[发明专利]基于Halbach永磁阵列的惯性激振器及其设计方法

说明书

本发明公开了基于Halbach永磁阵列的惯性激振器及其设计方法，包括壳体，所述壳体内部分别设有可动磁体部、固定绕组部、悬挂部和重力补偿部；可动磁体部包括Halbach永磁阵列以及位于Halbach永磁阵列上部和下部的纯铁；所述固定绕组部包括线圈；所述悬挂部包括连接在纯铁与壳体之间的若干卷曲弹簧，所述重力补偿部包括支撑弹簧；固定绕组部与被激振物体连接，当给线圈通入交变电流后，在洛伦兹力的作用下，可动磁体部相对于固定绕组部发生振动，通过调节电流大小和方向能够改变振动的幅值和频率。本发明利用Halbach永磁阵列设计激振器的磁路，用于提高激振器的磁感应强度，与同体积的传统磁路相比，本发明中磁路产生磁感应强度可以提升50％左右。

技术领域

本发明涉及主动隔振技术领域，尤其涉及一种基于Halbach永磁阵列的惯性激振器及其设计方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着DSP芯片、数字信号处理器、高性能传感器等快速发展，有源控制技术得到大幅度提升，广泛应用于航空航天、海洋舰船、精密设备等领域的振动和噪声抑制。如海洋舰船上，螺旋桨工作、动力设备运转、水动力、舱内人员活动等产生的振动和噪声对舰船战斗力和隐蔽性的提升有较大的影响。中高频带的振动与噪声控制可以采用压电激振器、电动激振器、气动激振器、电液激振器等来实现有效的隔离与抑制。但以上激振器对低中频带范围内的振动与噪声控制效果不佳。磁悬浮技术以其非接触、刚度可调、行程大等优点，对极低频、低频到中高频带范围内的振动与噪声具有较优的隔离和抑制效果，成为当前的研究热点。

发明人发现，传统激振器应用时需要将激振器的顶杆与被激振物体接触，将激振器的主体和底座固定在另一个物体上，同时要保证安装精度，来获得预期的力和振动。这种安装和工作方式极大地限制了激振器的应用。而基于磁悬浮技术研制的惯性激振器可以将激振器主体与力的输出、基座作为一个整体安装在被激振物体上，安装方式简单，精度较易得到保证，通用程度高。但受限于磁路的影响，惯性激振器的输出力通常较小；受限于板簧的刚度，惯性激振器的总体刚度仍然难以满足低频控制需求。

现有技术针对当前激振器力输出能力不强的缺点，在单磁体结构中采用两个线圈的结构形式，与单线圈结构的激振器相比，输出力提升2倍。但是由于采用双线圈结构，磁体需要形成对称的磁路，这将使磁体的重量增加2倍，不利用实现惯性激振器小体积轻质量的设计目标。

现有技术提出采用Halbach永磁阵列设计磁场强度较大、线性度较好的磁悬浮作动器，在不增加体积的前提下，提高做动力，并降低热耗。但是该作动器是非接触的，不具有激振功能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出基于Halbach永磁阵列的惯性激振器及其设计方法，能够有效解决当前基于磁悬浮技术的惯性激振器产品输出力小的问题，且利于实现激振器低刚度需求，进一步扩大激振器的控制频率范围。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

基于Halbach永磁阵列的惯性激振器，包括壳体，所述壳体内部分别设有可动磁体部、固定绕组部、悬挂部和重力补偿部；

所述可动磁体部包括Halbach永磁阵列以及位于Halbach永磁阵列上部和下部的纯铁；所述固定绕组部包括线圈，所述线圈设置在Halbach永磁阵列与纯铁形成的间隙中；所述悬挂部包括连接在纯铁与壳体之间的若干卷曲弹簧，所述重力补偿部包括支撑弹簧，所述支撑弹簧用于支撑可动磁体部的重量，并提供激振器所需的振幅；

所述固定绕组部与被激振物体连接，当给线圈通入交变电流后，在洛伦兹力的作用下，可动磁体部相对于固定绕组部发生振动，通过调节电流大小和方向能够改变振动的幅值和频率。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

基于Halbach永磁阵列的惯性激振器设计方法，包括：