专利名称：承重可调准零刚度电磁隔振器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及隔振系统，特别是一种承重可调准零刚度电磁隔振器及其控制方法。
背景技术：
随着社会的发展和生活质量的提高，人们对一些设备的隔振技术要求越来越高。 然而，那些不良振动负面影响很大，影响着人们的工作，使人产生不适，或是产生了其它方面的问题。比如，对汽车高舒适性的要求、火箭发射时对航天航空器搭载的高度精密测量仪器的保护、水下航行潜艇的减振降噪等，都对隔振技术的要求越来越严格。传统的线性系统隔振器只有在^Jlwn (ω，ωη分别为激励频率和系统的固有频率)才有隔振效果。非线性隔振技术是突破这一隔振频率限制的必要途径。近年来研究表明，准零刚度隔振系统具有高静态、低动态刚度等优良性能，以此有效降低系统的固有频率，达到在低频段进行有效隔振同时又能承受质量较大的载荷。目前现有的准零刚度隔振系统结构见
图1，其缺陷是仅针对某一特定承载重量设计系统参数，如果承载重量发生了变化，隔振系统就会偏离原有的准零刚度工作状态，起不到好的隔振效果；在某些应用场合(如汽车座椅)，承载重量是变化的，这种隔振系统不能根据承载重量的变化，自动调节刚度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种承重可调准零刚度电磁隔振器及其控制方法，实现大范围频率隔振，增强低频隔振能力。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种承重可调准零刚度电磁隔振器，包括被隔振设备、底座、一组垂直方向的电磁弹簧、两组水平方向的电磁弹簧，底座左右两侧安装有外框架，还包括控制电路，水平方向的电磁弹簧包括一组电磁铁和两块永磁体，被隔振设备右侧通过连杆与右侧水平方向电磁弹簧的第一块永磁体连接，右侧水平方向电磁弹簧的第一块永磁体通过导杆与第二块永磁体连接，第二块永磁体与电磁铁连接，电磁铁固定在右侧外框架上；垂直方向的电磁弹簧包括两组电磁铁和三块永磁体，被隔振设备通过载物台架与垂直方向电磁弹簧的第一组电磁铁连接，垂直方向电磁弹簧的三块永磁体串接在两组电磁铁之间,永磁体之间通过导杆连接,第二组电磁铁固定在底座上；被隔振设备左右两侧呈对称结构；载物台架上安装有力传感器；控制电路输入端与力传感器连接，控制电路输出端与电磁铁连接。所述控制电路包括力传感器、A/D转换模块、控制器、功率转换模块，力传感器、A/D 转换模块、控制器、功率转换模块依次连接，功率转换模块与电磁铁连接。承重可调准零刚度电磁隔振器包括三组电磁弹簧，垂直方向一个，水平方向两个 (对称分布在左右两侧)，当承载重量发生变化时，首先调节垂直电磁弹簧中控制电流的大小，使系统保持在原静平衡位置(水平位置)。然后根据刚度准零的条件，调节水平电磁弹簧控制电流的大小，使系统始终工作在准零刚度状态下，通过调节电流改变电磁力，使电磁力与承载重量变化相匹配来满足准零刚度的数学关系，保持系统载荷变化条件下的准零刚度隔振性能，被隔振设备在平衡位置附近做小幅振动时，其动刚度很小，整个系统的固有频率很低，可实现大范围频率隔振，并具有良好的低频隔振效果。所述承重可调准零刚度电磁隔振器的控制方法为I)对承重可调准零刚度电磁隔振器的一组电磁弹簧进行实验，得到电磁斥力与气隙和电流变化的数据，对测得的数据利用数值仿真软件进行曲线拟合，得到近似公式
_Z_/F = P1* exp(一) * exp(—)，
Pi Λ其中F表示电磁弹簧产生的斥力，ζ表示两块永磁体之间的距离，i表示线圈中控制电流的大小，P1, P2，P3表不与永磁体型号和直流电磁铁线圈阻数相关的系数；2)对承重可调准零刚度电磁隔振器进行受力分析，求出系统所受合力Σ F
YF = -2P1*exp( b + ^a ~x )*exp(—^-) . X + A *exp( c + x)*exp(—^-)-P1*exp(—~-)*exp(—^-)，
P2Pi ^Ia2-X2P2PiPiPi其中a表示连杆的长度，b表示水平电磁弹簧中电磁铁到载物台架的距离，c表示垂直电磁弹簧中间永磁体到其下方永磁体之间的距离，d表示垂直电磁弹簧中上方永磁体到中间永磁体之间的距离,X表示垂直电磁弹簧中滑动磁铁相对初始位置的变化距离，il 表示水平电磁铁中的控制电流，i2和i3分别表示垂直电磁弹簧中第一组电磁铁和第二组电磁铁中的控制电流；3)对2)中的合力公式求导，得到系统的总刚度K:
权利要求
1.一种承重可调准零刚度电磁隔振器，包括被隔振设备、底座、一组垂直方向的电磁弹 簧、两组水平方向的电磁弹簧，底座左右两侧安装有外框架，其特征在于还包括控制电路， 水平方向的电磁弹簧包括一组电磁铁和两块永磁体，被隔振设备右侧通过连杆与右侧水平 方向电磁弹簧的第一块永磁体连接，右侧水平方向电磁弹簧的第一块永磁体通过导杆与第 二块永磁体连接，第二块永磁体与电磁铁连接，电磁铁固定在右侧外框架上；垂直方向的电 磁弹簧包括两组电磁铁和三块永磁体，被隔振设备通过载物台架与垂直方向电磁弹簧的第 一组电磁铁连接,垂直方向电磁弹簧的三块永磁体串接在两组电磁铁之间,永磁体之间通 过导杆连接，第二组电磁铁固定在底座上；被隔振设备左右两侧呈对称结构；载物台架上 安装有力传感器；控制电路输入端与力传感器连接，控制电路输出端与电磁铁连接。
2.根据权利要求1所述的承重可调准零刚度电磁隔振器，其特征在于，所述控制电路 包括A/D转换模块、控制器、功率转换模块，A/D转换模块、控制器、功率转换模块依次连接， 功率转换模块与电磁铁连接。
3.根据权利要求2所述的承重可调准零刚度电磁隔振器，其特征在于，所述控制器为 AT89S51单片机。
4.根据权利要求1所述的承重可调准零刚度电磁隔振器，其特征在于，所述永磁体为 钕铁硼永磁体。
5.根据权利要求1所述的承重可调准零刚度电磁隔振器，其特征在于，所述电磁铁为 直流电磁铁。
6.如权利要求1所述的承重可调准零刚度电磁隔振器的控制方法，其特征在于，该方 法为1)对承重可调准零刚度电磁隔振器的一组电磁弹簧进行实验，得到电磁斥力与气隙和 电流变化的数据，对测得的数据利用数值仿真软件进行曲线拟合，得到近似公式
全文摘要
本发明公开了一种承重可调准零刚度电磁隔振器及其控制方法，隔振器垂直方向电磁弹簧由三块永磁体和两组可控直流电磁铁构成，两块磁铁之间极性相对产生排斥力，通过改变控制电流可以调节电磁弹簧的刚度；水平方向由两组左右对称分布的电磁弹簧构成，改变控制电流可以调节电磁弹簧的刚度；当系统承载重量发生变化时，可以通过调整控制电流，使垂直和水平电磁弹簧的刚度满足一定的比例关系，从而使系统在平衡位置处的刚度为零；被隔振设备在平衡位置附近做小幅振动时，其动刚度很小，整个系统的固有频率很低，可实现大范围频率隔振，并具有良好的低频隔振效果；且结构紧凑、重量轻、控制方便。
文档编号F16F15/03GK102606673SQ201210081938
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者周加喜, 张敬, 张月英, 徐道临 申请人:湖南大学