KR20230079455A - 자기 부상 중력 보상 장치 및 이를 포함하는 무빙 테이블 - Google Patents

자기 부상 중력 보상 장치 및 이를 포함하는 무빙 테이블 Download PDF

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KR20230079455A
KR20230079455A KR1020237015977A KR20237015977A KR20230079455A KR 20230079455 A KR20230079455 A KR 20230079455A KR 1020237015977 A KR1020237015977 A KR 1020237015977A KR 20237015977 A KR20237015977 A KR 20237015977A KR 20230079455 A KR20230079455 A KR 20230079455A
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빙 후
쉬추 지앙
지아신 위앤
윈 지앙
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인관 세미콘덕터 테크놀로지 씨오., 엘티디.
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Abstract

본 발명은 축방향을 따라 연장되는 내측 베이스 마그네틱 스틸; 내측 베이스 마그네틱 스틸의 2개의 축방향 단부에 각각 위치하고 축방향을 따라 연장되며, 외경이 각각 내측 베이스 마그네틱 스틸의 2개의 축방향 단부로부터 멀어지는 방향을 따라 점차 증가되는 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸; 및 원통형으로 이루어지고, 내측 베이스 마그네틱 스틸과 동축으로 내측 베이스 마그네틱 스틸의 외부에 위치하며 내측 베이스 마그네틱 스틸과 반경 방향에서 이격되는 외측 자기링 마그네틱 스틸을 포함하는 자기 부상 중력 보상 장치를 개시한다. 본 발명은 자기 부상 출력 힘이 스트로크를 따라 선형을 나타내는 특성을 실현하고, 제로 포인트에서의 출력 힘이 수직 구조 중력을 상쇄할 수 있다. 발명은 수직 모션 메커니즘의 중력을 보상할 수 있을 뿐만 아니라, 자기장 선형화를 기반으로 일정 강성 보상을 실현할 수 있고, 스트로크 범위 내에서 플렉시블 메커니즘의 탄성 변형 반작용력이 균형을 이루며, 수직 액추에이터의 부하를 줄이고, 마이크로 무빙 테이블의 수직 성능을 크게 향상시킨다.

Description

자기 부상 중력 보상 장치 및 이를 포함하는 무빙 테이블
본 발명은 집적 회로 장비 제조 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는 일정 강성 자기 부상 중력 보상 장치 및 이를 포함하는 무빙 테이블에 관한 것이다.
[관련 출원에 대한 상호 참조]
본 특허 출원은 2020년 12월 01일에 제출한 출원번호가 202011379009.X이고 발명의 명칭이 “자기 부상 중력 보상 장치 및 이를 포함하는 무빙 테이블”인 중국 특허 출원의 우선권을 주장하며, 해당 출원의 모든 내용은 본 명세서에 원용된다.
반도체 실리콘 웨이퍼 제조 또는 검출 분야에서, 스테이지는 실리콘 웨이퍼 전송 시스템과 실리콘 웨이퍼의 이송을 완료할 수 있어야 하는 동시에, 실리콘 웨이퍼를 베어링하면서 실리콘 웨이퍼의 정밀한 위치 결정을 완료해야 함으로써, 최종적으로 실리콘 웨이퍼의 제조 또는 검출이 완료된다. 따라서, 제조 또는 검출이 응용되는 스테이지 장치에서, 마이크로 무빙 테이블은 Z/Rx/Ry 수직 3축에서 실리콘 웨이퍼의 정확한 위치 결정을 완료할 수 있는 핵심 부재이다. 기존의 수직 3축 마이크로 무빙 테이블에서는 일반적으로 3개의 액추에이터를 이용하여 3-포인트 레이아웃을 수행한 다음, 플렉시블 메커니즘을 통해 수직 가이드 및 모션 디커플링을 수행하여 수직 성능을 보장한다. 그러나 웨이퍼 제조 또는 웨이퍼 검출 수율에 대한 요구가 지속적으로 높아지고, 제조 또는 검출 정확도가 지속적으로 향상됨에 따라, 스테이지의 실행 속도, 가속도 및 성능도 향상되고 있으며, 마이크로 무빙 테이블 부재의 모션 정확도, 가속도 및 속도에 대한 요구가 점점 더 높아지고 있다. 이러한 이유로 업계에서는 마이크로 무빙 테이블의 성능을 향상시키기 위한 중력 보상 기술을 제기하였다. 그러나 플렉시블 메커니즘을 갖는 마이크로 무빙 테이블의 경우, 작은 스트로크 범위 내에서 플렉시블 메커니즘의 스프링 강성은 일정한 값이고, 수직 액추에이터에 작용하는 반력은 수직 변위에 따라 선형으로 증가하거나 감소하므로, 기존의 정력 중력 보상 장치는 수직 테이블의 고성능 요구를 만족시키기 어렵다.
이러한 이유로 미국 특허 US9172291B2에서는 자기 부상 장치 및 기계 스프링을 이용하여 수직 중력을 보상하고, 보이스 코일 모터를 사용하여 플렉시블 메커니즘의 반작용력을 보상하는 것을 제기하였으나, 플렉시블 메커니즘의 작용력은 변위의 변화에 따라 변하기 때문에, 해당 장치의 코일 권수도 수직 변위의 변화에 따라 변함으로써 플렉시블 메커니즘의 작용력을 보상한다. 그러나 해당 장치는 구조가 복잡하고 코일의 가공 및 제조에 일정한 어려움이 있으며, 기계 스프링과 자기 부상 장치의 결합력에도 일정한 비선형성이 있어 높은 제어 정확도를 달성하는 데 도움이 되지 않는다.
미국 특허 US2009066168A1에서 제기한 자기 부상 보이스 코일 모터 장치는 자기 부상 중력 보상 장치의 자기 저항을 통해 수직 모션 모듈의 중력을 보상하고, 코일 입력 전류의 진폭과 방향을 조절하여 플렉시블 메커니즘의 작용력을 보상한다. 그러나 해당 자기 부상 보이스 코일 모터는 자기회로 구조가 복잡할 뿐만 아니라, 출력 자기 부상력의 강성이 0에 가깝기 때문에, 반드시 제어 알고리즘을 통해 제어 정확도를 구현해야 한다.
따라서, 현단계에서는 구조가 간단하고 작은 스트로크 범위 내에서 강성이 일정하되 플렉시블 메커니즘의 강성과 반대되는 중력 보상 장치가 필요하며, 즉 제로 포인트에서 보상 장치는 수직 모션 모듈의 중력과 진폭이 동일하고 방향이 반대되는 작용력을 출력할 수 있고, 보상 장치의 출력 강성은 일정함을 보장한다. 업계에서 흔히 사용하는 공기부상 중력 보상 장치는 비례 밸브를 통해 압축 가스의 압력을 실시간으로 조절함으로써 일정 강성의 중력 보상을 구현할 수 있으나, 공기부상 중력 보상 장치는 구조가 매우 복잡하고 공압 제어에 히스테리시스가 존재하므로 수직 성능의 향상에 영향을 미친다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술에 존재하는 문제점을 해결하기 위한, 구조 및 제어가 간단하고 제어에 히스테리시스가 없는 일정 강성 자기 부상 중력 보상 장치를 제공하는 것이다.
구체적으로, 본 발명은,
축방향을 따라 연장되는 내측 베이스 마그네틱 스틸;
상기 내측 베이스 마그네틱 스틸의 2개의 축방향 단부에 각각 위치하고 축방향을 따라 연장되며, 외경이 각각 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸의 상기 2개의 축방향 단부로부터 멀어지는 방향을 따라 점차 증가되는 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸; 및
원통형으로 이루어지고, 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸과 동축으로 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸의 외부에 위치하며 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸과 반경 방향에서 이격되는 외측 자기링 마그네틱 스틸을 포함하는 자기 부상 중력 보상 장치를 제공한다.
일 실시예에서, 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 자화 방향은 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸로부터 축방향을 따라 밖으로 향하고, 상기 외측 자기링 마그네틱 스틸의 자화 방향은 밖으로 향하는 반경 방향이다.
일 실시예에서, 상기 제1 단부 마그네틱 스틸과 상기 제2 단부 마그네틱 스틸은 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸의 축방향 이등분면에 대하여 거울 대칭된다.
일 실시예에서, 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸, 상기 제1 단부 마그네틱 스틸 및 상기 제2 단부 마그네틱 스틸은 중심축선이 서로 겹치고, 상기 중심축선에 대하여 회전 대칭된다.
일 실시예에서, 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸에는 축방향 통공이 구비되고, 상기 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸에는 축방향 통공이 구비된다.
일 실시예에서, 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸은 원통형으로 이루어지고, 상기 제1 단부 마그네틱 스틸은 축방향을 따라 서로 인접되는 다수개 세그먼트의 원통형 마그네틱 스틸로 구성되며, 상기 제2 단부 마그네틱 스틸은 축방향을 따라 서로 인접되는 다수개 세그먼트의 원통형 마그네틱 스틸로 구성되고, 상기 다수개 세그먼트의 원통형 마그네틱 스틸의 내경은 동일하며, 각각의 외경은 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸에서 멀리 떨어진 원통형 마그네틱 스틸로부터 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸에 가까운 원통형 마그네틱 스틸을 향해 순차적으로 감소된다.
일 실시예에서, 상기 제1 단부 마그네틱 스틸의 다수개 세그먼트의 원통형 마그네틱 스틸 중 인접한 각 원통형 마그네틱 스틸의 외경차가 동일하고 축방향 길이가 동일하며;
상기 제2 단부 마그네틱 스틸의 다수개 세그먼트의 원통형 마그네틱 스틸 중 인접한 각 원통형 마그네틱 스틸의 외경차가 동일하고 축방향 길이가 동일하다.
일 실시예에서, 상기 제1 단부 마그네틱 스틸은 축방향을 따라 서로 인접되는 3개 세그먼트의 원통형 마그네틱 스틸로 구성되고, 상기 제2 단부 마그네틱 스틸은 축방향을 따라 서로 인접되는 3개 세그먼트의 원통형 마그네틱 스틸로 구성된다.
일 실시예에서, 상기 제1 단부 마그네틱 스틸과 상기 제2 단부 마그네틱 스틸 중 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸에서 가장 멀리 떨어진 원통형 마그네틱 스틸의 외경은 R5이고 축방향 길이는 L5이며, 내측 베이스 마그네틱 스틸의 외경은 R2이고 외측 자기링 마그네틱 스틸의 축방향 길이는 L1이며, R2/2≤R5≤R2이고, L1/4≤L5≤L1/2이다.
일 실시예에서, 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸의 상기 축방향 통공의 반경 방향 사이즈는 상기 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 축방향 통공의 반경 방향 사이즈와 동일하다.
일 실시예에서, 상기 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 상기 축방향 통공의 반경 방향 사이즈는 상기 내측 베이스 마그네틱에서 멀리 떨어진 단부에서 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸을 향해 감소된다.
일 실시예에서, 상기 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 상기 축방향 통공의 내주면과 반경 방향이 이루는 끼인각 β와, 상기 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 외주면과 반경 방향이 이루는 끼인각 α 사이의 관계는 α≤β≤135˚이다.
일 실시예에서, 상기 외측 자기링 마그네틱 스틸은 원주 방향을 따라 서로 인접되는 다수의 호형판으로 구성된다.
일 실시예에서, 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸은, 내측 베이스 마그네틱 스틸의 축방향 중간 부분에 위치하고 외경이 나머지 부분의 외경보다 작은 반경 축소 세그먼트를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 외측 자기링 마그네틱 스틸의 축방향 길이는 L1이고, 단부 마그네틱 스틸의 축방향 길이는 L2이며, 내측 베이스 마그네틱 스틸의 축방향 길이는 L3이고, 상기 단부 마그네틱 스틸 및 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸이 상기 외측 자기링 마그네틱 스틸에 대하여 축방향을 따라 이동한 스트로크가 S이고, 기계 스트로크와 유효 스트로크의 차이값이 ΔS이면, L3+2L2-L1＝S+ΔS이고, ΔS/S의 값의 범위는 [0.1, 3.0]이다.
일 실시예에서, 상기 단부 마그네틱 스틸의 밑각 α는 60˚ 내지 88˚이다.
일 실시예에서, 상기 단부 마그네틱 스틸의 밑각 α는 75˚이다.
본 발명은 스테이지 및 베이스를 포함하는 무빙 테이블을 더 제공하고, 상기 스테이지는 상기 베이스에 대하여 회전 및 수직 이동 가능하게 설치되며, 상기 스테이지의 하측에는 상기 자기 부상 중력 보상 장치가 설치된다.
본 발명의 자기 부상 중력 보상 장치는 종래 기술의 공압 일정 강성 중력 보상 장치의 구조가 복잡하고 제어가 복잡하며 제어에 히스테리시스가 존재하는 등 문제점을 해결하고; 종래의 중력 보상 장치의 강성이 0이거나 비선형적인 문제점을 해결한다. 본 발명은 자기 부상 출력 힘이 스트로크를 따라 선형을 나타내는 특성을 실현하고, 제로 포인트에서의 출력 힘이 수직 구조 중력을 상쇄할 수 있다. 발명은 수직 모션 메커니즘의 중력을 보상할 수 있을 뿐만 아니라, 자기장 선형화를 기반으로 일정 강성 보상을 실현할 수 있고, 스트로크 범위 내에서 플렉시블 메커니즘의 탄성 변형 반작용력이 균형을 이루며, 수직 액추에이터의 부하를 줄이고, 마이크로 무빙 테이블의 수직 성능을 크게 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 구조 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 종단면 모식도이다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예의 마그네틱 스틸 자화 방향 모식도이다.
도 4는 도 1에 도시된 실시예의 마그네틱 스틸 사이즈 모식도이다.
도 5는 도 1에 도시된 실시예의 스트로크 범위 내 출력 힘 곡선이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 구조 모식도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 마그네틱 스틸 사이즈 모식도(D2>D3)이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 마그네틱 스틸 사이즈 모식도(D2<D3)이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 마그네틱 스틸 사이즈 모식도(R3＝R2)이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 마그네틱 스틸 사이즈 모식도(R3>R2)이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 마그네틱 스틸 자화 방향 모식도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 출력 힘 곡선이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 구조 및 마그네틱 스틸 자화 방향 모식도이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 쐐기형 홀 구조 모식도이다.
도 15는 본 발명의 제6 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 구조 모식도이다.
도 16은 본 발명의 제7 실시예에 따른 단차형 마그네틱 스틸 그룹 구조 모식도이다.
도 17은 본 발명의 제7 실시예에 따른 단차형 마그네틱 스틸 그룹 자화 방향 모식도이다.
도 18은 본 발명의 제7 실시예에 따른 단차형 마그네틱 스틸 그룹의 마그네틱 스틸 사이즈 모식도이다.
도 19는 본 발명의 제8 실시예에 따른 원뿔대 마그네틱 스틸 및 원형링 마그네틱 방안의 구조 모식도이다.
도 20은 본 발명의 제8 실시예에 따른 원뿔대 마그네틱 스틸 및 원형링 마그네틱 방안의 사이즈 모식도이다.
도 21은 무빙 테이블에서 본 발명에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 레이아웃 형태이다.
이하, 본 발명의 목적, 특징 및 이점을 보다 명확하게 이해하도록 하기 위해 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 도면에 도시된 실시예는 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 본 발명의 기술적 해결수단을 설명하기 위한 실질적인 사상일 뿐임을 이해해야 한다.
아래 설명에서, 개시된 다양한 실시예에 대한 확실한 이해를 제공하기 위해, 개시된 다양한 실시예를 설명하기 위한 목적으로 일부 구체적인 세부사항을 서술한다. 그러나, 관련 분야의 통상의 기술자는 이러한 구체적인 세부사항 중 하나 또는 다수의 세부사항이 없이 실시예를 구현할 수 있음을 인식할 것이다. 다른 경우, 실시예의 설명을 불필요하게 혼란시키는 것을 방지하기 위해, 본 발명과 관련된 잘 알려진 장치, 구조, 기술은 상세하게 도시되거나 설명되지 않을 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐 언급된 “하나의 실시예” 또는 “일 실시예”는 실시예를 결합하여 설명된 특정 특점, 구조 또는 특징이 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 나타낸다. 따라서, 명세서 전체에 걸쳐 각 위치에 나타나는 “하나의 실시예에서” 또는 “일 실시예에서”는 모두 동일한 실시예를 지칭할 필요가 없다. 또한, 특정 특점, 구조 또는 특징은 하나 또는 다수의 실시예에서 임의의 방식으로 조합될 수 있다.
아래 설명에서, 본 발명의 구조 및 작동 방식을 명확하게 보여주기 위해, 많은 방향성 단어를 사용하여 설명하지만, “전”, “후”, “좌”, “우”, “외”, “내”, “밖을 향해”, “안을 향해”, “상”, “하” 등 단어는 편의성을 위한 용어로 이해해야 하고, 한정적인 단어로 이해해서는 아니된다. 본 명세서에서, “X향”, “X방향” 및 “Y향”, “Y방향”은 수평 방향을 따라 서로 교차하는 방향을 나타내고, “Z향”과 “Z방향”은 수직 방향을 나타낸다.
반도체 실리콘 웨이퍼 제조 또는 검출 분야에서는 스테이지에 베어링된 실리콘 웨이퍼가 Z방향을 에워싸며 회전 및 수직 상승과 하강이 가능하도록 스테이지를 요구한다. 스테이지는 보이스 코일 모터를 통해 구동되어 상승과 하강이 구현될 수 있고, 보이스 코일 모터의 부하를 줄이고 수직 모션 정확도를 향상시키기 위해, 일반적으로 자기 부상 중력 보상 장치와 같은 중력 보상 장치를 설치한다. 베이스에 대한 스테이지의 경사를 구현하기 위해, 스테이지와 베이스 사이에 탄성 연결 부재를 설치할 수 있고, 스테이지가 수직 방향을 따라 상승 및 하강됨에 따라, 탄성 연결 부재는 탄성력을 생성하며, 이 탄성력은 스테이지의 스트로크에 따라 선형으로 변한다. 본 발명은 스트로크에 따라 선형으로 변하는 자기 부상 중력 보상 장치를 제공하여, 스테이지의 중력 및 탄성 연결 부재의 탄성력에 대한 보상을 구현한다.
도면을 참조하여 본 발명에 따른 각 실시예를 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치(100)는 내측 베이스 마그네틱 스틸(103), 제1 단부 마그네틱 스틸(102a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(102b), 및 외측 자기링 마그네틱 스틸(101)을 포함한다. 여기서, 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)은 원통형으로 이루어지고, 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)은 각각 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 2개의 축방향 단부에 위치하고 축방향을 따라 하향 및 상향으로 연장된다. 도시된 실시예에서, 제1 단부 마그네틱 스틸(102a)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 축방향 하측에 위치하고, 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 축방향 상측에 위치한다.
도시된 실시예에서, 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)은 원뿔대형으로 이루어지고, 외경 사이즈는 각각 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)에 가까운 2개의 축방향 단부로부터 하향 및 상향으로 점차 증가된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)에는 각각 축방향 통공이 설치되고, 이 축방향 통공과 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 축방향 통공은 동일한 직경을 가지며 서로 연통된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 형상과 사이즈는 서로 동일하고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 중분 방사면에 대하여 거울 대칭된다. 외측 자기링 마그네틱 스틸(101)은 원통형으로 이루어지고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)과 동축으로 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 외부에 위치하며 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)과 반경 방향에서 이격된다. 도시된 실시예에서, 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)에 인접되지만, 이들 사이에는 소정의 에어갭이 설치될 수도 있다는 점을 이해해야 하며, 상기 에어갭은 일반적으로 1mm 이하이다.
상기 실시예에서, 외측 자기링 마그네틱 스틸(101)은 중력 보상 장치의 고정자 마그네틱 스틸이고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(103) 및 제1 단부 마그네틱 스틸(102a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)은 중력 보상 장치의 가동자 마그네틱 스틸이다. 그러나, 외측 자기링 마그네틱 스틸(101)을 중력 보상 장치의 가동자 마그네틱 스틸로, 내측 베이스 마그네틱 스틸(103) 및 제1 단부 마그네틱 스틸(102a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)을 중력 보상 장치의 고정자 마그네틱 스틸로 설치할 수도 있음을 이해해야 한다.
도 2의 단면도에 도시된 바와 같이, 자기 부상 중력 보상 장치(100)의 고정자 마그네틱 스틸과 가동자 마그네틱 스틸 사이는 기계적으로 연결되지 않고, 스트로크 범위 내에서 고정자 자기장과 가동자 마그네틱 스틸 사이의 상호 작용에 의해 강성이 변하지 않는 수직 작용력이 생성될 수 있으며, 본 발명에서 상기 수직 작용력은 장치의 자기 부상력으로 이해할 수 있고, 여기서, 외측 자기링 마그네틱 스틸(101) 및 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)이 서로에 대해 축방향으로 중앙에 위치할 때 장치의 제로 포인트이고, 장치가 제로 포인트에 있을 때 스테이지의 중력을 보상해야 하므로, 출력 자기 부상력 진폭은 스테이지의 중력과 같아야 하며, 탄성 연결 부재의 탄력은 0이고, 이때 자기 부상 중력 보상 장치의 출력 자기 부상력의 방향은 수직으로 위를 향한다. 스테이지와 베이스 사이에 설치된 탄성 연결 부재의 출력 힘은 스테이지의 수직 운동에 따라 선형으로 변화되므로, 장치의 출력 자기 부상력도 스테이지의 수직 운동에 따라 선형으로 변화되고 양자의 변화 경사도(slope)가 같을 때에만 자기 부상 중력 보상 장치가 스테이지의 중력 및 탄성 연결 부재의 탄성력의 보상 작용을 완전히 구현할 수 있다. 이를 기반으로, 장치의 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 외경 사이즈는 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)에 가까운 양단으로부터 하향 및 상향으로 각각 점차 증가되어야 하고, 설명해야 할 것은, 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 외경 사이즈 변화 기울기(gradient)와 탄성 연결 부재의 출력 탄성력의 변화 기울기가 일치할 때, 임의의 수직 위치에서, 상기 장치의 출력 자기 부상력은 탄성 연결 부재의 출력 탄성력의 진폭과 모두 같다.
도 3은 자기 부상 중력 보상 장치(100) 중 각 마그네틱 스틸의 자화 방향을 도시한다. 여기서, 내측 베이스 마그네틱 스틸(103) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 자화 방향은 동일하고 모두 위로 향하는 축방향이며, 제1 단부 마그네틱 스틸(102a)의 자화 방향은 아래로 향하는 축방향이고, 외측 자기링 마그네틱 스틸(101)의 자화 방향은 밖으로 향하는 반경 방향이다. 마찬가지로, 외측 자기링 마그네틱 스틸(101)의 자화 방향은 안으로 향하는 반경 방향으로, 제1 단부 마그네틱 스틸(102a)의 자화 방향은 위로 향하는 축방향으로, 제2 단부 마그네틱 스틸(102b) 및 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 자화 방향은 동일하고 아래로 향하는 축방향으로 설치될 수도 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 외측 자기링 마그네틱 스틸(101)은 8개의 분할 마그네틱 스틸이 접합되어 형성된다. 여기서, 8개의 분할 마그네틱 스틸은 하나의 원통이 45˚의 등각 간격으로 반경 방향을 따라 분할된 호형판 마그네틱 스틸이다. 그러나 외측 자기링 마그네틱 스틸(101)은 다른 수량의 분할 마그네틱 스틸이 접합되어 형성될 수도 있고, 외측 자기링 마그네틱 스틸(101)에 의해 생성되는 반경 방향의 불균형력을 제거하기 위해, 분할 수량 N은 2개, 4개, 6개 등과 같이 짝수로 설정됨을 이해해야 한다. 외측 자기링 마그네틱 스틸(101)은 분할 마그네틱 스틸로 접합되어 마그네틱 스틸의 자화 및 가공이 용이하다. 외측 자기링 마그네틱 스틸(101)이 다수개 마그네틱 스틸로 접합되어 형성될 경우, 마그네틱 스틸의 극아크(polar arc) 계수 a의 값은 자기 부상 중력 보상 장치의 출력 강성과 양의 관계가 있고, 마그네틱 스틸의 극아크 계수 a는 마그네틱 스틸의 극아크 길이와 극거리의 비율이며, 극아크 계수 a의 값은 [0.7, 0.95]임이 바람직하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)에 인접한 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 일단의 외경은 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 외경보다 크다. 그러나, 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)에 인접한 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 일단의 외경은 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 외경보다 작거나 같을 수도 있고, 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 상기 외경 사이즈 크기는 스트로크 범위 내에서 자기 부상 중력 보상 장치의 출력 자기 부상력의 경사도에 영향을 미친다.
도 4는 자기 부상 중력 보상 장치(100)의 사이즈 모식도를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 외측 자기링 마그네틱 스틸(101), 제1 단부 마그네틱 스틸(102a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(102b), 및 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 축방향 길이는 각각 L1, L2 및 L3이고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)에 인접한 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 일단의 반경 및 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 반경은 각각 R2와 R3으로 표시되며, 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)에서 멀리 떨어진 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 일단의 반경은 R21로 표시되고, 제1 단부 마그네틱 스틸(102a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(102b) 및 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 축방향 통공의 직경은 D0으로 표시되며, 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 밑각은 α로 표시된다. 자기 부상 중력 보상 장치의 전체 스트로크가 S이고, 기계 스트로크와 유효 스트로크의 차이값이 ΔS라고 가정하면, 외측 자기링 마그네틱 스틸(101), 제1 단부 마그네틱 스틸(102a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(102b), 및 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 축방향 길이 사이의 관계는 L3+2L2-L1＝S+ΔS이며, 식에서 ΔS의 값은 주로 보상 장치의 전체 스트로크 S와 관련이 있고, ΔS/S의 값의 범위는 일반적으로 [0.1, 3.0]이다. 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)에 인접한 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 일단의 반경과 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 반경 사이의 관계는 제로 포인트에서 자기 부상 중력 보상 장치가 보상해야 하는 무게의 크기, 즉 스테이지의 중력에 의해 결정된다. 본 실시예에서 바람직하게는 R2>R3이다. 제1 단부 마그네틱 스틸(102a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(102b) 및 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 외경이 결정된 경우, 축방향 통공의 직경 D0의 크기는 자기 부상 중력 보상 장치의 강성과 관련이 있다. 본 실시예에서는 자기 부상 중력 보상 장치의 집적 및 조립 공정의 난이도를 고려하여, 제1 단부 마그네틱 스틸(102a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(102b) 및 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 축방향 통공의 사이즈를 동일하게 설치한다. 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 밑각 α는 자기장 선형성을 결정하며, 이는 나아가 자기 부상 중력 보상 장치의 강성 크기에 영향을 미치며, 축방향 통공의 직경 및 유효 에어갭 길이가 결정된 전제 하에, 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 밑각 α가 클수록 자기 부상 중력 보상 장치의 강성이 더 크고, 밑각 α의 값의 범위는 [60˚, 88˚]이며, 일반적으로, 밑각 α는
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로 표시될 수 있고, 본 실시예에서 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 밑각 α는 75˚로 선택되는 것이 바람직하다.
도 5는 자기 부상 중력 보상 장치(100)의 출력 힘 시뮬레이션 곡선을 도시한다. 도면에서 가로축은 자기 부상 중력 보상 장치의 스트로크를 나타내고, 세로축은 출력 힘 진폭을 나타낸다. 도면에는 2개의 스트로크 끝점과 제로 포인트 및 이에 대응되는 출력 힘이 표기되어 있다. 도면에서 x는 단일 방향 극한 변위이고, G는 단일 자기 부상 중력 보상 장치가 보상해야 하는 스테이지 중력이며, 자기 부상 중력 보상 장치의 설계 강성을 k라고 가정하면, 양의 방향 스트로크 끝점 x에서 자기 부상 중력 보상 장치의 출력 힘 진폭은 G+F＝G+kx이므로, 자기 부상 중력 보상 장치의 출력 힘 범위가 [-F+G, F+G]임을 알 수 있다. 도면에서 상기 자기 부상 중력 보상 장치의 출력 힘이 스트로크에 따라 선형으로 변화됨으로써, 스테이지의 중력 및 탄성 연결 부재에 의해 생성되는 선형 변화의 탄성력을 보상할 수 있음을 보아낼 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치(200)를 도시한다. 이 실시예는 자기 부상 중력 보상 장치(100)와 기본적으로 동일하고, 즉 자기 부상 중력 보상 장치(200)는 내측 베이스 마그네틱 스틸(203), 제1 단부 마그네틱 스틸(202a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(202b), 및 외측 자기링 마그네틱 스틸(201)을 포함한다. 여기서, 내측 베이스 마그네틱 스틸(203)은 원통형으로 이루어지고, 제1 단부 마그네틱 스틸(202a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(202b)은 각각 내측 베이스 마그네틱 스틸(203)의 2개의 축방향 단부에 위치하고 내측 베이스 마그네틱 스틸(203)로부터 축방향을 따라 하향 및 상향으로 연장된다. 도시된 실시예에서, 제1 단부 마그네틱 스틸(202a)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(203)의 축방향 하측에 위치하고, 제2 단부 마그네틱 스틸(202b)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(203)의 축방향 상측에 위치한다. 제1 단부 마그네틱 스틸(202a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(202b)은 원뿔대형으로 이루어지고, 외경 사이즈는 모두 내측 베이스 마그네틱 스틸(203)에 가까운 2개의 축방향 단부로부터 내측 베이스 마그네틱 스틸(203)에서 멀어지는 방향으로 점차 증가된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(202a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(202b)에는 각각 축방향 통공이 설치되고, 이 축방향 통공과 내측 베이스 마그네틱 스틸(203)의 축방향 통공은 동일한 직경을 가지며 서로 연통된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(202a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(202b)의 형상과 사이즈는 서로 동일하고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(203)의 축방향 중분 방사면에 대하여 거울 대칭된다. 외측 자기링 마그네틱 스틸(201)은 원통형으로 이루어지고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(203)과 동축으로 내측 베이스 마그네틱 스틸(203)의 외부에 위치하며 내측 베이스 마그네틱 스틸(203)과 반경 방향에서 이격된다. 자기 부상 중력 보상 장치(200)와 자기 부상 중력 보상 장치(100)의 차이점은, 외측 자기링 마그네틱 스틸(201)이 1개의 반경 방향 자화 마그네틱 스틸로 구성된다는 것이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치(300)를 도시한다. 이 실시예는 자기 부상 중력 보상 장치(100)와 기본적으로 동일하고, 즉 자기 부상 중력 보상 장치(300)는 내측 베이스 마그네틱 스틸(303), 제1 단부 마그네틱 스틸(302a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(302b), 및 외측 자기링 마그네틱 스틸(301)을 포함한다. 여기서, 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)은 원통형으로 이루어지고, 제1 단부 마그네틱 스틸(302a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(302b)은 각각 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)의 2개의 축방향 단부에 위치하고 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)로부터 축방향을 따라 하향 및 상향으로 연장된다. 도시된 실시예에서, 제1 단부 마그네틱 스틸(302a)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)의 축방향 하측에 위치하고, 제2 단부 마그네틱 스틸(302b)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)의 축방향 상측에 위치한다. 제1 단부 마그네틱 스틸(302a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(302b)은 원뿔대형으로 이루어지고, 외경 사이즈는 모두 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)에 가까운 2개의 축방향 단부로부터 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)에서 멀어지는 방향으로 점차 증가된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(302a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(302b)에는 각각 축방향 통공이 설치되고, 이 축방향 통공과 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)의 축방향 통공은 서로 연통된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(302a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(302b)의 형상과 사이즈는 서로 동일하고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)의 축방향 중분 방사면에 대하여 거울 대칭된다. 외측 자기링 마그네틱 스틸(301)은 원통형으로 이루어지고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)과 동축으로 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)의 외부에 위치하며 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)과 반경 방향에서 이격된다.
자기 부상 중력 보상 장치(300)와 자기 부상 중력 보상 장치(100)의 차이점은, 제1 단부 마그네틱 스틸(302a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(302b)의 축방향 통공과 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)의 축방향 통공의 직경이 상이하다는 것이다. 제1 단부 마그네틱 스틸(302a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(302b)의 축방향 통공의 직경은 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)의 축방향 통공의 직경보다 작거나(도 7) 클 수 있다(도 8). 제1 단부 마그네틱 스틸(302a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(302b)의 축방향 통공과 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)의 축방향 통공의 직경 관계는 마그네틱 스틸의 장착 방식과 관련이 있고, 자기 부상 중력 보상 장치의 출력 힘의 강성과 제로 포인트 보상 중력값과 관련이 없음을 이해해야 한다. 자기 부상 중력 보상 장치의 제로 포인트에서 보상된 중력값은 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)에 의해 제공되는 자기장 세기와 관련이 있고, 외측 자기링 마그네틱 스틸(301)이 동일할 경우, 내측 베이스 마그네틱 스틸(303)의 자기장 세기가 셀수록 제로 포인트에서 보상되는 중력값이 더 크다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치(400)를 도시한다. 이 실시예는 자기 부상 중력 보상 장치(100)와 기본적으로 동일하고, 즉 자기 부상 중력 보상 장치(400)는 내측 베이스 마그네틱 스틸(403), 제1 단부 마그네틱 스틸(402a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(402b), 및 외측 자기링 마그네틱 스틸(401)을 포함한다. 여기서, 내측 베이스 마그네틱 스틸(403)은 원통형으로 이루어지고, 제1 단부 마그네틱 스틸(402a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(402b)은 각각 내측 베이스 마그네틱 스틸(403)의 2개의 축방향 단부에 위치하고 내측 베이스 마그네틱 스틸(403)로부터 축방향을 따라 하향 및 상향으로 연장된다. 도시된 실시예에서, 제1 단부 마그네틱 스틸(402a)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(403)의 축방향 하측에 위치하고, 제2 단부 마그네틱 스틸(402b)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(403)의 축방향 상측에 위치한다. 제1 단부 마그네틱 스틸(402a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(402b)은 원뿔대형으로 이루어지고, 외경 사이즈는 내측 베이스 마그네틱 스틸(403)의 2개의 축방향 단부로부터 내측 베이스 마그네틱 스틸(403)에서 멀어지는 방향을 따라 점차 증가된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(402a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(402b)에는 각각 축방향 통공이 설치되고, 이 축방향 통공과 내측 베이스 마그네틱 스틸(403)의 축방향 통공은 서로 연통된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(402a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(402b)의 형상과 사이즈는 서로 동일하고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(403)의 축방향 중분 방사면에 대하여 거울 대칭된다. 외측 자기링 마그네틱 스틸(401)은 원통형으로 이루어지고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(403)과 동축으로 내측 베이스 마그네틱 스틸(403)의 외부에 위치하며 내측 베이스 마그네틱 스틸(403)과 반경 방향에서 이격된다.
차이점은, 자기 부상 중력 보상 장치(100)에서는 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)에 인접한 제1 단부 마그네틱 스틸(102a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(102b)의 일단의 외경이 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 외경보다 작지만, 자기 부상 중력 보상 장치(400)에서는 내측 베이스 마그네틱 스틸(403)에 인접한 제1 단부 마그네틱 스틸(402a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(402b)의 일단의 외경이 내측 베이스 마그네틱 스틸(403)의 외경보다 작거나 같다는 것이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치(500)를 도시한다. 이 실시예는 자기 부상 중력 보상 장치(100)와 기본적으로 동일하고, 즉 자기 부상 중력 보상 장치(500)는 내측 베이스 마그네틱 스틸(503), 제1 단부 마그네틱 스틸(502a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(502b), 및 외측 자기링 마그네틱 스틸(501)을 포함한다. 여기서, 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)은 원통형으로 이루어지고, 제1 단부 마그네틱 스틸(502a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(502b)은 각각 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)의 2개의 축방향 단부에 위치하고 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)로부터 축방향을 따라 하향 및 상향으로 연장된다. 도시된 실시예에서, 제1 단부 마그네틱 스틸(502a)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)의 축방향 하측에 위치하고, 제2 단부 마그네틱 스틸(502b)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)의 축방향 상측에 위치한다. 제1 단부 마그네틱 스틸(502a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(502b)은 원뿔대형으로 이루어지고, 외경 사이즈는 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)에 가까운 2개의 축방향 단부로부터 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)에서 멀어지는 방향을 따라 점차 증가된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(502a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(502b)에는 각각 축방향 통공이 설치되고, 이 축방향 통공과 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)의 축방향 통공은 서로 연통된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(502a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(502b)의 형상과 사이즈는 서로 동일하고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)의 축방향 중분 방사면에 대하여 거울 대칭된다. 외측 자기링 마그네틱 스틸(501)은 원통형으로 이루어지고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)과 동축으로 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)의 외부에 위치하며 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)과 반경 방향에서 이격된다.
차이점은, 자기 부상 중력 보상 장치(100)에서는 내측 베이스 마그네틱 스틸(103)의 자화 방향이 축방향이지만, 자기 부상 중력 보상 장치(500)에서는 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)의 자화 방향이 외측 자기링 마그네틱 스틸(501)의 자화 방향과 동일하고 모두 밖으로 향하는 반경 방향이라는 것이다. 그러나, 자기 부상 중력 보상 장치(500)에서 제1 단부 마그네틱 스틸(502a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(502b)의 자화 방향은 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)에서 멀리 떨어진 일단으로부터 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)을 향하는 방향으로 설치되고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(503)과 외측 자기링 마그네틱 스틸(501)의 자화 방향은 동일하며 모두 안으로 향하는 반경 방향으로 설치될 수도 있음을 이해해야 한다. 일부 응용 환경에서, 중력 보상 장치는 제로 포인트에서 스테이지의 중력을 보상할 필요가 없으므로, 자기 부상 중력 보상 장치(500)는 상기 자화 방향을 사용할 수 있다. 이 경우, 대안적으로 내측 베이스 마그네틱 스틸(504)이 다수개의 반경 방향으로 자화되는 분할 마그네틱 스틸로 접합되어 형성될 수 있도록 설치할 수도 있다(제7 실시예의 자기 부상 중력 보상 장치(800)를 참조).
또한, 내측 베이스 마그네틱 스틸(504)은 자화되지 않은 고투자율 소재로 가공된 원통(505)으로 대체될 수도 있고, 도 13에 도시된 바와 같이, 내측 베이스 마그네틱 스틸이 자화되지 않은 경우, 자기 부상 중력 보상 장치의 출력 힘 강성은 다소 감소되며, 본 실시예에서 상기 고투자율 소재는 퍼멀로이인 것이 바람직하다.
도 12는 자기 부상 중력 보상 장치(500)의 출력 힘 곡선을 도시한다. 도면에서 가로축은 자기 부상 중력 보상 장치의 스트로크를 나타내고, 세로축은 출력 힘 진폭을 나타내며, 도면에는 2개의 스트로크 끝점과 제로 포인트 및 이에 대응되는 출력 힘이 표기되어 있다. 도면으로부터 제로 포인트에서 자기 부상 중력 보상 장치의 출력 힘 진폭이 임을 알 수 있다. 자기 부상 중력 보상 장치의 설계 강성을 k라고 가정하면, 양의 방향 스트로크 끝점에서 자기 부상 중력 보상 장치의 출력 힘 진폭은 F＝kx이므로, 자기 부상 중력 보상 장치의 출력 힘 범위가 [-F, F]임을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치(600)를 도시한다. 이 실시예는 자기 부상 중력 보상 장치(100)와 기본적으로 동일하고, 즉 자기 부상 중력 보상 장치(600)는 내측 베이스 마그네틱 스틸(603), 제1 단부 마그네틱 스틸(602a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(602b), 및 외측 자기링 마그네틱 스틸(601)을 포함한다. 여기서, 내측 베이스 마그네틱 스틸(603)은 원통형으로 이루어지고, 제1 단부 마그네틱 스틸(602a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(602b)은 각각 내측 베이스 마그네틱 스틸(603)의 2개의 축방향 단부에 위치하고 내측 베이스 마그네틱 스틸(603)로부터 축방향을 따라 하향 및 상향으로 연장된다. 도시된 실시예에서, 제1 단부 마그네틱 스틸(602a)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(603)의 축방향 하측에 위치하고, 제2 단부 마그네틱 스틸(602b)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(603)의 축방향 상측에 위치한다. 제1 단부 마그네틱 스틸(602a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(602b)은 원뿔대형으로 이루어지고, 외경 사이즈는 내측 베이스 마그네틱 스틸(603)의 2개의 축방향 단부로부터 내측 베이스 마그네틱 스틸(603)에서 멀어지는 방향을 따라 점차 증가된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(602a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(602b)에는 각각 축방향 통공이 설치되고, 이 축방향 통공과 내측 베이스 마그네틱 스틸(603)의 축방향 통공은 서로 연통된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(602a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(602b)의 형상과 사이즈는 서로 동일하고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(603)의 중분 방사면에 대하여 거울 대칭된다. 외측 자기링 마그네틱 스틸(601)은 원통형으로 이루어지고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(603)과 동축으로 내측 베이스 마그네틱 스틸(603)의 외부에 위치하며 내측 베이스 마그네틱 스틸(603)과 반경 방향에서 이격된다.
차이점은, 자기 부상 중력 보상 장치(100)에서는 제1 단부 마그네틱 스틸(602a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(602b)의 축방향 통공의 직경이 축방향을 따라 일정하게 유지되지만, 자기 부상 중력 보상 장치(600)에서는 제1 단부 마그네틱 스틸(602a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(602b)의 축방향 통공의 직경이 내측 베이스 마그네틱 스틸로부터 내측 베이스 마그네틱 스틸에서 멀어지는 방향을 따라 점차 증가되며, 즉 축방향 통공이 원뿔대형으로 이루어진다는 것이다. 축방향 통공의 직경이 일정하게 유지되는 것에 비해, 원뿔대형 통공의 가공 난이도가 더 높지만, 제1 단부 마그네틱 스틸(602a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(602b)의 원뿔대형 통공의 밑각 β와 제1 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 밑각 α의 크기 관계를 조절하여, 자기 부상 중력 보상 장치의 출력 강성 k를 어느 정도 미세하게 조절할 수 있으며, 여기서, 원뿔대형 통공의 밑각 β와 제1 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 밑각 α의 관계는 (1)60˚≤α≤88˚, (2)α≤β≤135˚로 표시될 수 있다. 본 실시예에서,α와 β의 값은 α＝75˚, β＝82˚인 것이 바람직하다.
도 15는 본 발명의 제6 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치(700)를 도시한다. 이 실시예는 자기 부상 중력 보상 장치(100)와 기본적으로 동일하고, 즉 자기 부상 중력 보상 장치(700)는 내측 베이스 마그네틱 스틸(703), 제1 단부 마그네틱 스틸(702a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(702b), 및 외측 자기링 마그네틱 스틸(701)을 포함한다. 제1 단부 마그네틱 스틸(702a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(702b)은 각각 내측 베이스 마그네틱 스틸(703)의 2개의 축방향 단부에 위치하고 내측 베이스 마그네틱 스틸(703)로부터 축방향을 따라 하향 및 상향으로 연장된다. 도시된 실시예에서, 제1 단부 마그네틱 스틸(702a)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(703)의 축방향 하측에 위치하고, 제2 단부 마그네틱 스틸(702b)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(703)의 축방향 상측에 위치한다. 제1 단부 마그네틱 스틸(702a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(702b)은 원뿔대형으로 이루어지고, 외경 사이즈는 내측 베이스 마그네틱 스틸(703)의 2개의 축방향 단부로부터 내측 베이스 마그네틱 스틸(703)에서 멀어지는 방향을 따라 점차 증가된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(702a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(702b)의 형상과 사이즈는 서로 동일하고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(703)의 중분 방사면에 대하여 거울 대칭된다. 외측 자기링 마그네틱 스틸(701)은 원통형으로 이루어지고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(703)과 동축으로 내측 베이스 마그네틱 스틸(703)의 외부에 위치하며 내측 베이스 마그네틱 스틸(703)과 반경 방향에서 이격된다.
차이점은, 이 실시예에서 내측 베이스 마그네틱 스틸(703)은 원기둥형으로 이루어지고, 제1 단부 마그네틱 스틸(702a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(702b)은 원뿔대형으로 이루어지며, 내측 베이스 마그네틱 스틸(703) 및 제1 단부 마그네틱 스틸(702a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(702b)에 모두 축방향 통공이 설치되지 않는다는 점이다. 이러한 설치는 마그네틱 스틸의 조립 난이도를 어느 정도 증가시키지만, 제1 단부 마그네틱 스틸(702a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(702b) 및 내측 베이스 마그네틱 스틸(703)의 외경도 상응하게 축소되어, 자기 부상 중력 보상 장치의 설계 출력 강성 k가 변하지 않는다는 전제 하에, 자기 부상 중력 보상 장치의 부피를 어느 정도 축소시킬 수 있거나; 자기 부상 중력 보상 장치의 부피가 변하지 않는다는 전제 하에, 자기 부상 중력 보상 장치의 설계 출력 강성 k를 더 증가시킬 수 있다.
제1 단부 마그네틱 스틸(702a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(702b)의 가공 편의를 위해, 제1 단부 마그네틱 스틸(702a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(702b)은 다수의 원기둥형이 축방향으로 상,하로 적층된 단차형 마그네틱 스틸 그룹으로 형성될 수도 있고, 여기서, 단차형 마그네틱 스틸 그룹 중 마그네틱 스틸의 축방향 분할 수량은 Nt이고, 축방향으로 인접한 마그네틱 스틸의 반경 방향 사이즈와 축방향 사이즈의 차이값은 설계 수요에 따라 시뮬레이션 반복을 통해 획득해야 한다. 일반적으로, 단차형 마그네틱 스틸 그룹 중 축방향 마그네틱 스틸의 분할 수량 Nt의 값의 범위는 Nt≥2, Nt∈Z이며, 축방향으로 인접한 마그네틱 스틸의 반경 방향 사이즈의 차이값은 자기 부상 중력 보상 장치의 출력 강성을 결정하며, 축방향으로 인접한 마그네틱 스틸의 축방향 사이즈값 및 차이값은 보상 장치의 출력 변위 크기를 결정한다. 바람직하게는, 단차형 마그네틱 스틸 그룹 중 축방향 마그네틱 스틸의 분할 수량 Nt는 3이고, 축방향으로 인접한 마그네틱 스틸의 반경 방향 사이즈 차이값은 모두 2.0mm이다.
도 16은 본 발명의 제7 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치(800)를 도시한다. 자기 부상 중력 보상 장치(800)는 내측 베이스 마그네틱 스틸(805), 제1 단부 마그네틱 스틸(804a, 803a 및 802a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(804b, 803b 및 802b), 및 외측 자기링 마그네틱 스틸(801)을 포함한다. 여기서, 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)은 원통형으로 이루어지고, 제1 단부 마그네틱 스틸(804a, 803a 및 802a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(804b, 803b 및 802b)은 각각 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)의 2개의 축방향 단부에 위치하고 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)로부터 축방향을 따라 하향 및 상향으로 순차적으로 연장된다. 도시된 실시예에서, 제1 단부 마그네틱 스틸(804a, 803a 및 802a)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)의 축방향 하측에 위치하고, 제2 단부 마그네틱 스틸(804b, 803b 및 802b)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)의 축방향 상측에 위치한다. 각각의 제1 단부 마그네틱 스틸(804a, 803a 및 802a) 및 각각의 제2 단부 마그네틱 스틸(804b, 803b 및 802b)은 원통형으로 이루어지고, 외경 사이즈는 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)의 양단으로부터 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)에서 멀어지는 방향을 따라 순차적으로 증가된다. 각각의 제1 단부 마그네틱 스틸(804a, 803a 및 802a) 및 각각의 제2 단부 마그네틱 스틸(804b, 803b 및 802b)에는 모두 축방향 통공이 설치되고, 이 축방향 통공과 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)의 축방향 통공은 동일한 직경을 가지며 서로 연통된다. 각각의 제1 단부 마그네틱 스틸(804a, 803a 및 802a) 및 각각의 제2 단부 마그네틱 스틸(804b, 803b 및 802b)의 형상과 사이즈는 각각 서로 동일하고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)의 축방향 중분 방사면에 대하여 거울 대칭된다. 외측 자기링 마그네틱 스틸(801)은 원통형으로 이루어지고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)과 동축으로 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)의 외부에 위치하며 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)과 반경 방향에서 이격된다.
도 17은 자기 부상 중력 보상 장치(800)의 마그네틱 스틸 자화 방향 모식도를 도시한다. 여기서, 외측 자기링 마그네틱 스틸(801)의 자화 방향은 반경 방향 자화이고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)과 각각의 제1 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 자화 방향은 축방향 자화이며, 각각의 제1 단부 마그네틱 스틸(804a, 803a 및 802a)의 자화 방향은 위로 향하는 축방향이고, 각각의 제2 단부 마그네틱 스틸(804b, 803b 및 802b)의 자화 방향은 아래로 향하는 축방향이며, 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)의 자화 방향은 위로 향하는 축방향이고, 외측 자기링 마그네틱 스틸(801)의 자화 방향은 밖으로 향하는 반경 방향이다. 그러나, 외측 자기링 마그네틱 스틸(801)의 자화 방향은 안으로 향하는 반경 방향으로, 각각의 제1 단부 마그네틱 스틸(804a, 803a 및 802a)의 자화 방향은 아래로 향하는 축방향으로, 각각의 제2 단부 마그네틱 스틸(804b, 803b 및 802b)의 자화 방향은 위로 향하는 축방향으로, 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)의 자화 방향은 아래로 향하는 축방향으로 설치될 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 외측 자기링 마그네틱 스틸(801)의 자화 방향은 축방향 자화이고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)과 각각의 제1 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 자화 방향은 반경 방향 자화이도록 설치할 수 있음을 이해해야 한다.
도 18은 본 발명의 제7 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치(800)의 사이즈 모식도를 도시하고, 도면에서 마그네틱 스틸 그룹의 축방향 마그네틱 스틸의 분할 수량 Nt는 3이다. 여기서, 외측 자기링 마그네틱 스틸(801), 내측 베이스 마그네틱 스틸(805), 제1 단부 마그네틱 스틸(804a, 803a 및 802a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(804b, 803b 및 802b)의 축방향 길이는 각각 L1, L5, L4, L3, L2로 표시되고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)과 각각의 제1 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 축방향 통공은 동일하며 D0으로 표시되고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(805) 및 원형링 마그네틱 스틸(802 ~ 804)의 반경은 각각 R5와 R4, R3, R2로 표시된다. 마그네틱 스틸의 조립의 편의를 위해, 본 실시예에서 축방향 통공의 직경 및 각 마그네틱 스틸의 사이즈 관계는 L2+L4＝2L3, R2+R4＝2R3, L2+L3+L4≥L1이다. 상기 바람직한 실시예에서, 단차형 마그네틱 스틸 그룹의 축방향 마그네틱 스틸의 분할 수량 Nt는 3이고, 축방향으로 인접한 마그네틱 스틸의 반경 방향 사이즈 차이값은 모두 2.0mm이다. 실시예에서 마그네틱 스틸 그룹의 축방향 마그네틱 스틸의 분할 수량 Nt에 따라, 각 단부 마그네틱 스틸의 사이즈 관계의 설계 기준을 유추해낼 수 있고, 실시예 1의 단부 마그네틱 스틸의 밑각 α의 값을 참고하면,
Figure pct00002
가 성립되며, 식에서 Li는 각 단부 마그네틱 스틸의 축방향 길이이고, 여기서, 내측 베이스 마그네틱 스틸에서 가장 멀리 떨어진 단부 마그네틱 스틸의 축방향 길이는 L2로 설정되고, 내측 베이스 마그네틱 스틸에 가장 가까운 단부 마그네틱 스틸의 축방향 길이는 LNt-1로 설정된다. Nt의 값이 무한대에 가깝고 각 Li가 서로 같을 때, 단부 마그네틱 스틸의 밑각의 값은 실시예 1과 일치하다.
보상 장치의 출력 강성의 일관성을 보장하기 위해, 축방향으로 인접한 마그네틱 스틸의 반경 방향 사이즈 차이값과 축방향 사이즈 차이값이 모두 같은 것이 바람직하며, 즉 R5－R4＝R4－R3＝R3－R2이고; L2－L3＝L3－L4＝L4－L5이다. 그러나, 반경 방향 사이즈 차이값과 축방향 사이즈 차이값이 서로 다를 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 내측 베이스 마그네틱 스틸(805)과 각각의 제1 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 축방향 통공의 직경 D0도 서로 다르거나, 그 중 하나 또는 다수개가 축방향 통공이 없게 설치될 수도 있음을 이해해야 한다.
내측 베이스 마그네틱 스틸의 직경 R5 및 축방향 길이 L5는 스테이지 수직 모션 메커니즘의 무게와 밀접한 관련이 있고, 일반적으로, R5의 값의 범위는 R2/2≤R5≤R2이며, L5의 값의 범위는 L1/4≤L5≤L1/2이다. 만약 자기 부상 중력 보상 장치가 보상해야 하는 무게가 증가되거나 감소되면, 보상 장치의 출력 강성이 변하지 않도록 보장하기 위해, R5와 L5만 조정하면 된다.
도 19는 본 발명의 제8 실시예에 따른 자기 부상 중력 보상 장치(900)를 도시한다. 자기 부상 중력 보상 장치(900)는 내측 베이스 마그네틱 스틸(903), 제1 단부 마그네틱 스틸(902a)과 제2 단부 마그네틱 스틸(902b), 및 외측 자기링 마그네틱 스틸(901)을 포함한다. 제1 단부 마그네틱 스틸(902a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(902b)은 각각 내측 베이스 마그네틱 스틸(903)의 2개의 축방향 단부에 위치하고 내측 베이스 마그네틱 스틸(903)로부터 축방향을 따라 하향 및 상향으로 연장된다. 도시된 실시예에서, 제1 단부 마그네틱 스틸(902a)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(903)의 축방향 하측에 위치하고, 제2 단부 마그네틱 스틸(902b)은 내측 베이스 마그네틱 스틸(903)의 축방향 상측에 위치한다. 제1 단부 마그네틱 스틸(902a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(902b)은 원뿔대형으로 이루어지고, 외경 사이즈는 내측 베이스 마그네틱 스틸(903)의 2개의 축방향 단부로부터 내측 베이스 마그네틱 스틸(903)에서 멀어지는 방향을 따라 점차 증가된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(902a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(902b)의 형상과 사이즈는 서로 동일하고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(903)의 축방향 중분 방사면에 대하여 거울 대칭된다. 외측 자기링 마그네틱 스틸(901)은 원통형으로 이루어지고, 내측 베이스 마그네틱 스틸(903)과 동축으로 내측 베이스 마그네틱 스틸(903)의 외부에 위치하며 내측 베이스 마그네틱 스틸(903)과 반경 방향에서 이격된다. 제1 단부 마그네틱 스틸(902a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(902b)은 한 그룹의 원통형 마그네틱 스틸이 축방향으로 순차적으로 인접하여 구성될 수도 있음을 이해해야 한다.
차이점은, 이 실시예에서 자기 부상 중력 보상 장치(900)의 내측 베이스 마그네틱 스틸(903)의 축방향 중간 부분에 반경 축소 세그먼트(904)가 구비되는 것이고, 반경 축소 세그먼트(904)의 축방향 양단은 각각 제1 축방향 세그먼트(903a) 및 제2 축방향 세그먼트(903b)이다. 반경 축소 세그먼트(904)의 직경은 제1 축방향 세그먼트(903a) 및 제2 축방향 세그먼트(903b)의 직경보다 작다. 여기서, 제1 단부 마그네틱 스틸(902a) 및 제1 축방향 세그먼트(903a)의 자화 방향은 모두 축방향을 따라 아래로 향하고, 반경 축소 세그먼트(904), 제2 단부 마그네틱 스틸(902b)과 제2 축방향 세그먼트(903b)의 자화 방향은 모두 축방향을 따라 위로 향한다. 상기 자기 부상 중력 보상 장치(900)는 제로 포인트 근처에서 강성이 약간 크고, 양측 끝점에서 강성이 변하지 않으므로, 제로 포인트 근처에서 감쇠력이 큰 작업 조건에 응용될 수 있다.
도 20은 자기 부상 중력 보상 장치(900)의 사이즈 모식도를 도시한다. 여기서, 제1 단부 마그네틱 스틸(902a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(902b)과 내측 베이스 마그네틱 스틸(903)의 축방향 통공의 직경은 같으며 모두 D0이다. 내측 베이스 마그네틱 스틸(903)에 인접한 제1 단부 마그네틱 스틸(902a) 및 제2 단부 마그네틱 스틸(902b)의 일단의 외경, 내측 베이스 마그네틱 스틸(903)의 제1 축방향 세그먼트(903a) 및 제2 축방향 세그먼트(903b)의 외경은 각각 R2와 R3로 표시되고, 바람직하게는 R2＝R3이며, 이때 자기 부상 중력 보상 장치(900)의 선형성은 최적에 도달할 수 있다. 반경 축소 세그먼트(904)의 직경은 R4로 표시되고, R4＜R3이다.
위에 도시된 각 실시예에서, 바람직하게는, 내측 베이스 마그네틱 스틸, 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸은 공통 중심 축선을 갖고, 상기 중심 축선에 대하여 회전 대칭됨으로써, 생성된 자기력이 원주 방향을 따라 균일하게 분포되도록 확보한다.
본 발명은 무빙 테이블을 더 제공하고, 상기 무빙 테이블은 스테이지 및 베이스를 포함하며, 스테이지는 베이스에 대하여 회전 및 수직 이동 가능하게 설치된다. 여기서, 스테이지는 가공할 공작물을 베어링하는 데 사용된다.
도 21은 본 발명에 따른 자기 부상 중력 보상 장치를 사용한 스테이지의 저면도를 도시한다. 스테이지의 하측에는 본 발명에 따른 자기 부상 중력 보상 장치를 수용하기 위한 오목 챔버가 설치된다. 여기서, 스테이지 하측의 오목 챔버는 1개, 2개, 3개 또는 4개일 수 있다. 도면에서는 1개의 자기 부상 중력 보상 장치의 중심점 배치, 2개의 자기 부상 중력 보상 장치의 나란한 배치, 3개의 자기 부상 중력 보상 장치의 정삼각형 배치 및 자기 부상 중력 보상 장치의 정사각형 배치의 모식도가 도시되지만, 다른 수량 및 다른 배치의 자기 부상 중력 보상 장치를 설치할 수도 있음을 이해해야 한다. 자기 부상 중력 보상 장치를 사용한　스테이지의 형상도 도시된 정사각형에 한정되지 않고, 수요에 따라 임의의 형상으로 설치될 수 있다. 자기 부상 중력 보상 장치의 등가 무게 중심이 위치한 수직선은 수직 모션 메커니즘의 무게 중심이 위치한 수직선과 동일 선상에 있어야 함을 이해해야 한다.
본 발명에 따른 자기 부상 중력 보상 장치는 스트로크에 따라 선형으로 변화되는 자기 부상력을 제공할 수 있고, 즉 스테이지의 중력을 보상할 수 있으며, 일정 강성의 탄성 연결 장치에 의해 생성된 탄성력도 보상할 수 있으며, 일부 상황에서 중력 보상에 대한 무빙 테이블의 수요를 만족시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하였으나, 본 발명의 상기 내용을 읽은 후, 본 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명을 다양하게 변경 또는 수정할 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 등가적 형태는 또한 본 발명에 첨부되는 특허청구범위에 의해 한정된 범위에 포함된다.

Claims (18)

  1. 자기 부상 중력 보상 장치에 있어서,
    축방향을 따라 연장되는 내측 베이스 마그네틱 스틸;
    상기 내측 베이스 마그네틱 스틸의 2개의 축방향 단부에 각각 위치하고 축방향을 따라 연장되며, 외경이 각각 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸의 상기 2개의 축방향 단부로부터 멀어지는 방향을 따라 점차 증가되는 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸; 및
    원통형으로 이루어지고, 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸과 동축으로 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸의 외부에 위치하며 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸과 반경 방향에서 이격되는 외측 자기링 마그네틱 스틸을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 자화 방향은 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸로부터 축방향을 따라 밖으로 향하고, 상기 외측 자기링 마그네틱 스틸의 자화 방향은 밖으로 향하는 반경 방향인 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 단부 마그네틱 스틸과 상기 제2 단부 마그네틱 스틸은 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸의 축방향 이등분면에 대하여 거울 대칭되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 베이스 마그네틱 스틸, 상기 제1 단부 마그네틱 스틸 및 상기 제2 단부 마그네틱 스틸은 중심축선이 서로 겹치고, 상기 중심축선에 대하여 회전 대칭되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 베이스 마그네틱 스틸에는 축방향 통공이 구비되고, 상기 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸에는 축방향 통공이 구비되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 베이스 마그네틱 스틸은 원통형으로 이루어지고, 상기 제1 단부 마그네틱 스틸은 축방향을 따라 서로 인접되는 다수개 세그먼트의 원통형 마그네틱 스틸로 구성되며, 상기 제2 단부 마그네틱 스틸은 축방향을 따라 서로 인접되는 다수개 세그먼트의 원통형 마그네틱 스틸로 구성되고, 상기 다수개 세그먼트의 원통형 마그네틱 스틸의 내경은 동일하며, 각각의 외경은 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸에서 멀리 떨어진 원통형 마그네틱 스틸로부터 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸에 가까운 원통형 마그네틱 스틸을 향해 순차적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 단부 마그네틱 스틸의 다수개 세그먼트의 원통형 마그네틱 스틸 중 인접한 각 원통형 마그네틱 스틸의 외경차가 동일하고 축방향 길이가 동일하며;
    상기 제2 단부 마그네틱 스틸의 다수개 세그먼트의 원통형 마그네틱 스틸 중 인접한 각 원통형 마그네틱 스틸의 외경차가 동일하고 축방향 길이가 동일한 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 단부 마그네틱 스틸은 축방향을 따라 서로 인접되는 3개 세그먼트의 원통형 마그네틱 스틸로 구성되고, 상기 제2 단부 마그네틱 스틸은 축방향을 따라 서로 인접되는 3개 세그먼트의 원통형 마그네틱 스틸로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  9. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 단부 마그네틱 스틸과 상기 제2 단부 마그네틱 스틸 중 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸에서 가장 멀리 떨어진 원통형 마그네틱 스틸의 외경은 R5이고 축방향 길이는 L5이며, 내측 베이스 마그네틱 스틸의 외경은 R2이고, 외측 자기링 마그네틱 스틸의 축방향 길이는 L1이며, R2/2≤R5≤R2이고, L1/4≤L5≤L1/2인 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 내측 베이스 마그네틱 스틸의 축방향 통공의 반경 방향 사이즈는 상기 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 축방향 통공의 반경 방향 사이즈와 동일한 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 축방향 통공의 반경 방향 사이즈는 상기 내측 베이스 마그네틱에서 멀리 떨어진 단부에서 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸을 향해 감소되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 상기 축방향 통공의 내주면과 반경 방향이 이루는 끼인각 β와, 상기 제1 단부 마그네틱 스틸 및 제2 단부 마그네틱 스틸의 외주면과 반경 방향이 이루는 끼인각 α 사이의 관계는 α≤β≤135˚인 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측 자기링 마그네틱 스틸은 원주 방향을 따라 서로 인접되는 다수의 호형판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 내측 베이스 마그네틱 스틸은, 내측 베이스 마그네틱 스틸의 축방향 중간 부분에 위치하고 외경이 나머지 부분의 외경보다 작은 반경 축소 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 외측 자기링 마그네틱 스틸의 축방향 길이는 L1이고, 단부 마그네틱 스틸의 축방향 길이는 L2이며, 내측 베이스 마그네틱 스틸의 축방향 길이는 L3이고, 상기 단부 마그네틱 스틸 및 상기 내측 베이스 마그네틱 스틸이 상기 외측 자기링 마그네틱 스틸에 대하여 축방향을 따라 이동한 스트로크가 S이면, L3+2L2-L1＝S+ΔS이고, ΔS/S의 값의 범위는 [0.1, 3.0]인 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 단부 마그네틱 스틸의 밑각 α는 60˚ 내지 88˚인 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 단부 마그네틱 스틸의 밑각 α는 75˚인 것을 특징으로 하는 자기 부상 중력 보상 장치.
  18. 무빙 테이블에 있어서,
    스테이지 및 베이스를 포함하고, 상기 스테이지는 상기 베이스에 대하여 회전 및 수직 이동 가능하게 설치되며, 상기 스테이지의 하측에는 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 따른 자기 부상 중력 보상 장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 무빙 테이블.
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