1.一种基于Halbach永磁阵列的磁悬浮作动器,其特征是,所述磁悬浮作动器包括固定部和悬浮部,所述悬浮部包括磁体基座和设置在磁体基座两边的第一Halbach永磁阵列体和第二Halbach永磁阵列体;所述固定部包括线圈基座和设置在线圈基座上的线圈体,所述线圈体位于第一Halbach永磁阵列体和第二Halbach永磁阵列体之间形成的磁场中,当固定部受扰动使线圈体运动切割磁感线,产生主动控制力,实现隔振。
2.根据权利要求1所述的基于Halbach永磁阵列的磁悬浮作动器,其特征是,所述第一Halbach永磁阵列体包括U型的第一连接板、第一磁轭和第一Halbach永磁阵列,所述第一连接板的顶端与磁体基座固定连接,所述第一磁轭和第一Halbach永磁阵列嵌入在所述第一连接板内;所述第二Halbach永磁阵列体包括U型的第二连接板、第二磁轭和第二Halbach永磁阵列,所述第二连接板的顶端与磁体基座固定连接,所述第二磁轭和第二Halbach永磁阵列嵌入在所述第二连接板内。
3.根据权利要求2所述的基于Halbach永磁阵列的磁悬浮作动器,其特征是,所述第一Halbach永磁阵列和第二Halbach永磁阵列分别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体;所述第一Halbach永磁阵列、第一磁轭、第二Halbach永磁阵列和第二磁轭形成磁回路。
4.根据权利要求1所述的基于Halbach永磁阵列的磁悬浮作动器,其特征是,所述线圈体由矩形空心线圈、线圈外壳和线圈内壳组成,线圈缠绕在线圈内壳的矩形框上,再由线圈外壳和线圈内壳通过螺钉连接固定。
5.如权利要求1-4中任一项所述的基于Halbach永磁阵列的磁悬浮作动器的设计方法,其特征是,包括以下步骤:步骤1:采用多块磁化方向不同的永磁体依次排列组成Halbach永磁阵列;
步骤2:利用两组Halbach永磁阵列,合理排列永磁体的磁化方向,形成一个磁回路;
步骤3:分析磁回路的磁场分布,根据磁回路的磁场分布和气隙长度,计算气隙中的磁感应强度的大小;
步骤4:分析每块永磁体的尺寸对气隙中磁感应强度大小的影响,确定永磁体和Halbach永磁阵列的尺寸;
步骤5:分析气隙长度对磁感应强度大小的影响;
步骤6:分析Halbach作动器的线性度;
步骤7:基于Halbach永磁阵列与线圈之间的相对位置关系,计算线圈的匝数、层数、圈数、质量、体积等参数;
步骤8:根据Halbach永磁阵列的尺寸,设计连接永磁体阵列的连接板和磁轭,根据线圈的参数,制作线圈的内壳和外壳,最后组装形成磁悬浮作动器;
步骤9:测试磁悬浮作动器的力-电流之间的关系,验证其线性度。
6.根据权利要求5所述的基于Halbach永磁阵列的磁悬浮作动器的制作方法,其特征是,所述Halbach永磁阵列由四块永磁体组成,两组Halbach永磁阵列中永磁体的磁化方向为:永磁体Ⅰ和永磁体Ⅴ的磁化方向沿着+x方向,永磁体Ⅱ和永磁体Ⅲ的磁化方向沿着+z方向,永磁体Ⅳ和永磁体Ⅷ的磁化方向沿着-x方向,永磁体Ⅵ和永磁体Ⅶ的磁化方向沿着-z方向。
7.一种基于Halbach永磁阵列的高线性磁悬浮隔振装置,其特征是,包括定子、浮子和若干个设置在定子与浮子之间的如权利要求1-4中任一项所述的磁悬浮作动器;每个磁悬浮作动器的固定部与定子连接,每个磁悬浮作动器的悬浮部与浮子连接,定子位于扰动源中,有效载荷安装在浮子上;通过磁悬浮作动器产生主动控制力抵消从定子传递到浮子上的扰动,实现隔振。
8.根据权利要求7所述的基于Halbach永磁阵列的高线性磁悬浮隔振装置,其特征是,在浮子上安装有第一加速度传感器、第一陀螺仪和位置传感器;在定子上安装有激光源、第二加速度传感器、第二陀螺仪、信号采集模块、控制器、运动控制卡和电源;
其中,所述第一加速度传感器和第二加速度传感器,分别用于测量浮子和定子的绝对加速度,并通过信号采集模块输入到控制器中;所述第一陀螺仪和第二陀螺仪,分别用于测量浮子和定子的姿态信息,并通过信号采集模块输入到控制器中;所述位置传感器和激光源相对设置,通过激光源发射激光至位置传感器的光敏面来测量浮子与定子之间的相对位置,并通过信号采集模块输入到控制器中;所述控制器接收测量到的浮子和定子加速度信息、姿态信息和浮子与定子之间的相对位置信息,通过运动控制卡控制磁悬浮作动器。
9.根据权利要求7所述的基于Halbach永磁阵列的高线性磁悬浮隔振装置,其特征是,所述磁悬浮隔振装置采用磁悬浮作动器为如下任一种结构:所述磁悬浮作动器为一个,用于保证磁悬浮隔振装置仅沿轴向运动,形成单自动度隔振系统;
所述磁悬浮作动器为多个,多个磁悬浮作动器采用分布式布局,组成六自由度磁悬浮隔振装置。
10.采用权利要求7所述的基于Halbach永磁阵列的高线性磁悬浮隔振装置的隔振方法,其特征是,包括以下步骤:(1)将磁悬浮隔振装置的定子位于扰动源中,当定子受到扰动后,采用第一加速度传感器采集浮子的加速度信息,采用第一陀螺仪采集浮子的姿态信息,采用第二加速度传感器采集定子的加速度信息,采用第二陀螺仪采集定子的姿态信息,采用位置传感器采集浮子与定子之间的相对位置信息,并将采集到的信息传输至控制器;
(2)控制器对接收到的浮子和定子的加速度信息、相对位置信息以及姿态信息进行滤波处理,采用双闭环控制和滑模控制算法,得到相应的控制量;
(3)将控制量分配给每个磁悬浮作动器,通过多个磁悬浮作动器共同作用在浮子上,从而实现隔振。