CN105697255B - 一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器，包括贯穿螺栓、顶盖、橡胶金属复合件、底座和电磁发电组件。电磁发电组件包括绕线套筒、线圈、磁铁。振动源将产生的振动通过顶盖传递至金属复合件，金属复合件将振动源产生的振动能吸收并储存为弹性势能，同时顶盖带动线圈切割磁铁的磁感应线从而产生电能，所产生的电能通过接在线圈上的引出导线通过顶盖侧面的小孔传输出去。本发明将电磁发电组件设置在橡胶金属复合件内部并与其形成并联支撑作用，结构紧凑，使得整体隔振器减振性能提高，同时电磁式组件将一部分振动能转化为电能进行再次利用，既经济且节能。
Description
技术领域
本发明涉及一种减振降噪与废能转换利用的结构，特别涉及一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器，属于减振降噪技术领域，同时也属于振动能转化为电能的领域。
背景技术
机械设备在运转时将不可避免地产生振动，控制振动的一个重要方法就是隔振。隔振器作为最简单隔振基本器件分为好多种，有橡胶隔振器、弹簧隔振器、空气隔振器等。其中用的最多的还是橡胶隔振器，但是橡胶隔振器却有着许多不可避免的缺点，比如橡胶隔振器的静态压缩量不能过大、性能易受温度影响、容易老化等。因此，完全靠橡胶内阻尼消耗振动能是不太合理的。一方面导致其温度升高，容易老化；另一方面将振动能白白浪费不够经济环保。振动的能量就像水能、生物能、核能等，不易被转换，如何再利用振动的能量是节能的方向之一，也是现有隔振措施的不完善之处。
申请号为CN201410086748.8，名称为“一种金属复合橡胶隔振器”的发明专利，公开了一种金属复合橡胶隔振器，包括外壳、橡胶弹簧、定位套筒。外壳边缘对称设有若干个法兰，中间为截面呈“L”型的锥台体。定位套筒外壁设有多级台阶，定位套筒置于外壳内部，橡胶弹簧设置在定位套筒与外壳内壁之间。该发明通过外壳与定位套筒之间的橡胶弹簧，缓解了外部构件对橡胶弹簧的冲击力而产生的振动，实现减振目的。外壳“L”型的锥台体和定位套筒外壁多级台阶的形状设计，改善了传统隔振器橡胶体“轴向回缩”或“径向回缩”现象，延长了隔振器的使用寿命。然而，该发明中的橡胶隔振方法和普通橡胶隔振器原理一样，都是通过内阻尼消耗而隔离振动，容易温度升高老化，所以寿命即使能延长也是很有限的，而且振动能全部转化为橡胶内能消耗掉，从能源利用角度来说，不够经济、不够环保。
申请号为CN201510306293.0，名称为“一种减振及振动能发电装置”的发明专利，公开了一种减振及振动能发电装置，包括设置于可相对移动的第一支撑座和第二支撑座之间的减振器和若干个能量转换装置，其中，能量转换装置包括：安装座、滚珠丝杠、丝杠螺母、大齿轮、小齿轮、轴套、轴固定座以及发电机，小齿轮的轴与发电机的输入轴固定连接。该发明利用发电机中通电线圈在磁场中的作用力对振动物体进行减振，提高减振器对物体的减振效果。该发明的能量换转装置实现了将机械装置中有害的振动能到电能的转换及再利用，不仅可吸收被减振物体的振动能量，还可以提高对物体的减振效果。然而，该发明中的滚珠丝杆式惯容器将能量转化为旋转动能继而又转化为内能而消耗掉，所以振动能转化为电能的效率较低，转化的电能较少，而且结构较为复杂，存在机械锁死问题，加工精度要求较高，所以工程应用价值受到限制。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的技术问题和缺陷，提供一种带有蓄能发电作用的电磁式橡胶复合减振器。
为达到上述目的，本发明实现目的所采取的技术方案是：
一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器，包括贯穿螺栓2、顶盖5、橡胶金属复合件13、底座12和电磁发电组件，所述底座与所述橡胶金属复合件13连接，所述橡胶金属复合件13与所述顶盖5连接，所述顶盖5与振动源连接；所述电磁发电组件设置于所述顶盖5、底座12与橡胶金属复合件13之间的空腔内部；所述贯穿螺栓2从下至上依次穿过底座12、电磁发电组件与顶盖5，所述贯穿螺栓2一端的法兰与底座12之间留有间隙，所述贯穿螺栓2另一端穿过顶盖5并且连接有螺母4，所述螺母4与振动源连接，从而实现对振动源的限位作用。
进一步的，电磁发电组件包括绕线套筒8、线圈9、磁铁10，所述磁铁10为开有中心孔的圆柱形磁铁，并且所述磁铁10的端面开设有环形槽，所述磁铁10固定安装在所述底座12上，所述贯穿螺栓2穿过所述磁铁10的中心孔；所述绕线套筒8紧固安装在所述顶盖5的内端面，所述绕线套筒8外侧面绕有线圈9，所述线圈9插入磁铁10的环形槽内；所述线圈9的引出导线7外接整流蓄电装置15。
进一步的，所述顶盖的侧面开设有小孔6，所述引出导线7从顶盖5的小孔6穿出接有整流蓄电装置15。
进一步的，所述顶盖5设有带螺纹的中心孔，所述贯穿螺栓2的外螺纹所述中心孔的内螺纹配合，从而实现顶盖的定位安装。
进一步的，所述顶盖5的内侧面的中间位置设有凸台，所述绕线套筒8套入所述凸台，绕线套筒8与凸台过盈配合。
进一步的，所述底座12设有中心孔，所述贯穿螺栓2穿过底座12的中心孔，底座12的中心孔靠近底座12顶端的一侧还镶嵌有橡胶件11。
进一步的，所述橡胶金属复合件13为中空的锥形体，其上端面与顶盖5连接，下端面与底座12连接。
进一步的，所述贯穿螺栓2的螺帽3处设有防尘帽1，所述贯穿螺栓2的螺帽通过垫片4与振动源连接。
进一步的，所述绕线套筒8的材料为石英或钢化玻璃或塑料，所述线圈9的材料为铜或铝；所述线圈10的缠绕方式为单线圈缠绕或双线圈或多线圈缠绕；线圈10缠绕层数是单层的或是多层的；线圈10缠绕方法为顺向串联法，或者反向串联法，或者同侧并联法，或者异侧并联法。
还包括一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器的装配方法，包括以下步骤：
S1.安装橡胶金属复合件13，将橡胶件11套装于底座12上，再将橡胶金属复合件13套装于底座12上，并将所述磁铁10固定连接至底座12；
S2.安装绕线套筒8，将缠绕有线圈9的绕线套筒8套接于所述顶盖5内壁的凸台，并且将线圈9的引出导线7穿过所述顶盖5的小孔6，并且使引出导线7与整流蓄电装置15连接；
S3.安装顶盖5，将安装有绕线套筒8的顶盖5放置到所述橡胶金属复合件13上，并且使顶盖5的内端面与所述橡胶金属复合件13的外端面贴合，并且保证所述绕线套筒8插入至所述磁铁10的环形槽中；
S4.插入贯穿螺栓2，将所述贯穿螺栓2依次穿过底座12、磁铁10与顶盖5，并且使所述贯穿螺栓2的螺纹端与所述顶盖5的中心螺纹孔配合连接；
S5.安装螺母3与防尘帽1，从贯穿螺栓2螺纹段的端部套套入垫片4，将螺母3旋入并紧固，使振动源牢固连接在所述顶盖的顶面，最后将防尘帽1套在螺母3外侧。
与现有技术相比，本发明所产生的有益效果为：利用普通橡胶隔振器内部空间，设计出一种带有发电作用的电磁结构转化振动能量，这种带有发电作用的电磁式组件结构紧凑、减振效果好并且经济、环保、节能，因此具有很好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的结构构造纵向剖视图；
图2是引出导线通过顶盖侧面小孔的放大图；
图3是电磁发电部分放大图；
图4是磁铁俯视图；
图5是磁铁B-B半剖视图；
图6是顶盖俯视图；
图7是顶盖C-C半剖视图；
图8是绕线套筒俯视图；
图9是绕线套筒D-D半剖视图。
图中：1为防尘帽；2为贯穿螺栓；3为大螺母；4为垫片；5为顶盖；6为小孔；7为引出导线；8绕线套筒；9为线圈；10为磁铁；11为橡胶件；12为底座；13为橡胶金属复合件；14为机械设备；15为整流蓄电装置。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
第一实施例
如图1所示，一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器，包括贯穿螺栓2、顶盖5、橡胶金属复合件13、底座12和电磁发电组件，所述底座与所述橡胶金属复合件13连接，所述橡胶金属复合件13与所述顶盖5连接，所述顶盖5与振动源连接。所述电磁发电组件设置于所述顶盖5、底座12与橡胶金属复合件13之间的空腔内部。所述贯穿螺栓2从下至上依次穿过底座12、电磁发电组件与顶盖5，所述贯穿螺栓2一端的法兰与底座12之间留有间隙，所述贯穿螺栓2另一端穿过顶盖5并且连接有螺母4，所述螺母4与振动源连接，从而实现对振动源的限位作用。所述顶盖5设有带螺纹的中心孔，所述贯穿螺栓2的外螺纹所述中心孔的内螺纹配合，从而实现顶盖的定位安装。所述底座12设有中心孔，所述贯穿螺栓2穿过底座12的中心孔，底座12中心孔的直径小于螺栓法兰的直径，底座12的中心孔靠近底座12顶端的一侧还镶嵌有橡胶件11。所述贯穿螺栓2的螺帽3处设有防尘帽1，所述贯穿螺栓2的螺帽通过垫片4与振动源连接。所述橡胶金属复合件13为中空的锥形体，其上端面与顶盖5连接，下端面与底座12连接。
如图2所示，所述顶盖的侧面开设有小孔6，所述引出导线7从顶盖5的小孔6穿出接有整流蓄电装置15。
如图3-5以及图8-9所示，电磁发电组件包括绕线套筒8、线圈9、磁铁10，所述磁铁10为开有中心孔的圆柱形磁铁，并且所述磁铁10的端面开设有环形槽，所述磁铁10固定安装在所述底座12上，所述贯穿螺栓2穿过所述磁铁10的中心孔。所述绕线套筒8紧固安装在所述顶盖5的内端面，所述绕线套筒8外侧面绕有线圈9，所述线圈9插入磁铁10的环形槽内。顶盖5的内侧面的中间位置设有凸台，所述绕线套筒8套入所述凸台，绕线套筒8与凸台过盈配合。所述线圈9的引出导线7外接整流蓄电装置15。
如图6-7所示，所述顶盖5的外形为中空的薄壁圆柱盖体，并且顶盖5开设有贯穿的螺纹中心孔。顶盖5内壁的中心处设有凸台，该凸台用于绕线套筒8的固定安装。所述盖体5侧壁的厚度从盖顶端向底端递减。
所述绕线套筒8的材料为石英或钢化玻璃或塑料，所述线圈9的材料为铜或铝；所述线圈10的缠绕方式为单线圈缠绕或双线圈或多线圈缠绕；线圈10缠绕层数是单层的或是多层的；线圈10缠绕方法为顺向串联法，或者反向串联法，或者同侧并联法，或者异侧并联法。
如图1所示，所述底座12为实心的椎体，所述底座12的外周面上设置有圆柱形的凸缘。所述底座12的中心孔下端设有锥形沉孔，所述锥形沉孔的锥度优选为与底座12的锥度相同。
如图1和图3所示，顶盖5内侧面凸台的底端与磁铁10的顶端间隙为h1，h1优选为5～8mm。绕线套筒8与磁铁10的圆环槽底部之间的间隙为h2，h2优选为6～9mm。贯穿螺栓2法兰的上端面与底座12的间隙为h3，h3优选为4～6mm。贯穿螺栓2法兰的下端面与减振器安装基面的间隙为h4，h4优选为4～6mm。从在径向方看，所述线圈9位置优选为在磁铁10的圆环槽两个壁面中间位置。
第二实施例
一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器的装配方法，包括以下步骤：
S1.安装橡胶金属复合件13，将橡胶件11套装于底座12上，再将橡胶金属复合件13套装于底座12上，并将所述磁铁10固定连接至底座12。
S2.安装绕线套筒8，将缠绕有线圈9的绕线套筒8套接于所述顶盖5内壁的凸台，并且将线圈9的引出导线7穿过所述顶盖5的小孔6，并且使引出导线7与整流蓄电装置15连接。
S3.安装顶盖5，将安装有绕线套筒8的顶盖5放置到所述橡胶金属复合件13上，并且使顶盖5的内端面与所述橡胶金属复合件13的外端面贴合，并且保证所述绕线套筒8插入至所述磁铁10的环形槽中。需要调节绕线套筒8与磁铁10的相对位置，保证顶盖5内侧面凸台的底端与磁铁10的顶端间隙h1为5～8mm，绕线套筒8与磁铁10的圆环槽底部之间的h2为6～9mm，并且使得橡胶金属复合件13有预压缩量。
S4.插入贯穿螺栓2，将所述贯穿螺栓2依次穿过底座12、磁铁10与顶盖5，并且使所述贯穿螺栓2的螺纹端与所述顶盖5的中心螺纹孔配合连接。注意调整贯穿螺栓2与底座12的相对位置，应保证贯穿螺栓2法兰的上端面与底座12的间隙h3为4～6mm，贯穿螺栓2法兰的下端面与减振器安装基面的间隙h4为4～6mm。
S5.安装螺母3与防尘帽1，从贯穿螺栓2螺纹段的端部套套入垫片4，将螺母3旋入并紧固，使振动源牢固连接在所述顶盖的顶面，最后将防尘帽1套在螺母3外侧。
工作原理：
当隔振器受到机械设备15的扰动力时，顶盖5会带动绕线套筒8一起上下运动，从而使得所述线圈9切割磁铁产生的磁场，由感应电动势形成的电流而转化传输出去的电能与线圈9的电阻R成反比、与线圈9的圈数N的平方成正比、与线圈9包络面积S的平方成正比、与线圈9包络的面积中磁感应强度的变化的平方成正比。在实际中，除了线圈9包络的面积中磁感应强度B变化外，其他均不变，而线圈9包络的面积中磁感应强度B的变化与振动频率有关，振动频率越大，线圈9包络的面积中磁感应强度B，所转换的电能越多。同时，橡胶金属复合件13变形储存的弹性势能与橡胶金属复合件13的刚度k和顶盖5与底座12之间的相对位移Δx有关，顶盖5与底座12之间的相对位移越大，橡胶金属复合件13变形储存的弹性势能越多，通过橡胶金属复合件13的内阻尼作用，不断地再将弹性势能转化为阻尼热能，从而消耗掉振动能，等振动结束时，橡胶金属复合件13能自动恢复初始状态，使得隔振器有恢复能力。
本发明的惯容复合减振器在工作时吸收的能量为橡胶金属复合件13弹性变形储存的弹性势能U，转化的能量为减振器工作时带动线圈切割磁感线而转化的电能。如此，机械设备14工作时产生的振动不仅得到了有效隔离，而且得到了二次利用，从而不仅极大地提高了减振器的减振效果，而且经济、环保、节能。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器，包括贯穿螺栓(2)、顶盖(5)、橡胶金属复合件(13)、底座(12)和电磁发电组件，其特征在于，所述底座与所述橡胶金属复合件(13)连接，所述橡胶金属复合件(13)与所述顶盖(5)连接，所述顶盖(5)与振动源连接；所述电磁发电组件设置于所述顶盖(5)、底座(12)与橡胶金属复合件(13)之间的空腔内部；所述贯穿螺栓(2)从下至上依次穿过底座(12)、电磁发电组件与顶盖(5)，所述贯穿螺栓(2)一端的法兰与底座(12)之间留有间隙，所述贯穿螺栓(2)另一端穿过顶盖(5)并且连接有螺母(4)，所述螺母(4)与振动源连接，从而实现对振动源的限位作用；电磁发电组件包括绕线套筒(8)、线圈(9)、磁铁(10)，所述磁铁(10)为开有中心孔的圆柱形磁铁，并且所述磁铁(10)的端面开设有环形槽，所述磁铁(10)固定安装在所述底座(12)上，所述贯穿螺栓(2)穿过所述磁铁(10)的中心孔；所述绕线套筒(8)紧固安装在所述顶盖(5)的内端面，所述绕线套筒(8)外侧面绕有线圈(9)，所述线圈(9)插入磁铁(10)的环形槽内；所述线圈(9)的引出导线(7)外接整流蓄电装置(15)。
2.根据权利要求1所述的一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器，其特征在于，所述顶盖的侧面开设有小孔(6)，所述引出导线(7)从顶盖(5)的小孔(6)穿出接有整流蓄电装置(15)。
3.根据权利要求1所述的一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器，其特征在于，所述顶盖(5)设有带螺纹的中心孔，所述贯穿螺栓(2)的外螺纹所述中心孔的内螺纹配合，从而实现顶盖的定位安装。
4.根据权利要求2所述的一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器，其特征在于，所述顶盖(5)的内侧面的中间位置设有凸台，所述绕线套筒(8)套入所述凸台，绕线套筒(8)与凸台过盈配合。
5.根据权利要求1所述的一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器，其特征在于，所述底座(12)设有中心孔，所述贯穿螺栓(2)穿过底座(12)的中心孔，底座(12)的中心孔靠近底座(12)顶端的一侧还镶嵌有橡胶件(11)。
6.根据权利要求1所述的一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器，其特征在于，所述橡胶金属复合件(13)为中空的锥形体，其上端面与顶盖(5)连接，下端面与底座(12)连接。
7.根据权利要求4所述的一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器，其特征在于，所述贯穿螺栓(2)的螺帽(3)处设有防尘帽(1)，所述贯穿螺栓(2)的螺帽通过垫片(4)与振动源连接。
8.根据权利要求1所述的一种带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器，其特征在于，所述绕线套筒(8)的材料为石英或钢化玻璃或塑料，所述线圈(9)的材料为铜或铝；所述线圈(10)的缠绕方式为单线圈缠绕或双线圈或多线圈缠绕；线圈(10)缠绕层数是单层的或是多层的；线圈(10)缠绕方法为顺向串联法，或者反向串联法，或者同侧并联法，或者异侧并联法。
9.一种根据权利要求7中任一项所述的带有发电功能的电磁式橡胶复合减振器的装配方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1.安装橡胶金属复合件(13)，将橡胶件(11)套装于底座(12)上，再将橡胶金属复合件(13)套装于底座(12)上，并将所述磁铁(10)固定连接至底座(12)；
S2.安装绕线套筒(8)，将缠绕有线圈(9)的绕线套筒(8)套接于所述顶盖(5)内壁的凸台，并且将线圈(9)的引出导线(7)穿过所述顶盖(5)的小孔(6)，并且使引出导线(7)与整流蓄电装置(15)连接；
S3.安装顶盖(5)，将安装有绕线套筒(8)的顶盖(5)放置到所述橡胶金属复合件(13)上，并且使顶盖(5)的内端面与所述橡胶金属复合件(13)的外端面贴合，并且保证所述绕线套筒(8)插入至所述磁铁(10)的环形槽中；
S4.插入贯穿螺栓(2)，将所述贯穿螺栓(2)依次穿过底座(12)、磁铁(10)与顶盖(5)，并且使所述贯穿螺栓(2)的螺纹端与所述顶盖(5)的中心螺纹孔配合连接；
S5.安装螺母(3)与防尘帽(1)，从贯穿螺栓2螺纹段的端部套套入垫片(4)，将螺母(3)旋入并紧固，使振动源牢固连接在所述顶盖的顶面，最后将防尘帽(1)套在螺母(3)外侧。
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