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作者：江旭初1;孙锦烽2;伏兆娣1;彭仁强1;徐云浪2;吴火亮1
单位：1.上海隐冠半导体技术有限公司;2.中南大学机电工程学院
摘要：磁浮重力补偿（magnetic gravity compensation, MGC）技术是一种利用磁场力部分或完全抵消重力的非接触式支撑方法。永磁式重力补偿（permanent magnet gravity compensation,PMGC）技术可通过优化内在磁场分布实现恒定悬浮力输出，具有零功耗、无焦耳热、结构简单和可靠性高等显著优势。但工程实践中，如何在有限空间内实现长行程、高承载能力的稳定浮力输出，仍是永磁式重力补偿机构设计的关键挑战。为满足超精密定位平台对长行程、高稳定性重力补偿系统的需求，该文发明并优化设计了一种基于分段动子的永磁式磁浮重力补偿装置MGC22-30。该装置采用轴向延长及非对称分段动子结构，旨在减小磁通密度沿轴向的梯度变化，从而显著降低浮力波动。基于有限元仿真平台，系统分析动子与定子的关键结构参数（包括磁钢长度比例、间距、截面尺寸）对平均输出浮力与浮力波动率的影响规律，并提出多参数协同优化方案。优化后结构实现了在仿真环境下，±15 mm行程范围内22.38 N的平均浮力输出，浮力波动率降至7.3%。样机实际测试结果显示在±15 mm行程范围内，平均输出磁浮力大于22 N，且波动率低于7%，符合设计要求且与仿真结果高度吻合，验证了结构设计与建模方法的有效性。研究成果可为长行程磁浮补偿系统的工程实现提供可行路径，对构建多自由度、低功耗磁浮支撑平台具有参考价值。
关键词：磁浮重力补偿;分段动子;结构优化;浮力波动;有限元仿真
基金资助：国家自然科学基金项目(52205053,52575083)
