CN102364156A - 封闭结构线圈内置式半主动吸振器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供封闭结构线圈内置式半主动吸振器，包括外壳体、底座、轴、衔铁、弹簧、上盖、铁磁线圈，外壳体与底座相连，上盖安装在外壳体上，衔铁安装在外壳体里并与外壳体相连，轴穿过衔铁安装在底座上，用于定位的弹簧安装在轴和衔铁之间，外壳体、底座、上盖组成密闭结构，衔铁中央外壁设置环形槽，铁磁线圈安装在环形槽内。本发明用底座支撑的方式取代轴支撑的方式，降低了重心，增大了支撑面积，从而提高了安装稳定性，这种支撑方式的抗摇摆能力约为45°以内。将线圈绕组与动子质量块结合，相对的减轻了定子的质量，增大了动子的质量，减小了整个吸振器的体积，提高了吸振器的有效质量，从而提高了工作效率和适用性。

Description

封闭结构线圈内置式半主动吸振器

技术领域

本发明涉及的是一种用于减震降噪的吸振器。

背景技术

在振动控制工程领域中，常用动力吸振器对系统的某一频率的振动进行抑制。动力吸振器的工作原理是在系统的特定部位附加一个具有质量和刚度的结构，当激励源对包括了附加结构的系统所输入的总能量保持不变时，原系统和吸振器在各频率上吸收的能量总和亦不变。当某频率上吸振器的运动能量达到最大值(共振)时，原系统在该频率上的运动能量就相应的达到最小值，起到了“吸振”的作用。吸振器的作用原理便可归纳为：如何使吸振器在目标频率上的振动能量达到最大。对于通常可简化为单自由度质量弹簧系统的动力吸振器而言，就是要将附加结构的质量和刚度参数调谐至固有频率与目标频率一致。此时，系统在该频率上的振动能量会输入吸振器附加结构，引起吸振器的共振。吸振器的质量和刚度参数决定了共振的程度，而共振的程度决定了“吸振”的能力的强弱。

传统的动力吸振器是质量和刚度参数一定的机械结构，由于固有频率不可调，因而只能适应单一的控制要求。振动控制工程中有时运用振动主动控制技术以针对系统的变工况运行和冲击激励等扰动因素进行实时控制，要求控制系统的执行器具有可调的工作参数。为了适应主动及半主动控制的要求，拓宽吸振器的功能范围，使吸振器的固有频率能够随外界激励频率的变化而变化，出现了很多可调参数的半主动吸振器，也称为自调谐吸振器。

一般而言，半主动吸振器改变刚度比改变质量更容易实现。半主动吸振器根据改变刚度的途径可分为电动式、电液式和机械式等。在电动式半主动吸振器中，典型的有通过改变电流改变电磁刚度(【1】张洪田，李玩幽，刘志刚等.主动吸振技术研究[J].振动工程学报，2001，14(1)：113-117)、改变电流改变电磁刚度等形式(【2】钱小勇，胡海岩.可调间隙的半主动吸振器及其实现[J].振动工程学报，2001，14(4)：378-382)；电液式通过电流变液或者磁流变液实现刚度的改变(【3】徐振邦.自调谐吸振技术研究[D].合肥：中国科学技术大学，2010；【4】王莲花，龚兴龙，倪正超，徐振邦，张鳃，陈海波等.多个磁流变弹性体自调谐式吸振器的联合控制技术研究[J].实验力学，2008，23(2)：97-102)。机械式常见的改变弹簧刚度有效圈数式(【5】徐振邦，龚兴龙，陈现敏等.机械式频率可调动力吸振器及其减振特性[J].振动与冲击，2010，29(2)：1-6)、弯曲板簧式(【6】孙建民，陈玉强.一种主动调谐式内燃机吸振器的设计[J].黑龙江工程学院学报，2001，15(2)：45-47)、平行板滑块式、空气弹簧式(【7】靳晓雄，肖勇，蔺玉辉，朱娜等.空气弹簧半主动式动力吸振器的研究[J].中国工程机械学报，2007，5(3)：253-257)。

电动式半主动吸振器具有结构紧凑、安装方便、响应迅速等特点。申请人所在实验室的张洪田教授等曾成功研制了一种能自动跟踪频率变化的电动式半主动吸振器(【8】张洪田.船舶柴油机动力装置振动主动控制技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，1998)。如图1所示，该半主动吸振器将动子结构封闭在圆柱形壳体内，定子铁芯轴穿过圆柱形壳体。动子、定子之间为齿形相对排列结构，当动子与定子发生轴向相对位移时，齿形相错开导致磁隙不平衡产生磁拉力(恢复力)，从而具有了电磁刚度。通过直线轴承和圆柱壳端盖实现动子的轴向和径向限位功能。在端盖两侧延伸一定长度的轴上布置有弹簧和压板，轴端有外螺纹用以安装吸振器。

这种传统的电动式半主动吸振器在实际应用上有如下的不足：

1、整机结构中，轴1既做为支撑结构又承担导向作用，因而只在垂直度很好的位置适用，不能抗摇摆，也不能横向使用；

2、轴1从两端伸出的方式不利于密封，在海洋环境下受盐雾影响较大，内部构件易腐蚀；

3、弹簧3外置的设计使得每次安装的时候均会使弹簧的平衡位置和预紧力状态发生变化，内部定子与动子之间齿形磁路的实际状态与标定状态不同，导致控制程序无法执行对应的频率。经实验表明传统结构的电动式半主动吸振器的固有频率-电流特性受两端弹簧压板2的安装预紧力影响很大，工作特性具有较强的非线性，对控制系统的工作过程造成了不良的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供有较好的横向稳定性和可靠性、频率-电流特性不受安装条件影响的封闭结构线圈内置式半主动吸振。

本发明的目的是这样实现的：

本发明封闭结构线圈内置式半主动吸振器，其特征是：包括外壳体、底座、轴、衔铁、弹簧、上盖、铁磁线圈，外壳体与底座相连，上盖安装在外壳体上，衔铁安装在外壳体里并与外壳体相连，轴穿过衔铁安装在底座上，用于定位的弹簧安装在轴和衔铁之间，外壳体、底座、上盖组成密闭结构，衔铁中央外壁设置环形槽，铁磁线圈安装在环形槽内。

本发明还可以包括：

1、底座上安装插座，铁磁线圈通过弹簧连接插座。

2、外壳体与衔铁之间齿连接。

本发明的优势在于：用底座支撑的方式取代轴支撑的方式，降低了重心，增大了支撑面积，从而提高了安装稳定性，特别是横向稳定性。这种支撑方式的抗摇摆能力约为45°以内。将线圈绕组与动子质量块结合，相对的减轻了定子的质量，增大了动子的质量，减小了整个吸振器的体积，提高了吸振器的有效质量，从而提高了工作效率和适用性。经过有效质量优化设计后的动力吸振器，在实现相同的吸振效果的情况下，所需的整机质量大大减小，即相同的整机质量下能提供的吸振能力大大提高。

附图说明

图1为传统电动式半主动吸振器示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的底座部分示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，结构包括了底座22、外壳体20、衔铁组件14、轴15、嵌在衔铁组件14中的铁磁线圈、弹簧16、螺栓、上盖17等部分。外壳体20、底座22、上盖17和轴15构成了吸振器的固定部分。衔铁组件14套在轴上，容纳在壳体内部。衔铁组件14两端的弹簧和压板也封闭在壳体内部，弹簧预紧力一经调整完毕就不需要再进行改变，安装时只要将封装好的吸振器通过底座的螺孔固定在被控部位，这样就消除了弹簧的安装预紧力对于控制特性的影响。

各部分的特点主要体现在：

吸振器整体采用全封闭结构，外部留有主动控制器和电源的接口，靠底座的螺栓孔进行定位和紧固。

定子和动子均为圆柱形状，以实现径向作用力对称抵消。材料选用电工纯铁。

动子与定子之间采用相对齿型结构使得动子与定子之间发生相对轴向位移时磁隙增大，产生反方向的磁拉力，形成了吸振器的电磁刚度。

在动子中央外壁设置环形槽容纳铁磁线圈，通电流形成磁场。电流强度不同则得到的磁场强度亦不同，从而获得可根据电流强度变化的电磁刚度。

定子中央的轴穿过动子中心，动子两侧靠弹簧和压板结构调整动子的位置。在吸振器安装方式所决定的静平衡条件下，要求调整至动子和定子的齿型结构正向相对的状态，以获得最大的动态范围和最好的线性度。

线圈内置式电动式半主动吸振器由于需要弹簧在电磁线圈和二芯航空插座之间充当导线作用，所以要求弹簧的导电性能良好。

外壳体20和底座22可设计成一体的形式以增强紧凑性。考虑到装配的适应性，底座22可设计成圆柱形法兰式。外壳的内壁如图2所示，在合适的位置设计若干道齿形结构，注意圆柱内壁上部和下部的齿形结构需要完全对称以提供均衡稳定、线性度良好的电磁刚度。

底座22中央竖起一根导向中轴15，轴15的上下两端的根部设计成渐变口径的弹簧绝缘底座22，底座22起到固定导向中轴15的作用，同时也通过过盈配合对两端引线弹簧12、13提供径向定位。另外，底座22上设置螺纹压板装置或加装垫片，以实现两端引线弹簧12、13的轴向位置的调整和锁定功能，用于调节衔铁组件14的安装预紧力。

衔铁组件14与外壳体20的内壁相似，设计成上下部完全对称的结构形式，并且齿形间距要求与外壳内壁完全吻合。中部加工为一定宽度和深度的环槽以收纳绕组线圈。为了线圈导线的引出，在衔铁组件14的相应部位加工一孔道用以引导线圈的导线。衔铁组件14的上下两端面保留一定的凸起形状，用以跟导向中轴14两端支座配合对两端弹簧进行径向定位。

将底端弹簧、衔铁组件14、弹簧(上)16等部件依次装配到轴15上，保证弹簧和衔铁组件14处于正确的位置上，通过螺纹压板装置或垫片调整弹簧预紧力，保证在与实际安装状态一致的静平衡状态下动子和定子的齿型结构准确相对，锁定弹簧两端。为了保证动子和定子齿形结构对应的精度，可以在与实际安装状态一致的静平衡状态下给线圈通适当的电流，利用电磁力辅助对中。

将线圈的引出线通过引线弹簧12、13和引出接线环10、11与外壁的二芯航空插座21连接，用上盖17和工艺盖板19将吸振器整体结构封闭。

Claims (3)

1.封闭结构线圈内置式半主动吸振器，其特征是：包括外壳体、底座、轴、衔铁、弹簧、上盖、铁磁线圈，外壳体与底座相连，上盖安装在外壳体上，衔铁安装在外壳体里并与外壳体相连，轴穿过衔铁安装在底座上，用于定位的弹簧安装在轴和衔铁之间，外壳体、底座、上盖组成密闭结构，衔铁中央外壁设置环形槽，铁磁线圈安装在环形槽内。

2.根据权利要求1所述的封闭结构线圈内置式半主动吸振器，其特征是：底座上安装插座，铁磁线圈通过弹簧连接插座。

3.根据权利要求1或2所述的封闭结构线圈内置式半主动吸振器，其特征是：外壳体与衔铁之间齿连接。

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