CN105003591A - 惯容系数可调的惯容器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种惯容系数可调的惯容器，包括上吊耳、飞轮室、飞轮、丝杠、行程室、丝杠螺母、下吊耳，所述上吊耳与飞轮室的上端连接，所述飞轮位于飞轮室内，所述丝杠的上端与飞轮的下端连接，所述丝杠的下端伸出飞轮室，并延伸至行程室，所述丝杠螺母位于行程室内，丝杠螺母与丝杠之间螺纹配合，所述下吊耳与行程室的下端连接，所述飞轮的外围设置有可随飞轮旋转的转子线圈；所述飞轮室的外围设置有与电源电连接的定子线圈。本发明通过控制电源产生的电流的大小和方向，来抑制或加速飞轮旋转，从而调节惯容系数，以满足工程实际应用。本发明的惯容器适合应用于桥梁上，实现减振目的。

Description

惯容系数可调的惯容器
技术领域
本发明属于吸振装置技术领域，涉及一种惯容器，尤其涉及一种惯容系数可调的惯容器。
背景技术
惯容器作为一种机械式被动元件，解决了质量元件的单端点问题。当一对力作用于惯容器的两端点时，两端点的加速度与力成一定比例，该比例值即为“惯容系数”。由“惯容器- 弹簧- 阻尼器”组成的新型机械隔振网络被广泛应用在车辆悬架隔振、建筑物隔振及高性能摩托车转向补偿领域。
应用惯容器进行桥梁减振是一种新的探索。桥梁的振动一般由环境激励及人为激励引起。大跨度桥梁(如斜拉桥、悬索桥等)主要考虑环境激励引起的振动，中小跨度桥梁主要考虑人为激励引起的振动。铁路桥梁的人为激励源是列车,使得铁路桥梁不仅受到垂直方向的振动,而且蛇行波等引起的激励使水平方向的振动也非常大；水平振动可能会导致列车出现脱轨事故，因此,避免桥梁发生共振是非常重要的。
目前，惯容器较为成熟的实现形式有机械式与液压式，机械式中又包含滚珠丝杆式与齿轮齿条式，其结构特点均是通过运动转换机构将质量块或飞轮的质量进行放大，由此获取较大的“虚质量”，实现对惯性质量的封装。然而，随着磁流变液/电流变液等新型液体材料的出现以及空气弹簧技术的日益进步，工程上实现了对弹簧刚度及阻尼系数的可控，而普通的惯容器大部分是被动元件，难以取得令人满意的减振效果。而将复杂的惯容器应用在桥梁上，由于桥梁振动的能量大，使得惯容器的失效率很高。
发明内容
为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种惯容系数可调的惯容器，以通过控制电源产生的电流的大小，来抑制或加速飞轮旋转，从而调节惯容系数，满足工程实际应用。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种惯容系数可调的惯容器，包括上吊耳、飞轮室、飞轮、丝杠、行程室、丝杠螺母、下吊耳，所述上吊耳与飞轮室的上端连接，所述飞轮位于飞轮室内，所述丝杠的上端与飞轮的下端连接，所述丝杠的下端伸出飞轮室，并延伸至行程室，所述丝杠螺母位于行程室内，丝杠螺母与丝杠之间螺纹配合，所述下吊耳与行程室的下端连接，所述飞轮的外围设置有可随飞轮旋转的转子线圈；所述飞轮室的外围设置有与电源电连接的定子线圈。
作为对本发明的限定，所述转子线圈、定子线圈分别为环形结构，转子线圈的轴线、定子线圈的轴线分别与丝杠的轴线平行。
作为对本发明的另一种限定，所述定子线圈经导线与电源电连接。
作为对本发明的第三种限定，所述丝杠上端套有用于支撑丝杠的支撑座。
作为对本发明的第四种限定，所述行程室外套有防尘罩。
作为对本发明的第五种限定，所述转子线圈的输出电流的大小及方向由励磁机控制。
作为对本发明的第六种限定，所述转子线圈上串联有电阻器；所述转子线圈的输出电流的大小通过改变电阻器的阻值控制。
本发明还有一种限定，所述上吊耳安装于振源的上连接点，下吊耳安装于振源的下连接点。
本发明的惯容器的上吊耳、下吊耳之间作相对运动，利用滚珠丝杠副传动机构将上下往复的直线运动转换为飞轮的旋转运动。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
本发明的飞轮室的外围绕有定子线圈，定子线圈的两端连接电源的正负极，相当于电机的定子，定子线圈通电时，产生电磁场；飞轮的外围绕有转子线圈，相当于电机的转子。飞轮旋转时，转子线圈切割磁力线，产生磁感应电流及电场力，该电场力能够推动飞轮转动。
当转子线圈未通电时，改变电源输出的电流的大小，即改变定子线圈上电流的大小，飞轮旋转产生磁感应电流，并储存电能，根据能量守恒定律，飞轮在旋转过程中会将部分旋转的动能转化为电能，从而飞轮的旋转速率降低。
当转子线圈通电时，控制电源输出的电流的大小和方向，即控制定子线圈上的电流的大小和方向，也就能控制产生的电场力的大小，以促使或抑制飞轮的旋转，实现惯容系数b的可调。
其中：
飞轮转速的表达式为：                                                
对进行积分得出，
惯容系数b的表达式为：
 其中x(t)为惯容器两端点的相对位移，F(x)为惯容器受到的激励，P为丝杠的螺距，n为转子线圈的匝数，B为磁感应强度，L为转子线圈切割磁感线的有效长度，I为通过转子线圈的电流，R为转子线圈的旋转半径，J为飞轮的转动惯量，MAe为安培力矩（）, JAe为MAe以角速度为的转动惯量。
综上所述，本发明具有结构简单、工作稳定性强的特点。
本发明的惯容器适合应用于桥梁上，实现减振的目的。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为图1中的飞轮室部位处的结构示意图。
图中：1、下吊耳；2、丝杠螺母；3、防尘罩；4、转子线圈；5、飞轮；6、电源；7、上吊耳；8、导线；9、飞轮室；10、定子线圈；11、支撑座；12、丝杠；13、行程室。
具体实施方式
实施例1
一种惯容系数可调的惯容器，结构如图1所示，包括上吊耳7、飞轮室9、飞轮5、丝杠12、行程室13、丝杠螺母2、下吊耳1。
上吊耳7与飞轮室9的上端连接。
飞轮室9的外围设置有经导线8与电源6电连接的定子线圈10。定子线圈10为环形结构，定子线圈10的轴线与丝杠12的轴线平行。定子线圈10通电时产生的电流的大小及方向由电源6控制。
飞轮5位于飞轮室9内，飞轮5的外围设置有可随飞轮5旋转的转子线圈4。转子线圈4为环形结构，转子线圈4的轴线与丝杠12的轴线平行。转子线圈4的输出电流的大小及方向可由励磁机控制，或者通过在转子线圈4上串联可变电阻器，转子线圈4的输出电流的大小通过改变可变电阻器的阻值控制。
丝杠12的上端与飞轮5的下端连接，并且丝杠12的上端套有用于在丝杠12旋转时对丝杠12进行支持的支撑座11。丝杠12的下端伸出飞轮室9，并延伸至行程室13。
丝杠螺母2位于行程室13内，丝杠螺母2与丝杠12之间螺纹配合。行程室13外套有防尘罩3。
下吊耳1与行程室12的下端连接。
本实施例安装时，上吊耳7安装于振源的上连接点，下吊耳1安装于振源的下连接点。当上吊耳7与下吊耳1之间产生往复直线运动时，螺母2经与丝杆间形成的旋转副将直线运动转换为丝杆12与飞轮5的旋转运动，上吊耳7相对于下吊耳1做直线运动的一部分动能，转化为飞轮5旋转的动能和飞轮5旋转带动转子线圈4旋转产生的电能。飞轮8 的质量被“封装”，由此实现惯容器的物理效果。
本实施例的飞轮室9的外围绕有定子线圈10，定子线圈10的两端连接电源6的正负极，相当于电机的定子，定子线圈10通电时，产生电磁场。飞轮5的外围绕有转子线圈4，相当于电机的转子。飞轮5旋转时，转子线圈4切割磁力线，产生磁感应电流及电场力，该电场力能够推动飞轮5转动。
当转子线圈4未通电时，改变电源6输出的电流的大小，即改变定子线圈10上电流的大小，飞轮5旋转产生磁感应电流，并储存电能，同时阻碍飞轮5的旋转。
当转子线圈4通电时，控制电源6输出的电流的大小和方向，即控制定子线圈10上的电流的大小和方向，也就能控制产生的电场力的大小，以促使或抑制飞轮5的旋转，实现惯容系数b的可调。
其中：
飞轮转速的表达式为： 
对进行积分得出，
惯容系数b的表达式为：
 其中x(t)为惯容器两端点的相对位移，F(x)为惯容器受到的激励，P为丝杠的螺距，n为转子线圈4的匝数，B为磁感应强度，L为转子线圈4切割磁感线的有效长度，I为通过转子线圈4的电流，R为转子线圈4的旋转半径，J为飞轮的转动惯量，MAe为安培力矩（）, JAe为MAe以角速度为的转动惯量。

Claims (8)

1.一种惯容系数可调的惯容器，包括上吊耳（7）、飞轮室（9）、飞轮（5）、丝杠（12）、行程室（13）、丝杠螺母（2）、下吊耳（1），所述上吊耳（7）与飞轮室（9）的上端连接，所述飞轮（5）位于飞轮室（9）内，所述丝杠（12）的上端与飞轮（5）的下端连接，所述丝杠（12）的下端伸出飞轮室（9），并延伸至行程室（13），所述丝杠螺母（2）位于行程室（13）内，丝杠螺母（2）与丝杠（12）之间螺纹配合，所述下吊耳（1）与行程室（13）的下端连接，其特征在于：所述飞轮（5）的外围设置有可随飞轮（5）旋转的转子线圈（4）；所述飞轮室（9）的外围设置有与电源（6）电连接的定子线圈（10）。
2.根据权利要求1所述的惯容系数可调的惯容器，其特征在于：所述转子线圈（4）、定子线圈（10）分别为环形结构，转子线圈（4）的轴线、定子线圈（10）的轴线分别与丝杠（12）的轴线平行。
3.根据权利要求1或2所述的惯容系数可调的惯容器，其特征在于：所述定子线圈（10）经导线（8）与电源（6）电连接。
4.根据权利要求1所述的惯容系数可调的惯容器，其特征在于：所述丝杠（12）上端套有用于支撑丝杠（12）的支撑座（11）。
5.根据权利要求1所述的惯容系数可调的惯容器，其特征在于：所述行程室（13）外套有防尘罩（3）。
6.根据权利要求1所述的惯容系数可调的惯容器，其特征在于：所述转子线圈（4）的输出电流的大小及方向由励磁机控制。
7.根据权利要求1所述的惯容系数可调的惯容器，其特征在于：所述转子线圈上串联有电阻器；所述转子线圈的输出电流的大小通过改变电阻器的阻值控制。
8.根据权利要求1所述的惯容系数可调的惯容器，其特征在于：所述上吊耳（7）安装于振源的上连接点，下吊耳（1）安装于振源的下连接点。
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