定板和第四固定侧板；所述的Y方向第一磁阵列固定板和Y方向第二磁阵列固定板均倾斜设置，且关于竖直面对称，Y方向第一磁阵列固定板的倾角和中间连接台的棱与底面的夹角相等；所述的第三固定侧板和第四固定侧板均竖直设置；Y方向第一磁阵列固定板的两端分别与第三固定侧板和第四固定侧板固定；Y方向第二磁阵列固定板的两端分别与第三固定侧板和第四固定侧板固定；Y方向第一磁阵列固定板和Y方向第一磁轭板通过螺栓连接，Y方向第二磁阵列固定板和Y方向第二磁轭板通过螺栓连接；/n所述的运动检测装置包括第一激光器固定件、第一激光干涉仪、第二激光器固定件和第二激光干涉仪；所述的第一激光干涉仪包括第一激光器、第一分光镜、第一固定反射镜、第一可动反射镜和第一接受器；所述的第二激光干涉仪包括第二激光器、第二分光镜、第二固定反射镜、第二可动反射镜和第二接受器；第一激光器固定件与第一固定侧板固定，并压紧固定第一激光器、第一分光镜、第一固定反射镜和第一接受器；第二激光器固定件与第一定子线圈固定板固定，并压紧固定第二激光器、第二分光镜、第二固定反射镜和第二接受器；顶层平台的两端与第三固定侧板和第四固定侧板的顶部分别固定；所述的第一可动反射镜和第二可动反射镜均固定在顶层平台上；/n所述的悬浮检测装置包括X方向第一悬浮检测条、X方向第二悬浮检测条、X方向微位移传感器、Y方向第一悬浮检测条、Y方向第二悬浮检测和Y方向微位移传感器；所述的X方向第一悬浮检测条和X方向第二悬浮检测条分别固定在第二定子线圈固定板和第一定子线圈固定板底部；两个X方向连接件分别固定在中间连接台与X方向平行的两个内侧面底部，每个X方向连接件压紧固定一个X方向微位移传感器；两个X方向微位移传感器分别位于X方向第一悬浮检测条和X方向第二悬浮检测条的正上方；Y方向第一悬浮检测条和Y方向第二悬浮检测固定在中间连接台与Y方向平行的两个内侧面底部；两个Y方向连接件分别固定在Y方向第一磁阵列固定板和Y方向第二磁阵列固定板底部，每个Y方向连接件压紧固定一个Y方向微位移传感器；两个Y方向微位移传感...

【技术特征摘要】
1.采用磁悬浮式直线电机驱动的二维平台，包括底部基座、X方向第一磁悬浮直线电机、X方向第二磁悬浮直线电机、中间连接台、Y方向第一磁悬浮直线电机、Y方向第二磁悬浮直线电机、Y向运动组件、运动检测装置和悬浮检测装置，其特征在于：所述的底部基座包括第一固定侧板、X方向第一定子线圈固定板、X方向第二定子线圈固定板和第二固定侧板；第一固定侧板和第二固定侧板均竖直设置，X方向第一定子线圈固定板和X方向第二定子线圈固定板均倾斜设置，且关于竖直面对称；X方向第一定子线圈固定板的两端分别与第一固定侧板和第二固定侧板固定；X方向第二定子线圈固定板的两端分别与第一固定侧板和第二固定侧板固定；
所述的X方向第一磁悬浮直线电机包括X方向第一磁轭板、X方向第一磁阵列和X方向第一定子线圈；所述的X方向第一定子线圈固定在X方向第一定子线圈固定板内侧开设的线圈安置槽内；X方向第一磁轭板和X方向第一磁阵列固定，且均设置在X方向第一定子线圈上方；所述的X方向第二磁悬浮直线电机包括X方向第二磁轭板、X方向第二磁阵列和X方向第二定子线圈；所述的X方向第二定子线圈固定在X方向第二定子线圈固定板内侧开设的线圈安置槽内；X方向第二磁轭板和X方向第二磁阵列固定，且均设置在X方向第二定子线圈上方；X方向第一定子线圈和X方向第二定子线圈的结构完全相同，X方向第一磁阵列和X方向第二磁阵列的结构完全相同，且X方向第一定子线圈和X方向第二定子线圈关于竖直面对称，X方向第一磁阵列和X方向第二磁阵列关于竖直面对称；
所述的中间连接台呈中空且倒置的四棱台形状，与X方向平行的两个外侧面均开设有X方向槽口，与Y方向平行的两个内侧面均开设有线圈安置槽；X方向第一磁轭板和X方向第二磁轭板与两个X方向槽口分别通过螺栓连接；中间连接台的棱与底面的夹角和X方向第一定子线圈固定板的倾角相等；
所述的Y方向第一磁悬浮直线电机包括Y方向第一磁轭板、Y方向第一磁阵列和Y方向第一定子线圈；Y方向第一定子线圈固定在中间连接台的一个线圈安置槽内；Y方向第一磁轭板和Y方向第一磁阵列固定，且均设置在Y方向第一定子线圈上方；所述的Y方向第二磁悬浮直线电机组包括Y方向第二磁轭板、Y方向第二磁阵列和Y方向第二定子线圈；Y方向第二定子线圈固定在中间连接台的另一个线圈安置槽内；Y方向第二磁轭板和Y方向第二磁阵列固定，且均设置在Y方向第二定子线圈上方；Y方向第一定子线圈和Y方向第二定子线圈的结构完全相同，Y方向第一磁阵列和Y方向第二磁阵列的结构完全相同，且Y方向第一定子线圈和Y方向第二定子线圈关于竖直面对称，Y方向第一磁阵列和Y方向第二磁阵列关于竖直面对称；
所述的Y向运动组件包括Y方向第一磁阵列固定板、第三固定侧板、Y方向第二磁阵列固定板和第四固定侧板；所述的Y方向第一磁阵列固定板和Y方向第二磁阵列固定板均倾斜设置，且关于竖直面对称，Y方向第一磁阵列固定板的倾角和中间连接台的棱与底面的夹角相等；所述的第三固定侧板和第四固定侧板均竖直设置；Y方向第一磁阵列固定板的两端分别与第三固定侧板和第四固定侧板固定；Y方向第二磁阵列固定板的两端分别与第三固定侧板和第四固定侧板固定；Y方向第一磁阵列固定板和Y方向第一磁轭板通过螺栓连接，Y方向第二磁阵列固定板和Y方向第二磁轭板通过螺栓连接；
所述的运动检测装置包括第一激光器固定件、第一激光干涉仪、第二激光器固定件和第二激光干涉仪；所述的第一激光干涉仪包括第一激光器、第一分光镜、第一固定反射镜、第一可动反射镜和第一接受器；所述的第二激光干涉仪包括第二激光器、第二分光镜、第二固定反射镜、第二可动反射镜和第二接受器；第一激光器固定件与第一固定侧板固定，并压紧固定第一激光器、第一分光镜、第一固定反射镜和第一接受器；第二激光器固定件与第一定子线圈固定板固定，并压紧固定第二激光器、第二分光镜、第二固定反射镜和第二接受器；顶层平台的两端与第三固定侧板和第四固定侧板的顶部分别固定；所述的第一可动反射镜和第二可动反射镜均固定在顶层平台上；
所述的悬浮检测装置包括X方向第一悬浮检测条、X方向第二悬浮检测条、X方向微位移传感器、Y方向第一悬浮检测条、Y方向第二悬浮检测和Y方向微位移传感器；所述的X方向第一悬浮检测条和X方向第二悬浮检测条分别固定在第二定子线圈固定板和第一定子线圈固定板底部；两个X方向连接件分别固定在中间连接台与X方向平行的两个内侧面底部，每个X方向连接件压紧固定一个X方向微位移传感器；两个X方向微位移传感器分别位于X方向第一悬浮检测条和X方向第二悬浮检测条的正上方；Y方向第一悬浮检测条和Y方向第二悬浮检测固定在中间连接台与Y方向平行的两个内侧面底部；两个Y方...

【专利技术属性】
技术研发人员：史治港，王文，王瑞金，徐振龙，周茂瑛，桑志谦，居冰峰，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33