[发明专利]一种低刚度的磁悬浮重力补偿器及微动台结构

说明书

本发明属于重力补偿结构相关技术领域，其公开了一种低刚度的磁悬浮重力补偿器，其包括动子结构及定子结构，动子结构包括外永磁阵列环、内永磁阵列环及动子支撑框架，外永磁阵列环及内永磁阵列环分别设置在动子支撑架的环形槽相对的两个侧壁上，内永磁阵列环的厚度大于外永磁阵列环的厚度；定子结构包括收容于环形槽内的线圈支架及嵌设在线圈支架上的定子永磁环，所述定子永磁环的高度大于厚度，定子永磁环与内永磁阵列环的间距小于定子永磁环与外永磁阵列环的间距。本发明还提供了具有上述的磁悬浮重力补偿器的微动台结构。本发明实现了动子结构在较宽运动范围内的近零刚度磁力悬浮，且结构简单，适用范围广。

技术领域

本发明属于重力补偿结构相关技术领域，更具体地，涉及一种低刚度的磁悬浮重力补偿器及微动台结构。

背景技术

在许多先进的工业设备中，需要实现运动部件的六自由度运动，并对其进行精密定位，例如光刻机中的掩膜台和工件台等，其中Z向执行机构多采用洛伦兹线圈或者电磁铁，二者分别利用洛伦兹力或者磁阻力控制运动部件的法向偏移和俯仰偏转。对于光刻机中的超精密定位工件台，如何使承载硅片的微动台部件在曝光过程中免受由基础框架振动引起的干扰至关重要，因此需要对微动台进行减振和隔振，这就要求Z向执行机构在定位运动的同时应具有很低的法向刚度。

以工作台分系统为例，如何使微动台在曝光过程中免受工作台系统和基础框架振动的干扰至关重要，需要采取行之有效的方案对微动台模块进行减振和隔振。磁悬浮重力补偿器正是在此背景下出现的新型Z向电磁执行机构，其利用永磁体时间的作用力对运动部件的质量进行补偿，同时利用洛伦兹线圈进行动态调整，通过被动隔振与主动减震相结合的方式，使运动部件形成一个独立的内部系统。

目前，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如专利CN104847825A公开了一种阵列式磁悬浮重力补偿器，所述阵列式磁悬浮重力补偿器包括两个定子结构及一个动子结构，两个所述动子结构分别从所述动子结构的上、下两侧对所述动子机构施加磁吸力及磁斥力，来实现所述动子结构的重力补偿；然而，所述阵列式磁浮重力补偿器的法向刚度较高。相应地，本领域存在着发展一种低刚度的磁悬浮重力补偿器的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种低刚度的磁悬浮重力补偿器及微动台结构，其基于磁悬浮重力补偿器的工作特点，针对磁悬浮重力补偿器的部件及部件联接关系进行了设计。所述低刚度的磁悬浮重力补偿器的内永磁阵列环的厚度大于所述外永磁阵列环的厚度，使得动子磁场径向分量在所述外永磁阵列环与所述内永磁阵列环之间的间隙中部具有沿轴向线性变化特性；通过控制所述定子磁环的壁厚可获得高次动子悬浮力-轴向位移特性曲线，使得动子结构在工作范围内可近零刚度磁力悬浮，实现动子重力补偿及位置调节。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种低刚度的磁悬浮重力补偿器，其包括动子结构及定子结构，所述动子结构包括外永磁阵列环、内永磁阵列环及动子支撑框架，所述动子支撑框架形成有环形槽，所述外永磁阵列环及所述内永磁阵列环分别设置在所述环形槽相对的两个侧壁上，其特征在于：

所述内永磁阵列环的厚度大于所述外永磁阵列环的厚度，且所述内永磁阵列环与所述外永磁阵列环之间形成有环形的间隙；

所述定子结构包括收容于所述环形槽内的线圈支架及嵌设在所述线圈支架上的定子永磁环，所述定子永磁环的高度大于厚度，所述定子永磁环位于所述间隙内，且所述定子永磁环与所述内永磁阵列环的间距小于所述定子永磁环与所述外永磁阵列环的间距。

进一步地，所述定子永磁环的厚度大于等于4毫米且小于等于4.5毫米。

进一步地，所述定子永磁环的厚度为4.2毫米。

进一步地，所述定子永磁环的最大高度为6毫米。

进一步地，所述外永磁阵列环及所述内永磁阵列环均是由三个充磁方向依次旋转90°的环形永磁体叠加构成。