CN110855187B - 大载荷磁悬浮重力补偿器 - Google Patents

Abstract

大载荷磁悬浮重力补偿器，属于磁悬浮技术领域，本发明为解决现有技术没有在大载荷方面的磁悬浮重力补偿方法的问题。本发明包括定子和动子；定子的上层定子板和下层定子板通过四个角支撑柱连接；动子的动子板和转接板通过四个侧支撑柱连接；从上至下依次为转接板、上层定子板、动子板和下层定子板，两两层板之间均有机械气隙；上层定子板、下层定子板和动子板上均设置呈二维阵列分布的永磁体，沿厚度方向充磁，x向和y向相邻永磁体充磁方向均相反；动子板与上层定子板的永磁体相吸引，动子板与下层定子板的永磁体相排斥，使动子产生竖直向上的悬浮力。本发明用于对大质量的物体进行重力卸载。

Description

大载荷磁悬浮重力补偿器

技术领域

本发明涉及一种大载荷磁悬浮重力补偿器，属于磁悬浮技术领域。

背景技术

在超精定位系统、精密隔振设备、空间光学载荷地面测试等场合，需要对大质量的物体进行重力卸载。传统重力卸载方式包括悬吊法、机械弹簧、气浮弹簧以及利用主动电机实现。其中，悬吊法与机械弹簧属于接触式卸载方式，不适用于精密系统。气浮弹簧隔振性能较好，但需要复杂的供气系统，且对加工精度要求较高。利用主动电机可以实现对载荷的非接触支撑，且性能可控，但支撑大载荷时存在电机尺寸大、损耗高、温升严重等问题。

磁悬浮重力补偿是利用永磁体之间的作用力实现对载荷被动支撑的一种方法，具有非接触、无摩擦、结构简单、兼容真空环境等特点，结合主动控制，能够实现被支撑载荷的六自由度稳定悬浮。目前，在六自由度磁悬浮微动台等载荷较小的场合，磁悬浮重力补偿技术已经得到应用，但在吨级以上的大载荷方面，磁悬浮重力补偿方案较少，而且缺少对永磁体安装方式等具体实现措施的相关说明。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术没有在大载荷方面的磁悬浮重力补偿方法的问题，提供了一种大载荷磁悬浮重力补偿器。

本发明所述大载荷磁悬浮重力补偿器，它包括定子和动子；

定子包括上层定子板、下层定子板和四个角支撑柱；

上层定子板和下层定子板通过四个角支撑柱连接；

动子包括动子板、转接板和四个侧支撑柱；

动子板和转接板通过四个侧支撑柱连接；

从上至下依次为转接板、上层定子板、动子板和下层定子板，两两层板之间均有机械气隙；

所述上层定子板、下层定子板和动子板上均设置呈二维阵列分布的永磁体，沿厚度方向充磁，x向和y向相邻永磁体充磁方向均相反；

动子板与上层定子板的永磁体相吸引，动子板与下层定子板的永磁体相排斥，使动子产生竖直向上的悬浮力。

优选的，所述动子和定子均为N层，N为正整数；

第i层定子的上层定子板作为第i+1层定子的下层定子板，i＝1,2,…,N-2,N-1。

优选的，所述上层定子板包括上层定子永磁体安装板和M×M个上层定子永磁体，上层定子永磁体安装板的下表面铣有M×M个上层定子永磁体安装槽，上层定子永磁体安装槽呈二维阵列分布，M×M个上层定子永磁体分别嵌入M×M个上层定子永磁体安装槽中。

优选的，所述下层定子板包括下层定子永磁体安装板和M×M个下层定子永磁体，下层定子永磁体安装板的上表面铣有M×M个下层定子永磁体安装槽，下层定子永磁体安装槽呈二维阵列分布，M×M个下层定子永磁体分别嵌入M×M个下层定子永磁体安装槽中；

上层定子永磁体与下层定子永磁体充磁方向相反。

优选的，所述动子板包括动子永磁体安装板和M×M个动子永磁体，动子永磁体安装板的下表面铣有M×M个动子永磁体安装槽，动子永磁体安装槽呈二维阵列分布，M×M个动子永磁体分别嵌入M×M个动子永磁体安装槽中；

动子永磁体与上层定子永磁体充磁方向相同。

优选的，上层定子永磁体为矩形，上层定子永磁体安装槽为矩形，且上层定子永磁体安装槽的深度与上层定子永磁体的厚度相同。

优选的，下层定子永磁体为矩形，下层定子永磁体安装槽为矩形，且下层定子永磁体安装槽的深度与下层定子永磁体的厚度相同。

优选的，动子永磁体为矩形，动子永磁体安装槽为矩形，且动子永磁体安装槽的深度与动子永磁体的厚度相同。

优选的，转接板、角支撑柱和侧支撑柱均采用非导磁材料制成。

优选的，上层定子永磁体安装板、下层定子永磁体安装板和动子永磁体安装板均采用非导磁材料制成。

本发明的优点：

本发明提出的大载荷磁悬浮重力补偿器，利用二维矩形永磁体阵列之间的作用力产生较大的被动悬浮力，用于对大质量载荷的重力卸载。

1、利用二维永磁阵列能够产生较大的被动悬浮力；

2、利用在安装板上预先铣出的深槽，实现各永磁体之间的准确定位，有效降低安装误差；

3、安装板上各槽之间的筋部可以有效提高各部件的结构强度，确保在承受较大载荷时的变形量不大；

4、采用多层结构可以进一步增大悬浮力，具有结构紧凑、悬浮力密度高的优点。

附图说明

图1是本发明所述大载荷磁悬浮重力补偿器的结构示意图；

图2是本发明所述动子的结构示意图；

图3是本发明所述定子的结构示意图；

图4是本发明所述下层永磁体安装板的结构示意图；

图5是本发明所述下层定子板的结构示意图；

图6是本发明所述动子永磁体安装板的结构示意图；

图7是本发明所述上层定子永磁体、动子永磁体和下层定子永磁体的位置关系图；

图8是图7中的定子永磁体和动子永磁体的充磁方向示意图；

图9是本发明所述多层结构的大载荷磁悬浮重力补偿器的定子永磁体和动子永磁体的位置关系图；

图10是图9中的定子永磁体和动子永磁体的充磁方向示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一：下面结合图1-图8说明本实施方式，本实施方式所述大载荷磁悬浮重力补偿器，它包括定子和动子；

定子包括上层定子板1、下层定子板2和四个角支撑柱3；

上层定子板1和下层定子板2通过四个角支撑柱3连接；

动子包括动子板4、转接板5和四个侧支撑柱6；

动子板4和转接板5通过四个侧支撑柱6连接；

从上至下依次为转接板5、上层定子板1、动子板4和下层定子板2，两两层板之间均有机械气隙；

所述上层定子板1、下层定子板2和动子板4上均设置呈二维阵列分布的永磁体，沿厚度方向充磁，x向和y向相邻永磁体充磁方向均相反；

动子板4与上层定子板1的永磁体相吸引，动子板4与下层定子板2的永磁体相排斥，使动子产生竖直向上的悬浮力。

进一步的，所述上层定子板1包括上层定子永磁体安装板1-1和M×M个上层定子永磁体1-2，上层定子永磁体安装板1-1的下表面铣有M×M个上层定子永磁体安装槽1-3，上层定子永磁体安装槽1-3呈二维阵列分布，M×M个上层定子永磁体1-2分别嵌入M×M个上层定子永磁体安装槽1-3中。

再进一步的，所述下层定子板2包括下层定子永磁体安装板2-1和M×M个下层定子永磁体2-2，下层定子永磁体安装板2-1的上表面铣有M×M个下层定子永磁体安装槽2-3，下层定子永磁体安装槽2-3呈二维阵列分布，M×M个下层定子永磁体2-2分别嵌入M×M个下层定子永磁体安装槽2-3中；

上层定子永磁体1-2与下层定子永磁体2-2充磁方向相反。

再进一步的，所述动子板4包括动子永磁体安装板4-1和M×M个动子永磁体4-2，动子永磁体安装板4-1的下表面铣有M×M个动子永磁体安装槽4-3，动子永磁体安装槽4-3呈二维阵列分布，M×M个动子永磁体4-2分别嵌入M×M个动子永磁体安装槽4-3中；

动子永磁体4-2与上层定子永磁体1-2充磁方向相同。

本实施方式中，所述M为正整数。

再进一步的，上层定子永磁体1-2为矩形，上层定子永磁体安装槽1-3为矩形，且上层定子永磁体安装槽1-3的深度与上层定子永磁体1-2的厚度相同。

再进一步的，下层定子永磁体2-2为矩形，下层定子永磁体安装槽2-3为矩形，且下层定子永磁体安装槽2-3的深度与下层定子永磁体2-2的厚度相同。

再进一步的，动子永磁体4-2为矩形，动子永磁体安装槽4-3为矩形，且动子永磁体安装槽4-3的深度与动子永磁体4-2的厚度相同。

再进一步的，转接板5、角支撑柱3和侧支撑柱6均采用非导磁材料制成。

再进一步的，上层定子永磁体安装板1-1、下层定子永磁体安装板2-1和动子永磁体安装板4-1均采用非导磁材料制成。

具体实施方式二：下面结合图9-图10说明本实施方式，本实施方式所述大载荷磁悬浮重力补偿器，它包括定子和动子；

定子包括上层定子板1、下层定子板2和四个角支撑柱3；

上层定子板1和下层定子板2通过四个角支撑柱3连接；

动子包括动子板4、转接板5和四个侧支撑柱6；

动子板4和转接板5通过四个侧支撑柱6连接；

从上至下依次为转接板5、上层定子板1、动子板4和下层定子板2，两两层板之间均有机械气隙；

所述上层定子板1、下层定子板2和动子板4上均设置呈二维阵列分布的永磁体，沿厚度方向充磁，x向和y向相邻永磁体充磁方向均相反；

动子板4与上层定子板1的永磁体相吸引，动子板4与下层定子板2的永磁体相排斥，使动子产生竖直向上的悬浮力。

所述动子和定子均为N层，N为正整数；

第i层定子的上层定子板1作为第i+1层定子的下层定子板2，i＝1,2,…,N-2,N-1。

本实施方式中，例如，当i＝1时，最底层的定子为第1层，从下至上第i+1层为第2层，从下至上第1层定子的上层定子板1作为第2层定子的下层定子板2。

本发明提出的大载荷磁悬浮重力补偿器，由定子和动子组成，定子分为上、下两层，动子位于上、下两层定子之间，上、下层定子上均布置二维永磁阵列，相邻永磁体充磁方向相反，上、下层对应位置的永磁体充磁方向相反。动子上布置相同维度的二维永磁阵列，动子各永磁体充磁方向与上层定子对应位置永磁体的充磁方向相同，使动子同时受到上层定子的吸力作用和下层定子的斥力作用。各永磁体在定子永磁体安装板和动子永磁体安装板上的定位及固定方式均采用嵌槽方式，安装板上预先铣出矩形深槽，槽高与永磁体厚度相等，永磁体嵌入深槽后利用环氧胶粘接固定，一方面，永磁体之间的相对位置可以靠深槽进行定位，安装精度较高，另外，安装板上各槽之间的筋部可以有效提高各部件的结构强度，确保在承受较大载荷时的变形量不大。为进一步提高悬浮力，大载荷磁悬浮重力补偿器可以采用多层结构。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (7)

1.大载荷磁悬浮重力补偿器，其特征在于，它包括定子和动子；

定子包括上层定子板(1)、下层定子板(2)和四个角支撑柱(3)；

上层定子板(1)和下层定子板(2)通过四个角支撑柱(3)连接；

动子包括动子板(4)、转接板(5)和四个侧支撑柱(6)；

动子板(4)和转接板(5)通过四个侧支撑柱(6)连接；

从上至下依次为转接板(5)、上层定子板(1)、动子板(4)和下层定子板(2)，两两层板之间均有机械气隙；

所述上层定子板(1)、下层定子板(2)和动子板(4)上均设置呈二维阵列分布的永磁体，沿厚度方向充磁，x向和y向相邻永磁体充磁方向均相反；

动子板(4)与上层定子板(1)的永磁体相吸引，动子板(4)与下层定子板(2)的永磁体相排斥，使动子产生竖直向上的悬浮力；

所述上层定子板(1)包括上层定子永磁体安装板(1-1)和M×M个上层定子永磁体(1-2)，上层定子永磁体安装板(1-1)的下表面铣有M×M个上层定子永磁体安装槽(1-3)，上层定子永磁体安装槽(1-3)呈二维阵列分布，M×M个上层定子永磁体(1-2)分别嵌入M×M个上层定子永磁体安装槽(1-3)中；

所述下层定子板(2)包括下层定子永磁体安装板(2-1)和M×M个下层定子永磁体(2-2)，下层定子永磁体安装板(2-1)的上表面铣有M×M个下层定子永磁体安装槽(2-3)，下层定子永磁体安装槽(2-3)呈二维阵列分布，M×M个下层定子永磁体(2-2)分别嵌入M×M个下层定子永磁体安装槽(2-3)中；

上层定子永磁体(1-2)与下层定子永磁体(2-2)充磁方向相反；

所述动子板(4)包括动子永磁体安装板(4-1)和M×M个动子永磁体(4-2)，动子永磁体安装板(4-1)的下表面铣有M×M个动子永磁体安装槽(4-3)，动子永磁体安装槽(4-3)呈二维阵列分布，M×M个动子永磁体(4-2)分别嵌入M×M个动子永磁体安装槽(4-3)中；

动子永磁体(4-2)与上层定子永磁体(1-2)充磁方向相同。

2.根据权利要求1所述的大载荷磁悬浮重力补偿器，其特征在于，所述动子和定子均为N层，N为正整数；

第i层定子的上层定子板(1)作为第i+1层定子的下层定子板(2)，i＝1,2,…,N-2,N-1。

3.根据权利要求1所述的大载荷磁悬浮重力补偿器，其特征在于，上层定子永磁体(1-2)为矩形，上层定子永磁体安装槽(1-3)为矩形，且上层定子永磁体安装槽(1-3)的深度与上层定子永磁体(1-2)的厚度相同。

4.根据权利要求1所述的大载荷磁悬浮重力补偿器，其特征在于，下层定子永磁体(2-2)为矩形，下层定子永磁体安装槽(2-3)为矩形，且下层定子永磁体安装槽(2-3)的深度与下层定子永磁体(2-2)的厚度相同。

5.根据权利要求1所述的大载荷磁悬浮重力补偿器，其特征在于，动子永磁体(4-2)为矩形，动子永磁体安装槽(4-3)为矩形，且动子永磁体安装槽(4-3)的深度与动子永磁体(4-2)的厚度相同。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的大载荷磁悬浮重力补偿器，其特征在于，转接板(5)、角支撑柱(3)和侧支撑柱(6)均采用非导磁材料制成。

7.根据权利要求1所述的大载荷磁悬浮重力补偿器，其特征在于，上层定子永磁体安装板(1-1)、下层定子永磁体安装板(2-1)和动子永磁体安装板(4-1)均采用非导磁材料制成。

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