主動減振隔振裝置及主動減振隔振系統的製作方法

2023-10-05 08:00:49 2

專利名稱：主動減振隔振裝置及主動減振隔振系統的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種減振裝置和由該減振裝置組成的減振系統，且特別是 有關於一種主動減振隔振裝置和由該主動減振隔振裝置組成的減振隔振系統。
背景技術：
隨著用戶對精密設備要求的提高，很多精密設備(比如光刻機、精密測量 儀器等)對振動的要求也越來越苛刻。傳統的被動式減振器已經無法滿足需求， 必須使用主動減振器對振動進行控制。
目前常見的主動減振器一般採用壓電驅動器、氣動/液壓驅動器或電^ 茲驅動器。
壓電驅動器利用逆壓電效應原理進行工作，即在壓電晶體上施加交變電場，
壓電晶體會在某一方向上產生交變的機械應變，但是運動範圍一般在20-25pm， 不能用于振動幅值高的負載。
氣動/液壓驅動器利用氣/液壓傳動進行工作，控制力較大，但是反應速度較 慢，使得負載的穩定時間較長。
電磁驅動器利用磁、鐵的相互作用原理進行工作。通常由可動鐵芯和固定 的永久磁鐵組成，》茲4^上纏繞激勵線圈。當在激勵線圈上施加交變電壓時，所 產生的交變磁場將驅動鐵芯運動，輸出力和位移。主動減振器中一般採用平面 電機，成本較高。
中國專利申請CN200510026019.4公開了 一種以被動為主、主動控制為輔的 減振裝置，包括被動減振部件和主動減振執行部件共同組成，被動減振部件是 一種橫、縱向均可以有一定的運動範圍的腔體構造，通過該腔體支撐的活塞類 機構連接到被減振的平臺上，對振源在較寬頻帶上進行較大幅度的隔離或衰減； 在被減振部件與被動減振部件之間有主動控制部件進行銜接，該主動控制部件 由振動傳感器、信號處理器、數據採集器、運算決策器、電機驅動器，以及水
平和垂直方向上的兩個直線電才幾組成，進行輔助定位。
美國專利US5844664中使用直線電機作為驅動器，並且動子、定子分別與 負栽、基座固定連接。這樣當多個減振器組合使用時，由於直線電機僅在控制 方向的運動範圍較大，其它方向僅能在小範圍內運動， 一般在100|um以內，所 以垂向直線電機在垂向運動範圍較大時，水平向電機會限制其運動；反之亦然， 也就是說負載受到較大擾動時，各驅動器之間的運動容易產生衝突，會嚴重降 低減振效果。
美國專利US5823307公開了一種主動減震系統，使用壓電馬達作為驅動器， 被動減震部件位於壓電驅動器和承載部件之間，通過傳感器探測該被動減震部 件以調整驅動器消除震動。
美國專利申請US20070235276公開了 一種主動減震系統，通過傳感器探測 結構震動產生的位置改變，計算修正信號，以控制驅動器消除震動。
美國專利申請US20070284794公開了一種主動減震系統，通過傳感器探測 底面震動，並且具有一個控制裝置計算至少兩個自由度的補償信號，以控制驅 動器消除震動。

發明內容
本發明提供一種主動減振隔振裝置和由該主動減振隔振裝置組成的減振隔 振系統。
本發明所揭露的主動減振隔振裝置包括具有密封活塞的氣腔；倒立擺， 其一端與所述活塞固定連接；承載部件，其與所述倒立擺的另一端固定連接； 垂向直線執行器設置於所述承載部件和氣腔之間，且與所述承栽部件和氣腔外 殼連接，以對所述承載部件施加主動力；水平向直線執行器設置於所迷承載部 件和氣腔之間，且與所述承載部件和氣腔外殼連接，以對所述承載部件施加主 動力。
本發明所揭露的主動減振隔振裝置還包括垂向氣浮軸承，其中所述垂向直 線執行器通過所述垂向氣浮軸承與所述氣腔外殼連接。
本發明所揭露的主動減振隔振裝置還包括水平向氣浮軸承，其中所述水平 向直線執行器通過所述水平向氣浮軸承與所述氣腔外殼連接。
所述直線執行器是直線電機或者音圈電機。
所述氣浮軸承是真空預載氣浮軸承或者雙向氣浮力預栽氣浮軸承。
本發明所揭露的由該主動減振隔振裝置組成的減振隔振系統包括多個主 動減振隔振裝置，實現對負載六自由度振動的主動控制；其中所述主動減振隔 振裝置包括具有密封活塞的氣腔；倒立擺，其一端與所述活塞固定連接；承 載部件，其與所述倒立擺的另一端固定連接；垂向直線執行器設置於所述承載 部件和氣腔之間，且與所述承載部件和氣腔外殼連接，以對所述承載部件施加 主動力；水平向直線執行器設置於所述承載部件和氣腔之間，且與所述承載部 件和氣腔外殼連接，以對所述承載部件施加主動力。
本發明所揭露的由該主動減振隔振裝置組成的減振隔振系統還包括垂向氣 浮軸承，其中所述垂向直線執行器通過所述垂向氣浮軸承與所述氣腔外殼連接。
本發明所揭露的由該主動減振隔振裝置組成的減振隔振系統還包括水平向
殼連接。
所述直線執行器是直線電機或者音圈電機。 所述氣浮軸承是真空預載氣浮軸承或者雙向氣浮力預載氣浮軸承。 所述多個主動減振隔振裝置為3個或3個以上主動減振隔振裝置。 本發明所揭露的由該主動減振隔振裝置組成的減振隔振系統還包括供氣裝 置，其與所述主動減振隔振裝置的氣腔相連。所述供氣裝置還包括儲氣罐。
本發明在直線執行器的定子與基座之間增加氣浮結構，通過真空預載或者 兩個方向相反的氣浮力提供雙向剛度，使得垂向直線執行器整體可以在水平面 內運動，而水平直線執行器整體可以在垂向平面內運動。這樣垂向執行器在垂 向運動時，水平向執行器不會限制其運動；反之亦然。本發明提出的結構消除 了兩個方向執行器之間的相互約束，增加了負載的運動範圍(M00pm)，大大提 高了主動減振器的減振效果；當多個主動減振器組合構成主動減振系統使用時， 可以減小各減振器之間的耦合幹擾，從而達到很好的減振效果。另外，本發明 增加了儲氣罐，使得在供氣突然中斷的情況下，主動減振器仍然可以正常工作 一段時間，從而避免由於主動減振器突然將負載降下而造成負載損壞。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配
合附圖，作詳細說明如下。


圖1所示為本發明的主動減振隔振裝置的第一實施例的結構示意圖。
圖2所示為本發明的主動減振隔振裝置的第一實施例的氣浮軸承結構示意圖。
圖3所示為本發明的主動減振隔振裝置的第二實施例的結構示意圖。
圖4所示為本發明的主動減振隔振裝置的第二實施例的氣浮軸承結構示意圖。
圖5所示為本發明的主動減振隔振系統的一實施例的示意圖。
圖6所示為本發明的主動減振隔振系統的一實施例的水平布局示意圖。
圖7所示為本發明的主動減振隔振系統的另一實施例的水平布局示意圖。
具體實施例方式
為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例並配合所附圖式說明如下。 圖1所示為本發明的主動減振隔振裝置的第一實施例的結構示意圖。如圖1 中所示，l為減振單元外殼，2為氣腔，3為活塞，4為倒立擺，5為垂向真空預 載氣浮軸承，6為垂向直線執行器定子，7為垂向直線執行器動子，8為水平向 真空預載氣浮軸承，9為水平向直線執行器定子，IO為水平向直線執行器動子， 11為承載部件，12為單個減振單元，13為氣浮軸壽義壓力區，14為氣浮軸承真 空區，15為氣浮軸承真空管道，16為氣浮軸承氣壓管道，17為儲氣罐，18為 減壓閥，24為密封圈。
圖2所示為本發明的主動減振隔振裝置的第一實施例的氣浮軸承結構示意 圖。如圖2所示，壓縮氣體通過氣浮軸承氣壓管道16在氣浮軸承與支承面之間 形成壓力區13，真空設備通過氣浮軸承真空管道15在氣浮軸承與製成眠之間形 成真空區14。
如圖1所示，密封圈24對氣腔2進行密封，氣腔中的氣體通過活塞3和倒 立擺4支承承載部件11，其中氣體對承載部件進行垂向被動減振，而倒立擺對 承載部件進行水平向被動減振。垂向直線執行器定子6通過垂向氣浮軸承5與
減振單元外殼1接觸，垂向直線執行器動子7與承載部件連接，從而對承栽部 件施加垂向控制力，進行主動振動控制。水平向直線執行器9通過水平向氣浮 軸承8與減振單元外殼l接觸，水平向直線執行器IO與承載部件連接，從而對 承載部件施加水平向控制力，進行主動振動控制。虛線框內動子7相對於定子6 只能在垂向運動，其它方向的運動通過氣浮約束；動子10相對於定子9隻能在 水平向運動，其它方向的運動通過氣浮約束。
由於存在振動，所以定子與減振單元外殼間的氣浮軸承必須進行預載。圖1 和圖2所示結構通過真空進行預載，壓力區13提供浮力形成承載力，而真空區 14提供吸力。氣浮軸承與接觸面之間同時存在浮力和吸力，正壓將軸承浮起， 使其具有承受壓力的能力；真空負壓產生吸力，降低承載能力，使其具有承受 拉力的能力。前者使氣膜厚度增加，後者則使氣膜厚度減小，當兩者匹配時， 形成一個穩定的氣膜厚度，使氣浮軸承具有雙向剛度，能夠承受雙向負載。
圖3所示為本發明的主動減振隔振裝置的第二實施例的結構示意圖。如圖3 所示，19為減振單元外殼；20為垂向雙向氣浮軸承；21為水平向雙向氣浮軸承。
圖4所示為本發明的主動減振隔振裝置的第二實施例的氣浮軸承結構示意 圖。如圖4所示，壓縮氣體通過氣浮軸承氣壓管道22在氣浮軸承與支承面之間 形成壓力區23。
圖3和圖4所示結構通過兩個方向相反的氣浮力進行預載，上方壓力區提 供向下的壓力，而下方壓力區提供向上的支承力。兩者平衡時，氣膜厚度穩定， 使氣浮軸承具有雙向剛度，能夠承受雙向負載。
圖5所示為本發明的主動減振隔振系統的一實施例的示意圖。如圖5所示， 3個減振單元12組成減振系統，對承載部件進行振動控制。壓縮氣體通過減壓 閥18減壓後進入儲氣罐17，然後儲氣罐向3個減振單元12供氣。
減振單元主要通過氣腔2中的氣體支承負載，負載一般為精密設備， 一旦 由於不可控因素導致供氣突然中斷，負載會快速降下，有可能會導致負載損壞。 為避免此種情況出現，在減振系統中增加一個儲氣罐17，壓縮氣體通過減壓閥 18減壓後進入儲氣罐17，然後儲氣罐向3個減振單元12供氣。這樣當供氣突 然中斷後，儲氣罐中的氣體還可維持減振系統工作一段時間，使得負載有足夠 的時間進行調整，從而避免由於主動減振器突然將負載降下而造成負載損壞。
圖6所示為本發明的主動減振隔振系統的一實施例的水平布局示意圖。如 圖6所示，3個減振單元的安裝方向使各減振單元內水平向直線執行器的驅動力 方向與圖中雙箭頭所指方向相同。
本發明使用3個或多個主動減振隔振裝置構成減振系統支承負載，實現負 載的六自由度減振與隔振。採用3個主動減振隔振裝置時，各主動減振隔振裝 置對稱設置，其安裝方向使內部水平向直線執行器的驅動力方向與圖6中雙箭 頭所指方向相同。
本發明的另一實施例為使用8個主動減振隔振裝置。圖7所示為本發明的 主動減振隔振系統的另一實施例的水平布局示意圖。如圖7所示，該實施例中 的8個主動減振隔振裝置對稱設置，其安裝方向使內部水平向直線執行器的驅 動力方向與圖7中雙箭頭所指方向相同。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所 屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許 的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1、一種主動減振隔振裝置，其特徵在於，包括:具有密封活塞的氣腔；倒立擺，其一端與所述活塞固定連接；承載部件，其與所述倒立擺的另一端固定連接；垂向直線執行器設置於所述承載部件和氣腔之間，且與所述承載部件和氣腔外殼連接，以對所述承載部件施加主動力；水平向直線執行器設置於所述承載部件和氣腔之間，且與所述承載部件和氣腔外殼連接，以對所述承載部件施加主動力。
2、 如權利要求1所述的主動減振隔振裝置，其特徵在於，還包括垂向氣浮 軸承，其中所述垂向直線執行器通過所述垂向氣浮軸承與所述氣腔外殼連接。
3、 如權利要求l所述的主動減振隔振裝置，其特徵在於，還包括水平向氣連接。
4、 如權利要求1所述的主動減振隔振裝置，其特徵在於，所述直線執行器 是直線電機。
5、 如權利要求l所述的主動減振隔振裝置，其特徵在於，所述直線執行器 是音圈電機。
6、 如權利要求2或3所述的主動減振隔振裝置，其特徵在於，所述氣浮軸 承是真空預載氣浮軸承。
7、 如權利要求2或3所述的主動減振隔振裝置，其特徵在於，所述氣浮軸 承是雙向氣浮力預載氣浮軸承。
8、 一種主動減振隔振系統，其特徵在於，包括 多個主動減振隔振裝置，實現對負載六自由度振動的主動控制； 其中所述主動減振隔振裝置包括 具有密封活塞的氣腔；倒立擺，其一端與所述活塞固定連接； 承載部件，其與所述倒立擺的另一端固定連接； 垂向直線執行器設置於所述承載部件和氣腔之間，且與所述承載部件和氣腔外殼連接，以對所述承栽部件施加主動力；水平向直線執行器設置於所述承載部件和氣腔之間，且與所述承栽部件和 氣腔外殼連接，以對所述承載部件施加主動力。
9、 如權利要求8所述的主動減振隔振裝置，其特徵在於，還包括垂向氣浮 軸承，其中所述垂向直線執行器通過所述垂向氣浮軸承與所述氣腔外殼連接。
10、 如權利要求8所述的主動減振隔振裝置，其特徵在於，還包括水平向 氣浮軸承，其中所述水平向直線執行器通過所述水平向氣浮軸承與所述氣腔外 殼連接。
11、 如權利要求8所述的主動減振隔振裝置，其特徵在於，所述直線執行 器是直線電機。
12、 如權利要求8所述的主動減振隔振裝置，其特徵在於，所述直線執行 器是音圈電機。
13、 如權利要求9或IO所述的主動減振隔振裝置，其特徵在於，所述氣浮 軸承是真空預載氣浮軸承。
14、 如權利要求9或IO所述的主動減振隔振裝置，其特徵在於，所述氣浮 軸承是雙向氣浮力預載氣浮軸承。
15、 如權利要求8所述的主動減振隔振系統，其特徵在於，所述多個主動 減振隔振裝置為3個主動減振隔振裝置。
16、 如權利要求8所述的主動減振隔振系統，其特徵在於，所迷多個主動 減振隔振裝置為3個以上主動減振隔振裝置。
17、 如權利要求8所述的主動減振隔振系統，其特徵在於，還包括供氣裝 置，其與所述主動減振隔振裝置的氣腔相連。
18、 如權利要求17所述的主動減振隔振系統，其特徵在於，所述供氣裝置 還包括儲氣罐。
全文摘要
本發明提出一種主動減振隔振裝置和由該主動減振隔振裝置組成的減振隔振系統。本發明所揭露的主動減振隔振裝置包括具有密封活塞的氣腔；倒立擺，其一端與所述活塞固定連接；承載部件，其與所述倒立擺的另一端固定連接；垂向直線執行器設置於所述承載部件和氣腔之間，且與所述承載部件和氣腔外殼連接，以對所述承載部件施加主動力；水平向直線執行器設置於所述承載部件和氣腔之間，且與所述承載部件和氣腔外殼連接，以對所述承載部件施加主動力。
文檔編號F16F7/10GK101382178SQ20081020131
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月16日 優先權日2008年10月16日
發明者嚴天宏, 贇 劉, 袁志揚 申請人:上海微電子裝備有限公司