磁浮式智能隔減振裝置的製作方法

2023-10-21 04:44:32 1

專利名稱：磁浮式智能隔減振裝置的製作方法
磁浮式智能隔減振裝置技術領域
本發明屬於混合振動控制領域，涉及一種應用於精密儀器平臺隔減振或者各種微振動隔減振環境的隔減振裝置。
背景技術：
隨著現代科學技術的發展，高科技工業及其產品迅速增長，對工作環境的要求不斷提高，例如納米技術處理材料與微粒的尺度在IOOnm以下，其工作環境必需極端穩定；高科技領域的許多其它振動敏感的精密儀器的生產與產品，如雷射設備、光電顯微鏡、半導體器件、集成電路、微晶片與處理器等，都對工作環境有極端嚴格的要求；另一方面，現實的環境卻因交通工具、工作人員、電梯、真空泵、壓縮機、風扇等工作設備運行而不可避免地產生振動幹擾，這些振動通常振幅相當微小，在微米量級，加速度在毫米每平方秒量級，頻率範圍為(Γ500ΗΖ，屬於微振動。隨機的微振動足以對高技術生產及其振動敏感產品的工作造成一定甚至嚴重的影響。因此，如何解決精密儀器平臺的隔減振或者各種微振動環境的隔減振問題已成為當前的一項迫切任務。這就要求所設計的隔減振裝置不僅對中高頻幹擾具有良好的隔減振效果，而且對低頻和超低頻幹擾，也具有有效的隔減振效果。
根據國內外的關於結構振動控制的研究資料可知，被動控制技術理論研究較早也較充分，工程應用也較為廣泛，但不能根據實際外部激勵變化進行實時調整，而且其對低頻和超低頻幹擾控制效果不佳，有時甚至會放大被控結構的動力反應；主動控制技術出力大、 能耗小、反應迅速，其基本原理是根據結構動力響應自動調節控制力輸出，通過傳感器對結構響應進行採集，再通過處理器運算得到相應的輸出控制力命令。不僅對中高頻幹擾具有良好的隔減振效果，而且對低頻和超低頻幹擾，也具有有效的隔減振效果。所以主動控制技術有較大的研究與應用開發價值，是當今工程結構振動控制領域的國際前沿性研究課題之一；混合控制技術同時採用了兩種以上控制技術來抑制振動反應，綜合考慮可行性和控制效果，其性能優於單種控制技術。發明內容
技術問題本發明的目的是開發一種控制力實時連續可調，水平向和豎向都具有優良隔減振效果的磁浮式智能隔減振裝置。
技術方案本發明的磁浮式智能隔減振裝置包括從下至上依次設置的基座、勵磁線圈、下套筒、上套筒和浮式活塞，基座上設置有磁芯，勵磁線圈套在磁芯外部，下套筒與基座連接，將磁芯和勵磁線圈套在其中，上套筒中放置有矽油，矽油上方設置有粘結在上套筒內壁上的防水透氣薄膜，浮式活塞的底端設置有永磁體，浮式活塞的下部穿過防水透氣薄膜置入矽油中。
本發明中，永磁體的底部設置有粘彈性材料圓環。
本發明中，浮式活塞的頂端設置有上連接法蘭，基座的周邊設置有下連接法蘭。
本發明中，浮式活 塞是該裝置的傳力部件，控制力通過浮式活塞直接作用於被控結構，浮式活塞底端設置有永磁體，永磁體底端設置粘彈性材料圓環。
上套筒與下套筒之間採用通過螺紋和密封材料連接，上套筒中放置矽油，浮式活 塞置於矽油中，矽油上方設置有粘結上套筒內壁和浮式活塞的防水透氣薄膜，該薄膜不僅 可以防止矽油洩露，而且不阻礙浮式活塞在各方向的振動。
基座磁芯上纏繞勵磁線圈，其與下套筒通過螺紋連接，通電時下套筒和基座形成 閉合磁路，其上端磁極與浮式活塞下端磁極相同，浮式活塞在磁極排斥力作用下懸浮於矽 油中，粘彈性材料圓環將發揮「魚鰭效應」，維持浮式活塞的平衡，防止其左右傾斜。在振動 激勵作用下，浮式活塞會在矽油中豎向顫振和橫向晃動，其水平向約束僅由矽油提供，因此 該裝置的水平向剛度幾乎為零，可以很好地隔離水平向振動，同時矽油的約束作用會將部 分振動能量轉化為熱能耗散掉，起到耗能減振作用。
本發明裝置可以與智能控制器連接，智能控制器由傳感器、接口電路、智能控制系 統和可控電源組成。智能控制器通過調節勵磁線圈中的電流，增大或減小下缸筒磁路的磁 場強度，從而改變浮式活塞與下缸筒之間的排斥力，實現控制力的實時連續可調。
有益效果本發明的磁浮式智能隔減振裝置，具有控制力實時連續可調，水平向和 豎向都具有優良隔減振效果的優點，具體表現為以下幾個方面
(I)該裝置的豎向控制力由浮式活塞和下套筒之間的排斥力產生，通過智能控制 器調節勵磁線圈中的電流，增大或減小下缸筒磁路的磁場強度，從而改變浮式活塞與下套 筒之間的排斥力，最終實現控制力的實時連續可調。
(2)本裝置的浮式活塞懸浮於矽油中，其水平向的約束僅由矽油提供，因此該裝置 的水平向剛度幾乎為零，可以很好地隔離水平向振動。
(3)本裝置的磁芯基座與擾動源直接相連，受擾動時，浮式活塞會在矽油中豎向顫 振和橫向晃動，矽油會約束這種相對運動，這一過程中矽油將部分振動能量轉化為熱能耗 散掉，從而起到耗能減振作用。
(4)本裝置的浮式活塞下端設置粘彈性材料圓環，當勵磁線圈不通電流時，由於上 部結構的自重，浮式活塞將壓向下套筒，粘彈性材料圓環會阻隔在兩者之間，起到隔減振的 作用；當勵磁線圈通電使浮式活塞懸浮於矽油中時，該粘彈性材料圓環發揮「魚鰭效應」，維 持浮式活塞的平衡，防止其左右傾斜。


圖1為本發明的剖面結構示意圖。
圖中有1.基座；11.磁芯；12.下連接法蘭；2.勵磁線圈；3.下套筒；4.上套 筒；41.防水透氣薄膜；5.浮式活塞；51.永磁體；52.粘彈性材料圓環；53.上連接法蘭；6.娃油。
具體實施方式
本發明的磁浮式智能隔減振裝置由基座1、勵磁線圈2、下套筒3、上套筒4和浮式 活塞5組成。基座I上設置有磁芯11，勵磁線圈2套在磁芯11外部，下套筒3與基座I連 接，將磁芯11和勵磁線圈2套在其中，上套筒4中放置有矽油6，矽油6上方設置有粘結在 上套筒4內壁上的防水透氣薄膜41，浮式活塞5的底端設置有永磁體51，浮式活塞5的下部穿過防水透氣薄膜41置入矽油6中。永磁體51的底部設置有粘彈性材料圓環52 ;浮式 活塞5的頂端設置有上連接法蘭53，基座I的周邊設置有下連接法蘭12。
具體使用時，以精密平臺隔減振為例，假設精密平臺結構平面形狀為矩形，可將四 個本發明的隔減振裝置通過下連接法蘭12連接於精密平臺基礎底板，再通過上連接法蘭 53將這四個裝置分別與精密平臺四個角部連接。在基座I上安裝智能控制器，通過傳感器 實測平臺基礎傳來的振動激勵。當實測激勵很小(3-5s時長內，加速度激勵幅值小於某一 設定的值)時，智能控制器關閉，此時勵磁線圈2不通電流，由於上部結構的自重，浮式活塞 5將壓向下套筒3，粘彈性材料圓環52會阻隔在兩者之間，起到隔減振的作用；當實測激勵 較大(3-5s時長內，加速度激勵幅值大於某一設定的值)時，智能控制器開啟，此時勵磁線圈 2通電，在磁極排斥力作用下，浮式活塞5與下套筒3分離並懸浮於矽油6中，粘彈性材料圓 環52將發揮「魚鰭效應」，維持浮式活塞5的平衡，防止其左右傾斜。
當實測激勵較大時，如果振動激勵向下，為防止精密平臺向下運動，應增大勵磁線 圈2的電流，則磁路的磁場強度增大，浮式活塞5和下套筒3之間的排斥力隨之增大，浮式 活塞5將頂升精密平臺，使精密平臺保持平穩；如果振動激勵向上，為防止精密平臺向上運 動，應減小勵磁線圈2的電流，則磁路的磁場強度減小，浮式活塞I和下套筒3之間的排斥 力隨之減小，緩解向上的頂升力，使精密平臺保持平穩。本發明的隔減振裝置控制電流的選 擇擬採用分段控制策略或者模糊控制策略。智能控制器通過其傳感器實測被控結構的振動 狀態，再通過接口電路傳輸到它的智能控制系統中，調用所設計的控制策略運算得出相應 控制電流，實現控制力的實時連續可調。
本發明的磁浮式智能隔減振裝置，其浮式活塞懸浮於矽油6中，其水平向的約束 僅由矽油6提供，因此該裝置的水平向剛度幾乎為零，可以很好地隔離水平向振動。由於其 基座I與擾動源直接相連，受擾動時，浮式活塞5會在矽油6中豎向顫振和橫向晃動，矽油 6會阻礙這種相對運動，這一過程中矽油6將部分振動能量轉化為熱能耗散掉，起到耗能減 振作用。
本發明的磁浮式智能隔減振裝置是一種用於精密隔減振的混合振動控制裝置，該 裝置可以應用於精密儀器平臺隔減振或者各種微振動隔減振環境。由於不同精密儀器、特 種機械所處的工作環境不同，因此所需的最大出力也不同。本發明的磁浮式智能隔減振裝 置尺寸須符合特定的使用條件；矽油一般選用500號 10000號矽油；粘彈性材料的損耗 因子一般為O. 3 1. O ;防水透氣薄膜採用膨體聚四氟乙烯(ePTFE)製作；上套筒採用不繡 鋼製作；基座和下套筒選用DT4電工純鐵製作；其他部件採用45#鋼製作。
權利要求
1.一種磁浮式智能隔減振裝置，其特徵在於，該裝置包括從下至上依次設置的基座(1)、勵磁線圈(2)、下套筒(3)、上套筒(4)和浮式活塞(5)，所述基座(1)上設置有磁芯(11)，勵磁線圈(2)套在所述磁芯(11)外部，所述下套筒(3)與基座(1)連接，將磁芯(11) 和勵磁線圈(2 )套在其中，所述上套筒(4 )中放置有矽油(6 )，所述矽油(6 )上方設置有粘結在上套筒(4)內壁上的防水透氣薄膜(41)，所述浮式活塞(5)的底端設置有永磁體(51)，浮式活塞(5)的下部穿過防水透氣薄膜(41)置入矽油(6)中。
2.根據權利要求1所述的磁浮式智能隔減振裝置，其特徵在於，所述永磁體(51)的底部設置有粘彈性材料圓環(52)。
3.根據權利要求1所述的磁浮式智能隔減振裝置，其特徵在於，所述浮式活塞(5)的頂端設置有上連接法蘭(53 )，所述基座(1)的周邊設置有下連接法蘭(12)。
全文摘要
本發明提供了一種磁浮式智能隔減振裝置，包括從下至上依次設置的基座、勵磁線圈、下套筒、上套筒和浮式活塞，基座上設置有磁芯，勵磁線圈套在磁芯外部，下套筒與基座連接，將磁芯和勵磁線圈套在其中，上套筒中放置有矽油，矽油上方設置有粘結在上套筒內壁上的防水透氣薄膜，浮式活塞的底端設置有永磁體，浮式活塞的下部穿過防水透氣薄膜置入矽油中。本發明是一種用於精密隔減振的混合振動控制裝置，可以應用於精密儀器平臺隔減振或者各種微振動隔減振環境。
文檔編號F16F6/00GK103062279SQ20121057655
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者徐趙東, 陳曦, 郭迎慶, 郭維陽 申請人:東南大學