一种电永磁准零刚度减振器

本发明涉及振动控制，尤其涉及一种电永磁准零刚度减振器。

背景技术：

1、近几十年来海洋产业实现高速发展，应用领域覆盖石油与天然气的勘探、生产、储运，海洋能、风能的收集利用，以及雷达监视、航天作业、海洋学研究等诸多方向。受海洋环境特殊性影响，海上结构除承受自身静载荷、活动载荷与偶发载荷外，还长期受到波浪、海风、洋流等多源动态环境载荷的作用，进而引发持续性结构振动。稳定可靠的工作条件是海洋产业持续发展的基础前提，因此海洋环境下的振动控制问题相比陆地场景具备更高的技术要求与工程复杂性。振动控制通常指振动抑制，即通过对系统的动态响应或动不稳定性进行调控，将系统的振动水平限制在最低限度或允许范围内。当前工程中规避共振风险的主要方式为加装隔振器件，按照工作原理可分为主动隔振、半主动隔振与被动隔振三类。

2、被动隔振系统的振动抑制效果来源于结构自身的振动能量耗散机制，无需外部能量输入，具有工况适应性强、工作稳定性高、使用寿命长、后期维护简便等优势，因此在各行各业得到广泛应用。但受结构固有属性限制，单一被动隔振结构往往难以实现宽频域隔振效果，且结构参数成型后无法动态调控，在多激励耦合的复杂环境中工作性能存在明显局限。

3、主动隔振系统包含传感器与执行器，依赖外部电源持续供电，其核心工作原理为通过传感器采集振动信号，经控制算法运算后向执行器输出控制指令，主动抵消结构振动。该类系统可有效抑制多频段振动激励，隔振效果优异，但受“信号采集－运算－输出执行”的工作流程限制，存在响应延迟问题，且对持续能源供给依赖性强，运行能耗与成本较高。

4、半主动隔振系统可通过极小的外部功率实时调整自身结构属性以匹配动态激励，隔振性能优于传统被动隔振结构，外部能源依赖度低于主动隔振系统，但仍无法完全脱离外部能源独立运行，难以适配无持续供电条件的应用场景。

5、在海洋工程领域，除大型海上结构外，大量小型化、高机动性的海上作业器件对工作平台的稳定性要求严苛。在此类应用场景下，主动隔振系统无法实现长期稳定工作，传统被动隔振系统无法适配复杂多变的海洋激励工况，半主动隔振系统仍存在能源依赖问题，现有隔振技术均难以同时满足低能耗、宽工况适配、运行稳定可靠的多重需求。因此，研发一种能耗低、可动态调节隔振性能的新型隔振装置，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电永磁准零刚度减振器，以解决上述现有技术存在的问题，可实现宽频域高效隔振，兼顾低频与高频段的振动抑制效果，适配多振幅、多频率的复杂振动工况；隔振性能可动态调节以匹配不同负载与激励条件，且调节过程能耗低，调节完成后可有效稳定维持工作状态，降低了运行能耗与供电依赖；同时具备运行稳定可靠、使用寿命长、后期维护简便的优势。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：提供一种电永磁准零刚度减振器，包括框架主体和至少一组惯性耦合关节；

3、所述框架主体包括顶板、底板、连杆组件以及弹性支撑件；所述连杆组件包含多根连杆和铰接轴，各所述连杆的内端铰接于所述铰接轴，各所述连杆的外端分别铰接于所述顶板或所述底板；所述弹性支撑件设置于所述顶板与所述底板之间，所述弹性支撑件用于提供正向支撑刚度；

4、所述惯性耦合关节与所述铰接轴同轴布置，所述惯性耦合关节包括同轴间隔设置的圆环和半圆环；所述圆环与其中一组所述连杆连接，所述圆环上设置有永磁体；所述半圆环与另一组所述连杆连接，所述半圆环上安装有至少一组电磁结构；每组所述电磁结构均包括硬磁磁芯、软磁磁芯和激励线圈，所述硬磁磁芯与所述软磁磁芯轴向对接，所述激励线圈嵌套在所述硬磁磁芯与所述软磁磁芯的外侧。

5、作为一实施方式，所述铰接轴设有两根，分别为第一铰接轴和第二铰接轴；所述连杆组件包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆；所述第一连杆与所述第二连杆的内端通过微型轴承铰接于所述第一铰接轴，所述第三连杆与所述第四连杆的内端通过微型轴承铰接于所述第二铰接轴；所述第一连杆与所述第四连杆的外端通过连接件铰接于所述顶板的侧部，所述第二连杆与所述第三连杆的外端通过连接件铰接于所述底板的侧部。

6、作为一实施方式，所述微型轴承套设于对应铰接轴的杆体外侧，各所述连杆的端部分别与对应的微型轴承的外圈配合固定。

7、作为一实施方式，所述永磁体为瓦状永磁体，所述瓦状永磁体固定于所述圆环的内壁。

8、作为一实施方式，所述硬磁磁芯与所述软磁磁芯的充磁方向一致，所述硬磁磁芯与所述软磁磁芯的磁极均指向所述圆环与半圆环的同轴圆心。

9、作为一实施方式，每组所述电磁结构还包括磁导外壳，所述磁导外壳套设于所述激励线圈的外侧。

10、作为一实施方式，所述半圆环上开设有圆柱安装孔，所述电磁结构嵌装于所述圆柱安装孔内；所述磁导外壳的底部与所述半圆环的对应位置均开设有走线通孔，所述激励线圈的外接导线穿设于所述走线通孔内。

11、作为一实施方式，所述半圆环上安装有两组电磁结构，两组所述电磁结构关于所述半圆环的中心轴线对称分布，且两组电磁结构的轴线夹角为90°。

12、作为一实施方式，所述框架主体还包括直线导向组件，所述直线导向组件包括直线轴承、法兰和轴承座；所述法兰固定于所述顶板的下表面，所述轴承座固定于所述底板的上表面，所述直线轴承竖向安装于所述法兰上；所述弹性支撑件为线性弹簧，所述线性弹簧套设于所述直线轴承的外侧。

13、作为一实施方式，所述半圆环与所述圆环同轴嵌套布置，所述半圆环与所述圆环之间均预留有径向间隙。

14、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

15、本发明通过连杆组件与弹性支撑件配合构建正向支撑体系，在连杆内铰接节点处同轴集成惯性耦合关节，将圆环与半圆环分别固连于两侧连杆；利用圆环上的永磁体与半圆环上的电磁结构通过气隙磁场耦合产生扭转负刚度，并经连杆机构等效转化为竖向负刚度，与弹性支撑件的正向刚度在平衡位置附近匹配抵消，形成准零刚度区间以实现低频高效隔振。同时采用硬磁磁芯提供恒定基础磁场，通过向激励线圈通入脉冲电流改变软磁磁芯的磁化强度与磁极方向，即可连续调节扭转负刚度的幅值，实现隔振性能的动态调控；此外，随连杆同步转动的圆环、半圆环及其承载的磁路构件共同构成转动惯性耦合质量，利用惯容效应阻碍高频振动传递，弥补传统准零刚度结构的高频隔振性能缺陷。

16、本申请有效解决了现有隔振技术在海洋小型作业场景中的适配短板：负刚度调节仅需短暂脉冲电流驱动，调磁完成后依靠软磁磁芯剩磁即可长期维持稳定工作状态，无需持续能源输入，降低能耗与供电依赖；通过准零刚度机制覆盖低频隔振、惯容效应补偿高频性能，可在单一结构内实现宽频域隔振效果，同时连杆的剪式伸缩结构可在紧凑尺寸下容纳大幅值竖向位移，适配海洋环境多振幅、多频率的复杂振动工况；整体以被动式机械框架为主体，兼具被动隔振系统稳定性高、维护简便的优势，同时具备工况自适应调节能力，可更好地满足海上复杂环境下的稳定工作需求。

1.一种电永磁准零刚度减振器，其特征在于，包括框架主体和至少一组惯性耦合关节；

2.根据权利要求1所述的电永磁准零刚度减振器，其特征在于，所述铰接轴（10）设有两根，分别为第一铰接轴（101）和第二铰接轴（102）；所述连杆组件（3）包括第一连杆（301）、第二连杆（302）、第三连杆（303）和第四连杆（304）；所述第一连杆（301）与所述第二连杆（302）的内端通过微型轴承（12）铰接于所述第一铰接轴（101），所述第三连杆（303）与所述第四连杆（304）的内端通过微型轴承（12）铰接于所述第二铰接轴（102）；所述第一连杆（301）与所述第四连杆（304）的外端通过连接件（13）铰接于所述顶板（1）的侧部，所述第二连杆（302）与所述第三连杆（303）的外端通过连接件（13）铰接于所述底板（2）的侧部。

3.根据权利要求2所述的电永磁准零刚度减振器，其特征在于，所述微型轴承（12）套设于对应铰接轴的杆体外侧，各所述连杆的端部分别与对应的微型轴承（12）的外圈配合固定。

4.根据权利要求1所述的电永磁准零刚度减振器，其特征在于，所述永磁体（7）为瓦状永磁体，所述瓦状永磁体固定于所述圆环（5）的内壁。

5.根据权利要求1所述的电永磁准零刚度减振器，其特征在于，所述硬磁磁芯（8）与所述软磁磁芯（9）的充磁方向一致，所述硬磁磁芯（8）与所述软磁磁芯（9）的磁极均指向所述圆环（5）与半圆环（6）的同轴圆心。

6.根据权利要求1所述的电永磁准零刚度减振器，其特征在于，每组所述电磁结构还包括磁导外壳（18），所述磁导外壳（18）套设于所述激励线圈（11）的外侧。

7.根据权利要求6所述的电永磁准零刚度减振器，其特征在于，所述半圆环（6）上开设有圆柱安装孔，所述电磁结构嵌装于所述圆柱安装孔内；所述磁导外壳（18）的底部与所述半圆环（6）的对应位置均开设有走线通孔，所述激励线圈（11）的外接导线穿设于所述走线通孔内。

8.根据权利要求1所述的电永磁准零刚度减振器，其特征在于，所述半圆环（6）上安装有两组电磁结构，两组所述电磁结构关于所述半圆环（6）的中心轴线对称分布，且两组电磁结构的轴线夹角为90°。

9.根据权利要求1所述的电永磁准零刚度减振器，其特征在于，所述框架主体还包括直线导向组件，所述直线导向组件包括直线轴承（17）、法兰（14）和轴承座（15）；所述法兰（14）固定于所述顶板（1）的下表面，所述轴承座（15）固定于所述底板（2）的上表面，所述直线轴承（17）竖向安装于所述法兰（14）上；所述弹性支撑件（4）为线性弹簧，所述线性弹簧套设于所述直线轴承（17）的外侧。

10.根据权利要求1所述的电永磁准零刚度减振器，其特征在于，所述半圆环（6）与所述圆环（5）同轴嵌套布置，所述半圆环（6）与所述圆环（5）之间均预留有径向间隙。