CN111473079A - 磁悬浮隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁悬浮隔振器，该磁悬浮隔振器设于磁悬浮隔振系统的定子和动子之间，该磁悬浮隔振器包括：电磁永磁模块和传感器。所述电磁永磁模块包括间隔设置的悬浮部和固定部，所述悬浮部通过永磁力和电磁力悬浮在所述固定部的磁场中；所述传感器用于根据所述动子相对所述定子的振动情况调节所述固定部和所述悬浮部之间的电磁力。由于本发明提出的磁悬浮隔振器的电磁永磁模块通过电磁力控制悬浮稳定并抑制振动，电磁力的大小可以根据振动情况调节，因此可以实现不同频率的、快速响应的振动控制；由于电磁永磁模块通过永磁力提供主要承载力，因此可以减小电磁力的损耗，从而能够降低磁悬浮隔振器的能耗。

Description

磁悬浮隔振器

技术领域

本发明涉及精密隔振技术领域，特别涉及一种磁悬浮隔振器。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

随着高新技术产业的快速发展，对于精密位置控制的要求越来越高。在工业精密加工、检测，尤其在半导体行业超高精度检测及运动场景，对于外界的振动干扰尤其敏感。这类设备需要对地面振动及外界扰动进行抑制、隔绝，从而实现超高精度的运动控制。传统的机械式被动隔振器、空气弹簧等现有的隔振方式难以实现不同频率的、快速响应的振动控制。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种磁悬浮隔振器，旨在实现不同频率、快速响应的振动控制的同时，降低磁悬浮隔振器的能耗。

为实现上述目的，本发明提出的磁悬浮隔振器包括：电磁永磁模块，所述电磁永磁模块包括间隔设置的悬浮部和固定部，所述悬浮部通过永磁力和电磁力悬浮在所述固定部的磁场中，所述固定部与所述定子固定连接，所述悬浮部与所述动子固定连接；以及，传感器，所述传感器用于根据所述动子相对所述定子的振动情况调节所述固定部和所述悬浮部之间的电磁力。

优选地，所述悬浮部包括第一永磁铁；所述固定部包括铁芯、线圈和第二永磁铁，所述第二永磁铁设于所述线圈的远离所述第一永磁铁的一侧；所述线圈绕制于所述铁芯的外周壁，所述第二永磁铁和所述线圈均位于所述第一永磁铁的磁场中。

优选地，所述悬浮部与所述固定部之间的永磁力被配置为与所述磁悬浮隔振器的载重相适配。

优选地，所述新型磁悬浮隔振器还包括电涡流阻尼模块，所述电涡流阻尼模块包括导体感应板和永磁阵列，所述导体感应板位于所述永磁阵列的磁场中，所述导体感应板和所述永磁阵列的其中之一固设于所述定子，所述导体感应板和所述永磁阵列的其中另一固设于所述动子。

优选地，所述永磁阵列为海尔贝克永磁阵列，所述海尔贝克永磁阵列包括多块尺寸参数相同，充磁强度相同，充磁方向不同的永磁铁。

优选地，所述磁悬浮隔振器为竖直方向上的单向隔振器；所述单向隔振器包括以竖直方向为对称轴呈对称分布的至少两个电涡流阻尼模块。

优选地，所述磁悬浮隔振器包括两个所述电涡流阻尼模块和一个所述电磁永磁模块，两个所述电涡流阻尼模块对称地分设于所述电磁永磁模块的左右两侧。

优选地，所述磁悬浮隔振器包括两个所述电涡流阻尼模块和两个所述电磁永磁模块，两个所述电涡流阻尼模块关于竖直方向的对称轴呈左右对称，两个所述电磁永磁模块设于两个所述电涡流阻尼模块之间，且两个所述电磁永磁模块关于竖直方向的对称轴呈左右对称。

优选地，所述磁悬浮隔振器为多向隔振器，所述多向隔振器包括X向隔振器、Y向隔振器和Z向隔振器，所述X向隔振器和所述Y向隔振器呈相同结构设置；所述Z向隔振器包括至少一个电磁永磁模块和至少两个关于所述电磁永磁模块呈对称设置的电涡流阻尼模块；所述X向隔振器包括至少一个电涡流阻尼模块和偶数个关于所述电涡流阻尼模块对称的电磁永磁模块。

优选地，所述X向隔振器包括一个所述电涡流阻尼模块和两个所述电磁永磁模块，两个所述电磁永磁模块关于竖直方向的对称轴呈左右对称，所述电涡流阻尼模块设于两个所述电磁永磁模块之间。

本专利还提出一种磁悬浮隔振系统，包括：相对设置的定子和动子，以及磁悬浮隔振器，所述磁悬浮隔振器设于所述定子和所述动子之间，所述磁悬浮隔振器包括：

电磁永磁模块，所述电磁永磁模块包括间隔设置的悬浮部和固定部，所述悬浮部通过永磁力和电磁力悬浮在所述固定部的磁场中，所述固定部与所述定子固定连接，所述悬浮部与所述动子固定连接；以及，传感器，所述传感器用于根据所述动子相对所述定子的振动情况调节所述固定部和所述悬浮部之间的电磁力。

本发明公开一种磁悬浮隔振器，该磁悬浮隔振器设于磁悬浮隔振系统的定子和动子之间，该磁悬浮隔振器包括：电磁永磁模块和传感器，由于本发明提出的磁悬浮隔振器包括电磁永磁模块和传感器，所述电磁永磁模块包括间隔设置的悬浮部和固定部，所述悬浮部通过永磁力和电磁力悬浮在所述固定部的磁场中，所述固定部与所述定子固定连接，所述悬浮部与所述动子固定连接；所述传感器用于根据所述动子相对所述定子的振动情况调节所述固定部和所述悬浮部之间的电磁力。由于本发明提出的磁悬浮隔振器包括电磁永磁模块，电磁永磁模块通过电磁力控制悬浮稳定并抑制振动，电磁力的大小可以根据振动情况调节，因此可以实现不同频率的、快速响应的振动控制；由于电磁永磁模块通过永磁力提供主要承载力，因此可以减小电磁力的损耗，从而能够降低磁悬浮隔振器的能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明磁悬浮隔振器第一实施例与定子和动子安装后的横截面结构示意图；

图2为本发明磁悬浮隔振器的电涡流阻尼模块的横截面结构示意图；

图3为本发明磁悬浮隔振器的电磁永磁模块的横截面结构示意图；

图4为本发明磁悬浮隔振器第二实施例与定子和动子安装后的横截面结构示意图；

图5为本发明磁悬浮隔振器第三实施例与定子和动子安装后的横截面结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	定子	32	永磁阵列
20	动子	41	第一永磁铁
				30	电涡流阻尼模块	42	铁芯
40	电磁永磁模块	43	线圈
				31	导体感应板	44	第二永磁铁

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种磁悬浮隔振器，该磁悬浮隔振器能够提高隔振器的隔振性能、降低隔振器的能耗。

在本发明一实施例中，如图1至图3所示，该磁悬浮隔振器设于磁悬浮隔振系统的定子10和动子20之间，该磁悬浮隔振器包括：电磁永磁模块40和传感器(图未示)，所述电磁永磁模块40包括间隔设置的悬浮部和固定部，所述悬浮部通过永磁力和电磁力悬浮在所述固定部的磁场中，所述固定部与所述定子10固定连接，所述悬浮部与所述动子20固定连接；所述传感器用于根据所述动子20相对所述定子10的振动情况调节所述固定部和所述悬浮部之间的电磁力。

由于本发明提出的磁悬浮隔振器包括电磁永磁模块40，电磁永磁模块40通过电磁力控制悬浮稳定并抑制振动，电磁力的大小可以根据振动情况调节，因此可以实现不同频率的、快速响应的振动控制；由于电磁永磁模块40通过永磁力提供主要承载力，因此可以减小电磁力的损耗，从而能够降低磁悬浮隔振器的能耗。

本实施例中，传感器为霍尔传感器，当动子20相对定子10振动时，霍尔传感器检测到动子20与定子10之间的磁场发生变化，霍尔传感器将控制感应线圈中的电流增大或减小，从而改变固定部与悬浮部之间的永磁力，进而减轻悬浮部与固定部之间的振动；在其他实施例中，传感器还可以为电涡流位移传感器或激光位移传感器。

进一步地，请参照图3，现对所述电磁永磁模块40的结构进行详细说明，所述悬浮部包括第一永磁铁41；所述固定部包括铁芯42、线圈43和第二永磁铁44，所述第二永磁铁44设于所述线圈43的远离所述第一永磁铁41的一侧；所述线圈43绕制于所述铁芯42的外周壁，所述线圈43和所述第二永磁铁均位于所述第一永磁铁41的形成的磁场中。

当线圈不通电时，铁芯42及第二永磁铁44对第一永磁铁41的吸引力能够使动子20被抬起；在此需要强调的是，第二永磁铁44的磁场可增强铁芯与第一永磁铁41的吸引力；

当线圈通电时，可以通过控制线圈43中的感应电流的大小，调整线圈43与第一永磁铁41的磁场之间的电磁力，由于线圈43中的电流具有方便调节的特点，因此通过调节线圈43电流的大小，实现不同频率的振动控制。

在此需要强调的是，本专利提出的电磁永磁模块40并不是简单的将永磁模块和电磁模块进行叠加，而是做出了创造性的改进。具体来说，永磁模块充分利用了电磁模块中的铁芯42，在铁芯42的作用下，能够将第二永磁铁44的磁场进行强化，因此能够获得更大的磁场强度。

在此需要说明的是，由于固定部的线圈43部分需要供电，因此固定部安装于定子10；悬浮部的第一永磁铁41不需要供电，第一永磁铁41安装于动子20。

进一步地，考虑到通常情况下，动子20上承载的重物的质量是一定的，为了减少电磁永磁模块40的能耗，本实施例中，所述第一永磁铁41与所述第二永磁铁44之间的吸引力被配置为与所述动子20上的载重相适配。如此，仅通过第一永磁铁41与第二永磁铁44之间的吸引力即可将负载抬起，在没有振动的情况下，线圈43只需要微弱的控制电流，即可控制第一永磁铁41及动子20悬浮的稳定性，因此可以减少电磁永磁模块40的能耗。

在此需要说明的是，当地面振动或外界扰动时，可能引起定子10的震动，此时为了保证动子20上的负载保持高精度的运动控制，线圈43内需要通电，从而对地面振动及外界扰动进行抑制和隔绝，从而能够通过主动减振的方式实现不同频率的、快速响应的振动控制。

进一步地，为了改善磁悬浮隔振器的隔振效果，本专利一实施例中，所述新型磁悬浮隔振器还包括电涡流阻尼模块30，如图1所示，所述电涡流阻尼模块30包括导体感应板31和永磁阵列32，所述导体感应板31位于所述永磁阵列32的磁场中，所述导体感应板31和所述永磁阵列32的其中之一固设于所述定子10，所述导体感应板31和所述永磁阵列32的其中另一固设于所述动子20。由于本发明提出的磁悬浮隔振器还包括电涡流阻尼模块30，当动子20相对定子10振动时，导体感应板31与永磁阵列32间产生相对运动，导体感应板31切割磁感线产生感应电流，从而能够产生阻尼力，进一步抑制振动，因此能够改善磁悬浮隔振器的隔振效果。

在此需要说明的是，电涡流阻尼模块30与电磁永磁模块40模块的结合并不是简单的叠加，而是具有一加一大于二的效果。具体来说，如图1所示，当没有外界振动时，电磁永磁模块40的永磁力即可使动子20相对定子保持稳定；当外界发生振动时，振动导致动子20相对定子10运动，此时电涡流阻尼模块30的导体感应板31在永磁阵列32的磁场中运动切割永磁阵列32的磁感线，如此，电涡流阻尼模块在竖直方向上能够形成阻尼力，从而能够消除振动，使得定子10保持与动子20相对稳定，阻尼力的产生是不需要向电磁永磁模块40的线圈中施加控制电流的，因此能够降低电磁永磁模块40主动隔振所需要的能耗。

在此需要强调的是，与永磁铁的永磁力相比，阻尼力是在振动发生后产生的，永磁力是始终存在的，当永磁力在竖直方向上使得动子20与定子10相对稳定时，由于永磁力始终存在，而永磁力在侧向的作用较小，因此动子20与定子10侧向的相对位置并不稳定；而定子10和动子20相对稳定的状态下，不会产生阻尼力，因此不会使得定子10与动子20的侧向的相对位置出现不稳定的状态。

具体来说，电磁永磁模块40减缓的振动力的方向为竖直方向，在水平方向上，电磁永磁模块40较不稳定；而电涡流阻尼模块30不仅在竖直方向上能够形成阻尼力，而且在水平方向上也能够形成阻尼力，因此能够使得磁悬浮隔振器更为稳定。

此外，当动子20和定子10在竖直方向上因振动产生相对运动时，由于电涡流阻尼模块30在竖直方向上能够形成阻尼力，因此能够降低电磁永磁模块40主动隔振所需要的能耗。

进一步地，在本专利一实施例中，所述磁悬浮隔振器为竖直方向上的单向隔振器，且所述单向隔振器包括以竖直方向为对称轴呈对称分布的至少两个电涡流阻尼模块30，由于电涡流阻尼模块30设有至少两个，且该至少两个电涡流阻尼模块30以竖直方向为对称轴呈对称分布，因此能够保证动子20与定子10之间的相对运动更平稳。

如图1至图3所示，在本专利第一实施例中，所述磁悬浮隔振器包括两个所述电涡流阻尼模块30和一个所述电磁永磁模块40，两个所述电涡流阻尼模块30对称地分设于所述电磁永磁模块40的左右两侧。

具体地，如图1所示，所述动子20和所述定子10均呈顶部敞口设置，所述动子20设于所述定子10内部，且所述动子20与所述定子10呈间隔设置；所述电磁永磁模块40的悬浮部，即第一永磁体41，固设于动子20上，所述电磁永磁模块40的固定部A(包括铁芯42、线圈43和第二永磁铁44)固设于定子10的与所述悬浮部对应的位置上；两个所述电涡流阻尼模块30的导体感应板31分设于动子20的周侧部的左右两侧，两个所述电涡流阻尼模块30的永磁阵列32分设于定子10的周侧部的左右两侧，每一所述永磁阵列32与一所述导体感应板31呈对应设置。

在本专利第二实施例中，所述磁悬浮隔振器为竖直方向上的单向隔振器，该磁悬浮隔振器包括两个所述电涡流阻尼模块30和两个所述电磁永磁模块40，两个所述电涡流阻尼模块30关于竖直方向的对称轴呈左右对称，两个所述电磁永磁模块40设于两个所述电涡流阻尼模块30之间，且两个所述电磁永磁模块40关于竖直方向的对称轴呈左右对称。

具体地，如图4所示，所述定子10的横截面呈工字形，所述定子10包括底部、连接部和顶部；所述动子20的横截面呈底部半敞口设置的口字形，所述动子20套设在所述定子10的顶部的外侧；所述电磁永磁模块40的固定部A固设于定子10的顶部，所述电磁永磁模块40的悬浮部，即电磁永磁模块40的第一永磁铁41固设于动子20的与所述固定部A对应的位置上；所述电涡流阻尼模块30的导体感应板31固设于所述定子10的顶部的左右两侧，所述电涡流阻尼模块30的永磁阵列32固设于所述动子20的与所述导体感应板31对应的位置上。

进一步地，在本专利第三实施例中，所述磁悬浮隔振器为多向隔振器，所述多向隔振器包括X向隔振器、Y向隔振器和Z向隔振器，所述X向隔振器和所述Y向隔振器呈相同结构设置；

所述Z向隔振器可以为所述第一实施例(如图1所示)或所述第二实施例中(如图4所示)的单向隔振器，即：所述Z向隔振器包括至少一个电磁永磁模块40和至少两个关于所述电磁永磁模块40呈对称设置的电涡流阻尼模块30；

所述X向隔振器包括至少一个电涡流阻尼模块30和偶数个关于所述电涡流阻尼模块30对称的电磁永磁模块40。

本实施例中，所述X向隔振器包括一个所述电涡流阻尼模块30和两个所述电磁永磁模块40，两个所述电磁永磁模块40关于竖直方向的对称轴呈左右对称，所述电涡流阻尼模块30设于两个所述电磁永磁模块40之间。

具体地，如图5所示，现对所述多向隔振器的X向隔振器的结构进行详细说明，所述动子20呈底部敞口设置，所述定子10设于所述动子20内；两个所述电磁永磁模块40的悬浮部,即电磁永磁模块40的第一永磁铁41分别固设于动子20的左右两侧的周侧壁，所述电磁永磁模块40的固定部A固设于定子10的与第一永磁铁41对应的位置上；所述电涡流阻尼模块30的导体感应板31固设于所述动子20顶部的下表面，所述电涡流阻尼模块30的永磁阵列32固设于所述定子10的与所述导体感应板31对应的位置。

进一步地，所述永磁阵列32为Halbach永磁阵列(海尔贝克永磁阵列)，所述海尔贝克永磁阵列包括多块尺寸参数相同，充磁强度相同，充磁方向不同的永磁铁。在使用同样重量的永磁铁情况下，海尔贝克永磁阵列可以在一面提供最强的磁场，具体来说，在朝向导体感应板31(铜板或铝板等金属板)的一侧，磁场要远强于另一侧。然本专利的设计不限于此，在其他实施例中，也可以采用NS临近磁铁磁极相反的排布。

本专利还提出一种磁悬浮隔振系统，所述磁悬浮隔振系统包括：相对设置的定子10和动子20以及设于所述定子10和动子20之间的磁悬浮隔振器，所述磁悬浮隔振器的结构如上述各实施例所述，在此不再一一赘述。由于本专利提出的磁悬浮隔振系统包括上述各个实施例中的磁悬浮隔振器，因此也具有上述各个实施例中的磁悬浮隔振器的全部有益效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种新型磁悬浮隔振器，设于磁悬浮隔振系统的定子和动子之间；其特征在于，所述磁悬浮隔振器包括：

电磁永磁模块，所述电磁永磁模块包括间隔设置的悬浮部和固定部，所述悬浮部通过永磁力和电磁力悬浮在所述固定部的磁场中，所述固定部与所述定子固定连接，所述悬浮部与所述动子固定连接；以及，

传感器，所述传感器用于根据所述动子相对所述定子的振动情况调节所述固定部和所述悬浮部之间的电磁力。

2.如权利要求1所述的磁悬浮隔振器，其特征在于，所述悬浮部包括第一永磁铁；

所述固定部包括铁芯、线圈和第二永磁铁，所述第二永磁铁设于所述线圈的远离所述第一永磁铁的一侧；所述线圈绕制于所述铁芯的外周壁，所述第二永磁铁和所述线圈均位于所述第一永磁铁的磁场中。

3.如权利要求2所述的磁悬浮隔振器，其特征在于，所述悬浮部与所述固定部之间的永磁力被配置为与所述磁悬浮隔振器的载重相适配。

4.如权利要求1所述的磁悬浮隔振器，其特征在于，所述新型磁悬浮隔振器还包括电涡流阻尼模块，所述电涡流阻尼模块包括导体感应板和永磁阵列，所述导体感应板位于所述永磁阵列的磁场中，所述导体感应板和所述永磁阵列的其中之一固设于所述定子，所述导体感应板和所述永磁阵列的其中另一固设于所述动子。

5.如权利要求4所述的磁悬浮隔振器，其特征在于，所述永磁阵列为海尔贝克永磁阵列，所述海尔贝克永磁阵列包括多块尺寸参数相同，充磁强度相同，充磁方向不同的永磁铁。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的磁悬浮隔振器，其特征在于，所述磁悬浮隔振器为竖直方向上的单向隔振器；所述单向隔振器包括以竖直方向为对称轴呈对称分布的至少两个电涡流阻尼模块。

7.如权利要求6所述的磁悬浮隔振器，其特征在于，所述磁悬浮隔振器包括两个所述电涡流阻尼模块和一个所述电磁永磁模块，两个所述电涡流阻尼模块对称地分设于所述电磁永磁模块的左右两侧。

8.如权利要求6所述的磁悬浮隔振器，其特征在于，所述磁悬浮隔振器包括两个所述电涡流阻尼模块和两个所述电磁永磁模块，两个所述电涡流阻尼模块关于竖直方向的对称轴呈左右对称，两个所述电磁永磁模块设于两个所述电涡流阻尼模块之间，且两个所述电磁永磁模块关于竖直方向的对称轴呈左右对称。

9.如权利要求1至5中任意一项所述的磁悬浮隔振器，其特征在于，所述磁悬浮隔振器为多向隔振器，所述多向隔振器包括X向隔振器、Y向隔振器和Z向隔振器，所述X向隔振器和所述Y向隔振器呈相同结构设置；

所述Z向隔振器包括至少一个电磁永磁模块和至少两个关于所述电磁永磁模块呈对称设置的电涡流阻尼模块；

所述X向隔振器包括至少一个电涡流阻尼模块和偶数个关于所述电涡流阻尼模块对称的电磁永磁模块。

10.如权利要求9所述的磁悬浮隔振器，其特征在于，所述X向隔振器包括一个所述电涡流阻尼模块和两个所述电磁永磁模块，两个所述电磁永磁模块关于竖直方向的对称轴呈左右对称，所述电涡流阻尼模块设于两个所述电磁永磁模块之间。

Images