陣列式磁浮重力補償器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及精密儀器加工領域，尤其涉及一種陣列式磁浮重力補償器。
【背景技術】
[0002]高精度平臺在精密機械加工，集成電路IC及精密元器件制造領域是極其重要的組成部分。以IC制造的光刻設備為例，隨著大規(guī)模繼承電路器件集成度不斷提高，光刻加工的分辨率不斷提高，光刻系統(tǒng)對精密運動平臺各自由度方向控制精度要求的指標也在不斷提升。其系統(tǒng)也已發(fā)展成為內部世界和外部世界的結合體，其中工件臺、掩膜臺及其照明系統(tǒng)三個獨立的世界分別進行減振。而工件臺中的微動模塊，又需要對承片臺或承版臺進行有效的減振，以減少曝光過程中受到其他系統(tǒng)的干擾。重力補償器是應此需要發(fā)展的新型結構，通過主動或被動減振技術，對承片臺或承版臺調平調焦，使微動模塊形成一個獨立的內部世界。
[0003]正因如此，減振器的研究目標即實現(xiàn)高承載力、低剛度、低共振頻率、高衰減率，從而實現(xiàn)較低的振動傳遞率，使得外部擾動對內部世界的影響最小化。
[0004]請參考圖1和圖2，其為現(xiàn)有技術中常用的環(huán)式磁浮重力補償電機，其電機結構主要包括:定子磁鋼1、動子磁環(huán)2，由瓦型磁鋼拼接安裝在外殼上，可視負載要求增加磁環(huán)數(shù))，線圈3。主磁極磁場及線圈排布如圖中所示(圖中箭頭表示充磁方向，圓圈表示電流方向)，因此圖1和圖2中電機出力垂直向上,但無對動子及動子所承負載水平向剛度保證和補償功能。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是如何消除或減小一般磁浮重力補償器固有的水平向寄生拉力和水平向剛度。
[0006]為了解決這一問題，本發(fā)明提供了一種陣列式磁浮重力補償器，包括兩個定子結構和一個動子結構，兩個所述定子結構分別從所述動子結構的上、下兩側對所述動子結構施加磁斥力和磁吸力，實現(xiàn)所述動子結構的重力補償，且使得所述定子結構對所述動子結構所施加的水平向分力均抵消。
[0007]所述動子結構包括動子磁陣列，兩個所述定子結構分別為高位定子結構和低位定子結構，所述高位定子結構包括高位磁陣列，所述低位定子結構包括低位磁陣列，所述高位磁陣列從所述動子磁陣列的上側對所述動子磁陣列施加磁吸力，所述低位磁陣列從所述動子磁陣列的下側對所述動子磁陣列施加磁斥力，從而實現(xiàn)所述動子結構的重力補償。
[0008]所述高位定子結構包括高位定子框架，所述低位定子結構包括低位定子框架，所述動子結構包括動子框架，所述動子磁陣列設在所述動子框架上，所述高位磁陣列與低位磁陣列分別嵌于所述高位定子框架與低位定子框架上，所述動子磁陣列分別與所述高位磁陣列與低位磁陣列相對設置。
[0009]所述高位定子框架和低位定子框架均水平放置，且所述高位定子框架嵌套于所述低位定子框架上方內側，兩者嵌套形成一完整腔體，所述動子框架平行設于所述高位定子框架與低位定子框架之間。
[0010]所述動子磁陣列、高位磁陣列與低位磁陣列分別由多個對稱分布的磁鋼形成。
[0011]所述低位定子結構還包括垂向線圈陣列，所述垂向線圈陣列包括若干線圈。
[0012]所述線圈位于所述低位磁陣列的對應的所述磁鋼的上表面，所述線圈依據(jù)所述動子結構的垂向波動所要補償?shù)姆较騺磔敵鱿鄳碾娏鳎栽鰪娀驕p弱對應磁鋼的磁場強度。
[0013]所述磁鋼為圓柱體或長方體。
[0014]所述低位磁陣列、高位磁陣列和動子磁陣列中磁鋼的排布方式相同，且磁鋼的位置在垂向上相互對應。
[0015]所述低位磁陣列中的磁鋼與所述動子磁陣列中對應位置的磁鋼的磁極方向相反，所述高位磁陣列中的磁鋼與所述動子磁陣列中對應位置的磁鋼的磁極方向相同。
[0016]所述低位磁陣列、高位磁陣列和動子磁陣列中的磁鋼數(shù)量為2N，且N大于等于2。
[0017]在所述低位磁陣列、高位磁陣列和動子磁陣列中，相鄰的兩個磁鋼的磁極方向相反。
[0018]所述低位磁陣列、高位磁陣列和動子磁陣列中的磁鋼的數(shù)量均為4個、6個或8個。
[0019]在所述低位磁陣列和高位磁陣列中，相鄰的磁鋼間通過海爾貝克磁鋼連接，形成海爾貝克磁陣列。
[0020]所述海爾貝克(halbach)磁鋼的充磁方向均是沿其所連接的一個磁鋼指向另一個磁鋼,且同一磁陣列中的各海爾貝克(halbach)磁鋼的充磁方向均不相同。
[0021]本發(fā)明提出了一種新結構，首先利用兩個定子從上、下兩側對動子施加磁力，進而利用該磁力形成懸浮力，起到了補償重力的作用；其次，通過合理設置磁鋼陣列，消除或減小一般磁浮重力補償器固有的水平向寄生拉力和水平向剛度；再次，使得動子結構垂向受力恒定，垂向力輸出增加，從而減少垂向剛度；最后，本發(fā)明中的陣列式磁浮重力補償器磁鋼均為長方體，大大改善了安裝難度和精度情況。
【附圖說明】
[0022]圖1是現(xiàn)有技術中環(huán)式磁浮重力補償電機的結構示意圖；
[0023]圖2是現(xiàn)有技術中環(huán)式磁浮重力補償電機的剖面結構示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明實施例1提供的陣列式高輸出磁浮重力補償器的基本結構示意圖；
[0025]圖4是本發(fā)明實施例1中陣列式高輸出磁浮重力補償器的磁路示意圖；
[0026]圖5是不同磁鋼間距下水平位移與寄生拉力關系曲線；
[0027]圖6是本發(fā)明實施例1中高位磁陣列的布置示意圖；
[0028]圖7是本發(fā)明實施例1中動子磁陣列的布置示意圖；
[0029]圖8是本發(fā)明實施例1中低位磁陣列的布置示意圖；
[0030]圖9是本發(fā)明實施例1中陣列式高輸出磁浮重力補償器的立體結構示意圖；
[0031]圖10是本發(fā)明實施例2中高位磁陣列的布置示意圖；
[0032]圖11是本發(fā)明實施例2中動子磁陣列的布置示意圖；
[0033]圖12是本發(fā)明實施例2中低位磁陣列的布置示意圖；
[0034]圖13是本發(fā)明實施例2中陣列式高輸出磁浮重力補償器的立體結構示意圖；
[0035]圖14是本發(fā)明實施例3中高位磁陣列的布置示意圖；
[0036]圖15是本發(fā)明實施例3中動子磁陣列的布置示意圖；
[0037]圖16是本發(fā)明實施例3中低位磁陣列的布置示意圖；
[0038]圖17是本發(fā)明實施例3中陣列式高輸出磁浮重力補償器的立體結構示意圖；
[0039]圖18是本發(fā)明實施例4中動子磁陣列的布置示意圖；
[0040]圖19是本發(fā)明實施例5中動子磁陣列的布置示意圖；
[0041]圖中，1-定子磁鋼；2_動子磁環(huán)；3-線圈；
[0042]101-高位磁陣列;102-動子磁陣列；103-低位磁陣列；104-垂向線圈陣列；105-高位定子框架；106-動子框架；107-低位定子框架；108-海爾貝克(halbach)磁鋼；111、121、112、122、113、123、201、202-磁鋼。
【具體實施方式】
[0043]以下將結合圖3至圖19通過5個實施例對本發(fā)明提供的陣列式高輸出磁浮重力補償器進行詳細的描述，其均為本發(fā)明可選的實施例，可以認為本領域的技術人員在不改變本發(fā)明精神和內容的范圍內，能夠對其進行修改和潤色。
[0044]實施例1
[0045]請參考圖3和圖9，本實施例提供了一種陣列式高輸出磁浮重力補償器，包括兩個定子結構和一個動子結構，兩個所述定子結構分別從所述動子結構的上、下兩側對所述動子結構施加磁斥力和磁吸力，實現(xiàn)所述動子結構的重力補償，且使得所述定子結構對所述動子結構所施加的的水平向分力均抵消。所述動子結構包括動子磁陣列102，兩個所述定子結構分別為高位定子結構和低位定子結構，所述高位定子結構包括高位磁陣列101，所述低位定子結構包括低位磁陣列101，所述高位磁陣列101從所述動子磁陣列102的上側對所述動子磁陣列102施加磁吸力，所述低位磁陣列103從所述動子磁陣列102的下側對所述動子磁陣列102施加磁斥力，從而實現(xiàn)所述動子結構的重力補償。
[0046]本實施例一方面利用兩個定子從上、下兩側對動子施加磁力，進而利用該磁力形成懸浮力，起到了補償重力的作用，擺脫了現(xiàn)有技術中的環(huán)狀結構，從而克服了該環(huán)狀結構無法對動子及動子所承負載進行水平向剛度保證和補償?shù)娜毕?，另一方面，本實施例使得所述定子結構對所述動子結構所施加的的水平向分力相抵消，消除或減小了一般磁浮重力補償器固有的水平向寄生拉力和水平向剛度。
[0047]在本實施例中，請著重參考圖3，所述高位定子結構包括高位定子框架105，所述低位定子結構包括低位定子框架107，所述動子結構包括動子框架106，所述動子磁陣列102設在所述動子框架106上，所述高位磁陣列101與低位磁陣列103分別嵌于所述高位定子框架105與低位定子框架107上，所述動子磁陣列分別與所述高位磁陣列與低位磁陣列相對設置，具體來說，所述高位磁陣列101與低位磁陣列107正對所述動子磁陣列102的一側均暴露在空氣中，所述動子磁陣列102穿透所述動子框架106的殼體，上下兩側均暴露在空氣中，以實現(xiàn)動子磁陣列102與高位磁陣列101和低位磁陣列103之間的磁力作用。本實施例中，高位定子框架105與低位定子框架107均水平放置，優(yōu)選的，所述高位定子框架105和低位定子框架107均水平放置，且所述高位定子框架105嵌套于所述低位定子框架107上方內側，兩者嵌套形成一完整腔體，該定子框架由不導磁材料制成。所述動子框架106平行設于所述高位定子框架105與低位定子框架107之間。
[0048]所述動子磁陣列102、高位磁陣列101與低位磁陣列103分別由多個磁鋼按照一定規(guī)律對稱分布形成。磁鋼在必要時也可增加單邊磁密高的海爾貝克(halbach)磁陣列，提供更高的垂向力輸出。
[0049]請參考圖3和圖9