[發明專利]一種包含組合型磁負剛度機構的近零剛度隔振系統

在審

• 申請號: 202110990144.6
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113700788A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 姜偉;吳九林;陳學東;周一帆;吳明凱
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F16F6/00
• 分類號: F16F6/00;F16F15/03;F16F15/04;F16M5/00
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 王世芳;梁鵬

本發明公開一種包含組合型磁負剛度機構的近零剛度隔振系統，涉及隔振領域，其包括底座、負載平臺、正剛度單元和組合型磁負剛度單元，正剛度單元和組合型磁負剛度單元位于底座和負載平臺之間，正剛度單元和組合型磁負剛度單元并聯，正剛度單元包括正剛度特性的彈性元件，彈性元件設置在底座和負載平臺之間，組合型磁負剛度單元包括至少一個斥力型磁負剛度機構和至少一個吸力型磁負剛度機構，斥力型磁負剛度機構和吸力型磁負剛度機構并聯。本發明為組合型的結構設計，可方便調節和匹配斥力型與吸力型磁負剛度機構的參數，能大幅提升隔振系統有效工作范圍和剛度線性度，在寬的工作區域內實現綜合剛度近零且工作穩定的隔振效果。

技術領域

本發明涉及隔振領域，具體涉及一種包含組合型磁負剛度機構的近零剛度隔振系統。

背景技術

振動問題普遍地存在于工業生產和工程的各個領域，隨著各種機械設備向著高速、高精、高穩定性發展，它們對振動的要求越來越嚴格。需要利用隔振器隔離設備振動激勵向其安裝基礎的傳遞，或者隔離安裝基礎的振動向設備的傳遞。

低隔振剛度和高承載能力是隔振器設計不斷追求的目標，在常規線性剛度隔振系統中，二者通常相互矛盾，而采用正剛度和負剛度并聯的方式是解決該矛盾的有效途徑。磁體結構具有“同性相斥-異性相吸”的特性：同性磁體對在最大斥力方向的法向上具有負剛度特性，且負剛度幅值隨磁體對的相對位移增大而減小；異性磁體對在最大吸力方向也具有負剛度特性，且負剛度幅值隨磁體對的相對位移增大而增大。上述斥力型磁負剛度機構和吸力型磁負剛度機構均可用來與具有正剛度特性的彈性元件并聯，形成“高靜態剛度-低動態剛度”特性，以在保證承載能力的前提下實現較低的綜合隔振剛度，解決隔振和承載的矛盾。

但是，上述兩種磁負剛度機構的負剛度非線性特征明顯，隔振器綜合剛度難以在相對較寬的工作行程內近零且保持穩定，即隔振器綜合剛度難以近零且穩定區域狹小；此外，由于這類機構狹小的負剛度穩定域，其裝調往往特別困難，導致隔振系統實際工作區域往往會偏離所設計的低剛度區域，進一步造成實際隔振性能劣化。

因此，迫切需要發明線性度高、穩定域寬的負剛度機構，以與正剛度機構并聯形成高穩定性的近零剛度隔振系統。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于，提供一種包含組合型磁負剛度機構的近零剛度隔振系統，將斥力型磁負剛度機構和吸力型磁負剛度機構并聯構成組合型磁負剛度機構，組合型的結構設計，可方便調節和匹配斥力型與吸力型磁負剛度機構的參數，能大幅提升隔振系統有效工作范圍和剛度線性度，在寬的工作區域內實現綜合剛度近零且工作穩定的隔振效果。

為實現上述目的，本發明提供了一種包含組合型磁負剛度機構的近零剛度隔振系統，其包括底座、負載平臺、正剛度單元和組合型磁負剛度單元，其中，正剛度單元和組合型磁負剛度單元位于底座和負載平臺之間，正剛度單元和組合型磁負剛度單元并聯，正剛度單元包括正剛度特性的彈性元件，彈性元件設置在底座和負載平臺之間，用于提供平衡所述負載重力所需的支撐力，并提供基本的隔振功能，組合型磁負剛度單元包括至少一個斥力型磁負剛度機構和至少一個吸力型磁負剛度機構，斥力型磁負剛度機構和吸力型磁負剛度機構并聯。

優選的，所述的斥力型磁負剛度機構包括至少一個定子磁體和至少一個動子磁體，定子磁體與動子磁體沿勵磁方向配置成一行多列的形式，且其勵磁方向配置為與隔振方向垂直，在同一行中的定子磁體與動子磁體交錯排列，所有定子磁體的勵磁方向相同，所有動子磁體的勵磁方向相同，相鄰的定子磁體與動子磁體的勵磁方向相反，使得定子磁體與動子磁體在與勵磁方向相垂直的法向上具有斥力型磁負剛度特性，該方向作為起負剛度作用的隔振方向。

優選地，在同一行內定子磁體的數量與動子磁體的數量相差一個，以使得相鄰的定子磁體與動子磁體在勵磁方向的間距相等時，定子磁體與動子磁體在勵磁方向的作用力基本為零，利于隔振系統的平衡和穩定。