Page 175 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 11 期 江友亮，等：磁气混合隔振电磁结构分析与输出特性研究 2633

采用介电活性聚合物作动器和气囊隔振器“串联”方 磁体、线圈、气囊等组成部件，其类似结构特征已获
式，设计出一种主被动磁气混合隔振装置（介电活性 批发明专利 [12] 。
聚合物作动器为洛伦兹力原理结构形式），并对其承
载 特 性、 时 频 域 输 出 特 性 进 行 试 验 研 究 。 李 斌
等 [4] 采用磁悬浮元件和气囊隔振器“并联”的方式，
叠片弹簧
实现了可变刚度特性，并设计了基于磁气混合隔振 内导磁体
外导磁体
系统的 PID 和 LQR 控制器。ZHOU 等 [5] 基于 Maxwell 永磁体
外中间
原理设计了一种变刚度电磁隔振器，保证静刚度的 导磁体 内中间
导磁体
同时降低了系统的动态刚度，提高了隔振系统的低 线圈 气囊
[6]
频隔振带宽。WANG 等 、ZHOU 等 [7] 基于光刻机振
动特性，设计了一种基于气囊和磁悬浮的低频微振
图 2 一体式磁气混合隔振器
变刚度隔振平台，实现了良好的低频和超低频隔振
Fig. 2 Integrated magnetic-air hybrid vibration isolator
效果。何琳等 、马建国等 [9] 将磁悬浮隔振装置置
[8]
于气囊内，设计出一种舰船用磁气混合主被动隔振 本文后续试制的实物为等效尺寸，并不是依据
器，马建国等 [10] 还优化了其中的电磁结构，提高了隔 实际舰船动力设备尺寸，但结构形式一致。依托团
振器的抗冲击性能。SONG 等 [11] 搭建了分布式磁气 队已有的囊式气囊隔振器 (086060H-1) 为初始尺寸，
混合浮筏隔振系统，并进行了系统辨识。 进行磁气混合隔振器结构设计、电磁弹簧结构分析
虽然目前关于磁悬浮结构方面已有大量研究， 及各种性能研究。

但在结构优化与电磁输出特性等方面依然有待深入
分析与研究。因此，本文对磁气混合隔振器的电磁 2 电 磁 单 元 结 构 设 计 与 参 数 分 析
结构优化与电磁输出特性展开系统性研究。设计并
联一体式磁气混合隔振器结构形式，从瞬态磁场和
2.1 电磁单元设计参数
静态磁场角度，探究参数对电磁性能的影响规律。
探讨不同状态下电磁单元输出特性，并进行试验验证。 永磁磁场环路采用上下对称内永磁体结构形

式，动线圈采用三组方式 (上下线圈电流方向相同，
1 磁 气 混 合 隔 振 器 结 构 中间线圈电流方向相反)。电磁单元核心结构参数
及永磁场回路如图 3 所示。
本文采用囊式气囊与洛伦兹力电磁力方式，设
z 6
计外置电磁式并联一体式磁气混合隔振器，其气囊
2h 2h+10
与电磁具有一定的结构独立性，结构原理示意图如
D z
图 1 所示。 h 10 D x d D x2 12
75 2h+10 x
作用平台 h

磁 线 q
回 圈 电
路 磁 参数模型
气囊
永 弹
磁 簧 图 3 电磁单元结构参数（单位：mm）
体 Fig. 3 Electromagnetic unit structural parameters(Unit：mm)

如图 所示，内外永磁体径向长度和轴向长度
3
图 1 一体式磁气混合隔振器结构原理 分别为 D x 和 D z 。上下和中间永磁体保护环尺寸为
Fig. 1 Structural principle of integrated magnetic-air hybrid d，轴向厚度均为 2h。为了结构安装和固定，内外中
vibration isolator
间导磁体都分别向外凸出 10 和 12 mm。由于气囊选
如图 1 结构原理示意图所示，气囊内置于电磁 择采购方案，内中间导磁体内径基本确定为 150 mm。
弹簧内，并形成并联。两块永磁体形成上下两组磁 内外永磁部件径向气隙为 q，线圈支架位于气隙中
通回路，通电线圈在磁场作用下产生电磁力，形成洛 间，厚度为 8 mm；线圈厚度为 4 mm，上下线圈长度
伦兹力。依据结构原理，对应的三维结构如图 2 所 为 2h+10 mm，中间线圈长度为 2h+10 mm。
示，结构主要包括永磁体、内外导磁体、内外中间导 依据 086060H-1 气囊产品手册可知，气囊的高度