本发明专利技术公开了一种磁浮重力补偿装置，包括：内基磁钢，所述内基磁钢沿轴向延伸；第一端部磁钢和第二端部磁钢，第一端部磁钢和第二端部磁钢分别位于内基磁钢的两个轴向端并沿轴向延伸，且第一端部磁钢和第二端部磁钢的外径分别沿远离内基磁钢的两个轴向端方向逐渐增大；外磁环磁钢，外磁环磁钢呈筒状，与内基磁钢同轴地位于内基磁钢外且与内基磁钢径向间隔开。本发明专利技术实现了磁浮输出力沿行程呈线性的特性，且在零位点处输出力可抵消垂向结构重力。发明专利技术既能够补偿垂向运动机构的重力，又能以磁场线性化为基础实现恒刚度补偿，在行程范围内平衡了柔性机构的弹性变形反作用力，降低了垂向执行器的负荷，大大提高了微动台的垂向性能。
【技术实现步骤摘要】
磁浮重力补偿装置以及包括该装置的运动台
本专利技术涉及集成电路装备制造领域，更具体地涉及一种恒刚度磁浮重力补偿装置以及包括该装置的运动台。
技术介绍
在半导体硅片制造或者检测领域，要求工件台可以和硅片传输系统完成硅片的交接，同时需要承载着硅片完成硅片的精密定位，最终完成硅片的制造或者检测。所以对于应用制造或者检测的工件台装置中，微动台是其核心部件，可完成硅片在Z/Rx/Ry垂向三轴的精确定位。常规的垂向三轴微动台中，通常采用三个执行器进行三点布局，再通过柔性机构进行垂向导向和运动解耦，保证垂向性能。但随着对晶圆制造或者晶圆检测产率要求的不断提高，制造或检测精度的不断提升，工件台的运行速度、加速度和性能也随之提高，对微动台部件的运动精度，加速度及速度要求越来越高。为此业界提出了重力补偿技术，来提高微动台的性能。但对于带柔性机构的微动台，在小行程范围内，其柔性机构的弹簧刚度为恒定值，作用在垂向执行器上的反力是随着垂向位移线性增加或者减小的，常规的恒力重力补偿装置难以满足垂向台的高性能要求。为此，在美国专利US9172291B2中，提出一种采用磁浮装置和机械弹簧补偿垂向重力、音圈电机补偿柔性机构的反作用力，由于柔性机构的作用力随位移变化而变化，该装置的线圈匝数也随垂向位移变化而变化以补偿柔性机构的作用力。但该装置结构复杂、线圈的加工制造上存在一定难度，且机械弹簧与磁浮装置的耦合力也存在一定的非线性，不利于实现高控制精度。美国专利US2009066168A1所提出的磁浮音圈电机装置，通过磁浮重力补偿装置的磁阻力补偿垂向运动模块的重力，通过调节线圈输入电流的幅值与方向补偿柔性机构的作用力。但该磁浮音圈电机不仅磁路结构复杂，而且输出磁浮力的刚度接近于零，因而必须要通过控制算法实现控制精度。因此，现阶段需要一种结构简单，小行程范围内刚度恒定，且和柔性机构的刚度相反的重力补偿装置，即零位点处补偿装置可输出与垂向运动模块重力幅值相同、方向相反的作用力，且补偿装置的输出刚度保证恒定。业界常用的气浮重力补偿装置，可通过比例阀来实时调节压缩气体的压力可实现恒刚度的重力补偿，但气浮重力补偿装置结构非常复杂，且气动的控制存在滞后性，对提高垂向性能有影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构和控制简单，且控制不存在滞后性的恒刚度磁浮重力补偿装置，以解决上述现有技术中存在的问题。具体地，本专利技术提供了一种磁浮重力补偿装置，包括：内基磁钢，所述内基磁钢沿轴向延伸；第一端部磁钢和第二端部磁钢，所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢分别位于所述内基磁钢的两个轴向端并沿轴向延伸，且所述第一端部磁钢和第二端部磁钢的外径分别沿远离所述内基磁钢的所述两个轴向端方向逐渐增大；外磁环磁钢，所述外磁环磁钢呈筒状，与所述内基磁钢同轴地位于所述内基磁钢外且与所述内基磁钢径向间隔开。在一实施例中，所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢的充磁方向为从所述内基磁钢沿轴向向外，所述外磁环磁钢的充磁方向为径向向外。在一实施例中，所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢相对于所述内基磁钢的轴向平分面镜像对称。在一实施例中，所述内基磁钢、所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢中心轴线彼此重合且关于所述中心轴线旋转对称。在一实施例中，所述内基磁钢具有轴向通孔，所述两个端部磁钢具有轴向通孔。在一实施例中，所述内基磁钢呈圆筒状，所述第一端部磁钢由沿轴向彼此邻接的多段筒状磁钢组成，所述第二端部磁钢由沿轴向彼此邻接的多段筒状磁钢组成，所述多段筒状磁钢的内径相同，而各外径从远离所述内基磁钢的筒状磁钢朝向靠近所述内基磁钢的筒状磁钢依次减小。在一实施例中，所述第一端部磁钢的多段筒状磁钢中各相邻筒状磁钢的外径之差相等，且轴向长度相等；以及所述第二端部磁钢的多段筒状磁钢中各相邻筒状磁钢的外径之差相等，且轴向长度相等。在一实施例中，所述第一端部磁钢由沿轴向彼此邻接的三段筒状磁钢组成，所述第二端部磁钢由沿轴向彼此邻接的三段筒状磁钢组成。在一实施例中，所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢中最远离所述内基磁钢的筒状磁钢的外径为R5，轴向长度为L5，内基磁钢的外径为R2，外磁环磁钢的轴向长度为L1，其中R2/2≤R5≤R2，L1/4≤L5≤L1/2。在一实施例中，所述内基磁钢的所述轴向通孔的径向尺寸与所述第一端部磁钢和第二端部磁钢的轴向通孔的径向尺寸相同。在一实施例中，所述第一端部磁钢和第二端部磁钢的所述轴向通孔的径向尺寸自远离所述内基磁钢的端部朝向所述内基磁钢减小。在一实施例中，所述第一端部磁钢和第二端部磁钢的所述轴向通孔的内周面与径向方向的夹角β与所述第一端部磁钢和第二端部磁钢的外周面与径向方向的夹角α的关系为α≤β≤135°。在一实施例中，所述外磁环磁钢由沿周向彼此邻接的多个弧形板组成。在一实施例中，所述内基磁钢包括径缩段，所述径缩段位于内基磁钢的轴向中段且外径小于其余部分的外径。在一实施例中，所述外磁环磁钢的轴向长度为L1，端部磁钢的轴向长度为L2，内基磁钢的轴向长度为L3，所述端部磁钢和所述内基磁钢相对于所述外磁环磁钢沿轴向移动行程为S，机械行程与有效行程的差值为ΔS，则L3+2L2-L1=S+ΔS，其中ΔS/S的取值范围为[0.1,3.0]。在一实施例中，所述端部磁钢的底角为α为60°至88°。在一实施例中，所述端部磁钢的底角为α为75°。本专利技术还提供一种运动台，包括工件台和底座，所述工件台设置成能够相对于所述底座旋转和垂向移动，所述工件台下方设有上述磁浮重力补偿装置。本专利技术的磁浮重力补偿装置解决了现有技术气动恒刚度重力补偿装置结构复杂，控制复杂，控制存在滞后性等问题；解决了现有重力补偿装置刚度为零或非线性的问题。本专利技术实现了磁浮输出力沿行程呈线性的特性，且在零位点处输出力可抵消垂向结构重力。专利技术既能够补偿垂向运动机构的重力，又能以磁场线性化为基础实现恒刚度补偿，在行程范围内平衡了柔性机构的弹性变形反作用力，降低了垂向执行器的负荷，大大提高了微动台的垂向性能。附图说明图1是根据本专利技术第一实施例的磁浮重力补偿装置的结构示意图。图2是图1所示实施例的纵剖示意图。图3是图1所示实施例的磁钢充磁方向示意图。图4是图1所示实施例的磁钢尺寸示意图。图5是图1所示实施例的行程范围内输出力曲线。图6是根据本专利技术第二实施例的磁浮重力补偿装置的结构示意图。图7是根据本专利技术第三实施例的磁浮重力补偿装置的磁钢尺寸示意图（D2>D3）。图8是根据本专利技术第三实施例的磁浮重力补偿装置的磁钢尺寸示意图（D2<D3）。图9是根据本专利技术第三实施例的磁浮重力补偿装置的磁钢尺寸示意图（R3=R2）。图10是根据本专利技术第三实施例的磁浮重力补偿装置的磁钢尺寸示意图（R3>R2）。图11是根据本专利技术第四实施例的磁浮重力补偿装置的磁钢充磁方向示意图。图12是根据本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磁浮重力补偿装置，其特征在于，包括：/n内基磁钢，所述内基磁钢沿轴向延伸；/n第一端部磁钢和第二端部磁钢，所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢分别位于所述内基磁钢的两个轴向端并沿轴向延伸，且所述第一端部磁钢和第二端部磁钢的外径分别沿远离所述内基磁钢的所述两个轴向端方向逐渐增大；/n外磁环磁钢，所述外磁环磁钢呈筒状，与所述内基磁钢同轴地位于所述内基磁钢外且与所述内基磁钢径向间隔开。/n
【技术特征摘要】
1.一种磁浮重力补偿装置，其特征在于，包括：
内基磁钢，所述内基磁钢沿轴向延伸；
第一端部磁钢和第二端部磁钢，所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢分别位于所述内基磁钢的两个轴向端并沿轴向延伸，且所述第一端部磁钢和第二端部磁钢的外径分别沿远离所述内基磁钢的所述两个轴向端方向逐渐增大；
外磁环磁钢，所述外磁环磁钢呈筒状，与所述内基磁钢同轴地位于所述内基磁钢外且与所述内基磁钢径向间隔开。
2.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿装置，其特征在于，所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢的充磁方向为从所述内基磁钢沿轴向向外，所述外磁环磁钢的充磁方向为径向向外。
3.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿装置，其特征在于，所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢相对于所述内基磁钢的轴向平分面镜像对称。
4.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿装置，其特征在于，所述内基磁钢、所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢中心轴线彼此重合且关于所述中心轴线旋转对称。
5.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿装置，其特征在于，
所述内基磁钢具有轴向通孔，所述两个端部磁钢具有轴向通孔。
6.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿装置，其特征在于，
所述内基磁钢呈圆筒状，所述第一端部磁钢由沿轴向彼此邻接的多段筒状磁钢组成，所述第二端部磁钢由沿轴向彼此邻接的多段筒状磁钢组成，所述多段筒状磁钢的内径相同，而各外径从远离所述内基磁钢的筒状磁钢朝向靠近所述内基磁钢的筒状磁钢依次减小。
7.根据权利要求1或6所述的磁浮重力补偿装置，其特征在于，
所述第一端部磁钢的多段筒状磁钢中各相邻筒状磁钢的外径之差相等，且轴向长度相等；以及
所述第二端部磁钢的多段筒状磁钢中各相邻筒状磁钢的外径之差相等，且轴向长度相等。
8.根据权利要求6所述的磁浮重力补偿装置，其特征在于，所述第一端部磁钢由沿轴向彼此邻接的三段筒状磁钢组成，所述第二端部磁钢由沿轴向彼此邻接的三段筒状磁钢组成。
9.根据权利要求1或6所述的磁浮重...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡兵，江旭初，袁嘉欣，蒋赟，
申请(专利权)人：上海隐冠半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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