CN103062279A

CN103062279A - 磁浮式智能隔减振装置

Info

Publication number: CN103062279A
Application number: CN2012105765566A
Authority: CN
Inventors: 徐赵东; 陈曦; 郭迎庆; 郭维阳
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: CN103062279B

Abstract

本发明提供了一种磁浮式智能隔减振装置，包括从下至上依次设置的基座、励磁线圈、下套筒、上套筒和浮式活塞，基座上设置有磁芯，励磁线圈套在磁芯外部，下套筒与基座连接，将磁芯和励磁线圈套在其中，上套筒中放置有硅油，硅油上方设置有粘结在上套筒内壁上的防水透气薄膜，浮式活塞的底端设置有永磁体，浮式活塞的下部穿过防水透气薄膜置入硅油中。本发明是一种用于精密隔减振的混合振动控制装置，可以应用于精密仪器平台隔减振或者各种微振动隔减振环境。

Description

磁浮式智能隔减振装置

技术领域

本发明属于混合振动控制领域，涉及一种应用于精密仪器平台隔减振或者各种微振动隔减振环境的隔减振装置。

背景技术

随着现代科学技术的发展，高科技工业及其产品迅速增长，对工作环境的要求不断提高，例如纳米技术处理材料与微粒的尺度在100nm以下，其工作环境必需极端稳定；高科技领域的许多其它振动敏感的精密仪器的生产与产品，如激光设备、光电显微镜、半导体器件、集成电路、微芯片与处理器等，都对工作环境有极端严格的要求；另一方面，现实的环境却因交通工具、工作人员、电梯、真空泵、压缩机、风扇等工作设备运行而不可避免地产生振动干扰，这些振动通常振幅相当微小，在微米量级，加速度在毫米每平方秒量级，频率范围为0~500Hz，属于微振动。随机的微振动足以对高技术生产及其振动敏感产品的工作造成一定甚至严重的影响。因此，如何解决精密仪器平台的隔减振或者各种微振动环境的隔减振问题已成为当前的一项迫切任务。这就要求所设计的隔减振装置不仅对中高频干扰具有良好的隔减振效果，而且对低频和超低频干扰，也具有有效的隔减振效果。

根据国内外的关于结构振动控制的研究资料可知，被动控制技术理论研究较早也较充分，工程应用也较为广泛，但不能根据实际外部激励变化进行实时调整，而且其对低频和超低频干扰控制效果不佳，有时甚至会放大被控结构的动力反应；主动控制技术出力大、能耗小、反应迅速，其基本原理是根据结构动力响应自动调节控制力输出，通过传感器对结构响应进行采集，再通过处理器运算得到相应的输出控制力命令。不仅对中高频干扰具有良好的隔减振效果，而且对低频和超低频干扰，也具有有效的隔减振效果。所以主动控制技术有较大的研究与应用开发价值，是当今工程结构振动控制领域的国际前沿性研究课题之一；混合控制技术同时采用了两种以上控制技术来抑制振动反应，综合考虑可行性和控制效果，其性能优于单种控制技术。

发明内容

技术问题：本发明的目的是开发一种控制力实时连续可调，水平向和竖向都具有优良隔减振效果的磁浮式智能隔减振装置。

技术方案：本发明的磁浮式智能隔减振装置包括从下至上依次设置的基座、励磁线圈、下套筒、上套筒和浮式活塞，基座上设置有磁芯，励磁线圈套在磁芯外部，下套筒与基座连接，将磁芯和励磁线圈套在其中，上套筒中放置有硅油，硅油上方设置有粘结在上套筒内壁上的防水透气薄膜，浮式活塞的底端设置有永磁体，浮式活塞的下部穿过防水透气薄膜置入硅油中。

本发明中，永磁体的底部设置有粘弹性材料圆环。

本发明中，浮式活塞的顶端设置有上连接法兰，基座的周边设置有下连接法兰。

本发明中，浮式活塞是该装置的传力部件，控制力通过浮式活塞直接作用于被控结构，浮式活塞底端设置有永磁体，永磁体底端设置粘弹性材料圆环。

上套筒与下套筒之间采用通过螺纹和密封材料连接，上套筒中放置硅油，浮式活塞置于硅油中，硅油上方设置有粘结上套筒内壁和浮式活塞的防水透气薄膜，该薄膜不仅可以防止硅油泄露，而且不阻碍浮式活塞在各方向的振动。

基座磁芯上缠绕励磁线圈，其与下套筒通过螺纹连接，通电时下套筒和基座形成闭合磁路，其上端磁极与浮式活塞下端磁极相同，浮式活塞在磁极排斥力作用下悬浮于硅油中，粘弹性材料圆环将发挥“鱼鳍效应”，维持浮式活塞的平衡，防止其左右倾斜。在振动激励作用下，浮式活塞会在硅油中竖向颤振和横向晃动，其水平向约束仅由硅油提供，因此该装置的水平向刚度几乎为零，可以很好地隔离水平向振动，同时硅油的约束作用会将部分振动能量转化为热能耗散掉，起到耗能减振作用。

本发明装置可以与智能控制器连接，智能控制器由传感器、接口电路、智能控制系统和可控电源组成。智能控制器通过调节励磁线圈中的电流，增大或减小下缸筒磁路的磁场强度，从而改变浮式活塞与下缸筒之间的排斥力，实现控制力的实时连续可调。

有益效果：本发明的磁浮式智能隔减振装置，具有控制力实时连续可调，水平向和竖向都具有优良隔减振效果的优点，具体表现为以下几个方面：

（1）该装置的竖向控制力由浮式活塞和下套筒之间的排斥力产生，通过智能控制器调节励磁线圈中的电流，增大或减小下缸筒磁路的磁场强度，从而改变浮式活塞与下套筒之间的排斥力，最终实现控制力的实时连续可调。

（2）本装置的浮式活塞悬浮于硅油中，其水平向的约束仅由硅油提供，因此该装置的水平向刚度几乎为零，可以很好地隔离水平向振动。

（3）本装置的磁芯基座与扰动源直接相连，受扰动时，浮式活塞会在硅油中竖向颤振和横向晃动，硅油会约束这种相对运动，这一过程中硅油将部分振动能量转化为热能耗散掉，从而起到耗能减振作用。

（4）本装置的浮式活塞下端设置粘弹性材料圆环，当励磁线圈不通电流时，由于上部结构的自重，浮式活塞将压向下套筒，粘弹性材料圆环会阻隔在两者之间，起到隔减振的作用；当励磁线圈通电使浮式活塞悬浮于硅油中时，该粘弹性材料圆环发挥“鱼鳍效应”，维持浮式活塞的平衡，防止其左右倾斜。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图。

图中有：1．基座；11．磁芯；12．下连接法兰；2．励磁线圈；3．下套筒；4．上套筒；41．防水透气薄膜；5．浮式活塞；51．永磁体；52．粘弹性材料圆环；53．上连接法兰；6．硅油。

具体实施方式

本发明的磁浮式智能隔减振装置由基座1、励磁线圈2、下套筒3、上套筒4和浮式活塞5组成。基座1上设置有磁芯11，励磁线圈2套在磁芯11外部，下套筒3与基座1连接，将磁芯11和励磁线圈2套在其中，上套筒4中放置有硅油6，硅油6上方设置有粘结在上套筒4内壁上的防水透气薄膜41，浮式活塞5的底端设置有永磁体51，浮式活塞5的下部穿过防水透气薄膜41置入硅油6中。永磁体51的底部设置有粘弹性材料圆环52；浮式活塞5的顶端设置有上连接法兰53，基座1的周边设置有下连接法兰12。

具体使用时，以精密平台隔减振为例，假设精密平台结构平面形状为矩形，可将四个本发明的隔减振装置通过下连接法兰12连接于精密平台基础底板，再通过上连接法兰53将这四个装置分别与精密平台四个角部连接。在基座1上安装智能控制器，通过传感器实测平台基础传来的振动激励。当实测激励很小（3-5s时长内，加速度激励幅值小于某一设定的值）时，智能控制器关闭，此时励磁线圈2不通电流，由于上部结构的自重，浮式活塞5将压向下套筒3，粘弹性材料圆环52会阻隔在两者之间，起到隔减振的作用；当实测激励较大（3-5s时长内，加速度激励幅值大于某一设定的值）时，智能控制器开启，此时励磁线圈2通电，在磁极排斥力作用下，浮式活塞5与下套筒3分离并悬浮于硅油6中，粘弹性材料圆环52将发挥“鱼鳍效应”，维持浮式活塞5的平衡，防止其左右倾斜。

当实测激励较大时，如果振动激励向下，为防止精密平台向下运动，应增大励磁线圈2的电流，则磁路的磁场强度增大，浮式活塞5和下套筒3之间的排斥力随之增大，浮式活塞5将顶升精密平台，使精密平台保持平稳；如果振动激励向上，为防止精密平台向上运动，应减小励磁线圈2的电流，则磁路的磁场强度减小，浮式活塞1和下套筒3之间的排斥力随之减小，缓解向上的顶升力，使精密平台保持平稳。本发明的隔减振装置控制电流的选择拟采用分段控制策略或者模糊控制策略。智能控制器通过其传感器实测被控结构的振动状态，再通过接口电路传输到它的智能控制系统中，调用所设计的控制策略运算得出相应控制电流，实现控制力的实时连续可调。

本发明的磁浮式智能隔减振装置，其浮式活塞悬浮于硅油6中，其水平向的约束仅由硅油6提供，因此该装置的水平向刚度几乎为零，可以很好地隔离水平向振动。由于其基座1与扰动源直接相连，受扰动时，浮式活塞5会在硅油6中竖向颤振和横向晃动，硅油6会阻碍这种相对运动，这一过程中硅油6将部分振动能量转化为热能耗散掉，起到耗能减振作用。

本发明的磁浮式智能隔减振装置是一种用于精密隔减振的混合振动控制装置，该装置可以应用于精密仪器平台隔减振或者各种微振动隔减振环境。由于不同精密仪器、特种机械所处的工作环境不同，因此所需的最大出力也不同。本发明的磁浮式智能隔减振装置尺寸须符合特定的使用条件；硅油一般选用500号～10000号硅油；粘弹性材料的损耗因子一般为0.3～1.0；防水透气薄膜采用膨体聚四氟乙烯（ePTFE）制作；上套筒采用不绣钢制作；基座和下套筒选用DT4电工纯铁制作；其他部件采用45#钢制作。

Claims

1.一种磁浮式智能隔减振装置，其特征在于，该装置包括从下至上依次设置的基座（1）、励磁线圈（2）、下套筒（3）、上套筒（4）和浮式活塞（5），所述基座（1）上设置有磁芯（11），励磁线圈（2）套在所述磁芯（11）外部，所述下套筒（3）与基座（1）连接，将磁芯（11）和励磁线圈（2）套在其中，所述上套筒（4）中放置有硅油（6），所述硅油（6）上方设置有粘结在上套筒（4）内壁上的防水透气薄膜（41），所述浮式活塞（5）的底端设置有永磁体（51），浮式活塞（5）的下部穿过防水透气薄膜（41）置入硅油（6）中。

2.根据权利要求1所述的磁浮式智能隔减振装置，其特征在于，所述永磁体（51）的底部设置有粘弹性材料圆环（52）。

3.根据权利要求1所述的磁浮式智能隔减振装置，其特征在于，所述浮式活塞（5）的顶端设置有上连接法兰（53），所述基座（1）的周边设置有下连接法兰（12）。