[发明专利]大载荷低功耗磁悬浮隔振平台

说明书

一种大载荷低功耗磁悬浮隔振平台，属于磁悬浮隔振技术领域。本发明针对现有磁悬浮隔振系统完全基于主动控制来抵消承载质量，造成系统结构庞大和复杂的问题。它的主动控制单元和重力补偿单元支撑在基座与载荷平台之间，重力补偿单元处于中心位置，主动控制单元为多个，均匀分散在重力补偿单元的外围；主动控制单元包括主动控制动子分部和主动控制定子分部；重力补偿单元包括重力补偿动子分部和重力补偿定子分部；重力补偿单元的磁浮弹簧动子与磁浮弹簧定子一一对应构成磁浮弹簧；主动控制动子分部与主动控制定子分部相对应构成双边动磁式结构的洛伦兹平面电机；多个洛伦兹平面电机相配合带动载荷平台实现六自由度运动。本发明实现了非接触隔振。

技术领域

本发明涉及一种大载荷低功耗磁悬浮隔振平台，属于磁悬浮隔振技术领域。

背景技术

随着半导体制造、超精密测量以及航天技术的不断发展和进步，隔振问题变得越来越重要。振动的来源复杂且随机性强，大部分振动干扰无法从源头消除，当控制精度接近极限水平时，系统的隔振性能将成为决定其最终性能的关键因素。

以集成电路产业的核心设备--光刻机为例，它所能实现的特征尺寸直接决定了集成电路的性能极限。一方面，随着最小线宽的逐渐递减，系统对精度指标的要求更为苛刻，投影物镜等关键单元对环境振动也越来越敏感。另一方面，光刻机对产片率的极致追求迫使工件台的加速度进一步提高，产生的内部干扰越来越大，消除其影响也越来越难。此外，极紫外光刻作为最具有发展潜力的下一代光刻技术，其采用的全反射式光学系统对光刻环境的高真空度又提出了非常高的要求。以上这些需求使得基于机械弹簧和空气弹簧的传统接触式隔振技术难以满足要求。

磁悬浮隔振是一种利用电磁力实现悬浮与隔振的先进隔振技术，具有非接触、无摩擦、无磨损等特点，大大减少了金属颗粒与微小物质的来源，有利于维持高真空光刻环境，非常适用于超精密定位与隔振领域。然而，完全基于主动控制的磁悬浮隔振系统并不能直接应用在大型制造装备与精密测量仪器中，主要原因是隔振系统需要承载的质量较大，一般从数百公斤到数千公斤。如果完全采用主动控制来抵消隔振系统的承载质量，将导致系统极为庞大和复杂。更严重的影响在于，持续的功率损耗将引起环境温度升高和机械结构变形等一系列问题，严重影响系统定位精度与隔振性能。

因此，如何实现兼顾大承载能力、低功率损耗以及真空兼容性等性能的磁悬浮隔振系统将成为高端制造装备与超精密测量系统所面临的重大课题。

发明内容

针对现有磁悬浮隔振系统完全基于主动控制来抵消承载质量，造成系统结构庞大和复杂，进而定位精度与隔振性能差的问题，本发明提供一种大载荷低功耗磁悬浮隔振平台。

本发明的一种大载荷低功耗磁悬浮隔振平台，包括主动控制单元、重力补偿单元、载荷平台及基座，

主动控制单元和重力补偿单元支撑在基座与载荷平台之间，重力补偿单元处于中心位置，主动控制单元为多个，均匀分散在重力补偿单元的外围；

所述主动控制单元包括主动控制动子分部和主动控制定子分部；

所述重力补偿单元包括重力补偿动子分部和重力补偿定子分部；

主动控制动子分部和重力补偿动子分部与载荷平台的下表面连接，主动控制定子分部与重力补偿定子分部与基座的上表面连接；

重力补偿动子分部包括至少一个磁浮弹簧动子，磁浮弹簧动子的固定端连接于载荷平台的下表面；重力补偿定子分部包括至少一个磁浮弹簧定子，磁浮弹簧定子的底端连接于基座的上表面；磁浮弹簧动子与磁浮弹簧定子一一对应构成磁浮弹簧；

每个主动控制动子分部包括双边轭板，每边轭板上设置永磁体；每个主动控制定子分部包括冷却板，冷却板上设置驱动线圈；主动控制动子分部与主动控制定子分部相对应构成双边动磁式结构的洛伦兹平面电机；每个洛伦兹平面电机用于产生水平和竖直两个方向的作用力，多个洛伦兹平面电机相配合带动载荷平台实现六自由度运动。