CN111828525A - 一种负刚度可调的新型电磁式隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负刚度可调的新型电磁式隔振器，包括定子壳体(5)、动子(8)，装配于动子(8)下方对动子(8)起到正刚度作用的正刚度部件，还包括装配于动子(8)外侧壁、沿动子(8)纵向轴线布置于第1层的永磁体(9)和布置于第2层的永磁体(9)，第1层的永磁体(9)与第2层的永磁体(9)的永磁场极性端面面向为径向方向、第1层的永磁体(9)与第2层的永磁体(9)的极性相反；还包括装配于定子壳体(5)内侧壁的线圈组件，线圈组件包括绕制轴线为纵向轴线的线圈(3)、设置在线圈的上圈口、下圈口处的线圈轭铁(10)。该隔振器基于永磁体和电磁体间的电磁作用力而构建。

Description

一种负刚度可调的新型电磁式隔振器

技术领域

本发明涉及隔振器设计领域，一种负刚度可调的新型电磁式隔振器。

背景技术

准零刚度隔振技术可以在保证较高静态刚度的前提下提供一个较低的动刚度，从而既保证了系统的静态支撑稳定性又实现了较低的一阶固有频率，系统低频隔振效果较好。考虑到准零刚度隔振器的优越性能，近些年其得到了越来越多的研究与探索。传统式准零刚度隔振器多利用弹簧组合结构或者永磁体组合弹簧来实现负刚度效应，然而所实现负刚度的不可调性一定程度上限制了其应用。

为更好地解决变工况振动问题，研究人员提出了多种可调负刚度实现方式，其中以电磁技术的应用最为典型。授权公告号为CN 105485230 B的发明提出了一种采用非对称磁齿结构实现准零刚度特性的电磁式半主动隔振器，其正刚度由数组螺旋弹簧提供，负刚度通过非对称错位磁齿结构来实现，负刚度大小可通过改变电流进行调节，理论分析与试验测试均肯定了其在解决变工况振动问题时的优异性能。

然而该种负刚度的核心实现技术在于利用磁齿间的电磁吸引力构建内部动子与外部定子间的轴向不稳定作用力，在实际应用时被动式支撑机构很难设计于隔振器内部，因此若想利用该种负刚度技术解决工程实际振动问题，必须放弃现有正刚度支撑设计，并结合负刚度机构设计新的正刚度系统。由于需要设计新的正刚度系统，该种负刚度实现方式不但增加了设计工作量，而且使得系统的可靠性大幅度降低。鉴于此，研发一种无需更换正刚度系统的负刚度可调的新型隔振器对于治理低频振动问题越来越重要。

发明内容

本发明目的提供一种负刚度可调的新型电磁式隔振器，该隔振器基于永磁体和电磁体间的电磁作用力而构建，其被动式支撑机构(动子)结构简单，无效复杂的磁齿设计，且原有的正刚度支撑结构无需变化，因此可很好的应用于工程实际情况。

本发明通过下述技术方案实现：

第一技术方案:

一种负刚度可调的新型电磁式隔振器，包括定子壳体、设置在定子壳体的内腔中、沿定子壳体的纵向轴线可动的动子，装配于动子下方对动子起到正刚度作用的正刚度部件，

还包括装配于动子外侧壁、沿动子纵向轴线布置于第1层的永磁体和布置于第2层的永磁体，第1层的永磁体与第2层的永磁体的永磁场极性端面面向为径向方向、第1层的永磁体与第2层的永磁体的极性相反；

还包括装配于定子壳体内侧壁的线圈组件，线圈组件包括绕制轴线为纵向轴线的线圈、设置在线圈的上圈口、下圈口处的线圈轭铁。

本发明的目的在于面向工程实际应用，提供一种无需更换现有正刚度系统的负刚度可调的新型电磁式隔振器，解决现有可调负刚度技术用于低频振动控制时必须重新设计相应正刚度系统的弊端，其核心技术在于利用径向布置的电磁铁与永磁体阵列之间的电磁作用力提供负刚度力，所实现的电磁负刚度大小可通过改变电流大小进行在线调整。需要说明的是，本发明所设计磁路的电磁作用力较为复杂，并非单纯电磁斥力或电磁吸力，为便于介绍本发明原理，在不影响描述科学性的前提下，本发明统一采用电磁斥力原理进行介绍。对于电磁负刚度领域相关研究人员，可采用有限元计算软件对本发明磁路作更深一步的原理验证与应用探究。

本发明的设计原理在于：其主要包括定子组件与动子组件、正刚度部件三部分，定子组件主要由上述线圈、线圈轭铁、定子壳体组成，在实现实际产品过程时还可以设置直线轴承、定子端盖、线圈架、和定子底座等部件；动子组件包括动子、永磁体等部件；正刚度部件可以是橡胶元件或螺旋弹簧元件或其组合，其可依据实际需求替换为其它类型的正刚度支撑元件，在更换其它正刚度支撑元件时属于本发明的等同替换设计，应归属本发明的保护范围，定子组件与动子组件构成电磁负刚度系统。

具体产品实现时，可以是：定子端盖、定子壳体、线圈架和定子底座固连，定子端盖与动子之间设计有直线轴承。线圈架紧贴定子壳体布置，上下两端设计有线圈轭铁，线圈安装于线圈架和线圈轭铁之间。永磁体阵列分上下两层安装于动子之上形成上述第1层的永磁体和第二层的永磁体，线圈轭铁之间留有磁场气隙，橡胶元件上下端通过紧固螺栓分别与动子和定子底座相固定。

在使用时，通过线圈具有使得上圈口处的线圈轭铁的磁性与第1层的永磁体相邻永磁场极性端面的磁性相斥和具有使得下圈口处的线圈轭铁的磁性与第2层的永磁体相邻永磁场极性端面的磁性相斥的通电方向。此时，线圈轭铁与相邻的永磁体的极性相反，从而产生排斥力，利用这种排斥力构建负刚度。比如，通电方向使得上圈口的线圈轭铁的端面呈N极、下圈口处的线圈轭铁呈S，则此时，需要使得第1层的永磁体(上层)的外侧呈N极内侧呈S极，由于第1层的永磁体(上层)的外侧呈N极与上圈口的线圈轭铁的端面呈N极相邻，因此，他们表现为互斥力；同样的，此时，需要使得第2层的永磁体(下层)的外侧呈S极内侧呈N极，由于第2层的永磁体(下层)的外侧呈S极与下圈口的线圈轭铁的端面呈S极相邻，因此，他们表现为互斥力。该系统只需要对动子加装永磁体即可，无效对动子的进行大的结构改性，特别是无需动子设计出复杂的磁齿结构。可极大的扩充了工程应用范围。

相比于传统被动式负刚度系统，本发明通过永磁体阵列与电磁铁径向布置的方式实现了电磁负刚度，其大小可通过改变电流进行调节。

相比于传统电磁隔振器等负刚度可调的隔振器，本发明所设计的电磁负刚度机构在具体应用时只需将现有正刚度支撑单元固定其中，无需更改现有正刚度支撑设计方案，设计周期极大地缩短，系统可靠性、可应用性更好。

同时，本发明采用了在纵向轴线绕制构造线圈，采用上圈口和下圈口布局线圈轭铁构造，使得线圈轭铁可以横向导磁，将原本纵向方向的电磁场方向改为横向设计，同时匹配对应的永磁体，该构造可以使得整个系统结构构建斥力形成负刚度，因此在横向方向的尺寸可以小型化。

虽然在前一技术方案中，为了构建斥力关系，其上、下圈口处的线圈轭铁的外端面会形成极性，其在负刚度和正刚度平衡时，线圈轭铁会正对其对应的永磁体，因此其负刚度的有效行程范围与线圈轭铁或永磁体的极性端面尺寸是相关的，而为了尺寸小型化、以及为了寻求较好的斥力关系和好的负刚度有效行程范围，优选的，进一步的技术方案是：上圈口的线圈轭铁面向动子的一端向下弯折延展形成有上轭铁舌，下圈口的线圈轭铁面向动子的一端向上弯折延展形成有下轭铁舌，上轭铁舌的下端面、下轭铁舌的上端面作为电磁场极性端面，上轭铁舌的下端面、下轭铁舌的上端面之间的电磁场方向沿纵向方向产生，上轭铁舌的下端面、下轭铁舌的上端面之间的磁场空气间隙在纵向轴线的投影落入第1层的永磁体与第2层的永磁体之间的间隙在纵向轴线的投影。该设计的进一步方案，对于线圈轭铁进行了弯折(弯折角度一般小于等于90度、大于0度)形成了上轭铁舌、下轭铁舌。前一技术方案的磁场极性面是线圈轭铁面向动子的一端面，该磁场极性面与纵向轴线是呈平行关系的，而此时永磁体的极性面也是与纵向轴线是呈平行关系的。而弯折后形成了上轭铁舌、下轭铁舌使得磁场极性面变为上轭铁舌、下轭铁舌的端面，这导致磁场极性面随上轭铁舌、下轭铁舌的弯折角度变化，若上轭铁舌、下轭铁舌的弯折角度是锐角(大于0度、小于90度)，则此时的磁场极性面(电磁场极性面)是与永磁体的极性面呈斜交叉的状态。在90度时，磁场极性面(电磁场极性面)是与永磁体的极性面呈斜垂直的状态，在此时负刚度的操作性最佳，但排斥力相比平行关系时有所减弱。上述或后续的极性面的描述是指发出磁力线或接受磁力线的面。

也就是说，本发明在上述排斥力的构型下，可以采用电磁场的极性面与永磁体的极性面互相平行的设计方式，此时不需设置上轭铁舌、下轭铁舌；也可以采用电磁场的极性面与永磁体的极性面互相斜交叉的设计方式，此时借助线圈轭铁的导磁作用、上轭铁舌、下轭铁舌的导磁作用实现；此时斥力减弱，但负刚度的操作性增强(负刚度有效行程范围)，当上轭铁舌、下轭铁舌的弯折角度达到90度时，负刚度的操作性最佳，但斥力变化最大。

进一步的，为了克服上述斥力减弱的问题，本发明采用的劈尖处理上轭铁舌、下轭铁舌的端面，具体为：上轭铁舌的下端面为向上倾斜的斜面、下轭铁舌的上端面为向下倾斜的斜面，此时，上轭铁舌、下轭铁舌之间的磁场空气间隙相邻于动子的外侧面在纵向轴线的投影尺寸小于远离于于动子的内侧面在纵向轴线的投影尺寸，下轭铁舌、上轭铁舌相邻于动子一侧的外侧面在纵向轴线的投影尺寸大于远离于动子一侧的内侧面在纵向轴线的投影尺寸。因此，经过上述设计，可以看出，上轭铁舌、下轭铁舌的外侧面之间的上下间隙最小，因此，对于上述磁场空气间隙来说，其具有最大间隙和最小间隙的情况，安装磁阻原理，磁力线会集中到外侧，从外侧最小的空气间隙处形成。因此，外侧对外表现出强斥力，因此利用这种磁路设计，使得电磁场能集中，克服上述斥力减弱的问题。

优选的，下轭铁舌、上轭铁舌相邻于动子一侧的外侧面与各自的斜面的夹角的角度为30度-60度。经过仿真计算，上述角度在斥力大小、和可操作性上均为最佳范围，而最佳点值则需根据实际工况下(考虑强度及其它应用需求)的有限元计算结果而定。

优选的，本发明采用圆形结构设计是：具体的，定子壳体为圆柱形结构，定子壳体的内腔壁沿定子壳体周向开设环形内壁槽，所述线圈沿环形内壁槽环形绕制嵌入所述内壁槽内，上圈口、下圈口处的线圈轭铁均为沿环形内壁槽环形设置的环形轭铁。

优选的，本发明采用圆形结构设计是：具体的，动子圆柱形结构，动子外侧壁、沿动子纵向轴线开设有第1层的环形凹槽、第1层的环形凹槽，第1层的永磁体嵌入到第1层的环形凹槽内，第2层的永磁体嵌入到第2层的环形凹槽内。

优选的，本发明采用圆形结构设计是：具体的，线圈具有使得上圈口处的线圈轭铁的磁性与第1层的永磁体相邻永磁场极性端面的磁性相斥和具有使得下圈口处的线圈轭铁的磁性与第2层的永磁体相邻永磁场极性端面的磁性相斥的通电方向。

所优选的，述线圈组件还包括线圈架，线圈架装配于定子壳体的内侧壁，线圈装配于线圈架上。

所优选的，所述正刚度部件为橡胶元件、螺旋弹簧元件中的一种或其组合。

所优选的，所述动子为下端面开口的圆柱体结构，所述正刚度部件装配于动子的下端面开口内。

本发明可以达到以下效果：

1、本发明采用电磁力构建负刚度，相比于传统吸力构建负刚度，本发明所设计的电磁负刚度机构在具体应用时只需将现有正刚度支撑单元固定其中，无需更改现有正刚度支撑设计方案，设计周期极大地缩短，系统可靠性、可应用性更好。

2、本发明所构建的电磁负刚度，对线圈外置，采用线圈轭铁导磁形成横向磁路，因此无需多个线圈横向设置来构建负刚度，可以有效小型化处理该结构。

3、本发明采用上轭铁舌、下轭铁舌构建了纵向的或斜向的、临近于永磁体磁场的电磁场，对负刚度的有效行程起到提升。

4、本发明对上轭铁舌、下轭铁舌进行磁路调整，使得邻近与永磁体磁场的一侧的电磁场强度增强，对电磁作用力得以加强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

附图1为实施例1的结构示意图。

附图2为实施例2的结构示意图。

附图3为实施例3的结构示意图。

附图中的附图标记分别表示为：1-直线轴承；2-定子端盖；3-线圈；4-线圈架；4-线圈架；5-定子壳体；6-定子底座；7-螺栓A；8-动子；9-永磁体；10-线圈轭铁；11-橡胶元件；12-螺栓B；101-上轭铁舌；102-下轭铁舌。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，一种负刚度可调的新型电磁式隔振器，包括定子壳体5、设置在定子壳体5的内腔中、沿定子壳体5的纵向轴线可动的动子8，装配于动子8下方对动子8起到正刚度作用的正刚度部件，

还包括装配于动子8外侧壁、沿动子8纵向轴线布置于第1层的永磁体9和布置于第2层的永磁体9，第1层的永磁体9与第2层的永磁体9的永磁场极性端面面向为径向方向、第1层的永磁体9与第2层的永磁体9的极性相反；

还包括装配于定子壳体5内侧壁的线圈组件，线圈组件包括绕制轴线为纵向轴线的线圈3、设置在线圈的上圈口、下圈口处的线圈轭铁10。

本发明的目的在于面向工程实际应用，提供一种无需更换现有正刚度系统的负刚度可调的新型电磁式隔振器，解决现有可调负刚度技术用于低频振动控制时必须重新设计相应正刚度系统的弊端，其核心技术在于利用径向布置的电磁铁与永磁体阵列之间的电磁作用力提供负刚度力，所实现的电磁负刚度大小可通过改变电流大小进行在线调整。

本发明的设计原理在于：其主要包括定子组件与动子组件、正刚度部件三部分，定子组件主要由上述线圈、线圈轭铁、定子壳体组成，在实现实际产品过程时还可以设置直线轴承、定子端盖、线圈架、和定子底座等部件；动子组件包括动子、永磁体等部件；正刚度部件可以是橡胶元件或螺旋弹簧元件或其组合，其可依据实际需求替换为其它类型的正刚度支撑元件，在更换其它正刚度支撑元件时属于本发明的等同替换设计，应归属本发明的保护范围，定子组件与动子组件构成电磁负刚度系统。

具体产品实现时，可以是：定子端盖、定子壳体、线圈架和定子底座固连，定子端盖与动子之间设计有直线轴承。线圈架紧贴定子壳体布置，上下两端设计有线圈轭铁，线圈安装于线圈架和线圈轭铁之间。永磁体阵列分上下两层安装于动子之上形成上述第1层的永磁体和第二层的永磁体，线圈轭铁之间留有磁场气隙，橡胶元件上下端通过紧固螺栓分别与动子和定子底座相固定。

在使用时，通过线圈3具有使得上圈口处的线圈轭铁10的磁性与第1层的永磁体9相邻永磁场极性端面的磁性相斥和具有使得下圈口处的线圈轭铁10的磁性与第2层的永磁体9相邻永磁场极性端面的磁性相斥的通电方向。此时，线圈轭铁10与相邻的永磁体9的极性相反，从而产生排斥力，利用这种排斥力构建负刚度。比如，通电方向使得上圈口的线圈轭铁10的端面呈N极、下圈口处的线圈轭铁10呈S，则此时，需要使得第1层的永磁体(上层)的外侧呈N极内侧呈S极，由于第1层的永磁体(上层)的外侧呈N极与上圈口的线圈轭铁10的端面呈N极相邻，因此，他们表现为互斥力；同样的，此时，需要使得第2层的永磁体(下层)的外侧呈S极内侧呈N极，由于第2层的永磁体(下层)的外侧呈S极与下圈口的线圈轭铁10的端面呈S极相邻，因此，他们表现为互斥力。该系统只需要对动子加装永磁体即可，无效对动子的进行大的结构改性，特别是无需动子设计出复杂的磁齿结构。可极大的扩充了工程应用范围。

相比于传统被动式负刚度系统，本发明通过永磁体阵列与电磁铁径向布置的方式实现了电磁负刚度，其大小可通过改变电流进行调节。

相比于传统电磁隔振器等负刚度可调的隔振器，本发明所设计的电磁负刚度机构在具体应用时只需将现有正刚度支撑单元固定其中，无需更改现有正刚度支撑设计方案，设计周期极大地缩短，系统可靠性、可应用性更好。

同时，本发明采用了在纵向轴线绕制构造线圈，采用上圈口和下圈口布局线圈轭铁构造，使得线圈轭铁可以横向导磁，将原本纵向方向的电磁场方向改为横向设计，同时匹配对应的永磁体，该构造可以使得整个系统结构构建斥力形成负刚度，因此在横向方向的尺寸可以小型化。

实施例2

虽然在实施例1中，为了构建斥力关系，其上、下圈口处的线圈轭铁的外端面会形成极性，其在负刚度和正刚度平衡时，线圈轭铁会正对其对应的永磁体，因此其负刚度的有效行程范围与线圈轭铁或永磁体的极性端面尺寸是相关的，而为了尺寸小型化、以及为了寻求较好的斥力关系和好的负刚度有效行程范围。本实施例在实施例1的基础上构建，如图2所示，进一步的技术方案是：上圈口的线圈轭铁10面向动子的一端向下弯折延展形成有上轭铁舌101，下圈口的线圈轭铁10面向动子的一端向上弯折延展形成有下轭铁舌102，上轭铁舌的下端面、下轭铁舌的上端面作为电磁场极性端面，上轭铁舌的下端面、下轭铁舌的上端面之间的电磁场方向沿纵向方向产生，上轭铁舌的下端面、下轭铁舌的上端面之间的磁场空气间隙在纵向轴线的投影落入第1层的永磁体9与第2层的永磁体9之间的间隙在纵向轴线的投影。该设计的进一步方案，对于线圈轭铁10进行了弯折(弯折角度一般小于等于90度、大于0度)形成了上轭铁舌、下轭铁舌。前一技术方案的磁场极性面是线圈轭铁10面向动子的一端面，该磁场极性面与纵向轴线是呈平行关系的，而此时永磁体的极性面也是与纵向轴线是呈平行关系的。而弯折后形成了上轭铁舌、下轭铁舌使得磁场极性面变为上轭铁舌、下轭铁舌的端面，这导致磁场极性面随上轭铁舌、下轭铁舌的弯折角度变化，若上轭铁舌、下轭铁舌的弯折角度是锐角(大于0度、小于90度)，则此时的磁场极性面(电磁场极性面)是与永磁体的极性面呈斜交叉的状态。在90度时，磁场极性面(电磁场极性面)是与永磁体的极性面呈斜垂直的状态，在此时负刚度的操作性最佳，但排斥力相比平行关系时有所减弱。上述或后续的极性面的描述是指发出磁力线或接受磁力线的面。

也就是说，本发明在上述排斥力的构型下，可以采用电磁场的极性面与永磁体的极性面互相平行的设计方式，此时不需设置上轭铁舌、下轭铁舌；也可以采用电磁场的极性面与永磁体的极性面互相斜交叉的设计方式，此时借助线圈轭铁的导磁作用、上轭铁舌、下轭铁舌的导磁作用实现；此时斥力减弱，但负刚度的操作性增强(负刚度有效行程范围)，当上轭铁舌、下轭铁舌的弯折角度达到90度时，负刚度的操作性最佳，但斥力变化最大。

实施例3

如图3所示，进一步的，为了克服上述斥力减弱的问题，本发明采用的劈尖处理上轭铁舌101、下轭铁舌102的端面，具体为：上轭铁舌的下端面为向上倾斜的斜面、下轭铁舌的上端面为向下倾斜的斜面，此时，上轭铁舌、下轭铁舌之间的磁场空气间隙相邻于动子的外侧面在纵向轴线的投影尺寸小于远离于于动子的内侧面在纵向轴线的投影尺寸，下轭铁舌、上轭铁舌相邻于动子一侧的外侧面在纵向轴线的投影尺寸大于远离于动子一侧的内侧面在纵向轴线的投影尺寸。因此，经过上述设计，可以看出，上轭铁舌、下轭铁舌的外侧面之间的上下间隙最小，因此，对于上述磁场空气间隙来说，其具有最大间隙和最小间隙的情况，安装磁阻原理，磁力线会集中到外侧，从外侧最小的空气间隙处形成。因此，外侧对外表现出强斥力，因此利用这种磁路设计，使得电磁场能集中，克服上述斥力减弱的问题。

优选的，下轭铁舌、上轭铁舌相邻于动子一侧的外侧面与各自的斜面的夹角的角度为30度-60度。经过仿真计算，上述角度在斥力大小、和可操作性上均为最佳范围，而最佳点值则为40度、45度。

实施例4

如图1、图2、图3所示，在上述三个实施例的基础上，本发明采用圆形结构设计是：具体的，定子壳体5为圆柱形结构，定子壳体5的内腔壁沿定子壳体5周向开设环形内壁槽，所述线圈沿环形内壁槽环形绕制嵌入所述内壁槽内，上圈口、下圈口处的线圈轭铁10均为沿环形内壁槽环形设置的环形轭铁。

实施例5

如图1、图2、图3所示，在上述三个实施例的基础上，优选的，本发明采用圆形结构设计是：具体的，动子8圆柱形结构，动子8外侧壁、沿动子8纵向轴线开设有第1层的环形凹槽、第1层的环形凹槽，第1层的永磁体9嵌入到第1层的环形凹槽内，第2层的永磁体9嵌入到第2层的环形凹槽内。

实施例6

如图1、图2、图3所示，在上述三个实施例的基础上，优选的，本发明采用圆形结构设计是：具体的，线圈3具有使得上圈口处的线圈轭铁10的磁性与第1层的永磁体9相邻永磁场极性端面的磁性相斥和具有使得下圈口处的线圈轭铁10的磁性与第2层的永磁体9相邻永磁场极性端面的磁性相斥的通电方向。

实施例7

如图1、图2、图3所示，在上述三个实施例的基础上，述线圈组件还包括线圈架4，线圈架4装配于定子壳体5的内侧壁，线圈3装配于线圈架4上。

所优选的，所述正刚度部件为橡胶元件、螺旋弹簧元件中的一种或其组合。

所优选的，所述动子8为下端面开口的圆柱体结构，所述正刚度部件装配于动子8的下端面开口内。

实施例8

如图3所示，

附图3给出了本发明所提出的新型电磁负刚度机构的二维轴对称结构示意图。动子设计于隔振器内侧，永磁体阵列分上下两层通过胶粘的方式安装于动子之上，其极性采用径向布置且上下层永磁体采用相反极性布置。线圈通过线圈轭铁和线圈架安装于隔振器外侧，线圈轭铁选取高导磁材料制作。

依据安培定则，为线圈通入正确方向的直流电，此时线圈上下端的线圈轭铁所产生的磁极均与邻近动子上固定永磁体的磁极极性相同，因此动子与定子之间会存在相斥的电磁力。所产生的电磁力具有如下特性，当且仅当动子在图示静平衡位置时垂向上所受到的合力为零，一旦动子发生向上或者向下的偏移，动子会受到来自电磁轭铁的电磁推力，其垂向电磁力的方向亦与偏移方向一致，和负刚度力的特性一致，所提出的新型电磁机构可输出具有负刚度特性的电磁力。当改变所通入直流电的大小时，线圈轭铁中的电磁场发生变化，动子组件与定子组件之间的电磁力亦随之变化，进而实现了系统电磁负刚度的在线调节。

附图3给出了本发明所提出的负刚度可调的新型电磁式隔振器的结构示意图。本发明隔振器的刚度系统包括两部分：由电磁铁(包含线圈3、线圈架4和线圈轭铁10和永磁体9阵列组合而成的电磁负刚度系统和橡胶元件11所代表的正刚度系统。

对于电磁负刚度系统，定子端盖2、钉子壳体5和定子底座6固连，线圈架4安装于定子壳体5之上，上下端设计有线圈轭铁10，线圈安装于线圈架4和线圈轭铁10之间。永磁体9阵列固定于动子8之上，上下两层永磁体9阵列呈极性相反布置且分别与上下端的电磁轭铁10对齐，永磁体9阵列和线圈轭铁10之间留有气隙。动子8与定子组件(包括定子端盖2、定子壳体5、线圈3、线圈架4和线圈轭铁10同轴心布置。动子8和定子端盖2之间设计有直线轴承1，以尽可能保证两者之间的同轴度同时降低系统摩擦力。

对于正刚度系统，橡胶元件11上下端通过紧固螺栓7、12分别与动子8和定子底座6相固定。在具体工程应用中，橡胶元件11可根据需求替换为现已应用的正刚度弹性支承元件，无需重新设计相应的正刚度系统。在实际应用中，可采用高分子弹性材料替代橡胶弹簧以实现更优的力学性能。

实际应用时，依据永磁体9极性布置及安培定则，为线圈3通入特定方向的恒定直流电，此时电磁铁上下端所产生的电磁场均与永磁体9阵列所产生的磁场相斥，系统电磁负刚度机构工作，所产生的电磁负刚度会抵消橡胶元件11的正刚度，系统总刚度降低。当需调整系统刚度时，改变通入线圈3的电流，线圈轭铁10中电磁场的强度会发生相应改变，系统电磁负刚度变化，进而系统总刚度实现相应调整。

本发明的目的在于面向工程实际应用，提供一种无需更换现有正刚度系统的负刚度可调的新型电磁式隔振器，包括定子组件与动子组件两部分，定子组件由直线轴承、定子端盖、线圈、线圈架、线圈轭铁、定子壳体和定子底座等部件构成；动子组件包括动子、永磁体和橡胶元件等部件。橡胶元件为正刚度系统，其可依据实际需求替换为其它类型的正刚度支撑元件，设计周期得到较大缩短，有效解决了现有可调负刚度技术用于低频振动控制时必须重新设计相应正刚度系统的弊端。

橡胶元件为正刚度系统，其可依据实际需求替换为其它类型的正刚度支撑元件，其余部件构成电磁负刚度系统。在实际应用中，可采用高分子弹性材料替代橡胶弹簧以实现更优的力学性能。

本发明线圈轭铁采用电工纯铁或其它高导磁性材料制作而成，线圈通过线圈架和线圈轭铁固定于定子组件之上，永磁体阵列固定于动子之上，其极性采用径向布置且上下层永磁体采用相反极性布置。在应用时，永磁体阵列与轭铁对齐。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负刚度可调的新型电磁式隔振器，包括定子壳体(5)、设置在定子壳体(5)的内腔中、沿定子壳体(5)的纵向轴线可动的动子(8)，装配于动子(8)下方对动子(8)起到正刚度作用的正刚度部件，其特征在于，

还包括装配于动子(8)外侧壁、沿动子(8)纵向轴线布置于第1层的永磁体(9)和布置于第2层的永磁体(9)，第1层的永磁体(9)与第2层的永磁体(9)的永磁场极性端面面向为径向方向、第1层的永磁体(9)与第2层的永磁体(9)的极性相反；

还包括装配于定子壳体(5)内侧壁的线圈组件，线圈组件包括绕制轴线为纵向轴线的线圈(3)、设置在线圈的上圈口、下圈口处的线圈轭铁(10)。

2.根据权利要求1所述的一种负刚度可调的新型电磁式隔振器，其特征在于，上圈口的线圈轭铁(10)面向动子的一端向下弯折延展形成有上轭铁舌，下圈口的线圈轭铁(10)面向动子的一端向上弯折延展形成有下轭铁舌，上轭铁舌的下端面、下轭铁舌的上端面作为电磁场极性端面，上轭铁舌的下端面、下轭铁舌的上端面之间的电磁场方向沿纵向方向产生，上轭铁舌的下端面、下轭铁舌的上端面之间的磁场空气间隙在纵向轴线的投影落入第1层的永磁体(9)与第2层的永磁体(9)之间的间隙在纵向轴线的投影。

3.根据权利要求2所述的一种负刚度可调的新型电磁式隔振器，其特征在于，上轭铁舌的下端面为向上倾斜的斜面、下轭铁舌的上端面为向下倾斜的斜面，此时，上轭铁舌、下轭铁舌之间的磁场空气间隙相邻于动子的外侧面在纵向轴线的投影尺寸小于远离于动子的内侧面在纵向轴线的投影尺寸，下轭铁舌、上轭铁舌相邻于动子一侧的外侧面在纵向轴线的投影尺寸大于远离于动子一侧的内侧面在纵向轴线的投影尺寸。

4.根据权利要求3所述的一种负刚度可调的新型电磁式隔振器，其特征在于，下轭铁舌、上轭铁舌相邻于动子一侧的外侧面与各自的斜面的夹角的角度为30度-60度。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种负刚度可调的新型电磁式隔振器，其特征在于，

定子壳体(5)为圆柱形结构，定子壳体(5)的内腔壁沿定子壳体(5)周向开设环形内壁槽，所述线圈沿环形内壁槽环形绕制嵌入所述内壁槽内，上圈口、下圈口处的线圈轭铁(10)均为沿环形内壁槽环形设置的环形轭铁。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种负刚度可调的新型电磁式隔振器，其特征在于，

动子(8)圆柱形结构，动子(8)外侧壁、沿动子(8)纵向轴线开设有第1层的环形凹槽、第1层的环形凹槽，第1层的永磁体(9)嵌入到第1层的环形凹槽内，第2层的永磁体(9)嵌入到第2层的环形凹槽内。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种负刚度可调的新型电磁式隔振器，其特征在于，

线圈(3)具有使得上圈口处的线圈轭铁(10)的磁性与第1层的永磁体(9)相邻永磁场极性端面的磁性相斥和具有使得下圈口处的线圈轭铁(10)的磁性与第2层的永磁体(9)相邻永磁场极性端面的磁性相斥的通电方向。

8.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种负刚度可调的新型电磁式隔振器，其特征在于，

所述线圈组件还包括线圈架(4)，线圈架(4)装配于定子壳体(5)的内侧壁，线圈(3)装配于线圈架(4)上。

9.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种负刚度可调的新型电磁式隔振器，其特征在于，

所述正刚度部件为橡胶元件、螺旋弹簧元件中的一种或其组合。

10.根据权利要求9所述的一种负刚度可调的新型电磁式隔振器，其特征在于，

所述动子(8)为下端面开口的圆柱体结构，所述正刚度部件装配于动子(8)的下端面开口内。

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