磁浮重力补偿装置以及包括该装置的运动台转让专利
申请号 : CN202011379009.X
文献号 : CN112201611B
文献日 : 2021-03-02
发明人 : 胡兵 , 江旭初 , 袁嘉欣 , 蒋赟
申请人 : 上海隐冠半导体技术有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种磁浮重力补偿装置,其特征在于,包括:
内基磁钢,所述内基磁钢沿轴向延伸;
第一端部磁钢和第二端部磁钢,所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢分别位于所述内基磁钢的两个轴向端并沿轴向延伸,且所述第一端部磁钢和第二端部磁钢的外径分别沿远离所述内基磁钢的所述两个轴向端方向逐渐增大;
外磁环磁钢,所述外磁环磁钢呈筒状,与所述内基磁钢同轴地位于所述内基磁钢外且与所述内基磁钢径向间隔开。
2.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢的充磁方向为从所述内基磁钢沿轴向向外,所述外磁环磁钢的充磁方向为径向向外。
3.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢相对于所述内基磁钢的轴向平分面镜像对称。
4.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述内基磁钢、所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢中心轴线彼此重合且关于所述中心轴线旋转对称。
5.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述内基磁钢具有轴向通孔,所述第一端部磁钢和第二端部磁钢具有轴向通孔。
6.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述内基磁钢呈圆筒状,所述第一端部磁钢由沿轴向彼此邻接的多段筒状磁钢组成,所述第二端部磁钢由沿轴向彼此邻接的多段筒状磁钢组成,所述多段筒状磁钢的内径相同,而各外径从远离所述内基磁钢的筒状磁钢朝向靠近所述内基磁钢的筒状磁钢依次减小。
7.根据权利要求1或6所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述第一端部磁钢的多段筒状磁钢中各相邻筒状磁钢的外径之差相等,且轴向长度相等;以及所述第二端部磁钢的多段筒状磁钢中各相邻筒状磁钢的外径之差相等,且轴向长度相等。
8.根据权利要求6所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述第一端部磁钢由沿轴向彼此邻接的三段筒状磁钢组成,所述第二端部磁钢由沿轴向彼此邻接的三段筒状磁钢组成。
9.根据权利要求1或6所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述第一端部磁钢和所述第二端部磁钢中最远离所述内基磁钢的筒状磁钢的外径为R5,轴向长度为L5,内基磁钢的外径为R2,外磁环磁钢的轴向长度为L1,其中R2/2≤R5≤R2,L1/4≤L5≤L1/2。
10.根据权利要求6所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述内基磁钢的轴向通孔的径向尺寸与所述第一端部磁钢和第二端部磁钢的轴向通孔的径向尺寸相同。
11.根据权利要求6所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述第一端部磁钢和第二端部磁钢的轴向通孔的径向尺寸自远离所述内基磁钢的端部朝向所述内基磁钢减小。
12.根据权利要求11所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述第一端部磁钢和第二端部磁钢的所述轴向通孔的内周面与径向方向的夹角β与所述第一端部磁钢和第二端部磁钢的外周面与径向方向的夹角α的关系为α≤β≤135°。
13.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述外磁环磁钢由沿周向彼此邻接的多个弧形板组成。
14.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述内基磁钢包括径缩段,所述径缩段位于内基磁钢的轴向中段且外径小于其余部分的外径。
15.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述外磁环磁钢的轴向长度为L1,端部磁钢的轴向长度为L2,内基磁钢的轴向长度为L3,所述端部磁钢和所述内基磁钢相对于所述外磁环磁钢沿轴向移动行程为S,则L3+2L2‑L1=S+ΔS,其中ΔS/S的取值范围为[0.1,3.0]。
16.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述端部磁钢的底角为α为
60°至88°。
17.根据权利要求16所述的磁浮重力补偿装置,其特征在于,所述端部磁钢的底角为α为75°。
18.一种运动台,其特征在于,包括工件台和底座,所述工件台设置成能够相对于所述底座旋转和垂向移动,所述工件台下方设有根据权利要求1‑16中任一项所述的磁浮重力补偿装置。
说明书 :
磁浮重力补偿装置以及包括该装置的运动台
技术领域
背景技术
用制造或者检测的工件台装置中,微动台是其核心部件,可完成硅片在Z/Rx/Ry垂向三轴的
精确定位。常规的垂向三轴微动台中,通常采用三个执行器进行三点布局,再通过柔性机构
进行垂向导向和运动解耦,保证垂向性能。但随着对晶圆制造或者晶圆检测产率要求的不
断提高,制造或检测精度的不断提升,工件台的运行速度、加速度和性能也随之提高,对微
动台部件的运动精度,加速度及速度要求越来越高。为此业界提出了重力补偿技术,来提高
微动台的性能。但对于带柔性机构的微动台,在小行程范围内,其柔性机构的弹簧刚度为恒
定值,作用在垂向执行器上的反力是随着垂向位移线性增加或者减小的,常规的恒力重力
补偿装置难以满足垂向台的高性能要求。
的线圈匝数也随垂向位移变化而变化以补偿柔性机构的作用力。但该装置结构复杂、线圈
的加工制造上存在一定难度,且机械弹簧与磁浮装置的耦合力也存在一定的非线性,不利
于实现高控制精度。
用力。但该磁浮音圈电机不仅磁路结构复杂,而且输出磁浮力的刚度接近于零,因而必须要
通过控制算法实现控制精度。
的作用力,且补偿装置的输出刚度保证恒定。业界常用的气浮重力补偿装置,可通过比例阀
来实时调节压缩气体的压力可实现恒刚度的重力补偿,但气浮重力补偿装置结构非常复
杂,且气动的控制存在滞后性,对提高垂向性能有影响。
发明内容
别沿远离所述内基磁钢的所述两个轴向端方向逐渐增大;
筒状磁钢的内径相同,而各外径从远离所述内基磁钢的筒状磁钢朝向靠近所述内基磁钢的
筒状磁钢依次减小。
中R2/2≤R5≤R2,L1/4≤L5≤L1/2。
为α≤β≤135°。
程为S,机械行程与有效行程的差值为ΔS,则L3+2L2‑L1=S+ΔS,其中ΔS/S的取值范围为
[0.1,3.0]。
补偿装置解决了现有技术气动恒刚度重力补偿装置结构复杂,控制复杂,控制存在滞后性
等问题;解决了现有重力补偿装置刚度为零或非线性的问题。本发明实现了磁浮输出力沿
行程呈线性的特性,且在零位点处输出力可抵消垂向结构重力。发明既能够补偿垂向运动
机构的重力,又能以磁场线性化为基础实现恒刚度补偿,在行程范围内平衡了柔性机构的
弹性变形反作用力,降低了垂向执行器的负荷,大大提高了微动台的垂向性能。
附图说明
具体实施方式
了说明本发明技术方案的实质精神。
的一个或多个细节的情况下来实践实施例。在其它情形下,与本申请相关联的熟知的装置、
结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。
实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外,特定特点、结构或特征
可在一个或多个实施例中以任何方式组合。
及提高垂向运动精度,通常设置例如磁浮重力补偿装置的重力补偿装置。为了实现工件台
相对于底座的倾斜,在工件台与底座之间可设置弹性连接件,随着工件台沿垂向方向的升
降,弹性连接件会产生弹力,该弹力随工件台的行程线性变化。本发明提供一种随行程线性
变化的磁浮重力补偿装置,以实现对工件台重力以及弹性连接件弹力的补偿。
一端部磁钢102a和第二端部磁钢102b分别位于内基磁钢103的两轴向端并沿轴向向下和向
上延伸。在所示实施例中,第一端部磁钢102a位于内基磁钢103的轴向下方,而第二端部磁
钢102b位于内基磁钢103的轴向上方。
磁钢102b各设有轴向通孔,其轴向通孔与内基磁钢103的轴向通孔具有相同的直径且彼此
连通。第一端部磁钢102a和第二端部磁钢102b的形状和尺寸彼此相同,且关于内基磁钢103
的中分径向面镜像对称。外磁环磁钢101呈圆筒状,且与内基磁钢103同轴地位于内基磁钢
103外,并与内基磁钢103径向间隔开。在所示实施例中,第一端部磁钢102a和第二端部磁钢
102b与内基磁钢103邻接,但应理解,其间也可设置一定的气隙,该气隙通常不大于1mm。
磁环磁钢101为重力补偿装置动子磁钢,而内基磁钢103以及第一端部磁钢102a和第二端部
磁钢102b为重力补偿装置定子磁钢。
明中该垂向作用力即可理解为装置的磁浮力,其中当外磁环磁钢101和内基磁钢103相对于
彼此轴向居中时即为装置零位点,由于装置在零位点时需补偿工件台的重力,因而其输出
磁浮力幅值需与工件台重力相等,弹性连接件弹力为零,此时磁浮重力补偿装置的输出磁
浮力方向垂向向上。由于在工件台与底座之间所设置的弹性连接件的输出力随工件台垂向
运动而线性变化,因而,只有当装置的输出磁浮力也随工件台垂向运动而线性变化、且两者
变化斜率相等时,磁浮重力补偿装置才能完全实现工件台重力和弹性连接件弹力的补偿作
用。以此为基础,装置中第一端部磁钢102a和第二端部磁钢102b的外径尺寸需从靠近内基
磁钢103的两端分别朝下和朝上逐渐增大,需要说明的是,当第一端部磁钢102a和第二端部
磁钢102b的外径尺寸变化梯度与弹性连接件输出弹力的变化梯度一致时,在垂向任意位
置,该装置输出磁浮力与弹性连接件的输出弹力幅值均相等。
向下,外磁环磁钢101的充磁方向为径向向外。同理,也可设置成外磁环磁钢101的充磁方向
为径向向内,而第一端部磁钢102a的充磁方向为沿轴向向上,第二端部磁钢102b和内基磁
钢103的充磁方向相同且均为沿轴向向下。
分块磁钢拼接而成,为了消除外磁环磁钢101产生的径向不平衡力,其分块数N设为偶数,例
如2块、4块、6块等。外磁环磁钢101由分块磁钢拼接而成便于磁钢进行充磁和加工。在外磁
环磁钢101采用多块磁钢拼接而成的情况下,磁钢的极弧系数a取值与磁浮重力补偿装置的
输出刚度正相关,磁钢的极弧系数a是磁钢的极弧长度与极距的比值,极弧系数a的取值较
佳地为[0.7,0.95]。
钢103的一端的外径也可等于或小于内基磁钢103的外径,且第一端部磁钢102a和第二端部
磁钢102b的该外径尺寸大小影响磁浮重力补偿装置在行程范围内输出磁浮力的斜率。
端部磁钢102a和第二端部磁钢102b邻接内基磁钢103一端的半径和内基磁钢103半径分别
用R2和R3表示,第一端部磁钢102a和第二端部磁钢102b远离内基磁钢103一端的半径用R21
表示,第一端部磁钢102a和第二端部磁钢102b以及内基磁钢103的轴向通孔的直径用D0表
示,第一端部磁钢102a和第二端部磁钢102b的底角用α表示。假设磁浮重力补偿装置的总行
程为S,机械行程与有效行程的差值为ΔS,则外磁环磁钢101、第一端部磁钢102a和第二端
部磁钢102b和内基磁钢103的轴向长度之间的关系为L3+2L2‑L1=S+ΔS,式中ΔS的取值主要
与补偿装置总行程S相关,通常ΔS/S的取值范围为[0.1,3.0]。第一端部磁钢102a和第二端
部磁钢102b邻接内基磁钢103一端的半径和内基磁钢103的半径之间的关系取决于零位点
处磁浮重力补偿装置所需补偿的重量大小,即工件台的重力。本实施例中,较佳地为R2>R3。
在第一端部磁钢102a和第二端部磁钢102b和内基磁钢103外径确定的情况下,其轴向通孔
直径D0大小与磁浮重力补偿装置刚度相关。本实施例中,考虑磁浮重力补偿装置的集成和
装配工艺的难易程度,第一端部磁钢102a和第二端部磁钢102b以及内基磁钢103轴向通孔
的尺寸相同。第一端部磁钢102a和第二端部磁钢102b底角α决定磁场线性度,进而影响了磁
浮重力补偿装置的刚度大小,在轴向通孔直径和有效气隙长度确定的前提下,第一端部磁
钢102a和第二端部磁钢102b底角α越大,磁浮重力补偿装置的刚度越大,底角α的取值范围
为[60°,88°],通常,底角α可表示为 ,本实施例中第一端部磁钢102a和第二端部
磁钢102b底角α较佳地选取为75°。
图中x为单向的极限位移、G为单个磁浮重力补偿装置需补偿的工件台重力,假设磁浮重力
补偿装置的设计刚度为k,则正向行程端点x处磁浮重力补偿装置的输出力幅值为G+F=G+
kx,由此可知磁浮重力补偿装置的输出力范围为[‑F+G,F+G]。从图中可以看出,该磁浮重力
补偿装置的输出力随行程线性变化,从而能够补偿工件台的重力以及弹性连接件产生的线
性变化的弹力。
和第二端部磁钢202b、以及外磁环磁钢201。其中内基磁钢203呈圆筒状,第一端部磁钢202a
和第二端部磁钢202b分别位于内基磁钢203的两轴向端并从内基磁钢203沿轴向向下和向
上延伸。在所示实施例中,第一端部磁钢202a位于内基磁钢203的轴向下方,而第二端部磁
钢202b位于内基磁钢203的轴向上方。第一端部磁钢202a和第二端部磁钢202b呈圆台形,且
外径尺寸均从邻近内基磁钢203的两轴向端朝向远离内基磁钢203的方向逐渐增大。第一端
部磁钢202a和第二端部磁钢202b各设有轴向通孔,其轴向通孔与内基磁钢203的轴向通孔
具有相同的直径且彼此连通。第一端部磁钢202a和第二端部磁钢202b的形状和尺寸彼此相
同,且关于内基磁钢203的轴向中分径向面镜像对称。外磁环磁钢201呈圆筒状,且与内基磁
钢203同轴地位于内基磁钢203外,并与内基磁钢203径向间隔开。磁浮重力补偿装置200与
磁浮重力补偿装置100的区别在于外磁环磁钢201由一块径向充磁磁钢构成。
钢302a和第二端部磁钢302b、以及外磁环磁钢301。其中内基磁钢303呈圆筒状,第一端部磁
钢302a和第二端部磁钢302b分别位于内基磁钢303的两轴向端并从内基磁钢303沿轴向向
下和向上延伸。在所示实施例中,第一端部磁钢302a位于内基磁钢303的轴向下方,而第二
端部磁钢302b位于内基磁钢303的轴向上方。第一端部磁钢302a和第二端部磁钢302b呈圆
台形,且外径尺寸均从邻近内基磁钢303的两轴向端朝向远离内基磁钢303的方向逐渐增
大。第一端部磁钢302a和第二端部磁钢302b各设有轴向通孔,其轴向通孔与内基磁钢303的
轴向通孔彼此连通。第一端部磁钢302a和第二端部磁钢302b的形状和尺寸彼此相同,且关
于内基磁钢303的轴向中分径向面镜像对称。外磁环磁钢301呈圆筒状,且与内基磁钢303同
轴地位于内基磁钢303外,并与内基磁钢303径向间隔开。
第二端部磁钢302b的轴向通孔直径可小于(图7)或大于(图8)内基磁钢303的轴向通孔直
径。应理解,第一端部磁钢302a和第二端部磁钢302b的轴向通孔与内基磁钢303的轴向通孔
直径关系与磁钢的安装方式相关,与磁浮重力补偿装置输出力的刚度与零位点补偿重力值
无关。磁浮重力补偿装置零位点所补偿重力值与内基磁钢303所提供的磁场强度相关,在外
磁环磁钢301相同情况下,内基磁钢303的磁场强度越大,零位点所补偿重力值越大。
402a和第二端部磁钢402b、以及外磁环磁钢401。其中内基磁钢403呈圆筒状,第一端部磁钢
402a和第二端部磁钢402b分别位于内基磁钢403的两轴向端并从内基磁钢403沿轴向向下
和向上延伸。在所示实施例中,第一端部磁钢402a位于内基磁钢403的轴向下方,而第二端
部磁钢402b位于内基磁钢403的轴向上方。第一端部磁钢402a和第二端部磁钢402b呈圆台
形,且外径尺寸沿从内基磁钢403的两轴向端朝向远离内基磁钢403的方向逐渐增大。第一
端部磁钢402a和第二端部磁钢402b各设有轴向通孔,其轴向通孔与内基磁钢403的轴向通
孔彼此连通。第一端部磁钢402a和第二端部磁钢402b的形状和尺寸彼此相同,且关于内基
磁钢403的轴向中分径向面镜像对称。外磁环磁钢401呈圆筒状,且与内基磁钢403同轴地位
于内基磁钢403外,并与内基磁钢403径向间隔开。
部磁钢402a和第二端部磁钢402b邻接内基磁钢403的一端的外径等于或小于内基磁钢403
的外径。
502a和第二端部磁钢502b、以及外磁环磁钢501。其中内基磁钢503呈圆筒状,第一端部磁钢
502a和第二端部磁钢502b分别位于内基磁钢503的两轴向端并从内基磁钢503沿轴向向下
和向上延伸。在所示实施例中,第一端部磁钢502a位于内基磁钢503的轴向下方,而第二端
部磁钢502b位于内基磁钢503的轴向上方。第一端部磁钢502a和第二端部磁钢502b呈圆台
形,且外径尺寸沿从邻近内基磁钢503的两轴向端朝向远离内基磁钢503的方向逐渐增大。
第一端部磁钢502a和第二端部磁钢502b各设有轴向通孔,其轴向通孔与内基磁钢503的轴
向通孔彼此连通。第一端部磁钢502a和第二端部磁钢502b的形状和尺寸彼此相同,且关于
内基磁钢503的轴向中分径向面镜像对称。外磁环磁钢501呈圆筒状,且与内基磁钢503同轴
地位于内基磁钢503外,并与内基磁钢503径向间隔开。
向外。但应理解,在磁浮重力补偿装置500中,也可设置成第一端部磁钢502a和第二端部磁
钢502b的充磁方向为从远离内基磁钢503的一端朝向内基磁钢503的方向,而内基磁钢503
和外磁环磁钢501的充磁方向相同且均为径向向内。在某些应用环境中,重力补偿装置在零
位点处不需要补偿工件台的重力,因此,磁浮重力补偿装置500可采用上述充磁方向。在该
情况下,还可替代地设置成内基磁钢504可由多块径向充磁的分块磁钢拼接而成(参见第七
实施例的磁浮重力补偿装置800)。
高磁导率材料优选为坡莫合金。
知,零位点处磁浮重力补偿装置的输出力幅值为零。假设磁浮重力补偿装置的设计刚度为
k,则正向行程端点处磁浮重力补偿装置的输出力幅值为F=kx,由此可得磁浮重力补偿装置
的输出力范围为[‑F,F]。
602a和第二端部磁钢602b、以及外磁环磁钢601。其中内基磁钢603呈圆筒状,第一端部磁钢
602a和第二端部磁钢602b分别位于内基磁钢603的两轴向端并从内基磁钢603沿轴向向下
和向上延伸。在所示实施例中,第一端部磁钢602a位于内基磁钢603的轴向下方,而第二端
部磁钢602b位于内基磁钢603的轴向上方。第一端部磁钢602a和第二端部磁钢602b呈圆台
形,且外径尺寸沿从内基磁钢603的两轴向端朝向远离内基磁钢603的方向逐渐增大。第一
端部磁钢602a和第二端部磁钢602b各设有轴向通孔,其轴向通孔与内基磁钢603的轴向通
孔彼此连通。第一端部磁钢602a和第二端部磁钢602b的形状和尺寸彼此相同,且关于内基
磁钢603的中分径向面镜像对称。外磁环磁钢601呈圆筒状,且与内基磁钢603同轴地位于内
基磁钢603外,并与内基磁钢603径向间隔开。
部磁钢602b的轴向通孔的直径沿从内基磁钢朝向远离内基磁钢的方向逐渐增大,即其轴向
通孔呈圆台形。与轴向通孔直径保持恒定相比,圆台形通孔的加工难度更大,但通过调整第
一端部磁钢602a和第二端部磁钢602b的圆台形通孔的底角β与第一和第二端部磁钢底角α
的大小关系,可一定程度地微调磁浮重力补偿装置的输出刚度k,其中圆台形通孔的底角β
与第一和第二端部磁钢底角α的关系可表示为:(1)60°≤α≤88°,(2)α≤β≤135°。本实施例中,α与β的取值优选为α=75°、β=82°。
702a和第二端部磁钢702b、以及外磁环磁钢701。第一端部磁钢702a和第二端部磁钢702b分
别位于内基磁钢703的两轴向端并从内基磁钢703沿轴向向下和向上延伸。在所示实施例
中,第一端部磁钢702a位于内基磁钢703的轴向下方,而第二端部磁钢702b位于内基磁钢
703的轴向上方。第一端部磁钢702a和第二端部磁钢702b呈圆台形,且外径尺寸沿从内基磁
钢703的两轴向端朝向远离内基磁钢的方向逐渐增大。第一端部磁钢702a和第二端部磁钢
702b的形状和尺寸彼此相同,且关于内基磁钢703的中分径向面镜像对称。外磁环磁钢701
呈圆筒状,且与内基磁钢703同轴地位于内基磁钢703外,并与内基磁钢703径向间隔开。
设置在一定程度上增加了磁钢装配难度,但第一端部磁钢702a和第二端部磁钢702b和内基
磁钢703的外径也相应程度地缩小,进而在磁浮重力补偿装置设计输出刚度k不变的前提
下,可一定程度上缩小磁浮重力补偿装置体积;或在磁浮重力补偿装置体积不变的前提下,
进一步提升磁浮重力补偿装置的设计输出刚度k。
钢组中磁钢的轴向分块数为Nt、轴向相邻磁钢的径向尺寸和轴向尺寸的差值需依照设计需
求通过仿真迭代得出。通常,阶梯状磁钢组中轴向磁钢的分块数Nt取值范围为Nt≥2、Nt∈Z,
轴向相邻磁钢的径向尺寸差值决定了磁浮重力补偿装置的输出刚度,轴向相邻磁钢的轴向
尺寸值及差值决定了补偿装置的输出位移大小。较佳地,阶梯状磁钢组轴向磁钢的分块数
Nt为3、轴向相邻磁钢的径向尺寸差值均为2.0mm。
和802b以及外磁环磁钢801。其中内基磁钢805呈圆筒状,第一端部磁钢804a、803a和802a以
及第二端部磁钢804b、803b和802b分别位于内基磁钢805的两轴向端并依次从内基磁钢805
沿轴向向下和向上延伸。在所示实施例中,第一端部磁钢804a、803a和802a位于内基磁钢
805的轴向下方,而第二端部磁钢804b、803b和802b位于内基磁钢805的轴向上方。各第一端
部磁钢804a、803a和802a和各第二端部磁钢804b、803b和802b呈圆筒形,且外径尺寸沿从内
基磁钢805的两端朝向远离内基磁钢805的方向依次增大。各第一端部磁钢804a、803a和
802a和各第二端部磁钢804b、803b和802b均设有轴向通孔,其轴向通孔与内基磁钢805的轴
向通孔直径相同且彼此连通。各第一端部磁钢804a、803a和802a和各第二端部磁钢804b、
803b和802b的形状和尺寸分别彼此相同,且关于内基磁钢805的轴向中分径向面镜像对称。
外磁环磁钢801呈圆筒状,且与内基磁钢805同轴地位于内基磁钢805外,并与内基磁钢805
径向间隔开。
其中各第一端部磁钢804a、803a和802a的充磁方向为轴向向上,而各第二端部磁钢804b、
803b和802b的充磁方向为轴向向下,而内基磁钢805的充磁方向为轴向向上,外磁环磁钢
801的充磁方向为径向向外。但应理解,也可设置成外磁环磁钢801的充磁方向径向向内,而
各第一端部磁钢804a、803a和802a的充磁方向为轴向向下,而各第二端部磁钢804b、803b和
802b的充磁方向为轴向向上,而内基磁钢805的充磁方向为轴向向下。还应理解,可设置成
外磁环磁钢801的充磁方向为轴向充磁,而内基磁钢805和各第一和第二端部磁钢的充磁方
向为径向充磁。
803a和802a和第二端部磁钢804b、803b和802b的轴向长度分别由L1、L5、L4、L3、L2表示,内基磁钢805和各第一和第二端部磁钢的轴向通孔相同且用D0表示,内基磁钢805和圆环磁钢
802~804的半径分别用R5和R4、R3、R2表示。为了便于磁钢的装配,本实施例中轴向通孔的直
径及各磁钢的尺寸关系为L2+L4=2L3,R2+R4=2R3,L2+L3+L4≥L1。在上述较佳实施例中,阶梯状磁钢组轴向磁钢的分块数Nt为3、轴向相邻磁钢的径向尺寸差值均为2.0mm。根据实施例中
磁钢组轴向磁钢分块数Nt,可推导出各端部磁钢尺寸关系的设计准则,参考实施例1中端部
磁钢底角α的取值,有
于无限大且各Li彼此相等时,端部磁钢底角的取值与实施例1一致。
的轴向通孔的直径D0也可彼此不同、或者其中的一个或多个设置成无轴向通孔。
的重量增大或减小,为保证补偿装置的输出刚度不变,则只需调整R5和L5。
一端部磁钢902a和第二端部磁钢902b分别位于内基磁钢903的两轴向端并从内基磁钢903
沿轴向向下和向上延伸。在所示实施例中,第一端部磁钢902a位于内基磁钢903的轴向下
方,而第二端部磁钢902b位于内基磁钢903的轴向上方。第一端部磁钢902a和第二端部磁钢
902b呈圆台形,且外径尺寸沿从内基磁钢903的两轴向端朝向远离内基磁钢903的方向逐渐
增大。第一端部磁钢902a和第二端部磁钢902b的形状和尺寸彼此相同,且关于内基磁钢903
的轴向中分径向面镜像对称。外磁环磁钢901呈圆筒状,且与内基磁钢903同轴地位于内基
磁钢903外,并与内基磁钢903径向间隔开。应理解,第一端部磁钢902a和第二端部磁钢902b
也可由一组圆筒状磁钢轴向依次邻接而组成。
径小于第一轴向段903a和第二轴向段903b的直径。其中第一端部磁钢902a和第一轴向段
903a的充磁方向均沿轴向向下,而径缩段904、第二端部磁钢902b与第二轴向段903b的充磁
方向均沿轴向向上。该磁浮重力补偿装置900在零位点附近的刚度稍大,而两侧端点处刚度
不变,可应用在零位点附近阻尼力较大的工况。
部磁钢902b邻接内基磁钢903一端的外径、内基磁钢903的第一轴向段903a和第二轴向段
903b的外径分别用R2和R3表示,优选地R2=R3,此时磁浮重力补偿装置900的线性度可达到最
优。而径缩段904的直径用R4表示,其中R4<R3。
是一个、两个、三个或四个。图中示出了一个磁浮重力补偿装置中心点布置、两个磁浮重力
补偿装置并排布置、三个磁浮重力补偿装置呈例如正三角形布置以及四个磁浮重力补偿装
置是呈正方形布置的示意图,但应理解,也可设置其他数量和其他布置的磁浮重力补偿装
置。使用磁浮重力补偿装置的工作台的形状也不限于图示正方形,而是可以根据需要设置
成任何形状。应理解,磁浮重力补偿装置的等效重心所在垂线需与垂向运动机构重心所在
垂线共线。
台对于重力补偿的需求。
申请所附权利要求书所限定的范围。