专利名称：磁性弹簧结构和包括其的减振机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁性弹簧结构和一种包括该磁性弹簧结构的减振机构，更具体地说，涉及适于包括在用于悬挂单元的减振结构中的一种磁性弹簧结构和一种减振机构，该悬挂单元用在用于诸如汽车、电动车或船、发动机固定件等之类的运输工具的坐椅中。
按常规已经提出各种阻尼材料、阻尼器和控制技术，作为对于典型由内部阻尼减小的材料建造的以便保证其刚度的机器和结构，抵消振动和噪声的措施。
由于人体暴露于振动对人体和神经系统的损害随运输工具速度的增大已经成为问题。这种损害以诸如疲劳、头痛、肩僵硬、腰痛、弱视等之类的症状形式出现。一般地说，使用在弹簧与阻尼材料之间的任何优化组合实现振动隔离，弹簧和阻尼材料从由金属弹簧、空气弹簧、橡胶、粘弹性材料和阻尼器组成的组中选择。然而，这样一种组合引起动态放大和彼此相反的损失因数。更具体地说，为了改进低频特性的动态放大的减小使形成的弹簧损失因数减小，导致弹簧变硬。改进高频特性的损失因数的增大导致象阻尼材料的动态放大增大的弹簧，从而使弹簧不利地软到降低低频特性的程度。鉴于该事实，在先有技术中进行了多种偿试，旨在使用包括动态减振器的被动阻尼器或通过半主动控制或主动控制抑制振动。
在这样的情况下，最近提出了一种包括一种磁性弹簧结构的阻尼设备。而且，提出了一种减振机构，该机构如此建造，从而通过把诸如金属弹簧、橡胶材料等包括在这样一种磁性弹簧结构中，允许其整个弹簧常数设置为虚假地基本上为零。然而，提出的减振机构使制造成本增大，并且使建造复杂。因而，特别希望开发一种能够简化构造以降低其制造成本和便于其维护的、能够用作阻尼设备及允许通过与阻尼件相结合得到的弹簧常数虚假地基本上为零的新颖磁性弹簧结构。这样一种结构的开发实现诸如悬挂单元、发动机固定件等之类的结构的简化和其尺寸减小，由此保证其控制在高性能下并且便于其维护。
而且，磁性弹簧结构经常用在举升或提升机构中，用来借助于磁铁之间的排斥力提升希望物体。然而，在使用磁铁的排斥力相对提升它时，只有磁铁的利用不足以支撑载荷质量。因而，需要另外布置一种连杆、一种导向机构等。不幸地是，连杆等的布置使机构的结构复杂，导致机构的大尺寸。而且，它引起连杆的后冲、其摩擦等，由此妨碍机构的精确控制，并且使其维护复杂。
鉴于先有技术的上述缺点已经形成本发明。
因而，本发明的一个目的在于提供一种磁性弹簧结构，该结构仅通过一种预定磁路构造能够用作阻尼设备。
本发明的另一个目的在于提供一种磁性弹簧结构，该结构能够使通过其与诸如金属弹簧、橡胶材料等之类的软垫件相结合得到的其整体弹簧常数虚假地设置为基本上为零。
本发明进一步的目的在于提供一种磁性弹簧结构，该结构能够简化结构并且与先有技术相比能够以降低的成本制造。
本发明的又一个目的在于提供一种减振设备，该设备仅通过一种预定磁路构造能够用作阻尼设备。
本发明的再一个目的在于提供一种减振设备，该设备能够使通过其与诸如金属弹簧、橡胶材料等之类的软垫件相结合得到的其整体弹簧常数虚假地设置为基本上为零。
本发明更进一步的目的在于提供一种减振设备，该设备能够简化结构并且与先有技术相比能够以降低的成本制造。
按照本发明的一个方面，提供一种磁性弹簧结构。该磁性弹簧结构包括至少一个由磁性材料制成的可动元件、和至少一个布置在可动元件外侧的静止磁铁以便限定一个作为用于可动元件的通道的间隙。静止磁铁通过由此产生的磁场的作用推动可动元件。
在本发明的一个最佳实施例中，布置多个上述静止磁铁，以便在静止磁铁的布置方向上彼此以预定间隔隔开，由此在其之间限定间隙。
在本发明的一个最佳实施例中，以这样一种方式布置静止磁铁，从而在静止磁铁的布置方向上彼此相邻的静止磁铁的磁极彼此相反。
在本发明的一个最佳实施例中，把静止磁铁形成圆柱形。间隙由限定在静止磁铁中的内部间隙提供。
在本发明的一个最佳实施例中，把静止磁铁建造成一种层叠结构。
在本发明的一个最佳实施例中，可动元件由一个永久磁铁构成，该永久磁铁这样布置，从而其磁化方向垂直于静止磁铁的磁化方向。
在本发明的一个最佳实施例中，可动元件由一个永久磁铁构成，该永久磁铁这样布置，从而其磁化方向平行于静止磁铁的磁化方向。
在本发明的一个最佳实施例中，把可动元件建造成一种层叠结构。
在本发明的一个最佳实施例中，可动元件由一种铁磁材料制成，并且带有多个点，在这些点处其弹簧常数在其推动方向上在限定在其位移范围内的一个正值与一个负值之间颠倒。
在本发明的一个最佳实施例中，可动元件由一种铁磁材料制成，并且当它在其推动方向移动时实现磁极反向。
按照本发明的另一个方面，提供一种提升机构。该提升机构包括按上述建造的磁性弹簧结构。由静止磁铁的磁场作用推动的磁性弹簧结构的可动元件稳定地保持在一个范围内的一个预定位置处，在该范围内，其弹簧常数在可动元件的推动方向具有一个正值。
按照本发明的又一个方面，提供一种减振机构。该减振机构包括按上述建造的磁性弹簧结构。而且，它还包括一个基本上在直接和间接支撑在磁性弹簧结构的可动元件的载荷质量的相对操作方向上能够呈现弹性力的软垫件。由静止磁铁的磁场作用推动的磁性弹簧结构的可动元件布置成，可在一个其中其弹簧常数在可动元件的推动方向具有一个负值的范围内移动，从而通过与软垫件结合得到的其整体弹簧常数可以虚假地基本上为零。
当结合附图考虑时通过参照如下详细描述，将容易认识本发明的这些和其他目的及多个附带优点，因为他们变得更好理解，在附图中
图1是示意图，表示根据本发明一种磁性弹簧结构的一个实施例；图2是曲线表示，表示图1的磁性弹簧结构的载荷-位移特性；图3是示意图，表示对其应用图1中所示的磁性弹簧结构的一种提升机构的一个例子；图4(a)和(b)每个是示意图，表示对其应用图1中所示的磁性弹簧结构的一种提升机构的另一个例子；图5(a)至(c)每个是示意图，表示对其应用图1中所示的磁性弹簧结构的一种提升机构的进一步的一个例子；图6是示意图，表示对其应用图1中所示的磁性弹簧结构的一种提升机构的又一个例子；图7是示意图，表示对其应用图1中所示的磁性弹簧结构的一种提升机构的再一个例子；图8是示意图，表示对其应用图1中所示的磁性弹簧结构的一种提升机构的更进一步的一个例子；图9是平面图，表示在图8中所示提升机构中静止磁铁的布置；图10是正视图，表示一种减振模型，该模型是带有对其应用本发明的一种磁性弹簧结构的一种减机构的一个例子；图11是图10中所示减振模型的侧视图；图12是图10中所示减振模型的示意剖视图；图13是一种曲线表示，表示一条载荷-位移曲线，指示当永久磁铁用作用于磁性弹簧结构的可动元件时得到的一种磁性弹簧结构的静特性；图14是一种曲线表示，表示当永久磁铁用作用于磁性弹簧结构的可动元件时得到的一种磁性弹簧结构的振动传输速率；图15是一种曲线表示，表示一条载荷-位移曲线，指示当把铁用作用于磁性弹簧结构的可动元件时得到的一种磁性弹簧结构的静特性；图16是一种曲线表示，表示当把铁用作用于磁性弹簧结构的可动元件并且对其施加振幅0.2mm的振动时得到的一种磁性弹簧结构的振动传输速率；图17是一种曲线表示，表示当把铁用作用于磁性弹簧结构的可动元件并且对其施加振幅1.0mm的振动时得到的一种磁性弹簧结构的振动传输速率；图18是一种曲线表示，表示当把铁用作用于磁性弹簧结构的可动元件并且对其施加振幅2.0mm的振动时得到的一种磁性弹簧结构的振动传输速率；图19(a)至(c)每个是示意图，表示构成一种磁性弹簧结构或其布置的静止磁铁和一个可动元件的外形的一种改进；图20(a)至(d)每个是示意图，表示构成一种磁性弹簧结构或其布置的静止磁铁和一个可动元件的外形的另一种改进；图21(a)是平面图，表示静止磁铁的另一种改进；图21(b)是图21(a)中所示静止磁铁的剖视图。
现在，参照附图将描述本发明。
首先参照图1，表明根据本发明的一种磁性弹簧结构的一个实施例。一般指示为标号10的表明实施例的一种磁性弹簧结构包括一个保持件11；和静止磁铁12和13，以这样一种方式布置在保持件11上，在其上放置磁铁12和13的保持件11的表面方向上彼此以预定间隔隔开。静止磁铁12和13这样磁化，从而其磁化方向在在图1中是竖直的。而且，静止磁铁12和13以这样一种方式布置，从而其磁极的方向彼此相对着。
表明实施例的磁性弹簧结构也包括一个可动元件14，可动元件14布置在静止磁铁12与13之间，并且支撑在由一种非磁性材料制成的一个保持件14a上。在表明的实施例中，可动元件14由一个永久磁针构成，并且这样布置，从而其磁化方向垂直于静止磁铁12和13的磁化方向。可动元件14由一种磁性材料制成，并且与静止磁铁12和13一起形成一个磁路。另一方面，可动元件14可以由除永久磁铁之外的诸如铁、铁氧体等之类的铁磁材料制成，只要沿在静止磁铁12与13之间的间隙推动它就行，该间隙起用于可动元件14的路径作用。在表明的实施例中，其中推动可动元件14的方向或可动元件14的推动方向定义为平行于静止磁铁12和13的上述磁化方向。
按图1中所示建造的并且包括尺寸为70×35×10(厚度)的静止磁铁12和13及尺寸为60×10×10(厚度)的可动元件的磁性弹簧结构10经受载荷-位移特性的测量。得到的载荷-位移特性表示在图2中。静止磁铁12和13每个由钕-铁-硼磁铁(下文也称作“钕磁铁”)构成。对分别由钕-铁-硼、铁(铁磁材料)和铁氧体(铁磁材料)制成的可动元件14进行测量。
而且，在测量中，静止磁铁12和13支撑在图1中所示的保持件11上。保持件11形成在其与静止磁铁12和13之间的间隙对应的一部分中，带有一个通孔。在测量中，测量通过在平行于静止磁铁12和13的磁化方向上使在静止磁铁12与13之间的可动元件14向下通过且穿过保持件11的通孔，产生的在静止磁铁12和13与可动元件14之间的排斥力和吸引力形式的载荷。而且，由钕磁铁构成的可动元件14通过以一种姿势运动可动元件14向下插入在静止磁铁12与13之间，当它向下插入在静止磁铁12与13之间时，这种姿势允许它由静止磁铁12和13的上侧磁极吸引。例如，假定右则静止磁铁12的上侧具有S极，而左侧静止磁铁13的上侧具有N极，如图1中所示，构成可动元件14的永久磁铁以允许其N极相对着右侧静止磁铁12和其S极相对着左侧静止磁铁13的姿势运动。载荷的一个正值指示在静止磁铁12、13与可动元件14之间的排斥力，而其一个负值指示其之间的吸引力。可动元件14以100mm/min的速度和110mm的位移行程往复运动。
图2指示，当可动元件14由钕磁铁构成时，可动元件14向静止磁铁12和13的接近允许吸引力的增大，并且它在吸引力最大处的一点a与排斥力最大处的一点b之间基本呈现线性弹簧特性。而且，它指示，指示变化曲线的斜度的可动元件14的弹簧常数是正的。可动元件14的进一步运动提供向下排斥最大的点c。因而，它在点b与c之间的区域中呈现基本线性的弹簧特性和负的弹簧常数。
由铁(Fe)制成的可动元件14导致随可动元件14向静止磁铁12和13的接近吸引力的增大。可动元件14经吸引力最大的点d的进一步运动允许它达到弹簧常数从正值至负值反向的一个波峰(点e)。然后，吸引力最大的波峰(点f)在其磁化方向上在静止磁铁12与13之间出现在一个预定位置处，并且然后弹簧常数从正值向负值反向的另外一个波峰(点g)出现，接着是又一个波峰(点波峰h)的出现。因而，可动元件14在可动元件14的推动方向的位移允许可动元件14呈现这样的特性，在静止磁铁12和13的磁场影响或起作用的范围内具有弹簧常数从正值向负值反向的两个波峰(点e和g)和弹簧常数从负值向正值反向的三个波峰(点d、f和h)。而且，可动元件14经弹簧常数从正值向负值反向的两个波峰(点e和g)的任何位移，允许可动元件14呈现线性弹簧特性，并且在点d-e之间和在点f-g之间具有一个正弹簧常数，而在点e-f之间和在点g-h之间具有负弹簧常数。
当可动元件14由铁氧体制成时，可动元件14的向下运动防止弹簧常数过分增大，尽管它引起排斥力在静止磁铁12与13的一个预定位置处最大。然而，由铁氧体制成的可动元件在其往复行程期间使磁极的反向出现在其向前运动与其向后运动之间，由此呈现磁滞损失增大的特性。
当可动元件14由钕或铁制成时，它在其往复行程中在其向前运动与其向后运动之间基本呈现相同的轨迹，尽管它如上述那样呈现彼此不同的特性。因而，其中线性改变可动元件14的弹簧特性的范围的利用允许磁路适当地应用于具有其中其弹簧常数虚假地基本上为零的特性的一个提升机构或一个减振机构。更具体地说，在每一种情况下，其中弹簧常数具有一个正值的特性的范围可以用于一种用来提升物体的提升机构，并且其中它具有一个负值的其范围可以与具有一个正弹簧常数的诸如金属弹簧等之类的软垫件相结合，以提供一种其中整体弹簧常数由于该结合在其位移的一个预定范围内基本上为零的减振机构(见图13)。
其实，由铁氧体制成的可动元件14引起磁滞增大，导致难以提供这样一种减振机构，当它与诸如金属弹簧等之类的软垫件相结合时具有虚假地基本上为零的弹簧常数。尽管如此，它由于磁极的颠倒呈现增大的阻尼力。因而，由铁氧体制成的可动元件唯一地用于磁性弹簧结构。另一方面，根据载荷质量，可动元件可以与诸如金属弹簧等之类的软垫件相结合，以有效地提供一种阻尼机构。
图3至7每个通过例子示意表示如此建造的表明实施例的磁性弹簧结构对一种提升机构的应用。在图3中，可动元件14由一个永久磁铁(钕磁铁)构成。而且，布置在右手侧的静止磁铁12带有限定在其上侧的N极，而在左手侧的静止磁铁13带有限定在其上侧的S极。而且，保持件11布置在静止磁铁12和13下方以把他们支撑在其上。另外，为了允许可动元件14在向上方向运动或移动，构成可动元件14的永久磁铁这样布置，从而其一个S极相对着右侧静止磁铁12，而其一个N极相对着左侧静止磁铁13。这样一种布置允许排斥力，作用在限定在其下侧的右侧静止磁铁13的S极与可动元件14的S极之间、和在限定在其下侧的右侧静止磁铁13的N极与可动元件14的N极之间，导致可动元件14向上移动以便从静止磁铁12和13向上释放。然后，如此移动的可动元件14具有施加在右侧静止磁铁12的上侧N极与可动元件14的S极之间、和在左侧静止磁铁13的上侧S极与可动元件14的N极之间的吸引力。如此作用的排斥力和吸引力彼此平衡，从而可动元件14可以稳定地支撑，同时由于其向上位移保持提升一个预定距离。这样一种平衡位置或在提升时稳定支撑可动元件14的一个位置，由在一个a-b间隔与在载荷为零处的刻度之间的交叉指示。
对其应用磁性弹簧结构10的提升机构允许可动元件14稳定地提升，而不用诸如连杆、导向机构等之类的任何辅助装置。因而，与常规提升机构相比，该提升机构结构简单、尺寸小及制造成本低。本发明的提升机构有利于其维护，因为它消除了包括上述的任何辅助装置的必要性。
不要求可动元件14的宽度与在静止磁铁12与13之间的间隙基本一致，只要可动元件14在布置在间隙中的同时能沿其移动。然而，当把宽度形成为基本上与间隙一致时，如图3中所示，静止磁铁12和13在可动元件14的运动期间起对其导向的作用。而且，为了保证可动元件14在静止磁铁12与13之间的较平稳运动，静止磁铁12和13的每一个的内表面或可动元件14的外表面可以带有用来减小其之间的摩擦阻力的材料15，如通过涂敷、粘结等沉积在其上的PTFE(聚四氟乙烯)等，如图4(a)和4(b)中所示。
当静止磁铁12和13及可动元件14每个由单层的永久磁铁构成时，可动元件14根据其与静止磁铁12和13相对的极性在任一个方向运动。当可动元件14由诸如铁等之类的铁磁材料制成时，可动元件14通过由静止磁铁12和13产生一个磁场的作用的磁化方向，如图5(a)至5(c)中所示，允许可动元件14稳定地保持，同时在向上和向下方向移动，即使当磁铁12和13构成单层时也是如此。因而，可动元件14在点f-g的一个间隔或范围与载荷为零处的刻度之间的交叉和在点h-I的一个间隔与该刻度之间的交叉的每一个处平衡。
在表明的实施例中，一个永久磁铁用于构成磁性弹簧结构10的静止磁铁12和13的每一个。另一方面，一个电磁铁可以代替永久磁铁，如图6中所示。为此目的的电磁铁的使用允许可动元件14的运动由通/断切换供给到电磁铁的激励电流的操作控制。而且，在表明的实施例中，单个可动元件14布置在两个这样的静止磁铁12与13之间，静止磁铁12和13布置成在其上放置磁铁12和13的保持件11的表面方向上彼此以预定间隔隔开。另一方面，表明的实施例可以以这样一种方式建造，如图7中所示。更具体地说，三个这样的静止磁铁12、13和16布置在保持件11上，同时保持磁铁相邻的两个在其上放置静止磁铁的保持件的表面方向上彼此以预定间隔隔开。而且，两个可动元件14和17分别布置在静止磁铁12与13之间和在静止磁铁13与16之间。当然可以以类似方式布置更多个静止磁铁和可动元件。
构成磁性弹簧结构10的静止磁铁和可动元件的布置限于以上，其中他们在其上放置他们的保持件的表面方向上的行中彼此并列布置。因而，通过例子可以按图8和9中所示的那样实施它。更具体地说，四个静止磁铁12、13、16和18以网格状方式布置在保持件11上，从而每相邻两个静止磁铁可以彼此以相等间隔隔开，并且具有彼此相对限定的极性。然后，构成可动元件14、17、20和21的永久磁铁布置在相应两个静止磁铁之间，从而其磁化方向分别垂直于静止磁铁的磁化方向。在该实例中，为了保证四个这样的可动元件14、17、20和21可以同时和肯定的执行在相应两个静止磁铁之间的操作，可动元件14、17、20和21可以可以支撑在一个形成十字形外形的保持件22上。为了允许每个由永久磁铁构成的可动元件14、17、20和21呈现有效作用在静止磁铁上的磁力，支撑件22最好由诸如合成树脂等之类的非磁性材料形成。
当磁性弹簧结构10可以用作提升机构时，支撑件22可以提供在相对着其一个表面的其一个端表面上，在该表面上用一个用来在其上支撑支撑件22的基座23支撑可动元件14、17、20和21，从而四个永久磁铁24、25、和26，其一个为了简明起见从图8中省去，可以布置在基座23上，同时使静止磁铁12、13、16和18和永久磁铁24、25、和26的相同极性彼此相对着。这允许排斥磁场产生在静止磁铁12、13、16和18与永久磁铁24、25、和26之间，从而可动元件14、17、20和21在提升的同时可以稳定地支撑。
现在，参照图10至12将描述一种其中包括本发明的磁性弹簧结构的减振机构，这表示是一种有上述磁性弹簧结构10包括在其中的减振机构的一个例子的一种减振模型30。在图10至12中，标号31指示一块基座板。在实际中，基座板31安装在车体等的机架上。在使用减振模型30的振动施加试验中，基座板31安装在试验设备的一个平台(未表示)上。基座板31在其上安装有一个其前后壁打开的箱形壳体32。壳体32有一个基座33固定在其上，同时定位在其内部靠近其底部的一个位置处。构成磁性弹簧结构10的静止磁铁12和13支撑在基座33上。更具体地说，由非磁性材料制成的且起支撑件作用的保持件11固定在基座33上，并且然后成对的静止磁铁12和13固定在保持件11上，以便以预定间隔彼此隔开。可动元件14布置在静止磁铁12与13之间。
可动元件14保持在一根连接杆34的远端或下端，该连接杆使一个上端连接到一个竖直运动件35的一端上。竖直运动件35在其另一端上安装有一个载荷质量支撑件36。载荷质量支撑件36建造成在其上部上支撑载荷质量。竖直运动件35在其两侧的每一侧提供有一个滑动导向件35a，滑动导向件35a适于可滑动地啮合以在壳体32中竖直延伸的方式布置的导轨件37的每一个，由此稳定竖直可动件35的竖直运动。
载荷质量支撑件36形成基本上U形，并且以把壳体32的上壁32a保持在其中同时从上面围绕它的方式连接到竖直运动件35上。载荷质量支撑件36包括一个上壁36a，并且布置成在其上壁36a与壳体32的上壁32a之间限定一个间隙。减振模型30包括一根接收在上壁32a与36a之间的间隙中的螺旋弹簧40。螺旋弹簧40构成一个基本在经连接杆34、竖直可运动件35和载荷质量支撑件36支撑的载荷质量的相对运动方向上、或在可动元件14相对于静止磁铁12和13的运动方向(或可动元件34的推动方向)上可弹性变形的软垫件。软垫件可以由金属弹簧、橡胶材料等制成。螺旋弹簧40的布置不限于任何具体方式，只要它基本上在可动元件14的相对运动方向上可弹性变形。例如它可以布置在壳体32中。
图13表示在载荷-位移曲线上的试验数据，该曲线指示其中包括由钕-铁-棚磁铁(钕磁铁)构成的可动元件14的上述减振模型30的静特性。如将从图13注意到的那样，呈现正线性弹簧常数的螺旋弹簧40的弹性力具有这样一个范围，其中磁性弹簧结构10在图2中的点b-c之间的区域中具有叠加在其上的一个负弹簧常数，从而载荷在点b-c之间的区域中基本上不变化而与位移的增大无关，如图13中所示，导致由曲线斜度指示的弹簧常数基本上为零。因而，当进行设置从而在其上支撑或承载载荷质量的同时在磁性弹簧结构10中可动元件14相对于静止磁铁12和13的位移范围落入在图2中的点b-c之间的区域中，并且执行调节，从而在图2中的点b-c之间的区域中螺旋弹簧40的弹簧常数和磁性弹簧结构10的弹簧常数的绝对值基本上彼此重合时，可以有效地减小或消除振动的传输，同时防止其整个弹性力变化。
图14表示减振模型30的振动传输特性。在图14中，试验例子1至3每个指示在减振模型30上的数据，其中在图13的试验中使用的可动元件14由钕磁铁构成。以在把载荷质量承载在载荷质量支撑件36上的同时初始把可动元件14设置于基本上自然在图2中的点b-c之间的区域中的位置处并且然后把基座板31固定在振动施加设备的平台上的方式，进行试验，导致载荷质量相对于测量频率的振动传输速率。而且，为了比较，在其中液体密封在一个用作发动机固定件的橡胶固定件中的一个常规“液体密封固定件”或一个阻尼机构上，在其上支撑预定数值的质量的同时，测量振动传输速率。在图14中，例如，“1.0mmp-p”是指，在当它在一个方向反射时得到的波峰与当它在另一个方向反射时得到的波峰之间的距离是1.0mm。
如将从图14明白的那样，与常规液体密封固定件(比较例)相比，在表明实施例的减振模型30上的试验例1至3每个高度减小了振动传输速率。特别是，与比较例相比，试验例每个允许谐振波峰向低频区域运动，由此在由人体灵敏感觉的3Hz或更大与一个高频区域之间的宽范围上减小振动。
图15表示在指示减振模型30的静特性的载荷-位移曲线上的数据，其中构成减振模型30的磁性弹簧结构10的可动元件14由是铁磁材料的铁制成。在与图13中所示的基本相同的过程中进行试验。如图2中所示由铁制成的可动元件14在两点处呈现负弹簧常数。因而，如从图15注意到的那样，呈现负弹簧常数的磁性弹簧结构10的范围叠加在图2中在点e-f之间和在点g-h之间的两个区域中呈现正线性弹簧常数的螺旋弹簧40的弹性力上，导致截荷不顾位移的增大保持不变，从而由曲线斜度指示的弹簧常数可以基本上为零。
因而，当进行设置，从而在不同载荷质量M0或M0＋M1支撑在其上的同时在磁性弹簧结构10中可动元件14相对于静止磁铁12和13的位移的范围落在图2中的点e-f或点g-h之间的区域中，并且进行调节，从而在图2中的点e-f或点g-h之间的区域中螺旋弹簧40的弹簧常数、和磁性弹簧结构10的弹簧常数的绝对值基本上彼此重合时，可以有效地减小消除振动传输，同时防止其整个弹性力在范围的每一个中变化。
图16至18每个表示减振模型30的振动特性，其中构成减振模型30的磁性弹簧结构10的可动元件14由铁制成。在0.2mm、1.0mm和2.0mm中的波峰之间变化振幅的同时，进行振动特性的测量。在通过把它设置在M0处得到在M0＋M1处的设置载荷质量和关于试验例5的数据的同时，测量关于试验例4的数据。为了比较，当在预定值处的质量支撑在图14中所示的液体密封固定件上时测得的数据同样表示在图16至18中(比较例)。基本上与图14中相同的方式进行试验。
图16至18清楚地指示本发明的试验例每一个高度减小振动传输速率，由此与先有技术的比较例相比有效地实现减振。
本发明的磁性弹簧结构和减振机构不限于上述实施例。例如，包括在磁性弹簧结构中的静止磁铁和可动元件和其布置可以按图19(a)至20(d)中所示的这样一种方式配置和布置。在图19(a)至20(d)的每一个中，由在可动元件上产生的磁场作用依据对其移动可动元件的位置而变化，从而至少在任一个方向上可以推动可动元件，导致磁性弹簧结构肯定地呈现其功能。因而，图19(a)至20(d)的每一个中所示的布置允许满意地提供提升机构或减振机构，同时在结构上简化。
更具体地说，在图19(a)中所示的布置如此配置，从而成对布置成在其布置方向上彼此隔开的静止磁铁51和52，分别通过彼此层叠两个磁铁51a和51b和彼此层叠两个磁铁52a和52b形成。磁铁51a和51b及磁铁52a和52b这样布置，从而其磁化方向与其布置方向一致。可动元件61布置在成对静止磁铁51与52之间，从而其磁化方向平行于磁铁51a、51b及磁铁52a、52b的磁化方向。
图19(b)中所示的布置如此配置，从而静止磁铁51和52的每一个及可动元件61的磁化方向定义成竖直的。在图19(c)的布置中，通过彼此层叠两个磁铁51a和51b和彼此层叠两个磁铁52a和52b分别形成静止磁铁51和52，如图19(a)中所示。可动元件61如此布置，从而其磁化方向垂直于静止磁铁51和52的磁铁51a、51b及52a、52b的磁化方向。
在图20(a)中，可动元件61如此布置，从而其磁化方向垂直于静止磁铁51和52的磁化方向，象图1中那样。然而，图20(a)与图1的不同之处在于，可动元件61通过彼此层叠两个磁铁61a和61b形成。可动元件61的这种配置允许可动元件61具有多个波峰，在这些波峰处其弹簧常数在其位移范围中的一个正值与一个负值之间反向，从而可动元件61可以基本呈现与图5中所示由诸如铁等之类的铁磁材料制成的元件相同的功能和优点。
在图20(b)中，通过彼此层叠两个磁铁51a和51b和彼此层叠两个磁铁52a和52b分别形成静止磁铁51和52，如图19(a)中所示。而且，可动元件61同样通过彼此层叠两个磁铁61a和61b形成。在图20(c)中，通过彼此层叠三个磁铁51a、51b和51c和彼此层叠三个磁铁52a、52b和52c分别形成静止磁铁51和52。在图20(d)中，通过彼此层叠三个磁铁51a、51b和51(c)和彼此层叠三个磁铁52a、52b和52(c)分别形成静止磁铁51和52。而且，可动元件61如此布置，从而其磁化方向垂直于磁铁51a、51b、51c、52a、52b和52c的磁化方向。在图20(b)的每一个中所示的上述布置允许排斥力在可动元件61的位移范围内的多个点处变化，从而可动元件61可以具有多个波峰，在这些波峰处弹簧常数在一个正值与一个负值之间反向。
在图19(a)至图20(d)的每一个中所示的布置中，静止磁铁和/或可动元件由多个磁铁的层叠形成。要层叠的磁铁的数量不限于任何特定范围。
而且，当如图1中所示，布置在可动元件外侧的静止磁铁由彼此不同的件构成时，要求他们布置成在其布置方向上把可动元件插入在其之间。另一方面，表明的实施例以图21中所示的这样一种方式配置。更具体地说，一个静止磁铁53形成诸如圆柱形状、四棱柱形状等之类的柱形以在其中提供一个内部间隙53a，内部间隙53a起用于可动元件62的通道的作用。即使在静止磁铁53的这样一种柱形外形中，也可以以任何希望的方式或布局布置构成静止磁铁53和可动元件62的磁铁。在这方面，当静止磁铁53形成四棱柱形状时，它受到外形限制，导致限于图19(b)、图19(c)或图20(d)中所示的这样的布置，其中磁极对于插入在其之间的可动元件62是彼此对称的。
另外，表明实施例中的减振模型30带有包括在其中以便起软垫件作用的螺旋弹簧40。然而，它不限于上述的这样一种金属弹簧、橡胶材料等，只要它呈现基本上在载荷质量相对运动方向上的弹性力。例如，如图8中所示，永久磁铁24、25和26可以以其相同极性彼此相对着的方式布置在磁性弹簧结构10的静止磁铁12、13、16和18上，从而由具有形成在其之间的排斥力的磁路构成的软垫机构可以作为一个软垫件提供。在该实例中，如此提供的软垫件与金属弹簧等相比难以呈现线性弹簧特性。然而，由构成磁性弹簧结构10的静止磁铁12、13、16和18及可动元件14、17、20和21以及与静止磁铁一起构成软垫机构的永久磁铁24、25和26的每一个产生的磁场强度的适当调节，允许减振模型30呈现基本上为零的整体弹簧常数。当软垫由这样一种磁路构成时，整体减振机构可以仅由磁路构成，导致进一步简化其结构和有利于其维护。构成由磁路和其布置提供的软垫机构的静止磁铁和永久磁铁的数量可以按要求变化。因而，他们不限于图8。
如能从上文看到的那样，本发明的磁性弹簧结构如此建造，从而静止磁铁布置在由一种磁性材料制成的可动元件外侧，同时形成起用于可动元件的通道的作用的一个间隙，由此通过如此产生的磁场的作用推动可动元件。本发明的这种配置允许由以这种预定位置关系布置的静止磁铁和可动元件构成的磁路唯一地用作一种阻尼设备。而且，它允许与诸如金属弹簧、橡胶等之类的软垫件相结合的磁路的整体弹簧常数虚假地设置为基本上为零。因而，本发明提供与先有技术相比结构简单和制造成本低的一种磁性弹簧结构和一种减振机构。而且，本发明允许磁路唯一地构成一种用于相对提升损失质量的的提升机构。在这方面，本发明消除了布置利用在磁铁之间的排斥力的常规提升机构需要连杆和导向机构的必要性，由此简化提升机构的建造，减低其制造成本及有利于其维护。
尽管参照附图用一定程度的具体性已经描述了本发明的最佳实施例，按照以上讲述明显的修改和变更是可能的。因此在附属权利要求书的范围内要理解，除具体描述之外可以实施本发明。
权利要求
1.一种磁性弹簧结构，包括至少一个可动元件，由磁性材料制成；和至少一个静止磁铁，布置在所述可动元件外侧，以便限定一个作为用于所述可动元件的通道的间隙；所述静止磁铁通过由此产生的磁场的作用推动所述可动元件。
2.根据权利要求1所述的磁性弹簧结构，其特征在于，布置多个所述静止磁铁，以便在所述静止磁铁的布置方向上彼此以预定间隔隔开，由此在其之间限定所述间隙。
3.根据权利要求2所述的磁性弹簧结构，其特征在于，以这样一种方式布置所述静止磁铁，从而在所述静止磁铁的所述布置方向上彼此相邻的所述静止磁铁的磁极彼此相对着。
4.根据权利要求1所述的磁性弹簧结构，其特征在于，把所述静止磁铁形成圆柱形；所述间隙由限定在所述静止磁铁中的内部间隙提供。
5.根据权利要求1所述的磁性弹簧结构，其特征在于，把所述静止磁铁建造成一种层叠结构。
6.根据权利要求1所述的磁性弹簧结构，其特征在于，所述可动元件由一个永久磁铁构成，该永久磁铁这样布置，从而其磁化方向垂直于所述静止磁铁的磁化方向。
7.根据权利要求1所述的磁性弹簧结构，其特征在于，所述可动元件由一个永久磁铁构成，该永久磁铁这样布置，从而其磁化方向平行于所述静止磁铁的磁化方向。
8.根据权利要求1所述的磁性弹簧结构，其特征在于，把所述可动元件建造成一种层叠结构。
9.根据权利要求1所述的磁性弹簧结构，其特征在于，所述可动元件由一种铁磁材料制成，并且带有多个点，在这些点处其弹簧常数在其推动方向上在限定在其位移范围内的一个正值与一个负值之间颠倒。
10.根据权利要求1所述的磁性弹簧结构，其特征在于，所述可动元件由一种铁磁材料制成，并且当它在其推动方向移动时实现磁极反向。
11.一种包括根据权利要求1至10任一项所述的磁性弹簧结构的提升机构，其特征在于，由所述静止磁铁的磁场作用推动的所述可动元件稳定地保持在一个范围内的一个预定位置处，在该范围内，其弹簧常数在所述可动元件的推动方向具有一个正值。
12.一种减振机构，包括根据权利要求1至10任一项所述的磁性弹簧结构；和一个软垫件，基本上在直接和间接支撑在所述磁性弹簧结构的所述可动元件上的载荷质量的相对操作方向上能够呈现弹性力；由所述静止磁铁的磁场作用推动的所述可动元件布置成，可在一个其中其弹簧常数在所述可动元件的推动方向具有一个负值的范围内移动，从而通过与所述软垫件结合得到的其整体弹簧常数可以基本上为零。
全文摘要
一种磁性弹簧结构和一种减振机构:该磁性弹簧结构包括:多个静止磁铁,彼此相邻地布置成在其之间限定一个间隙,并且以一种使其磁极彼此相对着的方式布置;和一个可动元件,由磁性材料制成并且布置在该间隙中。静止磁铁和可动元件提供一种磁路结构,该结构可以唯一地用作一种阻尼设备。而且,可以使通过将其与诸如金属弹簧、橡胶等之类的软垫件相结合得到的整体弹簧常数虚假地设置为基本上为零。
文档编号F16F15/03GK1326874SQ01119380
公开日2001年12月19日 申请日期2001年6月1日 优先权日2000年6月2日
发明者榎芳美, 我田茂树, 大下裕树, 藤田悦则, 誉田浩树, 山根秀之 申请人:株式会社三角工具加工