磁浮重力补偿器

技术领域

本发明涉及精密元器件制造技术领域，尤其涉及一种磁浮重力补偿器。

背景技术

在精密机械加工、集成电路IC及精密元器件制造等领域，高精度多自由度微动平台是及其重要的组成部分。以光刻设备为例，随着其工作台和掩模台操作精度要求达到亚微米级，需要采取有效的方案进行减震和隔振，重力补偿器就是在此应用背景下发展起来的新型结构。

现有的重力补偿器结构，主要分为无源型重力补偿器和有源型重力补偿器，现有技术中，无源型重力补偿器的悬浮力的可调范围小，而大部分应用场景都需要悬浮力大小可调，故该种无源型重力补偿器应用场景受限。此外，若要增大悬浮力，通常的方式是增大悬浮动子磁铁的尺寸，这就会带来悬浮动子质量的增加，不适用于有尺寸限制，要求悬浮力大的场合。有源型重力补偿器通过线圈通电实现了悬浮力的调节，但若需要平衡的重力增大时，只能通过增大线圈的电流来实现，线圈发热量大，产生的温升会使平台热变形大，系统的动态特性差，定位精度低。此外，悬浮动子次级分布在外圈，悬浮动子质量大，不适用于有尺寸限制，要求悬浮力大的场合。上述的重力补偿器在悬浮力可调时无法保证定位精度，同时结构复杂，质量较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁浮重力补偿器，在实现悬浮力可调时能保证定位精度；同时结构紧凑，质量小。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

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：

定子组件，设于所述磁浮单元的外圈，包括壳体、定子磁环和线圈环，所述定子磁环和所述线圈环沿所述磁浮单元的轴线方向排布，所述定子磁环的充磁方向为径向充磁，所述线圈环位于所述壳体内，所述壳体内设有冷却液流道，所述冷却液流道设于所述线圈环的周向；

悬浮组件，设于所述磁浮单元的内圈，包括动子磁环，所述动子磁环的充磁阵列采用海尔贝克阵列，所述动子磁环包括第一动子磁环和第二动子磁环，所述第一动子磁环和所述第二动子磁环沿所述磁浮单元的轴线方向排布，所述第一动子磁环的充磁方向为径向充磁，所述第二动子磁环的充磁方向为轴向充磁；

所述定子磁环与所述第二动子磁环相互作用，产生被动悬浮力；所述线圈环与所述第一动子磁环相互作用产生主动悬浮力，且所述线圈环切割所述动子磁环产生的磁场，进而产生洛伦兹力。

作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，所述第一动子磁环和所述第二动子磁环共设有三个，所述定子磁环和所述线圈环共设有三个，沿所述磁浮单元的轴线方向，所述第一动子磁环对应所述线圈环设置，所述第二动子磁环对应所述定子磁环设置。

作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，当所述定子磁环设有两个，所述线圈环设有一个时，所述第一动子磁环设有一个，所述第二动子磁环设有两个，一个所述第一动子磁环位于两个所述第二动子磁环之间，两个所述第二动子磁环的充磁方向相反，一个所述线圈环位于两个所述定子磁环之间，且两个所述定子磁环的充磁方向相反。

作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，当所述定子磁环设有一个，所述线圈环设有两个时，所述第一动子磁环设有两个，所述第二动子磁环设有一个，一个所述第二动子磁环位于两个所述第一动子磁环之间，两个所述第一动子磁环的充磁方向相反，一个所述定子磁环位于两个所述线圈环之间，两个所述线圈环的通电方向相反。

作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，所述定子磁环和所述线圈环均设于所述壳体内。

作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，所述定子磁环和所述线圈环位于以所述磁浮单元的轴线为中心的同一圆周线上，所述冷却液流道环绕所述线圈环和所述定子磁环的周向布置。

作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，所述磁浮单元设置有多个，多个所述磁浮单元沿所述磁浮单元的轴线方向依次设置。

作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，所述定子磁环位于所述壳体外。

作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，所述定子磁环和所述线圈环位于以所述磁浮单元的轴线为中心的不同圆周线上。

作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，沿所述磁浮单元的径向方向，所述线圈环位于所述定子磁环和所述悬浮组件之间。

作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，所述磁浮重力补偿器包括多个所述磁浮单元，多个所述磁浮单元沿所述磁浮单元的轴线方向依次叠加。

作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，所述定子磁环和所述第一动子磁环均为一体成型；或，

所述定子磁环和所述第一动子磁环均由多个瓦型磁铁围合而成环形结构。

作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，所述壳体上设置有冷却液入口和冷却液出口，所述冷却液流道的一端与所述冷却液入口连通，另一端与所述冷却液出口连通。

作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，所述壳体和所述线圈环之间填充有导热树脂。

本发明的有益效果：

本发明提供的磁浮重力补偿器，包括至少一个磁浮单元，磁浮单元包括定子组件和悬浮组件，定子组件设于磁浮单元的外圈，悬浮组件设于磁浮单元的内圈，结构紧凑，质量小。动子组件包括动子磁环，动子磁环的充磁方式采用海尔贝克阵列，包括径向充磁的第一动子磁环和轴向充磁的第二动子磁环，使得动子磁环与定子组件相互作用，产生更大的悬浮力，从而减小磁浮单元的体积和质量。定子组件包括壳体、线圈环和定子磁环，定子磁环径向充磁，径向充磁的定子磁环与悬浮组件的轴向充磁的第二动子磁环相互作用，产生被动悬浮力。线圈环与悬浮组件中径向充磁的第一动子磁环相互作用产生的主动悬浮力与电流的大小成正比，悬浮力可调范围大，且线圈环切割动子磁环产生的磁场，进而产生洛伦兹力，起到减震和隔振的效果，提升定位精度。线圈环位于壳体内，壳体内设冷却液流道，冷却液流道设于线圈环的周向，对线圈环通电后产生的热量进行高效散热，提升了洛伦兹力密度，保证了悬浮组件的动态特性，定位精度高。同时，定子磁环的温升小，无退磁风险。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的磁浮重力补偿器的结构示意图；

图2是图1中A-A向的剖视图；

图3是本发明实施例一提供的磁浮重力补偿器的定子磁环和动子磁环的第一种充磁方式的示意图；

图4是本发明实施例一提供的磁浮重力补偿器的定子磁环和动子磁环的第二种充磁方式的示意图；

图5是本发明实施例一提供的磁浮重力补偿器的定子磁环和动子磁环的第三种充磁方式的示意图；

图6是本发明实施例一提供的磁浮重力补偿器的定子磁环和动子磁环的第四种充磁方式的示意图；

图7是本发明实施例一提供的定子组件中定子磁环和线圈环的爆炸图；

图8是本发明实施例一提供的悬浮组件中动子磁环的爆炸图；

图9是本发明实施例一提供的磁浮重力补偿器的总悬浮力在行程内随电流变化的仿真值；

图10是本发明实施例一提供的磁浮重力补偿器的被动悬浮力在行程中点0处随电流变化的仿真值；

图11是本发明实施例二提供的磁浮重力补偿器的结构示意图；

图12是图11中B-B向的剖视图；

图13是本发明实施例二提供的磁浮重力补偿器的定子磁环和线圈环的爆炸图；

图14是本发明实施例二提供的磁浮重力补偿器的总悬浮力在行程内随电流变化的仿真值；

图15是本发明实施例二提供的磁浮重力补偿器的被动悬浮力在行程中点0处随电流变化的仿真值；

图16是本发明实施例三提供的磁浮重力补偿器的结构示意图；

图17是图16中C-C向的剖视图；

图18是本发明实施例三提供的磁浮重力补偿器的定子磁环和动子磁环的充磁方式及线圈环的通电方向的第一种组合示意图；

图19是本发明实施例三提供的磁浮重力补偿器的定子磁环和动子磁环的充磁方式及线圈环的通电方向的第二种组合示意图；

图20是本发明实施例三提供的磁浮重力补偿器的定子磁环和动子磁环的充磁方式及线圈环的通电方向的第三种组合示意图；

图21是本发明实施例三提供的磁浮重力补偿器的定子磁环和动子磁环的充磁方式及线圈环的通电方向的第四种组合示意图；

图22是本发明实施例三提供的定子组件中定子磁环和线圈环的爆炸图；

图23是本发明实施例三提供的悬浮组件中动子磁环的爆炸图；

图24是本发明实施例三提供的磁浮重力补偿器的总悬浮力在行程内随电流变化的仿真值；

图25是本发明实施例三提供的磁浮重力补偿器的被动悬浮力在行程中点0处随电流变化的仿真值；

图26是本发明实施例四提供的磁浮重力补偿器的结构示意图；

图27是图26中D-D向的剖视图；

图28是本发明实施例四提供的磁浮重力补偿器的定子磁环和线圈环的爆炸图；

图29是本发明实施例四提供的磁浮重力补偿器的总悬浮力在行程内随电流变化的仿真值；

图30是本发明实施例四提供的磁浮重力补偿器的被动悬浮力在行程中点0处随电流变化的仿真值；

图31是本发明四个实施例提供的磁浮重力补偿器在行程中点0处不同电流下的主动悬浮力变化的仿真值；

图32是本发明实施例五提供的磁浮重力补偿器的结构示意图；

图33是本发明实施例六提供的磁浮重力补偿器的结构示意图。

图中：

1、定子组件；11、壳体；111、冷却液流道；112、冷却液入口；113、冷却液出口；12、定子磁环；13、线圈环；14、导热树脂；15、第二不导磁支撑件；

2、悬浮组件；21、第一动子磁环；22、第二动子磁环；23、第一不导磁支撑件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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；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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征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：

如图1-图6所示，本实施例提供了一种磁浮重力补偿器，包括至少一个磁浮单元，磁浮单元包括定子组件1和悬浮组件2，定子组件1设于磁浮单元的外圈，包括壳体11、定子磁环12和线圈环13，定子磁环12和线圈环13沿磁浮单元的轴线方向排布，定子磁环12的充磁方向为径向充磁，线圈环13位于壳体11内，壳体11内设有冷却液流道111，冷却液流道111设于线圈环13的周向。悬浮组件2设于磁浮单元的内圈，包括动子磁环，动子磁环的充磁阵列采用海尔贝克阵列，动子磁环包括第一动子磁环21和第二动子磁环22，第一动子磁环21和第二动子磁环22沿磁浮单元的轴线方向排布，第一动子磁环21的充磁方向为径向充磁，第二动子磁环22的充磁方向为轴向充磁。定子磁环12与第二动子磁环22相互作用，产生被动悬浮力；线圈环13与第一动子磁环21相互作用产生主动悬浮力，且线圈环13切割动子磁环产生的磁场，进而产生洛伦兹力。

需要说明的是，磁浮单元的轴线方向即为图1所示的Z轴方向。

本实施例提供的磁浮单元，通过将定子组件1设于磁浮单元的外圈，且定子组件1中的定子磁环12和线圈环13沿磁浮单元的轴线方向排布。悬浮组件2设于磁浮单元的内圈，且悬浮组件2中的第一动子磁环21和第二动子磁环22沿磁浮单元的轴线方向排布，结构紧凑，质量小，生产加工的可行性高，适用于有尺寸限制，且悬浮力要求较大的场合。动子磁环的充磁方式采用海尔贝克阵列，将不同充磁方向的永磁体按照一定规律排列，能够在动子磁环的一侧汇聚磁力线，而在另一侧削弱磁力线，实现用最少量的永磁体产生最强的磁场。在本实施例中，动子磁环采用海尔贝克阵列，使得动子磁环在靠近定子组件1的一侧汇聚磁力线，远离定子组件1的一侧削弱磁力线，使得动子磁环与定子组件1相互作用，产生更大的悬浮力，从而减小磁浮单元的体积和质量。

通过将线圈环13设于壳体11内，在线圈环13的周向设置冷却液流道111，线圈环13通电后产生的热量通过冷却液流道111中的冷却液带走散热，极大地提升了线圈环13的洛伦兹力密度，起到减震和隔振的效果，保证了悬浮组件2的动态特性，定位精度高。同时定子磁环12的温升小，无退磁风险。磁浮单元的总悬浮力等于主动悬浮力和被动悬浮力之和，线圈环13与第一动子磁环21相互作用产生的主动悬浮力与电流的大小成正比关系，通过增大或减小电流，可调节主动悬浮力的大小，从而使得磁浮单元的总悬浮力的可调范围较大，能够适用于多种应用场景，通用性好。

在本实施例中，定子磁环12、线圈环13、第一动子磁环21和第二动子磁环22均设置为圆环状。需要说明的是，设置为椭圆形环、多边形环等环状的定子磁环12、线圈环13、第一动子磁环21和第二动子磁环22均在本发明的保护范围内。

在制造定子组件1时，线圈环13和定子磁环12之间设置有间隙，间隙内设置有分隔件，该分隔件采用具有不导磁、绝缘和隔热作用的材质制成，以避免线圈环13产生的热量传递至定子磁环12使得定子磁环12有退磁风险；同时具有绝缘作用的分隔件可避免线圈环13通电后和定子磁环12之间发生跳电击穿。另外，还能保证定子磁环12和线圈环13的磁场之间不会发生干扰。示例性地，分隔件为陶瓷件。

壳体11也是由不导磁的材质制成，对线圈环13和定子磁环12起到定位支撑的作用，同时增强了定子组件1的机械结构的可靠性。示例性地，壳体11由不锈钢制成。

为了实现冷却液流道111中的冷却液的循环，壳体11上设置有冷却液入口112和冷却液出口113，冷却液流道111的一端与冷却液入口112连通，另一端与冷却液出口113连通。冷却液入口112和冷却液出口113均设置于壳体11的底部。

为了将线圈环13产生的热量更有效地传递给冷却液流道111中的冷却液带走，壳体11和线圈环13之间填充有导热树脂14，通过导热树脂14快速将线圈环13的热量传递至冷却液流道111中的冷却液，降低定子组件1表面的温升。

在本实施例中，壳体11设置为中空圆柱体，壳体11内设置有容纳腔，中空圆柱体的顶部设置有开口，线圈环13通过开口置于容纳腔内，容纳腔的周向设置有冷却液流道111。或，在铸造壳体11时，直接将线圈环13浇铸于壳体11内。还可以将壳体11设置为分体结构，将线圈环13置于分体结构之间后再连接为一体结构，以便于定子组件1的制造。

悬浮组件2设于中空圆柱体的中空腔内。悬浮组件2还包括第一不导磁支撑件23，第一不导磁支撑件23包括支撑台和支撑柱，支撑台的外径大于支撑柱的外径，第一动子磁环21和第二动子磁环22均套设于支撑柱，且第一动子磁环21和第二动子磁环22通过胶粘连接。

现有技术中，一体成型的轴向充磁的磁环的工艺技术已经很成熟，故将轴向充磁的第二动子磁环22设置为一体结构。而一体成型的径向充磁的磁环的制造工艺难度较大，因此，定子磁环12和第一动子磁环21可以均为一体成型；也可以均由多个瓦型磁铁围合而成环形结构。由多个瓦型磁铁围合而成的环形结构的磁环的制造工艺比较简单，相对成本也较低。如图7和图8所示，在本实施例中，定子磁环12和第一动子磁环21均由多个瓦型磁铁围合而成的圆环结构，相邻两个瓦型磁铁通过胶粘连接。

采用海尔贝克阵列充磁方式的排列规律为：相邻两个径向充磁的永磁体之间设置一个轴向充磁的永磁体，且该两个径向充磁的永磁体的充磁方向相反；相邻两个轴向充磁的永磁体之间设置一个径向充磁的永磁体，且该两个轴向充磁的永磁体的充磁方向相反。

作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，第一动子磁环21和第二动子磁环22共设有三个，定子磁环12和线圈环13共设有三个；沿磁浮单元的轴线方向，第一动子磁环21对应线圈环13设置，第二动子磁环22对应定子磁环12设置。这样的设置，能够使得磁浮单元产生的主动悬浮力和被动悬浮力之和更大，从而使得磁浮重力补偿器在体积和质量一定的情况下，适用于悬浮力要求更大的场合。

如图2-图6所示，作为磁浮重力补偿器的一个可选方案，当定子磁环12设有两个，线圈环13设有一个时，第一动子磁环21设有一个，第二动子磁环22设有两个，一个第一动子磁环21位于两个第二动子磁环22之间，两个第二动子磁环22的充磁方向相反，一个线圈环13位于两个定子磁环12之间，且两个定子磁环12的充磁方向相反。

定子磁环12和线圈环13的数量之和等于第一动子磁环21和第二动子磁环22的数量之和。于其他实施例中，也可以设置两个第一动子磁环21和三个第二动子磁环22，相应地，线圈环13设置两个，定子磁环12设置三个；或按照海尔贝克阵列充磁方式的排列规律设置更多数量的第一动子磁环21和第二动子磁环22，线圈环13和定子磁环12的数量相对应的增加，以适用悬浮力要求更大的场合。

在如图3-图6所示的本实施例提供的磁浮重力补偿器的四种不同的充磁方式，图3所示为第一种充磁方式，沿磁浮单元的轴线方向，位于定子组件1上方的定子磁环12的充磁方向为自磁浮单元的内圈指向外圈，位于悬浮组件2上方的第二动子磁环22的充磁方向为竖直向下，根据同极相斥，异极相吸的磁铁原理，二者相互作用产生的被动悬浮力竖直向上。同理，位于定子组件1下方的定子磁环12的充磁方向为自磁浮单元的外圈指向内圈，位于悬浮组件2下方的第二动子磁环22的充磁方向为竖直向上，二者相互作用产生的被动悬浮力竖直向上。位于定子组件1中间的线圈环13的通电电流方向为垂直纸面向里，第一动子磁环21的充磁方向为自磁浮单元的内圈指向外圈，二者产生的主动悬浮力竖直向上。因此，如图3所示的第一种充磁方式，悬浮组件2与定子组件1相互作用，产生竖直向上的悬浮力。

图4所示为第二种充磁方式，沿磁浮单元的轴线方向，位于定子组件1上方的定子磁环12的充磁方向为自磁浮单元的外圈指向内圈，位于悬浮组件2上方的第二动子磁环22的充磁方向为竖直向下，根据同极相斥，异极相吸的磁铁原理，二者相互作用产生的被动悬浮力竖直向下。同理，位于定子组件1下方的定子磁环12的充磁方向为自磁浮单元的内圈指向外圈，位于悬浮组件2下方的第二动子磁环22的充磁方向为竖直向上，二者相互作用产生的被动悬浮力竖直向下。位于定子组件1中间的线圈环13的通电电流方向为垂直纸面向外，第一动子磁环21的充磁方向为自磁浮单元的内圈指向外圈，根据左手定则，二者产生的主动悬浮力竖直向下。因此，如图4所示的第二种充磁方式，悬浮组件2与定子组件1相互作用，产生竖直向下的悬浮力。

图5所示为第三种充磁方式，沿磁浮单元的轴线方向，位于定子组件1上方的定子磁环12的充磁方向为自磁浮单元的外圈指向内圈，位于悬浮组件2上方的第二动子磁环22的充磁方向为竖直向上，根据同极相斥，异极相吸的磁铁原理，二者相互作用产生的被动悬浮力竖直向上。同理，位于定子组件1下方的定子磁环12的充磁方向为自磁浮单元的内圈指向外圈，位于悬浮组件2下方的第二动子磁环22的充磁方向为竖直向下，二者相互作用产生的被动悬浮力竖直向上。位于定子组件1中间的线圈环13的通电电流方向为垂直纸面向外，第一动子磁环21的充磁方向为自磁浮单元的外圈指向内圈，根据左手定则，二者产生的主动悬浮力竖直向上。因此，如图5所示的第三种充磁方式，悬浮组件2与定子组件1相互作用，产生竖直向上的悬浮力。

图6所示为第四种充磁方式，沿磁浮单元的轴线方向，位于定子组件1上方的定子磁环12的充磁方向为自磁浮单元的内圈指向外圈，位于悬浮组件2上方的第二动子磁环22的充磁方向为竖直向上，根据同极相斥，异极相吸的磁铁原理，二者相互作用产生的被动悬浮力竖直向下。同理，位于定子组件1下方的定子磁环12的充磁方向为自磁浮单元的外圈指向内圈，位于悬浮组件2下方的第二动子磁环22的充磁方向为竖直向下，二者相互作用产生的被动悬浮力竖直向下。位于定子组件1中间的线圈环13的通电电流方向为垂直纸面向里，第一动子磁环21的充磁方向为自磁浮单元的外圈指向内圈，根据左手定则，二者产生的主动悬浮力竖直向下。因此，如图6所示的第四种充磁方式，悬浮组件2与定子组件1相互作用，产生竖直向下的悬浮力。

本实施例提供的磁浮重力补偿器，被动悬浮力几乎不受线圈环13通电电流的影响，主动悬浮力的大小与线圈环13通电电流的大小成正比，使得磁浮重力补偿器的总悬浮力可调范围较大。

如图9和图10所示，将本实施例提供的磁浮重力补偿器的磁浮单元的总悬浮力记为F

在本实施例中，定子磁环12和线圈环13均设于壳体11内。在制造定子组件1时，壳体11为分体结构，包括第一子壳体和第二子壳体，将两个定子磁环12和线圈环13按照图2所示顺序先置于第一子壳体内，然后再将第二子壳体与第一子壳体结合，从而形成定子组件1。

为了使得磁浮单元的周向外径更小，体积更小，定子磁环12和线圈环13位于以磁浮单元的轴线为中心的同一圆周线上，冷却液流道111环绕线圈环13和定子磁环12的周向布置。在本实施例中，定子磁环12的内径和线圈环13的内径相同，定子磁环12的外径和线圈环13的外径也相同。

实施例二：

如图11-图13所示，本实施例提供的磁浮重力补偿器与实施例一提供的磁浮重力补偿器的主要区别在于：定子磁环12位于壳体11外。实施例一提供的定子组件1将定子磁环12和线圈环13封装在一起，均设于壳体11内。而本实施例将定子磁环12设于壳体11外，有效避免定子磁环12受线圈环13升温发生退磁的风险。

可选地，定子磁环12和线圈环13位于以磁浮单元的轴线为中心的不同圆周线上。在制造定子组件1时，在壳体11的周向设置支撑定子磁环12的支撑结构，用于支撑定子磁环12。在本实施例中，壳体11的外周还设置有两个支撑环，其中一个支撑环位于壳体11的中部，用于支撑位于定子组件1上方的定子磁环12；另一个支撑环位于壳体11的底部，用于支撑位于定子组件1下方的定子磁环12。位于壳体11中部的支撑环的外径小于位于壳体11的底部的支撑环的外径，以保证壳体11的支撑稳定性。当然，也可以将两个支撑环的外径设置为相同。

可选地，沿磁浮单元的径向方向，线圈环13位于定子磁环12和悬浮组件2之间。将线圈环13设于定子磁环12和悬浮组件2之间，使得线圈环13与第一动子磁环21相互作用产生的主动悬浮力较大，适用于要求悬浮力较大的应用场景。当然，也可以将线圈环13设于定子磁环12的外圈。

如图14所示，实施例二提供的磁浮重力补偿器的悬浮组件2受到的总悬浮力F

由图9和图14对比可知，实施例一提供的磁浮重力补偿器的定子组件1中的定子磁环12和线圈环13位于以磁浮单元的轴线为中心的同一圆周线上相对于实施例二中的磁浮重力补偿器的定子组件1中的定子磁环12和线圈环13位于以磁浮单元的轴线为中心的不同圆周线上，在线圈环13的通电电流相同的情况下实施例一提供的磁浮重力补偿器产生的总悬浮力F

由图10和图15对比可知，实施例二中的磁浮重力补偿器由于将定子磁环12设置于线圈环13的外圈，线圈环13产生的磁场对F

实施例三：

如图16和图17所示，本实施例提供的磁浮重力补偿器与实施例一提供的磁浮重力补偿器的主要区别在于：定子磁环12设有一个，线圈环13设有两个，第一动子磁环21设有两个，第二动子磁环22设有一个，一个第二动子磁环22位于两个第一动子磁环21之间，两个第一动子磁环21的充磁方向相反，一个定子磁环12位于两个线圈环13之间，两个线圈环13的通电方向相反。

在遵循定子磁环12和线圈环13的数量之和等于第一动子磁环21和第二动子磁环22的数量之和的条件下。于其他实施例中，也可以设置三个第一动子磁环21和两个第二动子磁环22，相应地，线圈环13设置三个，定子磁环12设置两个；或按照海尔贝克阵列充磁方式的排列规律设置更多数量的第一动子磁环21和第二动子磁环22，线圈环13和定子磁环12的数量相对应的增加，以适用悬浮力要求更大的场合。

如图18-图21所示的为本实施例提的磁浮重力补偿器的定子磁环12和动子磁环的充磁方式及线圈环13的通电方向的四种组合方式，图18所示为第一种组合方式，沿磁浮单元的轴线方向，位于定子组件1上方的线圈环13的通电电流方向为垂直纸面向里，第一动子磁环21的充磁方向为自磁浮单元的外圈指向内圈，根据左手定则，二者产生的主动悬浮力竖直向下。同理，位于定子组件1下方的线圈环13的通电电流方向为垂直纸面向外，第一动子磁环21的充磁方向为自磁浮单元的内圈指向外圈，二者产生的主动悬浮力竖直向下。位于定子组件1中间的定子磁环12的充磁方向为自磁浮单元的外圈指向内圈，位于悬浮组件2中间的第二动子磁环22的充磁方向为竖直向下，根据同极相斥，异极相吸的磁铁原理，二者相互作用产生的被动悬浮力竖直向下。因此，如图18所示的第一种组合方式，悬浮组件2与定子组件1相互作用，产生竖直向下的悬浮力。

图19所示为第二种组合方式，沿磁浮单元的轴线方向，位于定子组件1上方的线圈环13的通电电流方向为垂直纸面向外，第一动子磁环21的充磁方向为自磁浮单元的外圈指向内圈，根据左手定则，二者产生的主动悬浮力竖直向上。同理，位于定子组件1下方的线圈环13的通电电流方向为垂直纸面向里，第一动子磁环21的充磁方向为自磁浮单元的内圈指向外圈，二者产生的主动悬浮力竖直向上。位于定子组件1中间的定子磁环12的充磁方向为自磁浮单元的内圈指向外圈，位于悬浮组件2中间的第二动子磁环22的充磁方向为竖直向下，根据同极相斥，异极相吸的磁铁原理，二者相互作用产生的被动悬浮力竖直向上。因此，如图19所示的第二种组合方式，悬浮组件2与定子组件1相互作用，产生竖直向上的悬浮力。

图20所示为第三种组合方式，沿磁浮单元的轴线方向，位于定子组件1上方的线圈环13的通电电流方向为垂直纸面向外，第一动子磁环21的充磁方向为自磁浮单元的内圈指向外圈，根据左手定则，二者产生的主动悬浮力竖直向下。同理，位于定子组件1下方的线圈环13的通电电流方向为垂直纸面向里，第一动子磁环21的充磁方向为自磁浮单元的外圈指向内圈，二者产生的主动悬浮力竖直向下。位于定子组件1中间的定子磁环12的充磁方向为自磁浮单元的内圈指向外圈，位于悬浮组件2中间的第二动子磁环22的充磁方向为竖直向上，根据同极相斥，异极相吸的磁铁原理，二者相互作用产生的被动悬浮力竖直向下。因此，如图20所示的第三种组合方式，悬浮组件2与定子组件1相互作用，产生竖直向下的悬浮力。

图21所示为第四种组合方式，沿磁浮单元的轴线方向，位于定子组件1上方的线圈环13的通电电流方向为垂直纸面向里，第一动子磁环21的充磁方向为自磁浮单元的内圈指向外圈，根据左手定则，二者产生的主动悬浮力竖直向上。同理，位于定子组件1下方的线圈环13的通电电流方向为垂直纸面向外，第一动子磁环21的充磁方向为自磁浮单元的外圈指向内圈，二者产生的主动悬浮力竖直向上。位于定子组件1中间的定子磁环12的充磁方向为自磁浮单元的外圈指向内圈，位于悬浮组件2中间的第二动子磁环22的充磁方向为竖直向上，根据同极相斥，异极相吸的磁铁原理，二者相互作用产生的被动悬浮力竖直向上。因此，如图21所示的第四种组合方式，悬浮组件2与定子组件1相互作用，产生竖直向上的悬浮力。

如图22和图23所示，定子组件1中的两个线圈环13为一体成型结构，径向充磁的定子磁环12为多个瓦型磁铁围合而成的圆环结构。悬浮组件2中的两个第一动子磁环21均为由多个瓦型磁铁围合而成的圆环结构，第二动子磁环22为一体成型结构。

如图24和图25所示，本实施例提供的磁浮重力补偿器的悬浮组件2受到的被动悬浮力F

由图9和图24对比可知，在线圈环13的通电电流相同的情况下实施例四提供的磁浮重力补偿器产生的总悬浮F

实施例四：

如图26-图28所示，本实施例提供的磁浮重力补偿器与实施例三提供的磁浮重力补偿器的区别在于：定子磁环12位于壳体11外。在本实施例中，将两个线圈环13均设于壳体11内，两个线圈环13之间通过第二不导磁支撑件15支撑，以使得其中一个线圈环13位于定子组件1的上方，与位于悬浮组件2上方的第二动子磁环22相对应；另一个线圈环13位于定子组件1的下方，与位于悬浮组件2下方的第二动子磁环22相对应。定子磁环12设于壳体11外周的支撑环上。本实施例提供的磁浮重力补偿器和实施例三提供的磁浮重力补偿器相对比，定子磁环12不与两个线圈环13封装在一起，定子磁环12和线圈环13之间通过冷却液流道111分隔，线圈环13通电产生的热量几乎都被冷却液带走，有效避免了定子磁环12升温退磁的风险。

如图29和图30所示，本实施例提供的磁浮重力补偿器的定子磁环12与第二动子磁环22相互作用产生的被动悬浮力F

由图14和图29对比可知，在线圈环13的通电电流相同的情况下，实施例二提供的磁浮重力补偿器产生的总悬浮力F

在上述四个实施例中，实施例一和实施例二提供的磁浮重力补偿器的定子组件1包括一个线圈环13和两个径向充磁的定子磁环12，悬浮组件2包括一个径向充磁的第一动子磁环21和两个轴向充磁的第二动子磁环22。一个线圈环13和一个动子磁环相互作用产生一个主动悬浮力，且线圈环13切割动子磁环产生的磁场，进而产生洛伦兹力，起到减震和隔振的效果。两个定子磁环12和两个第二动子磁环22一一对应相互作用，共产生两个被动悬浮力。

实施例三和实施例四提供的磁浮重力补偿器的定子组件1包括两个线圈环13和一个径向充磁的定子磁环12，悬浮组件2包括两个径向充磁的第一动子磁环21和一个轴向充磁的第二动子磁环22。两个线圈环13和两个第一动子磁环21一一对应相互作用共产生两个主动悬浮力，且线圈环13切割动子磁环产生的磁场，进而产生洛伦兹力，起到减震和隔振的效果。一个定子磁环12和一个第二动子磁环22相互作用产生一个被动悬浮力。

实施例一和实施例三提供的磁浮重力补偿器，线圈环13和定子磁环12封装在一起，均位于壳体11内，具有相同的内径和外径。实施例二和实施例四提供的磁浮重力补偿器，定子磁环12位于壳体11外，且定子磁环12位于线圈环13的外圈。

四个实施例提供的磁浮重力补偿器，主动悬浮力F

实施例五：

本实施例磁浮重力补偿器包括多个磁浮单元，多个磁浮单元沿磁浮单元的轴线方向依次叠加。实施例一至实施例四提供的吸附重力补偿器只包括一个磁浮单元。当然，为了满足更大悬浮力的要求，可以将每个实施例中相同结构的多个磁浮单元沿磁浮单元的轴线方向依次叠加，或者将不同实施例中外形结构相同的多个磁浮单元沿磁浮单元的轴线方向依次叠加。

如图32所示，在本实施例中，将实施例一提供的一个磁浮单元和实施例三提供的一个磁浮单元沿磁浮单元的轴线方向叠加，使得磁浮重力补偿器具有更大的悬浮力。

实施例六：

如图33所示，本实施例提供的磁浮重力补偿器是将实施例二提供的一个磁浮单元和实施例四中提供的一个磁浮单元沿磁浮单元的轴线方向叠加。

当然，对沿磁浮单元的轴线方向叠加的磁浮单元的数量不作限定，可根据所需求的悬浮力进行设置。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。