[发明专利]一种磁负刚度机构

说明书

技术领域

本发明属于超精密减振领域，具体涉及一种磁负刚度机构。本发明所涉及的磁负刚度机构结构紧凑，具有负的刚度特性，与正刚度弹簧并联组成超精密减振器可实现超低频减振。该正负刚度并联减振器不仅对高频振动干扰具有良好的隔振效果，还能有效地隔离超低频振动，适用于对低频振动敏感的超精密加工与测量设备。

背景技术

当前，在高端IC芯片制造领域与超精密检测领域，对环境微振动隔离的要求越来越严格。而一般的超精密减振器，由于其体型的限制，往往很难隔离超低频的振动，因此迫切需要一些新技术、新方法来改善这一现状。气浮轴承减振、磁浮减振、负刚度技术等一些手段可极大地提高这类精密减振器的超低频减振能力。

气浮轴承减振技术能使得减振器具有极低的固有频率，但是气浮元件的加工精度要求非常高，对安装的要求也非常严格，提高了成本，制约了气浮轴承减振在超精密减振中的广泛应用。磁浮减振是一种新型的减振技术，目前还未大规模应用，主要是由于磁浮控制技术难，承载力小，难以小型化。负刚度技术是一种利用某一类机构在特殊配置下来实现负的刚度特性，包括机械式负刚度和磁负刚度。负刚度机构由于其不稳定性，不能单独使用，须与正刚度弹簧并联用于超精密减振领域。负刚度弹簧与正刚度弹簧并联组成的减振器，能保证减振器具有大的承载力的同时，有效地隔离超低频振动。

世界知识产权组织出版的专利文献WO95/20113提供的超低频减振器包含机械式负刚度机构，该负刚度机构是利用压杆原理形成的一种机构，其预紧力可通过螺钉调节。

永磁体在超精密减振领域具有广泛的应用前景，通过对永磁体进行特殊的配置，可实现磁负刚度。美国专利文献US7290642B2提供了一种负刚度磁弹簧，该磁弹簧利用磁铁磁极同向布置产生的吸引作用形成负刚度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁负刚度机构，该磁负刚度机构结构紧凑，具有负的刚度特性，该磁负刚度机构可用于超精密减振领域，与正刚度弹簧并联组成正负刚度并联超精密减振器，可极大地降低超精密减振器的固有频率，使得超精密减振器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。

本发明提供的一种磁负刚度机构，其特征在于，它利用磁铁磁极反向布置产生的排斥力作用而形成负的刚度特性。

作为上述技术方案的改进，磁负刚度机构具体包括机架、负刚度调整部件、柔性导向部件和运动部件；机架为整个负刚度机构的安装框架，用于安装负刚度调整部件、柔性导向部件和运动部件；负刚度调整部件用于调节磁负刚度机构的刚度大小，柔性导向部件用于提供运动部件的导向，运动部件用于与外部负载平台的连接。

本发明提供的磁负刚度机构应用于超精密减振领域，克服了一般减振器无法实现或难以实现超低频减振的缺点，适用于对低频振动敏感的超精密加工与测量设备。具体而言，本发明具有如下技术特点：

(1)利用磁铁反向布置的排斥作用，构成特殊的结构形式实现磁负刚度特性；

(2)磁负刚度机构刚度大小可调，通过调整外部磁铁间距可实现磁负刚度机构刚度大小的调整；

(3)采用柔性铰链导向机构实现中间磁铁的导向，约束其在其他方向上的运动，使得其自由度数为1；

(4)磁负刚度机构与正刚度弹簧并联组成的减振器可实现超低频减振，正负刚度并联减振器不仅对高频振动干扰具有良好的抑制效果，还能有效隔离超低频振动；

附图说明

图1为本发明中两相互作用磁铁在所示方向的作用力图；

图2为图1中两相互作用磁铁的力-位移曲线；

图3为本发明所提供磁负刚度机构的原理图；

图4为图3中磁负刚度机构的刚度曲线；

图5为本发明磁负刚度机构磁极部分的三维示意图；

图6为本发明所提供磁负刚度机构的剖视图；

图7为本发明所提供磁负刚度机构的三维结构图；

图8为本发明所提供磁负刚度机构的三维结构图；

图9为本发明所提供磁负刚度机构(移除部分组件)的三维结构图；

图10为本发明磁负刚度机构与正刚度弹簧并联的原理图。

具体实施方式

本发明所提供磁负刚度机构的磁极部分采用多组磁铁并行布置，两组相邻磁铁磁化方向相反，这样一种磁路的布置通过磁轭约束磁力线，减小漏磁，可提高磁负刚度机构的刚度。