旋转定位设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及旋转定位设备。
【背景技术】
[0002]在高端半导体产业中，存在执行各种功能的机器定位工作台(还称为定位设备)。这些工作台的引导由于真空和污染要求而不能以常规方式完成(例如通过使用滚珠轴承引导)。同样其它类型的轴承(例如气体轴承)难以使用在这样的环境中。
[0003]利用基于磁力的无接触引导的工作台看似非常适合于这些类型的应用。通常这些类型的工作台设计有六个致动器，每一个自由度一个。然而，这增加了系统硬件的复杂度和成本。
[0004]WO 2005/026801 A2公开了一种用于经由至少三个致动器设备在关于结构的多达六个自由度上操纵光学元件的装置。每一个致动器设备具有至少两个由力控制的致动器，其每一个产生沿一个自由度的有效力，其中致动器设备的链接点直接作用于光学元件。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种旋转定位设备，其中由低数目的硬件元件致动所有六个自由度，从而降低系统复杂度和成本。
[0006]在本发明的一方面中给出了一种定位设备，包括:
-生成跨圆形空气间隙的磁场的圆形磁轨；
-至少三个动子(forcer)，每一个包括至少部分地部署有圆形空气间隙的多个线圈并且每一个可操作用于生成在正交于圆形磁轨的悬浮方向上的悬浮力和在沿圆形磁轨的驱动方向上的驱动力，所述动子布置在沿所述圆形磁轨的不同角度位置处，以及
-用于向所述动子提供电流以用于单独控制通过所述动子的悬浮力和/或驱动力的生成以便影响所述圆形磁轨的旋转移动、倾斜移动和/或平移移动的控制器。
[0007]本发明的优选实施例在从属权利要求中限定。
[0008]根据本发明，因此提出了一种工作台设计，其中通过三个或更多的两个自由度致动器来致动六个自由度，从而降低系统复杂度和成本。所使用的两个自由度致动器优选为在TO 2007/026270 Al中描述的那种致动器，特别地如该文档的图6至12中所示，所述文档通过引用并入于此。
[0009]该文档公开了一种采用磁轨和动子的无铁芯磁性马达。动子在跨磁轨的直线空气间隙的磁场中被取向成响应于换向驱动电流而生成与X驱动轴线平行并且与Z悬浮轴线正交的驱动力，并且响应于换向线圈电流而生成与X驱动轴线正交的力，其中换向线圈电流叠加在换向驱动电流上并且从其相位偏移。该文档特别地公开了一种包括部署在直线空气间隙内的线圈的动子，其中线圈中与X驱动轴线平行并且与Z悬浮轴线正交的第一组悬浮匝在磁场内部，其中线圈中与X驱动轴线平行并且与Z悬浮轴线正交的第二组悬浮匝在磁场外部。向线圈施加换向驱动电流以生成与X驱动轴线平行并且与Z悬浮轴线正交的驱动力，并且换向悬浮电流叠加在换向驱动电流上并且从其相位偏移以生成与X驱动轴线正交并且与Z悬浮轴线平行的悬浮力。
[0010]通过在圆形磁轨的不同位置处布置例如该类型的至少三个(两个自由度)动子并且通过单独控制所述动子，圆形磁轨的旋转移动(一般地以不受限制的方式)以及圆形磁轨的倾斜移动是可能的。
[0011]在实施例中，所述动子布置在相等角度距离处。这提供了动子的更简单和更加可预测的控制。
[0012]优选地，所提出的旋转定位设备包括三个动子，特别地布置在基本上120°的角度距离处。这提供了影响圆形磁轨的六个自由度移动的能力。这些移动包括关于布置在圆形磁轨的悬浮方向上的旋转轴线的旋转移动、关于正交于彼此和旋转轴线的倾斜轴线的倾斜移动、以及在三个正交方向上的平移移动。
[0013]在优选实施例中，动子线圈每一个包括布置成基本上平行于驱动方向并且正交于悬浮方向的悬浮匝和布置成基本上平行于悬浮方向并且基本上正交于驱动方向的驱动匝。
[0014]在另一优选实施例中，动子线圈每一个包括:
布置在磁场内部的第一组悬浮胆，
布置在磁场外部的第二组悬浮匝，以及基本上布置在磁场内部的相对组驱动匝。
[0015]控制的优选方式受控制器的影响，所述控制器被配置成磁轨向线圈提供驱动电流以生成驱动力并且向相同线圈提供叠加在驱动电流上并且从其相位偏移的悬浮电流以生成悬浮力。
[0016]另外，控制器优选地被配置成提供悬浮电流从驱动电流的相位偏移使得悬浮力至少基本上从驱动力去耦合。应用控制器可以在不同水平上控制定位设备，这取决于在定位设备的控制器中实现多少功能性，如以下将更加详细地解释的那样。
[0017]此外，控制器被配置成提供悬浮电流从驱动电流的90°相位偏移。这提供了驱动电流独立于悬浮电流的优点。
[0018]在又一实施例中，旋转定位设备还包括重力补偿器，其优选地布置在磁轨的中心。该重力补偿器减轻动子为抵消重力的低效持续努力。在实际实现中，所述重力补偿器包括固定安装到磁轨的第一磁体和与第一磁体相对的第二磁体。
【附图说明】
[0019]本发明的这些和其它方面将从以下描述的(多个)实施例显而易见并且参考所述实施例进行阐述。在以下附图中
图1图示了无铁芯磁性直线马达的第一实施例在Y-Z平面中的视图；
图2图示了图1的磁轨的直线空气间隙在X-Y平面中的视图；
图3图示了无铁芯磁性直线马达在X-Z平面中的视图；
图4图示了换向悬浮电流向图1中所示的动子的施加在X-Z平面中的视图；
图5图示了施加到图4中所示的动子的示例性换向悬浮电流和由动子响应于换向悬浮电流而生成的示例性悬浮力；
图6图示了叠加的换向驱动电流和换向悬浮电流向图1中所示的动子的施加在X-Z平面中的视图；
图7图示了如图6中所示的施加到动子的换向驱动电流和换向悬浮电流的示例性相位偏移；
图8图示了无铁芯磁性直线马达的第二实施例在Y-Z平面中的视图；
图9图示了叠加的换向驱动电流和换向悬浮电流向图8中所示的动子的施加在X-Z平面中的视图；
图10图示了根据本发明的旋转定位设备的第一实施例的透视图；
图11示出旋转定位设备的第一实施例的顶视图；
图12图示了根据本发明的旋转定位设备的第二实施例的透视图；
图13图示了根据本发明的旋转定位设备的第三实施例的透视图；以及图14示出旋转定位设备的第三实施例的顶视图。
【具体实施方式】
[0020]首先，应当简要描述如从WO 2007/026270得知的无铁芯磁性直线马达，其使得能够更容易理解将在稍后描述的所提出的旋转定位设备。
[0021]图1示出采用磁轨30和动子40的无铁芯磁性直线马达21的第一实施例在Y-Z平面中的截面。图2示出磁轨30的实施例在X-Y平面中的截面。磁轨30包括直线磁性阵列31和直线磁性阵列32以用于生成跨直线空气间隙的磁场β。直线磁性阵列31和32具有相邻磁体之间的180°度空间间隔。图3示出无铁芯磁性直线马达21的第一实施例的侧视图。
[0022]参考图1，动子40沿直线空气间隙的中心X-Z纵平面CP部署在直线空气间隙内。如示出动子40的侧视图的图4中所示，作为示例，动子40包括三个线圈41-43，其中相邻线圈之间具有120° +η*360度空间间隔(η为任意整数)。在图4中，动子40的线圈41用其用于换向悬浮电流121的流动路径表示，动子40的线圈42用其用于换向悬浮电流IΖ2的流动路径表示，并且动子40的线圈43用其用于换向悬浮电流Iz3的流动路径表示。
[0023]如图4中最好地示出的，线圈41-43(在图4中仅针对线圈41进行指示)中与X驱动轴线正交并且与Z悬浮轴线平行的相对组驱动匝411、412在磁场β内部。从图4的底部视角来看，线圈41-43 (在图4中仅针对线圈41进行指示)中