CN103732939A

CN103732939A - 具有电磁控制系统的振动隔离器

Info

Publication number: CN103732939A
Application number: CN201280014417.2A
Authority: CN
Inventors: 詹姆士·A·巴伦
Original assignee: Seicon Ltd
Current assignee: Seicon Ltd
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: EP2665944A2; US20110175266A1; CN103732939B; WO2012100115A2; WO2012100115A3

Abstract

一种振动隔离系统，包括隔开的第一支撑件和第二支撑件。弹性构件由第一支撑件和第二支撑件支撑，并且能够响应于施加到位于第一支撑件与第二支撑件中间的弹性构件的中部的载荷而弯曲，以允许弹性构件响应于与弹性构件连通的振动载荷而振荡。电磁螺线管位在柔性构件下方并且能操作地连接到弹性构件的中部，以沿着向下的方向选择性地将载荷施加到柔性构件以调节振动隔离系统的固有频率。电磁螺线管能够适于替代地或者额外地选择性地锁定弹性构件以防振荡。

Description

具有电磁控制系统的振动隔离器

发明的领域

本发明的领域总体上涉及振动隔离系统（vibration isolation system，隔振系统），并且更具体地说，涉及当加载与操作时具有可调节的响应的振动隔离系统。

发明的背景

存在用于使物体与冲击和振动隔离的多种装置。使物体与冲击和振动隔离的一种独特的装置具有支撑在刀边缘支撑件上的柔性构件（flexiblemember）。例如，参见美国专利第6,220,563和6,595,483号，其公开内容通过引证方式明确地整体结合于此。这些振动隔离系统可以在宽范围的应用中而被广泛地应用，诸如，例如马达、船用发动机、加热、通风与空调设备（诸如压缩机）、家用电器（诸如洗衣机）、以及建筑应用（诸如建筑物和桥）。这些振动隔离系统的标志性特征时它们能够当加载与操作时调节固有频率，以允许使用者在系统上的卓越控制。此外，这些振动隔离系统显示了非线性反共振特性。

这些振动隔离系统通常地包括刀边缘支撑的隔离器（KESI），其包括通过适当的支撑件支撑在其端部上的柔性构件，将振动源的载荷施加到柔性构件的中心附近。可以通过改变柔性构件的端部支撑件之间的距离实现固有频率调节，围绕载荷对称。可以通过多种机械装置进行端部支撑件的调节。例如，参见美国专利第7,086,509号，其公开内容通过引证方式明确地整体结合于此。

这些系统的用于调节固有频率的机械装置具有一些缺陷，即此调节相对缓慢。此外，这些机械机构的实施和维护可能很昂贵。因此，在本领域中需要一种控制振动隔离系统的固有频率的改进的装置，其允许固有频率的快速改变。

发明的概要

本发明公开的是振动隔离设备，该振动隔离设备克服了上述现有技术的弊端中的至少一个。公开了一种振动隔离系统，包括组合：第一支撑件；与第一支撑件隔开一段距离的第二支撑件；弹性构件，该弹性构件由第一支撑件和第二支撑件支撑，并且能够响应于施加到位于第一支撑件与第二支撑件中间的弹性构件的中部的载荷而弯曲，以允许弹性构件响应于与弹性构件连通（communication）的振动载荷而振荡；以及电磁螺线管，该电磁螺线管能操作地连接到柔性构件，以选择性将载荷施加到柔性构件以调节振动隔离系统的固有频率。

此外公开了一种振动隔离系统，包括组合：第一支撑件；与第一支撑件隔开一段距离的第二支撑件；弹性构件，该弹性构件由第一支撑件和第二支撑件支撑，并且能够响应于施加到位于第一支撑件与第二支撑件中间的弹性构件的中部的载荷而弯曲，以允许弹性构件响应于与弹性构件连通的振动载荷而振荡；以及电磁螺线管，该电磁螺线管能操作地连接到弹性构件以选择性地锁定弹性构件以防振荡。

通过上述公开以及下面多个优选实施方式的更加详细的描述，对于本领域中的这些技术人员显而易见的是，本发明在振动隔离系统的科技与技术中获得了显著的进步。在此方面特别重要的是，本发明提供这样的装置的可能性：该装置允许固有频率的快速改变并且制造与维护相对地不那么昂贵。参照下面提供的详细的描述，将会更好的理解多个优选实施方式的附加特征与优点。

附图的简要描述

通过参照下面的描述和附图，本发明的这些与其他特征将会显而易见，在附图中：

图1是根据本发明的振动隔离系统的示意性侧面正视图：

图2是图1的振动隔离系统的示意性端部正视图；

图3是图1的振动隔离系统的轴承结构的分解侧面正视图；

图4是用于图1的振动隔离系统的示例性控制系统的框图；

图5是图1的振动隔离系统的示意图，其中固有频率控制系统静止或未通电；

图6是与图5类似的示意图，但是其中固有频率控制系统被通电；

图7是根据本发明的另一个实施方式的振动隔离系统的示意图，其中锁定系统（lock down system）静止或未通电；以及

图8是与图7类似的示意图，但是其中锁定系统被通电；

应该理解的是，附图不是必须按照比例绘制，示出描述本发明的基本原理的多个优选特征的某些简化的代表。作为这里公开的振动隔离系统的特定的设计特征，包括，例如，多个部件的特定尺寸与形状，将部分地通过特定指定的应用以及使用环境而确定。示出的实施方式的一些特征已经相对于其他特征被放大或者变形，以促进形象化以及清楚理解。特别地，例如为了清楚或说明，薄的特征可能被加厚。对于方向与位置的所有参照，除非另有指明，表示在附图中示出的振动隔离系统的定向。通常来说，上或向上表示在图1中的纸的平面内的向上的方向，并且下或向下表示在图1中的纸的平面内的向下的方向。

特定优选实施方式的具体描述

对于本领域中的技术人员将显而易见的是，即，对于在本技术领域中具有知识或经验的这些人，对于这里公开的改进的振动隔离系统的多种使用与设计变化是可能的。下面对多个替代与优选实施方式的详细的讨论将说明本发明的一般原理。在提供本公开的优点的前提下，适于其他应用的其他实施方式对于本领域中的技术人员而言将是显而易见的。

图1至图3示出了根据本发明的振动隔离系统10。示出的振动隔离系统10包括：隔开的第一与第二轴承支撑件12；细长的柔性弹性构件14，其由第一与第二轴承支撑件12支撑并且能够响应于施加到位于第一与第二轴承支撑件12中间的弹性构件14中部的载荷而弯曲以允许弹性构件14响应于与弹性构件连通的振动载荷而振荡；以及电磁螺线管18，其能操作地连接到弹性构件14以选择性地将载荷施加到弹性构件14以调节振动隔离系统10的固有频率。

示出的弹性构件14仅通过轴承支撑件12支撑。弹性构件14能够响应于与弹性构件14的位于其端部20中间的中部16连通的载荷的变化从初始位置偏移到或多或少弯曲的位置，偏移量取决于在弹性构件14的载荷承受能力内施加的力的大小。当作用在弹性构件14上的初始力恢复时弹性构件14还能够返回到其初始位置。

弹性构件14可以包括任何适当的材料，包括但不限于金属、弹性构件、合成材料等，这样的材料允许其相应于施加的载荷的改变而偏移并且当初始载荷恢复时基本上返回到其初始位置。当施加的载荷主要地在单个平面内前后施加时，只要弹性构件能够在响应于施加作用力的方向上弯曲，那么弹性构件14便无需能够沿着多个不同的方向弯曲。弹性构件14应该选择为具有适于预期载荷的静态偏移，要求具有较大的静态偏移以隔离低频振动。如果使用具有适当的大的静态偏移的弹性构件14，本发明的振动隔离系统10能够有效地隔离低至1Hz或更小的频率。

弹性构件14可以是连续构造的单一构件并且可以具有任何适当形状或尺寸的的实心或中空横截面，不包括但不限于实心杆、中空管或I-梁。弹性构件14还可以是包括通过任何适当装置保持在一起的一束连续的弹性子单元的复合构件。弹性构件14还可以是具有用于容纳载荷的中心平台的组合构件。平台可以与细长构件或与细长构件附接的单独构件形成一体。只要弹性构件具有这里描述的特征，平台的弹性可以与平台的弹性不同。可以在平台中设有孔以将振动源22安装到那里。

示出的轴承支撑件12在与弹性构件14的纵向、未束缚端部20间隔一定距离处与弹性构件14接合。示出的轴承支撑件12中的每个都设有轴承结构24，该轴承结构适于配合弹性构件14的形状与尺寸并且减小了轴承结构24与弹性构件14之间的摩擦。轴承结构24可以是连接到轴承支撑件12的分立元件。示出的轴承结构24通过机械紧固件固定到轴承支撑件12，但是可以替代地使用任何其他适当的连接件，诸如例如轴承结构24可以咬合到轴承支撑件12的凹槽中，即通过咬合连接而固定。替代地，轴承结构24可以与轴承支撑件12一体形成。

示出的轴承结构24包括通过枢转销30枢转地安装到轴承支撑件12的轴承座26。轴承座26支撑与弹性构件14接合的轴承表面32。轴承表面32可以采用细长轴承套、开口通道、刀边缘等。如果期望的话，震动吸收间隔件28可以定位在轴承表面32与轴承座26之间。轴承表面32接收弹性构件14的端部20。轴承结构24响应于弹性构件14的弯曲而相对于轴承支撑件12枢转。可以使用保护靴或防护罩来防止灰尘或碎屑的进入，灰尘或碎屑的进入可能增大轴承套与弹性构件之间的摩擦。应该指出的是，轴承结构24可以替代地是任何其他适当的设计与组合。

为使弹性构件14与轴承表面32之间的摩擦最小化，可以在弹性构件14的端部20的外接合表面与轴承结构24的内接合表面之间设置耐摩擦界面。这可以通过提供用于接合表面的选择性材料以及最后修整（诸如例如含氟化合物、高度抛光材料等）实现，以使元件相对于彼此容易地滑动。替代地或除上述以外，润滑剂、空气或其他气体流等可以介入到接合表面之间以减小其间的摩擦。如果使用适当的耐摩擦材料和/或润滑剂，可以利用固定地连接到轴承支撑件12的轴承结构24实现满意的振动隔离，以防止其间的相对移动。因此，弹性构件14相对于固定的轴承结构24滑动，但是轴承结构24e不相对于轴承支撑件12枢转。

示出的电磁螺线管18包括在线圈24的中心通道或开口内纵向地移动的缠绕线圈34与软铁电枢（armature，衔铁）或芯36。电枢36的端部能操作地附接到弹性构件14的中心或中部16，以使其可以如下文中更加详细地描述的将载荷选择性地施加到那里。电枢36可以以任何适当的方式附接到弹性构件14。线圈34定位在电枢36周围，因此当电流通过线圈34时，便产生磁场并且软铁电枢36就被拉入线圈34中。应该指出的是，在其他实施方式中其可能是理想的，因此当电流通过线圈34时根据电磁线圈34是否需要将拉动或推动载荷施加到弹性构件14而将电枢36推动到线圈外部。通过其铁电枢36被拉入到线圈34中的力随着流动通过线圈34的电流的大小成正比的变化，因此通过电磁螺线管18施加在弹性构件14上的力可以如所期望的改变。

示出的电磁螺线管18定位为使得其沿着竖直方向将载荷施加到弹性构件14，但是应该指出的是，螺线管18可以定位为根据应用的要求沿着任何其他适当的方向提供载荷。示出的线圈34固定地固定到弹性构件14的中部16下方，并且电枢36从线圈34向上地延伸到弹性构件14。当将电流施加到线圈34时，电枢36被拉入到线圈34中并且向下地拉动弹性构件14的中部16以将附加的载荷施加到弹性构件14。

在单个弹簧/质量系统中，固有频率fn与弹簧常数以及在每个系统中涉及的质量相关：

fn = \frac{1}{2 π} \sqrt{\frac{k}{m}}

其中k是弹簧常数并且m是质量。由于系统的质量随着恒定的弹簧常数变化，因此系统的固有频率随着质量的平方根相反地变化。因此，当电流施加到如上所述的振动隔离系统10中的螺线管18时，系统10的表观质量增加，由此降低了固有频率。由于通过线圈34的电流发生变化，因此系统10的固有频率在与电流的大小成正比的范围内变化。这实现了一种调节系统10的固有频率的装置，其允许固有频率的快速改变。

图4示出了示例性控制系统38，该控制系统包括操作振动隔离系统10的电磁螺线管18的控制器40以及马达42或振动源22的其他部件。示出的控制器40与动力源连通44。施加到电磁螺线管18的电流的大小根据振动源22的操作以及由此振动隔离系统10的期望的固有频率通过控制器40而变化。例如，如果振动源22是前加载洗衣机或其一部分，那么便能够根据冲洗周期和/或滚筒的旋转速度自动地调节振动隔离系统10的固有频率以提供最优的振动隔离。替代地和/或另外地，控制器40可以与振动传感器46连通，振动传感器提供与由振动源22产生的当前振动相关的信号，以使控制器40可以根据振动源22的当前振动状况快速地并且实时地调节振动隔离系统10的固有频率。

在示出的振动隔离系统10中固有的是共振频率与柔性构件位移之间的非线性关系，其中柔性构件14移位得越远，系统10变得“越软”直到其中系统10变得不稳定的某一点。因此，与对于简单的单个质量/单个弹簧系统相比，可以观察到固有频率的较大的改变。

如图1和图5中所示，振动源22布置为与弹性构件14的中部16连通。弹性构件14响应于通过振动源22传送到其的振动而发生弯曲。施加到弹性构件14的载荷的变化致使弹性构件14沿着弹性构件14的端部在不同的位置处支撑在其轴承支撑件12上。由于在弹性构件14上的载荷施加向下的力并且弹性构件14响应于此载荷向下地弯曲，在轴承支撑件12之间延伸的弹性构件14的中部16的长度增加超过仅由热膨胀与收缩造成的任何尺寸。当向下指向的力与载荷相关时中部16的长度相应地减小。如图6中所示，当电磁螺线管18通电时，通过拉动电枢36而将附加力施加到弹性构件14以使弹性构件14进一步向下弯曲。

可以通过具有与振动源22连通的单个弹性构件14的系统10实现有效的振动隔离。然而，振动源22能够交替地与每个都如上所述的支撑在轴承支撑件12a上的多个隔开的弹性构件14连通。

图3和图4示出了根据本发明的第二实施方式的振动隔离系统100，其中相同的附图标记用于指示相同的结构。第二实施方式基本上与上文描述的第一实施方式类似，除了频率调节系统的电磁螺线管18适于替代地或者另外地操作为锁定系统。锁定系统被用于其中需要固定振动隔离系统100以防移动的应用中。示出的锁定系统包括面向下的对接件102，当足够的电流提供到线圈34时该面向下的对接件与定位在固定位置中的面向上的对接件104接合（在图8中最佳可见）。通过相对固定位置的对接件104拉动的芯对接件102，只要保持电流，那么芯36就被锁定在那里以防止其间的相对移动。因此，只要保持电流，那么细长构件14也被锁定在其位置中。示出的面向下的对接件102由在芯36上的凸缘形成，其具有大于线圈34中的开口的直径，因此当芯36被完全地拉入线圈34中时其与形成在线圈34顶端处的面向上的对接件104接合。应该指出的是，对接件102、104可以替代地以任何其他适当的方式形成。

上述实施方式与变型的任一特点或特征都可以如所期望的与上述实施方式与变型的其他特点与特征中的任一个结合使用。

在上述公开中，将显而易见的是，本发明提供了一种用于快速地改变系统的固有频率和/或锁定系统的改进的装置。

通过上述公开与一些优选实施方式的详细描述，将会显而易见的是，在不偏离本发明的真实范围与精神的情况下，多种修改、增加以及其他替代的实施方式也是可能的。选择并且描述所讨论的实施方式，从而提供本发明的原理及其实际应用的最佳的说明，以由此使本领域中的普通技术人员能够将本发明用于多个实施方式中，并且利用多个变型作为适于假想的特定用途。当根据它们公平地、合法地并且公正地赋予的利益进行解释时，全部此种修改和变型都落入由所附权利要求确定的本发明的范围内。

Claims

1.一种振动隔离系统，以组合方式包括：

第一支撑件；

第二支撑件，所述第二支撑件与所述第一支撑件隔开一段距离；

弹性构件，所述弹性构件由所述第一支撑件和所述第二支撑件支撑，并且所述弹性构件能够响应于施加到位于所述第一支撑件与所述第二支撑件中间的所述弹性构件的中部的载荷而弯曲，以允许所述弹性构件响应于与所述弹性构件连通的振动载荷而振荡；以及

电磁螺线管，所述电磁螺线管能操作地连接到所述弹性构件，以选择性地将载荷施加到所述弹性构件以调节所述振动隔离系统的固有频率。

2.根据权利要求1所述的振动隔离系统，其中所述电磁螺线管能操作地连接到所述弹性构件的所述中部。

3.根据权利要求1所述的振动隔离系统，其中所述电磁螺线管具有能在线圈内移动的芯，并且所述芯连接到所述弹性构件。

4.根据权利要求3所述的振动隔离系统，其中所述芯连接到所述弹性构件的所述中部。

5.根据权利要求3所述的振动隔离系统，其中所述芯沿着竖直方向移动以将载荷施加到所述弹性构件。

6.根据权利要求5所述的振动隔离系统，其中所述芯沿着向下方向移动以将载荷施加到所述弹性构件。

7.根据权利要求1所述的振动隔离系统，其中所述电磁螺线管沿着竖直方向移动以将载荷施加到所述弹性构件。

8.根据权利要求7所述的振动隔离系统，其中所述电磁螺线管沿着向下方向移动以将载荷施加到所述弹性构件。

9.根据权利要求1所述的振动隔离系统，进一步包括控制器，所述控制器与所述电磁螺线管操作性地连通，以基于将载荷供给到所述弹性构件的振动源的操作状态而将电流供给到所述电磁螺线管。

10.一种振动隔离系统，以组合方式包括：

第一支撑件；

电磁螺线管，所述电磁螺线管位于所述弹性构件的下方并且能操作地连接到所述柔性构件的所述中部以沿着向下方向选择性地将载荷施加到所述弹性构件以调节所述振动隔离系统的固有频率。

11.一种振动隔离系统，以组合方式包括：

第一支撑件；

电磁螺线管，所述电磁螺线管能操作地连接到所述弹性构件以选择性地锁定所述弹性构件以防振荡。

12.根据权利要求11所述的振动隔离系统，其中所述电磁螺线管能操作地连接到所述弹性构件的所述中部。

13.根据权利要求11所述的振动隔离系统，其中所述电磁螺线管具有能在线圈内移动的芯，并且所述芯连接到所述弹性构件。

14.根据权利要求13所述的振动隔离系统，其中所述芯连接到所述弹性构件的所述中部。

15.根据权利要求13所述的振动隔离系统，其中所述芯沿着竖直方向移动以将载荷施加到所述柔性构件。

16.根据权利要求15所述的振动隔离系统，其中所述芯沿着向下方向移动以将载荷施加到所述弹性构件。

17.根据权利要求13所述的振动隔离系统，其中所述芯具有当所述线圈适当地通电以锁定所述系统时与一固定位置对接件相接合的对接件。

18.根据权利要求13所述的振动隔离系统，其中所述芯的对接件由凸缘形成，并且所述固定位置对接件形成在所述线圈上。

19.根据权利要求11所述的振动隔离系统，其中所述电磁螺线管沿着竖直方向移动以将载荷施加到所述弹性构件。

20.根据权利要求17所述的振动隔离系统，其中所述电磁螺线管沿着向下方向移动以将载荷施加到所述弹性构件。