CN108131411B - 一种自传感非线性准零刚度电磁隔振器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及隔振器技术领域。目的是提供一种自传感非线性准零刚度电磁隔振器，该装置能实现：减小竖直方向振动。技术方案是：一种自传感非线性准零刚度电磁隔振器,其特征在于：包括上部工作装置和下部工作装置；上部工作装置包括矩形上底板、矩形中间板、第一弹簧振动装置、四个第一矩形磁铁、分别固定于各第一矩形磁铁下端的四个第二矩形磁铁、三个上部线圈支架、分别固定于各上部线圈支架内的三个上部线圈；下部工作装置包括矩形中间板、矩形下底板、四个第二弹簧振动装置、圆形压电堆第三外套筒、磁铁固定装置、四个第三矩形磁铁、内套筒，四个第四矩形磁铁、下部线圈支架、四个下部线圈。

Description

一种自传感非线性准零刚度电磁隔振器
技术领域
本发明涉及隔振器技术领域，尤其是一种自传感非线性准零刚度电磁隔振器。
背景技术
在航天及航空和船舶工程等高技术领域，机械结构对振动响应的要求越来越高，常采取的方法是使用隔振器。被动式隔振器在频率大于时实现完全隔振。因此，不断降低隔振器频率，扩大隔振带宽是本领域的研究热点问题。现有隔振器大多承载能力小、变形空间大、结构形式单一；传统隔振器多采用被动式弹簧构建，因此功能单一，效率较低，且不能改变隔振器的结构刚度，鲁棒性较低。
软弹簧可在一定程度上降低非线性隔振器的频率，在一定程上增大隔振带宽，提高隔振效率。永磁体间的磁力是一种强非线性力，因此，合理的设计永磁体的结构形式，设计一种新型的非线性电磁隔振器，可提高隔振器的隔振带宽和隔振效果及刚度可调。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种自传感非线性准零刚度电磁隔振器，该装置能实现：减小竖直方向振动；将线圈外接控制电路，可实现微振动控制；将线圈外接电阻，作为速度传感器，可实现自传感功能；将压电堆作为控制元件，可调节下部非接触式磁铁的相对位置，下部非接触式磁铁为异极相对，可简化为非线性软弹簧，通过相对位置的设计以改变非线性弹簧刚度，从而提高隔振带宽。
本发明提供了以下技术方案：
一种自传感非线性准零刚度电磁隔振器,其特征在于：包括上部工作装置和下部工作装置；上部工作装置包括矩形上底板、矩形中间板、固定于矩形上底板和矩形下底板间的第一弹簧振动装置、固定于矩形上底板的底面且等间距排列的四个第一矩形磁铁、分别固定于各第一矩形磁铁下端的四个第二矩形磁铁、固定于矩形中间板上且等间距排列于各第一矩形磁铁间隙的三个上部线圈支架、分别固定于各上部线圈支架内的三个上部线圈；下部工作装置包括矩形中间板、矩形下底板、四个分别固定于固定于矩形中间板和矩形下底板四角的第二弹簧振动装置、固定于矩形中间板形心处的圆形压电堆、固定于圆形压电堆下端的第三外套筒、固定于第三外套筒外壁上的磁铁固定装置、固定于磁铁固定装置上且沿外套筒周向分布的四个第三矩形磁铁、固定于矩形下底板且沿外套筒轴向滑动的内套筒，四个固定于矩形下底板且分别位于下底板四边中点处的第四矩形磁铁、位于第三和第四矩形磁铁之间且固定在第四矩形磁铁内侧的下部线圈支架、固定于下部线圈支架内的四个下部线圈。
所述第一弹簧振动装置包括一端固定于矩形下底板的第一外套筒、一端固定于矩形上底板且可沿第一外套筒轴向滑动的第一内套筒、套在第一内套筒上并且沿第一内套筒轴向伸缩的第一弹簧，第一弹簧两端分别固定在第一外套筒和矩形上底板的底面。
所述第二弹簧振动装置包括固定于矩形中间板的第二外套筒、固定于矩形下底板且可沿第二外套筒轴向滑动的第二内套筒，套在第二内套筒上并且沿第二内套筒轴向伸缩的第二弹簧，第二弹簧两端分别固定于第二外套筒和矩形下底板的顶面。
所述第一矩形磁铁的磁极方向水平，相邻第一矩形磁铁磁极方向相反；第二矩形磁铁磁极方向与所连接的第一矩形磁铁的磁极方向相反，与相邻第二矩形磁铁磁极方向相反；第二矩形磁铁间隔大于上部线圈支架宽度。
所述第三矩形磁铁、第四矩形磁铁不在同一水平面上，第三矩形磁铁、第四矩形磁铁的磁极方向水平，第三第四矩形磁铁相对面磁极相异。
本发明的有益效果是：竖直方向的振动通过磁铁运动导致磁场变化，将能量部分转化为线圈中的电流，从而减小竖直方向的振动；第三、第四磁铁异极相对，可简化为一种非线性软弹簧，通过相对位置的设计以改变非线性弹簧刚度，从而提高隔振带宽；将线圈外接控制电路，实现微振动控制；将线圈外接电阻，作为速度传感器，可实现自传感功能；将压电堆作为控制元件，可调节下部非接触式磁铁的相对位置，下部非接触式磁铁为异极相对，可简化为非线性软弹簧，通过相对位置的设计以改变非线性弹簧刚度，从而提高隔振带宽。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的上部工作装置除去一个上部线圈支架的立体结构示意图。
图3是本发明的下部工作装置的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，一种新型自传感、准零刚度非线性电磁隔振器,除磁铁外，其它零件材料均为非铁磁性材料，包括上部工作装置1和下部工作装置2；
如图2所示，上部工作装置1包括矩形上底板1-1、矩形中间板1-2、固定于矩形上底板和矩形下底板间的第一弹簧振动装置1-3，第一弹簧振动装置1-3包括一端固定于矩形下底板的第一外套筒1-3-1、一端固定于矩形上底板且可沿第一外套筒轴向滑动的第一内套筒1-3-2、套在第一内套筒上并且沿第一内套筒轴向伸缩的第一弹簧1-3-3，第一弹簧两端分别固定在第一外套筒和矩形上底板的底面。上部工作装置1还包括固定于矩形上底板的底面且等间距排列的四个第一矩形磁铁1-4、分别固定于各第一矩形磁铁下端的四个第二矩形磁铁1-5、固定于矩形中间板1-2上且等间距排列于各第一矩形磁铁间隙的三个上部线圈支架1-6、分别固定于各上部线圈支架内的三个上部线圈1-7；第一矩形磁铁1-4的磁极方向水平，相邻第一矩形磁铁磁极方向相反；第二矩形磁铁磁极方向与所连接的第一矩形磁铁的磁极方向相反，与相邻第二矩形磁铁磁极方向相反；第二矩形磁铁间隔大于上部线圈支架宽度。
如图3所示，下部工作装置2包括矩形中间板1-2、矩形下底板2-1、四个分别固定于矩形中间板和矩形下底板四角的第二弹簧振动装置2-2，第二弹簧振动装置2-2包括固定于矩形中间板的第二外套筒2-2-1、固定于矩形下底板且可沿第二外套筒轴向滑动的第二内套筒2-2-2，套在第二内套筒上并且沿第二内套筒轴向伸缩的第二弹簧2-2-3，第二弹簧两端分别固定于第二外套筒和矩形下底板的顶面。下部工作装置2还包括固定于矩形中间板形心处的圆形压电堆2-3、固定于圆形压电堆下端的第三外套筒2-4、固定于第三外套筒外壁上的磁铁固定装置2-5-1、固定于磁铁固定装置上且沿外套筒周向分布的四个第三矩形磁铁2-5、固定于矩形下底板且沿外套筒轴向滑动的内套筒2-6，四个固定于矩形下底板且分别位于下底板四边中点处的第四矩形磁铁2-7、位于第三和第四矩形磁铁之间且固定在第四矩形磁铁内侧的下部线圈支架2-8、固定于下部线圈支架2-8内的四个下部线圈2-9；第三矩形磁铁、第四矩形磁铁不在同一水平面上，第三矩形磁铁、第四矩形磁铁的磁极方向水平，第三第四矩形磁铁相对面磁极相异。
本发明降低竖直方向振动的工作步骤如下：
1)竖直方向振动使上部工作装置上下振动，第一矩形磁铁1-4、第二矩形磁铁1-5在上下振动的过程中产生变化的磁场，从而在上部线圈1-7中产生感应电流，将动能转化为电能再由外接电路中电阻元件或线圈内阻耗散电能；
2)上部工作装置上下振动的过程中，由上部的弹簧振动装置1-3带动矩形中间板1-2作竖直方向振动，使得圆形压电堆2-3受力变形从而产生电流，电流由外部电路电阻元件消耗，同时，第三外套筒2-4受力并带动第三矩形磁铁2-5作竖直方向振动，从而产生变化的磁场，下部线圈2-9上产生感应电流，并由电路中的电阻元件耗散。
本发明实现自传感的工作步骤如下：
上部工作装置中的一个上部线圈1-7外接一个电压跟随器得到输入电压大小获得振动速度，从而达到自传感功能；
本发明中实现非线性电磁力控制的工作步骤如下：
将圆形压电堆2-3外接控制电路，通过调节电路电流大小，利用逆压电效应，控制压电堆竖直方向厚度，控制第三、第四矩形磁铁竖直方向距离差，从而改变第三、第四矩形磁铁附近磁场强度，实现非线性电磁力的控制。
本发明中实现获得准零刚度的工作步骤如下：
1)下部工作装置中的第三矩形磁铁2-5与第四矩形磁铁2-7相对面磁极相异，可简化为一种非线性软弹簧，通过圆形压电堆2-5改变其相对位置以改变非线性弹簧刚度，从而提高隔振带宽。
2)下部线圈2-9可外接控制电路，改变非线性弹簧刚度，控制隔振带宽，此外也可通过线圈引入阻尼或控制力提高减振性能。
以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种自传感非线性准零刚度电磁隔振器,其特征在于：包括上部工作装置(1)和下部工作装置(2)；
上部工作装置(1)包括矩形上底板(1-1)、矩形中间板(1-2)、固定于矩形上底板和矩形下底板间的第一弹簧振动装置(1-3)、固定于矩形上底板的底面且等间距排列的四个第一矩形磁铁(1-4)、分别固定于各第一矩形磁铁下端的四个第二矩形磁铁(1-5)、固定于矩形中间板(1-2)上且等间距排列于各第一矩形磁铁间隙的三个上部线圈支架(1-6)、分别固定于各上部线圈支架内的三个上部线圈(1-7)；
下部工作装置(2)包括矩形中间板(1-2)、矩形下底板(2-1)、四个分别固定于固定于矩形中间板和矩形下底板四角的第二弹簧振动装置(2-2)、固定于矩形中间板形心处的圆形压电堆(2-3)、固定于圆形压电堆下端的第三外套筒(2-4)、固定于第三外套筒外壁上的磁铁固定装置(2-5-1)、固定于磁铁固定装置上且沿外套筒周向分布的四个第三矩形磁铁(2-5)、固定于矩形下底板且沿外套筒轴向滑动的内套筒(2-6)，四个固定于矩形下底板且分别位于下底板四边中点处的第四矩形磁铁(2-7)、位于第三和第四矩形磁铁之间且固定在第四矩形磁铁内侧的下部线圈支架(2-8)、固定于下部线圈支架(2-8)内的四个下部线圈(2-9)。
2.根据权利要求1所述的一种自传感非线性准零刚度电磁隔振器,其特征在于：所述第一弹簧振动装置(1-3)包括一端固定于矩形下底板的第一外套筒(1-3-1)、一端固定于矩形上底板且可沿第一外套筒轴向滑动的第一内套筒(1-3-2)、套在第一内套筒上并且沿第一内套筒轴向伸缩的第一弹簧(1-3-3)，第一弹簧两端分别固定在第一外套筒和矩形上底板的底面。
3.根据权利要求2所述的一种自传感非线性准零刚度电磁隔振器,其特征在于：所述第二弹簧振动装置(2-2)包括固定于矩形中间板的第二外套筒(2-2-1)、固定于矩形下底板且可沿第二外套筒轴向滑动的第二内套筒(2-2-2)，套在第二内套筒上并且沿第二内套筒轴向伸缩的第二弹簧(2-2-3)，第二弹簧两端分别固定于第二外套筒和矩形下底板的顶面。
4.根据权利要求3所述的一种自传感非线性准零刚度电磁隔振器,其特征在于：所述第一矩形磁铁(1-4)的磁极方向水平，相邻第一矩形磁铁磁极方向相反；第二矩形磁铁磁极方向与所连接的第一矩形磁铁的磁极方向相反，与相邻第二矩形磁铁磁极方向相反；第二矩形磁铁间隔大于上部线圈支架宽度。
5.根据权利要求4所述的一种自传感非线性准零刚度电磁隔振器,其特征在于：所述第三矩形磁铁、第四矩形磁铁不在同一水平面上，第三矩形磁铁、第四矩形磁铁的磁极方向水平，第三第四矩形磁铁相对面磁极相异。
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