CN113048185B - 一种重力补偿器及承载装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于磁吸技术领域，公开了一种重力补偿器及承载装置。该重力补偿器包括：第一磁组件，第一磁组件包括磁基座和设置于磁基座上的第一磁体阵列，第一磁体阵列沿Z轴方向延伸；第二磁组件，第二磁组件包括磁框架和设置于磁框架上的第二磁体阵列，每个第二磁体阵列对应一个第一磁体阵列且相对设置并在两者之间形成间隙，间隙为锯齿形结构，第一磁体阵列和第二磁体阵列被配置为相互施加磁作用力，使第一磁组件和第二磁组件之间产生沿Z轴方向的力，以对用于承载负载的磁基座或磁框架进行重力补偿。该重力补偿器的间隙长度更长，在相同的高度下，间隙的间隙面积更大，以实现大行程、高负载的性能。

Description

一种重力补偿器及承载装置

技术领域

本发明涉及磁吸技术领域，尤其涉及一种重力补偿器及承载装置。

背景技术

在工业生产中，许多如光刻机、高精密机床、机械手臂等高运动精度的工业设备都有较高的隔绝外部振动和扰动的需求，用于提高产量和产率，因此对于外部扰动需要通过主动隔振进行抑制隔绝。一般来说，针对于高定位精度设备的隔振要求具有真空兼容，结构无接触，出力大，刚度小等性能。

为了解决这个问题，目前基于气体的隔振设备广泛被应用于主动隔振，现有隔振设备主要有以下两种，第一种，通过气泵和气阀进行气体流量的调节，从而提供弹簧刚度和重力补偿，存在噪声大、隔振频率有限的问题；第二种，重力补偿器因其具有清洁、无噪音、无振动及免维护等特点越来越受到欢迎，但是现有重力补偿器的间隙为Z轴结构，存在结构不紧凑、负载小及行程范围小的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重力补偿器及承载装置，增强负载性能和行程范围。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种重力补偿器，包括：

第一磁组件，所述第一磁组件包括磁基座和设置于所述磁基座上的第一磁体阵列，所述第一磁体阵列沿Z轴方向延伸；

第二磁组件，所述第二磁组件包括磁框架和设置于所述磁框架上的第二磁体阵列，每个所述第二磁体阵列对应一个所述第一磁体阵列且相对设置并在两者之间形成间隙，所述间隙为锯齿形结构，所述第一磁体阵列和所述第二磁体阵列被配置为相互施加磁作用力，使所述第一磁组件和所述第二磁组件之间产生沿所述Z轴方向的力，以对用于承载负载的所述磁基座或所述磁框架进行重力补偿。

作为优选，所述第一磁体阵列和所述第二磁体阵列中其中一个磁体阵列对另一个磁体阵列产生沿Z轴向上方向的作用力，另一个所述磁体阵列对应承载所述负载。

作为优选，所述第一磁体阵列包括第一主磁体和第一副磁体，所述第一副磁体沿Z轴方向设置于所述第一主磁体上；

所述第二磁体阵列包括第二主磁体和第二副磁体，所述第二副磁体沿Z轴方向设置于所述第二主磁体上，所述第二主磁体设置于所述第一主磁体和所述第一副磁体之间；

所述第一磁体阵列中的所述第一主磁体或所述第一副磁体磁体受到相对设置的所述第二磁体阵列相对应的所述第二主磁体和所述第二副磁体二个磁体的磁吸力及磁斥力的综合作用力，或所述第二磁体阵列中的所述第二主磁体或所述第二副磁体受到相对设置的所述第一磁体阵列的相对应的所述第一主磁体或所述第一副磁体二个磁体的磁吸力及磁斥力的综合作用力。

作为优选，所述第一主磁体的磁化方向和所述第二副磁体的磁化方向相同，所述第一副磁体的磁化方向和所述第二主磁体的磁化方向相同，所述第一主磁体的磁化方向和所述第一副磁体的磁化方向相反，所述第二主磁体的磁化方向和所述第二副磁体的磁化方向相反。。

作为优选，所述第一磁体阵列或所述第二磁体阵列中一个磁体的凸出部对应另一个阵列的两个磁体衔接形成的凹陷部。

作为优选，所述第一磁体阵列和所述第二磁体阵列的数量为N个；

当N＝1时，所述第一磁体阵列和所述第二磁体阵列在所述重力补偿器的中心轴线处沿Z轴方向延伸且相对设置；

当N为偶数时，N个所述第一磁体阵列对称设置于所述重力补偿器的中心轴线的两侧，N个所述第二磁体阵列对应所述第一磁体阵列对称设置于所述重力补偿器的中心轴线的两侧；

当N为大于1的奇数时，N个所述第一磁体阵列环设于所述重力补偿器的中心轴线的周围，N个所述第二磁体阵列环设于所述重力补偿器的中心轴线的周围，N个所述第一磁体阵列和N个所述第二磁体阵列在XY面的投影均为正多边形。

作为优选，每个所述第一磁体阵列中所述第一主磁体和所述第一副磁体的数量分别为M1和M2个，|M1-M2|＝0或1，相邻两个所述第一主磁体之间设置有一个所述第一副磁体，相邻两个所述第一副磁体之间设置有一个所述第一主磁体；

每个所述第二磁体阵列中所述第二主磁体和所述第二副磁体的数量分别为P1和P2个，|P1-P2|＝0或1，相邻两个所述第二主磁体之间设置有一个所述第二副磁体，相邻两个所述第二副磁体之间设置有一个所述第二主磁体，其中M1等于或不等于P1。

作为优选，所述第一主磁体、所述第一副磁体的横截面相同，所述第二主磁体及所述第二副磁体的横截面相同，所述第一主磁体和所述第二主磁体的横截面相同或不同。

作为优选，所述第一主磁体、所述第一副磁体、所述第二主磁体及所述第二副磁体的横截面为菱形、三角形、五边形、六边形及扇形中任意一种。

为达上述目的，本发明还提供了一种承载装置，包括上述的重力补偿器。

本发明的有益效果：

本发明提供的重力补偿器，通过设置每个第二磁体阵列对应一个第一磁体阵列，第一磁体阵列和第二磁体阵列的磁场相互作用，第一磁体阵列和第二磁体阵列被配置为彼此相互施加磁作用力，使第一磁组件和第二磁组件之间产生沿Z轴方向的力，以对用于承载负载的磁基座或磁框架进行重力补偿，从而实现零刚度的重力补偿。在第一磁组件和第二磁组件之间形成间隙，间隙为锯齿形结构。与现有采用在Z轴方向上竖直形结构的间隙相比，根据两点之间直线最短的原理，锯齿形结构的间隙长度更长，在相同的高度下，间隙的间隙面积更大，使磁力作用面积更大，从而能够在更大的行程范围内维持较大的出力，以实现大行程、高负载的性能。

本发明还提供了一种承载装置，包括上述的重力补偿器，重力补偿器具有清洁、无噪音、无振动及免维护的优势，实现主动隔振的功能。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的重力补偿器的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的重力补偿器中第二主磁体的受力分析图；

图3是本发明实施例一提供的重力补偿器中第二副磁体的受力分析图；

图4是本发明实施例一提供的重力补偿器的仿真示意图；

图5是本发明实施例二提供的重力补偿器中第一副磁体的受力分析图；

图6是本发明实施例三提供的重力补偿器的结构示意图；

图7是本发明实施例四提供的重力补偿器的结构示意图；

图8是本发明实施例五提供的重力补偿器的结构示意图；

图9是本发明实施例六提供的重力补偿器的结构示意图。

图中：

1、第一磁组件；2、第二磁组件；

11、磁基座；111、横板；112、立柱；

12、第一磁体阵列；121、第一主磁体；122、第一副磁体；

21、磁框架；22、第二磁体阵列；221、第二主磁体；222、第二副磁体。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动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。

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。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

对于某些高运动精度的工业设备，需要通过主动隔振，以避免外部振动和扰动，现有隔振设备利用气流调节的方式，存在噪音大、隔振效率有限的问题。

为了解决这个问题，本实施例提供了一种重力补偿器，如图1所示，该重力补偿器包括第一磁组件1和第二磁组件2，第一磁组件1和第二磁组件2两者互不接触，第一磁组件1和第二磁组件2中其中一个为固定设置，另一个为活动设置，活动设置的那个组件用于承载负载，第一磁组件1和第二磁组件2两者之间能够产生磁性力，该磁性力实现对负载的支撑，以达到重力补偿的目的。

具体地，第一磁组件1包括磁基座11和设置于磁基座11上的第一磁体阵列12，磁基座11的结构形状匹配第一磁体阵列12，为第一磁体阵列12提供了安装空间，第一磁体阵列12沿Z轴方向延伸，即Z轴。第二磁组件2包括磁框架21和设置于磁框架21上的第二磁体阵列22，磁框架21为第二磁体阵列22提供了安装空间，第二磁体阵列22沿Z轴方向延伸，即Z轴。

本实施例提供的重力补偿器，第一磁体阵列12和第二磁体阵列22的数量至少为一组，通过设置每个第二磁体阵列22对应一个第一磁体阵列12，第一磁体阵列12和第二磁体阵列22的磁场相互作用，第一磁体阵列12和第二磁体阵列22被配置为彼此相互施加磁吸力和磁斥力，使第一磁组件1和第二磁组件2之间的合力沿Z轴方向，以对用于承载负载的磁基座11或磁框架21进行重力补偿，从而实现零刚度的重力补偿。

现有重力补偿器的以竖直形间隙为特征，存在结构不紧凑、负载小及行程范围小的问题。为了解决这个问题，本发明提出的重力补偿器的拓扑间隙结构为特征，具体地，在第一磁组件1和第二磁组件2之间形成的间隙为锯齿形。如图3和图5所示，本实施例提供的重力补偿器，与现有采用的竖直形间隙相比，根据两点之间直线最短的原理，锯齿形结构的间隙长度更长，在相同的高度下，间隙的间隙面积更大，使磁力作用面积更大，从而能够在更大的行程范围内维持较大的出力，以实现大行程、高负载的性能。

进一步地，第一磁体阵列12和第二磁体阵列22中其中一个磁体阵列对另一个磁体阵列产生沿Z轴向上方向的作用力，另一个磁体阵列对应承载负载。换而言之，两个磁体阵列中其中一个为固定设置，另一个为活动设置，活动设置的磁体阵列用于承载负载，固定设置的磁体阵列能够对活动设置的磁体阵列产生作用力，用于驱动活动设置的磁体阵列沿Z轴Z轴方向向上的运动，以达到对活动设置的磁体阵列和负载进行重力补偿的目的。

本实施例优选第一磁组件1为固定设置，也可以称之为定子组件，第一磁组件1沿Z轴方向延伸，第二磁组件2为活动设置，也可以称之为动子组件，第二磁组件2沿Z轴方向延伸，第一磁组件1和第二磁组件2相对设置并相互对应。可以理解的是，磁基座11为固定结构，磁框架21为活动结构，磁框架21用于承载负载，优选地，在磁框架21的顶面为承载面，实现对负载的支撑。具体地，磁基座11包括横板111和立柱112，在横板111上垂直设置有立柱112，以形成倒T形结构，在立柱112的外壁上设置有第一安装槽，第一安装槽用于安装第一磁体阵列12，以为第一磁体阵列12提供了安装空间，第一安装槽的形状结构对应第一磁体阵列12的形状结构，固定效果好。磁框架21为U形结构，磁框架21的开口端朝向磁基座11设置，磁框架21套设于磁基座11的立柱112的外部，对第一磁体阵列12部分包裹。在磁框架21的内壁上设置有第二安装槽，第二安装槽用于安装第二磁体阵列22，以为第二磁体阵列22提供了安装空间，第一安装槽的形状结构对应第一磁体阵列12的形状结构，固定效果好。

为了实现作为活动结构的第二磁组件2的重力补偿的功能，需要在第一磁组件1和第二磁组件2之间的磁力作用下，第二磁组件2产生沿Z轴方向的运动。为此，第一磁体阵列12包括第一主磁体121和第一副磁体122，第一副磁体122沿Z轴方向设置于第一主磁体121上，第一主磁体121和第一副磁体122为叠加设置。第二磁体阵列22包括第二主磁体221和第二副磁体222，第二副磁体222沿Z轴方向设置于第二主磁体221上，第二主磁体221和第二副磁体222为叠加设置。第二主磁体221设置于第一主磁体121和第一副磁体122之间，第一主磁体121和第一副磁体122共同用于对第二主磁体221和第二副磁体222沿Z轴向上方向的运动。第一磁体阵列12中的第一主磁体121或第一副磁体122受到相对设置的第二磁体阵列22相对应的第二主磁体221和第二副磁体222二个磁体的磁吸力及磁斥力的综合作用力，或第二磁体阵列22中的第二主磁体221或第二副磁体222受到相对设置的第一磁体阵列12的相对应的第一主磁体121和第一副磁体122二个磁体的磁吸力及磁斥力的综合作用力。

第一主磁体121位于第一磁体阵列12从最下方数第一位，第一副磁体122位于第一磁体阵列12从最下方数第二位，第二主磁体221位于第二磁体阵列22从最下方数第一位，第一副磁体122位于第二磁体阵列22从最下方数第二位，在第一主磁体121和第一副磁体122共同作用下，第二主磁体221和第二副磁体222沿Z轴向上方向运动，从而通过磁框架21带动负载同样沿Z轴向上运动，以实现主动隔振的功能。

进一步地，第一主磁体121的磁化方向和第二副磁体222的磁化方向相同，第一副磁体122的磁化方向和第二主磁体221的磁化方向相同，第一主磁体121的磁化方向和第一副磁体122的磁化方向相反，第二主磁体221的磁化方向和第二副磁体222的磁化方向相反。优选地，本实施例一中的两列第一磁体阵列12的第一主磁体121磁化方向相同、第一副磁体122的磁化方向相同；两列第二磁体阵列22中的第二主磁体221的磁化方向相同、第二副磁体222的磁化方向相同。其中，第一主磁体121的磁化方向为第一水平方向，第一副磁体122的磁化方向为第二水平方向。第二主磁体221的磁化方向为第二水平方向，第二副磁体222的磁化方向为第一水平方向，其中第一水平方向和第二水平方向的方向相反。本实施例以第一水平方向为X轴正向，第二水平方向为X轴反向为例。

第一主磁体121、第一副磁体122的横截面形状相同，第二主磁体221及第二副磁体222的横截面形状相同，第一主磁体121和第二主磁体221的横截面形状相同或不同，即第一磁体阵列12中的磁体横截面形状相同，第二磁体阵列22中的磁体横截面形状相同，本实施例对两个磁体阵列中的磁体横截面并不作限定，可以根据实际生产需要进行调整。

本实施例优选第一主磁体121、第一副磁体122、第二主磁体221及第二副磁体222的横截面为菱形，磁体高度为T，磁体的极间距为D，磁体的边长为a。第一主磁体121和第一副磁体122沿Z轴方向竖直交替排列且相邻的第一主磁体121和第一副磁体122在两者顶点处相连接，第二主磁体221及第二副磁体222沿Z轴方向竖直交替排列且相邻的第一主磁体121和第一副磁体122在顶点处相连接。

第一磁体阵列12和第二磁体阵列22之间形成锯齿形结构的间隙，间隙宽度为g，间隙和水平方向的夹角为θ，结构紧凑，占地空间小，提高空间利用率。30°＜θ＜60°，θ优选为45°。第一磁体阵列12或第二磁体阵列22中一个磁体的凸出部对应另一个阵列的两个磁体衔接形成的凹陷部，换而言之，相对设置的两阵列，彼此形状位置关系形成了两者之间的锯齿形结构的间隙。

对于锯齿形结构的间隙而言，定义其由多个相互连通的单元组成，单元的一侧为第一磁体阵列12，单元的另一侧为第二主磁体阵列22，其中第一主磁体121和第二副磁体222的磁化方向为第一水平方向，即磁化方向为沿X轴正方向上N极到S极，第一副磁体122和第二主磁体221的磁化方向均为第二水平方向，即磁化方向为沿X轴负方向上N极到S极。

现以本实施例重力补偿器的一个第二主磁体221为例进行受力分析，如图2所示，第二主磁体221受到第一主磁体121的磁斥力F1和第一副磁体122的磁吸力F2，该磁斥力F1的方向为垂直于第二主磁体221和第一主磁体121距离最近的边长并朝向斜向上，磁斥力F1可以分解为沿水平向右方向的水平分力F11和沿Z轴向上的Z轴分力F12。该磁吸力F2的方向为垂直于第二主磁体221和第一副磁体122距离最近的边长并朝向斜向上，磁吸力F2可以分解为沿水平向左方向的水平分力F21和沿Z轴向上的Z轴分力F22，沿水平向右方向的水平分力F11和沿水平向左方向的水平分力F21在水平方向上相互抵消，合力为零。沿Z轴向上的Z轴分力F12和沿Z轴向上的Z轴分力F22两者叠加产生更大的Z轴方向力，用来补偿负载重力，因此第二主磁体221受到第一主磁体121的磁斥力F1和第一副磁体122的磁吸力F2的合力为Z轴向上。

现以第二副磁体222为例进行受力分析，如图3所示，第二副磁体222受到第一副磁体122的磁斥力F3和第一主磁体121的磁吸力F4，该磁斥力F3的方向为垂直于第二副磁体222和第一副磁体122距离最近的边长并朝向斜向上，磁斥力F3可以分解为沿水平向右方向的水平分力F31和沿Z轴向上的Z轴分力F32。该磁吸力F4的方向为垂直于第二副磁体222和第一主磁体121距离最近的边长并朝向斜向上，磁吸力F4可以分解为沿水平向左方向的水平分力F41和沿Z轴向上的Z轴分力F42，沿水平向右方向的水平分力F31和沿水平向左方向的水平分力F41在水平方向上相互抵消，合力为零。沿Z轴向上的Z轴分力F32和沿Z轴向上的Z轴分力F42两者叠加产生更大的Z轴方向力，用来补偿负载重力，因此第二副磁体222受到第一副磁体122的磁斥力F3和第一主磁体121的磁吸力F4的合力为Z轴向上。

进一步地，如图1所示，每个第一磁体阵列12中第一主磁体121和第一副磁体122的数量分别为M1和M2个，|M1-M2|＝0或1，换而言之每个第一磁体阵列12中第一主磁体121和第一副磁体122的数量可以相同，或者每个第一磁体阵列12中第一主磁体121和第一副磁体122的数量差为一个，相邻两个第一主磁体121之间设置有一个第一副磁体122，相邻两个第一副磁体122之间设置有一个第一主磁体121，即第一主磁体121和第一副磁体122交错设置，对于每个第一磁体阵列12而言，每个第一副磁体122都有一个第一主磁体121相对应，形成一对磁极结构，该磁极结构实现第二主磁体221的重力补偿，第一副磁体122和位于其上方的第一主磁体121同样形成一对磁极结构，该磁极结构实现第二副磁体222的重力补偿。

每个第二磁体阵列22中第二主磁体221和第二副磁体222的数量分别为P1和P2个，|P1-P2|＝0或1，换而言之，每个第二磁体阵列22中第二主磁体221和第二副磁体222的数量可以相同，或者每个第二磁体阵列22中第二主磁体221和第二副磁体222的数量差为一个，相邻两个第二主磁体221之间设置有一个第二副磁体222，相邻两个第二副磁体222之间设置有一个第二主磁体221，其中M1等于或不等于P1。如果M和P数值不同，虽然同样实现重力补偿，但是多余的磁体没能充分发挥磁性作用，存在效率较低的问题。本实施实例优选M和P的数值相同，使第一磁体阵列12的各个磁体和第二磁体阵列22的各个磁体一一对应，均能发挥相应的磁性作用，提高了利用率。

第一磁体阵列12和第二磁体阵列22呈一一对应关系，设置第一磁体阵列12和第二磁体阵列22的数量为N个且在重力补偿器中呈规则排布。

本实施例一中，磁基座11和磁框架21具有相同的中心轴且呈规则对称结构。较优地，

当N＝1时，第一磁体阵列12和第二磁体阵列22在重力补偿器的中心轴线处沿Z轴方向延伸且相对设置，第一磁体阵列12大致沿磁基座11中心轴线方向设置于磁基座11上，第二磁体阵列22大致沿磁框架21中心轴线方向设置于所述磁框架21上，换而言之，第一磁体阵列12设置于磁基座11的中心位置，第二磁体阵列22设置于磁框架21的中心位置。

当N为偶数时，N个第一磁体阵列12对称设置于重力补偿器的中心轴线的两侧，N个第二磁体阵列22对称设置于重力补偿器的中心轴线的两侧，换而言之，N个第一磁体阵列12可以相对重力补偿器的中心轴线对称也可以正N边形对称，N个第二磁体阵列22可以相对重力补偿器的中心轴线对称也可以正N边形对称，例如N＝6时，第一种，6个第一磁体阵列12和6个第二磁体阵列22沿水平方向的投影为正六边形；第二种，6个第一磁体阵列12分成两排对称设置于磁基座11轴线的两侧，每排包括三组呈直线排布的第一磁体阵列12，6个第二磁体阵列22分成两排对称设置于磁框架21轴线的两侧，每排包括三组呈直线排布的第二磁体阵列22。通过第一磁体阵列12和第二磁体阵列22的数量为偶数个并分别对称设置于两侧，每个第一磁体阵列12对应于一个第二磁体阵列22，双侧重力补偿会保证磁框架21两侧的稳定性，避免出现位置偏移的情况。

当N为大于1的奇数时，N个第一磁体阵列12环设于重力补偿器的中心轴线的周围，N个第二磁体阵列22环设于重力补偿器的中心轴线的周围，N个第一磁体阵列12和N个第二磁体阵列22在水平面(即XY平面)的投影均为正多边形，例如采用正三角形、正五边形及正七边形等，可以保证重力补偿的平衡性。

如图4所示，通过对竖直形结构的间隙和锯齿形结构的间隙进行仿真，结果验证了锯齿形结构的间隙能够在更大的行程范围内维持较大的出力，从而提供了大行程、高负载的性能。

本实施例还提供了一种承载装置，包括上述的重力补偿器，重力补偿器可以由驱动机构进行驱动，或者重力补偿器由承载机构进行承载，重力补偿器具有清洁、无噪音、无振动及免维护的优势，实现主动隔振的功能。

实施例二

本实施例和实施例一的结构形状相同，磁体的充磁方向也相同，区别仅在于固定结构和活动结构互换，实施例一的固定结构为第一磁组件1，活动结构为第二磁组件2，本实施例与实施例一完全相反，本实施例的固定结构为第二磁组件2，活动结构为第一磁组件1，即第二磁组件2为定子，第一磁组件1为动子，第二磁组件2为第一磁组件1产生磁性力，以驱动第一磁组件1沿Z轴方向运动，即第二主磁体221和第二副磁体222共同用于对第一主磁体121和第一副磁体122沿Z轴向上方向的运动。由于第一磁组件1中的立柱112的顶面为与水平面平行，用于承载负载，在磁框架21的中心开设有中心孔，立柱112穿设于中心孔并与其滑动配合。

现以第一副磁体122为例进行受力分析，如图5所示，第一副磁体122受到第二主磁体221的磁吸力F5和第二副磁体222的磁斥力F6，该磁吸力F5的方向为垂直于第一副磁体122和第二主磁体221距离最近的边长并斜向上，磁吸力F5可以分解为沿水平向左方向的水平分力F51和沿Z轴向上的Z轴分力F52。该磁斥力F6的方向为垂直于第二主磁体221和第二副磁体222距离最近的边长并朝向斜向上，磁斥力F62可以分解为沿水平向右方向的水平分力F61和沿Z轴向上的Z轴分力F62，沿水平向左方向的水平分力F51和沿水平向右方向的水平分力F61在水平方向上相互抵消，合力为零。沿Z轴向上的Z轴分力F52和沿Z轴向上的Z轴分力F62两者叠加产生更大的Z轴方向力，用来补偿负载重力，因此第一副磁体122受到第二主磁体221的磁吸力F5和第二副磁体222的磁斥力F6的合力为Z轴向上。

实施例三

本实施例和实施例一的结构类似，区别仅在于，第一主磁体121、第一副磁体122、第二主磁体221及第二副磁体222的横截面的形状，实施例一各个磁体的形状为菱形，如图6所示，本实施例第一主磁体121、第一副磁体122、第二主磁体221及第二副磁体222的横截面为五边形，该五边形不是规则的等边五边形，使第一磁体阵列12和第二磁体阵列22在彼此靠近的一侧形成锯齿形结构，在第一磁体阵列12和第二磁体阵列22在彼此远离的一侧为平齐结构或者不是平齐结构。只要满足两阵列相对侧之间形成规则锯齿形间隙即可，对横截面不做其他限定。本实施例三中的两列第一磁体阵列12的第一主磁体121磁化方向相反、第一副磁体122的磁化方向相反；两列第二磁体阵列22中的第二主磁体221的磁化方向相反、第二副磁体222的磁化方向相反。可以理解的是，立柱112的外壁和磁框架21的内壁无需设置安装槽，也为平齐结构。

需要特别说明的是，本实施例的原理和实施例一和实施例二类似，具体地，本实施例的第一磁组件1和第二磁组件2中一个是定子，实现固定结构，另一个是动子，实现活动结构，两者并不作限定，可以根据实际生产需要进行调整。

实施例四

如图7所示，本实施例和实施例三的结构类似，区别在于，本实施例中第一主磁体121和第一副磁体122的横截面为六边形，第二主磁体221及第二副磁体222的横截面为五边形，使第一磁体阵列12和第二磁体阵列22在彼此靠近的一侧形成锯齿形结构，磁框架21的内壁平齐结构，立柱112的外壁为锯齿形结构。或者磁框架21的内壁不是平齐结构。只要满足两阵列相对侧之间形成规则锯齿形间隙即可，对横截面不做其他限定。

可以理解的是，立柱112的外壁需设置用于安装第一主磁体121和第一副磁体122的第一安装槽，磁框架21的内壁无需设置安装槽，其为平齐结构。

需要特别说明的是，本实施例的原理和实施例一和实施例二类似，具体地，本实施例的第一磁组件1和第二磁组件2中一个是定子，实现固定结构，另一个是动子，实现活动结构，两者并不作限定，可以根据实际生产需要进行调整。

实施例五

如图8所示，本实施例和实施例三的结构类似，区别仅在于，第一主磁体121、第一副磁体122、第二主磁体221及第二副磁体222的横截面的形状，实施例三各个磁体的形状为五边形，本实施例第一主磁体121、第一副磁体122、第二主磁体221及第二副磁体222的横截面为三角形，三角形的边分别贴合于立柱112和磁框架21的内壁，使第一磁体阵列12和第二磁体阵列22在彼此靠近的一侧形成锯齿形结构，在第一磁体阵列12和第二磁体阵列22在彼此远离的一侧为平齐结构。可以理解的是，立柱112的外壁和磁框架21的内壁无需设置安装槽，也为平齐结构。

需要特别说明的是，本实施例的原理和实施例一和实施例二类似，具体地，本实施例的第一磁组件1和第二磁组件2中一个是定子，实现固定结构，另一个是动子，实现活动结构，两者并不作限定，可以根据实际生产需要进行调整。

实施例六

如图9所示，本实施例和实施例五的结构类似，区别在于，本实施例中第一主磁体121、第一副磁体122、第二主磁体221及第二副磁体222的横截面为扇形，使第一磁体阵列12和第二磁体阵列22在彼此靠近的一侧形成锯齿形结构，第一磁体阵列12和第二磁体阵列22在彼此靠近的一侧形成弧形结构。可以理解的是，立柱112的第一安装槽和磁框架21的第二安装槽也为弧形结构，以实现与第一磁体阵列12和第二磁体阵列22的匹配。

需要特别说明的是，本实施例的原理和实施例一和实施例二类似，具体地，本实施例的第一磁组件1和第二磁组件2中一个是定子，实现固定结构，另一个是动子，实现活动结构，两者并不作限定，可以根据实际生产需要进行调整。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，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)

1.一种重力补偿器，其特征在于，包括：

第一磁组件(1)，所述第一磁组件(1)包括磁基座(11)和设置于所述磁基座(11)上的第一磁体阵列(12)，所述第一磁体阵列(12)沿Z轴方向延伸；

第二磁组件(2)，所述第二磁组件(2)包括磁框架(21)和设置于所述磁框架(21)上的第二磁体阵列(22)，每个所述第二磁体阵列(22)对应一个所述第一磁体阵列(12)且相对设置并在两者之间形成间隙，所述间隙为锯齿形结构，所述第一磁体阵列(12)和所述第二磁体阵列(22)被配置为相互施加磁作用力，使所述第一磁组件(1)和所述第二磁组件(2)之间产生沿所述Z轴方向的力，以对用于承载负载的所述磁基座(11)或所述磁框架(21)进行重力补偿；

所述第一磁体阵列(12)包括第一主磁体(121)和第一副磁体(122)，所述第一副磁体(122)沿Z轴方向设置于所述第一主磁体(121)上；

所述第二磁体阵列(22)包括第二主磁体(221)，所述第二主磁体(221)设置于所述第一主磁体(121)和所述第一副磁体(122)之间；

所述第一副磁体(122)的磁化方向和所述第二主磁体(221)的磁化方向相同，所述第一主磁体(121)的磁化方向和所述第一副磁体(122)的磁化方向相反；

所述第一磁体阵列(12)或所述第二磁体阵列(22)中一个磁体的凸出部对应另一个阵列的两个磁体衔接形成的凹陷部。

2.根据权利要求1所述的重力补偿器，其特征在于，所述第一磁体阵列(12)和所述第二磁体阵列(22)中其中一个磁体阵列对另一个磁体阵列产生沿Z轴向上方向的作用力，另一个所述磁体阵列对应承载所述负载。

3.根据权利要求2所述的重力补偿器，其特征在于，

所述第二磁体阵列(22)还包括第二副磁体(222)，所述第二副磁体(222)沿Z轴方向设置于所述第二主磁体(221)上，

所述第一磁体阵列(12)中的所述第一主磁体(121)或所述第一副磁体(122)受到相对设置的所述第二磁体阵列(22)相对应的所述第二主磁体(221)和所述第二副磁体(222)二个磁体的磁吸力及磁斥力的综合作用力，或所述第二磁体阵列(22)中的所述第二主磁体(221)或所述第二副磁体(222)受到相对设置的所述第一磁体阵列(12)的相对应的所述第一主磁体(121)和所述第一副磁体(122)二个磁体的磁吸力及磁斥力的综合作用力。

4.根据权利要求3所述的重力补偿器，其特征在于，所述第一主磁体(121)的磁化方向和所述第二副磁体(222)的磁化方向相同，所述第二主磁体(221)的磁化方向和所述第二副磁体(222)的磁化方向相反。

5.根据权利要求3所述的重力补偿器，其特征在于，所述第一磁体阵列(12)和所述第二磁体阵列(22)的数量为N个；

当N＝1时，所述第一磁体阵列(12)和所述第二磁体阵列(22)在所述重力补偿器的中心轴线处沿Z轴方向延伸且相对设置；

当N为偶数时，N个所述第一磁体阵列(12)对称设置于所述重力补偿器的中心轴线的两侧，N个所述第二磁体阵列(22)对应所述第一磁体阵列(12)对称设置于所述重力补偿器的中心轴线的两侧；

当N为大于1的奇数时，N个所述第一磁体阵列(12)环设于所述重力补偿器的中心轴线的周围，N个所述第二磁体阵列(22)环设于所述重力补偿器的中心轴线的周围，N个所述第一磁体阵列(12)和N个所述第二磁体阵列(22)在XY面的投影均为正多边形。

6.根据权利要求3所述的重力补偿器，其特征在于，每个所述第一磁体阵列(12)中所述第一主磁体(121)和所述第一副磁体(122)的数量分别为M1和M2个，|M1-M2|＝0或1，相邻两个所述第一主磁体(121)之间设置有一个所述第一副磁体(122)，相邻两个所述第一副磁体(122)之间设置有一个所述第一主磁体(121)；

每个所述第二磁体阵列(22)中所述第二主磁体(221)和所述第二副磁体(222)的数量分别为P1和P2个，|P1-P2|＝0或1，相邻两个所述第二主磁体(221)之间设置有一个所述第二副磁体(222)，相邻两个所述第二副磁体(222)之间设置有一个所述第二主磁体(221)，其中M1等于或不等于P1。

7.根据权利要求3-6任一项所述的重力补偿器，其特征在于，所述第一主磁体(121)、所述第一副磁体(122)的横截面相同，所述第二主磁体(221)及所述第二副磁体(222)的横截面相同，所述第一主磁体(121)和所述第二主磁体(221)的横截面相同或不同。

8.根据权利要求7所述的重力补偿器，其特征在于，所述第一主磁体(121)、所述第一副磁体(122)、所述第二主磁体(221)及所述第二副磁体(222)的横截面为菱形、三角形、五边形、六边形及扇形中任意一种。

9.一种承载装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的重力补偿器。

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