[发明专利]一种包含磁悬浮单元的隔振器

说明书

技术领域

本发明属于振动隔离领域，涉及一种包含磁悬浮单元的隔振器，它主要用于保护超精密加工设备、测量仪器等在工作过程中不受外界振动的影响，从而提高这些超精密仪器设备的使用性能。

背景技术

随着超精密加工、超精密测量、半导体光刻以及航天技术的发展，微幅、超微幅振动的影响变得十分突出，尤其是亚微米以下的超精密加工更需要超静环境作保障。这种类型的系统既要求能够隔离地面的振动，又要求能够抑制直接扰动的影响。传统的方法是采用被动隔振技术来减小由地面传至精密设备的振动。采用隔振器隔离由地面传至精密设备的振动通常要求隔振器具有较低的隔振刚度；然而，若减小隔振器的隔振刚度，就会导致隔振器无法抑制直接作用在精密设备上的振动，这是制约被动隔振系统发展的主要瓶颈。此外，被动隔振技术对于隔离低频和超低频振动效果不理想，所以被动减振技术不能充分适用于以低频和超低频振动为主的超精密场合。因此，需要寻求新的隔振方式，以实现低刚度隔离地面振动和高刚度抑制直接扰动的统一，同时具有良好的低频和超低频隔振效果。与被动隔振技术相比，主动隔振技术具有自适应性好、可对低频振动进行隔离以及重量轻等优点,因而成为隔振技术的研究热点。

美国专利文献US7290642公开了一种负刚度磁力弹簧装置，利用磁体之间异名磁极相互吸引的原理，将三个磁铁从上到下依次布置，且保证相邻磁铁的相邻磁极相反，从而达到磁力弹簧具有负刚度的目的。

美国专利文献US4710656公开了一种等效刚度为零的隔振器，利用机械弹簧的正刚度抵消磁力弹簧的负刚度，使弹簧质量系统的等效刚度为零，那么该系统的自然频率也为零，从而达到隔离振动的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包含磁悬浮的隔振器，它可以有效解决被动隔振技术不能同时隔离由地面传至精密设备的振动和抑制直接作用在精密设备上的振动的矛盾。

本发明提供的一种包含磁悬浮单元的隔振器，其特征在于，它包括用于负刚度磁悬浮单元，以及用于产生正刚度的机械弹簧阻尼单元，二个单元串联，得到一个理论上具有无限大刚度的大刚度弹簧系统。

作为上述技术方案的改进，所述磁悬浮单元包括线圈、铁芯、环形线圈槽、中心永磁体、环形永磁体和永磁体连接板；其中，铁芯为一个下底面开有环形线圈槽的导磁材料制成的圆柱体，线圈均匀的缠绕在环形线圈槽中；中心永磁体为圆柱形，它与铁芯的轴线同轴；环形永磁体为环状，其沿垂向的剖面为矩形；环形永磁体的轴线也与铁芯的轴线同轴；中心永磁体的磁极沿上下分布；环形永磁体的磁极也沿上下分布；中心永磁体和环形永磁体的磁极方向相反，连接板为圆柱体，中心永磁体和环形永磁体与连接板的上表面连接；中心永磁体和环形永磁体的垂向高度相等；中心永磁体和环形永磁体与铁芯由间隙隔开。

本发明的基本原理是将一个传统机械弹簧与一个具有负刚度特性的磁悬浮单元串联连接，构成一个具有理论上刚度无限大的大刚度弹簧系统，利用该大刚度弹簧系统抑制直接作用在精密设备上的振动；同时，该刚度很小的传统机械弹簧能够单独实现隔离由地面传至精密设备的振动的功能。

附图说明

图1为正负刚度弹簧串联连接产生无限大刚度的原理图；

图2为磁悬浮单元的隔振器的实施例；

图3为第一种包含磁悬浮单元隔振器的实施例

图4为正负刚度弹簧串联之后再并联一个正刚度弹簧产生无限大刚度的原理图；

图5为第二种包含磁悬浮的隔振器的实施例；

图6(a)、6(b)为第三种包含磁悬浮的隔振器的实施例。

具体实施方式

本发明提供的隔振器的设计思想是：利用具有负刚度的磁悬浮单元与具有正刚度的机械弹簧串联连接，组成一个具有极大刚度的大刚度弹簧系统。利用此大刚度弹簧系统，可以设计出能对精密仪器设备进行主动振动抑制的隔振系统。

下面借助实施例更加详细地说明本发明，但该实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受该实施例的限制。

本发明的一种包含磁悬浮主动隔振器的系统结构及工作原理，结合实施例及附图详细说明如下：