本發(fā)明屬于精密隔振，特別是六自由度自適應主被動復合空間電磁陣列阻尼器。

背景技術：

1、在精密儀器設備的裝調、測試和實驗過程中，環(huán)境中的低頻微幅振動干擾成為影響研究效果的重點問題之一，為精密儀器設備配備低頻隔振平臺逐漸成為精密工程領域抑制環(huán)境微振動的主要技術手段。阻尼，作為衡量隔振效果的關鍵指標，直接關乎隔微振平臺處理各頻段振動的能力。阻尼對隔振效果的影響主要體現在兩個方面：一方面，高阻尼能有效減少諧振區(qū)域，降低對低頻振動的放大效應，這對于抑制低頻微振動至關重要；另一方面，低阻尼則有助于加速高頻振動的消散，提高隔振系統(tǒng)對高頻振動的適應能力。因此，針對不同頻率的振動，所需的阻尼值各不相同，這就要求隔振系統(tǒng)能夠實現對阻尼的有效調控。

2、然而，當前多數隔振器在面對不同頻率的振動時，其阻尼系數仍保持不變，這極大地限制了它們在不同振動環(huán)境下的適應性和實用性。為了提升隔振性能，必須解決阻尼調控問題，從而根據振動頻率的不同自動調整阻尼系數。此外，當前的研究大多聚焦于單自由度隔振，而在更貼近實際工況的六自由度隔振領域，關于阻尼調控的研究卻相對匱乏。六自由度隔振系統(tǒng)能夠同時抑制設備在六個方向上的振動，對于提高精密設備的穩(wěn)定性和精度具有重要意義。因此，應加強對六自由度隔振系統(tǒng)中阻尼器的研究，探索適用于六自由度隔振的可變阻尼技術，為精密儀器設備提供更加高效、可靠的隔振解決方案，推動精密工程領域的發(fā)展。

3、專利號cn202210957290.3公開了一種齒形流道的磁流變阻尼器，齒形活塞采用仿齒輪設計，勵磁線圈均布三組纏繞在活塞缸內層以增大磁通利用率。專利號cn202210441343.6公開了多勵磁多盤片式磁流變寬頻隔振器，將基于無紡布的復合基體磁流變材料替換流動工作模式下的液體環(huán)境，以拓展阻尼力可調范圍、降低中高頻激勵下的硬化效應。為了調節(jié)阻尼力大小，專利號cn202111522940.3公開了一種多級激勵雙筒磁流變阻尼器及其控制方法，通過在內筒軸向依次交替陣列n個磁軛與(n-1)個線圈，與外筒同軸嵌套構建(2n-1)個磁流變液的流通路徑；并通過調控磁場，動態(tài)改變流動間隙的數量，確保阻尼可調。上述技術方案的特征在于：1)僅能在單自由度實現阻尼隔振，當面對復雜環(huán)境中多方向的振動干擾時，隔振效果不佳；2)阻尼系數與線圈通電電流呈正相關，且其幅頻特性恒定，在一定頻率范圍內的阻尼效果穩(wěn)定；但是，在面對不同頻率的振動干擾或者是更寬的頻率范圍內，無法提供有效的隔振效果；3)磁流變液體的性質不穩(wěn)定，易受到溫度、濕度等外界環(huán)境因素的影響，在高溫或低溫環(huán)境下，其阻尼性能可能會發(fā)生變化，甚至可能無法正常工作；4)長時間使用或不當使用可能導致磁流變阻尼器內部產生渣滓，影響阻尼效果和使用壽命。

4、廣西科技大學提出了一種電磁饋能與磁流變液復合的阻尼器(1.“一種電磁饋能式階梯型磁流變阻尼器”，cn202310051772.7；2.“一種雙筒嵌入式混合電磁饋能阻尼器”，cn202210120495.6；3.“一種混合式饋能電磁隔振阻尼器”，cn202210120558.8；4.“一種混合式電磁饋能阻尼器”，cn202210120502.2)，通過在缸體內側與活塞頭間設置階梯形磁流變液阻尼間隙，增加了有效阻尼通道長度；同時復合由永磁陣列與線圈構成的電磁饋能阻尼結構，將振動能量以熱能的形式耗散掉，從而提升阻尼幅值，并實現對阻尼的調節(jié)。上述技術方案的特征在于：1)僅能在單自由度實現阻尼隔振，當面對復雜環(huán)境中多方向的振動干擾時，隔振效果不佳；2)阻尼系數與線圈通電電流呈正相關，且其幅頻特性恒定，無法根據外部激勵頻率的動態(tài)變化實時調整阻尼力大小，這限制了其在不同工況下提供最佳隔振效果的能力。

5、綜上，如何通過結構與原理創(chuàng)新，開發(fā)一種能夠自適應激勵頻率變化的六自由度電磁阻尼器，實時響應外部激勵頻率的變化，動態(tài)調整阻尼力以從空間六個自由度(沿x、y、z軸的平動及繞x、y、z軸的轉動)有效消除或衰減環(huán)境中各類頻率的微振動干擾，保證精密儀器設備工作環(huán)境最優(yōu)。這一創(chuàng)新不僅標志著精密儀器設備工作環(huán)境優(yōu)化技術的新飛躍，更將直接推動其工作精度邁向新高度，滿足當今乃至未來科研與工業(yè)領域對高精度、高穩(wěn)定性設備的迫切需求。

技術實現思路

1、本發(fā)明針對現有研究缺乏六自由度隔振阻尼器，以及在多樣化頻率的振動干擾下，傳統(tǒng)隔振器因阻尼系數固定不變，導致其在不同振動環(huán)境下的適應性和隔振性能受限的問題，提出六自由度自適應主被動復合空間電磁陣列阻尼器。此裝置利用六套電磁隔振阻尼器產生可調阻尼特性，有效隔離來自多自由度、不同頻率的振動干擾。每套電磁隔振阻尼器利用4n(n≥1，n∈n+)層沿軸向陣列布置、相鄰層間垂直磁化的等截面磁環(huán)構成的內磁環(huán)陣列、外磁環(huán)陣列同軸嵌套形成高磁密勵磁磁場，當導體板相對該磁場運動時產生不可調的高阻尼特性；當外部激勵頻率變化時，通過精密調控同軸嵌套于導體板外側的線圈中的電流，動態(tài)調整阻尼力，從而有效隔離不同頻率的振動干擾。自適應主被動復合空間電磁陣列阻尼器的適應性和穩(wěn)定性使其在多自由度、復雜多變的振動環(huán)境中依然保持高隔振性能，可確保各類精密儀器設備在最優(yōu)工作環(huán)境中運行，進而促進其精度與性能的雙重飛躍。

2、本發(fā)明的技術解決方案是：

3、六自由度自適應主被動復合空間電磁陣列阻尼器，可精準適應激勵頻率的變化，實時產生可調高阻尼特性，在多自由度實現對不同頻率微振動干擾的有效隔離；包括上板、基板及連接兩者呈stewart方式布置的六套電磁隔振阻尼器，上板相對于基板有三個平動自由度和三個轉動自由度，電磁隔振阻尼器的頂端通過上柔性鉸鏈與上板底部的固定件連接，其底部通過下柔性鉸鏈與基板頂端的固定件連接；所述電磁隔振阻尼器由垂直磁化空間電磁陣列阻尼結構與螺旋彈簧并聯構成；垂直磁化空間電磁陣列阻尼結構包括內磁環(huán)陣列、內磁陣列安裝件、線圈、導體板、外磁陣列固定件、外磁環(huán)陣列、上作動件與下連接件，整體結構呈軸對稱；內磁環(huán)陣列、導體板與外磁環(huán)陣列同軸嵌套，并由軸心沿半徑向外依次等間隙排布；內磁環(huán)陣列同軸嵌套、緊密配合、固定安裝在內磁陣列安裝件上，與導體板沿徑向設有間隙；內磁陣列安裝件為倒t形截面的圓柱體結構，其底部通過螺紋與外磁陣列固定件固定連接，頂端與導體板設有間隙，沿徑向與外磁陣列固定件設有間隙；導體板為環(huán)形套筒，其頂端通過螺紋與上作動件固定連接、底部設置環(huán)形凸臺，凸臺內設置環(huán)形凹槽；螺旋彈簧的頂端同軸嵌套固定安裝在導體板底部的環(huán)形凹槽內，其底部同軸嵌套固定安裝在外磁陣列固定件底面的環(huán)形凹槽內；線圈關于內磁環(huán)陣列的軸向高度中心對稱，并同軸嵌套、緊密配合、固定安裝在導體板的外側面，沿徑向與外磁陣列固定件設有間隙；線圈通電電流的大小與方向由控制器采用速度反饋控制算法，根據外界微振動干擾的頻率而自適應調整；外磁陣列固定件為外側面沿圓周開設深溝槽的環(huán)形套筒，其頂端與上柔性鉸鏈在軸向設有間隙，底部通過螺紋與下連接件固定連接；外磁環(huán)陣列同軸嵌套、緊密配合、固定安裝在外磁陣列固定件外側的深槽內，內磁環(huán)陣列與外磁環(huán)陣列均由多層沿軸向陣列排布、相鄰層間垂直磁化的等截面磁環(huán)構成，且奇數層磁環(huán)的高度相等，偶數層磁環(huán)的高度相等；內磁環(huán)陣列與外磁環(huán)陣列的第一層沿徑向同向磁化，在正剖面視圖的右半側，每增加一層，內磁環(huán)的磁化方向順時針旋轉90°，外磁環(huán)的磁化方向逆時針旋轉90°。

4、優(yōu)選的，所述內磁環(huán)陣列與外磁環(huán)陣列的層數滿足4n，其中n≥1，n∈n+。

5、優(yōu)選的，所述內磁環(huán)陣列與外磁環(huán)陣列中同層磁環(huán)的高度相等。

6、優(yōu)選的，所述內磁環(huán)陣列中第一層磁環(huán)的底面與外磁環(huán)陣列中第一層磁環(huán)的底面重合。

7、優(yōu)選的，所述導體板為銅、鐵、鈷、鎳等高電導率和高磁導率金屬材料。

8、優(yōu)選的，所述內磁環(huán)陣列與外磁環(huán)陣列中沿徑向磁化的磁環(huán)由多塊沿半徑均勻磁化的瓦型磁鐵拼接而成，瓦型磁鐵的塊數可為4、6、8、10、12與15，相鄰瓦型磁鐵間的間隙不超過3°。

9、優(yōu)選的，所述內磁陣列安裝件與外磁陣列固定件為不導磁或弱導磁的鋁合金，鈦合金等金屬導電材料。

10、本發(fā)明的技術創(chuàng)新性及產生的良好效果在于：

11、(1)本發(fā)明創(chuàng)新提出了具備可調高阻尼特性的垂直磁化空間電磁陣列阻尼技術。將多層沿軸向陣列排布、相鄰層間垂直磁化的等截面磁環(huán)同軸嵌套構成內磁環(huán)陣列與外磁環(huán)陣列，從而在導體板周圍形成高磁密勵磁磁場，初步實現了高強度的、但原本不可調的阻尼特性；進一步地，通過速度反饋控制算法精密調控同軸嵌套于導體板外側的線圈中通電電流的大小與方向，從而動態(tài)調節(jié)勵磁磁場與阻尼力，有效衰減振動干擾；此創(chuàng)新不僅提升了磁場利用率，還實現了阻尼的可調節(jié)性。這是本發(fā)明區(qū)別于現有技術的創(chuàng)新點之一。

12、(2)本發(fā)明可在六自由度不同工況下實現最佳的精密隔微振效果。采用六套由垂直磁化空間電磁陣列阻尼結構與螺旋彈簧并聯構成的電磁隔振阻尼器，能夠實時感知并分析負載在x、y、z三個直線方向以及繞x、y、z三個軸轉動方向上受到的微振動干擾的頻率變化，采用速度反饋控制算法調控同軸嵌套于導體板外側線圈中的通電電流大小與方向，可在不改變承載的條件下，實現六自由度隔振阻尼的動態(tài)調控；不僅可增強隔微振系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還使其在多自由度復雜多變的振動環(huán)境中保持高隔振效果，為尖端儀器設備提供“超靜”工作環(huán)境，從而有力推動精密儀器設備精度的跨越式提升。這是本發(fā)明區(qū)別于現有技術的創(chuàng)新點之二。

13、(3)本發(fā)明穩(wěn)定性高，不受外界環(huán)境干擾，且磁浮結構的設計從根本上消除了由摩擦引入的非線性問題。垂直磁化空間電磁陣列阻尼結構運用電磁感應原理產生渦流阻尼效應，不僅具有即時且靈敏的響應速度，還具有高穩(wěn)定性，其阻尼力幾乎不受外界環(huán)境(諸如溫度波動、濕度變化)干擾。此外，非接觸式的磁浮設計無機械摩擦，規(guī)避了因摩擦而產生的非線性，不僅延長了裝置的使用壽命，還降低了后續(xù)的維護成本，提高了裝置的經濟性。這是本發(fā)明區(qū)別于現有技術的創(chuàng)新點之三。