张 赫 寇宝泉 金银锡 张海林



圆筒型Halbach次级结构磁悬浮重力补偿器

张 赫 寇宝泉 金银锡 张海林

（哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院 哈尔滨 150001）

提出一种结构新颖的圆筒型磁悬浮重力补偿器，次级采用Halbach永磁结构，具有悬浮力大、法向刚度低等特点。介绍了圆筒型磁悬浮重力补偿器的结构，建立圆筒型磁悬浮重力补偿器的数学模型，利用等效电流法对气隙磁场进行解析，推导出静态悬浮力、动态悬浮力及法向刚度的数学表达式。利用有限元法对圆筒型磁悬浮重力补偿器的静态特性进行仿真分析，阐述低刚度被动磁悬浮中的特殊问题。最后研制一台样机，通过实验测试验证了所提出圆筒型磁悬浮重力补偿器的可行性。

磁悬浮 重力补偿器 低刚度 磁场解析 Halbach永磁阵列 音圈电机

0 引言

在许多先进工业设备中，需要实现运动部件的六自由度运动，并对其进行精密定位，例如光刻机中的工件台和掩模台等。六自由度运动可以分为、、z的面内运动和、x、y的面外运动，一般也称为平面定位和调平调焦。对于调平调焦运动，目前一般利用对称分布的几组向执行机构来实现，其中向执行机构多采用电磁铁[1,2]或洛仑兹线圈[3-6]，二者分别利用磁阻力或洛仑兹力控制运动部件的法向偏移和俯仰偏转。定位过程中，为了始终支撑运动部件的质量，不可避免地会存在连续的功率损耗。这种情况下，线圈电流产生的热量不但会使环境温度升高，也会使机械结构发生形变，影响系统定位准确度。……