CN105927694A - 一种基于变电流磁场的可调负刚度机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于变电流磁场的可调负刚度机构，包括永磁铁、直流通电线圈及其支撑装置的系统，具有负刚度的可调、可控功能。电磁线圈和永磁铁组成两组磁力方向相反的机构，通过改变电流的大小，调节机构所受磁力的大小，从而改变系统负刚度的大小。本发明通过改变上线圈和下线圈中电流的强弱实现系统负刚度的变化，可移植性好，可以与不同正刚度结构并联降低整个系统的刚度，可应用于需要精密隔振要求的系统和设备中。

Description

一种基于变电流磁场的可调负刚度机构
技术领域
本发明涉及一种基于变电流磁场的可调负刚度机构，特别是一种利用调节电流而改变系统负刚度大小的机构，属于振动隔离领域。
背景技术
在现代工程技术中，振动的隔离已成为人们日益关心的问题之一，微纳操作技术，光刻技术，芯片生产等领域，对振动的隔离要求越来越高。
为了减小设备受到冲击时的最大振幅，需要隔振系统有更大的静态刚度；而为了增大隔振域，降低系统的自然频率，又对系统提出了低动态刚度的要求。
增大系统的质量可以提高系统的静态刚度，但是，自然频率随着系统的质量的增加而增加，动态刚度恶化。为了获得较小的自然频率，降低系统的动态刚度，对系统提出了小质量的要求。对于一般的线性系统，这两个期望的性能是相互冲突的。
通过正刚度机构与负刚度机构的并联，可以较好的解决这个冲突。越来越多的科研人员投入到了负刚度的研究中，并且产生了大量的研究成果。但是，一旦机构的形式和结构确定之后，机构的刚度是个定值，并不会随着振动的变化而变化，从而，只能在特定的频域内有较好的隔振效果。设计一个刚度可调的负刚度机构对于解决这个问题十分必要。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种基于变电流磁场的可调负刚度机构，具有负刚度可调、可控的特性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种基于变电流磁场的可调负刚度机构，包括永磁铁、直流通电线圈及其支撑装置的系统，上支撑端下端面与上橡胶盖板上端面相连，上橡胶盖板下端面外侧与线圈支架上端面相连；上橡胶盖板下端面内侧与上定位环上端面相连，上定位环下端面与上永磁铁上端面相连，上永磁铁下端面与下永磁铁之间设置永磁铁隔磁环，下永磁铁下端面与下定位环上端面相连，下定位环的下端面与下橡胶盖板上端面内侧相连，下橡胶盖板的上端面外侧与线圈支架的下端面内侧相连，下橡胶盖板的下端面内侧与下支撑端的上端面相连。连接螺栓和连接螺母通过上支撑端、上橡胶盖板、上定位环、上永磁铁、永磁铁隔磁环、下永磁铁、下定位环、下橡胶盖板和下支撑端中间的孔，把它们压紧固定。上线圈和下线圈中间设置电磁铁隔磁环。上线圈、电磁铁隔磁环和下线圈固定于线圈支架的环形凹槽内。
所述的上线圈通电后，与上永磁铁产生斥力；下线圈通电后，与下永磁铁产生斥力。
所述的上定位环和下定位环可以在线圈支架内壁上下自由移动；上永磁铁、永磁铁隔磁环和下永磁铁不与线圈支架内壁接触。
所述的上橡胶盖板与线圈支架通过4个螺钉、固定连接；下橡胶盖板和线圈支架通过4个螺钉固定连接。
所述的上支撑端上端面的4个螺纹孔用于连接振动被隔离对象；下支撑端的下端面的4个螺纹孔用于并联正刚度机构；线圈支架外侧个通孔用于负刚度机构的固定安装。
所述的上橡胶盖板和下橡胶盖板采用小刚度橡胶材料；上支撑端、线圈支架、上定位环、下定位环和下支撑端采用非导磁材料；永磁铁隔磁环和电磁铁隔磁环采用高导磁材料；上永磁铁和下永磁铁采用永磁材料；连接螺栓和连接螺母采用非导磁材料。
本发明采用以上技术方案，其具有以下优点：
1.通过改变上线圈和下线圈中电流的强弱实现系统负刚度的变化。2.可移植性好，可以与不同正刚度结构并联降低整个系统的刚度；3本发明结构紧凑，经过结构的变形和改造，可以广泛的应用于微纳操作、精密仪器、激光雕刻等需要隔离振动领域。
附图说明
图1是本发明的主视图。
图2是本发明的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1和图2所示，一种基于变电流磁场的可调负刚度机构，包括永磁铁、直流通电线圈及其支撑装置的系统，上支撑端13下端面与上橡胶盖板12上端面相连，上橡胶盖板12下端面外侧与线圈支架5上端面相连；上橡胶盖板12下端面内侧与上定位环11上端面相连，上定位环11下端面与上永磁铁9上端面相连，上永磁铁9下端面与下永磁铁6之间设置永磁铁隔磁环15，下永磁铁6下端面与下定位环4上端面相连，下定位环4的下端面与下橡胶盖板3上端面内侧相连，下橡胶盖板3的上端面外侧与线圈支架5的下端面内侧相连，下橡胶盖板3的下端面内侧与下支撑端2的上端面相连。连接螺栓1和连接螺母14通过上支撑端13、上橡胶盖板12、上定位环11、上永磁铁9、永磁铁隔磁环15、下永磁铁6、下定位环4、下橡胶盖板3和下支撑端2中间的孔，把它们压紧固定。上线圈10和下线圈7中间设置电磁铁隔磁环8。上线圈10、电磁铁隔磁环8和下线圈7固定于线圈支架5的环形凹槽内。
所述的上线圈10通电后，与上永磁铁9产生斥力；下线圈7通电后，与下永磁铁6产生斥力。
所述的上定位环11和下定位环4可以在线圈支架5内壁上下自由移动；上永磁铁9、永磁铁隔磁环15和下永磁铁6不与线圈支架5内壁接触。
所述的上橡胶盖板12与线圈支架5通过4个螺钉1612、固定连接；下橡胶盖板3和线圈支架5通过4个螺钉1611固定连接。
所述的上支撑端13上端面的4个螺纹孔用于连接振动被隔离对象；下支撑端2的下端面的4个螺纹孔用于并联正刚度机构；线圈支架5外侧4个通孔用于负刚度机构的固定安装。
所述的上橡胶盖板12和下橡胶盖板3采用小刚度橡胶材料；上支撑端13、线圈支架5、上定位环11、下定位环4和下支撑端2采用非导磁材料；永磁铁隔磁环15和电磁铁隔磁环8采用高导磁材料；上永磁铁9和下永磁铁6采用永磁材料；连接螺栓1和连接螺母14采用非导磁材料。
当线圈支架5与地基固定连接，上支撑端13受到振动向上发生位移时，上永磁铁9和下永磁铁6受到的磁力合力方向向上，位移与受力方向一致，产生负刚度；当上支撑端13振动向下发生位移时，上永磁铁9和下永磁铁6受到的磁力合力方向向下，位移与受力方向一致，产生负刚度。负刚度的大小由上线圈10和下线圈7中的直流电的大小确定，通过改变上线圈10和下线圈7的电流，可以实现系统负刚度的可控、可调。
上述各实施例是本发明的优选实施方式，在本技术领域内，凡是基于本发明技术方案的变化和改进，亦属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于变电流磁场的可调负刚度机构，包括永磁铁、直流通电线圈及其支撑装置的系统，其特征在于：上支撑端（13）下端面与上橡胶盖板（12）上端面相连，上橡胶盖板（12）下端面外侧与线圈支架（5）上端面相连；上橡胶盖板（12）下端面内侧与上定位环（11）上端面相连，上定位环（11）下端面与上永磁铁（9）上端面相连，上永磁铁（9）下端面与下永磁铁（6）之间设置永磁铁隔磁环（15），下永磁铁（6）下端面与下定位环（4）上端面相连，下定位环（4）的下端面与下橡胶盖板（3）上端面内侧相连，下橡胶盖板（3）的上端面外侧与线圈支架（5）的下端面内侧相连，下橡胶盖板（3）的下端面内侧与下支撑端（2）的上端面相连；连接螺栓（1）和连接螺母（14）通过上支撑端（13）、上橡胶盖板（12）、上定位环（11）、上永磁铁（9）、永磁铁隔磁环（15）、下永磁铁（6）、下定位环（4）、下橡胶盖板（3）和下支撑端（2）中间的孔，把它们压紧固定；上线圈（10）和下线圈（7）中间设置电磁铁隔磁环（8），上线圈（10）、电磁铁隔磁环（8）和下线圈（7）固定于线圈支架（5）的环形凹槽内。
2.根据权利要求1所述的一种基于变电流磁场的可调负刚度机构，其特征在于：所述的上线圈（10）通电后，与上永磁铁（9）产生斥力；下线圈（7）通电后，与下永磁铁（6）产生斥力。
3.根据权利要求1所述的一种基于变电流磁场的可调负刚度机构，其特征在于：所述的上定位环（11）和下定位环（4）能够在线圈支架（5）内壁上下自由移动；上永磁铁（9）、永磁铁隔磁环（15）和下永磁铁（6）不与线圈支架（5）内壁接触。
4.根据权利要求1所述的一种基于变电流磁场的可调负刚度机构，其特征在于：所述的上橡胶盖板（12）与线圈支架（5）通过四个螺钉（1612）固定连接；下橡胶盖板（3）和线圈支架（5）通过四个螺钉（1611）固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于变电流磁场的可调负刚度机构，其特征在于：所述的上支撑端（13）上端面的四个螺纹孔用于连接振动被隔离对象；下支撑端（2）的下端面的四个螺纹孔用于并联正刚度机构；线圈支架（5）外侧四个通孔用于负刚度机构的固定安装。
6.根据权利要求1所述的一种基于变电流磁场的可调负刚度机构，其特征在于：所述的上橡胶盖板（12）和下橡胶盖板（3）采用小刚度橡胶材料；上支撑端（13）、线圈支架（5）、上定位环（11）、下定位环（4）和下支撑端（2）采用非导磁材料；永磁铁隔磁环（15）和电磁铁隔磁环（8）采用高导磁材料；上永磁铁（9）和下永磁铁（6）采用永磁材料；连接螺栓（1）和连接螺母（14）采用非导磁材料。
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