(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.06.25
C N 103891114
A (21)申请号 201280051250.7
(22)申请日 2012.10.22
61/551,953 2011.10.27 US
61/694,776 2012.08.30 US
H02K 41/02(2006.01)H01L 21/67(2006.01)(71)申请人不列颠哥伦比亚大学
地址加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华市农
学路103-6190号大学产业联络办公室
(72)发明人鹿笑冬 伊凡乌尔拉伯·乌斯曼
(74)专利代理机构北京京万通知识产权代理有
限公司 11440
代理人
许天易(54)发明名称
位移装置及其制造、使用和控制方法
(57)摘要
各磁体阵列可包括在对应方向上大致线性伸长的
中伸长的方向大致正交的磁化方向，且其磁化方
向的至少两个彼此不同。可连接一个或多个放大
器以选择性驱动线圈迹线中的电流且从而实现该
定子与该可移动台之间的相对移动。
(30)优先权数据
(85)PCT国际申请进入国家阶段日
2014.04.18
(86)PCT国际申请的申请数据
PCT/CA2012/050751 2012.10.22
(87)PCT国际申请的公布数据
WO2013/059934 EN 2013.05.02
(51)Int.Cl.权利要求书17页 说明书32页 附图35页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书17页 说明书32页 附图35页(10)申请公布号CN 103891114 A
1.一种位移装置，其包括：
定子，其包括定形成提供工作区域的多个伸长的线圈，该线圈的迹线大致被线性地定位在该工作区域内，所述多个伸长的线圈包括：
第一多个线圈迹线，其分布在对应的第一定子Z位置处的第一层上，所述第一多个线圈迹线在所述第一层中在第一定子方向大致线性地伸长；和
第二多个线圈迹线，其分布在对应的第二定子Z位置处的第二层上，所述第二多个线圈迹线在所述第二层中在第二定子方向大致线性地伸长，所述第二定子方向不平行于所述第一定子方向；
所述第一层和所述第二层在所述工作区域中在定子Z方向彼此重叠，所述定子Z方向大致正交于所述第一定子方向和所述第二定子方向两者；和
可移动台，其包括多个磁体阵列，所述多个磁体阵列包括：
第一磁体阵列，其包括在第一台方向大致线性地伸长的多个第一磁化区段，每个第一磁化区段的磁化方向大致正交于所述第一台方向，并且所述第一磁化区段中的至少两个的磁化方向彼此不同；和
第二磁体阵列，其包括在不平行于所述第一台方向的第二台方向大致线性地伸长的多个第二磁化区段，每个第二磁化区段的磁化方向大致正交于所述第二台方向，并且所述第二磁化区段中的至少两个的磁化方向彼此不同；和
一个或多个放大器，其经连接以驱动所述第一多个线圈迹线和所述第二多个线圈迹线中的电流，从而实现所述定子和所述可移动台之间的相对移动。
2.根据权利要求1所述的位移装置，其中所述第一定子方向是定子X方向，所述第二定子方向是定子Y方向，所述定子X方向、所述定子Y方向和所述定子Z方向大致相互彼此正交。
3.根据权利要求1和2中任何一个所述的位移装置，其中所述多个线圈迹线包括：
一个或多个第一附加层，每个第一附加层定位在对应的第一附加定子Z位置，并且每个第一附加层包括在所述第一附加层中在所述第一定子方向大致线性地伸长的对应的多个线圈迹线；和
一个或多个第二附加层，每个第二附加层定位在对应的第二附加定子Z位置，并且每个第二附加层包括在所述第二附加层中在所述第二定子方向大致线性地伸长的对应的多个线圈迹线；
其中所述第一层、所述一个或多个第一附加层、所述一个或多个第二附加层在所述定子的所述工作区域中在所述定子Z方向彼此重叠。
4.根据权利要求1至3中任何一个所述的位移装置，其中所述第一台方向是台X方向，所述第二台方向是台Y方向，所述台X方向与所述台Y方向大致彼此正交。
5.根据权利要求4所述的位移装置，其中所述多个第一磁化区段的磁化方向在所述第
一磁体阵列的台Y方向宽度W
m1上展现第一空间磁周期λ
1
，所述多个第二磁化区段的磁化
方向在所述第二磁体阵列的台X方向宽度W
m2上展现第二空间磁周期λ
2
。
6.根据权利要求5所述的位移装置，其中所述第一磁体阵列的台Y方向宽度W
m1
给定
为W
m1=N
m1
λ
1
，所述第二磁体阵列的台X方向宽度W
m2
给定为W
m2
=N
m2
λ
2
，其中N
m1
，
N
m2
是正整
数。
7.根据权利要求5和6中任何一个所述的位移装置，其中：
所述多个第一磁化区段包括在所述第一磁体阵列边缘的一对第一边缘磁体区段，和在远离所述第一磁体阵列的该边缘的位置处的一个或多个第一内部磁化阵列；
所述多个第二磁化区段包括在所述第二磁体阵列边缘的一对第二边缘磁体区段，和在远离所述第二磁体阵列的该边缘的位置处的一个或多个第二内部磁化阵列。
8.根据权利要求7所述的位移装置，其中所述第一边缘磁化区段和所述第二边缘磁化区段在台Z方向被磁化定向，所述台Z方向正交于所述台X方向和所述台Y方向两者。
9.根据权利要求7和8中任何一个所述的位移装置，其中：
所述第一边缘磁化区段具有台Y方向宽度λ
1/2N
t1
，所述第二边缘磁化区段具有台X方
向宽度λ
2/2N
t2
;
所述第一内部磁化区段具有台Y方向宽度λ
1/N
t1
，
所述第二内部磁化区段具有台X方
向宽度λ
2/N
t2
;
其中N
t1是不同的磁化方向的数目，其形成完整的空间磁周期λ
1
，N
t2
是不同的磁化方
向的数目，其形成完整的空间磁周期λ
2
。
10.根据权利要求5至9中任何一个所述的位移装置，其中：
所述多个第一磁化区段的磁化方向绕第一平面镜像对称，该第一平面在所述台X方向
和所述台Z方向延伸并且位于所述第一磁体阵列的所述台Y方向宽度W
m1
的中心处；并且所述多个第二磁化区段的磁化方向绕第二平面镜像对称，该第二平面在所述台X方向
和所述台Z方向延伸并且位于所述第二磁体阵列的所述台X方向宽度W
m2
的中心处。
11.根据权利要求5至10中任何一个所述的位移装置，其中λ
1=λ
2
。
12.根据权利要求5至11中任何一个所述的位移装置，其中W
m1=W
m2
。
13.根据权利要求9所述的位移装置，其中N
t1=N
t2
。
14.根据权利要求4至13中任何一个所述的位移装置，其中所述多个磁体阵列包括：
第三磁体阵列，其包括在所述台X方向大致线性地伸长的多个第三磁化区段，每个第三磁化区段的磁化方向大致正交于所述台X方向，并且所述第三磁化区段中的至少两个的磁化方向彼此不同；和
第四磁体阵列，其包括在所述台Y方向大致线性地伸长的多个第四磁化区段，每个第四磁化区段的磁化方向大致正交于所述台Y方向，并且所述第四磁化区段中的至少两个的磁化方向彼此不同。
15.根据权利要求14所述的位移装置，其中所述第一磁体阵列和所述第三磁体阵列的台位置在所述台X方向彼此偏移。
16.根据权利要求15所述的位移装置，其中所述第一磁体阵列和所述第三磁体阵列的台位置在所述台X方向彼此偏移第一偏移距离，所述第一偏移距离小于所述第一磁体阵列的台X方向长度L
m1
。
17.根据权利要求14至16中任何一个所述的位移装置，其中所述第一磁体阵列和所述第三磁体阵列在所述台Y方向彼此间隔开。
18.根据权利要求14至17中任何一个所述的位移装置，其中所述第二磁体阵列和所述第四磁体阵列在所述台Y方向彼此偏移。
19.根据权利要求18所述的位移装置，其中所述第二磁体阵列和所述第四磁体阵列的
台位置在所述台Y方向彼此偏移第二偏移距离，所述第二偏移距离小于所述第二磁体阵列
的台Y方向长度L
m2
。
20.根据权利要求14至19中任何一个所述的位移装置，其中所述第二磁体阵列和所述第四磁体阵列在所述台X方向彼此间隔开。
21.根据权利要求14至20中任何一个所述的位移装置，其中：所述第一磁体阵列的台Y方向定向边缘和所述第二磁体阵列的台Y方向定向边缘在所述台X方向彼此对准；所述第三磁体阵列的台Y方向定向边缘和所述第四磁体阵列的台Y方向定向边缘在所述台X方向彼此对准。
22.根据权利要求14至21中任何一个所述的位移装置，其中：所述第一磁体阵列的台X方向定向边缘和所述第二磁体阵列的台X方向定向边缘在所述台Y方向彼此对准；所述第三磁体阵列的台X方向定向边缘和所述第四磁体阵列的台X方向定向边缘在所述台Y方向彼此对准。
23.根据权利要求2至4中任何一个所述的位移装置，其中所述多个第一磁化区段的磁
化方向在大致正交于所述第一台方向的台方向所述第一磁体阵列的宽度W
m1
上展现空间磁
周期λ
1
，所述多个第二磁化区段的磁化方向在大致正交于所述第二台方向的台方向所述
第二磁体阵列的宽度W
m2上展现空间磁周期λ
2
。
24.根据权利要求23所述的位移装置，其中所述第一多个线圈迹线中的每个的定子Y
方向宽度W
c1给定为W
c1
=λ
1
/5，所述第二多个线圈迹线中的每个的定子X方向宽度W
c2
给定
为W
c2=λ
2
/5。
25.根据权利要求23所述的位移装置，其中所述第一多个线圈迹线的定子Y方向节距
P c1给定为P
c1
=λ
1
/N
1
，
所述第二多个线圈迹线的定子X方向节距P
c2
给定为P
c2
=λ
2
/N
2
，其中
N 1和N
2
是正整数。
26.根据权利要求25所述的位移装置，其中所述第一多个线圈迹线中的每个具有定子
Y方向宽度W
c1且P
c1
-W
c1
小于200微米。
27.根据权利要求1至4,24-26所述的位移装置，其中所述第一多个线圈迹线包括多个第一线圈迹线组，每个第一线圈迹线组包括大量线圈迹线，
所述大量线圈迹线被连接成由单个多相放大器驱动。
28.根据权利要求1至4,24-26所述的位移装置，其中所述第一多个线圈迹线包括多个第一线圈迹线组，所述多个线圈迹线组包括至少两个第一线圈迹线组，其彼此间隔开并且被连接成由共同的放大器驱动。
29.根据权利要求1至4,24-26所述的位移装置，其中所述第一多个线圈迹线中的每个由其自身的独立放大器驱动。
30.根据权利要求2所述的位移装置，其中所述第一台方向是台X方向，所述第二台方向是台Y方向，所述台X方向和所述台Y方向彼此正交，其中所述多个第一磁化区段的磁化
方向在所述第一磁体阵列的台Y方向宽度W
m1上展现空间磁周期λ
1
，所述多个第二磁化区
段的磁化方向在所述第二磁体阵列的台X方向宽度W
m2上展现空间磁周期λ
2
。
31.根据权利要求30所述的位移装置，包括：
第三层，其定位在对应的第三定子Z位置，并且包括在所述第三层中在所述定子X方向大致线性地伸长的对应的第三多个线圈迹线；和
第四层，其定位在对应的第四定子Z位置，并且包括在所述第四层中在所述定子Y方向
大致线性地伸长的对应的第四多个线圈迹线；
其中所述第一层、所述第二层、所述第三层、所述第四层在所述定子的所述工作区域中在所述定子Z方向彼此重叠。
32.根据权利要求31所述的位移装置，其中所述第一层中的所述第一多个线圈迹线中的每个在所述定子Y方向与所述第三层中的所述第三多个线圈迹线中的对应的一个对准，所述第二层中的所述第二多个线圈迹线中的每个在所述定子X方向与所述第四层中的所述第四多个线圈迹线中的对应的一个对准。
33.根据权利要求31所述的位移装置，其中所述第一层中的所述第一多个线圈迹线中的每个在所述定子Y方向与所述第三层中的所述第三多个线圈迹线中的对应的一个偏移的量为O
L1
。
34.根据权利要求33所述的位移装置，其中所述第二层中的所述第二多个线圈迹线中的每个在所述定子X方向与所述第四层中的所述第四多个线圈迹线中的对应的一个偏移
的量为O
L2
。
35.根据权利要求33所述的位移装置，其中所述偏移的量O
L1
给定为其
中K
1
是正整数。
36.根据权利要求34所述的位移装置，其中O
L1=O
L2
。
37.根据权利要求33至36中任何一个所述的位移装置，其中所述第一层中的所述第一多个线圈迹线中的每个和所述第三层中的所述第三多个线圈迹线中的其对应的一个被连接成用相同的电流驱动。
38.根据权利要求33至36中任何一个所述的位移装置，其中在所述第一层中的所述第一多个线圈迹线中的每个在所述定子Z方向与在所述第三层中的所述第三多个线圈迹线中的其对应的一个间隔开一定距离G
L
，并且其中所述位移装置包括控制器，其配置成驱动
在所述第三多个迹线中的对应一个中的电流，其电流量为倍高于在所述第一层中的所述第一线圈迹线中被驱动的电流量。
39.根据权利要求1所述的位移装置，其中所述第一定子方向斜交于定子X方向，使得所述第一多个线圈迹线中的每个的边缘在定子Y方向斜交所述第一线圈迹线的定子X方向
长度L
m1的量为O
c1
-W
c1
，其中W
c1
是所述第一线圈迹线的定子Y方向宽度，所述第二多个线
圈迹线中的每个的边缘在定子X方向斜交所述第二线圈迹线的定子X方向长度L
m2
的量为
O c2-W
c2
，其中W
c2
是所述第一线圈迹线的定子X方向宽度，所述定子X方向、所述定子Y方
向和所述定子Z方向大致相互彼此正交。
40.根据权利要求39所述的位移装置，其中所述第一台方向是台X方向，所述第二台方向是台Y方向，所述台X方向和所述台Y方向彼此正交，并且其中所述多个第一磁化区段的
磁化方向在所述第一磁体阵列的台Y方向宽度W
m1上展现空间磁周期λ
1
，O
c1
被给定为下列
中的一个：λ
1/5，λ
1
/9，和λ
1
/13。
41.根据权利要求1所述的位移装置，其中由于在所述第一定子方向大致线性地伸长，所述第一多个磁化区段中的每个在大致正交于所述第一定子方向的该定子方向具有某空
间变量，并且所述空间变量是随着在所述第一定子方向以空间周期τ
c1和峰峰空间变量O
c1
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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