CN108223681A - 主动和半主动电磁振动抑制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种主动和半主动电磁空间振动抑制系统，电磁线圈和永磁体在同一轴线上，且对称布置了相同的结构，以抑制另一个方向的振动，对称结构在空间存在一定夹角时，亦可抑制三维空间的振动。当电磁线圈或永磁体可以在轴上自由运动时，调节电磁线圈中的直流电流大小，使线圈或永磁体总是受到斥力，便形成了电磁弹簧，调节电磁弹簧的刚度即调节装置的固有频率，固有频率与被隔系统的振动频率相同时，即可半主动地抑制振动。当电磁线圈或永磁体都固定时，通过调节电磁线圈中的交流电频率和幅值，即可形成主动力，合适的主动力作用在被隔系统上即达到了主动地抑制振动。装置结构简单，能够抑制多方向的振动，有效工作频带宽，变化形式多样。

Description

主动和半主动电磁振动抑制系统

技术领域

本发明涉及振动控制、静电磁相互作用技术领域，具体地，涉及一种主动和半 主动电磁振动抑制系统。

背景技术

工业和运输业中广泛采用机器作原动力，机械振动的危害越发严重，振动控制 要求日益迫切。汽轮机、水轮机和电机等动力机械，汽车、火车、船舶和飞机等交 通运输工具，以及工作母机、矿山机械和工程机械等，都沿着高速重载方向发展， 其振动也日益强烈。精密机床和精密加工技术的发展中，如果离开严格隔振的平静 环境，工作就不正常，无法达到预期的精度目标。材料工业和建筑工业的发展中， 广泛采用高强度的建筑材料，建筑高度不断攀升使得建筑受风载激励后振幅达几米 之大，难以满足舒适和安全要求，倘不能减振，此类高楼就无法继续发展下去。因 此，需要这样的振动抑制系统。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种主动和半主动电磁振动抑制装置。

根据本发明提供的一种半主动电磁振动抑制系统，包括机架、永磁体、电磁线圈、不导磁的轴、磁电传感器；

电磁线圈通过不导磁的轴固定在机架上，并在轴上自由滑动；

电磁线圈通入直流电后形成了通电螺线管，通电螺线管和永磁体之间总是斥力；

永磁体固定在机架，并和电磁线圈同轴，磁电传感器固定在机架上，并和电磁线圈相对；或者，电磁线圈固定在机架上，永磁体通过轴固定在机架上，并在轴上自由滑动。

优选地，所述永磁体的充磁方向是轴向，即和电磁线圈运动方向相同；

所述半主动电磁振动抑制系统采用对称的结构，对称的两边各布置着两个永磁体和 一个电磁线圈，以抑制同一个方向的振动或者抑制两个方向的复合振动；

磁电传感器是一种自传感装置，包括感应线圈或者霍尔元件。

优选地，还包括贴在机架上的加速度传感器和控制系统；

加速度传感器检测被隔系统的振动加速度并反馈给控制系统；

控制系统调节电磁线圈的电流大小，储存并利用磁电传感器产生的电能；

磁电传感器利用电磁线圈运动时在磁电传感器中产生的电压来检测电磁线圈的运动 情况，并将电压反馈给控制系统；或者，磁电传感器利用的是永磁体运动时在内部产生 的电压来检测永磁体的运动情况。

根据本发明提供的一种半主动电磁振动抑制系统，包括机架、永磁体、电磁线圈、不导磁的轴；

电磁线圈通过不导磁的轴固定在机架上，并在轴上自由滑动；

电磁线圈通入直流电后形成了通电螺线管，通电螺线管和永磁体之间总是斥力；

永磁体固定在机架，并和电磁线圈同轴；

在永磁体和电磁线圈之间添加两个非导磁的弹性材料，在电磁线圈中通入的是交流 电，线圈对被隔对象产生主动力。

根据本发明提供的一种半主动电磁振动抑制系统，包括机架、永磁体、电磁线圈、不导磁的轴；

电磁线圈通过不导磁的轴固定在机架上，并在轴上自由滑动；

电磁线圈通入直流电后形成了通电螺线管，通电螺线管和永磁体之间总是斥力；

电磁线圈固定在机架上，永磁体通过轴固定在机架上，并在轴上自由滑动；或者，电磁线圈固定在机架上，永磁体通过轴固定在机架上，并在轴上自由滑动；

在永磁体和电磁线圈之间添加两个非导磁的弹性材料，在电磁线圈中通入的是交流 电，线圈对被隔对象产生主动力。

优选地，多个电磁线圈固定在机架上，但每个电磁线圈都不置于永磁体的中央位置， 通入交流电后形成通电螺线管，使得永磁体产生主动力。

优选地，永磁体是整块长条形永磁体，或者是多个永磁按磁场方向连接而成的长条 形；永磁体的位置不使得电磁线圈处于永磁体的中央位置。

优选地，有加速度传感器固定在机架上，检测被隔对象的振动，并反馈给控制系统； 外部电源给通电装置提供电能；控制系统控制电磁线圈的交流电大小和幅值。

根据本发明提供的一种主动电磁振动抑制系统，其特征在于，包括机架、永磁体、电磁线圈、不导磁的轴、磁电传感器；

电磁线圈通过不导磁的轴固定在机架上，并在轴上自由滑动；

电磁线圈通入直流电后形成了通电螺线管，通电螺线管和永磁体之间总是斥力；

永磁体固定在机架，并和电磁线圈同轴，磁电传感器固定在机架上；电磁线圈穿过永磁体内部，和机架接触而不固定；电磁线圈通入交流电后产生主动力。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)多方向振动抑制；基于振动分解的理念，采用对称结构，两边各抑制一个 方向的振动，同时对于同一平面内的任意方向振动都可按这两边进行振动分解，从 而分别抑制。将装置倾斜一定角度还能抑制三维空间的振动。

(2)自补充能量，节能环保；半主动式的电磁振动抑制装置中采用的磁电传感 器，收集了振动能量，经控制系统存储利用可为装置的加速度传感器、电磁线圈提 供电能，节省了电力资源；

(3)频带范围宽；由于装置的工作频率只由电流频率控制，而电流频率可以在 很宽的范围内变化，因此装置能达到低频带和高频带顺利调节。

(4)自传感装置，结构简单，使用方便，功能多样。磁电传感器使用感应线圈、 霍尔元件或其他磁场感应装置，对装置内部的运动质量体进行检测，方便可靠。

(5)装置调节简单，适应能力强；装置的控制系统内置了自适应算法，可以根 据加速度传感器反馈的数据自动调节电磁线圈的电流大小和频率，无需使用者操作 即可达到振动抑制效果；

(6)结构小巧灵活，形式多变，功能丰富；通过对电磁线圈和永磁体的不同组 合放置，可产生两种半主动式和三种主动式装置，都能达到良好的振动抑制效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明基本实施例线圈运动的半主动电磁振动抑制装置结构示意图。

图2为本发明具体实施例永磁体运动的半主动电磁振动抑制装置结构示意图。

图3为本发明具体实施例线圈供力的间接主动电磁振动抑制组合装置结构示意图。

图4为本发明具体实施例永磁体供力的间接主动电磁振动抑制组合装置结构示意图。

图5为本发明具体实施例线圈供力的直接主动电磁振动抑制组合装置结构示意图。

图6为本发明具体实施例永磁体供力的直接主动电磁振动抑制组合装置结构示意图。

图7为本发明的原理示意图。

图8为本发明的原理示意图。

图中：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于 本发明的保护范围。

基本实施例：

结构原理：

如图1所示，四个永磁体2固定在机架1上，两个电磁线圈4通过两根不导磁的轴 3固定在机架上，同时电磁线圈4可在轴3上自由滑动，磁电传感器5贴在机架1的内 部，加速度传感器贴在机架1的外部。电磁线圈4两端方向上的永磁体2充磁方向相同， 给电磁线圈4通电时，电流方向使得电磁线圈4磁场方向和永磁体2充磁方向相反，则 电磁线圈4运动时，总是受到两边永磁体2的斥力，从而形成了电磁弹簧。电磁线圈的 运动在磁电传感器5中产生了感应电压，感应电压的频率和大小表征的电磁线圈4的振 动频率和幅值。

装置和被隔对象8之间可呈任意角度α布置，当α＝0°或180°时，装置只能对来 自x或y方向振动进行抑制。当α＝90°或270°时，可将来自xy平面任意方向的振动 分解到x方向和y方向进行抑制。如果振动方向确定，可将装置的一侧与振动方向平行 放置，以提高振动抑制效率。显然，若被隔对象受到两个不同频的振动时，将两侧的电 磁弹簧分别与不同频的振动平行，亦可达到振动抑制效果。

驱动机理：

将装置安装在被隔对象上时，被隔对象的振动传递到电磁振动抑制装置上，机架1由于和被隔对象固定在一起，因此随被隔对象做同频振动，加速度传感器6采集到振动 数据传递给控制系统，控制系统对采集到的数据进行分析，通过外部电源给电磁线圈4 通入直流电并调节电流大小，使得电磁弹簧的固有频率和被隔对象的振动频率相同，达 到最优的振动抑制效果。当被隔对象振动频率变化时，控制系统根据加速度传感器6采 集到的数据，调节电流大小，从而调节电磁弹簧刚度，即调节电磁弹簧的固有频率，从 而与被隔对象的振动频率相适应。电磁线圈4运动时在磁电传感器5中产生了感应电压， 感应电压由控制系统存储并利用，给通电装置如加速度传感器6，电磁线圈4等供电。 同时，控制系统根据感应电压的幅值和频率大小判断电磁弹簧是否调到所需要的刚度上。

下面对基本实施例的优选和、或变化例进行具体说明。

具体实施例1：

图2是基于基本实施例的变形。将振动抑制装置绕y轴偏转一定角度β，由于电磁弹簧在z向也有刚度分量，故对于被隔对象8轴向的振动也可进行抑制，从而使得装置 对来自空间任意方向的振动都可分解为x、y、z三个方向进行振动抑制。

具体实施例2：

图3是永磁体运动的半主动电磁振动抑制组合装置，和基本实施例类似，但电磁线圈4永磁体2的位置互换，电磁线圈固定，永磁体2可在轴上自由滑动并和通电 的电磁线圈4形成了电磁弹簧，驱动原理和基本实施例类似，只是磁电传感器5中 的感应电压由永磁体运动产生。

具体实施例3：

图4是具体实施例2的变形，也是一种永磁体运动的半主动电磁振动抑制组合装置， 不同之处在于，装置中只有两个对称布置的电磁线圈4，永磁体2套在电磁线圈4中， 和电磁线圈4内壁有微小的间隙，使得永磁体可以沿轴向运动，给电磁线圈4通电后， 电磁线圈4和永磁体之间即形成电磁弹簧。永磁体可以是整块永磁体或者多块永磁体拼 接而成。

具体实施例4：

图5是线圈供力的间接主动电磁振动抑制组合装置，和基本实施例结构类似，但在电磁线圈4和永磁体2之间增加了两个不导磁的弹簧7，弹簧7也可以替换为其它弹性 材料。加速度传感器6采集到被隔对象的振动数据反馈给控制系统，控制系统通过外部 电源给电磁线圈通入交流电并调节交流电的幅值和频率，则电磁线圈会通过弹簧7给主 系统提供主动力来抑制被隔对象的振动。

具体实施例5：

图6是永磁体供力的间接主动电磁振动抑制组合装置，其结构原理和基本实施例1类似，驱动原理和具体实施例2类似，但控制系统给电磁线圈4通入交流电后，通过弹 簧7给被隔对象提供主动力的是永磁体2。

具体实施例6：

图7是线圈供力的直接主动电磁振动抑制组合装置，多个电磁线圈4固定在机架上， 永磁体2穿过电磁线圈内部，和电磁线圈2及机架接触而不固定。电磁线圈4的数量不限，但每个线圈都不能安装在永磁体2的中央。永磁体2可以是整块长条形永磁体，也 可是多个块状永磁体拼接而成。加速度传感器6采集到被隔对象的振动数据反馈给控制 系统，控制系统通过外部电源给电磁线圈通入交流电并调节交流电的幅值和频率，则永 磁体直接在被隔对象上作用主动力来抑制被隔对象的振动。

具体实施例7：

图8是线圈供力的直接主动电磁振动抑制组合装置，其结构原理和驱动原理与具体 实施例4类似，但永磁体2固定在机架上，而电磁线圈4穿过永磁体2内部和电磁西区 南4以及机架1接触而不固定。电磁线圈4可以是多个小线圈拼接而成，也可是一个长 条形电磁线圈。永磁体2也可是多个小永磁体拼接而成或是整块永磁体。控制系统通过 外部电源给电磁线圈4通入交流电并调节交流电的幅值和频率，则电磁线圈4直接在被 隔对象上作用主动力来抑制被隔对象的振动。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改， 这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的 特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种半主动电磁振动抑制系统，其特征在于，包括机架、永磁体、电磁线圈、不导磁的轴、磁电传感器；

电磁线圈通过不导磁的轴固定在机架上，并在轴上自由滑动；

电磁线圈通入直流电后形成了通电螺线管，通电螺线管和永磁体之间总是斥力；

永磁体固定在机架，并和电磁线圈同轴，磁电传感器固定在机架上，并和电磁线圈相对；或者，电磁线圈固定在机架上，永磁体通过轴固定在机架上，并在轴上自由滑动。

2.根据权利要求1所述的半主动电磁振动抑制系统，其特征在于，所述永磁体的充磁方向是轴向，即和电磁线圈运动方向相同；

所述半主动电磁振动抑制系统采用对称的结构，对称的两边各布置着两个永磁体和一个电磁线圈，以抑制同一个方向的振动或者抑制两个方向的复合振动；

磁电传感器是一种自传感装置，包括感应线圈或者霍尔元件。

3.根据权利要求1所述的半主动电磁振动抑制系统，其特征在于，还包括贴在机架上的加速度传感器和控制系统；

加速度传感器检测被隔系统的振动加速度并反馈给控制系统；

控制系统调节电磁线圈的电流大小，储存并利用磁电传感器产生的电能；

磁电传感器利用电磁线圈运动时在磁电传感器中产生的电压来检测电磁线圈的运动情况，并将电压反馈给控制系统；或者，磁电传感器利用的是永磁体运动时在内部产生的电压来检测永磁体的运动情况。

4.一种半主动电磁振动抑制系统，其特征在于，包括机架、永磁体、电磁线圈、不导磁的轴；

电磁线圈通过不导磁的轴固定在机架上，并在轴上自由滑动；

电磁线圈通入直流电后形成了通电螺线管，通电螺线管和永磁体之间总是斥力；

永磁体固定在机架，并和电磁线圈同轴；

在永磁体和电磁线圈之间添加两个非导磁的弹性材料，在电磁线圈中通入的是交流电，线圈对机架产生主动力。

5.一种半主动电磁振动抑制系统，其特征在于，包括机架、永磁体、电磁线圈、不导磁的轴；

电磁线圈通过不导磁的轴固定在机架上，并在轴上自由滑动；

电磁线圈通入直流电后形成了通电螺线管，通电螺线管和永磁体之间总是斥力；

电磁线圈固定在机架上，永磁体通过轴固定在机架上，并在轴上自由滑动；或者，电磁线圈固定在机架上，永磁体通过轴固定在机架上，并在轴上自由滑动；

在永磁体和电磁线圈之间添加两个非导磁的弹性材料，在电磁线圈中通入的是交流电，线圈对机架产生主动力。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的半主动电磁振动抑制系统，其特征在于，多个电磁线圈固定在机架上，但每个电磁线圈都不置于永磁体的中央位置，通入交流电后形成通电螺线管，使得永磁体产生主动力。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的半主动电磁振动抑制系统，其特征在于，永磁体是整块长条形永磁体，或者是多个永磁按磁场方向连接而成的长条形；永磁体的位置不使得电磁线圈处于永磁体的中央位置。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的半主动电磁振动抑制系统，其特征在于，有加速度传感器固定在机架上，检测被隔对象的振动，并反馈给控制系统；外部电源给通电装置提供电能；控制系统控制电磁线圈的交流电大小和幅值。

9.一种主动电磁振动抑制系统，其特征在于，包括机架、永磁体、电磁线圈、不导磁的轴、磁电传感器；

电磁线圈通过不导磁的轴固定在机架上，并在轴上自由滑动；

电磁线圈通入直流电后形成了通电螺线管，通电螺线管和永磁体之间总是斥力；

永磁体固定在机架，并和电磁线圈同轴，磁电传感器固定在机架上；电磁线圈穿过永磁体内部，和机架接触而不固定；电磁线圈通入交流电后产生主动力。