一种音圈电机，涉及一种超精密运动定位设备。本发明专利技术包括上下两个永磁体组件和设置在上下两个永磁体组件之间的一个或两个线圈组件，其技术特点是增加了音圈电机沿Y轴方向移动的自由度；当电机动子沿Y轴方向移动时，永磁体组件之间的有效线圈面积不变，电机动子沿Y轴方向洛仑兹合力为零且沿X轴方向的洛仑兹力大小不变。本发明专利技术不仅满足音圈电机动子在X方向微动的运动要求，同时电机动子能够沿Y轴方向做长行程移动，增加了电机的工作空间，解决了现有音圈电机结构中动子沿Y轴方向运动受限的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种超精密运动定位设备，尤其涉及一种音圈电机，属于半导体装备 领域。
技术介绍
具有纳米级运动定位精度的超精密微动台是半导体装备关键部件之一，如光刻机 中的硅片台、掩模台等。为实现执行单元的超精密定位要求，以磁浮约束为支撑方式的音圈 电机作为一种超精密微动台被广泛应用。由通电线圈在永磁阵列气隙磁场中产生的洛仑兹 力提供驱动力和悬浮支撑，通过控制线圈中电流大小来改变执行单元的推力，具有结构简 单、易于在真空环境中应用等优点。目前常用音圈电机结构如图1所示，包括第一线圈组件、第一永磁体组件、第二永 磁体组件。当线圈通电时，将产生洛仑兹力，电机动子在洛仑兹力作用下可沿X轴方向运 动。常用结构中第一线圈组件沿Y方向的长度L与各永磁体组件沿Y轴方向长度相等，当 各永磁体组件与第一线圈组件沿Y方向存在安装误差，或由于外力作用使电机动子沿Y轴 方向移动时，电机动子所受的Y方向洛仑兹力合力不为零，因此电机动子将受到沿Y方向力 而产生Y方向运动，影响了音圈电机的定位精度，同时第一线圈组件与各永磁体之间的有 效面积发生变化，因此电机动子所受的沿X轴方向洛仑兹力大小也将发生变化，与设计推 力不一致，影响了电机推力常数。因此目前音圈电机结构中动子沿Y轴方向的运动受到约 束，工作空间受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应用于半导体装备的音圈电机，不仅满足电机动子在X 方向微动的要求，同时解决目前音圈电机动子在Y方向运动受限的问题。本专利技术的第一种技术方案如下一种音圈电机，所述音圈电机包括上下两个永磁体组件和一个设置在上下两个永 磁体组件之间的线圈组件；每个永磁体组件包括两个主永磁体和铁轭，主永磁体充磁方向 沿Z轴方向且按常规阵列形式布置，各永磁体组件之间形成封闭磁场；封闭磁场垂直穿过 线圈组件有效表面，电流方向与磁场方向垂直，产生洛仑兹力驱动电机动子沿X方向移动， 其特征在于增加了音圈电机沿Y轴方向移动自由度，即当永磁体组件为动子时，线圈组件 中与Y轴平行部分的线圈沿Y轴方向的长度L2，大于等于永磁体组件沿Y轴方向长度L与 永磁体组件沿Y轴方向移动距离Ll之和；当线圈组件作为动子时，永磁体组件沿Y轴方向 的长度L，大于等于线圈组件中与Y轴平行部分的线圈沿Y轴方向的长度L2与线圈组件沿 Y轴方向移动距离L3之和。本专利技术的另一种技术方案如下一种音圈电机，所述音圈电机包括上下两个永磁 体组件和设置在上下两个永磁体组件之间的一个或两个线圈组件；每个永磁体组件包括主 永磁体、附永磁体和铁轭；主永磁体充磁方向沿Z轴方向，附永磁体充磁方向沿X轴方向，每个永磁体组件以Halbach阵列形式布置，各永磁体组件之间形成封闭磁场；封闭磁场垂直 穿过线圈组件有效表面，电流方向与磁场方向垂直，产生洛仑兹力驱动电机动子沿X方向 移动，其特征在于当永磁体组件为动子时，线圈组件中与Y轴平行部分的线圈沿Y轴方向 的长度L2，大于等于永磁体组件沿Y轴方向长度L与永磁体组件沿Y轴方向移动距离Ll之 和；当线圈组件作为动子时，永磁体组件沿Y轴方向的长度L，大于等于线圈组件中与Y轴 平行部分的线圈沿Y轴方向的长度L2与线圈组件沿Y轴方向移动距离L3之和。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果本专利技术音圈电机结构中，即使各永磁体组件与线圈组件之间存在沿Y方向的安装 误差，或由于外力作用而使电机动子沿Y轴移动，电机动子沿Y轴方向所受的洛仑兹力合力 始终为零，同时各永磁体组件之间磁场通过的有效线圈面积不变，因此电机动子所受的沿X 轴方向洛仑兹力大小不变，不仅满足音圈电机动子在X方向微动的运动要求，同时动子能 够沿Y轴方向做长行程移动，增加了电机Y方向运动自由度，增加了电机的工作空间，解决 了现有音圈电机结构中动子在Y轴方向运动受限的问题。附图说明图1为常用音圈电机结构轴测图。图2为常用音圈电机俯视图。图3为本专利技术音圈电机方案一结构轴测图。图4为方案一结构俯视图。图5为方案一结构沿A-A面剖视图。图6为本专利技术音圈电机方案二结构轴测图。图7为方案二结构俯视图。图8为方案二结构沿B-B面剖视图。图9为本专利技术音圈电机方案三结构轴测图。图10为方案三结构俯视图。图11为方案三结构沿C-C面剖视图。图12为方案四结构轴测图。图13为方案四结构俯视图。图14为方案五结构俯视图。图15为方案六结构轴测图。图16为方案六结构俯视图。图中100-第一永磁体组件；101-第一主永磁体；102-第二主永磁体；103-第一铁轭；103a_第一铁轭表面； 200-第二永磁体组件；201-第三主永磁体；202-第四主永磁体；203-第二铁轭；203a_第二铁轭表面； 300-第一线圈组件；300a-第一线圈组件部分线圈；300b第一线圈组件部分线圈；400-第三永磁体组 件；111-第一附永磁体；112-第二附永磁体；113-第三附永磁体；500-第四永磁体组 件；211-第四附永磁体；212-第五附永磁体；213-第六附永磁体；600-第二线圈组 件；600a-第二线圈组件有效线圈部分；600b_第二线圈组件有效线圈部分；700-第五 永磁体组件；104-第五主永磁体；800-第六永磁体组件；204-第六主永磁体；具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的原理、结构和工作过程来进一步说明本专利技术。图3为本专利技术提供的音圈电机方案一结构轴测图，图4为图3中方案一结构俯视 图，该结构包括第一永磁体组件100、第二永磁体组件200、第一线圈组件300。各永磁体组 件沿Y轴方向长度为L，电机动子为永磁体组件，且各永磁体组件沿Y轴方向运动的距离为 Li，第一线圈组件300中与Y轴平行的线圈部分沿Y轴长度为L2，本专利技术中增加了音圈电 机沿Y轴方向移动自由度，即满足第一线圈组件300中与Y轴平行部分的线圈沿Y轴方向 的长度L2，大于等于各永磁体组件沿Y轴方向长度L与永磁体组件沿Y轴方向移动距离Ll 之和，即使各永磁体组件与第一线圈组件300之间存在Y方向的安装误差，或由于外力作用 而使各永磁体组件沿Y轴移动，各永磁体组件受到的沿Y轴方向的洛仑兹力合力始终为零。 另一方面，各永磁体组件沿Y方向移动时，第一永磁体组件100、第二永磁体组件200中的有 效线圈面积不变，因此电机沿X方向的推力大小不变。图5为图3中结构的A-A截面剖视图。方案一结构包括第一永磁体组件100、第二 永磁体组件200和第一线圈组件300。第一线圈组件300位于第一永磁体组件100与第二 永磁体组件200平面骨架间，并留有间隙。如图5所示，第一永磁体组件100包括第一主永磁体101、第二主永磁体102、第一 铁轭103。第二永磁体组件200包括第三主永磁体201、第四主永磁体202、第二铁轭203。 第一主永磁体101与第二主永磁体102粘接固定于第一铁轭103的面103a上，且第一主永 磁体101与第二主永磁体102之间留有间隙。第三主永磁体201与第四主永磁体202粘接 固定于第二铁轭203的面203a上，且第三主永磁体201与第四主永磁体202之间留有间 隙。第二主永磁体102、第四主永磁体202的充磁方向沿Z轴正方向，第一主永磁体101、第 三主永磁体201的充磁方向沿Z轴负方向，第一主永磁体101的N极表面与本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种音圈电机，所述音圈电机包括上下两个永磁体组件和一个设置在上下两个永磁体组件之间的线圈组件；每个永磁体组件包括两个主永磁体和铁轭，主永磁体充磁方向沿Ｚ轴方向且按常规阵列形式布置，各永磁体组件之间形成封闭磁场；封闭磁场垂直穿过线圈组件有效表面，电流方向与磁场方向垂直，产生洛仑兹力驱动电机动子沿Ｘ方向移动，其特征在于：增加了音圈电机沿Ｙ轴方向移动自由度，即当永磁体组件为动子时，线圈组件中与Ｙ轴平行部分的线圈沿Ｙ轴方向的长度Ｌ２，大于等于永磁体组件沿Ｙ轴方向长度Ｌ与永磁体组件沿Ｙ轴方向移动距离Ｌ１之和；当线圈组件作为动子时，永磁体组件沿Ｙ轴方向的长度Ｌ，大于等于线圈组件中与Ｙ轴平行部分的线圈沿Ｙ轴方向的长度Ｌ２与线圈组件沿Ｙ轴方向移动距离Ｌ３之和。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张鸣，朱煜，汪劲松，李鑫，宋玉晶，刘羽，杨开明，尹文生，胡金春，徐登峰，穆海华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11
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