CN112696454A - 一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器。本发明涉及振动控制技术领域，本发明可以通过调节控制器的控制方式，选择实现被动负刚度和主动负刚度。通过采用放大机构和DIESOLE型电磁铁，进一步挺高了隔振器的承载能力，适用于超低频的重载减隔振领域。可以根据传感器，实时测量负刚度机构的位移状态，在控制器和驱动器的配合下，实现主动负刚度，实现实时线性负刚度，避免了多稳态现象，防止隔振器在工作过程中出现跳跃等复杂的动力学现象。实现了主动负刚度，能根据不同工况，对通过系统的电流进行调节，系统自适应能力较强，能够适用于不同质量的被隔振物体，适应不同的工作环境。

Description

一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器

技术领域

本发明涉及振动控制技术领域，是一种具有主负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器。

背景技术

隔振技术作为减振降噪的重要技术手段，旨在振源与系统之间采取一定措施，安置适当制振或隔振器材以隔离振动的直接传递。传统被动隔振器理论上只能对激励频率大于

倍系统固有频率的振动起到衰减作用，且系统设计及定型后，其刚度与阻尼固定，自适应能力差，故在低频隔振领域，准零刚度隔振技术近年来得到了越来越多的重视。

除少数根据材料特殊性质实现准零刚度外的例子，准零刚度隔振器多为正负刚度结构并联组合而成，由正刚度元件(如弹簧等)提供静态支撑能力，以负刚度抵消正刚度实现准零刚度。当隔振系统自静平衡位置发生位移时，正刚度弹簧抑制该方向运动的趋势，负刚度机构则加强该方向运动的趋势，二者并联可将系统的总体刚度减小至接近或等于零，同时实现高静态刚度与低动态刚度，大大拓宽了隔振频带，可很好的用于解决低频振动隔离问题。

负刚度的实现方式作为准零刚度技术的重点，直接决定了隔振系统的整体性能。近年来，在诸多实现负刚度的机构中，机构所能实现的最大负刚度和工作范围，分别代表了准零刚度隔振器的静载能力和自适应性，在现有机构中负刚度机构的实现方式多为被动式和半主动式，由于其实现方式的限制，多造成了这两项参数造成冲突。

发明内容

本发明为提供一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器，本发明提供了以下技术方案：

一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器，所述电磁隔振器包括执行器和电控部分；

所述执行器包括底板、动子组件、定子组件、弹簧组件和托板，所述底板支撑动子组件和定子组件，所述弹簧组件连接托板和定子组件；

所述电控部分包括位移传感器、控制器、驱动器和直流稳压电源，位移传感器安装在托板和底板之间，直流稳压电源分别为位移传感器、控制器和驱动器提供电源。

优选地，所述动子组件包括左衔铁下连杆底座、左衔铁下连杆、左衔铁上连杆座、左衔铁、左衔铁下连杆座、左衔铁上连杆、左衔铁上连杆顶座、右衔铁上连杆顶座、右衔铁上连杆、右衔铁上连杆座、右衔铁、右衔铁下连杆座、右衔铁下连杆和右衔铁下连杆底座；

所述左衔铁上连杆顶座安装在托板下方左侧，左衔铁下连杆底座安装在底板上方左侧，左衔铁上连杆座和左衔铁下连杆座分别安装在左衔铁上和下两端中部，左衔铁上连杆和左衔铁下连杆各自一端分别与左衔铁上连杆座和左衔铁下连杆座连接，左衔铁上连杆和左衔铁下连杆各自另一端分别与左衔铁上连杆顶座和左衔铁下连杆底座连接；右衔铁上连杆顶座安装在托板下方右侧，右衔铁下连杆底座安装在底板上方右侧，右衔铁上连杆座和右衔铁下连杆座分别安装在右衔铁上和下两端中部，右衔铁上连杆和右衔铁下连杆各自一端分别与右衔铁上连杆座和右衔铁下连杆座连接，右衔铁上连杆和右衔铁下连杆各自另一端分别与右衔铁上连杆顶座和右衔铁下连杆底座连接。

优选地，所述定子组件包括左电磁铁组件、中间电磁铁组件、右电磁铁组件、前连接板和后连接板；

左电磁铁组件和中间电磁铁组件以及右电磁铁组件分别安装在底座与托板之间，左电磁铁组件和右电磁铁组件关于中间电磁铁组件对称，前连接板和后连接板分别安装在将左电磁铁组件和右电磁铁组件前后两侧连接在一起。

优选地，所述左电磁铁组件包括左电磁铁固定座、左侧轴固定套、左侧导向轴、2根左电磁铁支撑弹簧、左侧直线轴承、左电磁铁调节座、左侧前杠杆支撑座、左侧前短杠杆支座、左侧前长杠杆支座、左侧前短杠杆、左侧前长杠杆、左侧前杠杆连接座、左侧前直杆、左侧前直杆顶座、左DIESOLE型电磁铁、左侧后直杆顶座、左侧后直杆、左侧后长杠杆、左侧后短杠杆、左侧后杠杆连接座、左侧后短杠杆支座、左侧后长杠杆支座和左侧后杠杆支撑座；左DIESOLE型电磁铁包括左电磁铁铁芯、左电磁铁外线圈、左电磁铁内线圈和左磁流变弹性体；

左电磁铁固定座安装在底座上，左侧轴固定套安装在左电磁铁固定座上，左侧导向轴安装在左侧轴固定套内，左电磁铁调节座安装在左DIESOLE型电磁铁下方，左侧直线轴承安装在左电磁铁调节座上与左侧导向轴配合，2根左电磁铁支撑弹簧安装在左电磁铁固定座与左电磁铁调节座间关于左侧导向轴对称；

左侧前直杆顶座和左侧后直杆顶座分别安装在托板下方左侧前后，左侧前直杆和左侧后直杆各自一端分别与左侧前直杆顶座和左侧后直杆顶座连接，左侧前直杆和左侧后直杆各自另一端分别与左侧前短杠杆和左侧后短杠杆各自一端连接，左侧前短杠杆和左侧后短杠杆各自另一端分别与左侧前长杠杆和左侧后长杠杆各自一端连接，左侧前长杠杆和左侧后长杠杆各自另一端分别与左侧前杠杆连接座和左侧后杆杠连接座连接，左侧前杠杆连接座和左侧后杆杠连接座分别固定安装在左DIESOLE型电磁铁前后两侧，左侧前短杠杆支座、左侧前长杠杆支座、左侧后短杠杆支座和左侧后长杠杆支座安装在左侧前短杠杆、左侧前长杠杆、左侧后短杠杆和左侧后长杠杆对应位置，左侧前杠杆支撑座和左侧后杠杆支撑座分别安装在左侧前短杠杆支座、左侧前长杠杆支座、左侧后短杠杆支座和左侧后长杠杆支座下方起支撑作用。

优选地，所述中间电磁铁组件包括中间轴固定套、中间导向轴、中间直线轴承、中间前杠杆支撑座、中间前长杠杆支座、中间前短杠杆支座、中间前长杠杆、中间前短杠杆、中间前杠杆连接座、中间前直杆、中间前直杆顶座、隔磁块、中部左侧DIESOLE型电磁铁、中间后杠杆支撑座、中间后长杠杆支座、中间后短杠杆支座、中间后长杠杆、中间后短杠杆、中间后杠杆连接座、中间后直杆、中间后直杆顶座和中部右侧DIESOLE型电磁铁；

中部左侧DIESOLE型电磁铁包括中部左侧铁芯、中部左侧内线圈、中部左侧外线圈和中部左侧磁流变弹性体；中部右侧DIESOLE型电磁铁包括中部右侧铁芯、中部右侧内线圈、中部右侧外线圈和中部右侧磁流变弹性体；

中部左侧DIESOLE型电磁铁和中部右侧DIESOLE型电磁铁分别安装在隔磁块左右两侧，中间导向轴安装在中间轴固定套内，中间轴固定套安装在底板上，中间直线轴承安装在隔磁块下方与中间导向轴配合；中间前直杆顶座和中间后直杆顶座连接在托板下方中部前后两侧，中间前直杆和中间后直杆各自一端分别与中间前直杆顶座和中间后直杆顶座连接，中间前直杆和中间后直杆各自另一端分别与中间前短杠杆和中间后短杠杆各自一端连接，中间前短杠杆和中间后短杠杆各自另一端分别与中间前长杠杆和中间后长杠杆各自一端连接，中间前长杠杆和中间后长杠杆各自另一端分别与中间前杠杆连接座和中间后杆杠连接座连接，中间前杠杆连接座和中间后杆杠连接座分别固定安装在隔磁块前后两侧，中间前短杠杆支座、中间前长杠杆支座、中间后短杠杆支座和中间后长杠杆支座分别安装在中间前短杠杆、中间前长杠杆、中间后短杠杆和中间后长杠杆对应位置，中间前杠杆支撑座和中间后杠杆支撑座分别安装在中间前短杠杆支座、中间前长杠杆支座、中间后短杠杆支座和中间后长杠杆支座下方起支撑作用。

优选地，所述右电磁铁组件包括右电磁铁固定座、右侧轴固定套、右侧导向轴、2根右电磁铁支撑弹簧、右侧直线轴承、右电磁铁调节座、右侧前杠杆支撑座、右侧前短杠杆支座、右侧前长杠杆支座、右侧前短杠杆、右侧前长杠杆、右侧前杠杆连接座、右侧前直杆、右侧前直杆顶座、右DIESOLE型电磁铁、右侧后直杆顶座、右侧后直杆、右侧后长杠杆、右侧后短杠杆、右侧后杠杆连接座、右侧后短杠杆支座、右侧后长杠杆支座和右侧后杠杆支撑座；

右DIESOLE型电磁铁包括右电磁铁铁芯、右电磁铁外线圈、右电磁铁内线圈、右磁流变弹性体；

右电磁铁固定座安装在底座上，右侧轴固定套安装在右电磁铁固定座上，右侧导向轴安装在右侧轴固定套内，右电磁铁调节座安装在右DIESOLE型电磁铁下方，右侧直线轴承安装在右电磁铁调节座上，与右侧导向轴配合，2根右电磁铁支撑弹簧安装在右电磁铁固定座与右电磁铁调节座间，关于右侧导向轴对称；右侧前直杆顶座、右侧后直杆顶座分别安装在托板下方右侧前后，右侧前直杆、右侧后直杆各自一端分别与右侧前直杆顶座、右侧后直杆顶座连接，右侧前直杆、右侧后直杆各自另一端分别与右侧前短杠杆、右侧后短杠杆各自一端连接，右侧前短杠杆、右侧后短杠杆各自另一端分别与右侧前长杠杆、右侧后长杠杆各自一端连接，右侧前长杠杆、右侧后长杠杆各自另一端分别与右侧前杠杆连接座、右侧后杆杠连接座连接，右侧前杠杆连接座、右侧后杆杠连接座分别固定安装在右DIESOLE型电磁铁前后两侧，右侧前短杠杆支座、右侧前长杠杆支座、右侧后短杠杆支座、右侧后长杠杆支座安装在右侧前短杠杆、右侧前长杠杆、右侧后短杠杆、右侧后长杠杆对应位置，右侧前杠杆支撑座、右侧后杠杆支撑座分别安装在右侧前短杠杆支座、右侧前长杠杆支座和右侧后短杠杆支座、右侧后长杠杆支座下方起支撑作用。

优选地，所述弹簧组件包括4个弹簧下定位套、4根承重弹簧、4个弹簧上定位套、中层板、4根支撑柱、中层板直线轴承、微调弹簧、微调弹簧压板和微调螺母；

4个弹簧下定位套分别对称安装在底板上方四周，4个弹簧上定位套分别对称安装在中层板下方四周且与4个弹簧下定位套位置对应，4根承重弹簧分别置于对应的4个弹簧下定位套和4个弹簧上定位套之间，4根支撑柱分别在安装在中层板上方四周，中层板直线轴承安装在中层板下方，且与中间导向轴配合，微调弹簧置于中层板中间定位柱上，弹簧压板置于微调弹簧上方，微调螺母置于弹簧压板上方，且与中间导向轴有螺纹配合，当调整系统整体高度时，通过扳手旋转微调螺母上部的六角孔。

所述底板、中层板、隔磁块由隔磁材料制成，所述左电磁铁铁芯、右电磁铁铁芯、左衔铁、右衔铁都由高导磁材料制成。

所述底板安装在基础上，位移传感器安装在托板和底板之间。在工作时，直流稳压电源分别为位移传感器、控制器、驱动器提供电源。当作用于托板的负载产生振动时，位移传感器将检测到的系统位移数据传输给控制器，控制器根据制定的控制律将相关指令发送给驱动器，驱动器根据指令将信号进行放大后，将工作电流输入到左DIESOLE型电磁铁或者右DIESOLE型电磁铁中去，驱动电磁跌对左、右衔铁进行吸合，形成完整的磁路，实现主动线性电磁负刚度。当控制器不工作时，即实现被动电磁负刚度。

本发明具有以下有益效果：

本发明可以通过调节控制器的控制方式，选择实现被动负刚度和主动负刚度。通过采用放大机构和DIESOLE型电磁铁，进一步挺高了隔振器的承载能力，适用于超低频重载减隔振领域。可以通过传感器实时测量负刚度机构的位移，在控制器和驱动器的配合下，实现主动负刚度，实现实时线性负刚度，避免了多稳态现象，防止隔振器在工作过程中出现跳跃等复杂的动力学现象。实现了主动负刚度，能根据不同工况，对通入系统的电流进行调节，系统自适应能力较强，能够适用于不同质量的被隔振物体，适应多种工作环境。实现了主动负刚度，区别于采用被动式电磁式负刚度机构的准零刚度机构，扩大了工作范围，提高了系统自适应性。本发明区别于被动式电磁负刚度机构因施加激励后偏离平衡位置，改变气隙大小，打破双边电磁力平衡，从而实现负刚度特性的机构特点，采用主动负刚度方式，实现同一大小的负刚度时所需能源大大减小，节约了所需能源，同时也意味着在体积适中的情况下，能够实现较大的负刚度，这在船舶、车辆等移动设施的应用上具有明显优势。

本发明结构简单易于加工，具有很好的抗摇摆性，安装方式简易、灵活，可任意布置在被控对象或基座上。

附图说明

图1为具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器的结构示意图；

图2为动子组件的结构示意图；

图3为左电磁铁组件的结构示意图；

图4为左DIESOLE型电磁铁的结构示意图；

图5为中间电磁铁组件的左侧结构示意图；

图6为中间电磁铁组件的右侧结构示意图；

图7为中部左侧DIESOLE型电磁铁的结构示意图；

图8为中部右侧DIESOLE型电磁铁的结构示意图；

图9为右电磁铁组件的结构示意图；

图10为右DIESOLE型电磁铁的结构示意图；

图11为弹簧组件与托板固定时的结构示意图；

图12为弹簧组件不与托板固定时的结构示意图；

图13为具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器的系统整体关系图；

图14为具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器处于静平衡位置时的结构简图；

图15为具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器处于工作状态，受到向上的激励时的磁路和所受电磁力情况结构简图；

图16为具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器处于工作状态，受到向下的激励时的磁路和所受电磁力情况结构简图；

图17为控制器和位移传感器不工作时，隔振器处于工作状态，受到向上的激励时的磁路和所受电磁力情况结构简图，此时具有被动负刚度；

图18为控制器和位移传感器不工作时，隔振器处于工作状态，受到向下的激励时的磁路和所受电磁力情况结构简图，此时具有被动负刚度；

图19为动子组件位移前后的结构尺寸变化简图；

图20为具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器的左视结构简图；

图21为具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器的解除相关固定关系后的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。

具体实施例一：

根据图1至图21所示，本发明提供一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器，如图1所示，本发明所述可实现主被动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔器，包括执行器部分和电控部分。执行器部分由底座1、动子组件2、定子组件3(包括左电磁铁组件4、中间电磁铁组件5、右电磁铁组件6、前连接板7、后连接板8)、弹簧组件9和托板10组成，动子组件2与定子组件3共同构成电磁负刚度机构；电控部分由位移传感器132，控制器133，驱动器134，直流稳压电源135组成，具体结构和连接方式如下：

如图2所示，所述动子组件2由左衔铁下连杆底座11、左衔铁下连杆12、左衔铁上连杆座13、左衔铁14、左衔铁下连杆座15、左衔铁上连杆16、左衔铁上连杆顶座17、右衔铁上连杆顶座18、右衔铁上连杆19、右衔铁上连杆座20、右衔铁21、右衔铁下连杆座22、右衔铁下连杆23、右衔铁下连杆底座24组成，其特征是：左衔铁上连杆顶座17安装在托板10下方左侧，左衔铁下连杆底座24安装在底板1上方左侧，左衔铁上连杆座13、左衔铁下连杆座15分别安装在左衔铁14上、下两端中部，左衔铁上连杆16、左衔铁下连杆12各自一端分别与左衔铁上连杆座13、左衔铁下连杆座15连接，左衔铁上连杆16、左衔铁下连杆12各自另一端分别与左衔铁上连杆顶座17、左衔铁下连杆底座24连接；右衔铁上连杆顶座18安装在托板10下方右侧，右衔铁下连杆底座24安装在底板1上方右侧，右衔铁上连杆座20、右衔铁下连杆座22分别安装在右衔铁21上、下两端中部，右衔铁上连杆19、右衔铁下连杆23各自一端分别与右衔铁上连杆座20、右衔铁下连杆座22连接，右衔铁上连杆19、右衔铁下连杆23各自另一端分别与右衔铁上连杆顶座18、右衔铁下连杆底座24连接。

所述定子组件3由左电磁铁组件4、中间电磁铁组件5、右电磁铁组件6、前连接板7、后连接板8组成。左电磁铁组件4、中间电磁铁组件5、右电磁铁组件6分别安装在底座1与托板10之间，左电磁铁组件4、右电磁铁组件6关于中间电磁铁组件5对称，前连接板7、后连接板8分别安装在将左电磁铁组件4、右电磁铁组件6前后两侧，将其连接在一起。

如图3所示，左电磁铁组件4由左电磁铁固定座25、左侧轴固定套26、左侧导向轴27、2根左电磁铁支撑弹簧28/29、左侧直线轴承30、左电磁铁调节座31、左侧前杠杆支撑座32、左侧前短杠杆支座33、左侧前长杠杆支座34、左侧前短杠杆35、左侧前长杠杆36、左侧前杠杆连接座37、左侧前直杆38、左侧前直杆顶座39、左DIESOLE型电磁铁40(包括左电磁铁铁芯41、左电磁铁外线圈42、左电磁铁内线圈43、左磁流变弹性体44，左电磁铁外线圈42、左电磁铁内线圈43分别置于左电磁铁铁芯41内对应位置，左磁流变弹性体44粘贴于左电磁铁铁芯41表面，如图4所示)、左侧后直杆顶座45、左侧后直杆46、左侧后长杠杆47、左侧后短杠杆48、左侧后杠杆连接座49、左侧后短杠杆支座50、左侧后长杠杆支座51、左侧后杠杆支撑座52组成。左电磁铁固定座25安装在底座1上，左侧轴固定套26安装在左电磁铁固定座25上，左侧导向轴27安装在左侧轴固定套26内，左电磁铁调节座31安装在左DIESOLE型电磁铁40下方，左侧直线轴承30安装在左电磁铁调节座31上，与左侧导向轴27配合，2根左电磁铁支撑弹簧28/29安装在左电磁铁固定座25与左电磁铁调节座31间，关于左侧导向轴27对称。左侧前直杆顶座39、左侧后直杆顶座45分别安装在托板10下方左侧前后，左侧前直杆38、左侧后直杆46各自一端分别与左侧前直杆顶座39、左侧后直杆顶座45连接，左侧前直杆38、左侧后直杆46各自另一端分别与左侧前短杠杆35、左侧后短杠杆48各自一端连接，左侧前短杠杆35、左侧后短杠杆48各自另一端分别与左侧前长杠杆34、左侧后长杠杆47各自一端连接，左侧前长杠杆34、左侧后长杠杆47各自另一端分别与左侧前杠杆连接座37、左侧后杆杠连接座49连接，左侧前杠杆连接座37、左侧后杆杠连接座49分别固定安装在左DIESOLE型电磁铁40前后两侧，左侧前短杠杆支座33、左侧前长杠杆支座34、左侧后短杠杆支座50、左侧后长杠杆支座51安装在左侧前短杠杆35、左侧前长杠杆36、左侧后短杠杆48、左侧后长杠杆47对应位置，左侧前杠杆支撑座32、左侧后杠杆支撑座52分别安装在左侧前短杠杆支座32、左侧前长杠杆支座34和左侧后短杠杆支座50、左侧后长杠杆支座51下方，起支撑作用。

如图5、6所示，中间电磁铁组件5由中间轴固定套53、中间导向轴54、中间直线轴承55、中间前杠杆支撑座56、中间前长杠杆支座57、中间前短杠杆支座58、中间前长杠杆59、中间前短杠杆60、中间前杠杆连接座61、中间前直杆62、中间前直杆顶座63、隔磁块64、中部左侧DIESOLE型电磁铁65(包括中部左侧铁芯66、中部左侧内线圈67、中部左侧外线圈68、中部左侧磁流变弹性体69，中部左侧内线圈67、中部左侧外线圈68分别置于中部左侧铁芯66内对应位置，中部左侧磁流变弹性体69粘贴于中部左侧铁芯66表面，如图7所示)、中间后杠杆支撑座70、中间后长杠杆支座71、中间后短杠杆支座72、中间后长杠杆73、中间后短杠杆74、中间后杠杆连接座75、中间后直杆76、中间后直杆顶座77、中部右侧DIESOLE型电磁铁78(包括中部右侧铁芯79、中部右侧内线圈80、中部右侧外线圈81、中部右侧磁流变弹性体82，中部右侧内线圈80、中部右侧外线圈81分别置于中部右侧铁芯79内对应位置，中部右侧磁流变弹性体82粘贴于中部右侧铁芯79表面，如图8所示)。中部左侧DIESOLE型电磁铁65、中部右侧DIESOLE型电磁铁78分别安装在隔磁块64左右两侧，中间导向轴54安装在中间轴固定套53内，中间轴固定套53安装在底座1上，中间直线轴承55安装在隔磁块64下方，与中间导向轴54配合。中间前直杆顶座63、中间后直杆顶座77连接在托板10下方中部前后两侧，中间前直杆62、中间后直杆76各自一端分别与中间前直杆顶座63、中间后直杆顶座77连接，中间前直杆62、中间后直杆76各自另一端分别与中间前短杠杆60、中间后短杠杆74各自一端连接，中间前短杠杆60、中间后短杠杆74各自另一端分别与中间前长杠杆59、中间后长杠杆74各自一端连接，中间前长杠杆59、中间后长杠杆73各自另一端分别与中间前杠杆连接座61、中间后杆杠连接座75连接，中间前杠杆连接座61、中间后杆杠连接座75分别固定安装在隔磁块64前后两侧，中间前短杠杆支座58、中间前长杠杆支座57、中间后短杠杆支座72、中间后长杠杆支座71分别安装在中间前短杠杆60、中间前长杠杆59、中间后短杠杆74、中间后长杠杆73对应位置，中间前杠杆支撑座56、中间后杠杆支撑座70分别安装在中间前短杠杆支座58、中间前长杠杆支座57和中间后短杠杆支座72、中间后长杠杆支座71下方，起支撑作用。

如图9所示，右电磁铁组件6由右电磁铁固定座83、右侧轴固定套84、右侧导向轴85、2根右电磁铁支撑弹簧86/87、右侧直线轴承88、右电磁铁调节座89、右侧前杠杆支撑座90、右侧前短杠杆支座91、右侧前长杠杆支座92、右侧前短杠杆93、右侧前长杠杆94、右侧前杠杆连接座95、右侧前直杆96、右侧前直杆顶座97、右DIESOLE型电磁铁98(包括右电磁铁铁芯99、右电磁铁外线圈100、右电磁铁内线圈101、右磁流变弹性体102，右电磁铁外线圈100、右电磁铁内线圈101、右磁流变弹性体102置于右电磁铁铁芯99内对应位置，右磁流变弹性体102粘贴于右电磁铁铁芯99表面，如图10所示)、右侧后直杆顶座103、右侧后直杆104、右侧后长杠杆105、右侧后短杠杆106、右侧后杠杆连接座107、右侧后短杠杆支座108、右侧后长杠杆支座109、右侧后杠杆支撑座110组成。右电磁铁固定座83安装在底座1上，右侧轴固定套84安装在右电磁铁固定座83上，右侧导向轴85安装在右侧轴固定套84内，右电磁铁调节座89安装在右DIESOLE型电磁铁98下方，右侧直线轴承88安装在右电磁铁调节座89上，与右侧导向轴85配合，2根右电磁铁支撑弹簧86/87安装在右电磁铁固定座83与右电磁铁调节座89间，关于右侧导向轴85对称。右侧前直杆顶座97、右侧后直杆顶座103分别安装在托板10下方右侧前后，右侧前直杆96、右侧后直杆104各自一端分别与右侧前直杆顶座97、右侧后直杆顶座103连接，右侧前直杆96、右侧后直杆104各自另一端分别与右侧前短杠杆93、右侧后短杠杆106各自一端连接，右侧前短杠杆93、右侧后短杠杆106各自另一端分别与右侧前长杠杆94、右侧后长杠杆105各自一端连接，右侧前长杠杆94、右侧后长杠杆105各自另一端分别与右侧前杠杆连接座95、右侧后杆杠连接座107连接，右侧前杠杆连接座95、右侧后杆杠连接座107分别固定安装在右DIESOLE型电磁铁98前后两侧，右侧前短杠杆支座91、右侧前长杠杆支座92、右侧后短杠杆支座108、右侧后长杠杆支座109安装在右侧前短杠杆93、右侧前长杠杆94、右侧后短杠杆106、右侧后长杠杆105对应位置，右侧前杠杆支撑座90、右侧后杠杆支撑座110分别安装在右侧前短杠杆支座91、右侧前长杠杆支座92和右侧后短杠杆支座108、右侧后长杠杆支座109下方，起支撑作用。

如图11、12所示，弹簧组件9包括4个弹簧下定位套111/112/113/114、4根承重弹簧115/116/117/118、4个弹簧上定位套119/120/121/122、中层板123、4根支撑柱124/125/126/127、中层板直线轴承128、微调弹簧129、微调弹簧压板130、微调螺母131，4个弹簧下定位套111/112/113/114分别对称安装在底板1上方四周，4个弹簧上定位套119/120/121/122分别对称安装在中层板123下方四周且与4个弹簧下定位套111/112/113/114位置对应，4根承重弹簧115/116/117/118分别置于对应的4个弹簧下定位套111/112/113/114和4个弹簧上定位套119/120/121/122之间，4根支撑柱124/125/126/127分别在安装在中层板123上方四周，中层板直线轴承128安装在中层板123下方，且与中间导向轴54配合，微调弹簧131置于中层板123中间定位柱上，弹簧压板130置于微调弹簧129上方，微调螺母131置于弹簧压板130上方，且与中间导向轴54有螺纹配合，当调整系统整体高度时，通过扳手旋转微调螺母131上部的内六角孔即可。

所述底板1、中层板123、隔磁块64由隔磁材料制成，所述左电磁铁铁芯41、右电磁铁铁芯99、左衔铁14、右衔铁21、中部左侧铁芯66、中部右侧铁芯79都由高导磁材料制成。

如图13所示，底板1安装在基础上，位移传感器132安装在托板10和底板1之间。在工作时，直流稳压电源135分别为位移传感器132、控制器133、驱动器134提供电源。当作用于托板10的负载产生振动时，位移传感器132将检测到的系统位移数据传输给控制器133，控制器133根据制定的控制律将相关指令发送给驱动器134，驱动器134根据指令将信号进行放大后，将工作电流输入到左DIESOLE型电磁铁40或者右DIESOLE型电磁铁98中去，驱动其对左衔铁14、右衔铁21进行吸合，形成完整的磁路，实现主动线性电磁负刚度。当控制器133不工作时，即实现被动电磁负刚度。

如图14所示，当被隔振物体置于托板10上后，当没有激励产生时，调整微调螺母131，使得左DIESOLE型电磁铁40与左衔铁14间的气隙1、左衔铁14与中部左侧DIESOLE型电磁铁65间的气隙2、中部右侧DIESOLE型电磁铁78与右衔铁21间的气隙3以及右衔铁21与右DIESOLE型电磁铁98的气隙4大小相等，均为g，左DIESOLE型电磁铁40的外线圈24、内线圈43与右DIESOLE型电磁铁98的外线圈100、内线圈101均不通入电流，电磁负刚度机构不工作，仅仅由4根承重弹簧111/112/113/114提供静载荷力。

如图15所示，被隔振物体置于托板10上后，当产生向上的激励时，控制器133、位移传感器132工作，托板10向上位移为Δy，左衔铁14向左位移为

右衔铁21向右位移

通过位移传感器132检测到位移信息时，控制器133控制驱动器134同时向左电磁铁外线圈42、左电磁铁内线圈43与右电磁铁外线圈100、右电磁铁内线圈101内通入相同大小的电流，左DIESOLE型电磁铁40与左衔铁14间形成完整磁路且二者间气隙为

(其中左磁流变弹性体44不仅起导磁作用，还防止左电磁铁铁芯41与左衔铁14直接相碰，起缓冲保护作用)，右DIESOLE型电磁铁98与右衔铁21间形成完整磁路且二者间气隙为

(其中右磁流变弹性体102不仅起导磁作用，还防止右电磁铁铁芯99与右衔铁21直接相碰，起缓冲保护作用)，左衔铁14所受电磁力F₁方向向左，右衔铁21所受电磁力F₂方向向右且与F₁大小相同，加快被隔振物体向上运动趋势，实现主动负刚度特性。

如图16所示，被隔振物体置于托板上后，当产生向下的激励时，控制器133、位移传感器132工作，托板10向下位移为Δy，左衔铁14向右位移为

右衔铁21向左位移

通过位移传感器132检测到位移信息时，控制器133控制驱动器134同时向中部左侧内线圈67、中部左侧外线圈68和中部右侧内线圈80、中部右侧外线圈81通入相同大小的电流，中部左侧DIESOLE型电磁铁65与左衔铁14间形成完整磁路且二者间气隙为

(其中中部左侧磁流变弹性体69不仅起导磁作用，还防止中部左侧铁芯66与左衔铁14直接相碰，起缓冲保护作用)，中部右侧DIESOLE型电磁铁78与右衔铁21间形成完整磁路且二者间气隙为

(其中中部右侧磁流变弹性体82不仅起导磁作用，还防止中部右侧铁芯66与右衔铁21直接相碰，起缓冲保护作用)，左衔铁14所受电磁力F₁方向向右，右衔铁21所受电磁力F₂方向向左且与F₁大小相同，加快被隔振物体向下运动的趋势，实现主动负刚度特性。

如图17所示，被隔振物体置于托板10上后，当产生向上的激励时，控制器133、位移传感器132不工作，托板10向上位移为Δy，左衔铁1向左位移为

右衔铁向右位移

驱动器同时向左电磁铁外线圈42、左电磁铁内线圈43、右电磁铁外线圈100、右电磁铁内线圈101、中部左侧内线圈67、中部左侧外线圈68和中部右侧内线圈80、中部右侧外线圈81通入相同大小的电流，左DIESOLE型电磁铁40与左衔铁14间形成完整磁路且二者间气隙为

中部左侧DIESOLE型电磁铁65与左衔铁14间形成完整磁路且二者间气隙为

中部右侧DIESOLE型电磁铁78与右衔铁21间形成完整磁路且二者间气隙为

右DIESOLE型电磁铁98与右衔铁21间形成完整磁路且二者间气隙为

左衔铁14所受电磁力F₁-F₁′方向向左，右衔铁21所受电磁力F₂-F′₂方向向右且与F₁-F₁′大小相同，加快被隔振物体向上运动趋势，实现被动负刚度特性。

如图18所示，被隔振物体置于托板10上后，当产生向下的激励时，控制器133、位移传感器132不工作，托板10向下位移为Δy，左衔铁1向右位移为

右衔铁向左位移

驱动器同时向左电磁铁外线圈42、左电磁铁内线圈43、右电磁铁外线圈100、右电磁铁内线圈101、中部左侧内线圈67、中部左侧外线圈68和中部右侧内线圈80、中部右侧外线圈81通入相同大小的电流，左DIESOLE型电磁铁40与左衔铁14间形成完整磁路且二者间气隙为

中部左侧DIESOLE型电磁铁65与左衔铁14间形成完整磁路且二者间气隙为

中部右侧DIESOLE型电磁铁78与右衔铁21间形成完整磁路且二者间气隙为

右DIESOLE型电磁铁98与右衔铁21间形成完整磁路且二者间气隙为

左衔铁14所受电磁力F₁-F₁′方向向右，右衔铁21所受电磁力F₂-F′₂方向向左且与F₁-F₁′大小相同，加快被隔振物体向下运动趋势，实现被动负刚度特性。

如图19所示，动子组件2位移前后，托板10在竖直方向位移变化大小为Δy，左衔铁14、右衔铁21分别在水平方向位移变化大小为

左衔铁14和右衔铁21间距离变化大小为Δx，根据公式(1)、(2)、(3)即可确定二者之间的关系。

T＝T′+Δx，H＝H′+Δy(2)

式中，W—左衔铁下连杆底座与右衔铁下连杆底座中心孔间的距离；T—未施加动载荷前左衔铁与右衔铁之间的距离；T′—施加动载荷后左衔铁与右衔铁之间的距离；L₁—左衔铁、右衔铁的长度；H—未施加动载荷前托板与底座之间的高度；H′—施加动载荷后托板与底座之间的高度；Δx—施加动载荷前后杆A、B之间的位移大小；Δy—施加载荷前后托板在竖直方向位移变化大小。

式中；F_m—电磁铁与衔铁间的电磁力大小；g—静平衡位置时，左DIESOLE型电磁铁与左衔铁的气隙大小(与DIESOLE型电磁铁与右衔铁间的气隙大小相等)；I—通入电流大小。

由(4)式可知，电磁铁与衔铁间的电磁力大小与气隙大小成反比,可以通过设置相关结构参数，调整Δx与Δy比值，若

当k＞1时，动子组件2为位移放大装置，使得左DIESOLE型电磁铁40与左衔铁14间的气隙或右DIESOLE型电磁铁98与右衔铁21间的气隙大大减小，提高了电磁力和电磁负刚度大小，且控制器133可以根据相关控制策略，随时调整输入电流，在保证较大的电磁负刚度的同时保证具有良好的线性，避免系统在工作时出现如跳跃等复杂的动力学行为。

如图20所示，图为系统的左视示意图，为保证定子组件3(左电磁铁组件4、中间电磁铁组件5、右电磁铁组件6)在竖直方向的位置与动子组件2一致，需设置相关短杠杆(左侧前短杠杆35、左侧后短杠杆48、中间前短杠杆60、中间后短杠杆74、右侧前短杠杆93、右侧后短杠杆106)和长杠杆(左侧前长杠杆36、左侧后长杠杆47、中间前长杠杆59、中间后长杠杆73、右侧前长杠杆94、右侧后长杠杆105)支点的位置，图中

如图21所示，被隔振物体置于托板10上前后，若被隔振物体太重，承重弹簧115/116/117/118压缩量、系统整体高度以及动子组件2位置将发生较大的变化，微调弹簧131调节困难，可先解除左电磁铁调节座31、左电磁铁前杠杆连接座37、左电磁铁后杠杆连接座49、前连接板7、后连接板8与左DIESOLE型电磁铁40的固定关系，解除右电磁铁调节座89、右电磁铁前杠杆连接座95、右电磁铁后杠杆连接座107、前连接板7、后连接板8与右DIESOLE型电磁铁98的固定关系，调节左电磁铁调节座31、左电磁铁前杠杆连接座37、左电磁铁后杠杆连接座49、前连接板7、后连接板8在左DIESOLE型电磁铁40相关槽中的位置，调节右电磁铁调节座89、右电磁铁前杠杆连接座95、右电磁铁后杠杆连接座107、前连接板7、后连接板8在右DIESOLE型电磁铁98相关槽中的位置，待被隔振物体加载后，再恢复相关固定关系。

在被隔振物体的质量不同时，由于承重弹簧静载压缩量115/116/117/118以及动子组件2的相关位置不同，故系统在被隔振物体加载后的静平衡位置时，气隙1、气隙2、气隙3、气隙4的大小必然会不同，由于本发明可通过控制器133实时控制驱动器134输入系统的电流大小，故在初始气隙不同的情况下，通过改变电流实现电各位移条件下磁力大小不变且保持很好的线性，从而使得线性负刚度不变，能够很好地与正刚度平衡。

以上所述仅是一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器的优选实施方式，一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器，其特征是：所述电磁隔振器包括执行器和电控部分；

所述执行器包括底板、动子组件、定子组件、弹簧组件和托板，所述底板支撑动子组件和定子组件，所述弹簧组件连接托板和定子组件；

所述电控部分包括位移传感器、控制器、驱动器和直流稳压电源，位移传感器安装在托板和底板之间，直流稳压电源分别为位移传感器、控制器和驱动器提供电源。

2.根据权利要求1所述的一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器，其特征是：所述动子组件包括左衔铁下连杆底座、左衔铁下连杆、左衔铁上连杆座、左衔铁、左衔铁下连杆座、左衔铁上连杆、左衔铁上连杆顶座、右衔铁上连杆顶座、右衔铁上连杆、右衔铁上连杆座、右衔铁、右衔铁下连杆座、右衔铁下连杆和右衔铁下连杆底座；

所述左衔铁上连杆顶座安装在托板下方左侧，左衔铁下连杆底座安装在底板上方左侧，左衔铁上连杆座和左衔铁下连杆座分别安装在左衔铁上和下两端中部，左衔铁上连杆和左衔铁下连杆各自一端分别与左衔铁上连杆座和左衔铁下连杆座连接，左衔铁上连杆和左衔铁下连杆各自另一端分别与左衔铁上连杆顶座和左衔铁下连杆底座连接；右衔铁上连杆顶座安装在托板下方右侧，右衔铁下连杆底座安装在底板上方右侧，右衔铁上连杆座和右衔铁下连杆座分别安装在右衔铁上和下两端中部，右衔铁上连杆和右衔铁下连杆各自一端分别与右衔铁上连杆座和右衔铁下连杆座连接，右衔铁上连杆和右衔铁下连杆各自另一端分别与右衔铁上连杆顶座和右衔铁下连杆底座连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器，其特征是：所述定子组件包括左电磁铁组件、中间电磁铁组件、右电磁铁组件、前连接板和后连接板；

左电磁铁组件和中间电磁铁组件和右电磁铁组件分别安装在底座与托板之间，左电磁铁组件和右电磁铁组件关于中间电磁铁组件对称，前连接板和后连接板分别安装在将左电磁铁组件和右电磁铁组件前后两侧连接在一起。

4.根据权利要求3所述的一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器，其特征是：所述左电磁铁组件包括左电磁铁固定座、左侧轴固定套、左侧导向轴、2根左电磁铁支撑弹簧、左侧直线轴承、左电磁铁调节座、左侧前杠杆支撑座、左侧前短杠杆支座、左侧前长杠杆支座、左侧前短杠杆、左侧前长杠杆、左侧前杠杆连接座、左侧前直杆、左侧前直杆顶座、左DIESOLE型电磁铁、左侧后直杆顶座、左侧后直杆、左侧后长杠杆、左侧后短杠杆、左侧后杠杆连接座、左侧后短杠杆支座、左侧后长杠杆支座和左侧后杠杆支撑座；左DIESOLE型电磁铁包括左电磁铁铁芯、左电磁铁外线圈、左电磁铁内线圈和左磁流变弹性体；

左电磁铁固定座安装在底座上，左侧轴固定套安装在左电磁铁固定座上，左侧导向轴安装在左侧轴固定套内，左电磁铁调节座安装在左DIESOLE型电磁铁下方，左侧直线轴承安装在左电磁铁调节座上与左侧导向轴配合，2根左电磁铁支撑弹簧安装在左电磁铁固定座与左电磁铁调节座间关于左侧导向轴对称；

左侧前直杆顶座和左侧后直杆顶座分别安装在托板下方左侧前后，左侧前直杆和左侧后直杆各自一端分别与左侧前直杆顶座和左侧后直杆顶座连接，左侧前直杆和左侧后直杆各自另一端分别与左侧前短杠杆和左侧后短杠杆各自一端连接，左侧前短杠杆和左侧后短杠杆各自另一端分别与左侧前长杠杆和左侧后长杠杆各自一端连接，左侧前长杠杆和左侧后长杠杆各自另一端分别与左侧前杠杆连接座和左侧后杆杠连接座连接，左侧前杠杆连接座和左侧后杆杠连接座分别固定安装在左DIESOLE型电磁铁前后两侧，左侧前短杠杆支座、左侧前长杠杆支座、左侧后短杠杆支座和左侧后长杠杆支座安装在左侧前短杠杆、左侧前长杠杆、左侧后短杠杆和左侧后长杠杆对应位置，左侧前杠杆支撑座和左侧后杠杆支撑座分别安装在左侧前短杠杆支座、左侧前长杠杆支座、左侧后短杠杆支座和左侧后长杠杆支座下方起支撑作用。

5.根据权利要求4所述的一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器，其特征是：所述中间电磁铁组件包括中间轴固定套、中间导向轴、中间直线轴承、中间前杠杆支撑座、中间前长杠杆支座、中间前短杠杆支座、中间前长杠杆、中间前短杠杆、中间前杠杆连接座、中间前直杆、中间前直杆顶座、隔磁块、中部左侧DIESOLE型电磁铁、中间后杠杆支撑座组成、中间后长杠杆支座、中间后短杠杆支座、中间后长杠杆、中间后短杠杆、中间后杠杆连接座、中间后直杆、中间后直杆顶座和中部右侧DIESOLE型电磁铁；

中部左侧DIESOLE型电磁铁包括中部左侧铁芯、中部左侧内线圈、中部左侧外线圈和中部左侧磁流变弹性体；中部右侧DIESOLE型电磁铁包括中部右侧铁芯、中部右侧内线圈、中部右侧外线圈和中部右侧磁流变弹性体；

中部左侧DIESOLE型电磁铁和中部右侧DIESOLE型电磁铁分别安装在隔磁块左右两侧，中间导向轴安装在中间轴固定套内，中间轴固定套安装在底板上，中间直线轴承安装在隔磁块下方与中间导向轴配合；中间前直杆顶座和中间后直杆顶座连接在托板下方中部前后两侧，中间前直杆和中间后直杆各自一端分别与中间前直杆顶座和中间后直杆顶座连接，中间前直杆和中间后直杆各自另一端分别与中间前短杠杆和中间后短杠杆各自一端连接，中间前短杠杆和中间后短杠杆各自另一端分别与中间前长杠杆和中间后长杠杆各自一端连接，中间前长杠杆和中间后长杠杆各自另一端分别与中间前杠杆连接座和中间后杆杠连接座连接，中间前杠杆连接座和中间后杆杠连接座分别固定安装在隔磁块前后两侧，中间前短杠杆支座、中间前长杠杆支座、中间后短杠杆支座和中间后长杠杆支座分别安装在中间前短杠杆、中间前长杠杆、中间后短杠杆和中间后长杠杆对应位置，中间前杠杆支撑座和中间后杠杆支撑座分别安装在中间前短杠杆支座、中间前长杠杆支座、中间后短杠杆支座和中间后长杠杆支座下方起支撑作用。

6.根据权利要求5所述的一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器，其特征是：所述右电磁铁组件包括右电磁铁固定座、右侧轴固定套、右侧导向轴、2根右电磁铁支撑弹簧、右侧直线轴承、右电磁铁调节座、右侧前杠杆支撑座、右侧前短杠杆支座、右侧前长杠杆支座、右侧前短杠杆、右侧前长杠杆、右侧前杠杆连接座、右侧前直杆、右侧前直杆顶座、右DIESOLE型电磁铁、右侧后直杆顶座、右侧后直杆、右侧后长杠杆、右侧后短杠杆、右侧后杠杆连接座、右侧后短杠杆支座、右侧后长杠杆支座和右侧后杠杆支撑座；

右DIESOLE型电磁铁包括右电磁铁铁芯、右电磁铁外线圈、右电磁铁内线圈、右磁流变弹性体；

右电磁铁固定座安装在底座上，右侧轴固定套安装在右电磁铁固定座上，右侧导向轴安装在右侧轴固定套内，右电磁铁调节座安装在右DIESOLE型电磁铁下方，右侧直线轴承安装在右电磁铁调节座上，与右侧导向轴配合，2根右电磁铁支撑弹簧安装在右电磁铁固定座与右电磁铁调节座间，关于右侧导向轴对称；右侧前直杆顶座、右侧后直杆顶座分别安装在托板下方右侧前后，右侧前直杆、右侧后直杆各自一端分别与右侧前直杆顶座、右侧后直杆顶座连接，右侧前直杆、右侧后直杆各自另一端分别与右侧前短杠杆、右侧后短杠杆各自一端连接，右侧前短杠杆、右侧后短杠杆各自另一端分别与右侧前长杠杆、右侧后长杠杆各自一端连接，右侧前长杠杆、右侧后长杠杆各自另一端分别与右侧前杠杆连接座、右侧后杆杠连接座连接，右侧前杠杆连接座、右侧后杆杠连接座分别固定安装在右DIESOLE型电磁铁前后两侧，右侧前短杠杆支座、右侧前长杠杆支座、右侧后短杠杆支座、右侧后长杠杆支座安装在右侧前短杠杆、右侧前长杠杆、右侧后短杠杆、右侧后长杠杆对应位置，右侧前杠杆支撑座、右侧后杠杆支撑座分别安装在右侧前短杠杆支座、右侧前长杠杆支座和右侧后短杠杆支座、右侧后长杠杆支座下方起支撑作用。

7.根据权利要求6所述的一种具有主动负刚度的磁悬浮式准零刚度电磁隔振器，其特征是：所述弹簧组件包括4个弹簧下定位套、4根承重弹簧、4个弹簧上定位套、中层板、4根支撑柱、中层板直线轴承、微调弹簧、微调弹簧压板和微调螺母；

4个弹簧下定位套分别对称安装在底板上方四周，4个弹簧上定位套分别对称安装在中层板下方四周且与4个弹簧下定位套位置对应，4根承重弹簧分别置于对应的4个弹簧下定位套和4个弹簧上定位套之间，4根支撑柱分别在安装在中层板上方四周，中层板直线轴承安装在中层板下方，且与中间导向轴配合，微调弹簧置于中层板中间定位柱上，弹簧压板置于微调弹簧上方，微调螺母置于弹簧压板上方，且与中间导向轴有螺纹配合，当调整系统整体高度时，通过扳手旋转微调螺母上部的六角孔。

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