1.本发明属于减振技术领域，具体涉及一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器。
背景技术：2.目前主流的电磁馈能减振器采取馈能模式和减振模式分时复用的形式，在市场化进程中面临着一些共性基础问题：结构尺寸、减振性能以及能量消耗之间的矛盾，增加了电磁减振器设计的难度；而复杂的结构及工作环境，为电磁减振器的工作可靠性带来了严重影响。为进一步加快新能源汽车、智能网联汽车等领域的发展，电磁减振器在系统集成度、能量消耗、运行效率与安全性能等方面上亟待突破。
3.现有的专利中，一种新型电磁直线馈能式半主动悬架（专利申请号：202023012312.4，授权公告号：cn 214281195 u），其特征在于，包括弹簧上座、弹簧下座以及设于两者之间的弹簧，弹簧上座下表面竖直固定有线圈骨架，所述线圈骨架内部中空，且其与减振器活塞工作缸同轴布置，所述线圈骨架上端与活塞杆固定，所述活塞杆滑动连接于所述活塞工作缸内，所述活塞工作缸外径小于所述线圈骨架内径，所述线圈骨架下端间隔设置有多道环槽，所述环槽内布置有线圈绕组；所述弹簧下座上表面设置固定有外磁轭，所述外磁轭内壁设有永磁体阵列，所述永磁体阵列内壁与所述线圈骨架外壁之间设有气隙；所述线圈骨架及所述外磁轭均贯穿于所述弹簧内。该专利技术仅为半主动悬架，只能改变悬架阻尼的大小，无法改变悬架刚度的大小，不能满足所有的工况。
4.现有的专利中，一种基于双绕组混合磁路直线旋转永磁电机作动器的两自由度电磁馈能悬架（专利申请号：201810417478 .7，授权公告号：cn 110192013 a），该悬架包括双绕组混合磁路直线旋转永磁电机作动器、减振弹簧、悬架外壳、上端盖、下端盖、车身联结扣和车轮联结扣，电机作动器设置在悬架外壳内，减振弹簧通过旋转轴承设置在所述上、下端盖之间；电机作动器由n个定子模块沿轴向按照正反面交替方式依次排列构成定子，动子由嵌有瓦片状永磁体的圆环铁芯和圆环永磁体沿轴向组合构成。该专利技术采用双绕组和混合磁路的结构，减振器尺寸较大，在结构紧凑的车辆上较难布置。
技术实现要素：5.本发明将减振与馈能功能在结构上进行集成设计，提出一种基于动圈式电磁直线执行器的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器新构型。动圈式电磁直线执行器以电磁线圈为动子，该机构将音圈电机的原理应用到悬架的减振器上，双层电磁线圈处于内、外两层永磁体形成的均匀气隙磁场内，通过控制线圈内电流的大小来实现减振器的主动控制，通过外接馈能电路，对振动能量进行回收。在充分发挥电磁馈能减振器主动控制性能优势的同时，回收振动能量弥补主动控制消耗的电能。解决主动减振器结构尺寸、减振性能以及能量消耗之间的矛盾问题。根据内外嵌套式复合电磁馈能减振器的工作特性，将工作模式分为主动减振模式、被动馈能模式以及混合模式，可以根据行驶工况进行多模式切换。内外嵌套式复合电磁馈能减振器具有高可靠性、高效节能、高功重比以及快速响应等优点，能有效提
升减振器的整体性能。
6.一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，包括罩盖（1）、上端盖（2）、一号磁轭（3）、一号弹簧（4）、外层永磁阵列（5）、下端盖（6）、润滑件（7）、直线轴承（8）、密封盖（9）、周布弹簧（10）、一号挡板（11）、二号弹簧（12）、外层线圈（13）、外层线圈骨架（14）、二号磁轭（15）、三号磁轭（16）、内层永磁阵列（17）、内层线圈（18）、内层线圈骨架（19）、活塞杆（20）、减振器导杆（21）、二号挡板（22）、吊耳（23），其特征包括：所述的内、外层永磁阵列（5）（17）为halbach永磁阵列层，由轴向充磁永磁体（5.1）和径向充磁永磁体（5.2）相互交替紧贴排列构成，永磁体贴在一号磁轭（3）和二号磁轭（15）内侧，一号磁轭（3）和二号磁轭（15）通过上、下端盖（2）（6）实现轴向固定，三号磁轭（16）则通过下端盖（6）实现轴向固定，各磁轭之间均存在气隙；所述的内、外层线圈（13）（18）分别绕在内、外层线圈骨架（14）（19）的凹槽中，内、外层线圈骨架（14）（19）穿过下端盖（6）并固定在一号挡板（11）上，线圈随线圈骨架在由永磁阵列构成的磁场中做往复直线运动，作次级，活塞杆（20）为实心圆柱结构，穿过下端盖（6）中心的圆孔通槽固定在一号挡板（11）上，并且与三号磁轭（16）内侧相配合，磁轭均为中空的圆柱结构，且由螺栓固定在上、下端盖（2）（6）上，下端盖（6）上开有扇形通槽，线圈骨架穿过通槽由螺栓固定在一号挡板（11）上，线圈骨架和活塞杆（20）与下端盖之间设有润滑件（7），一号挡板（11）与下端盖（6）之间用周布弹簧（10）相连接，一号挡板（11）与罩盖（1）和二号挡板（22）之间分别用一号弹簧（4）和二号弹簧（12）相连接。
7.所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，其特征在于所述的外层线圈（13）由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，正向绕组数为2组，反向绕组数为2组；线圈
①
和线圈
③
串联构成第一相绕组，线圈
②
和线圈
④
串联构成第二相绕组，两相绕组内的线圈绕向相反；内层线圈（18）由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，正向绕组数为2组，反向绕组数为2组。线圈
⑤
和线圈
⑦
串联构成第一相绕组，线圈
⑥
和线圈
⑧
串联构成第二相绕组，两相绕组内的线圈绕向相反；halbach永磁阵列（5）（17）中径向充磁永磁体数目为n个，轴向充磁永磁体数目相等且为（n+1）个，通过电流换向，实现稳定的电磁力输出和能量回收。
8.所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，其特征在于所述的直线执行器下端盖（6）的通槽处设有润滑件（7），以此避免线圈骨架与下端盖（6）之间发生干摩擦同时对线圈骨架进行径向定位，润滑件（7）上设有密封盖（9），密封盖（9）与下端盖（6）通过螺栓进行固定连接，活塞杆（20）与下端盖（6）之间设有直线轴承（8），以此来对活塞杆（20）进行径向定位并降低摩擦。
9.所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，其特征在于所述线圈（13）（18）与永磁阵列（5）（17）之间的气隙宽度小于磁轭之间的气隙宽度。
10.所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，同时将减振与馈能进行集成设计，优化减振器结构尺寸，进一步提升减振器的功率密度，且无需任何附加传动机构，可以直接实现减振与馈能，从而提升了减振器的响应速度。
11.所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，采用内外嵌套永磁阵列的形式实现馈能和减振功能，当其中一个电机出现故障无法运作时，整个系统仍能正常运作，增加了其可靠性。
12.本发明的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，采用基于halbach永磁阵列增强气隙磁场强度，提升动圈式直线执行器的功率密度和输出密度，将馈能与减振功能高度集成，并且采用双动圈式内、外层设计，做成内外嵌套式复合电磁馈能减振器，进行振动能量回收来弥补主动控制所消耗的电能，解决主动减振器，结构尺寸、减振性能以及能量消耗之间的矛盾问题，同时双动圈式设计提高了安全性能，能保证在一个电机出现故障时，另外一个电机仍能提供相应的减振能力，同时配有三种工作模式，馈能模式、减振模式、减振-馈能混合模式。
13.本发明的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器在结构上将减振功能和馈能功能进行集成设计，进而实现高效的振动抑制与利用。减振器导杆、活塞杆和线圈骨架通过螺栓连接，一号磁轭、二号磁轭、三号磁轭与上、下端盖之间通过螺栓连接，磁轭内永磁阵列按照halbach阵列排放，下端盖内设润滑件，同时对线圈骨架进行径向定位。结构紧凑，采用双层的结构，在一个电机出现故障时，另外一个电机仍能提供相应的减振能力。保证减振模式下低功耗，同时提高了馈能模式下的能量回收。
14.本发明的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，鉴于动圈式直线电机的快速相应，精确控制，在其加入了电流换向过程。该电磁直线执行器处于减振模式下时，内、外层绕组均只有一相绕组通电，两层线圈由径向磁场向轴向磁场运动过程中，每经过其自身长度的3/5时，便进行一次电流换向，保证了通电线圈始终处于匀强磁场中。电磁直线执行器电磁力的大小由线圈电流决定，线圈中电流的方向决定了电磁力的方向。动圈式电磁直线执行器在馈能模式下时，两层线圈在永磁阵列产生的磁场中切割磁感线，由此产生感应电动势，并经过外接电路将电能储存到能量存储单元。当车辆行驶在良好的路况上行驶时，内、外层线圈分别独立工作，外层线圈提供减振功能，内层线圈则处于馈能模式，实现减振-馈能的混合模式。
15.本发明的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，采用一体化集成设计，融合了电磁直线执行器的技术优势，具有高可靠性、高效节能、高功重比、控制精度高以及快速响应等优点，有效提升减振器的整体性能。投入产业化应用后会产生巨大的经济效益。
附图说明
16.图1 为本发明的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器结构示意图。
17.图2 为本发明的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器线圈分组示意图。
18.图3 为本发明的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器单模式下的电流换向示意图。
19.图4 为本发明的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器多工作模式切换示意图。图5 为本发明的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器混合工作模式示意图。图6 为本发明的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器馈能工作模式示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
21.如图1至图2所示，一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，包括罩盖（1）、上端盖（2）、一号磁轭（3）、一号弹簧（4）、外层永磁阵列（5）、下端盖（6）、润滑件（7）、直线轴承（8）、
密封盖（9）、周布弹簧（10）、一号挡板（11）、二号弹簧（12）、外层线圈（13）、外层线圈骨架（14）、二号磁轭（15）、三号磁轭（16）、内层永磁阵列（17）、内层线圈（18）、内层线圈骨架（19）、活塞杆（20）、减振器导杆（21）、二号挡板（22）、吊耳（23），其特征包括：所述的内、外层永磁阵列（5）（17）为halbach永磁阵列层，由轴向充磁永磁体（5.1）和径向充磁永磁体（5.2）相互交替紧贴排列构成，永磁体贴在一号磁轭（3）和二号磁轭（15）内侧，一号磁轭（3）和二号磁轭（15）通过上、下端盖（2）（6）实现轴向固定，三号磁轭（16）则通过下端盖（6）实现轴向固定，各磁轭之间均存在气隙；所述的内、外层线圈（13）（18）分别绕在内、外层线圈骨架（14）（19）的凹槽中，内、外层线圈骨架（14）（19）穿过下端盖（6）并固定在一号挡板（11）上，线圈随线圈骨架在由永磁阵列构成的磁场中做往复直线运动，作次级，活塞杆（20）为实心圆柱结构，穿过下端盖（6）中心的圆孔通槽固定在一号挡板（11）上，并且与三号磁轭（16）内侧相配合，磁轭均为中空的圆柱结构，且由螺栓固定在上、下端盖（2）（6）上，下端盖（6）上开有扇形通槽，线圈骨架穿过通槽由螺栓固定在一号挡板（11）上，线圈骨架和活塞杆（20）与下端盖之间设有润滑件（7），一号挡板（11）与下端盖（6）之间用周布弹簧（10）相连接，一号挡板（11）与罩盖（1）和二号挡板（22）之间分别用一号弹簧（4）和二号弹簧（12）相连接。
22.所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，其特征在于所述的外层线圈（13）由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，正向绕组数为2组，反向绕组数为2组；线圈
①
和线圈
③
串联构成第一相绕组，线圈
②
和线圈
④
串联构成第二相绕组，两相绕组内的线圈绕向相反；内层线圈（18）由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，正向绕组数为2组，反向绕组数为2组。线圈
⑤
和线圈
⑦
串联构成第一相绕组，线圈
⑥
和线圈
⑧
串联构成第二相绕组，两相绕组内的线圈绕向相反；halbach永磁阵列（5）（17）中径向充磁永磁体数目为n个，轴向充磁永磁体数目相等且为（n+1）个，通过电流换向，实现稳定的电磁力输出和能量回收。
23.所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，其特征在于所述的直线执行器下端盖（6）的通槽处设有润滑件（7），以此避免线圈骨架与下端盖（6）之间发生干摩擦同时对线圈骨架进行径向定位，润滑件（7）上设有密封盖（9），密封盖（9）与下端盖（6）通过螺栓进行固定连接，活塞杆（20）与下端盖（6）之间设有直线轴承（8），以此来对活塞杆（20）进行径向定位并降低摩擦。
24.所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，其特征在于所述线圈（13）（18）与永磁阵列（5）（17）之间的气隙宽度小于磁轭之间的气隙宽度。
25.所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，同时将减振与馈能进行集成设计，优化减振器结构尺寸，进一步提升减振器的功率密度，且无需任何附加传动机构，可以直接实现减振与馈能，从而提升了减振器的响应速度。
26.所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，采用内外嵌套永磁阵列的形式实现馈能和减振功能，当其中一个电机出现故障无法运作时，整个系统仍能正常运作，增加了其可靠性。
27.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
技术特征：1.一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，包括罩盖（1）、上端盖（2）、一号磁轭（3）、一号弹簧（4）、外层永磁阵列（5）、下端盖（6）、润滑件（7）、直线轴承（8）、密封盖（9）、周布弹簧（10）、一号挡板（11）、二号弹簧（12）、外层线圈（13）、外层线圈骨架（14）、二号磁轭（15）、三号磁轭（16）、内层永磁阵列（17）、内层线圈（18）、内层线圈骨架（19）、活塞杆（20）、减振器导杆（21）、二号挡板（22）、吊耳（23），其特征包括：所述的内、外层永磁阵列（5）（17）为halbach永磁阵列层，由轴向充磁永磁体（5.1）和径向充磁永磁体（5.2）相互交替紧贴排列构成，永磁体贴在一号磁轭（3）和二号磁轭（15）内侧，一号磁轭（3）和二号磁轭（15）通过上、下端盖（2）（6）实现轴向固定，三号磁轭（16）则通过下端盖（6）实现轴向固定，各磁轭之间均存在气隙；所述的内、外层线圈（13）（18）分别绕在内、外层线圈骨架（14）（19）的凹槽中，内、外层线圈骨架（14）（19）穿过下端盖（6）并固定在一号挡板（11）上，线圈随线圈骨架在由永磁阵列构成的磁场中做往复直线运动，作次级，活塞杆（20）为实心圆柱结构，穿过下端盖（6）中心的圆孔通槽固定在一号挡板（11）上，并且与三号磁轭（16）内侧相配合，磁轭均为中空的圆柱结构，且由螺栓固定在上、下端盖（2）（6）上，下端盖（6）上开有扇形通槽，线圈骨架穿过通槽由螺栓固定在一号挡板（11）上，线圈骨架和活塞杆（20）与下端盖之间设有润滑件（7），一号挡板（11）与下端盖（6）之间用周布弹簧（10）相连接，一号挡板（11）与罩盖（1）和二号挡板（22）之间分别用一号弹簧（4）和二号弹簧（12）相连接。2.根据权利要求书1所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，其特征在于所述的外层线圈（13）由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，正向绕组数为2组，反向绕组数为2组；线圈
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和线圈
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串联构成第一相绕组，线圈
②
和线圈
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串联构成第二相绕组，两相绕组内的线圈绕向相反；内层线圈（18）由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，正向绕组数为2组，反向绕组数为2组；线圈
⑤
和线圈
⑦
串联构成第一相绕组，线圈
⑥
和线圈
⑧
串联构成第二相绕组，两相绕组内的线圈绕向相反；halbach永磁阵列（5）（17）中径向充磁永磁体数目为n个，轴向充磁永磁体数目相等且为（n+1）个，通过电流换向，实现稳定的电磁力输出和能量回收。3.根据权利要求书1所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，其特征在于所述的直线执行器下端盖（6）的通槽处设有润滑件（7），以此避免线圈骨架与下端盖（6）之间发生干摩擦同时对线圈骨架进行径向定位，润滑件（7）上设有密封盖（9），密封盖（9）与下端盖（6）通过螺栓进行固定连接，活塞杆（20）与下端盖（6）之间设有直线轴承（8），以此来对活塞杆（20）进行径向定位并降低摩擦。4.根据权利要求书1所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，其特征在于所述线圈（13）（18）与永磁阵列（5）（17）之间的气隙宽度小于磁轭之间的气隙宽度。5.根据权利要求书1所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，同时将减振与馈能进行集成设计，优化减振器结构尺寸，进一步提升减振器的功率密度，且无需任何附加传动机构，可以直接实现减振与馈能，从而提升了减振器的响应速度。6.根据权利要求书1所述的一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器，采用内外嵌套永磁阵列的形式实现馈能和减振功能，当其中一个电机出现故障无法运作时，整个系统仍能正常运作，增加了其可靠性。
技术总结本发明提供一种内外嵌套式复合电磁馈能减振器。其特征在于，所述电磁馈能减振器包括基于Halbach永磁阵列的双动圈式电磁直线执行器，减振器导杆，上、下端盖，密封盖，吊耳，罩盖。电磁直线执行器采用内、外嵌套形式，永磁体贴在内、外层外磁轭内侧，线圈分为内、外两层线圈组分别绕在内、外两层线圈骨架上，内、外两层线圈骨架和活塞杆通过螺栓固定在一号挡板上，内、外层磁轭通过螺栓与上、下端盖连接，上端盖外端设有罩盖，罩盖与一号挡板之间设有弹簧，下端盖通过周布弹簧与一号挡板连接且内设润滑件，一号挡板与二号挡板之间用弹簧连接，导杆穿过二号挡板与一号挡板连接。本发明在充分发挥电磁馈能减振器主动控制性能优势的同时，通过回收振动能量弥补主动控制消耗的电能，解决主动减振器结构尺寸、减振性能、能量消耗以及安全性能之间的矛盾问题。内外嵌套式复合电磁馈能减振器具有高可靠性、高效节能、高功重比、控制精度高以及快速响应等优点，能有效提升减振器的整体性能。升减振器的整体性能。升减振器的整体性能。
技术研发人员：陆佳瑜 陈杰炜 谭草 葛文庆 李波 付长忠
受保护的技术使用者：山东理工大学
技术研发日：2022.04.12
技术公布日：2022/7/5
