本实用新型专利技术提供一种被动线性磁负刚度装置，属于负刚度装置领域，可以提供线性的负刚度力，其包括静磁铁固定架、铁芯、静磁铁组、动磁铁组和负刚度传动轴。静磁铁组为横向静磁铁和纵向静磁铁，动磁铁组为横向动磁铁和纵向动磁铁。本实用新型专利技术利用横向静磁铁与横向动磁铁同极相斥所产生的位移减弱型负刚度特性，以及纵向静磁铁与纵向动磁铁异极相吸产生的位移增强型负刚度特性，通过铁芯将动磁铁组连接在一起，即可将位移增强型刚度与位移减弱型刚度结合在一起，静磁铁组的大小、强度，磁极布置在经过设计后，可以在静磁铁固定架内形成合适的磁场，从而对动磁铁组施加具有线性负刚度特性的力。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种负刚度装置，具体地说是一种被动线性磁负刚度装置。
技术介绍
动态荷载可以造成很多危害，小至车辆的舒适度，大至地震造成的结构损坏坍塌。针对如何保护主体结构抵抗动态荷载所引起的强振动，各种振动控制技术应运而生。振动控制技术可以大致分为被动模式，半主动模式和主动模式三大类。依据这三大类的振动控制技术，人们已经专利技术出各种用于减轻主体结构振动的阻尼器，例如粘性流体阻尼器、粘弹性阻尼器、金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器、调谐质量阻尼器、磁流变(magnetorheology，MR)阻尼器、可变孔阻尼器、可变摩擦阻尼器和主动质量驱动器等。各式的阻尼器已经广泛应用在土木、机械和航空航天领域。相比于被动控制技术，半主动和主动控制技术往往可以取得更好的振动控制效果。在主动控制技术中，线性二次调节器(LQR)算法作为一种普遍采用的最优控制理论，可以产生一种具有显著负刚度特性的阻尼力-变形关系。这一结论激发了研究人员寻求一种能够与主动阻尼器一样产生相同的滞回特性并达到相同控制性能的被动式负刚度装置(negative-stiffness device，NSD)。负刚度装置的优点已经在实际应用领域中得到了验证，例如土木工程领域中，受到地面运动作用的建筑物和桥梁，机械工程领域中的车辆座椅、悬架，和敏感设备的减振台等。尽管负刚度装置在振动控制领域的优越性已经得到了验证。相比于半主动的负刚度装置，由于被动型负刚度无需传感器、控制器以及相应的控制算法，所以成本更低，鲁棒性更好。现有的被动型负刚度装置，主要通过预屈曲梁的突变特性，预应力弹簧，或者磁铁间的磁力实现，实现的负刚度力是非线性的。本技术的一种被动线性磁负刚度装置，通过磁体间的合理布置，可以实现线性的被动负刚度力。
技术实现思路
本技术的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种被动线性磁负刚度装置。本技术的一种被动线性磁负刚度装置作为一种被动负刚度装置，可以 提供线性的负刚度力，其主要包括由永磁体或电磁体组成的静磁铁和动磁铁，负刚度传动轴，铁芯和静磁铁固定架。安装在静磁铁固定架上的永磁体或电磁体称为静磁铁；通过铁芯与负刚度传动轴连接在一起的永磁体或电磁体称为动磁铁；静磁铁的大小、强度，磁极布置在经过设计后，可以在静磁铁固定架内形成合适的磁场，从而对动磁铁施加线性负刚度力。负刚度传动轴可以将结构的响应传递给动磁铁，从而引起动磁铁与静磁铁相对位置的变化，产生线性负刚度力；线性负刚度力再通过负刚度传动轴传递给结构。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种被动线性磁负刚度装置，包括静磁铁固定架和铁芯，铁芯位于静磁铁固定架的内部，铁芯的顶面和底面设有纵向动磁铁，铁芯的侧面设有横向动磁铁，在静磁铁固定架内壁上、与纵向动磁铁相对应位置处设有纵向静磁铁，静磁铁固定架内壁上、与横向动磁铁相对应位置处设有横向静磁铁，且纵向静磁铁与纵向动磁铁异极相对，横向静磁铁与横向动磁铁同极相对，纵向动磁铁、横向动磁铁构成动磁铁组，纵向静磁铁和横向静磁铁构成静磁铁组；还包括负刚度传动轴，负刚度传动轴穿过静磁铁固定架顶壁，向下伸入静磁铁固定架的内部，负刚度传动轴的底端通过纵向动磁铁与铁芯相连，可以将结构的响应传递到由纵向动磁铁、横向动磁铁和铁芯组成的结构上，引起位置的变化；使之受到的具有负刚度特性的磁力，此磁力也由负刚度传动轴传到结构中，从而保护结构不受过大的振动；当铁芯上的动磁铁组的几何中心与静磁铁固定架上的静磁铁组的几何中心重合时，铁芯所受合力为零；当外部振动通过负刚度传动轴施加给铁芯，引起铁芯上的动磁铁组的几何中心偏离静磁铁固定架上的静磁铁组的几何中心时，铁芯会受到与偏移方向相同的磁合力，且磁合力大小与偏移量大小呈正比例关系，即为线性负刚度力。优选，所述纵向静磁铁、横向静磁铁、纵向动磁铁、横向动磁铁为永磁体或电磁铁。优选，所述负刚度传动轴由非铁磁材料制造。优选，所述纵向静磁铁和/或横向静磁铁与静磁铁固定架接触的部分由非铁磁材料构成。优选，所述静磁铁固定架外部设有防磁泄露金属。进一步优选，所述静磁铁固定架外部的防磁泄露金属为双层铁皮结构，用于束缚磁铁的磁感线，使之不外泄。本技术中涉及的同极相对磁铁组为横向静磁铁与横向动磁铁，横向静 磁铁S极与横向动磁铁S极同极相对，当然也可以设计为横向静磁铁N极与横向动磁铁N极同极相对。横向动磁铁沿垂直于横向静磁铁连线的方向振动。当横向动磁铁的几何中心与静磁铁固定架内壁的横向静磁铁的几何中心重合时，所受磁力为零，此位置即为零力点。由于横向静磁铁和横向动磁铁同极相对，所以二者之间的力为斥力，当横向动磁铁偏移零力点时，偏移零力点的位移方向与横向动磁铁所受磁力的方向相同，即为负刚度。横向动磁铁与横向静磁铁之间的磁力会随着纵向动磁铁位移的增大而增大，而变化率(即为刚度)却会随着横向动磁铁位移的增大而减小，即为位移减弱型负刚度。本技术中涉及的异极相对磁铁组为纵向静磁铁与纵向动磁铁，纵向静磁铁N极与纵向动磁铁S极异极相对，反之亦可。纵向动磁铁沿着纵向静磁铁连线的方向振动，由于纵向静磁铁和纵向动磁铁异极相对，所以二者之间的力为吸力，当纵向动磁铁对于静磁铁固定架内壁的纵向静磁铁处于中心对称位置时，纵向动磁铁所受磁力合力为零，此对称位置为零力点。当纵向动磁铁偏移零力点时，纵向动磁铁与靠近的纵向静磁铁之间的吸力会增大，而纵向动磁铁与远离的纵向静磁铁之间的吸力会变小，所以纵向动磁铁所受合磁力的方向与偏移零力点的位移方向相同，即为负刚度。而且纵向动磁铁与靠近的纵向静磁铁之间的吸力的增大量大于纵向动磁铁与远离的纵向静磁铁之间的吸力的减小量，所以纵向动磁铁与纵向静磁铁之间的磁力会随着纵向动磁铁位移的增大而增大，且变化率(即为刚度)也会随着纵向动磁铁位移的增大而增大，即为位移增强型负刚度。本技术中纵向动磁铁与纵向静磁铁的刚度随着位移增强，横向动磁铁与横向静磁铁的刚度随着位移减弱。通过铁芯将纵向动磁铁和横向动磁铁连接在一起，即可将位移增强型刚度与位移减弱型刚度结合在一起，在全部磁铁大小、强度合理搭配的情况下，即可形成线性刚度。本技术的一种被动线性磁负刚度装置与现有技术相比所产生的有益效果是：本技术利用横向静磁铁与横向动磁铁的同极相斥所产生的位移减弱型负刚度特性，以及纵向静磁铁与纵向动磁铁异极相吸产生的位移增强型负刚度特性，通过铁芯将纵向动磁铁和横向动磁铁连接在一起，即可将位移增强型刚度与位移减弱型刚度结合在一起，静磁铁的大小、强度，磁极布置在经过设计后，可以在静磁铁固定架内形成合适的磁场，从而对动磁铁(横向动磁铁和纵向动磁铁)施加具有线性负刚度特性的力。负刚度传动轴可以将结构的响应传递给动磁铁，从而引起动磁铁与静磁铁(横向静磁铁和纵向静磁铁)相对位置 的变化，产生线性负刚度的力；线性负刚度的力再通过负刚度传动轴传递给结构。附图说明附图1为本技术的主视剖面结构示意图。图中101为纵向动磁铁，102为纵向静磁铁，103为横向动磁铁，104为横向静磁铁，105为铁芯，106为静磁铁固定架，107为负刚度传动轴。附图2表示本技术的力与位移关系示意图。图中，曲线120表示了纵向动磁铁101与纵向静磁铁102的力与位移关系；曲线110表示了横向动磁铁10本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种被动线性磁负刚度装置，其特征在于，包括静磁铁固定架和铁芯，铁芯位于静磁铁固定架的内部，铁芯的顶面和底面设有纵向动磁铁，铁芯的侧面设有横向动磁铁，在静磁铁固定架内壁上、与纵向动磁铁相对应位置处设有纵向静磁铁，静磁铁固定架内壁上、与横向动磁铁相对应位置处设有横向静磁铁，且纵向静磁铁与纵向动磁铁异极相对，横向静磁铁与横向动磁铁同极相对，纵向动磁铁、横向动磁铁构成动磁铁组，纵向静磁铁和横向静磁铁构成静磁铁组；还包括负刚度传动轴，负刚度传动轴穿过静磁铁固定架顶壁，向下伸入静磁铁固定架的内部位置处，负刚度传动轴的底端通过纵向动磁铁与铁芯相连；当铁芯上的动磁铁组的几何中心与静磁铁固定架上的静磁铁组的几何中心重合时，铁芯所受合力为零；当外部振动通过负刚度传动轴施加给铁芯，引起铁芯上的动磁铁组的几何中心偏离静磁铁固定架上的静磁铁组的几何中心时，铁芯会受到与偏移方向相同的磁合力，且磁合力大小与偏移量大小呈正比例关系，即为线性负刚度力。
【技术特征摘要】
1.一种被动线性磁负刚度装置，其特征在于，包括静磁铁固定架和铁芯，铁芯位于静磁铁固定架的内部，铁芯的顶面和底面设有纵向动磁铁，铁芯的侧面设有横向动磁铁，在静磁铁固定架内壁上、与纵向动磁铁相对应位置处设有纵向静磁铁，静磁铁固定架内壁上、与横向动磁铁相对应位置处设有横向静磁铁，且纵向静磁铁与纵向动磁铁异极相对，横向静磁铁与横向动磁铁同极相对，纵向动磁铁、横向动磁铁构成动磁铁组，纵向静磁铁和横向静磁铁构成静磁铁组；还包括负刚度传动轴，负刚度传动轴穿过静磁铁固定架顶壁，向下伸入静磁铁固定架的内部位置处，负刚度传动轴的底端通过纵向动磁铁与铁芯相连；当铁芯上的动磁铁组的几何中心与静磁铁固定架上的静磁铁组的几何中心重合时，铁芯所受合力为零；当外部振动通过负刚度传动轴施加给铁芯，引起铁芯上的动磁铁组的几何中心偏离静磁铁固定架上的静磁铁组的几何中心时，铁芯会受到与偏移方向相同的磁合力，且磁合力大小与偏移量大小呈正比例关系，即为线性负刚度力。2.根据权利要求1所述的一种被动...
【专利技术属性】
技术研发人员：石翔，
申请(专利权)人：石翔，
类型：新型
国别省市：山东;37
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