CN112994526B - 一种磁浮重力补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体集成电路装备技术领域，公开一种磁浮重力补偿器。磁浮重力补偿器包括磁浮单元，磁浮单元包括动子磁钢组件和定子磁钢组件；动子磁钢组件包括动子磁钢部件；定子磁钢组件的第一定子磁钢部件对动子磁钢部件产生第一磁浮补偿力；定子磁钢组件的第二定子磁钢部件对动子磁钢部件产生第二磁浮补偿力；第一磁浮补偿力和第二磁浮补偿力方向相同，动子磁钢部件能够由基准点沿Z轴的正方向或反方向移动产生位移量，基准点的位置为动子磁钢部件、第一定子磁钢部件和第二定子磁钢部件的水平中心线在Z轴重合的位置；第一磁浮补偿力随着位移量的增大而增大，第二磁浮补偿力随着位移量的增大而减小。

Description

一种磁浮重力补偿器

技术领域

本发明涉及半导体集成电路装备技术领域，尤其涉及一种磁浮重力补偿器。

背景技术

磁悬浮技术具有非接触、无摩擦、无磨损等特点，在半导体集成电路装备领域内具有广阔的应用前景。随着生产产率要求的不断提升，运动台的运行速度、加速度也随之提高，在Z轴运动的执行器始终需要输出一个恒定的磁浮补偿力来抵消运动台本身质量及负载的重力作用，执行器持续工作产生的热量会引起温升和机械结构的形变，从而影响运动台的定位精度。为此业界提出了磁浮重力补偿技术，用来克服运动台的重力作用，大大减小Z轴运动执行器的发热情况。但是现有技术中，执行器在运动过程中，磁浮补偿力的输出大小波动大，导致执行器的运动精度低，无法满足生产需求。

基于此，亟需一种磁浮重力补偿器，以解决上述存在的问题。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种磁浮重力补偿器，实现了降低动子磁钢组件在全行程范围内的总磁浮补偿力波动值，提高动子磁钢组件的运动精度，优化生产工艺；减小定子磁钢组件与动子磁钢组件之间的间隙，提高定子磁钢组件与动子磁钢组件之间的磁力线密度，形成高磁浮补偿力密度。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磁浮重力补偿器，包括至少一个磁浮单元，所述磁浮单元包括动子磁钢组件和定子磁钢组件；

所述动子磁钢组件包括动子磁钢部件；

所述定子磁钢组件设置于所述动子磁钢组件一侧，所述定子磁钢组件包括第一定子磁钢部件和第二定子磁钢部件，所述第一定子磁钢部件和所述第二定子磁钢部件的Z轴方向尺寸均大于所述动子磁钢部件的Z轴方向尺寸；

所述第一定子磁钢部件对所述动子磁钢部件产生第一磁浮补偿力；

所述第二定子磁钢部件对所述动子磁钢部件产生第二磁浮补偿力；

所述第一磁浮补偿力和所述第二磁浮补偿力方向相同，所述动子磁钢部件能够由基准点沿Z轴的正方向或反方向移动产生位移量，所述基准点的位置为所述动子磁钢部件、所述第一定子磁钢部件和所述第二定子磁钢部件的水平中心线在Z轴重合的位置；

所述第一磁浮补偿力随着所述位移量的增大而增大，所述第二磁浮补偿力随着所述位移量的增大而减小。

作为一种磁浮重力补偿器的优选技术方案，所述第一定子磁钢部件设置于所述动子磁钢部件的一侧，所述第二定子磁钢部件设置于所述第一定子磁钢部件的远离所述动子磁钢部件的一侧；或

所述第二定子磁钢部件设置于所述动子磁钢部件的一侧，所述第一定子磁钢部件设置于所述第二定子磁钢部件的远离所述动子磁钢部件的一侧。

作为一种磁浮重力补偿器的优选技术方案，所述动子磁钢部件与所述第一定子磁钢部件之间的间隙为1mm-3mm。

作为一种磁浮重力补偿器的优选技术方案，所述第二定子磁钢部件沿Z轴方向由上到下依次包括第一子磁钢和第二子磁钢，所述第一子磁钢与所述动子磁钢部件的充磁方向相同，所述第一子磁钢和所述第二子磁钢的充磁方向相反。

作为一种磁浮重力补偿器的优选技术方案，当所述动子磁钢部件的充磁方向为由所述动子磁钢部件指向所述第一定子磁钢部件时，所述第一定子磁钢部件的充磁方向为Z轴方向向下；

当所述动子磁钢部件的充磁方向为由所述第一定子磁钢部件指向所述动子磁钢部件时，所述第一定子磁钢部件的充磁方向为Z轴方向向上；

当所述动子磁钢部件的充磁方向为Z轴方向向上时，所述第一定子磁钢部件的充磁方向为由所述第一定子磁钢部件指向所述动子磁钢部件；

当所述动子磁钢部件的充磁方向为Z轴方向向下时，所述第一定子磁钢部件的充磁方向为由所述动子磁钢部件指向所述第一定子磁钢部件。

作为一种磁浮重力补偿器的优选技术方案，所述动子磁钢部件沿Z轴方向由上到下依次包括第三子磁钢和第四子磁钢；

当所述第三子磁钢的充磁方向为Z轴方向向下，以及所述第四子磁钢的充磁方向为Z轴方向向上时，所述第三子磁钢和所述第四子磁钢结合形成的所述动子磁钢部件的磁路和所述动子磁钢部件的整体充磁方向为由所述动子磁钢部件指向所述第一定子磁钢部件时形成的磁路一致；

当所述第三子磁钢的充磁方向为Z轴方向向上，以及所述第四子磁钢的充磁方向为Z轴方向向下时，所述第三子磁钢和所述第四子磁钢结合形成的所述动子磁钢部件的磁路和所述动子磁钢部件的整体充磁方向为由所述第一定子磁钢部件指向所述动子磁钢部件时形成的磁路一致。

作为一种磁浮重力补偿器的优选技术方案，所述动子磁钢部件、所述第一定子磁钢部件和所述第二定子磁钢部件均为封闭形结构；

所述封闭形结构的横截面呈圆环形、椭圆环形或多边形环；

所述第一定子磁钢部件环设于所述动子磁钢部件一侧，所述第二定子磁钢部件环设于所述第一定子磁钢部件的远离所述动子磁钢部件的一侧；或

所述第二定子磁钢部件环设于所述动子磁钢部件一侧，所述第一定子磁钢部件环设于所述第二定子磁钢部件的远离所述动子磁钢部件的一侧。

作为一种磁浮重力补偿器的优选技术方案，所述动子磁钢部件、所述第一定子磁钢部件和所述第二定子磁钢部件均为非封闭形结构；

所述非封闭形结构的横截面呈长方形或拱形。

作为一种磁浮重力补偿器的优选技术方案，所述动子磁钢组件还包括动子支撑件，所述动子支撑件设置有固定柱和定位凸台，所述动子磁钢部件套设于所述固定柱，且所述动子磁钢部件的顶端抵接于所述定位凸台。

作为一种磁浮重力补偿器的优选技术方案，还包括壳体，所述壳体的腔室顶部设置有开口，所述第一定子磁钢部件和所述第二定子磁钢部件经所述开口安装于所述壳体的腔室内，且所述第一定子磁钢部件和所述第二定子磁钢部件的底端粘结于所述壳体的底壁上。

作为一种磁浮重力补偿器的优选技术方案，所述第一定子磁钢部件的Z轴方向尺寸等于所述第二定子磁钢部件的Z轴方向尺寸。

作为一种磁浮重力补偿器的优选技术方案，所述磁浮重力补偿器包括多个沿Z轴依次叠加的所述磁浮单元。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种磁浮重力补偿器，其包括磁浮单元，磁浮单元包括动子磁钢组件和定子磁钢组件。执行器安装于动子磁钢组件上，定子磁钢组件设置于动子磁钢组件的一侧，第一定子磁钢部件对动子磁钢部件产生第一磁浮补偿力；第二定子磁钢部件对动子磁钢部件产生第二磁浮补偿力。当动子磁钢部件由基准点沿Z轴的正方向或反方向移动产生位移量时，动子磁钢部件受到第一磁浮补偿力和第二磁浮补偿力相加的总磁浮补偿力，第一磁浮补偿力随着位移量的增大而增大，动子磁钢部件受到的第一磁浮补偿力与位移量之间具有正刚度特性，第二磁浮补偿力随着位移量的增大而减小，动子磁钢部件受到的第一磁浮补偿力与位移量之间具有负刚度特性，进而降低总磁浮补偿力的波动，第一磁浮补偿力和第二磁浮补偿力相互叠加构成磁浮补偿力低刚度，即动子磁钢组件受到的波动值较小的总磁浮补偿力，动子磁钢组件在全行程范围内的总磁浮补偿力波动值降低到了1％以内，提高动子磁钢组件的运动精度，优化生产工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的磁浮重力补偿器的剖视图；

图2是本发明实施例一提供的磁浮重力补偿器的结构爆炸图；

图3是本发明实施例一提供的第一磁浮补偿力、第二磁浮补偿力与Z轴位移特性曲线图；

图4是本发明实施例一提供的总磁浮补偿力与Z轴位移特性曲线图；

图5是本发明实施例一提供的磁浮单元的形式一的剖视图；

图6是本发明实施例一提供的磁浮单元的形式二的剖视图；

图7是本发明实施例一提供的磁浮单元的形式三的剖视图；

图8是本发明实施例一提供的磁浮单元的形式四的剖视图；

图9是本发明实施例一提供的磁浮重力补偿器的多个形式一的磁浮单元拼接的剖视图；

图10是本发明实施例一提供的磁浮重力补偿器的多个形式一的磁浮单元拼接的第二形态剖视图；

图11是本发明实施例二提供的磁浮单元的形式五的剖视图；

图12是本发明实施例二提供的磁浮单元的形式六的剖视图；

图13是本发明实施例二提供的磁浮重力补偿器的不同磁浮单元拼接的剖视图；

图14是本发明实施例三提供的磁浮单元的结构示意图。

图中标记如下：

1、动子磁钢组件；11、动子磁钢部件；111、第三子磁钢；112、第四子磁钢；12、动子支撑件；121、固定柱；122、定位凸台；1221、固定孔；13、限位块；

2、定子磁钢组件；21、第一定子磁钢部件；22、第二定子磁钢部件；221、第一子磁钢；222、第二子磁钢；

3、壳体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

磁悬浮技术具有非接触、无摩擦、无磨损等特点，在半导体集成电路装备领域内具有广阔的应用前景。随着生产产率要求的不断提升，运动台的运行速度、加速度也随之提高，在Z轴运动的执行器始终需要输出一个恒定的磁浮补偿力来抵消运动台本身质量及负载的重力作用，执行器持续工作产生的热量会引起温升和机械结构的形变，从而影响运动台的定位精度。为此业界提出了磁浮重力补偿技术，用来克服运动台的重力作用，大大减小Z轴运动执行器的发热情况。但是现有技术中，执行器在运动过程中，磁浮补偿力的输出大小波动大，导致执行器的运动精度低，无法满足生产需求。

为解决上述问题，如图1-图10所示，本实施例提供一种磁浮重力补偿器，该磁浮重力补偿器包括至少一个磁浮单元，磁浮单元包括动子磁钢组件1和定子磁钢组件2。

具体地，动子磁钢组件1包括动子磁钢部件11；定子磁钢组件2设置于动子磁钢组件1的一侧，定子磁钢组件2包括第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22，第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22的在Z轴方向上的尺寸均大于动子磁钢部件11在Z轴方向上的尺寸；充磁后，第一定子磁钢部件21和动子磁钢部件11产生互相作用力，第一定子磁钢部件21对动子磁钢部件11产生第一磁浮补偿力；第二定子磁钢部件22和动子磁钢部件11也产生互相作用力，第二定子磁钢部件22对动子磁钢部件11产生第二磁浮补偿力；第一磁浮补偿力和第二磁浮补偿力方向相同，本实施例中，至少一个磁浮单元沿Z轴竖直方向布置，其中，定义磁浮单元的高度方向为Z轴方向，第一磁浮补偿力和第二磁浮补偿力的方向可同时为Z轴的正方向或同时为Z轴的反方向。

如图5-图8所示，动子磁钢部件11能够由基准点沿Z轴的正方向或反方向移动产生位移量，定义基准点的位置为动子磁钢部件11、第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22的水平中心线在Z轴重合的位置；第一磁浮补偿力随着位移量的增大而增大，第二磁浮补偿力随着距基准点位移量的增大而减小。本实施例中，第一磁浮补偿力与第二磁浮补偿力相互叠加构成总磁浮补偿力。在动子磁钢部件11运动过程中，总磁浮补偿力基本一致，其波动不超过1％。

优选地，第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22在Z轴方向上的尺寸以及高度一致，提高第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22的组装便利性，以及更好的控制总磁浮补偿力的大小。并且在运动过程中，各磁浮单元中的动子磁钢部件11的运动高度不超过第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22所在上下高度范围，保证第一磁浮补偿力和第二磁浮补偿力的均匀变化。

进一步地，本实施例中，第一定子磁钢部件21设置于动子磁钢部件11的一侧，第二定子磁钢部件22设置于第一定子磁钢部件21的远离动子磁钢部件11的一侧。

进一步地，在其他实施例中，也可以第二定子磁钢部件22设置于动子磁钢部件11的一侧，第一定子磁钢部件21设置于第二定子磁钢部件22的远离动子磁钢部件11的一侧。

工作时，执行器安装于动子磁钢组件1上，定子磁钢组件2设置于动子磁钢部件11的一侧，第一定子磁钢部件21与动子磁钢部件11互相作用而产生第一磁浮补偿力，形成第一磁浮单元；第二定子磁钢部件22设置于第一定子磁钢部件21远离动子磁钢部件11一侧，第二定子磁钢部件22与动子磁钢部件11互相作用而产生第二磁浮补偿力，形成第二磁浮单元。

如图3所示，在动子磁钢部件11位于基准点位置(对应图3中Z向位移为O)时，第一磁浮补偿力具有最小值，而第二磁浮补偿力具有最大值，从全行程范围来看，第一磁浮补偿力的特性是随着轴向偏离基准点距离(即Z向位移量)的增大而增大，呈现第一磁浮补偿力-位移的正刚度特性，而第二磁浮补偿力的特性是随着Z向位移量的增大而减小，呈现第二磁浮补偿力-位移的负刚度特性，且随着Z向位移量的变化，第一磁浮补偿力和第二磁浮补偿力的变化幅度近似相同。所以，当动子磁钢部件11由基准点沿Z轴的正方向或反方向运动时，动子磁钢部件11受到第一磁浮补偿力和第二磁浮补偿力相加的总磁浮补偿力大致不变，其中，随着动子磁钢部件11的位移量增大，第一磁浮补偿力由小变大，第二磁浮补偿力由大变小，第一磁浮补偿力和第二磁浮补偿力相互叠加构成的总磁浮补偿力具有磁浮补偿力低刚度(磁浮补偿力低刚度指的是动子磁钢组件1受到的波动值较小的总磁浮补偿力)。图4是本实施例产生的总磁浮补偿力与Z轴位移特性曲线图，通过波动值计算公式：(总磁浮补偿力最大值-总磁浮补偿力最小值)/(总磁浮补偿力最大值+总磁浮补偿力最小值)，计算得出，动子磁钢组件1在全行程范围内的总磁浮补偿力波动值降低到了1％以内，提高了动子磁钢组件1的运动精度，优化生产工艺。

优选地，动子磁钢组件1与定子磁钢组件2之间的间隙设置为1mm-3mm，结构紧凑，小于现有技术中的定子磁钢与动子磁钢的间隙(现有技术一般在5mm以上)。此种结构，可以减小定子磁钢组件2与动子磁钢组件1之间的间隙，提高定子磁钢组件2与动子磁钢组件1之间的磁力线密度，形成高磁浮补偿力密度。本实施例优选地，定子磁钢组件2的第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22为紧贴状态，这里仅为举例，本实施例不对第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22的间距做出限定。

进一步优选地，动子磁钢部件11、第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22均为同轴设置的封闭形结构；封闭形结构的横截面呈圆环形、椭圆环形或多边形环等等，第一定子磁钢部件21环设于动子磁钢部件11一侧，第二定子磁钢部件22环设于第一定子磁钢部件21的远离动子磁钢部件11的一侧，动子磁钢部件11的充磁方向为轴向的时候，位于内部的动子磁钢部件11也可以为实心的圆柱体。在其他实施例中，也可以第二定子磁钢部件22环设于动子磁钢部件11一侧，第一定子磁钢部件21环设于第二定子磁钢部件22的远离动子磁钢部件11的一侧。本实施例中，封闭形结构的横截面呈圆环形。其中，动子磁钢部件11、第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22为同轴设置的圆筒形，同轴设置的轴线与Z轴方向相同。当然，在其他实施例中，封闭形结构的横截面形状也可以为其他形状，例如横截面呈椭圆环形或多边形环等形状。需要说明的是，本实施例中，定子磁钢组件2环设于动子磁钢部件11的外侧，在其他实施例中，动子磁钢部件11也可环设于定子磁钢组件2的外侧。

优选地，本实施例中，动子磁钢部件11、第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22均可以由多个扇形磁钢拼接而成，也可以一体成型。

进一步地，如图5-图8所示，第二定子磁钢部件22沿Z轴方向由上到下依次包括第一子磁钢221和第二子磁钢222，第一子磁钢221与动子磁钢部件11的充磁方向(充磁方向的指向为S极指向N极)相同，第一子磁钢221和第二子磁钢222的充磁方向相反。动子磁钢部件11包括至少一个磁钢。本实施例还提供了动子磁钢部件11、第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22的多个结构形式，具体如下：

形式一：如图5所示，动子磁钢部件11的充磁方向为由动子磁钢部件11指向第一定子磁钢部件21且与Z轴方向垂直(即，径向向外充磁，若动子磁钢部件11的圆环形横截面分割成若干扇形，也可以是向外平行充磁)，第一子磁钢221的充磁方向同动子磁钢部件11的充磁方向，第二子磁钢222的充磁方向与第一子磁钢221的充磁方向相反，第一定子磁钢部件21的充磁方向为Z轴方向向下；

形式二：如图6所示，动子磁钢部件11的充磁方向为由第一定子磁钢部件21指向动子磁钢部件11且与Z轴方向垂直(即，径向向内充磁，若动子磁钢部件11的圆环形横截面分割成若干扇形，也可以是向内平行充磁)，第一子磁钢221的充磁方向同动子磁钢部件11的充磁方向，第二子磁钢222的充磁方向第一子磁钢221的充磁方向相反，第一定子磁钢部件21的充磁方向为Z轴方向向上；

形式三：如图7所示，动子磁钢部件11的充磁方向为Z轴方向向上，第一子磁钢221的充磁方向同动子磁钢部件11的充磁方向，第二子磁钢222的充磁方向与第一子磁钢221的充磁方向相反，第一定子磁钢部件21的充磁方向为由第一定子磁钢部件21指向动子磁钢部件11且与Z轴方向垂直(即，径向向内充磁，第一定子磁钢部件21的圆环形横截面分割成若干扇形，也可以是向内平行充磁)；

形式四：如图8所示，动子磁钢部件11的充磁方向为Z轴方向向下，第一子磁钢221的充磁方向同动子磁钢部件11的充磁方向，第二子磁钢222的充磁方向与第一子磁钢221的充磁方向相反，第一定子磁钢部件21的充磁方向为由动子磁钢部件11指向第一定子磁钢部件21且与Z轴方向垂直(即，径向向外充磁，第一定子磁钢部件21的圆环形横截面分割成若干扇形，也可以是向外平行充磁)。

优选地，如图9所示，本实施例中磁浮重力补偿器包括多个沿Z轴依次叠加的磁浮单元，其中多个磁浮单元可以由一种形式的磁浮单元组合叠加，也可以由不同形式的磁浮单元进行任意组合叠加。例如，本实施例选取四组形式一的磁浮单元沿Z轴组合拼接。如图10所示，优选地，相同充磁方向的第一定子磁钢部件21可以合并成一体化，多个磁浮单元的结构提高了执行器受到的总磁浮补偿力大小。在其他实施例中，也可以不同形式的磁浮单元以不同的数量进行组合，如可以将两个形式一的磁浮单元、一个形式二的磁浮单元、一个形式三的磁浮单元沿着Z轴由上而下进行组合拼接。这里仅为举例，本实施例不对其组合形式做出限定。

优选地，如图1和图2所示，动子磁钢组件1还包括动子支撑件12，动子支撑件12设置有固定柱121和定位凸台122，动子磁钢部件11套设于固定柱121，且动子磁钢部件11的顶端抵接于定位凸台122，以实现动子磁钢部件11的定位。定位凸台122上的顶壁上设置有多个固定孔1221，执行器通过螺钉安装于固定孔1221内，以实现执行器在动子支撑件12上的固定。进一步优选地，本实施例磁浮重力补偿器中的磁浮单元为至少两个时，动子磁钢组件1还包括限位块13，相邻的磁浮单元的动子磁钢部件11沿Z轴向间隔设置于固定柱121上，以提高动子磁钢组件1的受到的总磁浮补偿力的大小，限位块13套设于固定柱121，且限位块13设置于两两相邻动子磁钢部件11之间，限位块13实现了各个动子磁钢部件11之间的间距一致，以及本实施例中磁浮重力补偿器初始状态时，各磁浮单元处在基准点位置。

进一步优选地，该磁浮重力补偿器还包括壳体3，壳体3的腔室顶部设置有开口，第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22经开口安装于壳体3的腔室内，且第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22的底端粘结于壳体3的底壁上。

本实施例实现了降低动子磁钢组件1在全行程范围内的总磁浮补偿力波动值，提高动子磁钢部件1的运动精度，优化生产工艺；减小了定子磁钢组件2与动子磁钢组件1之间的间隙，提高定子磁钢组件2与动子磁钢组件1之间的磁力线密度，形成高磁浮补偿力密度，增大总磁浮补偿力。

实施例二

本实施例提供了一种磁浮重力补偿器，包括磁浮单元，且本实施例提供的磁浮重力补偿器的结构与实施例一基本相同，仅动子磁钢部件11的结构存在部分差异，本实施例不再对与实施例一相同的结构进行赘述。

如图11和图12所示，本实施例中动子磁钢部件11包括两个磁钢，动子磁钢部件11沿Z轴方向由上到下依次包括第三子磁钢111和第四子磁钢112，包括以下两种充磁形式：

形式五：如图11所示，当第三子磁钢111的充磁方向为Z轴方向向下，以及第四子磁钢112的充磁方向为Z轴方向向上时，第三子磁钢111和第四子磁钢112结合形成的动子磁钢部件11的磁路和动子磁钢部件11的整体充磁方向为由动子磁钢部件11指向第一定子磁钢部件21且与Z轴垂直时形成的磁路一致。

所以，形式五的动子磁钢部件11的结构可以视为实施例一中形式一的动子磁钢部件11的变形，形成五中动子磁钢部件11的磁路与形式一中动子磁钢部件11的磁路一致，但形式五的结构较形式一的结构可以提高动子磁钢部件11的磁力线密度，增大总磁浮补偿力。

形式六：如图12所示，当第三子磁钢111的充磁方向为Z轴方向向上，以及第四子磁钢112的充磁方向为Z轴方向向下时，第三子磁钢111和第四子磁钢112结合形成的动子磁钢部件11的磁路和动子磁钢部件11的整体充磁方向为由第一定子磁钢部件21指向动子磁钢部件11且与Z轴垂直时形成的磁路一致。

所以，形式六的动子磁钢部件11的结构可以视为实施例一中形式二的动子磁钢部件11的变形，形成六中动子磁钢部件11的磁路与形式二中动子磁钢部件11的磁路一致，但形式六的结构较形式二的结构可以提高动子磁钢部件11的磁力线密度，增大总磁浮补偿力。

优选地，当形式一或形式二的磁浮单元沿Z轴组合拼接时，形式一的磁浮单元内的动子磁钢部件11可替换为形式五的动子磁钢部件11；形式二的磁浮单元内的动子磁钢部件11可替换为形式六的动子磁钢部件11。例如，如图13所示，采用两个形式二的磁浮单元沿Z轴拼接，其中，上层的形式二的磁浮单元中的动子磁钢部件11被形式六的动子磁钢部件11替换。

实施例三

本实施例提供了一种磁浮重力补偿器，如图14所示，本实施例中动子磁钢部件11、第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22均为非封闭形结构；非封闭形结构的横截面呈长方形或拱形。实施例一和实施例二的磁浮单元为封闭形结构，封闭形的磁浮单元沿周长展开后可形成非封闭形结构的磁浮单元，展开后的横截面可为长方形或拱形。例如，本实施例中采用实施例一中形式一的磁浮单元沿周长展开，形成平板形结构，其横截面呈长方形。

其同样满足：第二定子磁钢部件22沿Z轴方向(Z轴方向为磁浮单元的高度方向)由上到下依次包括第一子磁钢221和第二子磁钢222，第一子磁钢221与动子磁钢部件11的充磁方向相同，第一子磁钢221和第二子磁钢222的充磁方向相反。

其中，动子磁钢部件11、第一定子磁钢部件21和第二定子磁钢部件22互相平行设置，平行面均与Z轴方向平行。

动子磁钢部件11的充磁方向为沿X轴的负方向(X轴的负方向为动子磁钢部件11指向第一定子磁钢部件21且与Z轴垂直的方向)，X轴沿着水平方向设置，第一子磁钢221与动子磁钢部件11的充磁方向一样，为沿X轴的负方向，第二子磁钢222与动子磁钢部件11的充磁方向相反，为沿X轴的正方向(X轴的正方向为第一定子磁钢部件21指向动子磁钢部件11且与Z轴垂直的方向)，第一定子磁钢部件21的充磁方向为沿Z轴方向向下。横截面为长方形的磁钢采用平行充磁工艺，相对于环形充磁工艺，减小了制造成本。当然，在其他实施例中，也可采用形式二、形式三或形式四的磁浮单元沿周长展开，以形成非封闭形结构的磁浮单元。

若采用实施例一中形式二的磁浮单元沿周长展开，类似原理则有：

当动子磁钢部件11的充磁方向为沿X轴的正方向时，第一定子磁钢部件21的充磁方向为沿Z轴方向向上。

若采用实施例一中形式三的磁浮单元沿周长展开，则有：

当动子磁钢部件11的充磁方向为沿Z轴方向向上时，第一定子磁钢部件21的充磁方向沿X轴的正方向。

若采用实施例一中形式四的磁浮单元沿周长展开，则有：

当动子磁钢部件11的充磁方向为沿Z轴方向向下时，第一定子磁钢部件21的充磁方向沿X轴的负方向。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种磁浮重力补偿器，其特征在于，包括至少一个磁浮单元，所述磁浮单元包括动子磁钢组件(1)和定子磁钢组件(2)；

所述动子磁钢组件(1)包括动子磁钢部件(11)；

所述定子磁钢组件(2)设置于所述动子磁钢组件(1)一侧，所述定子磁钢组件(2)包括第一定子磁钢部件(21)和第二定子磁钢部件(22)，所述第一定子磁钢部件(21)和所述第二定子磁钢部件(22)的Z轴方向尺寸均大于所述动子磁钢部件(11)的Z轴方向尺寸；

所述第一定子磁钢部件(21)对所述动子磁钢部件(11)产生第一磁浮补偿力；所述第二定子磁钢部件(22)对所述动子磁钢部件(11)产生第二磁浮补偿力；

所述第一磁浮补偿力和所述第二磁浮补偿力沿轴向方向相同且沿径向方向为零，所述动子磁钢部件(11)能够由基准点沿Z轴的正方向或反方向移动产生位移量，所述基准点的位置为所述动子磁钢部件(11)、所述第一定子磁钢部件(21)和所述第二定子磁钢部件(22)的水平中心线在Z轴重合的位置；

所述第一磁浮补偿力随着所述位移量的增大而增大，所述第二磁浮补偿力随着所述位移量的增大而减小；

所述第一定子磁钢部件(21)设置于所述动子磁钢部件(11)的一侧，所述第二定子磁钢部件(22)设置于所述第一定子磁钢部件(21)的远离所述动子磁钢部件(11)的一侧；或所述第二定子磁钢部件(22)设置于所述动子磁钢部件(11)的一侧，所述第一定子磁钢部件(21)设置于所述第二定子磁钢部件(22)的远离所述动子磁钢部件(11)的一侧；

所述第二定子磁钢部件(22)沿Z轴方向由上到下依次包括第一子磁钢(221)和第二子磁钢(222)，所述第一子磁钢(221)与所述动子磁钢部件(11)的充磁方向相同，所述第一子磁钢(221)和所述第二子磁钢(222)的充磁方向相反；

当所述动子磁钢部件(11)的充磁方向为由所述动子磁钢部件(11)指向所述第一定子磁钢部件(21)时，所述第一定子磁钢部件(21)的充磁方向为Z轴方向向下；

当所述动子磁钢部件(11)的充磁方向为由所述第一定子磁钢部件(21)指向所述动子磁钢部件(11)时，所述第一定子磁钢部件(21)的充磁方向为Z轴方向向上；

当所述动子磁钢部件(11)的充磁方向为Z轴方向向上时，所述第一定子磁钢部件(21)的充磁方向为由所述第一定子磁钢部件(21)指向所述动子磁钢部件(11)；

当所述动子磁钢部件(11)的充磁方向为Z轴方向向下时，所述第一定子磁钢部件(21)的充磁方向为由所述动子磁钢部件(11)指向所述第一定子磁钢部件(21)。

2.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿器，其特征在于，所述动子磁钢组件(1)和所述定子磁钢组件(2)之间的间隙为1mm-3mm。

3.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿器，其特征在于，所述动子磁钢部件(11)沿Z轴方向由上到下依次包括第三子磁钢(111)和第四子磁钢(112)；

当所述第三子磁钢(111)的充磁方向为Z轴方向向下，以及所述第四子磁钢(112)的充磁方向为Z轴方向向上时，所述第三子磁钢(111)和所述第四子磁钢(112)结合形成的所述动子磁钢部件(11)的磁路和所述动子磁钢部件(11)的整体充磁方向为由所述动子磁钢部件(11)指向所述第一定子磁钢部件(21)时形成的磁路一致；

当所述第三子磁钢(111)的充磁方向为Z轴方向向上，以及所述第四子磁钢(112)的充磁方向为Z轴方向向下时，所述第三子磁钢(111)和所述第四子磁钢(112)结合形成的所述动子磁钢部件(11)的磁路和所述动子磁钢部件(11)的整体充磁方向为由所述第一定子磁钢部件(21)指向所述动子磁钢部件(11)时形成的磁路一致。

4.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿器，其特征在于，所述动子磁钢部件(11)、所述第一定子磁钢部件(21)和所述第二定子磁钢部件(22)均为封闭形结构；

所述封闭形结构的横截面呈圆环形、椭圆环形或多边形环；

所述第一定子磁钢部件(21)环设于所述动子磁钢部件(11)一侧，所述第二定子磁钢部件(22)环设于所述第一定子磁钢部件(21)的远离所述动子磁钢部件(11)的一侧；或

所述第二定子磁钢部件(22)环设于所述动子磁钢部件(11)一侧，所述第一定子磁钢部件(21)环设于所述第二定子磁钢部件(22)的远离所述动子磁钢部件(11)的一侧。

5.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿器，其特征在于，所述动子磁钢部件(11)、所述第一定子磁钢部件(21)和所述第二定子磁钢部件(22)均为非封闭形结构；

所述非封闭形结构的横截面呈长方形或拱形。

6.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿器，其特征在于，所述动子磁钢组件(1)还包括动子支撑件(12)，所述动子支撑件(12)设置有固定柱(121)和定位凸台(122)，所述动子磁钢部件(11)套设于所述固定柱(121)，且所述动子磁钢部件(11)的顶端抵接于所述定位凸台(122)。

7.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿器，其特征在于，还包括壳体(3)，所述壳体(3)的腔室顶部设置有开口，所述第一定子磁钢部件(21)和所述第二定子磁钢部件(22)经所述开口安装于所述壳体(3)的腔室内，且所述第一定子磁钢部件(21)和所述第二定子磁钢部件(22)的底端粘结于所述壳体(3)的底壁上。

8.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿器，其特征在于，所述第一定子磁钢部件(21)的Z轴方向尺寸等于所述第二定子磁钢部件(22)的Z轴方向尺寸。

9.根据权利要求1所述的磁浮重力补偿器，其特征在于，所述磁浮重力补偿器包括多个沿Z轴依次叠加的所述磁浮单元。

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