[发明专利]一种沙漏型宽幅宽频准零刚度电磁隔振器

权利要求书

1.一种沙漏型宽幅宽频准零刚度电磁隔振器，其特征在于：包括沙漏型框架(1)、环形电磁铁部分、环形永磁铁部分、直线限位花键部分、上传感器(12)、下传感器(13)和紧固件，由不导磁材料制成的沙漏型框架(1)通过第一紧固螺栓(2)和第二紧固螺栓(11)固定在振源和被隔振物体之间；环形电磁铁部分和环形永磁铁部分分布在沙漏型框架(1)内的中间部分，其中，环形永磁铁部分包括不导磁的环形永磁铁固定框架(3)和环形永磁铁(4)，环形永磁铁固定框架(3)通过第三紧固螺栓(7)固定在沙漏型框架(1)的中间部分左侧，环形永磁铁(4)通过过盈配合固定在环形永磁铁固定框架(3)上；环形电磁铁部分包括线圈骨架(8)和线圈(9)，线圈骨架(8)通过第四紧固螺栓(10)固定在沙漏型框架(1)的中间部分右侧，线圈(9)通过减少漏磁的三明治绕线法缠绕在线圈骨架(8)上，线圈顶部预留有螺纹孔；环形永磁铁(4)和线圈(9)形成环形电磁对；直线限位花键部分包括滚珠花键(5)和花键轴(6)，滚珠花键(5)通过外筒的螺纹紧固在沙漏型框架(1)上，花键轴(6)通过螺纹连接到线圈骨架(8)上，通过花键轴(6)和滚珠花键(5)的配合限定环形电磁对之间的运动为直线；上传感器(12)和下传感器(13)分别布置在沙漏型框架(1)的上面板内侧和下面板内侧；

上传感器(12)和下传感器(13)分别布置在沙漏型框架(1)的上面板内侧和下面板内侧的中心点位置，在信号处理中将中心点位置视为观测点，得到隔振器上下面板各自的绝对位移信号作为反馈信号，通过控制器调节，辅以主动负刚度反馈算法实现隔振器的准零刚度，其实现原理如下：当沙漏型框架(1)受压时，提供反向的电流给环形电磁铁部分的线圈(9)，使得环形电磁对之间的作用力表现为吸引力，主动调整沙漏型框架的变形与受压方向一致，使得下面板跟随载荷变化，而上面板保持绝对静止；当沙漏型框架(1)受拉时，提供正的电流给环形电磁铁部分的线圈(9)，使得环形电磁对之间的作用力表现为排斥力，主动调整框架的变形与受拉方向一致，使得下面板跟随载荷变化，而上面板保持绝对静止；主动负刚度反馈算法具体实现过程为：首先，通过拉伸压缩机确定出所加工的沙漏型框架(1)在一定位移范围内的抗拉刚度以及抗压刚度；接着，通过沙漏型框架(1)上、下面板中心点布置的传感器得到相应位置的加速度响应，该加速度响应经二次积分并滤波处理得到沙漏型框架(1)上、下面板中心点位置实时的绝对位移，以上面板的绝对位移减去下面板的绝对位移，得到上下面板之间的相对位移，相对位移值为负，说明隔振器处于受压状态，相对位移值为正，说明隔振器处于受拉状态；隔振器处于受压状态时，提供反向的电流给线圈(9)，该电流产生的电磁力为吸引力，其值等于相对位移与抗压刚度之积，隔振器处于受拉状态时，提供正向的电流给线圈(9)，该电流产生的电磁力为排斥力，其值等于相对位移与抗拉刚度之积；该算法具有响应快速，延迟小的特点，并最终使整体隔振器实现宽幅宽频隔振。

2.根据权利要求1所述的沙漏型宽幅宽频准零刚度电磁隔振器，其特征在于：所述沙漏型框架(1)提供支撑刚度，通过调整斜梁夹角、斜梁厚度来调整沙漏型框架(1)支撑刚度；所述沙漏型框架(1)设计性强，通过结构尺寸设计来调整隔振器的尺寸满足工程不同适应性要求，通过在0°与45°之间调整斜梁夹角来调整位移放大比。

3.根据权利要求1所述的沙漏型宽幅宽频准零刚度电磁隔振器，其特征在于：所述环形电磁铁部分中部不含铁芯，当隔振器上下面板受压时，中部的环形电磁对之间产生水平的相对位移，通过滚珠花键(5)与花键轴(6)的配合将相对位移限制在水平方向，避免因质量不均衡产生扭转方向的位移。

4.根据权利要求1所述的沙漏型宽幅宽频准零刚度电磁隔振器，其特征在于：通过在线圈(9)中施加电流，使环形电磁对之间产生横向的水平力，抵消框架结构的刚度，实现负刚度宽频隔振；通过沙漏型框架(1)的位移放大作用，将沙漏型框架中部的负刚度行程区间成倍放大至沙漏型框架的上下面板之间，使得隔振器整体对外表现出宽幅的准零刚度特性。