CN103511529A - 一种可调刚度电磁隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种可调刚度电磁隔振器，弹簧钢片部分的结构为外层弹簧钢片和内层弹簧钢片均成左右对称分布，分别固定于上固定板和下固定板之间，阻尼材料填充于层叠弹簧钢片之间。电磁铁部分的结构为电磁线圈安装在铁芯上，铁芯分别固定在电工纯铁安装架的上下内表面，装有电磁线圈的电工纯铁安装架通过螺栓固定在隔振器的下固定板上。可移动永磁铁部分的结构为两个调整螺栓通过螺母分别固定在上固定板上，永磁铁固定板上下表面中心位置有两个凸起圆柱，两个环形永磁铁通过凸起的圆柱固定在中间板的上下两表面，装有永久磁铁的固定板通过调整螺母与调整螺栓连接。本发明兼顾被动式隔振器稳定性好和主动式隔振器应用灵活的优点。

Description

一种可调刚度电磁隔振器

技术领域

本发明涉及的是一种隔振器，具体地说是半主动隔振器。

背景技术

在动力机械中存在着大量的振动问题，其中有许多振动是对设备有害的，设法减少这些振动的危害具有十分重要的意义。而振动形式的复杂和难以控制给此问题的解决带来很多困难。振动隔离（简称隔振）技术是振动控制领域中应用最广的一项技术，隔振是指采用附加子系统将振源与需减振的对象隔开，以减小振源对隔振对象的影响。附加子系统主要由弹性元件和阻尼元件构成。隔振大致可分为被动隔振、主动隔振和半主动隔振三类。

传统的隔振技术主要采用被动隔振，它具有结构简单、易于实现、工作可靠等优点。例如钱网生，祝华，SU型隔振器的设计和研究[J](振动与噪声控制，2000(5):11-14)提出一种适用于船用设备等有抗冲击要求的、固有频率低的、安装方便等特点的被动隔振器。但被动隔振器在结构确定后，其刚度和阻尼就随之固定，能够隔离的振动频率范围固定，在变工况环境下只能折中考虑，难以取得最优的隔振效果。

主动隔振是在被动隔振的基础上，加入能产生满足一定要求的作动器，或者用作动器代替被动隔振装置的部分或全部元件，根据所检测到的振动信号，应用一定的控制策略驱动作动器，从而达到抑制或消除振动的目的，它特别适用于超低频隔振和高精度隔振。但主动隔振需要外加能源、执行机构以及一套复杂的控制系统，结构较复杂，并且对于控制策略及算法的稳定性要求很高，因而它的应用受到一定程度上的限制。

近些年来，半主动隔振作为被动隔振和主动隔振的折中方法而被广泛研究。半主动隔振通过改变系统参数（刚度或阻尼），产生次级力抵消初级振源的影响。半主动隔振系统具有比被动隔振系统更好的工作性能（特别在低频范围），并且参数可调整以适应不同对象。与主动隔振系统相比，减少了对能量和本身重量的需求，而且控制系统相对简单，运行可靠，成本较低。如现有的如专利申请号200510011614.0公开的一种可调节刚度和阻尼的空气弹簧隔振器，通过调节空气弹簧腔室之间狭缝长度及高度实现阻尼和刚度的调节，属于超精密加工及测量领域。专利申请号201210198889.X公开了一种主被动隔振器，包括气囊隔振器，气囊内设有电磁动作器，通过改变电流方向来改变铁芯与衔铁间的吸引力，实现宽频振动和线谱振动的同步有效控制。气囊虽然有非常好的隔振效果，但一般只能承受垂直载荷，因而必须设置相应的导向机构以承受横向力、纵向力及力矩，从而增大了体积与布置难度。同时对于密封提出一定的要求，从而增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于提供能产生较大的变形吸收并耗散冲击能量的一种可调刚度电磁隔振器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种可调刚度电磁隔振器，其特征是：包括弹簧钢片部分，弹簧钢片部分包括第一-第二弹簧钢片单元，第一弹簧钢片单元包括第一外层弹簧钢片、第一内层弹簧钢片，第一外层弹簧钢片安装第一内层弹簧钢片外部，第一外层弹簧钢片和第一内层弹簧钢片整体形成弧形结构，在第一外层弹簧钢片和第一内层弹簧钢片之间填充阻尼材料，第二弹簧钢片单元与第一弹簧钢片单元结构相同且左右对称布置，第一弹簧钢片单元的上端与第二弹簧钢片单元的上端通过上固定板连接在一起，第一弹簧钢片单元的下端与第二弹簧钢片单元的下端通过下固定板连接在一起；下固定板上固定有电工纯铁安装架，上固定板上安装有调整螺栓，调整螺栓伸入到电工纯铁安装架旁，电工纯铁安装架包括上安装板和下安装板，上安装板的下表面固定有上电磁线圈，上电磁线圈的中心设置上铁芯，下安装板的上表面固定有下电磁线圈，下电磁线圈的中心设置下铁芯，上安装板和下安装板之间设置永磁铁固定板，永磁铁固定板的端部套在调整螺栓上，并在其端部上设置调整螺母，从而使得永磁铁固定板在调整螺母的带动下，沿调整螺栓上下移动，永磁铁固定板上安装永磁铁。

本发明还可以包括：

1、所述的永磁铁固定板为铝制材料，其上下表面的中心部位均有圆柱体凸台，所述的永磁铁有两个，均为中空的圆柱体环形结构，两个永磁铁通过两个圆柱体凸台分别固定于永磁铁固定板的上下表面。

2、所述的调整螺栓有两个，永磁铁固定板的两个端部分别与两个调整螺栓相配合。

3、电工纯铁安装架上刻有一条水平线，该水平线位于上下电磁铁的正中间，当隔振器本体在设备重力作用下被压弯曲变形时，通过调节调整螺母来使永磁铁固定板与水平线对齐，从而使上电磁线圈与永磁铁固定板上表面永磁铁间的作用力和下电磁线圈与永磁铁固定板下表面永磁铁间的作用力相等。

本发明的优势在于：

1、本发明设计的隔振器刚度可调。通过调节电磁铁线圈的电流来改变其与永磁铁间的作用力，改变隔振器的刚度，调节隔振器的固有频率，使得系统取得最佳隔振效果。

2、本发明设计的一种可调刚度电磁隔振器能抗冲击。当突遇能量较大冲击时，可调节电流让电磁铁和永磁铁间作用力表现为排斥力，减小被安装装置的冲击位移响应。

3、兼顾被动式隔振器稳定性好和主动式隔振器应用灵活的优点。

4、瞬态响应快，体积小，集成度高，易于安装。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的左侧剖视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的立体图。

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1～4，本发明提供的一种可调刚度电磁隔振器，将电磁铁与永久磁铁结合并运用其中，利用它们之间的相互作用力来实现弹性元件的功能；并通过调节电流大小来改变电磁铁的磁性，从而改变装置整体的刚度，调节隔振器的固有频率。

图1所示为一种可调刚度电磁隔振器的正视全剖视图，整个隔振器装置可分为三大部分：阻尼—弹簧钢片部分、电磁铁部分、永磁铁部分。

阻尼—弹簧钢片部分包括：外层弹簧钢片1、内层弹簧钢片2和阻尼材料3，如图1所示。外层弹簧钢片1和内层弹簧钢片2均成左右对称分布，分别用螺钉固定于上固定板4和下固定板5之间，阻尼材料3填充于层叠弹簧钢片1和2之间。

电磁铁部分包括：电工纯铁安装架7、上电磁线圈9、下电磁线圈10、铁芯13和固定螺钉14，如图2所示。电磁线圈9和10安装在铁芯13上，绕有线圈的铁芯13分别用固定螺钉14固定在电工纯铁安装架7的上下内表面，装有电磁线圈的电工纯铁安装架7通过螺栓固定在隔振器的下固定板5上。

可移动永磁铁部分包括：调整螺栓6、永磁铁8、调整螺母11和永磁铁固定板12，如图1所示。两个调整螺栓6通过螺母分别固定在上固定板4上，永磁铁8为有一定厚度的环形圆柱磁铁，永磁铁固定板12上下表面中心位置有两个凸起圆柱（均为铝制材料），两个环形永磁铁8可以通过凸起的圆柱固定在中间板的上下两表面，装有永久磁铁的固定板12通过调整螺母11与调整螺栓6连接。

本发明的基本原理是：通过调节调整螺母，使永磁铁位于上下电磁铁的正中间平衡位置，保证两对磁铁间相互作用力大小相等；在此基础上，通过改变电磁铁线圈电流的大小和方向，来调节隔振器刚度的大小。当电磁铁和永久磁铁间作用力为吸引力时，可降低隔振器刚度；当作用力为排斥力时，可增加隔振器刚度，尤其适用于变化工况下获得更优的隔振频率，使得其应用更加灵活。

具体结构可参见图4可调刚度电磁隔振器的三维实体模型图。

本发明包括弹簧钢片之间的阻尼单元，用于产生正刚度的固定弹性单元，以及可调弹性单元，两弹性单元并联，得到一个刚度可调的弹簧系统。弹簧钢片1、2之间填充复合阻尼材料3，用于振动和噪声控制。

产生正刚度的固定弹性单元包括：外层弹簧钢片1、内层弹簧钢片2、上固定板4和下固定板5；其中，外层弹簧钢片1和内层弹簧钢片2均成左右对称分布，分别固定于上固定板4和下固定板5之间，内外弹簧钢片1、2之间为阻尼部分。

可调弹性单元由永久磁铁部分和电磁铁部分组成。

永久磁铁部分包括：上固定板4、调整螺栓6、永磁铁8、调整螺母11和永磁铁固定板12；其中，两个调整螺栓6通过螺母分别固定在上固定板4上，永磁铁8为有一定厚度的环形圆柱磁铁，永磁铁固定板12上下表面中心位置有两个凸起圆柱均为铝制材料，两个环形永磁铁8正好可以通过凸起的圆柱固定在中间板的上下两表面，装有永久磁铁的中间板通过调整螺母11与调整螺栓6连接。

电磁铁部分包括：电工纯铁安装架7、上电磁线圈9、下电磁线圈10、铁芯13和固定螺钉14。电磁线圈9和10安装在铁芯13上，绕有线圈的铁芯13分别用固定螺钉14固定在电工纯铁安装架7的上下内表面，装有电磁线圈的电工纯铁安装架7通过螺栓固定在隔振器的下固定板5上。

当隔振器在设备重力作用下被压弯曲变形时，通过调节调整螺母11来使永磁铁固定板12正好位于两电磁线圈中间位置，保证上下两对磁铁间作用力相等。

通过改变电磁线圈9、10中的电流方向和大小，可调节隔振器刚度大小。当电磁铁9、10和永磁铁8间作用力为吸引力时，可降低隔振器刚度；当作用力为排斥力时，可增加隔振器刚度，尤其适用于变化工况下获得更优的隔振频率，使得其应用更加灵活。

当突遇能量较大冲击时，由于本身结构的设计，其能产生较大的变形吸收并耗散冲击能量；当冲击位移响应过大时，可调节线圈电流让电磁铁9、10和永磁铁8间作用力表现为排斥力，增加隔振器刚度，减小被安装装置的冲击位移响应，起到抗冲击作用，确保系统安全可靠地工作。

上述技术方案中，所述电工纯铁安装架7前后内壁上各标有一条水平线，该水平线位于上下电磁铁的正中间，其作用是作为调整永磁铁固定板12高度方向的标准。当隔振器在设备重力作用下被压弯曲变形时，通过调节调整螺母11来使永磁铁固定板12与水平刻线对齐。

具体实施情况：

首先，将本发明设计的一种可调刚度电磁隔振器安装在地基和设备之间，地基通过螺栓与隔振器的下固定板5连接，设备通过螺栓与隔振器上固定板4连接。由于此隔振器变形范围大的特点，其会在设备重力作用下被压弯变形。因此，需要调节调整螺母，使永磁铁固定板始终位于电磁铁中间平衡位置，这是保证上下两对磁铁间作用力相等的必须条件；

当有振动产生时，可调节通过电磁铁线圈的电流，让电磁铁和永久磁铁间作用力表现为吸引力或者排斥力，使得隔振器刚度变低或变高，调节其固有频率，从而适应变化的工况，以取得更优的隔振效果；

当地基有较大冲击产生时，由于本身结构的设计，其能产生较大的变形吸收并耗散冲击能量。当冲击位移响应过大时，可调节通过电磁铁线圈的电流方向，让两对磁铁间产生互斥力，使隔振器刚度增加，变形减小，从而达到减小被安装装置的冲击位移响应的目的，起到抗冲击作用，确保系统安全可靠地工作。

Claims (5)

1.一种可调刚度电磁隔振器，其特征是：包括弹簧钢片部分，弹簧钢片部分包括第一-第二弹簧钢片单元，第一弹簧钢片单元包括第一外层弹簧钢片、第一内层弹簧钢片，第一外层弹簧钢片安装第一内层弹簧钢片外部，第一外层弹簧钢片和第一内层弹簧钢片整体形成弧形结构，在第一外层弹簧钢片和第一内层弹簧钢片之间填充阻尼材料，第二弹簧钢片单元与第一弹簧钢片单元结构相同且左右对称布置，第一弹簧钢片单元的上端与第二弹簧钢片单元的上端通过上固定板连接在一起，第一弹簧钢片单元的下端与第二弹簧钢片单元的下端通过下固定板连接在一起；下固定板上固定有电工纯铁安装架，上固定板上安装有调整螺栓，调整螺栓伸入到电工纯铁安装架旁，电工纯铁安装架包括上安装板和下安装板，上安装板的下表面固定有上电磁线圈，上电磁线圈的中心设置上铁芯，下安装板的上表面固定有下电磁线圈，下电磁线圈的中心设置下铁芯，上安装板和下安装板之间设置永磁铁固定板，永磁铁固定板的端部套在调整螺栓上，并在其端部上设置调整螺母，从而使得永磁铁固定板在调整螺母的带动下，沿调整螺栓上下移动，永磁铁固定板上安装永磁铁。

2.根据权利要求1所述的一种可调刚度电磁隔振器，其特征是：所述的永磁铁固定板为铝制材料，其上下表面的中心部位均有圆柱体凸台，所述的永磁铁有两个，均为中空的圆柱体环形结构，两个永磁铁通过两个圆柱体凸台分别固定于永磁铁固定板的上下表面。

3.根据权利要求1或2所述的一种可调刚度电磁隔振器，其特征是：所述的调整螺栓有两个，永磁铁固定板的两个端部分别与两个调整螺栓相配合。

4.根据权利要求1或2所述的一种可调刚度电磁隔振器，其特征是：电工纯铁安装架上刻有一条水平线，该水平线位于上下电磁铁的正中间，当隔振器本体在设备重力作用下被压弯曲变形时，通过调节调整螺母来使永磁铁固定板与水平线对齐，从而使上电磁线圈与永磁铁固定板上表面永磁铁间的作用力和下电磁线圈与永磁铁固定板下表面永磁铁间的作用力相等。

5.根据权利要求3所述的一种可调刚度电磁隔振器，其特征是：电工纯铁安装架上刻有一条水平线，该水平线位于上下电磁铁的正中间，当隔振器本体在设备重力作用下被压弯曲变形时，通过调节调整螺母来使永磁铁固定板与水平线对齐，从而使上电磁线圈与永磁铁固定板上表面永磁铁间的作用力和下电磁线圈与永磁铁固定板下表面永磁铁间的作用力相等。

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