本发明专利技术公开了一种基于双向位移放大功能设计的三维电磁隔振器，包括沙漏型机构和菱形机构、电磁机构、传感器和紧固件等部分；其中沙漏型机构和菱形机构相互垂直分布，四个相同的电磁机构分别分布在两种机构的中间板上；其中电磁机构分为永磁铁部分和电磁铁部分；传感器布置在中间交叉部分；整个隔振器可通过螺栓连接于所需的隔振环境中；本发明专利技术通过利用沙漏型机构具有的负泊松比效应，菱形机构具有的正泊松比效应，两种结构沿相反的两个驱动方向，构成了互补的位移放大效果；同时，电磁机构具有距离越小电磁力越大的特点。并通过沙漏型机构和菱形机构相互垂直分布的三维结构设计，消除了传统位移放大机构在非作动方向的不良模态。
【技术实现步骤摘要】
一种基于双向位移放大功能设计的三维电磁隔振器
本专利技术属于振动控制
，主要涉及一种电磁隔振器，具体地说是一种基于双向位移放大功能设计的三维电磁隔振器。
技术介绍
随着新技术、新材料的发展和人们对振动控制的要求不断提高，隔振技术也得到了不断的发展。传统的电磁、液压和气动作动器在工程中受到广泛应用的同时，智能结构随着技术和工艺的不断成熟，也逐渐被应用到航空航天等领域中。由于空间飞行器在太空中难以补充空气或液体，给气动或液压作动器的使用带来了一定的困难。而电能则可以通过太阳能帆板长期供给，因此作动力大、响应速度快、不影响系统刚度且有效行程较大的电磁作动器常被用作空间结构的振动控制技术设计，具有非常重要的研究价值和广阔的应用前景。近年来，电磁作动器在主动隔振中的应用范围越来越广。常见的如音圈电机型电磁作动器，基于电磁感应原理，通过改变电流来改变隔振器的隔振性能。此外，如专利申请号CN103511529A公开了一种可调刚度的电磁隔振器。我们在先前的专利申请号CN107606018A中公开了一种沙漏型电磁隔振器。由于传统的电磁隔振器需要附加弹簧达到一定的支撑刚度，并且需要较大的电流提供电磁力，从而增加了使用成本。沙漏型电磁隔振器虽然采用了位移放大效应，具有减小控制电流的优点，但我们深入的研究发现，沙漏型电磁隔振器只能在单个方向进行高效隔振，不能在振动的往复方向均能充分的利用电磁对距离越小电磁力越大的作动特点，而且易出现非作动方向(左右晃动)的不良低频模态，仍需要对其进行改进。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术通过利用沙漏型机构具有负泊松比效应，菱形机构具有正泊松比效应，两种结构沿相反的两个驱动方向，构成了互补的位移放大效果。同时电磁机构具有距离越小电磁力越大的特点，结合上述特点，提出一种可以实现双向的位移放大效应的三维电磁隔振器；并通过沙漏型机构和菱形机构相互垂直分布的三维结构设计，消除了传统位移放大机构在非作动方向的不良模态，保持一阶模态为竖向振动；具有双向高效隔振，刚度可调，结构紧凑，可设计性强反应速度快，易于控制的特点；旨在用于结构的振动隔离。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于双向位移放大功能设计的三维电磁隔振器，包括菱形机构1、沙漏型机构2、电磁机构、传感器和紧固件；所述沙漏型机构2和菱形机构1为一体化整体结构且相互垂直分布，沙漏型机构2和菱形机构1增加柔性铰链13关节，减少不必要的变形，沙漏型机构2和菱形机构1分别通过第一固定螺栓组3和第二固定螺栓组4固定在振源和基础之间；所述菱形机构1包括两个并排并间隔设置的第一菱形组件1-1和第二菱形组件1-2，第一菱形组件1-1和第二菱形组件1-2相对的中间板间分别设置第一电磁机构5和第二电磁机构6；所述沙漏型机构2包括两个并排设置的第一沙漏型组件2-1和第二沙漏型组件2-2，第一沙漏型组件2-1和第二沙漏型组件2-2相对的中间板间分别设置第三电磁机构7和第四电磁机构8；所述第一电磁机构5、第二电磁机构6、第三电磁机构7和第四电磁机构8的结构相同，均包括永磁铁部分9和电磁铁部分10，其中永磁铁部分9为长方体钕铁硼永磁铁，胶黏在菱形组件或沙漏型组件的一个中间板上，电磁铁部分10包括线圈骨架和缠绕在线圈骨架上的电磁线圈，胶黏在菱形组件或沙漏型组件的相对的另一个中间板上；永磁铁部分9和电磁铁部分10之间留有气隙；所述传感器布置在菱形机构1和沙漏型机构2的交叉部分，包括霍尔元件11和设置在霍尔元件11对立面的小型永磁铁12；还包括控制电磁铁部分10中电磁线圈的电流大小和方向的控制器。所述菱形机构1和沙漏型机构2采用不导磁的铝合金材料，为整个隔振器提供支撑刚度，通过设计柔性铰链13的关键参数与菱形机构1和沙漏型机构2的夹角达到具体工况要求；所述沙漏型机构2具有负泊松比效应，菱形机构1具有正泊松比效应，两种机构沿相反的两个驱动方向，构成了互补的位移放大效果；此外，两者相互垂直的三维设计，消除传统位移放大机构的不良模态。所述菱形机构1和沙漏型机构2中的柔性铰链13设计为短臂梁柔性铰链，关键参数为柔性铰链的长度和厚度，其作用为：使得变形集中在柔性铰链部分，其他部分几乎不发生变形。所述永磁铁部分9和电磁铁部分10的中心线应对齐，均通过胶黏的方式固定在菱形组件或沙漏型组件的中间板上，其中电磁铁部分10的线圈骨架为ABS塑料，电磁线圈为铜漆包线；当整体发生向上的位移即拉伸状态时，菱形机构1中的第一电磁机构5和第二电磁机构6的永磁铁部分9和电磁铁部分10中间距离越近，当整体发生向下位移即压缩状态时，沙漏型机构2中的第三电磁机构7和第四电磁机构8的永磁铁部分9和电磁铁部分10中间距离越近，从而实现双向高效的隔振性能。所述小型永磁铁12，胶黏于菱形组件或沙漏型组件的一个中间板上，提供一个磁场，霍尔元件位于小型永磁铁的对立面，胶黏在菱形组件或沙漏型组件的相对的另一个中间板上；当机构运动时，霍尔元件11与小型永磁铁12之间的距离发生变化，从而通过霍尔元件11测量出磁感应强度的变化量，来进一步得出隔振器的运动状态量，通过控制器来确定电磁机构中电磁线圈的电流大小和方向，当为拉伸状态时，提供电磁力为负，即吸引力，此时菱形机构1中间距离更近；压缩状态时，提供电磁力为正，即排斥力，此时沙漏型机构2中间距离更近，从而对整个电磁隔振器进行控制。所述的控制器对电磁线圈电流的输入信号中，第一电磁机构5和第二电磁机构6的两个电磁线圈控制电流信号一致，第三电磁机构7和第四电磁机构8中的两个电磁线圈控制电流一致，以保证机构的可控性能。和现有技术相比较，本专利技术的优点在于：1.由于菱形机构和沙漏型机构特有的性质，所述隔振器具有位移放大效应，当上下面板受压或受拉时，均可以使永磁铁和电磁铁之间的距离更接近，从而具有双向高效的隔振性能。2.由于传统电磁隔振器需要附加的弹簧提供支撑刚度，而本专利技术所述隔振器的放大机构本身可以提供支撑刚度，相比较，其结构简单，稳定性更好。3.所述隔振器通过菱形机构和沙漏型机构垂直的三维设计，消除了传统放大机构在非作动方向的不良模态，并设计柔性铰链减少了不必要的变形。4.所述的隔振器直接使用霍尔元件作为传感器，具有传感器体积小的优点，不需要额外的传感器的优点。5.所述隔振器具有刚度可调，瞬态响应快，结构紧凑，体积小，集成度高，易于安装的优点。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的结构前视图。图3为本专利技术的结构左视图。图4为本专利技术的结构上视图。图5为本专利技术的控制电路框架图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，如图1～5所示，本专利技术通过提供一种基于双向位移放大功能设计的立体电磁隔振器，利用结构所具有位移放大效应，当上下面板受压或受拉时，均可以使永磁铁和电磁铁之间的距离更接近，从而具有双向高效的隔振性能。图1为本专利技术的结构示意图，本专利技术一种基于双向位移放大功能设计的三维电磁隔振器，包括菱形机构1、沙漏型机构2、电磁机构、传感器和紧固件；所述沙漏型机构2和菱形机构1为一体化整体结构且相互垂直分布，沙漏型机构2和菱形机构1增加柔性铰链13关节，减少不必要的变形，沙漏型机构2和菱形机构1分别通过第一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于双向位移放大功能设计的三维电磁隔振器，其特征在于：包括菱形机构(1)、沙漏型机构(2)、电磁机构、传感器和紧固件；所述沙漏型机构(2)和菱形机构(1)为一体化整体结构且相互垂直分布，沙漏型机构(2)和菱形机构(1)增加柔性铰链(13)关节，减少不必要的变形，沙漏型机构(2)和菱形机构(1)分别通过第一固定螺栓组(3)和第二固定螺栓组(4)固定在振源和基础之间；所述菱形机构(1)包括两个并排并间隔设置的第一菱形组件(1‑1)和第二菱形组件(1‑2)，第一菱形组件(1‑1)和第二菱形组件(1‑2)相对的中间板间分别设置第一电磁机构(5)和第二电磁机构(6)；所述沙漏型机构(2)包括两个并排设置的第一沙漏型组件(2‑1)和第二沙漏型组件(2‑2)，第一沙漏型组件(2‑1)和第二沙漏型组件(2‑2)相对的中间板间分别设置第三电磁机构(7)和第四电磁机构(8)；所述第一电磁机构(5)、第二电磁机构(6)、第三电磁机构(7)和第四电磁机构(8)的结构相同，均包括永磁铁部分(9)和电磁铁部分(10)，其中永磁铁部分(9)为长方体钕铁硼永磁铁，胶黏在菱形组件或沙漏型组件的一个中间板上，电磁铁部分(10)包括线圈骨架和缠绕在线圈骨架上的电磁线圈，胶黏在菱形组件或沙漏型组件的相对的另一个中间板上；永磁铁部分(9)和电磁铁部分(10)之间留有气隙；所述传感器布置在菱形机构(1)和沙漏型机构(2)的交叉部分，包括霍尔元件(11)和设置在霍尔元件(11)对立面的小型永磁铁(12)；还包括控制电磁铁部分(10)中电磁线圈的电流大小和方向的控制器。...
【技术特征摘要】
1.一种基于双向位移放大功能设计的三维电磁隔振器，其特征在于：包括菱形机构(1)、沙漏型机构(2)、电磁机构、传感器和紧固件；所述沙漏型机构(2)和菱形机构(1)为一体化整体结构且相互垂直分布，沙漏型机构(2)和菱形机构(1)增加柔性铰链(13)关节，减少不必要的变形，沙漏型机构(2)和菱形机构(1)分别通过第一固定螺栓组(3)和第二固定螺栓组(4)固定在振源和基础之间；所述菱形机构(1)包括两个并排并间隔设置的第一菱形组件(1-1)和第二菱形组件(1-2)，第一菱形组件(1-1)和第二菱形组件(1-2)相对的中间板间分别设置第一电磁机构(5)和第二电磁机构(6)；所述沙漏型机构(2)包括两个并排设置的第一沙漏型组件(2-1)和第二沙漏型组件(2-2)，第一沙漏型组件(2-1)和第二沙漏型组件(2-2)相对的中间板间分别设置第三电磁机构(7)和第四电磁机构(8)；所述第一电磁机构(5)、第二电磁机构(6)、第三电磁机构(7)和第四电磁机构(8)的结构相同，均包括永磁铁部分(9)和电磁铁部分(10)，其中永磁铁部分(9)为长方体钕铁硼永磁铁，胶黏在菱形组件或沙漏型组件的一个中间板上，电磁铁部分(10)包括线圈骨架和缠绕在线圈骨架上的电磁线圈，胶黏在菱形组件或沙漏型组件的相对的另一个中间板上；永磁铁部分(9)和电磁铁部分(10)之间留有气隙；所述传感器布置在菱形机构(1)和沙漏型机构(2)的交叉部分，包括霍尔元件(11)和设置在霍尔元件(11)对立面的小型永磁铁(12)；还包括控制电磁铁部分(10)中电磁线圈的电流大小和方向的控制器。2.根据权利要求1所述的一种基于双向位移放大功能设计的三维电磁隔振器，其特征在于：所述菱形机构(1)和沙漏型机构(2)采用不导磁的铝合金材料，为整个隔振器提供支撑刚度，通过设计柔性铰链(13)的关键参数与菱形机构(1)和沙漏型机构(2)的夹角达到具体工况要求；所述沙漏型机构(2)具有负泊松比效应，菱形机构(1)具有正泊松比效应，两种机构沿相反的两个驱动方向，构成了互补的位移放大效果；此外，两者相互垂直的三维设计...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗亚军，高星，张英琦，张雪，屈远东，冀琳玮，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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