[发明专利]一种基于静电负刚度的低频隔振系统及隔振方法

权利要求书

1.一种基于静电负刚度的低频隔振系统，其特征在于，包括：外框架(1)、位于所述外框架(1)底部的调平装置(2)、位于所述外框架(1)上端的隔振平板(4)、位于所述外框架(1)内且一端与所述外框架(1)底面固定连接，另一端与所述隔振平板(4)固定连接的机械弹簧(3)、沿所述机械弹簧(3)的径向并与其固定连接的中间电容极板(7)、与所述外框架(1)侧壁固定连接且以所述中间电容极板(7)为中心对称设置的第一电容极板(5)和第二电容极板(6)、以及用于给所述第一电容极板(5)、第二电容极板(6)和所述中间电容极板(7)施加电压的电源(8)；

所述第一电容极板(5)和所述中间电容极板(7)构成第一电容C₁，所述第二电容极板(6)和所述中间电容极板(7)构成第二电容C₂，使得所述第一电容C₁和所述第二电容C₂构成差分电容对；通过给所述第一电容极板(5)和第二电容极板(6)施加极性相反大小相等的直流电压，给中间电容极板(7)施加交流电压，利用差分电容对中产生的静电负刚度去抵消所述机械弹簧(3)的刚度，从而实现对低频振动的隔离。

2.如权利要求1所述的低频隔振系统，其特征在于，所述第一电容极板(5)和所述第二电容极板(6)的结构相同，均为圆环状薄板结构。

3.如权利要求1或2所述的低频隔振系统，其特征在于，所述电源(8)为所述中间电容极板(7)施加交流电压，所述电源(8)为所述第一电容极板(5)和所述第二电容极板(6)施加直流电压。

4.如权利要求1所述的低频隔振系统，其特征在于，所述中间电容极板(7)与所述机械弹簧(3)沿其径向固定设置并且与第一电容极板(5)和第二电容极板(6)的距离相等。

5.一种基于权利要求1所述的低频隔振系统的隔振方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)通过给中间电容极板施加交流电压并同时给第一电容极板和第二电容极板施加极性相反大小相等的直流电压V_dc，使得所述中间电容极板往所述第一电容极板或所述第二电容极板的方向运动；

(2)通过调整所述交流电压和所述直流电压V_dc的大小，使得由所述第一电容极板、所述第二电容极板和所述中间电容极板构成的差分电容对的静电负刚度去抵消所述机械弹簧的刚度，从而降低整个弹簧系统的总刚度，实现对低频振动的隔离。

6.如权利要求5所述的低频隔振方法，其特征在于，所述差分电容对对所述中间电容极板的静电力根据公式获得；

其中，F_e为静电力，为施加在中间电容极板上交流电压的有效值，d₀为中间电容极板位于第一电容极板和第二电容极板的中间位置时距离两边极板的距离，V_dc为施加在第一电容极板和第二电容极板上直流电压的值，C₀为中间电容极板位于第一电容极板和第二电容极板的中间位置时中间电容极板与第一电容极板和第二电容极板所形成的相等大小的电容值，x为中间电容极板偏离中间位置的距离。

7.如权利要求5所述的低频隔振方法，其特征在于，所述交流电压为零均值的交流电压，当中间电容极板位于第一电容极板和第二电容极板之间的中间位置时，所述第一电容极板和所述第二电容极板对所述中间电容极板没有静电力的作用。