基于正负刚度抵消原理的新型磁悬浮重力补偿器的研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51507034
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:21.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0703.电机及其系统
- 结题年份:2018
- 批准年份:2015
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2016-01-01 至2018-12-31
- 项目参与者:张海林; 周一恒; 刘孝坤; 张超宁; 陈宇声;
- 关键词:
项目摘要
According to the specific requirements of the high-precision fine stage in extreme ultra violet lithography in aspect of vacuum compatible, vibration isolation performance and surface temperature rise, a new magnetic levitation gravity compensator based on the cancellation principle between positive stiffness and negative stiffness is proposed. Compared with the traditional vertical motors, the passive magnetic force in the magnetic levitation gravity compensator can be used to compensate the moving mass of the fine stage and thus the temperature rise of coil is significantly reduced. For the proposed scheme, two magnetic levitation units owning the opposite stiffness characteristics are integrated, and the low stiffness characteristic is obtained by the method of stiffness cancellation. The main research contents are indicated below. The essential error source of the traditional model when applying in low stiffness occasions is analyzed, and the accurate mathematical model for the magnetic levitation gravity compensator is built. The characteristic analysis and performance optimization of the magnetic levitation gravity compensator is researched, and the influences of the main dimensions on the levitation force and stiffness are studied. The methods to increase the levitation force density and to suppress the temperature rise are presented, and the limit force density is explored under the condition of guaranteeing the low stiffness characteristic. Besides, the design method for the magnetic levitation gravity compensator is researched. Finally, the performance evaluation and analysis is achieved based on the prototype test. Through this research, the analysis theory and optimization design criterions for the magnetic levitation gravity compensator can be obtained, which lay the theoretical foundation for its practical application in the related fields.
根据极紫外光刻机对超精密微动台在真空兼容性、隔振性能、表面温升等方面的具体需求,提出一种基于正负刚度抵消原理的新型磁悬浮重力补偿器。与传统的微动台垂向电机相比,磁悬浮重力补偿器利用永磁力对微动台的运动质量进行被动补偿,大大降低线圈发热。本项目提出的结构方案集成两种刚度特性相反的磁悬浮单元,通过刚度抵消的方法获得低刚度特性。本项目拟开展的研究内容如下:探究传统模型在低刚度场合中的误差产生机理,建立磁悬浮重力补偿器的精确数学模型;开展磁悬浮重力补偿器特性分析与性能优化研究,掌握主要参数对悬浮力和刚度的影响规律;研究磁悬浮重力补偿器悬浮力密度的提升方法与表面温升的抑制方法,探索在保证低刚度条件下的悬浮力密度极限;研究该类磁悬浮重力补偿器的设计方法;最终通过样机实验,对其性能进行评估分析。通过上述研究,形成低刚度磁悬浮重力补偿器的理论分析方法与优化设计准则,为其在相关领域的实际应用奠定理论基础。
结项摘要
本项目提出一种面向极紫外光刻机微动工件台的新型磁悬浮重力补偿器,将两种刚度特性相反的被动磁浮单元进行集成,基于正负刚度抵消原理,能够实现较大行程内近乎一致的悬浮力特性,从而满足极紫外光刻机对微动工件台在真空兼容性、表面温升及隔振性能等方面的需求。.本项目主要开展的研究内容如下:探究了传统模型在低刚度场合中的误差产生机理,建立了新型磁悬浮重力补偿器的精确数学模型,解决了传统模型由于忽略永磁体实际工作点而产生误差的问题;分析了新型磁悬浮重力补偿器被动悬浮力、悬浮力刚度及主动悬浮力特性,掌握主要参数对悬浮力和刚度的影响规律;提出了新型磁悬浮重力补偿器的设计方法,确定了以悬浮力和悬浮力刚度为主要设计指标的设计流程;根据所提出的设计方法,对新型磁悬浮重力补偿器进行了电磁设计与优化,确定了电磁参数,并对其机械结构和冷却结构进行了设计,最终研制出一台静态悬浮力为30N、动态悬浮力为6.5N的新型磁悬浮重力补偿器原理样机,并搭建了测试平台。通过测试,在±5mm的轴向位移范围内,新型磁悬浮重力补偿器的静态悬浮力变化仅为0.72N,且在±1mm的径向位移范围内,静态悬浮力基本保持恒定,从而验证了本结构方案的合理性和设计方法的正确性。.低刚度磁悬浮重力补偿器的实现对于磁悬浮隔振领域具有重要意义,通过本基金的开展,为低刚度磁悬浮重力补偿器的实现探索了新的方法与途径,同时也为磁悬浮隔振技术在极紫外光刻机等精密定位及精密测量领域的实际应用做出了重要的基础性工作。
项目成果
期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(2)
Electromagnetic and Mechanical Characteristics Analysis of a Flat-Type Vertical-Gap Passive Magnetic Levitation Vibration Isolator
平板式垂直间隙被动磁悬浮隔振器电磁和机械特性分析
- DOI:10.1155/2016/5327207
- 发表时间:2016-12
- 期刊:Shock and Vibration
- 影响因子:1.6
- 作者:Kou Baoquan;Zhou Yiheng;Yang Xiaobao;Xing Feng;Zhang He
- 通讯作者:Zhang He
Force characteristic analysis of a magnetic gravity compensator with annular magnet array for magnetic levitation positioning system
磁悬浮定位系统环形磁体阵列磁重力补偿器受力特性分析
- DOI:10.1063/1.5005964
- 发表时间:2018
- 期刊:AIP Advances
- 影响因子:1.6
- 作者:Zhou Yiheng;Kou Baoquan;Liu Peng;Zhang He;Xing Feng;Yang Xiaobao
- 通讯作者:Yang Xiaobao
Force Characteristic Analysis of a Linear Magnetic Bearing With Rhombus Magnet Array for Magnetic Levitation Positioning System
磁悬浮定位系统菱形磁体阵列线性磁力轴承受力特性分析
- DOI:10.1109/tmag.2017.2698080
- 发表时间:2017-11
- 期刊:IEEE Transactions on Magnetics
- 影响因子:2.1
- 作者:Zhou Yiheng;Kou Baoquan;Zhang He;Luo Jun;Gan Lei
- 通讯作者:Gan Lei
圆筒型Halbach次级结构磁悬浮重力补偿器
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:电工技术学报
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- 作者:张赫;寇宝泉;金银锡;张海林
- 通讯作者:张海林
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