[发明专利]一种六自由度磁浮微动台

说明书

技术领域

本发明属于超精密加工和半导体制造领域，具体涉及一种六自由度磁浮微动台。

背景技术

高精度、高响应的微动台是超精密加工和半导体制造装备的核心部件之一，在现代制造技术中具有极其重要的地位。在超精密加工机床中，超精密微动台用于对进给系统进行误差补偿，实现精密定位；在大规模集成电路制造中，超精密微动台用于光刻设备中进行微定位和微进给；此外，超精密微动台还被广泛应用于MEMS系统加工、封装及装配，光纤对接，以及原子力显微镜等领域中。

由于目前超精密加工设备的运动机构大多采用粗精叠层结构，微动台安装在粗动台动子之上，用于对粗动台进行精度补偿，微动台的定位精度决定了整体系统的运动精度，运动速度决定了设备的生产效率。因此，美欧率先开展了针对微动台部分的研究，并已应用于光刻机等领域。

现阶段纳米级微动台的研究，大体上可以分为三类：伺服电机通过滚珠丝杠传动/直线导轨支撑微动台；压电陶瓷驱动/柔性铰链支撑导向微动台；以及音圈电机或变磁阻电机驱动/气浮或磁浮支撑微动台。前两种微动台由于系统存在摩擦阻尼非线性等因素影响，定位精度和适用范围有限。而第三种微动台通常采用单自由度驱动单元，在实现多自由度运动定位时使得结构复杂，动子质量大；目前采用多自由度驱动单元的微动台，例如TAMU的Kim教授的Y型微动台和OSU的孟家祥教授的光盘微动台，都存在磁场利用率低，发热大等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种六自由度磁浮微动台，可用于超精密加工和半导体制造中补偿大行程运动机构的定位误差；由四组两自由度电磁力驱动单元驱动，具有结构简单、紧凑，易于安装调试，无机械摩擦，位移分辨率高等优点；而且其单位电流推力大，可减小线圈匝数和电感，加之微动台动子惯量小，可以获得较高的响应速度。

本发明的技术方案如下：一种六自由度磁浮微动台，其特征在于，它包括微动台动子基板和至少三个两自由度电磁力驱动单元，每组两自由度电磁力驱动单元包含1个粘接永磁体、1个水平环绕线圈和1个竖直向线圈，粘接永磁体固定在动子基板上，水平环绕线圈和竖直向线圈固定在定子基座上；所有水平环绕线圈综合实现微动台动子在水平面内X、Y、θ_z三个自由度的运动，所有竖直向线圈综合实现微动台动子的悬浮和Z、θ_x、θ_y三个自由度的运动；

所述两自由度电磁力驱动单元在微动台动子基板上布置形式为：在以微动台动子基板几何中心为圆心的一个圆上等角度间隔布置，并使粘接永磁体粘接面方向垂直或平行于微动台动子基板几何中心到粘接永磁体的连线或粘接永磁体粘接面方向与微动台动子基板几何中心到粘接永磁体的连线方向呈一个同向同大小的旋转角度。

本发明所述磁浮微动台的优点在于：整个微动台结构简单、紧凑，方便安装调试，不存在机械摩擦，具有较高位移分辨率；利用三块不同极化方向磁体的粘接，形成底部加强，两侧相反的磁感线分布，有效提高了线圈单位电流下的推力，为减小线圈匝数和电感带来可能；微动台动子质量轻，响应速度快，而且具有较高固有频率；线圈布置在底部定子上，有足够空间实现水冷散热。

附图说明

图1为本发明实例提供的一种六自由度磁浮微动台的三维结构图。

图2为本发明实例的磁浮微动台的爆炸视图。

图3为本发明实例的两自由度电磁力驱动单元结构剖视图。

图4为本发明实例的磁浮微动台实现X方向运动的原理图。

图5为本发明实例的磁浮微动台实现Y方向运动的原理图。

图6为本发明实例的磁浮微动台实现绕Z转动的原理图。

图7为本发明实例的磁浮微动台实现Z方向运动的原理图。

图8为本发明实例的磁浮微动台实现绕X转动的原理图。

图9为本发明实例的磁浮微动台实现绕Y转动的原理图。

图中：1－微动台动子基板；2－粘接永磁体；3－水平环绕线圈；4－竖直向线圈；5－微动台定子基座；6－+Z向磁化的永磁体；7－+X向磁化的永磁体；8－-Z向磁化的永磁体；9－Y向驱动水平环绕线圈；10－X向驱动水平环绕线圈；11－X向粘接永磁体；12－Y向粘接永磁体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是以动子基板为正方形为例予以说明的。