卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振器及设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星载荷的隔振技术领域，具体地，涉及一种卫星敏感载荷的磁悬浮 非线性隔振器及设计方法。
【背景技术】
[0002] 随着航天技术的发展，成像类载荷以及高分辨率光学载荷的性能和精度的不断提 高，卫星搭载的高精度高稳定度载荷对卫星平台的稳定性的要求越来越高，微振动对其影 响已经不能忽略，必须采取隔振的措施保证卫星载荷的正常工作。
[0003] 航天器主要的振动大体分为两类：一类是频率范围为30~250Hz以上，特点是激 励的幅值较小，称为高频小振幅振动；第二类振动频率一般低于30Hz，特点是激励的幅值 较大，称为低频大振幅振动。为了有效隔离高频振动，希望隔振元件具有低刚度小阻尼特 性；另一方面，为了抑制隔振系统共振频率附近较大振幅的振动，同时为了限制那些准静态 载荷作用下引起的位移，并且将其诱发的较大幅度自由振动尽快衰减，又希望隔振元件具 有高刚度大阻尼特性。这对隔振元件提出了"低频域具有高刚度大阻尼、高频域具有低刚度 小阻尼"这两个基本的而又相互矛盾的要求。
[0004]传统单纯的弹簧阻尼隔振设计显然不能满足系统对低频大刚度与高频小刚度的 要求，而磁力隔振方法有着非接触，变刚度，非线性，小振幅时低刚度，大振幅时高刚度等优 点。因此，要对卫星平台向敏感载荷的振动传递进行隔离，设计一种既考虑航天适用性又考 虑节能性的隔振系统，是解决问题的主要途径之一。
[0005] 经过对现有技术的检索，发现申请号为：201310350054. 6,发明名称为用于卫星 敏感载荷的新型隔振器包括上安装单元、下安装单元以及主隔振单元，其中，所述上安装单 元、下安装单元和主隔振单元采用一体化结构。本发明提供的用于卫星敏感载荷的新型隔 振器，具有以下技术特点：一、保证卫星有效载荷设备的安装；二、隔离卫星平台传递给有 效载荷的振动，保证有效载荷的正常工作；三、隔离有效载荷自身的振动干扰。在支撑敏感 载荷的同时，达到可靠、安全及有效地保证敏感载荷在轨正常工作的目的。但是该发明不适 用与对低频大刚度与高频小刚度的隔振。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星敏感载荷的磁悬浮非线性 隔振器及设计方法。
[0007] 根据本发明的一个方面提供的卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振器，包括输出 杆、外封装、第一磁体、第二磁体以及第三磁体；
[0008] 其中，第一磁体、第二磁体以及第三磁体均设置在所述外封装的内侧；第一磁体固 定在所述外封装的上端，第三磁体固定在所述外封装的下端，所述第二磁体设置在所述第 一磁体和所述第三磁体之间且与第一磁体和所述第三磁体同极相对；
[0009] 所述输出杆连接所述第二磁体且沿所述外封装的轴向方向延伸出外封装。
[0010] 优选地，还包括直线轴承，所述输出杆通过所述直线轴承连接所述第二磁体。
[0011] 优选地，所述外封装采用磁屏蔽材料制成。
[0012] 根据本发明的另一个方面提供的星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振系统，其特征在 于，包括所述的卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振器，还包括卫星平台和卫星敏感载荷；
[0013] 其中，卫星敏感载荷与所述输出杆连接，卫星平台连接所述外封装。
[0014] 根据本发明的再一个方面提供的卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振器设计方法， 包括如下步骤：
[0015] 步骤1 :将三个磁体互相同极相对串联组合并计算该串联组合的磁场力；
[0016] 步骤2 :将两端磁体固定，使中间磁体可沿轴线方向自由运动，计算中间磁体受到 的磁场力；
[0017] 步骤3 :根据串联系统的磁力大小，分析该串联组合的刚度。
[0018] 优选地，还包括如下步骤：
[0019] 步骤4 :分别计算磁体直径和相邻磁体间的气隙宽度对刚度的影响；
[0020] 优选地，在所述步骤1之前还包括如下步骤：
[0021] -将两磁体同极相对，分析两磁体的磁场力。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0023] 1、本发明中采用三磁体串联布置形式，并且三磁体同轴，中间磁体仅沿轴向运动， 保证磁体角度不发生偏转，磁场稳定，不会引起其他频率的振动；
[0024] 2、本发明中隔振器刚度非线性，低频大振幅振动时提供大回复力，使被隔振对象 快速回到平衡位置，高频小振幅振动时提供低刚度，提高了隔振效率；
[0025] 3、本发明中隔振器结构简单，工艺性好，易实现；
[0026] 4、本发明被动隔振方法，无能耗，节约卫星资源；
[0027] 5、本发明中三磁体无接触放置，无摩擦，无热量产生，适用于航天环境；
【附图说明】
[0028] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0029] 图1为本发明中卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振器的结构示意图；
[0030] 图2为本发明隔振刚度曲线示意图。
[0031] 图3为本发明刚度随磁体直径变化曲线示意图。
[0032] 图4为本发明刚度随气息间隙变化曲线示意图。
[0033] 图 1 中：
[0034] 1为输出杆；
[0035] 2为外封装；
[0036] 3为磁体。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明 的保护范围。
[0038] 在本实施例中，本发明提供的卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振器设计方法包括 如下步骤：
[0039] 步骤1:当两磁铁同极相对，接近时斥力增大，远离时斥力减小。两磁铁的相互排 斥力为
【主权项】
1. 一种卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振器，其特征在于，包括输出杆、外封装、第一 磁体、第二磁体以及第三磁体； 其中，第一磁体、第二磁体以及第三磁体均设置在所述外封装的内侧；第一磁体固定在 所述外封装的上端，第三磁体固定在所述外封装的下端，所述第二磁体设置在所述第一磁 体和所述第三磁体之间且与第一磁体和所述第三磁体同极相对； 所述输出杆连接所述第二磁体且沿所述外封装的轴向方向延伸出外封装。
2. 根据权利要求1所述的卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振器，其特征在于，还包括 直线轴承，所述输出杆通过所述直线轴承连接所述第二磁体。
3. 根据权利要求1所述的卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振器，其特征在于，所述外 封装采用磁屏蔽材料制成。
4. 一种卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振系统，其特征在于，包括权利要求1至3任意 项所述的卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振器，还包括卫星平台和卫星敏感载荷； 其中，卫星敏感载荷与所述输出杆连接，卫星平台连接所述外封装。
5. -种卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振器设计方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1 :将三个磁体互相同极相对串联组合并计算该串联组合的磁场力； 步骤2 :将两端磁体固定，使中间磁体可沿轴线方向自由运动，计算中间磁体受到的磁 场力； 步骤3 :根据串联系统的磁力大小，分析该串联组合的刚度。
6. 根据权利要求5所述的卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振器设计方法，其特征在 于，还包括如下步骤： 步骤4 :分别计算磁体直径和相邻磁体间的气隙宽度对刚度的影响； 步骤5 :根据载荷的质量和隔振频段，确定磁体最佳直径和气隙宽度。
7. 根据权利要求5所述的卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振器设计方法，其特征在 于，在所述步骤1之前还包括如下步骤： -将两磁体同极相对，分析两磁体的磁场力。
【专利摘要】本发明提供了一种卫星敏感载荷的磁悬浮非线性隔振器，包括输出杆、外封装、第一磁体、第二磁体以及第三磁体；其中，第一磁体、第二磁体以及第三磁体均设置在所述外封装的内侧；第一磁体固定在所述外封装的上端，第三磁体固定在所述外封装的下端，所述第二磁体设置在所述第一磁体和所述第三磁体之间且与第一磁体和所述第三磁体同极相对；本发明还提供相应的系统和方法。本发明中采用三磁体串联布置形式，并且磁体同轴，仅沿轴向运动，保证磁体角度不发生偏转，磁场稳定，不会引起其他频率的振动本发明中隔振器刚度非线性。
【IPC分类】F16F6-00
【公开号】CN104879411
【申请号】CN201410675452
【发明人】钟鸣, 申军烽, 周徐斌, 刘兴天, 石新宇
【申请人】上海卫星工程研究所
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年11月21日