CN103573908A - 半主动/全主动一体化式电磁吸振器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供半主动/全主动一体化式电磁吸振器，包括弹簧钢片、动子、定子、铝板、底座，两个弹簧钢片的上端部、下端部分别固定在一起形成两侧为弧形、中间为线段的弹簧外壳，两个弹簧钢片的上端部通过上底板固定在一起，两个弹簧钢片的下端部通过底座固定在一起，铝板通过角铝与上底板相固定，铝板下端与导向轴相固定，导向轴插入直线轴承中，直线轴承固定在底座里，所述的动子和定子均有两个，两个动子反向固定在铝板上并分别位于铝板的两侧，底座上位于导向轴的两侧各安装一个螺柱，两个定子分别安装在两个螺柱上，两个定子分别与两个动子相向布置，动子上缠绕激励线圈，定子上缠绕励磁线圈。本发明可实现半主动和全主动切换。

Description

半主动/全主动一体化式电磁吸振器

技术领域

本发明涉及的是一种吸振器，具体地说是动力装置吸振器。

背景技术

振动是一种常见的工程现象，例如旋转机械由于离心力不平衡引起的机械振动等。而且工程实际中大多数机械和设备都具有变频的特征。动力吸振器通过在需要减振的结构(称为主系统)上附加子结构，改变系统的振动能量的分布和传递特性，使振动能量转移到附加的子结构上，从而达到控制主系统振动的目的。

传统的动力吸振器多属被动控制，它对于主系统的窄带响应有着良好的吸振效果，但由于其吸振带宽不可调节，对于宽频激励引起的主系统的振动，吸振效果不是很理想。

全主动式吸振器是根据主系统的振动状态反馈调节吸振器的振动状态,使其对主系统的动态作用力与主系统的振动加速度反相,从而实现主系统实时宽频振动控制。很多研究都表明全主动式吸振器对宽频振动可起到很好的控制作用，但它也不可避免地存在耗能大、对控制策略和算法稳定性要求高、系统易出现不稳定等问题。

而半主动吸振器可实现在一定频率范围内针对单频的吸振，既有被动式吸振器工作稳定可靠的优点，同时也有其工作频率在一定范围内可控，大大拓宽了吸振器的应用范围。目前已有一些参数可调的自谐振吸振器，根据改变刚度的途径有电磁式，电液式，机械式。在电磁式中比较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（4）:113-117）；电液式通过电流变液或者磁流变液实现刚度的改变（【2】王莲花，龚兴龙等.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（【3】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震特性[J].振动与冲击，2010,29（2）:1-6）。上述各类半主动吸振器很难实现主系统宽频、复杂频率等振动的控制，而全主动吸振器可弥补上述半主动吸振器的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供可实现半主动和全主动切换的半主动/全主动一体化式电磁吸振器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明半主动/全主动一体化式电磁吸振器，其特征是：包括弹簧钢片、动子、定子、铝板、底座，弹簧钢片有两个，两个弹簧钢片的上端部、下端部分别固定在一起形成两侧为弧形、中间为线段的弹簧外壳，两个弹簧钢片的上端部通过上底板固定在一起，两个弹簧钢片的下端部通过底座固定在一起，铝板通过角铝与上底板相固定，铝板下端与导向轴相固定，导向轴插入直线轴承中，直线轴承固定在底座里，所述的动子和定子均有两个，两个动子反向固定在铝板上并分别位于铝板的两侧，底座上位于导向轴的两侧各安装一个螺柱，两个定子分别安装在两个螺柱上，两个定子分别与两个动子相向布置，动子上缠绕激励线圈，定子上缠绕励磁线圈。

本发明还可以包括：

1、每个定子和动子均有上下两个伸出端，每个动子的伸出端上均安装线圈固定工装，线圈固定工装设置有凹形槽，激励线圈缠绕在线圈固定工装的凹形槽里，励磁线圈缠绕在每个定子的两个伸出端之间；两个动子相对于铝板对称布置，两个定子相对于铝板对称布置。

2、所述的螺柱为双头螺柱，双头螺柱的两个端部设置有螺纹，且其螺纹相反，通过旋转双头螺柱可调节定子与底座间的距离。

3、铝板下端通过法兰形轴座与导向轴相固定，法兰形轴座固定在铝板下端，导向轴与法兰形轴座以螺纹副形式连接，导向轴插入直线轴承中，导向轴与直线轴承间隙配合，直线轴承与底座过盈配合。

4、当励磁线圈通以直流，激励线圈断开，定子与动子之间发生相对竖向位移时，气隙中磁感线发生扭曲，产生反方向的磁拉力，形成电磁刚度，该电磁刚度可通过调节通入励磁线圈电流大小调节，实现半主动吸振；当励磁线圈通以直流电流，激励线圈通有控制电流时，实现主动吸振。

本发明的优势在于：

1、可根据吸振对象和工况选择半主动或者全主动控制。可根据控制对象的特点，及时选择和切换控制策略，耗能相对较低，比传统的半主动吸振器和全主动吸振器更具有选择性和灵活性，尤其适应具有复杂多变工况的主系统的减振。

2、当吸振对象振动表现为单一频率时可选择半主动吸振模式，通过调整动力吸振器的刚度，并可使之跟踪主系统的外界干扰频率，可拓宽吸振频带，控制算法相对简单，可靠。

3、当吸振对象振动表现为宽频复杂振动时，可选择全主动吸振模式，配合相应算法，实现宽频、复杂振动的抑制。结构紧凑，易于实现。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的左剖视图；

图3为本发明的导向轴与法兰形轴座和直线轴承配合部分的剖视图；

图4a为本发明的动子连接示意图a，图4b为本发明三孔铝片的结构示意图。

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1～4，结构包括了弹簧钢片1、线圈固定工装2、上底板3、角铝4、铝板5、质量块6、动子7、激励线圈8、定子9、励磁线圈10、法兰形轴座11、导向轴12、直线轴承13、双头螺柱14、底座15、长螺栓16、三孔铝片17、防松螺母18、螺钉19。

各部分的特点主要体现在：

吸振器采用弹簧钢片1支撑，其侧向刚度大，稳定性好。弹簧钢片上钻有孔，左右两片均弯成半圆形，在接头处通过上下夹板用螺栓夹紧连接。在上底板上部可用螺栓固定质量块6对频率进行粗调。底座15的夹板为便于固定直线轴承13，厚度较大，中心位置开有孔便于与被控对象连接固定。

动子7和定子9两两相对布置，并关于中间平面对称，以实现水平力抵消。为便于打孔安装，定子材料选用电工纯铁。为减少涡流的产生，动子材料选用硅钢片。

两动子的中央对称面与两定子的中央对称面重合。动子靠同时同向旋转其同侧的两个双头螺柱14调整定子高度。双头螺柱一端螺纹副为左旋，另一端螺纹副为右旋，双头螺柱旋转一周，高度变化两倍螺距。在吸振器安装的静平衡条件下，要求调整至动子和定子的伸出端正向相对的状态，以获得最大的动态范围和最好的线性度。双头螺柱14与弹簧钢片的底座15用螺纹副连接，调节好高度后将螺柱上的螺母18拧紧，防止双头螺柱在吸振器工作中因振动发生松动。

两动子之间用导磁性差的铝板5隔开。动子上沿长度方向打有两通孔，在铝板侧面打有盲孔，用长螺栓16和三孔铝片17将两侧动子连接，用螺钉19穿过三孔铝片的中间孔与铝板5连接。动子与铝板通过通过螺栓夹紧连接。铝板上部用左右两块角铝4与弹簧钢片上板连接。铝板与角铝，角铝与弹簧钢片上底板间均用螺栓连接。

在动子的四个伸出端上套有线圈固定工装2（材料为铝，表面涂绝缘漆），工装与硅钢片间用适量粘结剂固定。在线圈固定工装的凹形空间里绕激励线圈8。动子部分组装完成后浸绝缘漆处理。作为全主动吸振器工作时，激励线圈通有控制电流，激励线圈处于磁场中受安培力，由于激励线圈容纳于凹形空间中，线圈所受到的安培力通过线圈固定工装传递到动子上，产生与被控对象振动相位相反的加速度从而实现主动吸振。

铝板5下部打有螺纹孔。用螺钉固定法兰形轴座11于铝板下部。导向轴12与法兰形轴座11采用螺纹副连接。导向轴12的下端插入固定于弹簧钢片下底板的直线轴承13中，导向轴12与直线轴承13间隙配合。底座15上打孔，直线轴承13与孔过盈配合进行直线轴承13定位和固定。为更好的保证动子7只发生竖向位移，上述法兰形轴座11、导向轴12和直线轴承13以中央平面对称沿动子7长度方向布置两套（如图2所示）。

半主动/全主动一体化式电磁吸振器，包括：弹簧钢片1、上底板3、底座15、双头螺柱14、法兰形轴座11、导向轴12、励磁线圈10、激励线圈8，激励线圈8水平方向绕在动子7上，两个动子7反向固定在铝板5上，铝板5上部通过角铝4固定在弹簧钢片1的上底板上，铝板5下部固定有导向轴12，导向轴12穿过与下底板15相连的直线轴承13，绕有励磁线圈10的定子9通过双头螺柱14与底座15连接。动子7用左右两片弯成半圆形的弹簧钢片1支撑。有两个动子7和两个定子9。每侧定子9与动子7相向布置，动子与动子，定子与定子关于整个装置的中央平面对称。动子7伸出端上固定有线圈固定工装2。在工装2的凹形槽内绕有激励线圈8。在定子9下部用双头螺柱14调节定子9高度，双头螺柱14与底座15相连。双头螺柱14一端螺纹为左旋，另一端螺纹为右旋。在铝板5下部有法兰形轴座11，导向轴12与轴座11以螺纹副形式连接，导向轴12插入固定于弹簧钢片底座15的直线轴承13中，导向轴12与直线轴承13间隙配合，直线轴承13与下底板15过盈配合。

半主动与主动模式切换是通过通断激励线圈内控制电流实现的。作为半主动吸振器工作时，励磁线圈通以直流，激励线圈断开，此时在动子与定子之间产生强度可调的稳定磁场。当定子与动子之间发生相对竖向位移时，气隙中磁感线发生扭曲，从而产生反方向的磁拉力，形成了吸振器的电磁刚度，此刚度可通过调节通入励磁线圈电流大小调节。作为全主动吸振器工作时，在励磁线圈通以直流的前提下，激励线圈通有控制电流，由于激励线圈处于动子与定子之间，由上下两固定铝板固定于其间，故通电线圈在磁场中产生安培力，并将力传递到动子上，从而产生控制力，进而实现主动吸振。由于上下两激励线圈在同侧的磁场方向相反，因而上下两激励线圈内输入电流方向也为相反方向设计，从而在不增加结构大小的前提下，获得大于单一线圈的输出力。

Claims (9)

1.半主动/全主动一体化式电磁吸振器，其特征是：包括弹簧钢片、动子、定子、铝板、底座，弹簧钢片有两个，两个弹簧钢片的上端部、下端部分别固定在一起形成两侧为弧形、中间为线段的弹簧外壳，两个弹簧钢片的上端部通过上底板固定在一起，两个弹簧钢片的下端部通过底座固定在一起，铝板通过角铝与上底板相固定，铝板下端与导向轴相固定，导向轴插入直线轴承中，直线轴承固定在底座里，所述的动子和定子均有两个，两个动子反向固定在铝板上并分别位于铝板的两侧，底座上位于导向轴的两侧各安装一个螺柱，两个定子分别安装在两个螺柱上，两个定子分别与两个动子相向布置，动子上缠绕激励线圈，定子上缠绕励磁线圈。

2.根据权利要求1所述的半主动/全主动一体化式电磁吸振器，其特征是：每个定子和动子均有上下两个伸出端，每个动子的伸出端上均安装线圈固定工装，线圈固定工装设置有凹形槽，激励线圈缠绕在线圈固定工装的凹形槽里，励磁线圈缠绕在每个定子的两个伸出端之间；两个动子相对于铝板对称布置，两个定子相对于铝板对称布置。

3.根据权利要求1或2所述的半主动/全主动一体化式电磁吸振器，其特征是：所述的螺柱为双头螺柱，双头螺柱的两个端部设置有螺纹，且其螺纹相反，通过旋转双头螺柱可调节定子与底座间的距离。

4.根据权利要求1或2所述的半主动/全主动一体化式电磁吸振器，其特征是：铝板下端通过法兰形轴座与导向轴相固定，法兰形轴座固定在铝板下端，导向轴与法兰形轴座以螺纹副形式连接，导向轴插入直线轴承中，导向轴与直线轴承间隙配合，直线轴承与底座过盈配合。

5.根据权利要求3所述的半主动/全主动一体化式电磁吸振器，其特征是：铝板下端通过法兰形轴座与导向轴相固定，法兰形轴座固定在铝板下端，导向轴与法兰形轴座以螺纹副形式连接，导向轴插入直线轴承中，导向轴与直线轴承间隙配合，直线轴承与底座过盈配合。

6.根据权利要求1或2所述的半主动/全主动一体化式电磁吸振器，其特征是：当励磁线圈通以直流，激励线圈断开，定子与动子之间发生相对竖向位移时，气隙中磁感线发生扭曲，产生反方向的磁拉力，形成电磁刚度，该电磁刚度可通过调节通入励磁线圈电流大小调节，实现半主动吸振；当励磁线圈通以直流电流，激励线圈通有控制电流时，实现主动吸振。

7.根据权利要求3所述的半主动/全主动一体化式电磁吸振器，其特征是：当励磁线圈通以直流，激励线圈断开，定子与动子之间发生相对竖向位移时，气隙中磁感线发生扭曲，产生反方向的磁拉力，形成电磁刚度，该电磁刚度可通过调节通入励磁线圈电流大小调节，实现半主动吸振；当励磁线圈通以直流电流，激励线圈通有控制电流时，实现主动吸振。

8.根据权利要求4所述的半主动/全主动一体化式电磁吸振器，其特征是：当励磁线圈通以直流，激励线圈断开，定子与动子之间发生相对竖向位移时，气隙中磁感线发生扭曲，产生反方向的磁拉力，形成电磁刚度，该电磁刚度可通过调节通入励磁线圈电流大小调节，实现半主动吸振；当励磁线圈通以直流电流，激励线圈通有控制电流时，实现主动吸振。

9.根据权利要求5所述的半主动/全主动一体化式电磁吸振器，其特征是：当励磁线圈通以直流，激励线圈断开，定子与动子之间发生相对竖向位移时，气隙中磁感线发生扭曲，产生反方向的磁拉力，形成电磁刚度，该电磁刚度可通过调节通入励磁线圈电流大小调节，实现半主动吸振；当励磁线圈通以直流电流，激励线圈通有控制电流时，实现主动吸振。

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