一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)，包括由永磁鐵和電磁線圈組成的系統(tǒng)，具有剛度可調(diào)的功能。永磁鐵組成的正剛度結(jié)構(gòu)分別位于該機構(gòu)兩端；電磁線圈和永磁鐵構(gòu)成的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)位于該機構(gòu)中間。本發(fā)明左、右側(cè)永磁鐵產(chǎn)生的斥力，方向指向中間平衡位置，為系統(tǒng)提供正剛度，中間位置的兩組電磁鐵產(chǎn)生的斥力，為系統(tǒng)提供負(fù)剛度，通過調(diào)整中間兩組線圈中的電流的大小，可以產(chǎn)生不同的斥力，從而改變負(fù)剛度的大小，正負(fù)剛度同時作用，使系統(tǒng)獲得高靜態(tài)剛度和低動態(tài)剛度。可應(yīng)用于需要精密隔振要求的設(shè)備中及其他需要隔離振動的設(shè)備當(dāng)中。
【專利說明】
一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)，特別是一種關(guān)于永磁正剛度與電磁負(fù)剛度并聯(lián)的一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)，屬于振動隔離領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代工程技術(shù)中，振動的隔離已成為相關(guān)領(lǐng)域日益關(guān)心的重要問題之一，微納操作技術(shù)，光刻技術(shù)，芯片生產(chǎn)等領(lǐng)域，對振動的隔離要求越來越高。
[0003]為了減小設(shè)備受到?jīng)_擊時的最大振幅，需要隔振系統(tǒng)有更大的靜態(tài)剛度;而為了增大隔振域，需要降低系統(tǒng)的自然頻率，又對系統(tǒng)提出了低動態(tài)剛度的要求。
[0004]增大系統(tǒng)的質(zhì)量可以提高系統(tǒng)的靜態(tài)剛度，但是，自然頻率隨著系統(tǒng)的質(zhì)量的增加而增加，動態(tài)剛度惡化。為了獲得較小的自然頻率，降低系統(tǒng)的動態(tài)剛度，對系統(tǒng)提出了小質(zhì)量的要求。對于一般的線性系統(tǒng)，這兩個期望的性能是相互沖突的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明提出了一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)，采用正負(fù)剛度并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，具有剛度可變和非線性的特性。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)，包括由永磁鐵和電磁線圈組成的系統(tǒng)，左支架右端面與左圓柱磁鐵相連，左圓柱磁鐵和左圓錐磁鐵通過左圓柱銷連接，左圓錐磁鐵右端面與左軸連接，左軸的右端面與中間左永磁鐵連接，中間左永磁鐵和中間右永磁鐵中間設(shè)置小隔磁環(huán)，中間右永磁鐵右端與右軸相連，右軸右端面與右圓錐磁鐵相連，右圓錐磁鐵與右圓柱磁鐵通過右圓柱銷連接，右圓柱磁鐵右端面與右支架相連；左線圈和右線圈中間設(shè)置大隔磁環(huán);左線圈、右線圈和大隔磁環(huán)被中間左支架和中間右支架壓緊固定。
[0007]左圓柱磁鐵和左圓錐磁鐵產(chǎn)生斥力；左線圈通電后與中間左永磁鐵產(chǎn)生斥力；右線圈通電后和中間右永磁鐵產(chǎn)生斥力；右圓柱磁鐵和右圓錐磁鐵之間產(chǎn)生斥力；
左圓柱銷和左圓錐磁鐵之間固定連接，左圓柱銷和左圓柱磁鐵之間可以產(chǎn)生相對位置的自由變化;右圓柱銷和右圓錐磁鐵之間固定連接，右圓柱銷和右圓柱磁鐵之間可以產(chǎn)生相對位置的自由變化。
[0008]左線圈、大隔磁環(huán)、右線圈被中間左支架和中間右支架壓緊，固定于支中間右架的圓柱表面外側(cè)；中間左永磁鐵、小隔磁環(huán)中間右永磁鐵在中間右支架和中間左支架的圓柱空腔內(nèi)。
[0009]左圓柱磁鐵相對于左圓錐磁鐵的一側(cè)為圓錐形的內(nèi)凹面;右圓柱磁鐵相對于右圓錐磁鐵的一側(cè)為圓錐形的內(nèi)凹面。
[0010]左軸和右軸之間用雙頭螺柱進(jìn)行連接，并把中間左永磁鐵、小隔磁環(huán)和中間右永磁鐵固定于左軸和右軸相對的兩個端面之間；左圓錐磁鐵和左軸之間為螺紋連接;右圓錐磁鐵和右軸之間為螺紋連接;左圓柱磁鐵與左支架之間為螺釘連接，右圓柱磁鐵與右支架之間為螺釘連接。
[0011 ] 左支架、右支架、中間左支架、中間右支架，左軸、右軸、左圓柱銷、右圓柱銷的材料為招合金；左圓柱磁鐵、右圓柱磁鐵、左圓維磁鐵、右圓維磁鐵、中間左永磁鐵、中間右永磁鐵的材料為永磁鐵;小隔磁環(huán)、大隔磁環(huán)由雙面高導(dǎo)磁材料構(gòu)成。
[0012]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明左、右側(cè)永磁鐵產(chǎn)生的斥力，方向指向中間平衡位置，為系統(tǒng)提供正剛度，中間位置的兩組電磁鐵產(chǎn)生的斥力，為系統(tǒng)提供負(fù)剛度，通過調(diào)整中間兩組線圈中的電流的大小，可以產(chǎn)生不同的斥力，從而改變負(fù)剛度的大小。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)過結(jié)構(gòu)的變形和改造，可以廣泛的應(yīng)用于微納操作、振動隔離、激光雕刻等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的分解示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0017]如圖1所示，一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)，包括由永磁鐵和電磁線圈組成的系統(tǒng)，左支架I右端面與左圓柱磁鐵2相連，左圓柱磁鐵2和左圓錐磁鐵4通過左圓柱銷3連接，左圓錐磁鐵4右端面與左軸5連接，左軸5的右端面與中間左永磁鐵8連接，中間左永磁鐵8和中間右永磁鐵11中間設(shè)置小隔磁環(huán)9，中間右永磁鐵11右端與右軸13相連，右軸13右端面與右圓錐磁鐵15相連，右圓錐磁鐵15與右圓柱磁鐵17通過右圓柱銷16連接，右圓柱磁鐵17右端面與右支架18相連;左線圈7和右線圈12中間設(shè)置大隔磁環(huán)10;左線圈7、右線圈12和大隔磁環(huán)10被中間左支架6和中間右支架14壓緊固定。左圓柱銷3和左圓錐磁鐵4之間固定連接，左圓柱銷3和左圓柱磁鐵2之間可以產(chǎn)生相對位置的自由變化；右圓柱銷16和右圓錐磁鐵15之間固定連接，右圓柱銷16和右圓柱磁鐵17之間可以產(chǎn)生相對位置的自由變化。
[0018]如圖2所示，左軸8和右軸13之間用雙頭螺柱進(jìn)行連接，并把中間左永磁鐵8、小隔磁環(huán)9和中間右永磁鐵11固定于左軸8和右軸13相對的兩個端面之間；左圓錐磁鐵4和左軸5之間為螺紋連接;右圓錐磁鐵13和右軸15之間為螺紋連接;左圓柱磁鐵2與左支架I之間為螺釘連接，右圓柱磁鐵17與右支架18之間為螺釘連接。
[0019]如圖3所示，左線圈7、大隔磁環(huán)10、右線圈12被中間左支架6和中間右支架14壓緊，固定于支中間右架14的圓柱表面外側(cè)；中間左永磁鐵8、小隔磁環(huán)9中間右永磁鐵11在中間右支架12和中間左支架6的圓柱空腔內(nèi)。
[0020]左圓柱磁鐵2相對于左圓維磁鐵4的一側(cè)為圓維形的內(nèi)凹面;右圓柱磁鐵17相對于右圓錐磁鐵15的一側(cè)為圓錐形的內(nèi)凹面。
[0021]左圓柱磁鐵2和左圓錐磁鐵4產(chǎn)生斥力；左線圈7通電后與中間左永磁鐵8產(chǎn)生斥力；右線圈12通電后和中間右永磁鐵11廣生斥力；右圓柱磁鐵17和右圓維磁鐵15之間廣生斥力；
左支架1、右支架18、中間左支架6、中間右支架14，左軸5、右軸13、左圓柱銷3、右圓柱銷16的材料為招合金;左圓柱磁鐵2、右圓柱磁鐵17、左圓維磁鐵4、右圓維磁鐵15、中間左永磁鐵8、中間右永磁鐵11的材料為永磁鐵;小隔磁環(huán)9、大隔磁環(huán)1由雙面高導(dǎo)磁材料構(gòu)成。
[0022]不發(fā)生位移時，左線圈7和中間左永磁鐵8產(chǎn)生的向左的斥力與右線圈12和中間右永磁鐵11產(chǎn)生的向右的斥力相互平衡，左圓柱磁鐵2和左圓錐磁鐵4產(chǎn)生向左的斥力與右圓柱磁鐵17和右圓錐磁鐵15之間產(chǎn)生向右的斥力相互平衡，獲得較大的靜態(tài)剛度。
[0023]當(dāng)與中間左永磁鐵8和中間右永磁鐵11固定連接的零件有軸向向左的位移，左線圈7和中間左永磁鐵8廣生的向左的斥力大于右線圈12和中間右永磁鐵11廣生的向右的斥力，產(chǎn)生向左的負(fù)剛度。左圓柱磁鐵2和左圓錐磁鐵4產(chǎn)生向左的斥力大于右圓柱磁鐵17和右圓錐磁鐵15之間產(chǎn)生向右的斥力，產(chǎn)生向右的正剛度。位移向左變化越大，正剛度越大，負(fù)剛度越小。
[0024]當(dāng)與中間左永磁鐵8和中間右永磁鐵11固定連接的零件有軸向向右的位移，左線圈7和中間左永磁鐵8廣生的向左的斥力小于右線圈12和中間右永磁鐵11廣生的向右的斥力，廣生向右的負(fù)剛度。左圓柱磁鐵2和左圓維磁鐵4廣生向左的斥力小于右圓柱磁鐵17和右圓錐磁鐵15之間產(chǎn)生向左的斥力，產(chǎn)生向左的正剛度。位移向右變化越大，正剛度越大，負(fù)剛度越小。
[0025]通過改變左線圈7和右線圈12通過電流的大小，可以控制產(chǎn)生負(fù)剛度的大小，從而可以獲得對整個系統(tǒng)剛度的調(diào)節(jié)。
[0026]上述各實施例是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，凡是基于本發(fā)明技術(shù)方案的變化和改進(jìn)，亦屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)，包括由永磁鐵和電磁線圈組成的系統(tǒng)，其特征在于:左支架(I)右端面與左圓柱磁鐵(2)相連，左圓柱磁鐵(2)和左圓錐磁鐵(4)通過左圓柱銷(3)連接，左圓錐磁鐵(4)右端面與左軸(5)連接，左軸(5)的右端面與中間左永磁鐵(8)連接，中間左永磁鐵(8 )和中間右永磁鐵(11)之間設(shè)置小隔磁環(huán)(9 )，中間右永磁鐵(11)右端與右軸(13)相連，右軸(13)右端面與右圓錐磁鐵(15)相連，右圓錐磁鐵(15)與右圓柱磁鐵(17)通過右圓柱銷(16)連接，右圓柱磁鐵(17)右端面與右支架(18)相連;左線圈(7)和右線圈(12)中間設(shè)置大隔磁環(huán)(10)，左線圈(7)、右線圈(12)和大隔磁環(huán)(10)被中間左支架(6)和中間右支架(14)壓緊固定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)，其特征在于:所述左圓柱磁鐵(2)和左圓錐磁鐵(4)產(chǎn)生斥力；左線圈(7)通電后與中間左永磁鐵(8)產(chǎn)生斥力；右線圈(12)通電后和中間右永磁鐵(11)產(chǎn)生斥力；右圓柱磁鐵(17)和右圓錐磁鐵(15)之間產(chǎn)生斥力。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)，其特征在于:所述左圓柱銷(3)和左圓錐磁鐵(4)之間固定連接，左圓柱銷(3)和左圓柱磁鐵(2)之間能夠產(chǎn)生相對位置的自由變化;右圓柱銷(16)和右圓錐磁鐵(15)之間固定連接，右圓柱銷(16)和右圓柱磁鐵(17)之間能夠產(chǎn)生相對位置的自由變化。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)，其特征在于:所述左線圈(7)、大隔磁環(huán)(10)、右線圈(12)被中間左支架(6)和中間右支架(14)壓緊，固定于支中間右架(14)的圓柱表面外側(cè)；中間左永磁鐵(8)、小隔磁環(huán)(9)中間右永磁鐵(11)在中間右支架(12)和中間左支架(6)的圓柱空腔內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)，其特征在于:所述左圓柱磁鐵(2)相對于左圓錐磁鐵(4)的一側(cè)為圓錐形的內(nèi)凹面;右圓柱磁鐵(17)相對于右圓錐磁鐵(15)的一側(cè)為圓錐形的內(nèi)凹面。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)，其特征在于:所述左軸(8 )和右軸(13 )之間用雙頭螺柱進(jìn)行連接，并把中間左永磁鐵(8 )、小隔磁環(huán)(9 )和中間右永磁鐵(11)固定于左軸(8)和右軸(13)相對的兩個端面之間；左圓錐磁鐵(4)和左軸(5)之間為螺紋連接;右圓錐磁鐵(13 )和右軸(15 )之間為螺紋連接;左圓柱磁鐵(2 )與左支架(I)之間為螺釘連接，右圓柱磁鐵(17)與右支架(18)之間為螺釘連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸向磁力耦合的可調(diào)剛度機構(gòu)，其特征在于:所述左支架(I)、右支架(18)、中間左支架(6)、中間右支架(14)，左軸(5)、右軸(13)、左圓柱銷(3)、右圓柱銷(16)的材料為招合金；左圓柱磁鐵(2)、右圓柱磁鐵(17)、左圓維磁鐵(4)、右圓維磁鐵(15 )、中間左永磁鐵(8 )、中間右永磁鐵(11)的材料為永磁鐵;小隔磁環(huán)(9 )、大隔磁環(huán)(1 )由雙面高導(dǎo)磁材料構(gòu)成。
【文檔編號】F16F15/03GK105840727SQ201610277270
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月1日
【發(fā)明人】蒲華燕, 孟凱, 賈文川, 羅均, 謝少榮
【申請人】上海大學(xué)