CN104500640A - 一种自适应直线磁性液体阻尼减振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应直线磁性液体阻尼减振器，属于机械工程振动领域。该减振器的拾振系统由惯性质量块和磁簧结构组成，磁簧的刚度能够响应外界振动而实现自动调节，该减振器的阻尼由电磁阻尼和粘性阻尼两部分组成。吸附有磁性液体的圆柱永磁铁作为惯性质量块位于圆管内，分别受到圆管两端的永磁片和励磁线圈的磁场斥力作用，该磁斥合力为惯性质量块提供恢复力，其中由励磁线圈提供的磁斥力可变，其大小受控于位于圆管外壁感应线圈对外界振动的采集能，以此实现磁性液体减振器固有频率自适应外界振动，且不断接近外界振动频率，从而提高其减振性能。

Description

一种自适应直线磁性液体阻尼减振器

技术领域

本发明涉及一种自适应直线磁性液体阻尼减振器，属于机械工程振动领域。

背景技术

常见的被动阻尼减振系统所采用的拾振系统主要由弹簧和惯性质量块机械连接而成，这使得其表现出抗疲劳性差、噪声大等不足；另一种拾振系统则利用磁性弹簧代替机械弹簧，该磁簧结构为了增加其结构稳定性，通常需要增加惯性质量块的导向装置，如导杆、套筒等，这样会增大永磁铁与导向装置间的摩擦，降低其拾振性能。

磁性液体是一种由包覆有表面活性剂的纳米铁磁性或亚铁磁性颗粒分散于液态载液中而形成的稳定胶态悬浮液，磁性液体在磁场梯度作用下，会流向具有较高磁场的地方，由于柱状永磁体两极的磁场强度相对较高，使得分布于柱状永磁体上的磁性液体在其两端面集聚，从而在永磁体端面形成磁性液体聚集层。该磁液层所产生的磁压能够将永磁体提升，使永磁体悬浮于与之接触的基面。在此过程中，磁液层可被看做一种具有自修复功能的润滑剂，并能随永磁体一起运动，这使得吸附有磁性液体的永磁体对外界振动所引起惯性力的响应敏感度较高。

磁性液体可应用于阻尼减振，磁性液体阻尼减振是一种新型的减振方式，对惯性力的敏感度较高，且具有结构简单、体积小、耗能大和寿命长等优点。磁性液体阻尼减振器为被动阻尼减振器，该类减振器大多结构固定，对应的固有频率不可调，不具备对外界振动的自适应性。在设计磁性液体减振器过程中通常需要考虑被减振对象的振动频率，进而有针对性的设计减振器，因为仅当减振器的振动频率接近被减振对象的频率时，减振效果最优。然而常见的外界振动具有不确定性，其振动频率随机变化，使得常见具有固定频率的磁性液体减振器自适应性相对较差，相应减振效果受限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种减振效果优良的自适应直线磁性液体阻尼减振器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种自适应直线磁性液体阻尼减振器，利用一种刚度可变的磁簧结构，提高减振器对外界振动的自适应性，以此增加惯性质量块的相对位移量，进而增强其减振性能。该减振器包括非导磁端盖、永磁片、非导磁圆管、磁性液体、感应线圈、圆柱永磁铁、励磁线圈、衔铁、封盖、能量管理电路。

圆柱永磁铁两端面磁极极性较强，使得分布于其上的磁性液体在其两端聚集，这样在磁性液体形成的磁压作用下，圆柱永磁铁将悬浮于非导磁圆管内，其中磁性液体起到一种润滑剂的作用，以此提高圆柱永磁铁响应外界振动的灵敏度。

位于非导磁端盖内侧面的永磁片与端盖固结，其为磁簧结构提供了一个稳定的基准磁场。非导磁圆管中部外壁面上缠绕有感应线圈，用于采集作为惯性质量块的圆柱永磁铁响应外界振动的部分振动能，该振动能与外界振动频率相关。在靠近圆管封盖端的外壁缠绕有励磁线圈，感应线圈与励磁线圈分别与能量管理电路相连，能够及时将采集到的电能转换为磁能，作为磁簧的一个组成部分作用于圆柱永磁铁，采用的能量管理电路主要实现电信号的交直流(AC/DC)转换功能。为了增加感应磁场的强度，特在励磁线圈内部增加了一块衔铁，该衔铁被固定于封盖的内侧面。

非导磁圆管中部的感应线圈用于采集振动能，此过程伴随有电磁阻尼。该采集能经能量管理电路处理后实时供给给位于非导磁圆管一端的励磁线圈，使得励磁线圈能够响应外界振动而产生出变化的磁场。励磁线圈所产生的变磁场与位于非导磁圆管另一端的永磁片对应的基准磁场分别通过磁斥力作用于圆柱永磁铁，组成一个磁簧结构，使圆柱永磁铁在非导磁圆管内响应外界振动而沿轴向直线运动。该磁簧结构对应的刚度是变化的，并与外界的振动相关，对外界振动频率具有一定的自适应性。以此增大惯性质量块与壁面的相对位移量，增强其减振性能。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

该减振器利用采集到的振动能作为励磁线圈的能量源，以此改变磁簧结构的刚度，实现磁性液体阻尼减振系统固有频率自适应外界振动，以此增大惯性质量块的相对位移量；另外，该直线阻尼减振器的阻尼除粘性阻尼外，还有电磁阻尼。

该磁性液体阻尼减振器能够自动调频，具有振动自适应性，达到高效减振的目的。

附图说明

图1为本发明的剖视图。

图中：非导磁端盖1、永磁片2、非导磁圆管3、磁性液体4、感应线圈5、圆柱永磁铁6、励磁线圈7、衔铁8、封盖9、能量管理电路10。

图2为该减振器自适应减振原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：

该减振器为一种自适应直线磁性液体阻尼减振器，其结构剖视图如图1所示，其包括非导磁端盖1、永磁片2、非导磁圆管3、磁性液体4、感应线圈5、圆柱永磁铁6、励磁线圈7、衔铁8、封盖9、能量管理电路10；

将两端面吸附有磁性液体4的圆柱永磁铁6放置于非导磁圆管3内，作为惯性质量块而被磁性液体4悬浮于非导磁圆管3的内部。将内壁面固定有永磁片2的非导磁端盖1固定在非导磁圆管3的一开口端，永磁片2与圆柱永磁铁6的同名磁极相对而置。在非导磁圆管3中部外圆周壁面上缠绕有感应线圈5，在靠近非导磁圆管3另一开口端的外壁缠绕有励磁线圈7，感应线圈5与励磁线圈7分别作为输入端和输出端与能量管理电路10相连，能量管理电路10主要实现电能由交流向直流的转换，即AC/DC转换。励磁线圈7中间含有衔铁8，用于增大激励磁场的强度，其中衔铁8与封盖9固结。

利用非导磁圆管3外壁缠绕的感应线圈5采集来自圆柱永磁铁6响应外部的振动能，在此过程中，圆柱永磁铁6受到电磁阻尼的作用。并将采集的电能供给给非导磁圆管3端面的励磁线圈7，励磁线圈7将采集到的电能实时转变为磁场能，并与位于非导磁圆管3端面的永磁片2形成作用于圆柱永磁铁6的磁斥合力，组成磁簧结构。

所述磁性液体4可选用的种类有机油基磁性液体、煤油基磁性液体和酯基磁性液体。

该减振器自适应减振原理如图2所示，该类磁性液体阻尼减振器属于被动阻尼减振，仅当其固有频率接近外界振动的谐振频率时，作为惯性质量块的圆柱永磁铁6的相对位移量较大，且阻尼增加，实现高效减振。该类被动阻尼减振器对应固有角频率其中k，m分别为系统对应的磁簧刚度和惯性块的质量。该磁簧结构的刚度k＝F/x受控于磁斥合力F和质量块的相对位移量x。磁斥合力F为永磁片2作用于圆柱永磁铁6的磁斥力F₁和励磁线圈7产生的磁场作用于圆柱永磁铁6的磁斥力F₂的合力，其中F₂与采集电能E相关。针对不同的谐振源，该减振器的振动采集能E与外界振动频率ω₀相关。基于以上分析，可知该磁性液体阻尼减振器减振角频率ω′能够随外界激振源的振动角频率ω₀一起变化，并不断接近外界振动频率。当外界振动角频率ω₀增大，振动增强时，采集能增加，磁场能增强，磁簧刚度增大，引起减振器的固有角频率变大而不断接近外界振动角频率，相反，当外界振动减弱，减振器的频率相应减小，并与外界振动频率不断接近。

Claims (6)

1.一种自适应直线磁性液体阻尼减振器，该装置包括非导磁端盖(1)、永磁片(2)、非导磁圆管(3)、磁性液体(4)、感应线圈(5)、圆柱永磁铁(6)、励磁线圈(7)、衔铁(8)、封盖(9)、能量管理电路(10)；

上述各部分之间的连接：吸附有磁性液体(4)的圆柱永磁铁(6)位于非导磁圆管(3)内，将内侧面固定有永磁片(2)的端盖(1)固定在非导磁圆管(3)的一开口端，内壁面固定有衔铁(8)的封盖(9)固定在非导磁圆管(3)的另一开口端；在非导磁圆管(3)中部外壁面上缠有感应线圈(5)，在靠近非导磁圆管(3)有封盖(9)一端的外壁上缠有励磁线圈(7)，感应线圈(5)与励磁线圈(7)分别与能量管理电路(10)相连。

其特征在于：利用感应线圈(5)采集来自圆柱永磁铁(6)响应外部的振动能，在此过程中，圆柱永磁铁(6)受到的两种阻尼为电磁阻尼和粘性阻尼。采集到的电能通过励磁线圈(7)被实时转变为磁场能，引起拾振系统磁簧刚度的自动调节，实现减振器固有频率自适应外界振动，并不断接近外界振动频率。

2.根据权利要求1所述的一种自适应直线磁性液体阻尼减振器，其特征在于所述永磁片(2)和圆柱永磁铁(6)的同名磁极沿非导磁圆管(3)的轴线相对而置。

3.根据权利要求1所述的一种自适应直线磁性液体阻尼减振器，其特征在于所述励磁线圈(7)所产生电磁场的等效磁极和圆柱永磁铁(6)对应的同名磁极沿非导磁圆管(3)的轴线相对而置。

4.根据权利要求1所述的一种自适应直线磁性液体阻尼减振器，其特征在于所述感应线圈(5)与励磁线圈(7)分别作为输入端和输出端与能量管理电路(10)相连。

5.根据权利要求1所述的一种自适应直线磁性液体阻尼减振器，其特征在于所述能量管理电路(10)主要实现电能的交流向直流转换，即AC/DC转换。

6.根据权利要求1所述的一种自适应直线磁性液体阻尼减振器，其特征在于所述圆柱永磁铁(6)响应外部振动而在非导磁圆管(3)内沿轴线做直线运动。