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1、第10卷第3期光学精密工程Vol.10No.32002年6月OpticsandPrecisionEngineeringJun.2002文章编号1004-924X(2002)03-0271-05微电子制造领域的磁悬浮精密定位平台的结构设计研究12111宋文荣,于国飞,孙宝玉,王延风,何惠阳(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130022;2.吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春130025)摘要:利用磁悬浮技术将铁磁性平台悬浮在磁场中,通过线性电机无接触驱动,结合控制技术实现平台的快速精密定位。合理的设计将悬浮力和导向力两个磁悬浮
2、系统合二为一,即结构简单,控制容易又能获得精确的导向精度。选用线性同步电机,避免了感应电机磁场感应所产生的法向力对平台的振动作用,有利于悬浮系统的控制。悬浮系统无接触,无摩擦,克服了磨损、金属粉尘及油脂污染等问题;无接触线性驱动减少了机械联结件,消除了联结间隙,减轻了重量,能有效提高动态响应频率和定位精度;这些使定位平台能够满足现代信息产业对超洁净制作环境和高精度、高效率的要求。关键词:磁悬浮;定位平台;线性电机;无接触驱动;Hopf分叉中图分类号:TN403文献标识码:A息技术的发展和产品性能的日渐完美,微电子制1引言造业不仅对加工设备性能如定位的精度和速度提出了越来越高的要
3、求,而且对生产制作环境同样二十世纪九十年代以来,以信息高速公路为提出了越来越严格的要求。如IC芯片的生产加代表的信息革命浪潮推动着世界电子信息产业的工要求在超洁净环境下进行。接触支撑形式的机快速发展,成为带动世界经济增长的战略性产业。械平台,有的虽然能满足定位精度要求,但由于接其中以集成电路为主体的微电子制造业无疑是信触引起机械摩擦,动态响应迟钝,定位时间较长,息产业的核心和基础,其技术水平高低和产业规不能满足高速、高效率的定位要求,影响设备生产模大小已经成为衡量一个国家信息工业发展及综率的提高。且由于摩擦产生金属粉尘或为减小摩合国力的重要标志,直接影响到各国国民经济信擦磨损采用油脂润
4、滑等带来了粉尘及油脂污染,息化的进程。严重影响了微电子产品的质量。所以,机械定位微电子制造领域的众多专用设备融纳了当代平台已无法满足严格的超洁净环境要求。并因为诸多高科技领域的最新技术成果,涉及到光学、电摩擦引起磨损,逐渐降低了设备的使用精度,缩短子、机械、计算机、信息处理、传感与测量、伺服驱了设备的使用寿命,增加了维修更新等费用昂贵。动和自动控制等高新技术方面的许多关键技术。为了消除因摩擦而引起的各种不利影响,人们设例如光学导光稳光调制控制技术、精密传动与快计了气悬浮定位平台,以气压悬浮支撑替代接触速精密定位技术、模拟电子高速控制技术以及专刚性支撑。但实践表明气悬浮定位平台存在着支用软件
5、设计技术等等。为解决其中关键技术之一撑刚度较小的主要缺点,以致平台承载能力和抗精密传动与快速精密定位及控制技术,各种冲击能力降低,大大地限制了平台的定位精度。类型的一维、二维或多维机械精密定位平台相继综合分析考虑机械、气悬浮定位平台的优缺点,我问世了,并大量地应用在专用设备上。但随着信们率先开展了磁悬浮定位平台的研究设计工作。收稿日期:2002-01-08;修订日期:2002-04-20272光学精密工程第10卷通过专利查新,尚未发现国内外进行此项研究的斥力型悬浮一般利用低温超导技术。超导体[1]相关
6、报道。具有抗磁效应(即Meissner-Ochsenfeldef-fects),可获得比常导电磁铁大出数倍数量级的足2磁悬浮定位平台的结构研究设计够高强的磁通密度,产生强大的磁场斥力足以把物体高高悬浮起来,悬浮间隙可达100~200mm,磁悬浮定位平台是利用电磁原理将平台稳定适合用以实现高速运行。且速度越快磁斥力越地悬浮在空中。与支撑部件没有机械接触,因而大,获得的悬浮间隙亦越大,磁阻力越小。如日本消除了摩擦和磨损,由此相应地克服了机械平台研制的超导磁悬浮列车运行速度高达500~存在的主要缺点。从理论上分析,没有摩擦等阻550km/h。但制造成本极为昂贵。尼因素作用,运动平台可以定位在任
7、意精确位置,本定位平台设计拟采用吸力型磁悬浮原理。且具有更高的激励响应频率。与气悬浮平台相其系统组成和功能如图1所示。(a)电磁铁固定,比,它能设计获得更大的系统支撑刚度。因为磁铁磁体作为平台被悬浮;(b)铁磁体如导轨固定,悬浮系统刚度仅与线圈电流和控制器设定增益有电磁铁及平台悬浮。电磁铁缠绕常导线圈,与铁[1]关。由此也克服了气浮平台承载能力及抗冲磁体及间隙形成了闭合磁路。通电后在间隙内产击能力低的缺点。所以,磁悬浮定
