CN106953551B - 磁悬浮重力补偿器 - Google Patents
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Abstract
磁悬浮重力补偿器，属于磁悬浮技术领域。解决了采用空气弹簧作为重力补偿装置，存在其应用于真空环境时装置结构复杂的问题。本发明包括定子和动子，且二者间存在气隙，定子包括定子框架、定子横梁和定子永磁体；动子包括动子框架和动子基座，动子框架固定在动子基座下表面，动子框架内部设置有动子永磁体菱形阵列，所述动子永磁体菱形阵列由4个动子永磁体构成；且动子永磁体菱形阵列围成一个空腔，定子横梁贯穿于空腔；本发明利用定子永磁体与动子菱形永磁体阵列之间的相互作用力产生的磁场之间的相互作用力实现对磁悬浮系统中运动质量的补偿，从而实现磁悬浮。本发明主要用于重力补偿。
Description
技术领域
本发明属于磁悬浮技术领域。
背景技术
磁悬浮技术具有无机械接触、无摩擦、无磨损、无需润滑的优点，因而被认为是真空环境中用于检测和加工的最先进的技术，在超精密检测和加工设备中具有广阔的应用前景。一般来说，磁悬浮可以通过使用多个作动器和传感器控制六自由度运动来实现。然而，在悬浮和定位过程中，为了支撑运动质量，作动器需要连续通电工作，产生的热量会带来环境温升和机械变形的问题。因此，为磁悬浮系统设置性能优异的重力补偿装置是十分必要的。
目前，在超精密检测和加工设备中，大多采用空气弹簧作为重力补偿装置。这主要是因为空气弹簧在具有较大承载能力的同时，具有较低的刚度，而低刚度可使系统获得较高的定位精度和较好的隔振效果。
虽然空气弹簧作为重力补偿装置具有较高的定位精度和较好的隔振效果，但是空气弹簧需要气体供应，应用于真空环境时装置结构复杂。另外，由空气弹簧构成的系统的固有频率一般在2Hz左右，难以满足超精密测量和加工设备对隔振的要求。
发明内容
本发明是为了解决采用空气弹簧作为重力补偿装置，存在其应用于真空环境时装置结构复杂的问题，本发明提供了一种磁悬浮重力补偿器，该磁悬浮重力补偿器包括两套方案。
方案一：
磁悬浮重力补偿器，它包括1个定子和1个动子；
定子包括定子框架、定子横梁和定子永磁体；定子永磁体的个数为1或2，当定子永磁体的个数为1时，该定子永磁体嵌入在定子横梁内，且二者同轴，当定子永磁体的个数为2时，两块定子永磁体分别嵌入在定子横梁的上、下或左、右表面；定子横梁固定在定子框架上；
动子包括动子框架和动子基座，动子框架固定在动子基座下表面，动子框架内部设置有动子永磁体菱形阵列，所述动子永磁体菱形阵列由4个动子永磁体构成；且动子永磁体菱形阵列围成一个空腔，定子横梁贯穿于空腔；定子横梁与4个动子永磁体间存在气隙，以空腔的延伸方向为Y轴方向，定子框架的底座位于动子框架的下方，且二者间存在气隙；定子框架、动子框架和动子基座均采用非铁磁性材料实现；
定子永磁体和4个动子永磁体均为长方体结构，4个动子永磁体分别定义为1号动子永磁体、2号动子永磁体、3号动子永磁体和4号动子永磁体；
定子永磁体在径向截面的充磁方向为水平方向，定义为X轴方向；
4个动子永磁体在径向截面上的充磁方向与定子永磁体的充磁方向同在X-Z平面内，分别为：
1号动子永磁体的充磁方向相对于定子永磁体的充磁方向旋转(180°-θ)；2号动子永磁体的充磁方向相对于定子永磁体的充磁方向旋转(180°+θ)；3号动子永磁体的充磁方向相对于定子永磁体的充磁方向旋转θ；4号动子永磁体的充磁方向相对于定子永磁体的充磁方向旋转(360°-θ)；
其中，θ为大于0°且小于90°的角。
方案二：
磁悬浮重力补偿器，它包括1个动子和1个定子；
动子包括动子框架、动子横梁和动子永磁体；动子永磁体的个数为1或2，当动子永磁体的个数为1时，该动子永磁体嵌入在动子横梁内，且二者同轴，当动子永磁体的个数为2时，两块动子永磁体分别嵌入在动子横梁的上、下或左、右表面；动子横梁固定在动子框架上；
定子包括定子框架和定子基座，定子框架固定在定子基座上表面，定子框架内部设置有定子永磁体菱形阵列，所述的定子永磁体菱形阵列由4个定子永磁体构成；且定子永磁体菱形阵列围成一个空腔，动子横梁贯穿于空腔；动子横梁与4个定子永磁体间存在气隙，且以空腔的延伸方向为Y轴方向，
动子框架的底座位于定子框架的上方，且二者间存在气隙；
动子框架、定子框架和定子基座均采用非铁磁性材料实现；
动子永磁体和4个定子永磁体均为长方体结构，4个定子永磁体分别定义为1号定子永磁体、2号定子永磁体、3号定子永磁体和4号定子永磁体；
动子永磁体在径向截面的充磁方向为水平方向，定义为X轴方向；
4个定子永磁体在径向截面上的充磁方向与动子永磁体的充磁方向同在X-Z平面内，分别为：
所述1号定子永磁体的充磁方向相对于动子永磁体的充磁方向旋转(360°-θ)；2号定子永磁体的充磁方向相对于动子永磁体的充磁方向旋转θ；3号定子永磁体的充磁方向相对于动子永磁体的充磁方向旋转(180°-θ)；4号定子永磁体的充磁方向相对于动子永磁体的充磁方向旋转(180°+θ)；
其中，θ为大于0°且小于90°的角。
本发明带来的有益效果是：
本发明利用定子永磁体与动子菱形永磁体阵列之间的相互作用力以及定子线圈与动子菱形永磁体阵列产生的磁场之间的相互作用力实现对磁悬浮系统中运动质量的补偿，从而实现磁悬浮。
本发明所述的磁悬浮重力补偿器，无机械接触、无摩擦、无磨损、无需润滑，适用于真空环境；同时具有结构简单、力波动小、力密度高、损耗低的优点。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的磁悬浮重力补偿器的三维结构示意图；
图2为图1的主视图；
图3为图1的主剖视图；
图4为具体实施方式二所述的磁悬浮重力补偿器的三维结构示意图；
图5为图4的主视图；
图6为图4的主剖视图；
图7为具体实施方式三所述的磁悬浮重力补偿器的三维结构示意图；
图8为具体实施方式四所述的磁悬浮重力补偿器的三维结构示意图；
图9为图8的主剖视图；
图10为具体实施方式五所述的磁悬浮重力补偿器的三维结构示意图；
图11为图10的主剖视图；
图12为具体实施方式六所述的磁悬浮重力补偿器的三维结构示意图；
图13为图12的主视图；
图14为图12的主剖视图；
图15为具体实施方式七所述的磁悬浮重力补偿器的三维结构示意图；
图16为图15的主视图；
图17为图15的主剖视图；
图18为具体实施方式八所述的磁悬浮重力补偿器的三维结构示意图；
图19为具体实施方式九所述的磁悬浮重力补偿器的三维结构示意图；
图20为图19的主剖视图；
图21为具体实施方式十所述的磁悬浮重力补偿器的三维结构示意图
图22为图21的主剖视图；
图23和图24均为具体实施方式一中，当定子永磁体的个数为2时，磁悬浮重力补偿器的主剖视图；
图25和图26均为具体实施方式六中，当动子永磁体的个数为2时，磁悬浮重力补偿器的主剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1至图3，及图23和图24说明本实施方式，本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器，它包括1个定子1和1个动子2；
定子1包括定子框架1-1、定子横梁1-2和定子永磁体1-3；定子永磁体1-3的个数为1或2，当定子永磁体1-3的个数为1时，该定子永磁体1-3嵌入在定子横梁1-2内，且二者同轴，当定子永磁体1-3的个数为2时，两块定子永磁体1-3分别嵌入在定子横梁1-2的上、下或左、右表面；定子横梁1-2固定在定子框架1-1上；
动子2包括动子框架2-1和动子基座2-4，动子框架2-1固定在动子基座2-4下表面，动子框架2-1内部设置有动子永磁体菱形阵列，所述动子永磁体菱形阵列由4个动子永磁体2-2构成；且动子永磁体菱形阵列围成一个空腔2-3，定子横梁1-2贯穿于空腔2-3；定子横梁1-2与4个动子永磁体2-2间存在气隙，以空腔2-3的延伸方向为Y轴方向，定子框架1-1的底座位于动子框架2-1的下方，且二者间存在气隙；定子框架1-1、动子框架2-1和动子基座2-4均采用非铁磁性材料实现；
定子永磁体1-3和4个动子永磁体2-2均为长方体结构，4个动子永磁体2-2分别定义为1号动子永磁体2-2-1、2号动子永磁体2-2-2、3号动子永磁体2-2-3和4号动子永磁体2-2-4；
定子永磁体1-3在径向截面的充磁方向为水平方向，定义为X轴方向；
4个动子永磁体2-2在径向截面上的充磁方向与定子永磁体1-3的充磁方向同在X-Z平面内，分别为：
1号动子永磁体2-2-1的充磁方向相对于定子永磁体1-3的充磁方向旋转(180°-θ)；2号动子永磁体2-2-2的充磁方向相对于定子永磁体1-3的充磁方向旋转(180°+θ)；3号动子永磁体2-2-3的充磁方向相对于定子永磁体1-3的充磁方向旋转θ；4号动子永磁体2-2-4的充磁方向相对于定子永磁体1-3的充磁方向旋转(360°-θ)；
其中，θ为大于0°且小于90°的角。
本实施方式中，定子永磁体1-3在径向截面上，以水平方向进行充磁，且以该充磁方向为基准，以逆时针旋转为正方向。
(一)具体参见图3，当定子永磁体1-3的个数为1时，所述的磁悬浮重力补偿器利用定子永磁体1-3与动子永磁体菱形阵列之间的相互作用力实现对磁悬浮和对重力的补偿；
定子永磁体1-3排斥1号动子永磁体2-2-1，定子永磁体1-3排斥2号动子永磁体2-2-2，定子永磁体1-3吸引3号动子永磁体2-2-3，定子永磁体1-3吸引4号动子永磁体2-2-4，因此，定子永磁体1-3与动子永磁体菱形阵列之间产生了使动子悬浮的静态作用力；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器在静态作用力的作用下实现对磁悬浮系统中运动质量的补偿。
(二)具体参见图23，当定子永磁体1-3的个数为2时，位于定子横梁1-2的上表面的一块定子永磁体1-3定义为1号定子永磁体；位于定子横梁1-2的下表面的一块定子永磁体1-3定义为2号定子永磁体；
所述的磁悬浮重力补偿器利用1号定子永磁体和2号定子永磁体与动子永磁体菱形阵列之间的相互作用力实现对磁悬浮和对重力的补偿；
1号定子永磁体排斥1号动子永磁体2-2-1，1号定子永磁体排斥2号动子永磁体2-2-2，2号定子永磁体吸引3号动子永磁体2-2-3，2号定子永磁体吸引4号动子永磁体2-2-4，因此，1号定子永磁体和2号定子永磁体与动子永磁体菱形阵列之间产生了使动子悬浮的静态作用力；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器在静态作用力的作用下实现对磁悬浮系统中运动质量的补偿。
(三)具体参见图24，当定子永磁体1-3的个数为2时，位于定子横梁1-2的左表面的一块定子永磁体1-3定义为3号定子永磁体；位于定子横梁1-2的右表面的一块定子永磁体1-3定义为4号定子永磁体；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器利用定子永磁体1-3与动子永磁体菱形阵列之间的相互作用力实现对磁悬浮和对重力的补偿；
3号定子永磁体排斥1号动子永磁体2-2-1，4号定子永磁体排斥2号动子永磁体2-2-2，3号定子永磁体吸引3号动子永磁体2-2-3，4号定子永磁体吸引4号动子永磁体2-2-4，因此，定子永磁体1-3与动子永磁体菱形阵列之间产生了使动子悬浮的静态作用力；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器在静态作用力的作用下实现对磁悬浮系统中运动质量的补偿。
具体实施方式二：参见图1至图6、图23和图24说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的磁悬浮重力补偿器的区别在于，所述的定子1还包括2组定子线圈1-4；2组定子线圈1-4为矩形结构，且对称嵌入在定子横梁1-2的左、右表面，并贯穿于空腔2-3。
一具体参见图6，当定子永磁体1-3的个数为1时，所述的磁悬浮重力补偿器利用定子永磁体1-3与动子永磁体菱形阵列之间的相互作用力以及定子线圈1-4与动子永磁体菱形阵列产生的磁场之间的相互作用力实现磁悬浮和对重力的补偿；
定子永磁体1-3排斥1号动子永磁体2-2-1，定子永磁体1-3排斥2号动子永磁体2-2-2，定子永磁体1-3吸引3号动子永磁体2-2-3，定子永磁体1-3吸引4号动子永磁体2-2-4，因此，定子永磁体1-3与动子永磁体菱形阵列之间产生了使动子悬浮的静态作用力；
1号动子永磁体2-2-1和2号动子永磁体2-2-2产生方向水平向左的磁场，3号动子永磁体2-2-3和4号动子永磁体2-2-4产生方向水平向右的磁场，定子线圈1-4与动子永磁体菱形阵列产生的磁场之间产生了使动子悬浮的动态作用力；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器在静态作用力和动态作用力的共同作用下实现对磁悬浮系统中运动质量的补偿。
(二)当定子永磁体1-3的个数为2时，位于定子横梁1-2的上表面的一块定子永磁体1-3定义为1号定子永磁体；位于定子横梁1-2的下表面的一块定子永磁体1-3定义为2号定子永磁体；
所述的磁悬浮重力补偿器利用1号定子永磁体和2号定子永磁体与动子永磁体菱形阵列之间的相互作用力以及定子线圈1-4与动子永磁体菱形阵列产生的磁场之间的相互作用力实现磁悬浮和对重力的补偿；
1号定子永磁体排斥1号动子永磁体2-2-1，1号定子永磁体排斥2号动子永磁体2-2-2，2号定子永磁体吸引3号动子永磁体2-2-3，2号定子永磁体吸引4号动子永磁体2-2-4，因此，1号定子永磁体和2号定子永磁体与动子永磁体菱形阵列之间产生了使动子悬浮的静态作用力；
1号动子永磁体2-2-1和2号动子永磁体2-2-2产生方向水平向左的磁场，3号动子永磁体2-2-3和4号动子永磁体2-2-4产生方向水平向右的磁场，定子线圈1-4与动子永磁体菱形阵列产生的磁场之间产生了使动子悬浮的动态作用力；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器在静态作用力和动态作用力的共同作用下实现对磁悬浮系统中运动质量的补偿。
(三)当定子永磁体1-3的个数为2时，位于定子横梁1-2的左表面的一块定子永磁体1-3定义为3号定子永磁体；位于定子横梁1-2的右表面的一块定子永磁体1-3定义为4号定子永磁体；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器利用定子永磁体1-3与动子永磁体菱形阵列之间的相互作用力以及定子线圈1-4与动子永磁体菱形阵列产生的磁场之间的相互作用力实现磁悬浮和对重力的补偿；
3号定子永磁体排斥1号动子永磁体2-2-1，4号定子永磁体排斥2号动子永磁体2-2-2，3号定子永磁体吸引3号动子永磁体2-2-3，4号定子永磁体吸引4号动子永磁体2-2-4，因此，定子永磁体1-3与动子永磁体菱形阵列之间产生了使动子悬浮的静态作用力；
1号动子永磁体2-2-1和2号动子永磁体2-2-2产生方向水平向左的磁场，3号动子永磁体2-2-3和4号动子永磁体2-2-4产生方向水平向右的磁场，定子线圈1-4与动子永磁体菱形阵列产生的磁场之间产生了使动子悬浮的动态作用力；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器在静态作用力和动态作用力的共同作用下实现对磁悬浮系统中运动质量的补偿。
具体实施方式三：参见图1至图7、图23和图24说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的磁悬浮重力补偿器的区别在于，还包括N个定子1和N个动子2；N+1个动子2在沿Y轴方向上串联设置，每个动子2的空腔2-3内对应设有一个定子横梁1-2，N+1个动子基座2-4为一体件，N+1个定子框架1-1的底座为一体件，N为大于或等于1的整数。
具体实施方式四：参见图1至图6、图8、图9、图23和图24说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的磁悬浮重力补偿器的区别在于，还包括N个定子1和N个动子2，且N+1个动子2在沿X轴方向上并联设置，每个动子2的空腔2-3内对应设有一个定子横梁1-2，且N+1个动子框架2-1为一体件，N+1个动子基座2-4为一体件，N为大于或等于1的整数。
具体实施方式五：参见图1至图6、图10、图11、图23和图24说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二所述的磁悬浮重力补偿器的区别在于，还包括N个动子框架2-1和N个定子横梁1-2，N为大于或等于1的整数；
N+1个动子框架2-1沿Z轴方向上并联设置，每个动子2的空腔2-3内对应设有一个定子横梁1-2，且1个动子基座2-4位于N+1个动子框架2-1的最上方，
N+1个定子横梁1-2共用一个定子框架1-1。
具体实施方式六：参见图12至图14，及图25和图26说明本实施方式，本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器，它包括1个动子3和1个定子4；
动子3包括动子框架3-1、动子横梁3-2和动子永磁体3-3；动子永磁体3-3的个数为1或2，当动子永磁体3-3的个数为1时，该动子永磁体3-3嵌入在动子横梁3-2内，且二者同轴，当动子永磁体3-3的个数为2时，两块动子永磁体3-3分别嵌入在动子横梁3-2的上、下或左、右表面；动子横梁3-2固定在动子框架3-1上；
定子4包括定子框架4-1和定子基座4-4，定子框架4-1固定在定子基座4-4上表面，定子框架4-1内部设置有定子永磁体菱形阵列，所述的定子永磁体菱形阵列由4个定子永磁体4-2构成；且定子永磁体菱形阵列围成一个空腔4-3，动子横梁3-2贯穿于空腔4-3；动子横梁3-2与4个定子永磁体4-2间存在气隙，且以空腔4-3的延伸方向为Y轴方向，
动子框架3-1的底座位于定子框架4-1的上方，且二者间存在气隙；
动子框架3-1、定子框架4-1和定子基座4-4均采用非铁磁性材料实现；
动子永磁体3-3和4个定子永磁体4-2均为长方体结构，4个定子永磁体4-2分别定义为1号定子永磁体4-2-1、2号定子永磁体4-2-2、3号定子永磁体4-2-3和4号定子永磁体4-2-4；
动子永磁体3-3在径向截面的充磁方向为水平方向，定义为X轴方向；
4个定子永磁体4-2在径向截面上的充磁方向与动子永磁体3-3的充磁方向同在X-Z平面内，分别为：
所述1号定子永磁体4-2-1的充磁方向相对于动子永磁体3-3的充磁方向旋转(360°-θ)；2号定子永磁体4-2-2的充磁方向相对于动子永磁体3-3的充磁方向旋转θ；3号定子永磁体4-2-3的充磁方向相对于动子永磁体3-3的充磁方向旋转(180°-θ)；4号定子永磁体4-2-4的充磁方向相对于动子永磁体3-3的充磁方向旋转(180°+θ)；
其中，θ为大于0°且小于90°的角。
本实施方式中，具体参见图14，动子永磁体3-3在径向截面上，以水平向左的方向进行充磁，且以该充磁方向为基准，以逆时针旋转为正方向。
(一)动子永磁体3-3的个数为1时，所述的磁悬浮重力补偿器利用动子永磁体3-3与定子永磁体菱形阵列之间的相互作用力实现对磁悬浮和对重力的补偿；
1号定子永磁体4-2-1吸引动子永磁体3-3，2号定子永磁体4-2-2吸引动子永磁体3-3，3号定子永磁体4-2-3排斥动子永磁体3-3，4号定子永磁体4-2-4排斥动子永磁体3-3，因此，动子永磁体3-3与定子永磁体菱形阵列之间产生了使动子悬浮的静态作用力；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器在静态作用力的作用下实现对磁悬浮系统中运动质量的补偿。
(二)具体参见图25，当动子永磁体3-3的个数为2时，所述的磁悬浮重力补偿器位于动子横梁3-2的上表面的一块动子永磁体3-3定义为1号动子永磁体，位于动子横梁3-2的下表面的一块动子永磁体3-3定义为2号动子永磁体；
所述的磁悬浮重力补偿器利用1号动子永磁体和2号动子永磁体与定子永磁体菱形阵列之间的相互作用力实现对磁悬浮和对重力的补偿；
1号定子永磁体4-2-1吸引1号动子永磁体，2号定子永磁体吸引1号动子永磁体，3号定子永磁体4-2-3排斥2号动子永磁体，4号定子永磁体4-2-4排斥2号动子永磁体，因此，1号动子永磁体和2号动子永磁体与定子永磁体菱形阵列之间产生了使动子悬浮的静态作用力；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器在静态作用力的作用下实现对磁悬浮系统中运动质量的补偿。
(三)具体参见图26，当动子永磁体3-3的个数为2时，所述的磁悬浮重力补偿器位于动子横梁3-2的左表面的一块动子永磁体3-3定义为3号动子永磁体，位于动子横梁3-2的右表面的一块动子永磁体3-3定义为4号动子永磁体；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器利用动子永磁体3-3与定子永磁体菱形阵列之间的相互作用力实现对磁悬浮和对重力的补偿；
1号定子永磁体4-2-1吸引3号动子永磁体，2号定子永磁体4-2-2吸引4号动子永磁体，3号定子永磁体4-2-3排斥3号动子永磁体，4号定子永磁体4-2-4排斥4号动子永磁体，因此，动子永磁体3-3与定子永磁体菱形阵列之间产生了使动子悬浮的静态作用力；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器在静态作用力的作用下实现对磁悬浮系统中运动质量的补偿。
具体实施方式七：参见图12至图17、图25和图26说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六所述的磁悬浮重力补偿器的区别在于，所述的动子3还包括2组动子线圈3-4；2组动子线圈3-4为矩形结构，且对称嵌入在动子横梁3-2的左、右表面，并贯穿于空腔4-3。
(一)动子永磁体3-3的个数为1时，所述的磁悬浮重力补偿器利用动子永磁体3-3与定子永磁体菱形阵列之间的相互作用力以及动子线圈3-4与定子永磁体菱形阵列产生的磁场之间的相互作用力实现磁悬浮和对重力的补偿；
1号定子永磁体4-2-1吸引动子永磁体3-3，2号定子永磁体4-2-2吸引动子永磁体3-3，3号定子永磁体4-2-3排斥动子永磁体3-3，4号定子永磁体4-2-4排斥动子永磁体3-3，因此，动子永磁体3-3与定子永磁体菱形阵列之间产生了使动子悬浮的静态作用力；
1号动子永磁体4-2-1和2号动子永磁体4-2-2产生方向水平向左的磁场，3号动子永磁体4-2-3和4号动子永磁体4-2-4产生方向水平向右的磁场，动子线圈3-4与定子永磁体菱形阵列产生的磁场之间产生了使动子悬浮的动态作用力；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器在静态作用力和动态作用力的共同作用下实现对磁悬浮系统中运动质量的补偿
(二)当动子永磁体3-3的个数为2时，所述的磁悬浮重力补偿器位于动子横梁3-2的上表面的一块动子永磁体3-3定义为1号动子永磁体，位于动子横梁3-2的下表面的一块动子永磁体3-3定义为2号动子永磁体；
所述的磁悬浮重力补偿器利用1号动子永磁体和2号动子永磁体与定子永磁体菱形阵列之间的相互作用力以及动子线圈3-4与定子永磁体菱形阵列产生的磁场之间的相互作用力实现磁悬浮和对重力的补偿；
1号定子永磁体4-2-1吸引1号动子永磁体，2号定子永磁体吸引1号动子永磁体，3号定子永磁体4-2-3排斥2号动子永磁体，4号定子永磁体4-2-4排斥2号动子永磁体，因此，1号动子永磁体和2号动子永磁体与定子永磁体菱形阵列之间产生了使动子悬浮的静态作用力；
1号动子永磁体4-2-1和2号动子永磁体4-2-2产生方向水平向左的磁场，3号动子永磁体4-2-3和4号动子永磁体4-2-4产生方向水平向右的磁场，动子线圈3-4与定子永磁体菱形阵列产生的磁场之间产生了使动子悬浮的动态作用力；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器在静态作用力和动态作用力的共同作用下实现对磁悬浮系统中运动质量的补偿。
(三)当动子永磁体3-3的个数为2时，所述的磁悬浮重力补偿器位于动子横梁3-2的左表面的一块动子永磁体3-3定义为3号动子永磁体，位于动子横梁3-2的右表面的一块动子永磁体3-3定义为4号动子永磁体；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器利用动子永磁体3-3与定子永磁体菱形阵列之间的相互作用力以及动子线圈3-4与定子永磁体菱形阵列产生的磁场之间的相互作用力实现磁悬浮和对重力的补偿；
1号定子永磁体4-2-1吸引3号动子永磁体，2号定子永磁体4-2-2吸引4号动子永磁体，3号定子永磁体4-2-3排斥3号动子永磁体，4号定子永磁体4-2-4排斥4号动子永磁体，因此，动子永磁体3-3与定子永磁体菱形阵列之间产生了使动子悬浮的静态作用力；
1号动子永磁体4-2-1和2号动子永磁体4-2-2产生方向水平向左的磁场，3号动子永磁体4-2-3和4号动子永磁体4-2-4产生方向水平向右的磁场，动子线圈3-4与定子永磁体菱形阵列产生的磁场之间产生了使动子悬浮的动态作用力；
本实施方式所述的磁悬浮重力补偿器在静态作用力和动态作用力的共同作用下实现对磁悬浮系统中运动质量的补偿。
具体实施方式八：参见图12至图18、图25和图26说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六或七所述的磁悬浮重力补偿器的区别在于，还包括N个动子3和N个定子4；N+1个定子4在沿Y轴方向上串联设置，每个定子4的空腔4-3内对应设有一个动子横梁3-2，N+1个定子基座4-4为一体件，N+1个动子框架3-1的底座为一体件，N为大于或等于1的整数。
具体实施方式九：参见图12至图17、图19、图20、图25和图26说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六或七所述的磁悬浮重力补偿器的区别在于，还包括N个动子3和N个定子4，且N+1个定子4在沿X轴方向上并联设置，每个定子4的空腔4-3内对应设有一个动子横梁3-2，且N+1个定子框架4-1为一体件，N+1个定子基座4-4为一体件，N为大于或等于1的整数。
具体实施方式十：参见图12至图17、图21、图22、图25和图26说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六或七所述的磁悬浮重力补偿器的区别在于，还包括N个定子框架4-1和N个动子横梁3-2，N为大于或等于1的整数；
N+1个定子框架4-1沿Z轴方向上并联设置，每个定子4的空腔4-3内对应设有一个动子横梁3-2，且1个定子基座4-4位于N+1个定子框架4-1的最上方，
N+1个动子横梁3-2共用一个动子框架3-1。
Claims (10)
1.磁悬浮重力补偿器，其特征在于，它包括1个定子(1)和1个动子(2)；
定子(1)包括定子框架(1-1)、定子横梁(1-2)和定子永磁体(1-3)；定子永磁体(1-3)的个数为1或2，当定子永磁体(1-3)的个数为1时，该定子永磁体(1-3)嵌入在定子横梁(1-2)内，且二者同轴，当定子永磁体(1-3)的个数为2时，两块定子永磁体(1-3)分别嵌入在定子横梁(1-2)的上、下或左、右表面；定子横梁(1-2)固定在定子框架(1-1)上；
动子(2)包括动子框架(2-1)和动子基座(2-4)，动子框架(2-1)固定在动子基座(2-4)下表面，动子框架(2-1)内部设置有动子永磁体菱形阵列，所述动子永磁体菱形阵列由4个动子永磁体(2-2)构成；且动子永磁体菱形阵列围成一个空腔(2-3)，定子横梁(1-2)贯穿于空腔(2-3)；定子横梁(1-2)与4个动子永磁体(2-2)间存在气隙，以空腔(2-3)的延伸方向为Y轴方向，定子框架(1-1)的底座位于动子框架(2-1)的下方，且二者间存在气隙；定子框架(1-1)、动子框架(2-1)和动子基座(2-4)均采用非铁磁性材料实现；
定子永磁体(1-3)和4个动子永磁体(2-2)均为长方体结构，4个动子永磁体(2-2)分别定义为1号动子永磁体(2-2-1)、2号动子永磁体(2-2-2)、3号动子永磁体(2-2-3)和4号动子永磁体(2-2-4)；
定子永磁体(1-3)在径向截面的充磁方向为水平方向，定义为X轴方向；
4个动子永磁体(2-2)在径向截面上的充磁方向与定子永磁体(1-3)的充磁方向同在X-Z平面内，分别为：
1号动子永磁体(2-2-1)的充磁方向相对于定子永磁体(1-3)的充磁方向旋转(180°-θ)；2号动子永磁体(2-2-2)的充磁方向相对于定子永磁体(1-3)的充磁方向旋转(180°+θ)；3号动子永磁体(2-2-3)的充磁方向相对于定子永磁体(1-3)的充磁方向旋转θ；4号动子永磁体(2-2-4)的充磁方向相对于定子永磁体(1-3)的充磁方向旋转(360°-θ)；
其中，θ为大于0°且小于90°的角。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮重力补偿器，其特征在于，所述的定子(1)还包括2组定子线圈(1-4)；2组定子线圈(1-4)为矩形结构，且对称嵌入在定子横梁(1-2)的左、右表面，并贯穿于空腔(2-3)。
3.根据权利要求1或2所述的磁悬浮重力补偿器，其特征在于，还包括N个定子(1)和N个动子(2)；N+1个动子(2)在沿Y轴方向上串联设置，每个动子(2)的空腔(2-3)内对应设有一个定子横梁(1-2)，N+1个动子基座(2-4)为一体件，N+1个定子框架(1-1)的底座为一体件，N为大于或等于1的整数。
4.根据权利要求1或2所述的磁悬浮重力补偿器，其特征在于，还包括N个定子(1)和N个动子(2)，且N+1个动子(2)在沿X轴方向上并联设置，每个动子(2)的空腔(2-3)内对应设有一个定子横梁(1-2)，且N+1个动子框架(2-1)为一体件，N+1个动子基座(2-4)为一体件，N为大于或等于1的整数。
5.根据权利要求1或2所述的磁悬浮重力补偿器，其特征在于，还包括N个动子框架(2-1)和N个定子横梁(1-2)，N为大于或等于1的整数；
N+1个动子框架(2-1)沿Z轴方向上并联设置，每个动子(2)的空腔(2-3)内对应设有一个定子横梁(1-2)，且1个动子基座(2-4)位于N+1个动子框架(2-1)的最上方，
N+1个定子横梁(1-2)共用一个定子框架(1-1)。
6.磁悬浮重力补偿器，其特征在于，它包括1个动子(3)和1个定子(4)；
动子(3)包括动子框架(3-1)、动子横梁(3-2)和动子永磁体(3-3)；动子永磁体(3-3)的个数为1或2，当动子永磁体(3-3)的个数为1时，该动子永磁体(3-3)嵌入在动子横梁(3-2)内，且二者同轴，当动子永磁体(3-3)的个数为2时，两块动子永磁体(3-3)分别嵌入在动子横梁(3-2)的上、下或左、右表面；动子横梁(3-2)固定在动子框架(3-1)上；
定子(4)包括定子框架(4-1)和定子基座(4-4)，定子框架(4-1)固定在定子基座(4-4)上表面，定子框架(4-1)内部设置有定子永磁体菱形阵列，所述的定子永磁体菱形阵列由4个定子永磁体(4-2)构成；且定子永磁体菱形阵列围成一个空腔(4-3)，动子横梁(3-2)贯穿于空腔(4-3)；动子横梁(3-2)与4个定子永磁体(4-2)间存在气隙，且以空腔(4-3)的延伸方向为Y轴方向，
动子框架(3-1)的底座位于定子框架(4-1)的上方，且二者间存在气隙；
动子框架(3-1)、定子框架(4-1)和定子基座(4-4)均采用非铁磁性材料实现；
动子永磁体(3-3)和4个定子永磁体(4-2)均为长方体结构，4个定子永磁体(4-2)分别定义为1号定子永磁体(4-2-1)、2号定子永磁体(4-2-2)、3号定子永磁体(4-2-3)和4号定子永磁体(4-2-4)；
动子永磁体(3-3)在径向截面的充磁方向为水平方向，定义为X轴方向；
4个定子永磁体(4-2)在径向截面上的充磁方向与动子永磁体(3-3)的充磁方向同在X-Z平面内，分别为：
所述1号定子永磁体(4-2-1)的充磁方向相对于动子永磁体(3-3)的充磁方向旋转(360°-θ)；2号定子永磁体(4-2-2)的充磁方向相对于动子永磁体(3-3)的充磁方向旋转θ；3号定子永磁体(4-2-3)的充磁方向相对于动子永磁体(3-3)的充磁方向旋转(180°-θ)；4号定子永磁体(4-2-4)的充磁方向相对于动子永磁体(3-3)的充磁方向旋转(180°+θ)；
其中，θ为大于0°且小于90°的角。
7.根据权利要求6所述的磁悬浮重力补偿器，其特征在于，所述的动子(3)还包括2组动子线圈(3-4)；2组动子线圈(3-4)为矩形结构，且对称嵌入在动子横梁(3-2)的左、右表面，并贯穿于空腔(4-3)。
8.根据权利要求6或7所述的磁悬浮重力补偿器，其特征在于，还包括N个动子(3)和N个定子(4)；N+1个定子(4)在沿Y轴方向上串联设置，每个定子(4)的空腔(4-3)内对应设有一个动子横梁(3-2)，N+1个定子基座(4-4)为一体件，N+1个动子框架(3-1)的底座为一体件，N为大于或等于1的整数。
9.根据权利要求6或7所述的磁悬浮重力补偿器，其特征在于，还包括N个动子(3)和N个定子(4)，且N+1个定子(4)在沿X轴方向上并联设置，每个定子(4)的空腔(4-3)内对应设有一个动子横梁(3-2)，且N+1个定子框架(4-1)为一体件，N+1个定子基座(4-4)为一体件，N为大于或等于1的整数。
10.根据权利要求6或7所述的磁悬浮重力补偿器，其特征在于，还包括N个定子框架(4-1)和N个动子横梁(3-2)，N为大于或等于1的整数；
N+1个定子框架(4-1)沿Z轴方向上并联设置，每个定子(4)的空腔(4-3)内对应设有一个动子横梁(3-2)，且1个定子基座(4-4)位于N+1个定子框架(4-1)的最上方，
N+1个动子横梁(3-2)共用一个动子框架(3-1)。
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