本技术涉及一种六自由度低频电磁隔微振器,采用垂直磁化空间电磁阵列技术,属于精密隔振领域。该隔微振器由上板、基板和六套Stewart配置的低频电磁隔振器组成,实现空间六个自由度的低频、超低频及近零频隔微振,具有高稳定性和适应性。垂直磁化空间电磁阵列通过双磁环阵列实现被动高负刚度特性,并通过同轴通电线圈产生可控励磁磁通,动态调整偏置磁场和负刚度值,适应不同负载和激励频率。同轴双磁环阵列增强励磁磁场,降低漏磁,提高磁场利用率,确保隔振性能稳定。
背景技术
环境中的低频微幅振动干扰已经成为限制精密仪器设备装调、测试和实验精度提高的重点问题之一,为精密仪器设备配备低频隔振器逐渐成为超精密工程领域抑制环境微振动的主要技术手段。电磁负刚度装置因其无机械摩擦、结构紧凑、刚度可调、能够动态适应隔振负载质量及激励频率变化等特点,广泛用于与正刚度隔振器并联构建刚度可调式准零刚度隔振器。在单自由度隔振方面,刚度可调式准零刚度隔振器的相关研究已经很多,但是在更加符合现实情况的六自由度隔振方面,刚度可调式六自由度准零刚度隔振器的研究工作却很少。
专利号ZL201810300899.7、ZL201610834355.X与ZL201610915703.6公开了一种基于主被动复合作用的六自由度隔微振平台。技术方案采用高精度、高分辨力的传感器动态监控负载的运动,并控制执行器根据负载平台的振动情况,调整施力大小,从而实现低频振动衰减。该技术方案的特征在于:1)需要高精度传感器、线性驱动器实现负载运动的精确监控与衰减,成本高。2)采用由传感器、控制器与执行器构成的主动负刚度结构,系统成本及能耗高,稳定性差。
专利号ZL201811101215.7公开了一种由上板、基板和六个电磁隔振单元构成的电磁式六自由度可变刚度隔振系统。电磁隔振单元包括永磁体与永磁体外侧布置的电磁线圈,通过改变永磁体及线圈的层数、调节电流大小改变电磁线圈产生的磁场强度大小和磁感应线分布,进而实现可调负刚度特性,抵消螺旋弹簧的正刚度,使系统对外表现为准零刚度,达到最优隔振性能。该技术方案的特征在于:(1)电磁隔振单元由永磁体与电磁线圈组合构成,仅在持续的能量输入下才能产生负刚度特性,系统能耗高;(2)电磁隔振单元中永磁体的磁化方向相同,仅单侧磁场被利用,而另一侧磁场处于闲置状态,磁场利用率低导致产生的负刚度值有限;当应用于大承载或高固有频率的隔振平台时,其刚度调控效果甚微,无法或难以实现低频、超低频乃至近零频隔振的需求。
专利号ZL202011189248.9公开了一种基于主动电磁负刚度结构的六自由度隔微振器,主动电磁负刚度结构利用同轴嵌套双磁环在垂向实现不可调负刚度特性,并利用与双磁环同轴嵌套的通电线圈产生精密可控的励磁磁通调节偏置磁场,进而动态调节负刚度值,适应隔振负载质量及激励频率的变化。该技术方案的特征在于:偏置磁场由定磁环提供,线圈中仅需较小的电流产生励磁磁通以调节偏置磁场,而无需持续的高能量输入,系统能耗相对较低。同轴嵌套双磁环采用沿轴向同向磁化方式,在磁环的内、外两侧形成了对称的励磁磁场。然而,仅内磁环外侧的磁场得到有效利用,而内侧磁场则处于闲置状态。此设计降低了磁场利用率,导致同轴双磁环产生的负刚度值较低;当面向大承载、高固有频率的隔振需求时,其刚度调控效果甚微,无法或难以实现低频、超低频乃至近零频隔振效果。
综上,如何通过隔振结构与原理创新,提供一种面向大承载、高固有频率应用场景的高磁场利用率、低能耗六自由度隔微振器,以在不同负载质量与激励频率下,实现低频、超低频乃至近零频隔振效果,这一技术创新对于进一步降低环境微振动干扰对精密仪器设备在装调、测试和实验中精度的影响,具有重大意义。
实现思路