[發(fā)明專利]基于主動電磁負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的六自由度隔微振器

有效

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• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112303175B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙亞敏;崔俊寧;鄒麗敏;邊星元;程鐘義;黃瑩瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F16F15/03
• 分類號: F16F15/03;F16F15/067
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

基于主動電磁負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的六自由度隔微振器屬于精密隔振技術(shù)領(lǐng)域，包括上板、基板以及連接上板和基板的六套主動電磁負(fù)剛度結(jié)構(gòu)。主動電磁負(fù)剛度結(jié)構(gòu)利用同軸嵌套雙磁環(huán)結(jié)構(gòu)在垂向?qū)崿F(xiàn)剛度不可調(diào)整的負(fù)剛度特性，并利用與雙磁環(huán)負(fù)剛度結(jié)構(gòu)同軸嵌套的通電線圈產(chǎn)生精密可控的勵(lì)磁磁通，改變動磁環(huán)周圍的偏置磁場，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)負(fù)剛度值的調(diào)整，適應(yīng)隔振負(fù)載質(zhì)量及激勵(lì)頻率的變化。磁環(huán)間隙與正剛度隔振器的起落運(yùn)動方向垂直，不限制隔振負(fù)載的振動幅值；偏置磁場由定磁環(huán)提供，線圈中只需較小的電流產(chǎn)生勵(lì)磁磁通對偏置磁場進(jìn)行調(diào)節(jié)，而無需持續(xù)的高能量輸入，系統(tǒng)能耗低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密隔振技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于主動電磁負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的六自由度隔微振器。

背景技術(shù)

環(huán)境中的低頻微幅振動干擾已經(jīng)成為限制精密儀器設(shè)備裝調(diào)、測試和實(shí)驗(yàn)精度提高的重點(diǎn)問題之一，為精密儀器設(shè)備配備低頻隔振器逐漸成為超精密工程領(lǐng)域抑制環(huán)境微振動的主要技術(shù)手段。電磁負(fù)剛度裝置因其無機(jī)械摩擦、結(jié)構(gòu)緊湊、剛度可調(diào)、能夠動態(tài)適應(yīng)隔振負(fù)載質(zhì)量及激勵(lì)頻率變化等特點(diǎn)，廣泛用于與正剛度隔振器并聯(lián)構(gòu)建剛度可調(diào)式準(zhǔn)零剛度隔振器。在單自由度隔振方面，剛度可調(diào)式準(zhǔn)零剛度隔振器的相關(guān)研究已經(jīng)很多，但是在更加符合現(xiàn)實(shí)情況的六自由度隔振方面，剛度可調(diào)式六自由度準(zhǔn)零剛度隔振器的研究工作卻很少。

專利號201810300899.7、ZL201610834355.X與ZL201610915703.6公開了一種基于主被動復(fù)合作用的六自由度隔微振平臺。技術(shù)方案采用高精度、高分辨力的傳感器動態(tài)監(jiān)控負(fù)載的運(yùn)動，并控制執(zhí)行器根據(jù)負(fù)載平臺的振動情況，調(diào)整施力大小，從而實(shí)現(xiàn)低頻振動衰減。該技術(shù)方案的特征在于：1)需要高精度傳感器、線性驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)負(fù)載運(yùn)動的精確監(jiān)控與衰減，成本高。2)采用由傳感器、控制器與執(zhí)行器構(gòu)成的主動負(fù)剛度結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)成本及能耗高，穩(wěn)定性差。

專利號201910634275.3公開了一種基于Stewart平臺準(zhǔn)零剛度隔振和能量采集系統(tǒng)，該技術(shù)方案利用環(huán)形永磁體和電磁鐵沿垂向陣列布置提供半主動負(fù)剛度，抵消膜片彈簧的正剛度。電磁鐵的引入使得負(fù)剛度大小可調(diào)，適應(yīng)隔振負(fù)載質(zhì)量及激勵(lì)頻率的變化，隔振頻帶增加，達(dá)到更低頻隔振效果。該技術(shù)方案的特征在于：1)環(huán)形永磁體與電磁鐵沿垂向間隙布置的方式限制了隔振負(fù)載的振動幅值，不適用于隔離沖擊等大幅值振動干擾。2)采用永磁體與電磁鐵組合的方式實(shí)現(xiàn)可調(diào)負(fù)剛度特性，工作過程中需要持續(xù)地給電磁鐵輸入能量以產(chǎn)生與運(yùn)動位移方向相同的電磁力，系統(tǒng)能耗高。

專利號201811101215.7公開了一種由上板、基板和六個(gè)電磁隔振單元構(gòu)成的電磁式六自由度可變剛度隔振系統(tǒng)。電磁隔振單元包括永磁體與永磁體外側(cè)布置的電磁線圈，通過改變永磁體及線圈的層數(shù)、調(diào)節(jié)供電電流的大小改變電磁線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度大小和磁感應(yīng)線分布，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可調(diào)負(fù)剛度特性，電磁負(fù)剛度與螺旋彈簧的剛度大小相等時(shí)，系統(tǒng)對外表現(xiàn)為綜合剛度為零，從而實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)零剛度，此時(shí)隔振性能達(dá)到最優(yōu)。該技術(shù)方案的特征在于：采用永磁體與線圈組合的方式實(shí)現(xiàn)可調(diào)負(fù)剛度特性，工作過程中需要持續(xù)地給線圈輸入能量以產(chǎn)生與運(yùn)動位移方向相同的電磁力，系統(tǒng)能耗高。

綜上，如何通過隔振結(jié)構(gòu)與原理創(chuàng)新，提供一種不限制隔振負(fù)載振動幅值、能耗低的六自由度隔微振器以實(shí)現(xiàn)不同負(fù)載質(zhì)量、不同激勵(lì)頻率下的低頻/超低頻隔振效果，對進(jìn)一步降低環(huán)境微振動干擾對精密儀器設(shè)備的裝調(diào)、測試和實(shí)驗(yàn)精度的影響具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有剛度可調(diào)式六自由度準(zhǔn)零剛度隔振器限制隔振負(fù)載振動幅值，不適用于隔離沖擊等大幅值振動干擾，成本及能耗高等問題，提出了一種基于主動電磁負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的六自由度隔微振器。主動電磁負(fù)剛度結(jié)構(gòu)利用同軸嵌套雙磁環(huán)結(jié)構(gòu)在垂向?qū)崿F(xiàn)剛度不可調(diào)整的負(fù)剛度特性，并利用與雙磁環(huán)負(fù)剛度結(jié)構(gòu)同軸嵌套的通電線圈產(chǎn)生精密可控的勵(lì)磁磁通，改變動磁環(huán)周圍的偏置磁場，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)負(fù)剛度值的調(diào)整，適應(yīng)隔振負(fù)載質(zhì)量及激勵(lì)頻率的變化。磁環(huán)間隙與正剛度隔振器的起落運(yùn)動方向垂直，不限制隔振負(fù)載的振動幅值；偏置磁場由定磁環(huán)提供，線圈中只需較小的電流產(chǎn)生勵(lì)磁磁通對偏置磁場進(jìn)行調(diào)節(jié)，而無需持續(xù)的高能量輸入，系統(tǒng)能耗低。