CN102748425A - 主被动混合隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主被动混合隔振器，包括气囊隔振器，气囊隔振器包括上盖板、下盖板、设置在上盖板和下盖板之间的弹性囊体，弹性囊体内设置有电磁作动器，电磁作动器包括衔铁、与衔铁匹配的铁芯、缠绕在铁芯上的线圈，衔铁固定在上盖板上，铁芯固定在下盖板上，衔铁与铁芯之间具有气隙，线圈上设有散热片，散热片的底部连接下盖板，下盖板上开设有分别通向弹性囊体的气孔和线孔，线孔的出口处设有气密封插座，下盖板上设有与电磁作动器的工作状态控制端相连接的振动传感器。本发明具有可靠性高、能耗少、成本低、占用空间小、适应性好等优点，能随隔振装置载荷变化而进行适应性调整，可以实现宽频振动和线谱振动的同步有效控制。

Description

主被动混合隔振器

技术领域

本发明涉及机械设备隔振技术领域，具体地指一种主被动混合隔振器。

背景技术

控制机械设备引起的振动，使其满足标准要求，是工业、民用、特别是船舶机械系统设计的关键。机械设备振动由宽频和线谱叠加组成，其中线谱的能量集中度很高，实现宽频振动和线谱振动的同步有效控制具有重要意义。

采用隔振装置是降低设备振动传递最有效的方法之一。隔振装置有被动隔振和主被动隔振两种方式。其中被动隔振装置是在机械设备和基座之间安装橡胶隔振器、钢丝绳隔振器等装置，具有结构简单、易于实现、工作可靠和不需要外界提供能量能特点，但是其低频隔振效果差，并且无法针对线谱振动进行有效控制。一般的主被动隔振装置是将被动隔振器与压电作动器、磁致伸缩作动器串联安装在机械设备与基座之间，橡胶隔振器对机械设备的宽频振动提供隔离效果，而作动器则对低频线谱振动实现有效控制，但是作动器需要承受机械设备的重量，存在可靠性差、能耗高、成本高、占用空间大等缺点。

电磁作动器和电磁惯性质量作动器具有无接触特性，因此可以与被动隔振器分别采用并联方式和单点连接方式集成，与一般的串联模式相比，具有可靠性高、能耗低等优点。

现有的《用于汽车发动机的惯性质量式隔振装置》（专利号200920067893.6）、《主动隔振器》（专利号：200610092560.X）采用橡胶隔振器支撑被隔振设备，将电磁惯性质量作动器采用单点安装方式固定在被隔振目标上，控制线谱振动，由于主、被动器件的集成度较低，存在占用空间大、适应性较差的缺点。《用于汽车发动机的惯性质量式隔振装置》（专利号200920067893.6）中，其惯性质量式电磁作动器采用圆筒形永磁体提供永磁场，在圆筒内，线圈产生的电磁场与永磁场相互作用产生作动力，该种作动器的永磁体用量大，制备困难，材料成本高，磁路闭合性差，能效比不高。《基于差动电磁作动器的空气弹簧超低频隔振方法与装置》（专利号200610150810.0）采用气囊隔振器与差动式电磁作动器并联支撑精密平台并隔振，集成度较低，占用空间大，并且差动式电磁作动器允许的横向位移小，当装置受到横向冲击、横向振动激励时，作动器容易损坏。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种主被动混合隔振器，该隔振器将磁路闭合性好、高能效的电磁作动器集成在气囊隔振器内部，它能同时高效隔离宽频振动和有效控制低频线谱振动。

为实现此目的，本发明所设计的主被动混合隔振器，包括气囊隔振器，所述气囊隔振器包括上盖板、下盖板、设置在上盖板和下盖板之间的弹性囊体，其特征在于：所述弹性囊体内设置有电磁作动器，所述电磁作动器包括衔铁、与衔铁匹配的铁芯、缠绕在铁芯上的线圈，其中，所述衔铁固定在上盖板上，铁芯固定在下盖板上，衔铁与铁芯之间具有气隙，所述线圈上设有散热片，散热片的底部连接下盖板，下盖板上分别开设有通向弹性囊体的气孔和线孔，线孔的出口处设有气密封插座，所述下盖板上设有与电磁作动器的工作状态控制端相连接的振动传感器。

所述上盖板上也设有与电磁作动器的工作状态控制端相连接的振动传感器。

所述下盖板和线圈内均设有温度传感器，所述温度传感器与电磁作动器的工作状态控制端连接。

所述温度传感器、振动传感器和电磁作动器的导线通过线孔及气密封插座导出。

所述铁芯为山型结构，线圈缠绕在山型铁芯的中柱上，所述山型铁芯的中柱的顶部固定有第一永磁体，所述山型铁芯的两根侧柱的顶部均固定第二永磁体，所述第一永磁体的磁极方向和第二永磁体的磁极方向相反。

所述气囊隔振器为囊式气囊隔振器或膜式气囊隔振器。

所述衔铁和铁芯由多块厚度为0.3~0.4mm的硅钢片叠压而成。

所述气隙中填充柔性导磁橡胶。

所述上盖板和下盖板均为金属盖板。

所述振动传感器可以是加速度传感器或速度传感器。

本发明的技术效果如下：

(1) 本发明中的气囊隔振器是一种性能十分优异的隔振元件，具有优良的宽频隔振性能。

(2) 本发明采用电磁作动器来控制线谱振动，这种作动器具有响应速度快、频响特性优良、力特性好的优点，可以有效控制线谱振动。

(3) 本发明将电磁作动器集成到气囊隔振器中，具有占用空间小、集成度高的优点；振动传感器和温度传感器均可集成到气囊隔振器内，安装、接线简单，使用方便。

(4)本发明采用的作动器具有无接触特性，不会造成振动短路传递，因此可以与气囊隔振器采用并联方式集成。由气囊隔振器对设备提供可靠的支撑，作动器无需承受静载荷，与其它类型作动器常用的串联隔振模式相比，具有可靠性高、能耗低、成本低等优点。此外该作动器的衔铁与铁芯之间允许有较大的横向位移，对横向冲击、横向振动激励具有较强的适应性。

(5)经过气囊隔振器高效隔振，振动能量的传递得到了有效衰减，大大降低了作动器控制残余线谱振动的功耗。

(6) 本发明中的气囊隔振器不存在蠕变问题，并且可以由姿态控制系统进行充放气，对隔振装置重心和载荷的变化进行适应性调整，保证隔振装置整体姿态的平衡。

综上所述，本发明和已有技术相比，其效果是积极明显的，具有可靠性高、能耗少、成本低、占用空间小、适应性好等优点，能随隔振装置载荷变化而进行适应性调整，可以实现宽频振动和线谱振动的同步有效控制，可为工业、民用、船舶领域的宽频振动和线谱振动同步有效控制难题提供新的解决途径。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为本发明的膜式气囊隔振器的结构示意图；

图4为本发明的电磁作动器结构示意图。

其中，1—气囊隔振器、1.1—膜式气囊隔振器、2—电磁作动器、3—气密封插座、4—振动传感器、5—上盖板、6—弹性囊体、7—下盖板、8—衔铁、9—铁芯、9.1—中柱、9.2—侧柱、10—气孔、11—线孔、12—温度传感器、13—第一永磁体、14—第二永磁体、15—线圈、16—散热片、17—气隙、18—柔性导磁橡胶。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图中1~4所示的主被动混合隔振器，包括气囊隔振器1，气囊隔振器1包括上盖板5、下盖板7、设置在上盖板5和下盖板7之间的弹性囊体6，弹性囊体6内设置有电磁作动器2，电磁作动器2包括衔铁8、与衔铁8匹配的铁芯9、缠绕在铁芯9上的线圈15，其中，衔铁8固定在上盖板5底部上，铁芯9固定在下盖板7顶部上，衔铁8与铁芯9之间具有气隙17，线圈15上设有散热片16，散热片16的底部连接下盖板7，下盖板7上分别开设有通向弹性囊体6的气孔10和线孔11，线孔11的出口处设有气密封插座3，下盖板7上设有与电磁作动器2的工作状态控制端相连接的振动传感器4。

上述技术方案中，上盖板5上也可以设有与电磁作动器2的工作状态控制端相连接的振动传感器4。

上述气囊隔振器1依靠弹性囊体6内的空气来承载重量，具有重量轻、隔振效果好的优点。

上述技术方案中，线圈15通过功率放大器连接电磁作动器2的工作状态控制端。上述电磁作动器2的工作状态控制端检测振动传感器4所测得的下盖板7的振动信号，根据自适应控制算法产生输出信号，通过所述的功率放大器驱动电磁作动器2，进而实现线谱振动控制。

上述技术方案中，所述振动传感器4的敏感轴与电磁作动器2的轴线平行，振动传感器4可以是加速度传感器或速度传感器。

上述技术方案中，下盖板7和线圈15内均设有温度传感器12，温度传感器12与电磁作动器2的工作状态控制端连接。

上述技术方案中，温度传感器12、振动传感器4和电磁作动器2的导线通过线孔11及气密封插座3导出。

上述技术方案中，铁芯9为山型结构，线圈15缠绕在山型铁芯的中柱9.1上，山型铁芯的中柱9.1的顶部固定有第一永磁体13，山型铁芯的两根侧柱9.2的顶部均固定第二永磁体14，第一永磁体13的磁极方向和第二永磁体14的磁极方向相反。该结构使电磁作动器2的电磁磁场和永磁磁场闭合程度高，漏磁小，具有较高的电-力转换效率。上述结构能形成左右两个闭合的永磁磁路，其中左侧闭合永磁磁路为：铁芯中柱永磁体N极-衔铁8-左侧气隙-左侧永磁体S极-左侧永磁体N极-铁芯左侧柱-铁芯中柱-铁芯中柱永磁体S极-铁芯中柱永磁体N极。而线圈15中通过电流时，也会形成左右两个闭合的电磁磁路。当线圈15绕制方向确定后，电磁磁路方向仅由电流方向决定，可根据右手定则确定。当电流产生的电磁磁路与永磁磁路方向相同时，气隙17中的磁场增大，铁芯9与衔铁8之间的吸引力增大，反之则气隙17中的磁场减小，铁芯9与衔铁8之间的吸引力也减小，因此给线圈15输入交变电流即可驱动电磁作动器2产生交变输出力，从而完成线谱振动控制的任务。

上述技术方案中，气囊隔振器1为囊式气囊隔振器或膜式气囊隔振器1.1。

上述技术方案中，衔铁8和铁芯9由多块厚度为0.3~0.4mm的硅钢片叠压而成，优选为0.35mm的硅钢片。这样能降低涡流损耗。

上述技术方案中，气隙17中填充柔性导磁橡胶18。柔性导磁橡胶18能减小气隙的磁阻，进一步提高电-力转换效率，降低作动器功耗，同时还可以防止衔铁8和铁芯9碰撞。

上述技术方案中，上盖板5和下盖板7均为金属盖板，金属盖板用于配合散热片16的散热。

本发明安装在设备和基座之间，气囊隔振器1承载设备的重量并降低设备宽频振动向基座的传递。振动传感器4输出与设备基座振动有关的信号，提供给工作状态控制端，工作状态控制端产生相应的信号，改变作动器的线圈15电流，使作动器输出相应的力，抵消设备基座的线谱振动。

本发明中电磁作动器的小型化、无接触、高能效、低发热量是集成到气囊隔振器内的基础。

电磁作动器2的发热要通过散热装置迅速排出，确保主被动混合隔振器的安全可靠性和姿态保持。本发明采用散热片16提高作动器散热效率，也可以用热管来替代散热片16。

气囊隔振器内部集成了电磁作动器2和振动传感器4从而实现了振动的监测和控制，集成了温度传感器12，从而确保了主被动混合隔振器的安全可靠性监测。因此，本专利的主被动混合隔振器是一个融合了振动监测、控制和可靠性监测的整体。

气囊隔振器1的盖板上开有线孔11，焊接有气密封插座3，电磁作动器2、振动传感器4和温度传感器12的导线与气密封插座3连接，与外界的供电、监测和控制系统发生联系，同时还能保持气囊隔振器1的气密性，让气囊隔振器1正常进行宽频隔振并支承设备的载荷。

本发明的工作原理为：

本发明安装在设备和基座之间，气囊隔振器的上盖板5与被隔振设备相连，而下盖板7与基座相连。

本发明采用了并联混合隔振模式，电磁作动器2具有无接触特性不会造成振动短路传递，因此充分发挥了气囊隔振器1的隔振效果，具有优良的宽频隔振效果，并且所需的主动控制力较低；本发明由气囊隔振器1支撑设备载荷，电磁作动器2无需提供静态支撑力，比起其他类型作动器常用的串联隔振模式，具有更小的功耗和更高的可靠性。

将电磁作动器2集成到气囊隔振器1中，可以使结构紧凑；电磁作动器线圈15通电产生的热量通过散热片16、铁芯9和衔铁8传递到气囊隔振器1的金属上盖板5和下盖板7上，然后通过被隔振设备的机脚和基座迅速发散到外界空气中。下盖板7和作动器线圈15内的温度传感器12，实时监控气囊隔振器下盖板7附近和作动器线圈15的温度，确保系统安全可靠地工作。

通过下盖板7内的气孔10，可以由姿态控制系统控制气囊隔振器充放气，针对设备重心和载荷的变化进行适应性调整，保证隔振装置的整体姿态平衡，并将作动器衔铁8与铁芯9之间的气隙17保持在适当范围。气囊下盖板7上开有线孔11，温度传感器12的信号输出端以及电磁作动器2的供电线均可从该孔引出。线孔11处使用气密封插头3，保证气囊隔振器1的气密性。

温度传感器输出气囊隔振器下盖板7附近和作动器线圈15的温度监测信号，确保了主被动混合隔振器的安全可靠性监测。

振动传感器4输出与设备基座振动有关的信号，提供给电磁作动器2的工作状态控制端，控制端产生相应的信号，改变线圈15的电流，使电磁作动器2输出相应的交变力，抵消设备基座的线谱振动。因此该主被动混合隔振器可以实现宽频振动和低频线谱振动的同步有效控制。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种主被动混合隔振器，包括气囊隔振器（1），所述气囊隔振器（1）包括上盖板（5）、下盖板（7）、设置在上盖板（5）和下盖板（7）之间的弹性囊体（6），其特征在于：所述弹性囊体（6）内设置有电磁作动器（2），所述电磁作动器（2）包括衔铁（8）、与衔铁（8）匹配的铁芯（9）、缠绕在铁芯（9）上的线圈（15），其中，所述衔铁（8）固定在上盖板（5）上，铁芯（9）固定在下盖板（7）上，衔铁（8）与铁芯（9）之间具有气隙（17），所述线圈（15）上设有散热片（16），散热片（16）的底部连接下盖板（7），下盖板（7）上分别开设有通向弹性囊体（6）的气孔（10）和线孔（11），线孔（11）的出口处设有气密封插座（3），所述下盖板（7）上设有与电磁作动器（2）的工作状态控制端相连接的振动传感器（4）。

2.根据权利要求1所述的主被动混合隔振器，其特征在于：所述上盖板（5）上也设有与电磁作动器（2）的工作状态控制端相连接的振动传感器（4）。

3.根据权利要求1所述的主被动混合隔振器，其特征在于：所述下盖板（7）和线圈（15）内均设有温度传感器（12），所述温度传感器（12）与电磁作动器（2）的工作状态控制端连接。

4.根据权利要求3所述的主被动混合隔振器，其特征在于：所述温度传感器（12）、振动传感器（4）和电磁作动器（2）的导线通过线孔（11）及气密封插座（3）导出。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的主被动混合隔振器，其特征在于：所述铁芯（9）为山型结构，线圈（15）缠绕在山型铁芯的中柱（9.1）上，所述山型铁芯的中柱（9.1）的顶部固定有第一永磁体（13），所述山型铁芯的两根侧柱（9.2）的顶部均固定第二永磁体（14），所述第一永磁体（13）的磁极方向和第二永磁体（14）的磁极方向相反。

6.根据权利要求5所述的主被动混合隔振器，其特征在于：所述气囊隔振器（1）为囊式气囊隔振器或膜式气囊隔振器（1.1）。

7.根据权利要求1所述的主被动混合隔振器，其特征在于：所述衔铁（8）和铁芯（9）由多块厚度为0.3~0.4mm的硅钢片叠压而成。

8.根据权利要求1所述的主被动混合隔振器，其特征在于：所述气隙（17）中填充柔性导磁橡胶（18）。

9.根据权利要求1所述的主被动混合隔振器，其特征在于：所述上盖板（5）和下盖板（7）均为金属盖板。

10.根据权利要求1或2所述的主被动混合隔振器，其特征在于：所述振动传感器（4）可以是加速度传感器或速度传感器。

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