CN106438830B - 电磁式主被动一体化隔振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开电磁式主被动一体化隔振器，结构为所述的电磁作动器由作动器定子、作动器动子组成，作动器动子安装在作动器定子内部且同轴；作动器定子由线圈、定子骨架、定子下端盖、定子上端盖组成，线圈、定子骨架、定子下端盖、定子上端盖通过AB胶粘接成为一个整体，作动器动子由永磁铁和动子磁轭组成，永磁铁通过AB胶与动子磁轭粘接成为一个整体；被动隔振器、电磁作动器的定子骨架固定在作动器底座上，动子磁轭与被动隔振器固定在一起，且被动隔振器位于动子磁轭内部；设备连接件和安全挡盖与动子磁轭固定在一起，且设备连接件高出安全挡盖。本发明属于主被动复合隔振，具有低能耗、空间利用率高、高可靠性与适应性、减震频带宽等优点。

Description

电磁式主被动一体化隔振器

技术领域

本发明涉及机械设备的振动控制技术领域，具体涉及一种集电磁作动器与被动隔振器于一身的电磁式主被动一体化隔振器。

背景技术

机械设备的振动不仅会影响设备自身的工作性能，而且会产生噪声污染，严重影响设备周边人员的听力及健康。此外，对于军用舰船，其动力设备的振动会产生船体辐射噪声，极大的影响舰船的声隐身性，增加被敌方发现和攻击的可能性。因此，有效的控制机械设备的振动有着十分重要的意义。

目前，机械设备的振动控制技术，依据是否需要外界能量输入可以分为被动式与主动式两大类。被动式振动控制技术不需要由外界提供能量，一般通过被动隔振元件实现对机械设备振动的有效隔离，或者通过被动式动力吸振器来抑制机械设备的振动。主动式振动控制技术需要从外界获取能量来驱动作动器，通过作动器及相应的振动控制算法来实现对振动的有效控制。被动式隔振器虽然结构简单，可靠性较好，能耗低，但是其低频隔离效果不佳。如果要大幅提升被动隔振系统的隔振效果，需要尽可能的降低隔振器的刚度。但是过低的刚度会导致隔振系统承载能力以及稳定性的下降。被动式动力吸振器只能针对单一振动频率工作，如果振动频率发生变化，则原有的动力吸振器工作效果会大打折扣。主动式动力吸振器虽然可以同时对多个振动频谱进行抑制，但是其更适合对局部振动的抑制，如果用于对大型设备或多台设备的振动控制，则其数量需大幅增加，从而将占用更多的空间。相比之下，在被动隔振器的基础上，引入主动隔振技术，进行主被动一体化隔振将是一种更好的振动控制解决方案。高频振动将由被动隔振元件进行隔离，低频振动将由作动器进行抑制。

主被动一体化隔振技术中，被动隔振器与作动器的复合形式主要有串联式与并联式两种。中国专利公开《一种电磁式主被动复合隔振器》(专利申请号：201520488759.9)提出了一种电磁作动器与被动隔振器在高度方向串联的主被动复合隔振器。但是其主被动器件集成度较低，在高度方向空间占用较大。相比之下，并联式一体化隔振器更节省空间。中国专利公开《主被动混合隔振器》(专利申请号：201210198889.X)提出了一种将电磁作动器与气囊隔振器并联的主被动一体化隔振器。但是由于电磁作动器位于气囊隔振器的内部，其尺寸大小受到气囊隔振器内径的限制，进而制约了其所能输出的最大电磁力。

发明内容

本发明的目的为：针对现有的减隔振元器件存在以下的问题：被动式隔振器低频隔振效果不佳；被动式动力吸振器难以实现宽频振动控制，鲁棒性差；主动式动力吸振器在大型设备振动控制应用中，空间利用率不高；串联式主被动一体化隔振器在高度方向占用空间较大；已有的并联式主被动一体化隔振器，电磁作动器位于被动隔振器内部，于是作动器输出力受限；提供一种电磁式主被动一体化隔振器，本发明将电磁作动器置于被动隔振器的外侧，进行并联式主被动一体化隔振，由于电磁作动器位于被动隔振器的外侧，其尺寸及磁极面积可以被设计的更大，从而可以输出更大的电磁力。

本发明的技术方案为：

电磁式主被动一体化隔振器，包括被动隔振器、电磁作动器、安全档盖、作动器底座、设备连接件，所述的电磁作动器由作动器定子、作动器动子组成，其特征在于：作动器动子安装在作动器定子内部且同轴，作动器定子由线圈、定子骨架、定子下端盖、定子上端盖组成，线圈、定子骨架、定子下端盖、定子上端盖通过AB胶粘接成为一个整体，作动器动子由永磁铁和动子磁轭组成，永磁铁通过AB胶与动子磁轭粘接成为一个整体；被动隔振器、电磁作动器的定子骨架固定在作动器底座上，动子磁轭与被动隔振器固定在一起，且被动隔振器位于动子磁轭内部；设备连接件和安全挡盖与动子磁轭固定在一起，且设备连接件高出安全挡盖。

本发明还包括橡胶垫，橡胶垫安装在定子骨架的外缘，且位于安全挡盖与定子骨架之间。

所述的永磁铁为由12片等尺寸的径向充磁的瓦片型永磁铁拼接而成实现圆筒形辐射充磁永磁铁效果。

所述的设备连接件中部有螺纹孔，用于主被动一体化隔振器与被隔振设备之间的连接。

本发明的结构特点：

1、电磁作动器与被动隔振器在结构上属并联关系，且被动隔振器位于电磁作动器内部。更具体一些来说，被动隔振器位于作动器动子磁轭内部，且与动子磁轭固定在一起，共同运动。

2、在电磁作动器的结构中，永磁铁与动子磁轭粘接在一起构成作动器动子；线圈与定子磁轭粘接在一起构成作动器的定子，作动器动子位于定子内部，且与定子同轴。作动器动子与作动器定子在磁路结构上均为轴对称结构。动子磁轭内部中空，用于安装被动隔振器。

3、作动器的定子骨架外缘装有一圈橡胶垫，动子磁轭与设备连接件之间装有安全挡盖。

本发明的有益效果：

1、与单独只有被动隔振器相比，本发明由于在被动隔振的基础上加入了主动隔振，可以实现更理想的低频隔振效果；

2、与被动式动力吸振器相比，本发明可以实现宽频振动控制，可靠性及鲁棒性更好；

3、与主动式动力吸振器及串联式主被动一体化隔振器相比，本发明的空间利用率更高；

4、与已有的并联式主被动一体化隔振器相比，本发明中作动器位于被动隔振器外部，具备输出更大电磁力的能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。其中，1-作动器底座，2-定子下端盖，3-线圈，4-定子骨架，5-定子上端盖，6-橡胶垫，7-永磁铁，8-动子磁轭，9-被动隔振器，10-安全档盖，11-设备连接件。

图2为本发明的主被动一体化隔振器三维立体外形结构示意图。

图3为电磁作动器磁路结构示意图。

图4为本发明的应用示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1、图2、图3所示，本发明包括被动隔振器9、电磁作动器、安全档盖10、橡胶垫6、作动器底座1、设备连接件11，所述的电磁作动器由作动器定子、作动器动子组成，作动器动子安装在作动器定子内部且同轴，作动器定子由线圈3、定子骨架4、定子下端盖2、定子上端盖5组成，线圈3、定子骨架4、定子下端盖2、定子上端盖5通过AB胶粘接成为一个整体，作动器动子由永磁铁7和动子磁轭8组成，由于辐射充磁的圆筒形永磁铁不易制造，本发明采用12片等尺寸的径向充磁的瓦片型永磁铁拼接而成实现圆筒形永磁铁的辐射充磁效果，永磁铁7由12片等尺寸的径向充磁的瓦片型永磁铁拼接实现，永磁铁7通过AB胶与动子磁轭8粘接成为一个整体；为了保证电磁作动器的轴对称结构，在作动器动子与作动器定子的安装过程中要使作动器动子与作动器定子同轴；被动隔振器9、电磁作动器的定子骨架4固定在作动器底座1上，动子磁轭8与被动隔振器9通过螺钉固定在一起，且被动隔振器9位于动子磁轭8内部；设备连接件11和安全挡盖10通过螺钉与动子磁轭8固定在一起，且设备连接件11高出安全挡盖10，橡胶垫6安装在定子骨架4的外缘，且位于安全挡盖10与定子骨架4之间。

被动隔振器9可以根据具体隔振需求选择相应型号的被动隔振器或者定制满足需求的隔振器。可以选用或定制的隔振器类型有：BE型橡胶隔振器，JQ型剪切式橡胶隔振器，以及GJ型橡胶隔振器等(不局限于所列举的被动隔振器类型)。

作动器底座1用于固定被动隔振器9与电磁作动器，同时方便主被动一体化隔振器与基座间的安装。被动隔振器9与定子骨架4均通过螺钉固定在作动器底座1上。

所述的设备连接件11中部有螺纹孔，用于主被动一体化隔振器与被隔振设备之间的连接。当设备发生倾斜进而导致作动器动子倾斜，将要与作动器定子发生碰撞时，安全挡盖10将会先于动子与安装在定子外的橡胶垫6接触，从而防止动子与定子间的碰撞。此外，当设备振动剧烈以至于动子磁轭8即将在竖直方向与作动器底座1发生碰撞时，安全挡盖10将会先与橡胶垫6发生接触，从而防止动子磁轭8与作动器底座1之间碰撞的发生。

工作原理：

电磁作动器工作原理：

电磁作动器磁路结构示意图如图3所示。如果永磁铁7的磁化方向以及线圈3的电流方向与图3中示意方向一致，那么根据安培定则，定子磁轭中的磁场方向将如图3中箭头方向所示。于是，定子可以被视为一个电磁铁，定子下端盖2靠近动子一侧为该电磁铁的N极，定子上端盖5靠近动子一侧为该电磁铁的S极。由于磁铁之间同极相斥，异极相吸，于是电磁作动器的动子将受到一个竖直向上的电磁力(由于轴对称结构，径向电磁力分量相互抵消)。如果线圈3中的电流方向与图3中示意方向相反，那么作动器动子所受到的电磁力方向将变为竖直向下。电磁作动器的电磁力输出与线圈3中的电流大小成正比例关系。当增大线圈3中的电流时，作动器的电磁力输出也将增大。

主被动一体化隔振器工作原理：

图4所示为本发明的主被动一体化隔振器在机械设备振动控制应用中的系统结构示意图。主被动一体化隔振的具体工作过程如下：首先，根据机械设备的重量、尺寸大小以及安装方式的不同，确定主被动一体化隔振器的尺寸型号及数量。一体化隔振器将被安装在设备与基座之间。在设备及基座与隔振器连接处附近各安装有一个加速度计，用于测量设备的振动以及传递至基座的振动大小。之后，测得的加速度信号将被传递至控制器，经过相应的振动控制算法处理后，控制器将输出一个控制信号给功率放大器，由功率放大器输出相应的控制电流以驱动一体化隔振器中的电磁作动器工作。电磁作动器根据输入电流的大小在作动器动子与作动器定子之间产生相应的等大反向的电磁力。作用在作动器定子上的电磁力将通过作动器底座1传递至基座。来自设备的扰动以及作用在动子上的电磁力经过被动隔振器9隔振后也将通过作动器底座1传递至基座。于是，通过控制作用在定子上的电磁力的大小，可以补偿掉经被动隔振器9隔振后传递至基座的那部分残余振动。

在主被动一体化隔振过程中，被动隔振器9承受设备的静态载荷，并主要对高频振动进行隔离。电磁作动器主要负责对设备低频振动经过被动隔振后传至基座的残余部分进行补偿，从而进一步提升隔振效果。

Claims (3)

1.电磁式主被动一体化隔振器，包括被动隔振器、电磁作动器、安全档盖、作动器底座、设备连接件，所述的电磁作动器由作动器定子、作动器动子组成，其特征在于：作动器动子安装在作动器定子内部且同轴；作动器定子由线圈、定子骨架、定子下端盖、定子上端盖组成，线圈、定子骨架、定子下端盖、定子上端盖通过AB胶粘接成为一个整体，作动器动子由永磁铁和动子磁轭组成，永磁铁通过AB胶与动子磁轭粘接成为一个整体；被动隔振器、电磁作动器的定子骨架固定在作动器底座上，动子磁轭与被动隔振器固定在一起，且被动隔振器位于动子磁轭内部；设备连接件和安全挡盖与动子磁轭固定在一起，且设备连接件高出安全挡盖；

作动器定子被视为一个电磁铁，线圈电流方向指向纸面时，定子下端盖靠近动子一侧为该电磁铁的N极，定子上端盖靠近动子一侧为该电磁铁的S极；由于定子电磁铁与动子永磁铁之间同极相斥，异极相吸，于是电磁作动器的动子将受到一个竖直向上的电磁力；

所述的永磁铁为由12片等尺寸的径向充磁的瓦片型永磁铁拼接而成实现圆筒形辐射充磁永磁铁效果。

2.根据权利要求1所述的电磁式主被动一体化隔振器，其特征在于：还包括橡胶垫，橡胶垫安装在定子骨架的外缘，且位于安全挡盖与定子骨架之间。

3.根据权利要求1所述的电磁式主被动一体化隔振器，其特征在于：所述的设备连接件中部有螺纹孔。