一种定动子错位配置的高线性磁负刚度机构

本发明属于隔振领域，更具体地，涉及一种定动子错位配置的高线性磁负刚度机构。

背景技术：

1、在精密加工装备、精密测量等领域，微小的低频振动就会对制造精度、测量精度产生不利影响，因此需要有效隔离低频振动。对于线性隔振系统，只能对外界振动频率大于系统固有频率倍时才能起到隔振效果。因而，为了隔离低频振动，需要降低隔振系统的固有频率。在保持隔振系统负载能力不变的情况下，为了隔离低频振动，扩展隔振频率带宽，需要降低系统的综合刚度，达到减小系统固有频率的效果。目前，在隔振系统中并联负刚度机构是降低系统固有频率的有效方法。

2、相比于组合弹簧、连杆机构等产生负刚度特性的装置，磁致负刚度机构具有无摩擦、无接触的优势。但由于两个磁体间磁力作用产生的刚度特性与磁体距离具有非线性的特点，而非线性的刚度特性及其引起的非线性动力学会对隔振系统的稳定性、隔振效果造成影响。因此，具有良好线性度的负刚度特性是磁负刚度机构需要实现的目标。

3、在当前隔振领域的工程应用中，在有限空间实现较大的负刚度值，在大行程范围内具有良好线性度特性是负刚度机构需要解决的问题，具有较好线性度的负刚度机构结构复杂不易实现等问题，需要开发一种结构简单，在大行程范围内具有较好磁负刚度且较大磁负刚度的结构。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种定动子错位配置的高线性磁负刚度机构，其利用动子磁体、定子磁体按照特定的方向阵列，将同层的动子磁体相对于定子磁体进行初始偏置，通过匹配合适的初始偏置距离、磁体阵列的层数、列数，使得整个磁负刚度机构在z向产生较大的负刚度值，且在较宽的行程内表现出线性度较好的负刚度特性。

2、为实现以上发明目的，本技术提供一种定动子错位配置的高线性磁负刚度机构，其包括定子磁体、动子磁体、定子框架和动子框架，所有的定子磁体固定于定子框架上，所有的动子磁体固定于动子框架上，定子磁体和动子磁体均具有多个，定子磁体和动子磁体共同排列成多层和多列，

3、在z轴方向上，定子磁体排布成至少一列，动子磁体排布成至少一列，定子磁体列和动子磁体列交替间隔排布，在x轴方向上，同一层内同时具有定子磁体和动子磁体，在同一层内的定子磁体和动子磁体交替间隔，定子磁体的层数和动子磁体的层数相同，各自均具有至少两层，

4、同一层的定子磁体与动子磁体的励磁方向相同且磁力呈斥力状态，使得定子磁体与动子磁体在z向的作用力呈现负刚度特性，

5、定子磁体和动子磁体共同排列形成的层数为偶数时，位于上半部分的动子磁体相对于同层的定子磁体向上偏置设定距离，位于下半部分的动子磁体相对于同层的定子磁体向下偏置相同的所述设定距离，

6、定子磁体和动子磁体共同排列形成的层数为奇数时，处于中间层的动子磁体和处于同层的定子磁体位置齐平，位于中间层上方的动子磁体相对同层的定子磁体向上偏置设定距离，位于中间层下方的动子磁体相对同层的定子磁体向下偏置相同的所述设定距离。

7、进一步的，动子磁体相对于同层的定子磁体偏置的所述设定距离为δh，δh与定子磁体和动子磁体的水平向间隙δx、定子磁体尺寸规格以及动子磁体的尺寸规格均有关，所述设定距离δh为定子磁体和动子磁体的水平向间隙δx的0.5倍～3倍，且所述设定距离δh同时不超过定子磁体厚度的0.5倍、动子磁体厚度的0.5倍。这样设置的好处是磁负刚度机构可以实现同时满足较大负刚度值、高线性度的负刚度特性。

8、进一步的，定子磁体和动子磁体为长方体状或立方体状，且所有定子磁体和动子磁体形状相同，尺寸规格相同。

9、进一步的，定子磁体、动子磁体为圆环状，同一列的定子磁体形状和尺寸规格相同，同一列的动子磁体形状和尺寸规格相同，同一层内，定子磁体和动子磁体的高度或者厚度相同，圆环半径大小不同，同一层的动子磁体和定子磁体具有相同的圆心，不同层的动子磁体和定子磁体的圆心在同一直线上。

10、进一步的，定子磁体、动子磁体为圆环整体时，定子磁体与动子磁体的励磁方向同时沿z向，或者同时沿径向。

11、进一步的，圆环状的定子磁体、动子磁体由径向励磁或辐射状励磁的多个瓦片状磁体共同围绕组成的组合圆环体。

12、进一步的，不同列的定子磁体和动子磁体间，相邻层间的励磁方向相同或者相反。

13、进一步的，使用时，定子框架通过机械结构与外界所匹配的隔振器定框架或与隔振器定框架固定连接的振源固定连接，动子框架通过机械结构与负载平台或与外界隔振器动框架固定连接的被隔振设备固定连接。

14、本技术中，通过将定子磁体、动子磁体沿着z向阵列成多层且至少为两层，或沿着水平向交替阵列成多列，可以增大负刚度的峰值，通过将动子磁体相对同层的定子磁体产生合适的初始偏置，可以有效改善负刚度特性的线性度。本技术的磁负刚度机构能够产生较大负刚度值的同时，负刚度特性在相对较宽的行程内具有良好的线性度。

15、总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下

16、有益效果：

17、本技术中，通过将定子磁体、动子磁体沿z向或/和水平方向排列成阵列形式，通过阵列的扩展从而能增加磁体层数或/和列数。定子磁体、动子磁体沿水平向交替排列成阵列形式，通过阵列的扩展增加磁体列数，可以增大初始平衡位置的负刚度值，在有限的空间获得更大的负刚度特性。同属每一层的定子磁体、动子磁体间的作用力均为斥力，得到相斥型负刚度特性，相比于相吸型负刚度特性机构更不易失稳。进一步的，定子磁体、动子磁体可以沿z向形成阵列，当阵列层数为奇数时，处于中间层的动子磁体相对于定子磁体不偏置，位于中间层上方的动子磁体相对同层的定子磁体向上偏置，位于中间层下方的动子磁体相对同层的定子磁体向下偏置。当定子磁体、动子磁体沿z向形成阵列的层数为偶数时，位于上半部分的动子磁体相对于同层的定子磁体向上偏置，位于下半部分的动子磁体相对于同层的定子磁体向下偏置。当动子磁体相对于同层定子磁体沿z向向上的初始偏置距离与向下的初始偏置距离相同时，向上与向下的偏置力相互抵消，使得所有动子磁体与定子磁体间产生的z向磁力在初始平衡位置为零。当动子磁体相对于同层定子磁体沿z向向上的初始偏置距离与向下的初始偏置距离不相同时，在初始平衡位置处所有动子磁体与定子磁体间产生的z向磁力不为零，可以适用于要求平衡位置处具有初始力的场合。通过将动子磁体相对定子磁体偏置合适的距离，可以较大程度改善负刚度特性的线性度，可实现具有大行程范围的低频隔振效果。

18、在公开号为cn113915282a中国专利申请中公开了一种紧凑型宽域高线性度磁负刚度机构，该发明通过将动子磁体和定子磁体间产生的吸引力和排斥力组合，将由吸引力、排斥力产生的两种变化趋势相反的负刚度特性组合，改善该发明磁负刚度机构产生负刚度曲线的线性度。本技术所述的一种磁负刚度机构，仅利用定子磁体、动子磁体间的斥力产生负刚度特性，通过将动子磁体相对同层的定子磁体沿z向产生合适的初始偏置，达到改善负刚度曲线的线性度的效果，结构简洁易于实现。

19、本技术的高线性度磁负刚度机构，在有限的空间可以获得较大的负刚度值，同时可实现具有较大行程范围高线性度的负刚度特性。本技术的结构简洁实用、易于实现，能够满足大型精密制造装备、精密设施对低频隔振的要求。