一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法制造方法及图纸

一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法，属于高端装备技术领域。四个导套支撑框架组合构成方形套，四个导套支撑框架的中部分别封装有I型电磁铁，永磁体封装在位于上方的导套支撑框架内；导轴支撑框架为长方体框架，导轴支撑框架的四个侧面沿长度方向均封装有多个E形组件；封装于导轴支撑框架上下两侧面的多个E形组件对称设置，封装于导轴支撑框架左右两侧面的多个E形组件对称设置，封装于导轴支撑框架的四个侧面的多个E形组件与封装于四个导套支撑框架中部的I型电磁铁分别相对设置，线圈绕组封装在导轴支撑框架上侧并位于E型组件的一侧，线圈绕组与永磁体相对设置。本发明专利技术用于超精密系统中。发明专利技术用于超精密系统中。发明专利技术用于超精密系统中。

【技术实现步骤摘要】
一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法


[0001]本专利技术属于高端装备
，具体涉及一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着科学研究和工业的发展，对高精度半导体晶片、精密光学元件、精密模具、微零件和微结构的需求日益增长。这些产品要求的精度级别也越来越高，极大地刺激了超精密加工技术的发展，特别是超精密运动平台。为实现高性能、高集成度以及高效率、低成本的生产，世界上各IC设备厂商加大研发投资，研制新一代高速高精的超精密定位运动平台。导轨作为超精密运动平台的核心部件，其性能好坏和超精密运动平台的好坏息息相关。因此，高性能导轨的设计和开发具有重要意义。
[0003]气浮导轨是采用空气作为支撑的一种形式，相比于传统导轨，工作过程中具有无接触磨损、无机械摩擦的优点，能够实现更高精度的定位运动，因此，目前气浮导轨被广泛应用于超精密运动系统中。但是随着精密运动平台对直线导轨性能需求的提升，气浮导轨存在的气隙调节滞后、控制困难、面对外界干扰，响应速度慢，难以保证导轨的高刚度与直线度，对机械加工精度要求高，且不能用于真空作业环境等问题越来越不可忽视，因此不能满足高性能导轨的需求。
[0004]磁悬浮导轨是精密定位工作台的新型结构，与传统的导轨相比，工作过程中具有无接触磨损、无机械摩擦、功耗低、成本低、寿命长、维修成本低等优点；与气浮导轨相比，具有响应速度快，控制精度高、抗干扰，可主动进行间隙调节，具有刚度大、直线度好，能够适用于真空工作环境、高洁净度环境等场合的优点。因此高性能、高刚度的磁悬浮导轨以期优越性逐渐被应用于高端装备领域。
[0005]公开号为CN110524500A、公开日为2019年12月03日、名称为“磁浮导轨运动平台”的专利技术专利申请，对运动平台的机械结构以及安装方式进行了阐述，通过引入重力补偿装置对其他自由度的导轨进行悬浮支撑，实现运动平台的多自由度调整。磁悬浮导轨是精密运动平台的核心组成部件，属于超精密传统部件，相比于磁浮运动平台，其应用场合更加多元化。
[0006]公开号为CN113059365A、公开日为2021年07月02日、名称为“一种侧挂式机床磁悬浮导轨”的专利技术专利申请，公开了磁悬浮导轨在侧挂式机床上的机械结构和安装方式，在保证机床运行精度的同时，解决了传统磁悬浮导轨纵向安装强度较差的问题。该专利技术专利申请中提及的磁悬浮导轨利用电磁铁之间的吸和力作为导轨的动力源，起驱动和导向作用，属于磁悬浮技术原理在特殊场景应用，不适合作为一种传动机构产品应用于高端装备

[0007]公开号为CN111571242A、公开日为2020年08月25日、名称为“主动磁悬浮导轨平台及控制方法”的专利技术专利申请，借助磁悬浮技术，对导轨平台机械结构进行设计，实现磁浮导向和磁浮承载的目的。但依然存在以下不足：只在支撑方向布置传感器，滑箱两侧的悬浮
间隙不可控，导轨的直线度无法得到保证；有限空间内承载电磁铁的支架强度难以保证，存在使用寿命短的问题；传感器以及线圈均安装在动子上，需要额外的线缆辅助机构，限制了间隙调整的精度，难以保证导轨刚度的鲁棒性。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法，为解决现有高性能导轨不能自驱动、不能多自由度主动调节间隙且高刚度和直线度难以保证的问题，本专利技术的动磁钢式自驱动磁浮导轨装置，其导套(动子)无线缆，没有线缆拖曳，不需要额外的线缆辅助机构，能实现更高的间隙调整精度，提高磁浮导轨的刚度鲁棒性，能够满足超精密运动平台对导轨(导轴加导套)在结构、工作场合以及运动性能等方面的需求。
[0009]本专利技术的动磁钢式自驱动磁浮导轨装置为一种基于磁浮技术的超精密传动机构，在可以实现导轨自驱动的基础上，主动调节导轨间隙，在保证磁浮导轨(导轴加导套)具有高刚度和良好的直线度基础上，可以实现多自由度的微位移调节，能够满足目前超精密运动平台对高性能，多场景应用导轨的需求。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0011]本专利技术的一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置，包括导套和导轴；所述导套套设在导轴上；所述导套包括永磁体、四个导套支撑框架及四个I型电磁铁；所述导轴包括导轴支撑框架、线圈绕组及多个E形组件；每个所述E形组件均包括初级线圈、感应线圈、双极电磁铁、电涡流传感器及两个霍尔元件；
[0012]所述四个导套支撑框架组合构成方形套，四个导套支撑框架的中部分别封装有I型电磁铁，且四个I型电磁铁均沿导轴的长度方向设置，所述永磁体封装在位于上方的导套支撑框架内并位于I型电磁铁的一侧；
[0013]所述导轴支撑框架为长方体框架，导轴支撑框架的四个侧面沿长度方向均封装有多个E形组件；封装于导轴支撑框架上下两侧面的多个E形组件对称设置，封装于导轴支撑框架左右两侧面的多个E形组件对称设置，封装于导轴支撑框架的四个侧面的多个E形组件与封装于四个导套支撑框架中部的I型电磁铁分别相对设置，所述线圈绕组封装在导轴支撑框架上侧并位于E型组件的一侧，线圈绕组与永磁体相对设置；
[0014]所述两个霍尔元件分别安装于双极电磁铁两级极面的中心处，所述感应线圈缠绕在双极电磁铁的中间齿的四周侧面，所述初级线圈缠绕在感应线圈的四周侧面并与感应线圈同心，所述电涡流传感器固定在双极电磁铁的中间齿的中心处，用于测量悬浮间隙。
[0015]本专利技术的一种动磁钢式自驱动磁浮导轨的控制方法，所述控制方法是：
[0016]通过调节封装在导轴上下两侧的多个E型组件的初级线圈的电流大小，要求同一侧的多个E型组件的初级线圈电流大小应相同，能够实现导套Z自由度的调节；
[0017]调节封装在导轴左右两侧的多个E型组件的初级线圈的电流大小，要求同一侧的多个E型组件的初级线圈电流大小应相同，能够实现导套Y自由度的调节；
[0018]调节封装在导轴上下两侧的多个E型组件的初级线圈的电流大小，能够实现导套Ry自由度的调节；具体为：要求导套附近位于导轴上方的多个E型组件的初级线圈中的相邻两个初级线圈的电流大小不同，位于导轴下方的多个E型组件的初级线圈中的相邻两个初级线圈的电流大小不同，且位于上方的初级线圈的大电流数值与位于下方的初级线圈的大
电流数值相同，位于上方的初级线圈的小电流数值与位于下方的初级线圈的小电流数值相同，位于上方的大电流的初级线圈与位于下方的小电流的初级线圈正对设置，位于上方的小电流的初级线圈与位于下方的大电流的初级线圈正对设置；
[0019]调节封装在导轴左右两侧的多个E型组件的初级线圈的电流大小，能够实现导套Rz自由度的调节；具体为：要求导套附近位于导轴左侧的多个E型组件的初级线圈中的相邻两个初级线圈的电流大小不同，位于导轴右侧的多个E型组件的初级线圈中的相邻两个初级线圈的电流大小不同，且位于左侧的初级线圈的大电流数值与位于右侧的初级线圈的大电流数值相同，位于左侧的初级线圈的小电流数值与位于右侧的初级线圈的小电流数值相同，位于左侧的大电流的初本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置，包括导套(1)和导轴(2)；所述导套(1)套设在导轴(2)上；其特征在于：所述导套(1)包括永磁体(1
‑
5)、四个导套支撑框架及四个I型电磁铁(1
‑
6)；所述导轴(2)包括导轴支撑框架(2
‑
1)、线圈绕组(2
‑
3)及多个E形组件(2
‑
2)；每个所述E形组件(2
‑
2)均包括初级线圈(2
‑2‑
1)、感应线圈(2
‑2‑
2)、双极电磁铁(2
‑2‑
3)、电涡流传感器(2
‑2‑
4)及两个霍尔元件(2
‑2‑
5)；所述四个导套支撑框架组合构成方形套，四个导套支撑框架的中部分别封装有I型电磁铁(1
‑
6)，且四个I型电磁铁(1
‑
6)均沿导轴(2)的长度方向设置，所述永磁体(1
‑
5)封装在位于上方的导套支撑框架内并位于I型电磁铁(1
‑
6)的一侧；所述导轴支撑框架(2
‑
1)为长方体框架，导轴支撑框架(2
‑
1)的四个侧面沿长度方向均封装有多个E形组件(2
‑
2)；封装于导轴支撑框架(2
‑
1)上下两侧面的多个E形组件(2
‑
2)对称设置，封装于导轴支撑框架(2
‑
1)左右两侧面的多个E形组件(2
‑
2)对称设置，封装于导轴支撑框架(2
‑
1)的四个侧面的多个E形组件(2
‑
2)与封装于四个导套支撑框架中部的I型电磁铁(1
‑
6)分别相对设置，所述线圈绕组(2
‑
3)封装在导轴支撑框架(2
‑
1)上侧并位于E型组件(2
‑
2)的一侧，线圈绕组(2
‑
3)与永磁体(1
‑
5)相对设置；所述两个霍尔元件(2
‑2‑
5)分别安装于双极电磁铁(2
‑2‑
3)两级极面的中心处，所述感应线圈(2
‑2‑
2)缠绕在双极电磁铁(2
‑2‑
3)的中间齿的四周侧面，所述初级线圈(2
‑2‑
1)缠绕在感应线圈(2
‑2‑
2)的四周侧面并与感应线圈(2
‑2‑
2)同心，所述电涡流传感器(2
‑2‑
4)固定在双极电磁铁(2
‑2‑
3)的中间齿的中心处，用于测量悬浮间隙。2.根据权利要求1所述的一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置，其特征在于：所述四个导套支撑框架分别是第一导套支撑框架(1
‑
1)、第二导套支撑框架(1
‑
2)、第三导套支撑框架(1
‑
3)和第四导套支撑框架(1
‑
4)；所述第一导套支撑框架(1
‑
1)和第三导套支撑框架(1
‑
3)上下相对布置，所述第二导套支撑框架(1
‑
2)和第四导套支撑框架(1
‑
4)左右相对布置，所述永磁体(1
‑
5)封装在第一支撑框架(1
‑
1)上，并位于I型电磁铁(1
‑
6)的一侧。3.根据权利要求1所述的一种动磁钢式自驱动磁浮导轨装置，其特征在于：所述动磁钢式自驱动磁浮导轨装置还包括水冷板(3)；所述水冷板(3)封装在绕组线圈(2
‑
3)的正上方，实现对绕组线圈(2
‑
3)的冷却。4.一种利用权利要求1
‑
3中任一权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杨，缪骞，李理，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：