[发明专利]零刚度磁悬浮主动隔振器及其构成的六自由度隔振系统

说明书

技术领域

本发明属于精密隔振领域，具体涉及一种零刚度磁悬浮主动隔振器及其构成的六自由度隔振系统。本发明所涉及的零刚度磁悬浮主动隔振器结构紧凑，其构成的六自由度隔振系统具有准零刚度的特点。

背景技术

随着精密加工与测量设备对振动的要求越来越严格，提高隔振器的性能变得越来越重要。引入振动主动控制和降低隔振器刚度是提高隔振性能的两种有效的方法。

振动主动控制能有效衰减系统固有频率附近频带范围内的振动，但对高频振动的衰减无作用。降低隔振器刚度可以提高整个隔振带宽，提升对高频振动的衰减作用。随着EUV极紫外光刻技术的发展，采用磁悬浮隔振的技术方案克服了一般隔振器难以实现真空环境应用的缺陷。传统的磁悬浮隔振器采用电磁控制实现其承载与振动主动控制，电磁控制的稳定性限制了电磁悬浮隔振器的实际应用，使得其无法实现更加优良的隔振性能。而一般的空气弹簧隔振器或者气浮隔振器虽然具有较大的承载力，但由于其存在气体的泄露，制约了其在真空环境中的应用。

美国专利US7290642B2提供了一种负刚度磁弹簧，该负刚度磁弹簧利用磁铁的相互吸引作用形成负的刚度特性，但其不稳定，必须与正刚度弹簧并联进行隔振。这种正负刚度并联隔振器可实现较低的系统固有频率，有利于提高隔振性能。

美国专利US6226075B1提供了一种气浮式隔振器，垂向采用圆锥面气浮轴承与空气弹簧相结合，刚度由空气弹簧决定;水平向采用端面止推气浮轴承，具有准零刚度的特点。但由于其存在气体泄漏，无法在真空环境中应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种零刚度磁悬浮主动隔振器及其构成的六自由度隔振系统，该零刚度磁悬浮主动隔振器结构紧凑，其构成的六自由度隔振系统具有准零刚度的特点，不仅对高频振动干扰具有良好的隔振效果，还能够有效地隔离地基和环境的超低频振动，为超精密加工与测量设备提供平稳的工作环境。

本发明提供的一种零刚度磁悬浮主动隔振器，其特征在于，它包括上部磁铁、中间磁铁和下部磁铁，上部磁铁和下部磁铁固定，中间磁铁能够在(x，y，z)三个方向上运动，上部磁铁和中间磁铁的磁化方向相同，下部磁铁与中间磁铁的磁化方向相反。

作为上述技术方案的改进，所述零刚度磁悬浮主动隔振器包括永磁被动隔振单元、主动隔振单元和安全限位组件;其中，永磁被动隔振单元除包括所述上部磁铁、下部磁铁和中间磁铁外，还包括上部磁扼、下部磁钝、中间磁铁盒、中间磁铁盒盖、负载连接杆、上限位块、下限位块以及磁扼固定连接杆;上部磁铁固定安装在上部磁扼上，组成永磁被动隔振单元的第一磁极部分;下部磁铁固定安装在下部磁扼上，组成永磁被动隔振单元的第二磁极部分;上部磁钝通过三角形布置的三个磁钝固定连接杆与下部磁扼固连，磁扼固定连接杆还用于中间磁铁盒的水平向限位;下部磁扼固定安装在底板上;底板与外部基础框架相连;中间磁铁、上部磁铁、下部磁铁三者的数量相同;中间磁铁安置在中间磁铁盒中，中间磁铁盒盖与中间磁铁盒固连，使得中间磁铁固定在中间磁铁盒中;中间磁铁盒通过负载连接杆与负载连接板相连，负载连接杆与负载连接板相连使中间磁铁盒的安装方向唯一;上限位块和下限位块用于中间磁铁盒在垂向的限位;三个上限位块呈三角形安装在上部磁钝上，三个下限位块呈三角形安装在下部磁扼上;主动隔振单元包括垂向洛伦兹电机定子、垂向洛伦兹电机动子、水平向洛伦兹电机定子、水平向洛伦兹电机动子、垂向速度传感器、水平向速度传感器、垂向位移传感器和水平向位移传感器;垂向速度传感器检测负载连接板的垂向振动速度，通过垂向洛伦兹电机反馈控制对负载连接板施加主动阻尼控制;垂向位移传感器检测负载连接板的垂向振动位移，通过垂向洛伦兹电机反馈控制对负载连接板施加垂向定位控制，水平向速度传感器检测负载连接板的水平向振动速度，通过水平向洛伦兹电机反馈控制对负载连接板施加主动阻尼控制;水平向位移传感器检测负载连接板的水平向振动位移，通过水平向洛伦兹电机反馈控制对负载连接板施加水平定位控制;垂向洛伦兹电机定子安装在垂向电机定子安装座上，垂向电机定子安装座固定安装在底板上;垂向洛伦兹电机动子与负载连接板固连;水平向洛伦兹电机定子安装在水平向电机定子安装座上，水平向电机定子安装座固定安装在底板上，水平向洛伦兹电机动子与负载连接板固连;垂向速度传感器安装在垂向速度传感器安装座内，垂向速度传感器安装座与负载连接板固连，用于检测负载连接板在垂向的绝对振动速度;水平向速度传感器安装在水平向速度传感器安装座内，水平向速度传感器安装座与负载连接板固连，用于检测负载连接板在水平向的绝对振动速度;垂向位移传感器与水平向位移传感器安装在位移传感器安装板上，位移传感器安装板安装在立柱上;垂向位移传感器检测负载连接板在垂向的振动位移，水平向位移传感器通过水平向位移检测靶板检测负载连接板在水平向的振动位移，水平向位移检测靶板固定安装在负载连接板上;负载连接板通过三个呈三角形布置的立柱与底板相连;负载连接板通过所述安全限位组件实现机械调平定位和限位。