CN105840727A - 一种轴向磁力耦合的可调刚度机构 - Google Patents

一种轴向磁力耦合的可调刚度机构 Download PDF

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    • F16F15/03—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means

Abstract

本发明公开了一种轴向磁力耦合的可调刚度机构，包括由永磁铁和电磁线圈组成的系统，具有刚度可调的功能。永磁铁组成的正刚度结构分别位于该机构两端；电磁线圈和永磁铁构成的负刚度结构位于该机构中间。本发明左、右侧永磁铁产生的斥力，方向指向中间平衡位置，为系统提供正刚度，中间位置的两组电磁铁产生的斥力，为系统提供负刚度，通过调整中间两组线圈中的电流的大小，可以产生不同的斥力，从而改变负刚度的大小，正负刚度同时作用，使系统获得高静态刚度和低动态刚度。可应用于需要精密隔振要求的设备中及其他需要隔离振动的设备当中。

Description

一种轴向磁力耦合的可调刚度机构
技术领域
本发明涉及一种轴向磁力耦合的可调刚度机构，特别是一种关于永磁正刚度与电磁负刚度并联的一种轴向磁力耦合的可调刚度机构，属于振动隔离领域。
背景技术
在现代工程技术中，振动的隔离已成为相关领域日益关心的重要问题之一，微纳操作技术，光刻技术，芯片生产等领域，对振动的隔离要求越来越高。
为了减小设备受到冲击时的最大振幅，需要隔振系统有更大的静态刚度；而为了增大隔振域，需要降低系统的自然频率，又对系统提出了低动态刚度的要求。
增大系统的质量可以提高系统的静态刚度，但是，自然频率随着系统的质量的增加而增加，动态刚度恶化。为了获得较小的自然频率，降低系统的动态刚度，对系统提出了小质量的要求。对于一般的线性系统，这两个期望的性能是相互冲突的。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种轴向磁力耦合的可调刚度机构，采用正负刚度并联的结构，具有刚度可变和非线性的特性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种轴向磁力耦合的可调刚度机构，包括由永磁铁和电磁线圈组成的系统，左支架右端面与左圆柱磁铁相连，左圆柱磁铁和左圆锥磁铁通过左圆柱销连接，左圆锥磁铁右端面与左轴连接，左轴的右端面与中间左永磁铁连接，中间左永磁铁和中间右永磁铁中间设置小隔磁环，中间右永磁铁右端与右轴相连，右轴右端面与右圆锥磁铁相连，右圆锥磁铁与右圆柱磁铁通过右圆柱销连接，右圆柱磁铁右端面与右支架相连；左线圈和右线圈中间设置大隔磁环；左线圈、右线圈和大隔磁环被中间左支架和中间右支架压紧固定。
左圆柱磁铁和左圆锥磁铁产生斥力；左线圈通电后与中间左永磁铁产生斥力；右线圈通电后和中间右永磁铁产生斥力；右圆柱磁铁和右圆锥磁铁之间产生斥力；
左圆柱销和左圆锥磁铁之间固定连接，左圆柱销和左圆柱磁铁之间可以产生相对位置的自由变化；右圆柱销和右圆锥磁铁之间固定连接，右圆柱销和右圆柱磁铁之间可以产生相对位置的自由变化。
左线圈、大隔磁环、右线圈被中间左支架和中间右支架压紧，固定于支中间右架的圆柱表面外侧；中间左永磁铁、小隔磁环中间右永磁铁在中间右支架和中间左支架的圆柱空腔内。
左圆柱磁铁相对于左圆锥磁铁的一侧为圆锥形的内凹面；右圆柱磁铁相对于右圆锥磁铁的一侧为圆锥形的内凹面。
左轴和右轴之间用双头螺柱进行连接，并把中间左永磁铁、小隔磁环和中间右永磁铁固定于左轴和右轴相对的两个端面之间；左圆锥磁铁和左轴之间为螺纹连接；右圆锥磁铁和右轴之间为螺纹连接；左圆柱磁铁与左支架之间为螺钉连接，右圆柱磁铁与右支架之间为螺钉连接。
左支架、右支架、中间左支架、中间右支架，左轴、右轴、左圆柱销、右圆柱销的材料为铝合金；左圆柱磁铁、右圆柱磁铁、左圆锥磁铁、右圆锥磁铁、中间左永磁铁、中间右永磁铁的材料为永磁铁；小隔磁环、大隔磁环由双面高导磁材料构成。
本发明采用以上技术方案，其具有以下优点：
本发明左、右侧永磁铁产生的斥力，方向指向中间平衡位置，为系统提供正刚度，中间位置的两组电磁铁产生的斥力，为系统提供负刚度，通过调整中间两组线圈中的电流的大小，可以产生不同的斥力，从而改变负刚度的大小。本发明结构紧凑，经过结构的变形和改造，可以广泛的应用于微纳操作、振动隔离、激光雕刻等领域。
附图说明
图1是本发明的分解示意图。
图2是本发明的整体结构示意图。
图3是本发明的剖视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，一种轴向磁力耦合的可调刚度机构，包括由永磁铁和电磁线圈组成的系统，左支架1右端面与左圆柱磁铁2相连，左圆柱磁铁2和左圆锥磁铁4通过左圆柱销3连接，左圆锥磁铁4右端面与左轴5连接，左轴5的右端面与中间左永磁铁8连接，中间左永磁铁8和中间右永磁铁11中间设置小隔磁环9，中间右永磁铁11右端与右轴13相连，右轴13右端面与右圆锥磁铁15相连，右圆锥磁铁15与右圆柱磁铁17通过右圆柱销16连接，右圆柱磁铁17右端面与右支架18相连；左线圈7和右线圈12中间设置大隔磁环10；左线圈7、右线圈12和大隔磁环10被中间左支架6和中间右支架14压紧固定。左圆柱销3和左圆锥磁铁4之间固定连接，左圆柱销3和左圆柱磁铁2之间可以产生相对位置的自由变化；右圆柱销16和右圆锥磁铁15之间固定连接，右圆柱销16和右圆柱磁铁17之间可以产生相对位置的自由变化。
如图2所示，左轴8和右轴13之间用双头螺柱进行连接，并把中间左永磁铁8、小隔磁环9和中间右永磁铁11固定于左轴8和右轴13相对的两个端面之间；左圆锥磁铁4和左轴5之间为螺纹连接；右圆锥磁铁13和右轴15之间为螺纹连接；左圆柱磁铁2与左支架1之间为螺钉连接，右圆柱磁铁17与右支架18之间为螺钉连接。
如图3所示，左线圈7、大隔磁环10、右线圈12被中间左支架6和中间右支架14压紧，固定于支中间右架14的圆柱表面外侧；中间左永磁铁8、小隔磁环9中间右永磁铁11在中间右支架12和中间左支架6的圆柱空腔内。
左圆柱磁铁2相对于左圆锥磁铁4的一侧为圆锥形的内凹面；右圆柱磁铁17相对于右圆锥磁铁15的一侧为圆锥形的内凹面。
左圆柱磁铁2和左圆锥磁铁4产生斥力；左线圈7通电后与中间左永磁铁8产生斥力；右线圈12通电后和中间右永磁铁11产生斥力；右圆柱磁铁17和右圆锥磁铁15之间产生斥力；
左支架1、右支架18、中间左支架6、中间右支架14，左轴5、右轴13、左圆柱销3、右圆柱销16的材料为铝合金；左圆柱磁铁2、右圆柱磁铁17、左圆锥磁铁4、右圆锥磁铁15、中间左永磁铁8、中间右永磁铁11的材料为永磁铁；小隔磁环9、大隔磁环10由双面高导磁材料构成。
不发生位移时，左线圈7和中间左永磁铁8产生的向左的斥力与右线圈12和中间右永磁铁11产生的向右的斥力相互平衡，左圆柱磁铁2和左圆锥磁铁4产生向左的斥力与右圆柱磁铁17和右圆锥磁铁15之间产生向右的斥力相互平衡，获得较大的静态刚度。
当与中间左永磁铁8和中间右永磁铁11固定连接的零件有轴向向左的位移，左线圈7和中间左永磁铁8产生的向左的斥力大于右线圈12和中间右永磁铁11产生的向右的斥力，产生向左的负刚度。左圆柱磁铁2和左圆锥磁铁4产生向左的斥力大于右圆柱磁铁17和右圆锥磁铁15之间产生向右的斥力，产生向右的正刚度。位移向左变化越大，正刚度越大，负刚度越小。
当与中间左永磁铁8和中间右永磁铁11固定连接的零件有轴向向右的位移，左线圈7和中间左永磁铁8产生的向左的斥力小于右线圈12和中间右永磁铁11产生的向右的斥力，产生向右的负刚度。左圆柱磁铁2和左圆锥磁铁4产生向左的斥力小于右圆柱磁铁17和右圆锥磁铁15之间产生向左的斥力，产生向左的正刚度。位移向右变化越大，正刚度越大，负刚度越小。
通过改变左线圈7和右线圈12通过电流的大小，可以控制产生负刚度的大小，从而可以获得对整个系统刚度的调节。
上述各实施例是本发明的优选实施方式，在本技术领域内，凡是基于本发明技术方案的变化和改进，亦属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种轴向磁力耦合的可调刚度机构，包括由永磁铁和电磁线圈组成的系统，其特征在于：左支架（1）右端面与左圆柱磁铁（2）相连，左圆柱磁铁（2）和左圆锥磁铁（4）通过左圆柱销（3）连接，左圆锥磁铁（4）右端面与左轴（5）连接，左轴（5）的右端面与中间左永磁铁（8）连接，中间左永磁铁（8）和中间右永磁铁（11）之间设置小隔磁环（9），中间右永磁铁（11）右端与右轴（13）相连，右轴（13）右端面与右圆锥磁铁（15）相连，右圆锥磁铁（15）与右圆柱磁铁（17）通过右圆柱销（16）连接，右圆柱磁铁（17）右端面与右支架（18）相连；左线圈（7）和右线圈（12）中间设置大隔磁环（10），左线圈（7）、右线圈（12）和大隔磁环（10）被中间左支架（6）和中间右支架（14）压紧固定。
2.根据权利要求1所述的一种轴向磁力耦合的可调刚度机构，其特征在于：所述左圆柱磁铁（2）和左圆锥磁铁（4）产生斥力；左线圈（7）通电后与中间左永磁铁（8）产生斥力；右线圈（12）通电后和中间右永磁铁（11）产生斥力；右圆柱磁铁（17）和右圆锥磁铁（15）之间产生斥力。
3.根据权利要求1所述的一种轴向磁力耦合的可调刚度机构，其特征在于：所述左圆柱销（3）和左圆锥磁铁（4）之间固定连接，左圆柱销（3）和左圆柱磁铁（2）之间能够产生相对位置的自由变化；右圆柱销（16）和右圆锥磁铁（15）之间固定连接，右圆柱销（16）和右圆柱磁铁（17）之间能够产生相对位置的自由变化。
4.根据权利要求1所述的一种轴向磁力耦合的可调刚度机构，其特征在于：所述左线圈（7）、大隔磁环（10）、右线圈（12）被中间左支架（6）和中间右支架（14）压紧，固定于支中间右架（14）的圆柱表面外侧；中间左永磁铁（8）、小隔磁环（9）中间右永磁铁（11）在中间右支架（12）和中间左支架（6）的圆柱空腔内。
5.根据权利要求1所述的一种轴向磁力耦合的可调刚度机构，其特征在于：所述左圆柱磁铁（2）相对于左圆锥磁铁（4）的一侧为圆锥形的内凹面；右圆柱磁铁（17）相对于右圆锥磁铁（15）的一侧为圆锥形的内凹面。
6.根据权利要求1所述的一种轴向磁力耦合的可调刚度机构，其特征在于：所述左轴（8）和右轴（13）之间用双头螺柱进行连接，并把中间左永磁铁（8）、小隔磁环（9）和中间右永磁铁（11）固定于左轴（8）和右轴（13）相对的两个端面之间；左圆锥磁铁（4）和左轴（5）之间为螺纹连接；右圆锥磁铁（13）和右轴（15）之间为螺纹连接；左圆柱磁铁（2）与左支架（1）之间为螺钉连接，右圆柱磁铁（17）与右支架（18）之间为螺钉连接。
7.根据权利要求1所述的一种轴向磁力耦合的可调刚度机构，其特征在于：所述左支架（1）、右支架（18）、中间左支架（6）、中间右支架（14），左轴（5）、右轴（13）、左圆柱销（3）、右圆柱销（16）的材料为铝合金；左圆柱磁铁（2）、右圆柱磁铁（17）、左圆锥磁铁（4）、右圆锥磁铁（15）、中间左永磁铁（8）、中间右永磁铁（11）的材料为永磁铁；小隔磁环（9）、大隔磁环（10）由双面高导磁材料构成。
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