CN102723842A - 多自由度长行程磁悬浮工作台 - Google Patents

Abstract

多自由度长行程磁悬浮工作台，涉及一种多自由度长行程磁悬浮工作台。本发明提供了一种适用于真空环境使用的高精度的磁悬浮工作台。该工作台主要由磁悬浮平衡质量框架与多自由度运动单元构成；磁悬浮平衡质量框架主要由平衡质量框架与磁悬浮单元构成，其中磁悬浮单元用于支撑平衡质量框架的定子框架与动子框架，使二者之间没有接触；多自由度运动单元主要由Y向长行程直线电机、X向短行程直线电机以及Z向磁悬浮调整单元构成，其中Y向长行程直线电机、X向短行程直线电机以及Z向磁悬浮调整单元的定子和动子分别与平衡质量框架中的定子框架和动子框架固定连接，用于实现对该动子框架的六自由度运动调整。本发明尤其适用于真空环境使用。

Description

多自由度长行程磁悬浮工作台

技术领域

本发明涉及一种多自由度长行程磁悬浮工作台，属于电机领域。

背景技术

现代精密、超精密加工装备对高响应、高速度、高精度的多自由度工作台有着迫切的需求，如机械加工、电子产品生产、机械装卸、制造自动化仪表设备甚至机器人驱动等。通常这些工作台由旋转式电动机产生动力驱动，再由皮带、滚珠丝杆等机械装置，转换为多自由度运动。由于机械装置复杂，传动精度和速度都受到限制，且需经常调校，造成成本高、可靠性差、体积较大。最初的两自由度工作台是由两台直接驱动的直线电机来实现的，采用层叠式驱动结构，这种结构增加了传动***的复杂性，从本质上没有摆脱低维运动机构叠加形成高维运动机构的模式。对于底层的直线电机，要承载上层直线电机及其相关机械部件的总质量，从而严重影响了定位和控制精确度。而直接利用电磁能产生平面运动的平面电机，具有出力密度高、低热耗、高速度、高精度和高可靠性的特点，因省去了从旋转运动到直线运动再到平面运动的中间转换装置，可把控制对象同电机做成一体化结构，具有反应快、灵敏度高、随动性好及结构简单等优点。根据平面电机电磁推力的产生原理，可以将平面电机分为变磁阻型、同步型和感应型。其中，同步型平面电机具有结构简单、推力大、效率高和响应速度快等良好的综合性能，在多自由度平面驱动装置中具有广阔的应用前景。

目前，精密工作台的支承方式主要有直线滑动轴承、直线滚动轴承、直线导轨以及直线气浮导轨等，直线滑动轴承和直线滚动轴承只适合短行程运动体的支承；直线导轨又称直线导轨副、滑轨、线性运动导轨、线性滑轨、直线滚动导轨，具有定位精度高、承载能力强、磨损小、适应高速运动、行程不受限制以及组装容易并具互换性等优点，已成为各种机床、数控加工中心、精密电子机械中不可缺少的重要功能部件。直线气浮导轨具有高速度、高精度、无摩擦力、无磨损、无噪音、不需要润滑油等优点。但是，直线导轨和直线气浮导轨不能在真空、超净环境中应用。

磁悬浮直线导轨是靠磁场力支承载荷或悬浮平台的一种新型导轨，其定子、动子之间不存在机械接触，动子可以达到很高的运行速度和支承精度。与传统的机床导轨相比，磁悬浮直线导轨具有无摩擦、无磨损、无需润滑、能耗低、噪声小、寿命长、无油污染、维护简单、工作温度范围大等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境。同时，由于相对运动表面间没有接触，因而彻底消除了爬行现象，没有因磨损和接触疲劳所产生的精度下降和寿命问题。

在高精度工作台（如光刻机掩模台）中，为了提高运动控制精度、减小冲击和振动，通常采用平衡质量框架来缓冲直线电机高速运动产生的反作用力，平衡质量框架一般采用气浮导轨支承，但气浮导轨不能在真空环境中使用。

发明内容

本发明提供了一种适用于真空环境使用的高精度的磁悬浮工作台。

本发明所述的多自由度长行程磁悬浮工作台包括磁悬浮平衡质量框架与多自由度运动单元；磁悬浮平衡质量框架包括平衡质量框架与磁悬浮单元；多自由度运动单元包括定子上基板、定子下基板、动子基板、两套Y向长行程直线电机、两套X向短行程直线电机以及两套Z向磁悬浮调整单元；定子上基板和定子下基板固定连接形成多自由度运动单元的定子框架，动子基板悬浮于该定子框架内；

平衡质量框架包括定子框架、两个动子框架，定子框架是由两个上边板、两个侧板和一个下边板组成的框架结构，所述动子框架为长方体结构，两个动子框架分别固定在多自由度运动单元的定子框架的两端，且所述两个动子框架分别嵌入在定子框架两端的上边板、侧板和下边板组成的凹槽内；磁悬浮单元包括六组块平板形平行充磁的动子永磁体和六组块平板形平行充磁的定子永磁体，所述六块动子永磁体分成两组，每组的三块动子永磁体分别固定在一个动子框架上面、下面和与定子框架相邻的侧面；所述六块定子永磁体分成两组，每组中的三块定子永磁体分别固定到定子框架一端的上边板的下表面、下边板的上表面和侧板的内侧面，位置相对应的定子永磁体和动子永磁体之间为气隙，并且位置相对应的动子永磁体与定子永磁体的充磁方向相反；

多自由度运动单元的Y向长行程直线电机沿Y向的轴线、X向短行程直线电机沿Y向的轴线以及Z向磁悬浮调整单元的沿Y向的轴线相互平行，两套Y向长行程直线电机沿Y向对称镜像设置，两套X向短行程直线电机沿Y向对称镜像设置，两套Z向磁悬浮调整单元沿Y向对称镜像设置；

Y向长行程直线电机为双边初级结构，且为短次级、动次级结构，Y向长行程直线电机的上初级与定子上基板固定连接，Y向长行程直线电机的下初级与定子下基板固定连接；Y向长行程直线电机的次级与动子基板固定连接，所述Y向长行程直线电机用于调整动子基板沿Y向的运动行程；

X向短行程直线电机为双边初级结构，且为短次级、动次级结构，X向短行程直线电机的上初级与定子上基板固定连接，X向短行程直线电机的下初级与定子下基板固定连接；X向短行程直线电机的次级与动子基板固定连接，所述X向短行程直线电机用于调整动子基板沿X向的运动行程；

Z向磁悬浮调整单元由初级和次级构成，初级和次级之间为气隙，Z向磁悬浮调整单元的上初级与定子上基板固定连接，Z向磁悬浮调整单元的下初级铁心固定在多自由度运动单元的定子下基板上，Z向磁悬浮调整单元的次级与动子基板固定连接，所述Z向磁悬浮调整单元用于调整动子基板沿Z向的运动行程。

本发明所述的多自由度长行程磁悬浮工作台中，Y向长行程直线电机中的上次级永磁体和下次级永磁体的结构相同，可以采用现有各种永磁体结构来实现，例如：可以采用表贴永磁体结构、内嵌式永磁体结构或者Halbach永磁体结构。在此，仅给出一种具体表贴永磁体结构的实施例：所述下次级永磁体由多块永磁体沿Y向等间距排列成一列、每块永磁体均为平行充磁，并且相邻的两块永磁体的充磁方向相反。

磁悬浮平衡质量框架也可以加主动力控制磁悬浮单元。

本发明的磁悬浮工作台采用磁悬浮平衡质量框架来降低工作台运动中的振动与冲击，工作台动子为动次级结构，动子为完全非接触支撑，实现了电机动子的6自由度运动控制，而且控制容易，运动部件质量轻，***动态特性好，控制精度高，可适用于真空环境中。

附图说明

图1至图3是本发明所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的结构示意图。

图4至图6是具体实施方式二所述的一种多自由度长行程磁悬浮工作台的结构示意图，其中，图4是次级结构示意图，图5是下初级结构示意图，图6是图5的局部放大图。

图7至图9是具体实施方式三所述的一种多自由度长行程磁悬浮工作台的结构示意图，其中，图7是次级结构示意图，图8是下初级结构示意图，图9是图8的局部放大图。

图10至图12是具体实施方式四所述的一种多自由度长行程磁悬浮工作台的结构示意图，其中，图10是次级结构示意图，图11是下初级结构示意图，图12是图11的局部放大图。

图13至图15是具体实施方式五所述的一种多自由度长行程磁悬浮工作台的结构示意图，其中，图13是次级结构示意图，图14是下初级结构示意图，图15是图14的局部放大图。

图16至图18是具体实施方式六所述的一种多自由度长行程磁悬浮工作台的结构示意图，其中，图16是次级结构示意图，图17是下初级结构示意图，图18是图17的局部放大图。

图19至图21是具体实施方式七所述的一种多自由度长行程磁悬浮工作台的结构示意图，其中，图19是次级结构示意图，图20是下初级结构示意图，图21是图20的局部放大图。

图22至图24是具体实施方式八所述的一种多自由度长行程磁悬浮工作台的结构示意图，其中，图22是次级结构示意图，图23是下初级结构示意图，图24是图23的局部放大图。

图25至图27是具体实施方式九所述的一种多自由度长行程磁悬浮工作台的结构示意图，其中，图25是次级结构示意图，图26是下初级结构示意图，图27是图26的局部放大图。

图28至图30是具体实施方式十所述的一种多自由度长行程磁悬浮工作台的结构示意图，其中，图28是次级结构示意图，图29是下初级结构示意图，图30是图29的局部放大图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式所述的多自由度长行程磁悬浮工作台包括磁悬浮平衡质量框架1与多自由度运动单元2；磁悬浮平衡质量框架1包括平衡质量框架与磁悬浮单元；多自由度运动单元2包括定子上基板2-1、定子下基板2-2、动子基板2-3、两套Y向长行程直线电机、两套X向短行程直线电机以及两套Z向磁悬浮调整单元；定子上基板和定子下基板固定连接形成多自由度运动单元2的定子框架，动子基板2-3悬浮于该定子框架内；

平衡质量框架1包括定子框架、两个动子框架1-5，定子框架是由两个上边板1-1、两个侧板1-2和一个下边板1-3组成的框架结构，所述动子框架1-5为长方体结构，两个动子框架1-5分别固定在多自由度运动单元2的定子框架的两端，且所述两个动子框架1-5分别嵌入在定子框架两端的上边板1-1、侧板1-2和下边板1-3组成的凹槽内；磁悬浮单元包括六组块平板形平行充磁的动子永磁体1-6和六组块平板形平行充磁的定子永磁体1-4，所述六块动子永磁体1-6分成两组，每组的三块动子永磁体1-6分别固定在一个动子框架1-5上面、下面和与定子框架相邻的侧面；所述六块定子永磁体1-4分成两组，每组中的三块定子永磁体1-4分别固定到定子框架一端的上边板1-1的下表面、下边板的上表面和侧板1-2的内侧面，位置相对应的定子永磁体1-4和动子永磁体1-6之间为气隙，并且位置相对应的动子永磁体1-6与定子永磁体1-4的充磁方向相反；

多自由度运动单元的Y向长行程直线电机沿Y向的轴线、X向短行程直线电机沿Y向的轴线以及Z向磁悬浮调整单元的沿Y向的轴线相互平行，两套Y向长行程直线电机沿Y向对称镜像设置，两套X向短行程直线电机沿Y向对称镜像设置，两套Z向磁悬浮调整单元沿Y向对称镜像设置；

Y向长行程直线电机为双边初级结构，且为短次级、动次级结构，Y向长行程直线电机的上初级与定子上基板固定连接，Y向长行程直线电机的下初级与定子下基板固定连接；Y向长行程直线电机的次级与动子基板固定连接，所述Y向长行程直线电机用于调整动子基板沿Y向的运动行程；

X向短行程直线电机为双边初级结构，且为短次级、动次级结构，X向短行程直线电机的上初级与定子上基板固定连接，X向短行程直线电机的下初级与定子下基板固定连接；X向短行程直线电机的次级与动子基板固定连接，所述X向短行程直线电机用于调整动子基板沿X向的运动行程；

Z向磁悬浮调整单元由初级和次级构成，初级和次级之间为气隙，Z向磁悬浮调整单元的上初级与定子上基板固定连接，Z向磁悬浮调整单元的下初级铁心固定在多自由度运动单元的定子下基板上，Z向磁悬浮调整单元的次级与动子基板固定连接，所述Z向磁悬浮调整单元用于调整动子基板沿Z向的运动行程。

具体实施方式二：本实施方式是具体实施方式一所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的一种具体结构，本实施方式中，所述Y向长行程直线电机的上初级和下初级以次级为基准镜像对称设置，下初级包括初级基板4-4和初级绕组4-3，所述初级基板4-4固定在定子下基板2-2的上侧，所述初级绕组4-3为多相对称绕组，该初级绕组4-3沿Y向分成i段，i为自然数，且i≥1；每段初级绕组均为多相对称绕组，所述i段初级绕组沿Y向排成一列固定在初级基板4-4上，所述初级绕组的有效边均与Y向相垂直；Y向长行程直线电机的次级包括上次级永磁体4-1、上永磁体固定板、下次级永磁体4-2和下永磁体固定板，所述上永磁体固定板和下永磁体固定板对称固定在动子基板上下表面，上次级永磁体4-1固定或嵌入在上永磁体固定板上；下次级永磁体4-2固定或嵌入在下永磁体固定板上；

X向短行程直线电机中，每边的初级包括初级铁心和初级绕组3-3，所述初级绕组固定在初级铁心的气隙侧，每边的初级绕组由j个线圈构成，j个线圈沿Y向等间距排列，j为自然数，且j≥1，每个线圈的有效边平行于Y向；X向短行程直线电机的次级由次级上永磁体3-1、次级下永磁体3-2、上永磁体固定板和下永磁体固定板构成，上永磁体固定板和下永磁体固定板镜像对称固定在动子基板2-3的上下表面，次级上永磁体3-1固定在上永磁体固定板的上侧，次级下永磁体3-2固定在下永磁体固定板的下侧，并且，次级上永磁体3-1和次级下永磁体3-2镜像对称设置，其中，次级上永磁体3-1由沿X向设置的相互平行的两列永磁体组成，并且所述两列永磁体分别与对应的初级绕组中的线圈的两个有效边相对应，所有永磁体均为平行充磁，且位于同一列的永磁体的充磁方向相同，位于不同列的永磁体的充磁方向相反；

Z向磁悬浮调整单元的每边初级包括初级铁心、初级绕组和初级永磁体5-5，所述初级铁心5-4沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1，每段初级铁心由两个横截面为Г形的铁心件构成，初级永磁体为平板形永磁体5-5，并且固定在两个相对设置的Г形铁心件的水平段中间，使得初级铁心和初级永磁体组成门字形；初级绕组由多个线圈构成，每段初级铁心中的两个Г形铁心的竖直芯柱分别缠绕有一个线圈，所述两个线圈串联连接；次级包括上磁性次级金属轭板5-1和下磁性次级金属轭板5-2，所述上磁性次级金属轭板5-1和下磁性次级金属轭板5-2镜像对称安装在动子基板2-3的上、下表面上。

当本实施方式中的j和k均取值为4时，本实施方式所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的结构参见图1至6所示。

具体实施方式三：本实施方式是具体实施方式一所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的一种具体结构，本实施方式中，多自由度运动单元的X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元为集成结构，二者公用一个共用次级；

Z向磁悬浮调整单元中每边的初级包括初级铁心5-4和初级绕组5-3，所述初级铁心5-4是平板形铁心，所述初级绕组固定在初级铁心的气隙侧，所述初级绕组由2k个线圈构成，2k个线圈分成k行两列，所述两列线圈沿X向平行设置，k为自然数，且k≥1，每个线圈的有效边平行与Y向；

X向短行程直线电机中每边的初级包括初级绕组3-3，所述初级绕组3-3由j个线圈排成一列构成，每个线圈的有效边平行与Y向，该列线圈固定在Z向磁悬浮调整单元的初级绕组的气隙侧，j为自然数，且j≥1；

所述共用次级由上次级永磁体6-1、下次级永磁体6-2、上永磁体固定板和下永磁体固定板组成，所述上永磁体固定板和下永磁体固定板镜像对称固定在动子基板的上下表面，上次级永磁体6-1和下次级永磁体6-2呈镜像对称设置、并且分别固定在上永磁体固定板和下永磁体固定板上，上次级永磁体6-1由沿X向平行设置的两列永磁体组成，所述两列永磁体分别与X向短行程直线电机中初级绕组的线圈的两个有效边相对应，位于同一列的永磁体的充磁方向相同，位于不同列的永磁体的充磁方向相反。

本实施方式中，j和k的取值没有必然联系，根据实际需要设计既可。

本实施方式中，所述X向短行程直线电机中每边的初级绕组3-3的一列线圈的两个有效边可以分别固定在与其对应的Z向磁悬浮调整单元的初级绕组5-3的两列该线圈的中心位置，便于电机制作工艺的操作。

当本实施方式中的j和k均取值为4时，本实施方式所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的结构参见图7至9所示。

具体实施方式四：本实施方式是具体实施方式一所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的一种具体结构，本实施方式中，所述Y向长行程直线电机的上初级和下初级以次级为基准镜像对称设置，下初级包括初级基板4-4和初级绕组4-3，所述初级基板4-4固定在定子下基板2-2的上侧，所述初级绕组4-3为多相对称绕组，该初级绕组4-3沿Y向分成i段，i为自然数，且i≥1；所述i段绕组沿Y向排成一列固定在初级基板4-4上，Y向长行程直线电机的次级包括上次级永磁体4-1、上永磁体固定板、下次级永磁体4-2和下永磁体固定板，所述上永磁体固定板和下永磁体固定板对称固定在动子基板上下表面，上次级永磁体4-1固定或嵌入在上永磁体固定板上；下次级永磁体4-2固定或嵌入在下永磁体固定板上；

X向短行程直线电机中，每边的初级包括初级铁心和初级绕组，所述初级绕组固定在初级铁心的气隙侧，每边的初级绕组由j个线圈构成，j个线圈沿Y向等间距排列，j为自然数，且j≥1，每个线圈的有效边平行于Y向；X向短行程直线电机的次级由次级上永磁体3-1、次级下永磁体3-2、上永磁体固定板和下永磁体固定板构成，上永磁体固定板和下永磁体固定板镜像对称固定在动子基板2-3的上下表面，次级上永磁体3-1固定在上永磁体固定板的上侧，次级下永磁体3-2固定在下永磁体固定板的下侧，并且，次级上永磁体3-1和次级下永磁体3-2镜像对称设置，其中，次级上永磁体3-1由沿X向设置的相互平行的两列永磁体组成，并且所述两列永磁体分别与对应的初级绕组中的线圈的两个有效边相对应，所有永磁体均为平行充磁，并且所述充磁方向与其相邻的气隙所在平面相垂直，且位于同一列的永磁体的充磁方向相同，位于不同列的永磁体的充磁方向相反；

Z向磁悬浮调整单元的每边初级包括初级铁心和初级绕组，所述初级铁心沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1，每段初级铁心由两个横截面为Г形的铁心件构成，初级永磁体为平板形永磁体，并且固定在两个相对设置的Г形铁心件的水平段中间，使得初级铁心和初级永磁体组成门字形；初级绕组由多个线圈构成，每段初级铁心中的两个Г形铁心的竖直芯柱分别缠绕有一个线圈，所述两个线圈串联连接；Z向磁悬浮调整单元的次级包括上次级永磁体7-1、下次级永磁体7-2、上永磁体固定板和下永磁体固定板组成，所述上永磁体固定板和下永磁体固定板镜像对称固定在动子基板2-3的上下表面，上次级永磁体7-1和下次级永磁体7-2呈镜像对称设置、并且分别固定在上永磁体固定板和下永磁体固定板上，上次级永磁体7-1由沿X向平行设置的两列永磁体组成，所述两列永磁体分别与Z向磁悬浮调整单元初级的两个Г形铁心件相对应，位于同一列的永磁体的充磁方向相同，位于不同列的永磁体的充磁方向相反。

当本实施方式中的j和k均取值为4时，本实施方式所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的结构参见图10至12所示。

具体实施方式五：本实施方式是具体实施方式一所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的一种具体结构，本实施方式中，多自由度运动单元的X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元为集成结构，二者公用一个共用次级，所述共用次级包括两个次级铁心，所述两个次级铁心镜像对称固定在动子基板2-3的上、下表面，所述次级铁心的气隙侧表面上沿X向设置有两个次级凸极，所述两个次级凸极相互平行；

X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元公用一个集成初级，该集成初级为双边结构，每一个边的集成初级包括初级铁心5-6、初级绕组5-7和初级永磁体5-8，初级铁心5-6沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1；每段初级铁心的形状相同，所述初级铁心的横截面为E字形，沿Y向每段初级铁心上的初级绕组由两个线圈构成，两个初级线圈分别绕在初级铁心两侧的芯柱上，初级永磁体为平行充磁的平板形永磁体，并且所述充磁方向与其相邻的气隙所在平面相垂直，所述初级永磁体固定在初级铁心的中间芯柱的端面上。

当本实施方式中的k取值为4时，本实施方式所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的结构参见图13至15所示。

具体实施方式六：本实施方式是具体实施方式一所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的一种具体结构，本实施方式中，多自由度运动单元的X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元为集成结构，二者公用一个共用次级，且二者的初级组合在一起形成集成初级；

所述共用次级由两对磁性次级金属轭板5-3构成，每块磁性次级金属轭板5-3为平板形，每对磁性次级金属轭板5-3中的两块磁性次级金属轭板5-3分别固定在多自由度运动单元的动子基板2-3上、下表面沿X向的两端；

所述集成初级包括初级铁心6-1、初级绕组6-3和两块初级永磁体6-2，初级铁心6-1沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1；每段初级铁心由上铁心、下铁心和中间铁心组成，所述上铁心和下铁心以中间铁心所在平面镜像对称设置，其中上铁心由两个横截面为Г形的铁心件构成，初级永磁体6-2为平行充磁的平板形永磁体，所述两个Г形铁心件的水平段相对设置、且中间固定一块初级永磁体6-2形成门字形结构；每段初级铁心的两个Г形铁心件的竖直段上均缠绕有一个线圈，所有线圈组成初级绕组6-3；所述上铁心和下铁心沿X向临近外侧的两个Г形铁心件的竖直段的末端分别固定在中间铁心一端的上表面和下表面；所述上铁心和下铁心沿X向临近内侧的两个Г形铁心件的竖直段之间为磁性次级金属轭板5-3；所述上铁心和下铁心分别固定在多自由度运动单元的定子上基板2-1和下基板2-2。

本实施方式中，磁性次级金属轭板5-3可以固定在动子基板2-3的表面，还可以嵌入动子基板2-3固定。

当本实施方式中的k取值为4时，本实施方式所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的结构参见图16至18所示。

具体实施方式七：本实施方式是具体实施方式一所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的一种具体结构，本实施方式中，多自由度运动单元的X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元为集成结构，二者公用一个共用次级，且二者的初级组合在一起形成集成初级；

所述共用次级由两对磁性次级金属轭板5-3构成，每块磁性次级金属轭板5-3为平板形，每对磁性次级金属轭板5-3中的两块磁性次级金属轭板5-3分别固定在多自由度运动单元的动子基板2-3上、下表面沿X向的两端；

所述集成初级包括初级铁心6-1、初级绕组6-3和初级永磁体6-2，初级铁心6-1沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1；每段初级铁心由上铁心、下铁心和中间铁心组成，所述上铁心和下铁心以中间铁心所在平面镜像对称设置，其中上铁心为门字形铁心，初级永磁体为为平行充磁的平板形永磁体，并且所述充磁方向与其相邻的气隙所在平面相垂直，所述上铁心和下铁心的开口方向相对设置，上铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，下铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，所有线圈组成初级绕组6-3；所述上铁心和下铁心沿X向临近外侧的两个竖直段的末端分别固定在中间铁心一端的上表面和下表面，该中间铁心的另一端的端面上固定由初级永磁体6-2；所述上铁心和下铁心沿X向临近内侧的竖直段之间为磁性次级金属轭板5-3；所述上铁心和下铁心分别固定在多自由度运动单元的定子上基板2-1和下基板2-2。

本实施方式中，磁性次级金属轭板5-3可以固定在动子基板2-3的表面，还可以嵌入动子基板2-3固定。

当本实施方式中的k取值为4时，本实施方式所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的结构参见图19至21所示。

具体实施方式八：本实施方式是具体实施方式一所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的一种具体结构，本实施方式中，多自由度运动单元的X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元为集成结构，二者公用一个次级，且二者的初级组合在一起形成集成初级；

所述共用次级由两对磁性次级金属轭板5-3构成，每块磁性次级金属轭板5-3为平板形，每对磁性次级金属轭板5-3中的两块磁性次级金属轭板5-3分别固定在多自由度运动单元的动子基板2-3上、下表面沿X向的两端；

所述集成初级包括初级铁心6-1、初级绕组6-3和两块初级永磁体6-2，初级铁心6-1沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1；每段初级铁心由上铁心、下铁心和中间铁心组成，所述上铁心和下铁心以中间铁心所在平面镜像对称设置，其中上铁心为门字形铁心，初级永磁体为平行充磁的平板形永磁体，并且所述充磁方向与其相邻的气隙所在平面相垂直，所述上铁心和下铁心的开口方向相对设置，上铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，下铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，所有线圈组成初级绕组6-3；所述上铁心和下铁心沿X向临近外侧的两个竖直段的末端分别固定在中间铁心一端的上表面和下表面；所述上铁心和下铁心沿X向临近内侧的竖直段的末端分别固定由一块初级永磁体6-2，所述两块初级永磁体6-2之间为磁性次级金属轭板5-3；所述上铁心和下铁心分别固定在多自由度运动单元的定子上基板2-1和下基板2-2。

本实施方式中，磁性次级金属轭板5-3可以固定在动子基板2-3的表面，还可以嵌入动子基板2-3固定。

当本实施方式中的k取值为4时，本实施方式所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的结构参见图22至24所示。

具体实施方式九：本实施方式是具体实施方式一所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的一种具体结构，本实施方式中，多自由度运动单元的X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元为集成结构，二者公用一个次级，且二者的初级组合在一起形成集成初级；

所述共用次级由两对次级轭板5-4和两块次级永磁体5-5构成，所述次级永磁体5-5为平行充磁的平板型永磁体，并且所述充磁方向为水平方向；每块次级轭板5-4为长条形平板，每对次级轭板5-4中的两块次级轭板5-4分别固定在多自由度运动单元的动子基板2-3上、下表面沿X向的两端，两块次级永磁体5-5分别固定在两块次级轭板5-4的外侧端面上；两块次级轭板5-4、两块次级永磁体5-5与所述动子基板2-3形成平板结构；

所述集成初级包括初级铁心6-1和初级绕组6-3，初级铁心6-1沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1；每段初级铁心由上铁心、下铁心和中间铁心组成，所述上铁心和下铁心以中间铁心所在平面镜像对称设置，其中上铁心为门字形铁心，所述上铁心和下铁心的开口方向相对设置，上铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，下铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，所有线圈组成初级绕组6-3；所述上铁心和下铁心沿X向临近外侧的两个竖直段的末端分别固定在中间铁心一端的上表面和下表面；所述上铁心和下铁心沿X向临近内侧的竖直段之间为次级；所述上铁心和下铁心分别固定在多自由度运动单元的定子上基板2-1和下基板2-2。

本实施方式中，次级轭板5-4可以固定在动子基板2-3的表面，还可以嵌入动子基板2-3固定。

当本实施方式中的k取值为4时，本实施方式所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的结构参见图25至27所示。

具体实施方式十：本实施方式是具体实施方式一所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的一种具体结构，本实施方式中，多自由度运动单元的X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元为集成结构，二者公用一个共用次级，且二者的初级组合在一起形成集成初级；

所述共用次级由两对次级轭板5-4和四块次级永磁体5-5构成，所述次级永磁体5-5为平行充磁的平板型永磁体，并且所述充磁方向平行于Z向；每块次级轭板5-4均为长条形平板，每对次级轭板5-4的两块次级轭板5-4分别固定在多自由度运动单元的动子基板2-3上、下表面沿X向的两端；每块次级轭板5-4的气隙侧均固定有一块次级永磁体5-5；

所述集成初级包括初级铁心6-1和初级绕组6-3，初级铁心6-1沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1；每段初级铁心由上铁心、下铁心和中间铁心组成，所述上铁心和下铁心以中间铁心所在平面镜像对称设置，其中上铁心为门字形铁心，所述上铁心和下铁心的开口方向相对设置，上铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，下铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，所有线圈组成初级绕组6-3；所述上铁心和下铁心沿X向临近外侧的两个竖直段的末端分别固定在中间铁心一端的上表面和下表面；所述上铁心和下铁心沿X向临近内侧的竖直段之间为次级；所述上铁心和下铁心分别固定在多自由度运动单元的定子上基板2-1和下基板2-2。

当本实施方式中的k取值为4时，本实施方式所述的多自由度长行程磁悬浮工作台的结构参见图28至30所示。

上述各个实施方式所述的Y向长行程直线电机中的上次级永磁体4-1和下次级永磁体4-2的结构相同，可以采用现有各种永磁体结构来实现，例如：可以采用表贴永磁体结构、内嵌式永磁体结构或者Halbach永磁体结构。在此，仅给出一种具体表贴永磁体结构的实施例：所述下次级永磁体4-2由多块永磁体沿Y向等间距排列成一列、每块永磁体均为平行充磁，并且相邻的两块永磁体的充磁方向相反。

本发明所述的多自由度长行程磁悬浮工作台中的磁悬浮平衡质量框架也可以加主动力控制磁悬浮单元。

本发明所述的多自由度长行程磁悬浮工作台中的具体结构不局限于上述各个实施方式所描述的具体结构，还可以是各个实施方式所描述的技术特征的合理组合。

Claims (10)

1.多自由度长行程磁悬浮工作台，该工作台包括磁悬浮平衡质量框架（1）与多自由度运动单元（2）；磁悬浮平衡质量框架（1）包括平衡质量框架与磁悬浮单元；多自由度运动单元（2）包括定子上基板（2-1）、定子下基板（2-2）、动子基板（2-3）、两套Y向长行程直线电机、两套X向短行程直线电机以及两套Z向磁悬浮调整单元；定子上基板和定子下基板固定连接形成多自由度运动单元（2）的定子框架，动子基板（2-3）悬浮于该定子框架内；

平衡质量框架（1）包括定子框架、两个动子框架（1-5），定子框架是由两个上边板（1-1）、两个侧板（1-2）和一个下边板（1-3）组成的框架结构，所述动子框架（1-5）为长方体结构，两个动子框架（1-5）分别固定在多自由度运动单元（2）的定子框架的两端，且所述两个动子框架（1-5）分别嵌入在定子框架两端的上边板（1-1）、侧板（1-2）和下边板（1-3）组成的凹槽内；磁悬浮单元包括六组块平板形平行充磁的动子永磁体（1-6）和六组块平板形平行充磁的定子永磁体（1-4），所述六块动子永磁体（1-6）分成两组，每组的三块动子永磁体（1-6）分别固定在一个动子框架（1-5）上面、下面和与定子框架相邻的侧面；所述六块定子永磁体（1-4）分成两组，每组中的三块定子永磁体（1-4）分别固定到定子框架一端的上边板（1-1）的下表面、下边板的上表面和侧板（1-2）的内侧面，位置相对应的定子永磁体（1-4）和动子永磁体（1-6）之间为气隙，并且位置相对应的动子永磁体（1-6）与定子永磁体（1-4）的充磁方向相反；

多自由度运动单元的Y向长行程直线电机沿Y向的轴线、X向短行程直线电机沿Y向的轴线以及Z向磁悬浮调整单元的沿Y向的轴线相互平行，两套Y向长行程直线电机沿Y向对称镜像设置，两套X向短行程直线电机沿Y向对称镜像设置，两套Z向磁悬浮调整单元沿Y向对称镜像设置；

Y向长行程直线电机为双边初级结构，且为短次级、动次级结构，Y向长行程直线电机的上初级与定子上基板固定连接，Y向长行程直线电机的下初级与定子下基板固定连接；Y向长行程直线电机的次级与动子基板固定连接，所述Y向长行程直线电机用于调整动子基板沿Y向的运动行程；

X向短行程直线电机为双边初级结构，且为短次级、动次级结构，X向短行程直线电机的上初级与定子上基板固定连接，X向短行程直线电机的下初级与定子下基板固定连接；X向短行程直线电机的次级与动子基板固定连接，所述X向短行程直线电机用于调整动子基板沿X向的运动行程；

Z向磁悬浮调整单元由初级和次级构成，初级和次级之间为气隙，Z向磁悬浮调整单元的上初级与定子上基板固定连接，Z向磁悬浮调整单元的下初级铁心固定在多自由度运动单元的定子下基板上，Z向磁悬浮调整单元的次级与动子基板固定连接，所述Z向磁悬浮调整单元用于调整动子基板沿Z向的运动行程。

2.根据权利要求1所述的多自由度长行程磁悬浮工作台，其特征在于，所述Y向长行程直线电机的上初级和下初级以次级为基准镜像对称设置，下初级包括初级基板（4-4）和初级绕组（4-3），所述初级基板（4-4）固定在定子下基板（2-2）的上侧，所述初级绕组（4-3）为多相对称绕组，该初级绕组（4-3）沿Y向分成i段，i为自然数，且i≥1；每段初级绕组均为多相对称绕组，所述i段初级绕组沿Y向排成一列固定在初级基板（4-4）上，所述初级绕组的有效边均与Y向相垂直；Y向长行程直线电机的次级包括上次级永磁体（4-1）、上永磁体固定板、下次级永磁体（4-2）和下永磁体固定板，所述上永磁体固定板和下永磁体固定板对称固定在动子基板上下表面，上次级永磁体（4-1）固定或嵌入在上永磁体固定板上；下次级永磁体（4-2）固定或嵌入在下永磁体固定板上；

X向短行程直线电机中，每边的初级包括初级铁心和初级绕组（3-3），所述初级绕组固定在初级铁心的气隙侧，每边的初级绕组由j个线圈构成，j个线圈沿Y向等间距排列，j为自然数，且j≥1，每个线圈的有效边平行于Y向；X向短行程直线电机的次级由次级上永磁体（3-1）、次级下永磁体(3-2)、上永磁体固定板和下永磁体固定板构成，上永磁体固定板和下永磁体固定板镜像对称固定在动子基板（2-3）的上下表面，次级上永磁体（3-1）固定在上永磁体固定板的上侧，次级下永磁体(3-2)固定在下永磁体固定板的下侧，并且，次级上永磁体（3-1）和次级下永磁体(3-2)镜像对称设置，其中，次级上永磁体（3-1）由沿X向设置的相互平行的两列永磁体组成，并且所述两列永磁体分别与对应的初级绕组中的线圈的两个有效边相对应，所有永磁体均为平行充磁，且位于同一列的永磁体的充磁方向相同，位于不同列的永磁体的充磁方向相反；

Z向磁悬浮调整单元的每边初级包括初级铁心、初级绕组和级永磁体（5-5）初级永磁体（5-5），所述初级铁心（5-4）沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1，每段初级铁心由两个横截面为Г形的铁心件构成，初级永磁体为平板形永磁体（5-5），并且固定在两个相对设置的Г形铁心件的水平段中间，使得初级铁心和初级永磁体组成门字形；初级绕组由多个线圈构成，每段初级铁心中的两个Г形铁心的竖直芯柱分别缠绕有一个线圈，所述两个线圈串联连接；次级包括上磁性次级金属轭板（5-1）和下磁性次级金属轭板（5-2），所述上磁性次级金属轭板（5-1）和下磁性次级金属轭板（5-2）镜像对称安装在动子基板（2-3）的上、下表面上。

3.根据权利要求1所述的多自由度长行程磁悬浮工作台，其特征在于，多自由度运动单元的X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元为集成结构，二者公用一个共用次级；

Z向磁悬浮调整单元中每边的初级包括初级铁心（5-4）和初级绕组（5-3），所述初级铁心（5-4）是平板形铁心，所述初级绕组固定在初级铁心的气隙侧，所述初级绕组由2k个线圈构成，2k个线圈分成k行两列，所述两列线圈沿X向平行设置，k为自然数，且k≥1，每个线圈的有效边平行与Y向；

X向短行程直线电机中每边的初级包括初级绕组（3-3），所述初级绕组（3-3）由j个线圈排成一列构成，每个线圈的有效边平行与Y向，该列线圈固定在Z向磁悬浮调整单元的初级绕组的气隙侧，j为自然数，且j≥1；

所述共用次级由上次级永磁体（6-1）、下次级永磁体（6-2）、上永磁体固定板和下永磁体固定板组成，所述上永磁体固定板和下永磁体固定板镜像对称固定在动子基板的上下表面，上次级永磁体（6-1）和下次级永磁体（6-2）呈镜像对称设置、并且分别固定在上永磁体固定板和下永磁体固定板上，上次级永磁体（6-1）由沿X向平行设置的两列永磁体组成，所述两列永磁体分别与X向短行程直线电机中初级绕组的线圈的两个有效边相对应，位于同一列的永磁体的充磁方向相同，位于不同列的永磁体的充磁方向相反。

4.根据权利要求2所述的多自由度长行程磁悬浮工作台，其特征在于所述Y向长行程直线电机的上初级和下初级以次级为基准镜像对称设置，下初级包括初级基板（4-4）和初级绕组（4-3），所述初级基板（4-4）固定在定子下基板（2-2）的上侧，所述初级绕组（4-3）为多相对称绕组，该初级绕组（4-3）沿Y向分成i段，i为自然数，且i≥1；所述i段绕组沿Y向排成一列固定在初级基板（4-4）上，Y向长行程直线电机的次级包括上次级永磁体（4-1）、上永磁体固定板、下次级永磁体（4-2）和下永磁体固定板，所述上永磁体固定板和下永磁体固定板对称固定在动子基板上下表面，上次级永磁体（4-1）固定或嵌入在上永磁体固定板上；下次级永磁体（4-2）固定或嵌入在下永磁体固定板上；

X向短行程直线电机中，每边的初级包括初级铁心和初级绕组，所述初级绕组固定在初级铁心的气隙侧，每边的初级绕组由j个线圈构成，j个线圈沿Y向等间距排列，j为自然数，且j≥1，每个线圈的有效边平行于Y向；X向短行程直线电机的次级由次级上永磁体（3-1）、次级下永磁体(3-2)、上永磁体固定板和下永磁体固定板构成，上永磁体固定板和下永磁体固定板镜像对称固定在动子基板（2-3）的上下表面，次级上永磁体（3-1）固定在上永磁体固定板的上侧，次级下永磁体(3-2)固定在下永磁体固定板的下侧，并且，次级上永磁体（3-1）和次级下永磁体(3-2)镜像对称设置，其中，次级上永磁体（3-1）由沿X向设置的相互平行的两列永磁体组成，并且所述两列永磁体分别与对应的初级绕组中的线圈的两个有效边相对应，所有永磁体均为平行充磁，并且所述充磁方向与其相邻的气隙所在平面相垂直，且位于同一列的永磁体的充磁方向相同，位于不同列的永磁体的充磁方向相反；

Z向磁悬浮调整单元的每边初级包括初级铁心（5-4）和初级绕组（5-3），所述初级铁心沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1，每段初级铁心由两个横截面为Г形的铁心件构成，初级永磁体为平板形永磁体，并且固定在两个相对设置的Г形铁心件的水平段中间，使得初级铁心和初级永磁体组成门字形；初级绕组由多个线圈构成，每段初级铁心中的两个Г形铁心的竖直芯柱分别缠绕有一个线圈，所述两个线圈串联连接；

Z向磁悬浮调整单元的次级包括上次级永磁体（7-1）、下次级永磁体（7-2）、上永磁体固定板和下永磁体固定板组成，所述上永磁体固定板和下永磁体固定板镜像对称固定在动子基板（2-3）的上下表面，上次级永磁体（7-1）和下次级永磁体（7-2）呈镜像对称设置、并且分别固定在上永磁体固定板和下永磁体固定板上，上次级永磁体（7-1）由沿X向平行设置的两列永磁体组成，所述两列永磁体分别与Z向磁悬浮调整单元初级的两个Г形铁心件相对应，位于同一列的永磁体的充磁方向相同，位于不同列的永磁体的充磁方向相反。

5.根据权利要求1所述的多自由度长行程磁悬浮工作台，其特征在于多自由度运动单元的X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元为集成结构，二者公用一个共用次级，所述共用次级包括两个次级铁心，所述两个次级铁心镜像对称固定在动子基板（2-3）的上、下表面，所述次级铁心的气隙侧表面上沿X向设置有两个次级凸极，所述两个次级凸极相互平行；

X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元公用一个集成初级，该集成初级为双边结构，每一个边的集成初级包括初级铁心（5-6）、初级绕组（5-7）和初级永磁体（5-8），初级铁心（5-6）沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1；每段初级铁心的形状相同，所述初级铁心的横截面为E字形，沿Y向每段初级铁心上的初级绕组由两个线圈构成，两个初级线圈分别绕在初级铁心两侧的芯柱上，初级永磁体为平行充磁的平板形永磁体，并且所述充磁方向与其相邻的气隙所在平面相垂直，所述初级永磁体固定在初级铁心的中间芯柱的端面上。

6.根据权利要求1所述的多自由度长行程磁悬浮工作台，其特征在于多自由度运动单元的X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元为集成结构，二者公用一个共用次级，且二者的初级组合在一起形成集成初级；

所述共用次级由两对磁性次级金属轭板（5-3）构成，每块磁性次级金属轭板（5-3）为平板形，每对磁性次级金属轭板（5-3）中的两块磁性次级金属轭板（5-3）分别固定在多自由度运动单元的动子基板（2-3）上、下表面沿X向的两端；

所述集成初级包括初级铁心（6-1）、初级绕组（6-3）和两块初级永磁体（6-2），初级铁心（6-1）沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1；每段初级铁心由上铁心、下铁心和中间铁心组成，所述上铁心和下铁心以中间铁心所在平面镜像对称设置，其中上铁心由两个横截面为Г形的铁心件构成，初级永磁体（6-2）为平行充磁的平板形永磁体，所述两个Г形铁心件的水平段相对设置、且中间固定一块初级永磁体（6-2）形成门字形结构；每段初级铁心的两个Г形铁心件的竖直段上均缠绕有一个线圈，所有线圈组成初级绕组（6-3）；所述上铁心和下铁心沿X向临近外侧的两个Г形铁心件的竖直段的末端分别固定在中间铁心一端的上表面和下表面；所述上铁心和下铁心沿X向临近内侧的两个Г形铁心件的竖直段之间为磁性次级金属轭板（5-3）；所述上铁心和下铁心分别固定在多自由度运动单元的定子上基板（2-1）和下基板（2-2）。

7.根据权利要求1所述的多自由度长行程磁悬浮工作台，其特征在于多自由度运动单元的X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元为集成结构，二者公用一个共用次级，且二者的初级组合在一起形成集成初级；

所述共用次级由两对磁性次级金属轭板（5-3）构成，每块磁性次级金属轭板（5-3）为平板形，每对磁性次级金属轭板（5-3）中的两块磁性次级金属轭板（5-3）分别固定在多自由度运动单元的动子基板（2-3）上、下表面沿X向的两端；

所述集成初级包括初级铁心（6-1）、初级绕组（6-3）和初级永磁体（6-2），初级铁心（6-1）沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1；每段初级铁心由上铁心、下铁心和中间铁心组成，所述上铁心和下铁心以中间铁心所在平面镜像对称设置，其中上铁心为门字形铁心，初级永磁体为为平行充磁的平板形永磁体，并且所述充磁方向与其相邻的气隙所在平面相垂直，所述上铁心和下铁心的开口方向相对设置，上铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，下铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，所有线圈组成初级绕组（6-3）；所述上铁心和下铁心沿X向临近外侧的两个竖直段的末端分别固定在中间铁心一端的上表面和下表面，该中间铁心的另一端的端面上固定由初级永磁体（6-2）；所述上铁心和下铁心沿X向临近内侧的竖直段之间为磁性次级金属轭板（5-3）；所述上铁心和下铁心分别固定在多自由度运动单元的定子上基板（2-1）和下基板（2-2）。

8.根据权利要求1所述的多自由度长行程磁悬浮工作台，其特征在于多自由度运动单元的X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元为集成结构，二者公用一个次级，且二者的初级组合在一起形成集成初级；

所述共用次级由两对磁性次级金属轭板（5-3）构成，每块磁性次级金属轭板（5-3）为平板形，每对磁性次级金属轭板（5-3）中的两块磁性次级金属轭板（5-3）分别固定在多自由度运动单元的动子基板（2-3）上、下表面沿X向的两端；

所述集成初级包括初级铁心（6-1）、初级绕组（6-3）和两块初级永磁体（6-2），初级铁心（6-1）沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1；每段初级铁心由上铁心、下铁心和中间铁心组成，所述上铁心和下铁心以中间铁心所在平面镜像对称设置，其中上铁心为门字形铁心，初级永磁体为平行充磁的平板形永磁体，并且所述充磁方向与其相邻的气隙所在平面相垂直，所述上铁心和下铁心的开口方向相对设置，上铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，下铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，所有线圈组成初级绕组（6-3）；所述上铁心和下铁心沿X向临近外侧的两个竖直段的末端分别固定在中间铁心一端的上表面和下表面；所述上铁心和下铁心沿X向临近内侧的竖直段的末端分别固定由一块初级永磁体（6-2），所述两块初级永磁体（6-2）之间为磁性次级金属轭板（5-3）；所述上铁心和下铁心分别固定在多自由度运动单元的定子上基板（2-1）和下基板（2-2）。

9.根据权利要求1所述的多自由度长行程磁悬浮工作台，其特征在于多自由度运动单元的X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元为集成结构，二者公用一个次级，且二者的初级组合在一起形成集成初级；

所述共用次级由两对次级轭板（5-4）和两块次级永磁体（5-5）构成，所述次级永磁体（5-5）为平行充磁的平板型永磁体，并且所述充磁方向为水平方向；每块次级轭板（5-4）为长条形平板，每对次级轭板（5-4）中的两块次级轭板（5-4）分别固定在多自由度运动单元的动子基板（2-3）上、下表面沿X向的两端，两块次级永磁体（5-5）分别固定在两块次级轭板（5-4）的外侧端面上；两块次级轭板（5-4）、两块次级永磁体（5-5）与所述动子基板（2-3）形成平板结构；

所述集成初级包括初级铁心（6-1）和初级绕组（6-3），初级铁心（6-1）沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1；每段初级铁心由上铁心、下铁心和中间铁心组成，所述上铁心和下铁心以中间铁心所在平面镜像对称设置，其中上铁心为门字形铁心，所述上铁心和下铁心的开口方向相对设置，上铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，下铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，所有线圈组成初级绕组（6-3）；所述上铁心和下铁心沿X向临近外侧的两个竖直段的末端分别固定在中间铁心一端的上表面和下表面；所述上铁心和下铁心沿X向临近内侧的竖直段之间为次级；所述上铁心和下铁心分别固定在多自由度运动单元的定子上基板（2-1）和下基板（2-2）。

10.根据权利要求1所述的多自由度长行程磁悬浮工作台，其特征在于多自由度运动单元的X向短行程直线电机与Z向磁悬浮调整单元为集成结构，二者公用一个共用次级，且二者的初级组合在一起形成集成初级；

所述共用次级由两对次级轭板（5-4）和四块次级永磁体（5-5）构成，所述次级永磁体（5-5）为平行充磁的平板型永磁体，并且所述充磁方向为平行于Z向；每块次级轭板（5-4）均为长条形平板，每对次级轭板（5-4）的两块次级轭板（5-4）分别固定在多自由度运动单元的动子基板（2-3）上、下表面沿X向的两端；每块次级轭板（5-4）的气隙侧均固定有一块次级永磁体（5-5）；

所述集成初级包括初级铁心（6-1）和初级绕组（6-3），初级铁心（6-1）沿Y向分成k段，k为自然数，且k≥1；每段初级铁心由上铁心、下铁心和中间铁心组成，所述上铁心和下铁心以中间铁心所在平面镜像对称设置，其中上铁心为门字形铁心，所述上铁心和下铁心的开口方向相对设置，上铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，下铁心的两个竖直段上分别缠绕有一个线圈，所有线圈组成初级绕组（6-3）；所述上铁心和下铁心沿X向临近外侧的两个竖直段的末端分别固定在中间铁心一端的上表面和下表面；所述上铁心和下铁心沿X向临近内侧的竖直段之间为次级；所述上铁心和下铁心分别固定在多自由度运动单元的定子上基板（2-1）和下基板（2-2）。

Images