CN108316989B - 一种摩托车用噪声压电发电自供能的磁流变消音器 - Google Patents

一种摩托车用噪声压电发电自供能的磁流变消音器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种摩托车消音器，具体涉及一种摩托车用噪声压电发电自供能的磁流变消音器。包括中空的筒体，沿筒体轴线两端分别设有进气管和出气管；筒体包括外壳和固定体，固定体上开有若干圆柱孔，圆柱孔内设有磁锥；磁锥由圆柱形永磁体和被磁化后覆盖在永磁体上的圆锥形磁流变液一组成；筒体内由左隔板和右隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体；第二腔体内设有阻尼单元，第一腔体内曲轴上套设有风扇叶片，风扇叶片由圆环形的压电晶片和金属基板粘接而成。优势与特色：利用磁锥声阻抗梯度的连续变化和风扇叶片动态主动吸声，将声能化为热能，实现声阻抗的自我调节。

Description

一种摩托车用噪声压电发电自供能的磁流变消音器
技术领域
本发明涉及一种摩托车消音器，具体涉及一种摩托车用噪声压电发电自供能的磁流变消音器。
背景技术
随着工业化程度的提高，噪声危害程度日益扩大，摩托车噪声成为当前城市环境噪声中主要的噪声源之一，而排气噪声是摩托车的主要噪声源。现有摩托车排气消音器主要存在以下问题：1.消音效果不够理想。因为排气道中主要存在800HZ以下的中低频噪声和2000HZ左右的高频噪声，而现有的消音器主要根据抗、喷、阻复合消声原理所研制，对低频噪声消声效果较差；2.使用寿命短。废气在排气道中高速流动，消音材料受到高速排出的废气气压而加速老化。
利用吸声材料或吸声结构来降低噪声的方法称为吸声降噪，吸声降噪是噪声控制中很重要的一个手段。吸声材料和吸声结构的种类很多，一般可分为单层吸声材料和多层吸声材料，它们都是被动吸声；而有别于被动吸声的主动吸声方法是从噪声传播途径上和受声体进行控制，它的控制目标是使入射声波的反射系数很小或接近于零，形成“黑洞”现象，使得吸声系数达到最大，从而达到吸声降噪的目的。与传统的吸声技术相比，主动吸声技术可使吸声系数根据外界噪声的变化而变化，实现噪声的主动控制。
发明内容
针对现有摩托车消音器存在的问题，本发明采用的实施方案是：一种摩托车用噪声压电发电自供能的磁流变消音器，包括中空的筒体，沿筒体一端偏离轴线的位置设有进气管，沿筒体另一端轴线的位置设有出气管；筒体包括外壳和固定体，固定体上开有若干圆柱孔，圆柱孔内设有磁锥；磁锥由圆柱形永磁体和被磁化后覆盖在永磁体上的圆锥形磁流变液一组成；筒体内由左隔板和右隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，进气管与第一腔体相通，出气管与第三腔体相通；左隔板和右隔板通过螺钉固定在筒体上，左隔板和右隔板上均布地设有左流通孔和右流通孔；第二腔体内设有阻尼单元，阻尼单元包括带有内腔室的壳体、设置在内腔室的缸体座和缸体、设置在缸体内的磁流变液、固设在缸体端部的缸盖，壳体、缸体座、缸体固定为一体；所述壳体包括与筒体同轴的均为圆环形的左圆盘、右圆盘和设置在左圆盘与右圆盘之间中间盘，左圆盘和右圆盘通过螺钉分别与左隔板和右隔板固定连接，由左圆盘、右圆盘和中间盘围成内腔室，内腔室内设有圆环形的缸体座，缸体座上开有至少两个设置缸体的放置孔；左圆盘的圆心开有左通孔，右圆盘的圆心开有右通孔，右通孔为台阶孔，左隔板的圆心开有中心孔，中心孔和右通孔内均设有支撑曲轴的轴承；曲轴通过推杆与缸体的活塞相连，曲轴右侧设有顶住右圆盘内轴承内环的右凸台，右通孔的台阶顶住右圆盘内轴承外环；曲轴左侧设有顶住左隔板内轴承内环的左凸台，左隔板内轴承外环由轴承端盖定位；缸体的活塞上开有若干便于磁流变液流动的流液孔，活塞内设有使磁流变液状态改变的线圈，活塞上的流液孔内壁设有螺旋线槽，活塞的正面和背面均开有与流液孔相接喇叭状的导流部，每个导流部均和相邻的导流部相切；曲轴左端伸入到第一腔体内，曲轴的细轴上套设有风扇叶片，风扇叶片由圆环形的压电晶片和金属基板粘接而成。
本发明中，为提高风扇叶片的吸音降噪能力和可靠性，风扇叶片套设在细轴上，并与轴向成一定的倾斜角β(类似电风扇叶片倾斜角)，风扇叶片倾斜角为β＝110°，风扇叶片为弯曲的彩虹型结构，压电晶片的曲率半径小于金属基板的曲率半径，压电晶片为0.15～0.3mm的PZT4，金属基板为铍青铜，金属基板与压电晶片的厚度之比为1～2.5，此时风扇叶片的吸音降噪能力较强。
气流进入第一腔体吹到风扇叶片时，气流中声波的振动使压电晶片所受的应力交替增加和减小的过程即将声能转换成电能，压电晶片所生成的电能全部经导线传输到能量转换与存储电路为线圈供电；同时，气体动压力驱动风扇叶片旋转，带动曲轴旋转，线圈通电，磁流变液二变为类固体，活塞运动阻尼力增大，从而将风能转换为机械能；在线圈断电后，磁流变液二变为牛顿流体，磁流变液二可以自由通过流液孔，活塞在缸体内自由运动。由压电晶片的正压电效应可知，压电晶片在压力作用下产生的电荷量与压力大小成正比，因此，施加到线圈上的电流大小受压电晶片产生的电荷值控制，线圈中电流的改变可引起磁场大小的改变，磁场的改变使得磁流变液二的力学性能改变，即活塞的阻尼力发生改变，通过自动调整活塞的阻尼力调整曲轴的转速不仅可以调整耗能大小，还可控制因风扇叶片旋转而带来的气流再生噪声大小。
磁锥X是根据逐渐过渡原理，使磁流变液一在永磁体上被永磁体磁化成圆锥形，利用声阻抗的逐渐变化，从尖端到底部，声阻抗是从空气的特性阻抗逐步过渡到磁流变液一的阻抗，从而形成梯度阻抗；由于磁锥阻抗连续变化，声波在磁锥内发生多次反射和能量耗散，有效的提高了磁锥的吸声特性。
优势与特色：1)利用磁锥声阻抗梯度的连续变化和风扇叶片动态主动吸声，将声能化为热能，实现声阻抗的自我调节；2)利用风扇叶片将气流的动能转变成机械能，降低各种频带的声功率，吸声频带宽。
附图说明
图1为本发明一个较佳实施例中一种摩托车用噪声压电发电自供能的磁流变消音器工作状态的结构示意图；
图2是图1的A-A阶梯剖视图；
图3为本发明一个较佳实施例中风扇叶片与曲轴装配结构示意图；
图4为本发明一个较佳实施例中一种摩托车用噪声压电发电自供能的磁流变消音器中活塞的局部放大结构示意图；
图5本发明一个较佳实施例中磁锥的吸声系数与频率关系曲线。
具体实施方式
一种摩托车用噪声压电发电自供能的磁流变消音器，包括中空的筒体V，沿筒体V一端偏离轴线的位置设有进气管a，沿筒体V另一端轴线的位置设有出气管p；筒体V包括外壳b和固定体c，固定体c上开有若干圆柱孔，圆柱孔内设有磁锥X；磁锥X由圆柱形永磁体d和被磁化后覆盖在永磁体d上的圆锥形磁流变液一h1组成；筒体V内由左隔板g和右隔板m沿垂直筒体V轴线方向将筒体V分隔为第一腔体A、第二腔体B和第三腔体C，进气管a与第一腔体A相通，出气管p与第三腔体C相通；左隔板g和右隔板m通过螺钉固定在筒体V上，左隔板g和右隔板m上均布地设有左流通孔g1和右流通孔m1；第二腔体B内设有阻尼单元Y，阻尼单元Y包括带有内腔室w的壳体、设置在内腔室w的缸体座f和缸体n、设置在缸体n内的磁流变液h2、固设在缸体n端部的缸盖u，壳体、缸体座f、缸体n固定为一体；所述壳体包括与筒体V同轴的均为圆环形的左圆盘r、右圆盘q和设置在左圆盘r与右圆盘q之间中间盘i，左圆盘r和右圆盘q通过螺钉分别与左隔板g和右隔板m固定连接，由左圆盘r、右圆盘q和中间盘i围成内腔室w，内腔室w内设有圆环形的缸体座f，缸体座f上开有至少两个设置缸体n的放置孔f1；左圆盘r的圆心开有左通孔r1，右圆盘q的圆心开有右通孔q1，右通孔q1为台阶孔，左隔板g的圆心开有中心孔g2，中心孔g2和右通孔q1内均设有支撑曲轴t的轴承v；曲轴t通过推杆s与缸体n的活塞k相连，曲轴t右侧设有顶住右圆盘q内轴承v内环的右凸台t3，右通孔q1的台阶顶住右圆盘q内轴承v外环；曲轴t左侧设有顶住左隔板g内轴承v内环的左凸台t2，左隔板g内轴承v外环由轴承端盖定位；缸体n的活塞k上开有若干便于磁流变液h2流动的流液孔k1，活塞k内设有使磁流变液h2状态改变的线圈j，活塞k上的流液孔k1内壁设有螺旋线槽，活塞k的正面和背面均开有与流液孔k1相接喇叭状的导流部k2，每个导流部k2均和相邻的导流部k2相切；曲轴t左端伸入到第一腔体A内，曲轴t的细轴t1上套设有风扇叶片E，风扇叶片E由圆环形的压电晶片e1和金属基板e2粘接而成。
本发明中，为提高风扇叶片E的吸音降噪能力和可靠性，风扇叶片E套设在细轴t1上，并与轴向成一定的倾斜角β(类似电风扇叶片倾斜角)，风扇叶片E倾斜角为β＝110°，风扇叶片E为弯曲的彩虹型结构，压电晶片e1的曲率半径小于金属基板e2的曲率半径，压电晶片e1为0.15～0.3mm的PZT4，金属基板e2为铍青铜，金属基板e2与压电晶片e1的厚度之比为1～2.5，此时风扇叶片E的吸音降噪能力较强。
气流进入第一腔体吹到风扇叶片E时，气流中声波的振动使压电晶片e1所受的应力交替增加和减小的过程即将声能转换成电能，压电晶片e1所生成的电能全部经导线传输到能量转换与存储电路为线圈j供电；同时，气体动压力驱动风扇叶片E旋转，带动曲轴t旋转，线圈j通电，磁流变液二h2变为类固体，活塞k运动阻尼力增大，从而将风能转换为机械能；在线圈j断电后，磁流变液二h2变为牛顿流体，磁流变液二h2可以自由通过流液孔k1，活塞k在缸体n内自由运动。由压电晶片e1的正压电效应可知，压电晶片e1在压力作用下产生的电荷量与压力大小成正比，因此，施加到线圈j上的电流大小受压电晶片e1产生的电荷值控制，线圈j中电流的改变可引起磁场大小的改变，磁场的改变使得磁流变液二h2的力学性能改变，即活塞k的阻尼力发生改变，通过自动调整活塞k的阻尼力调整曲轴t的转速不仅可以调整耗能大小，还可控制因风扇叶片E旋转而带来的气流再生噪声大小。
磁锥X是根据逐渐过渡原理，使磁流变液一h1在永磁体d上被永磁体d磁化成圆锥形，利用声阻抗的逐渐变化，从尖端到底部，声阻抗是从空气的特性阻抗逐步过渡到磁流变液一h1的阻抗，从而形成梯度阻抗；由于磁锥X阻抗连续变化，声波在磁锥X内发生多次反射和能量耗散，有效的提高了磁锥X的吸声特性。

Claims (1)

1.一种摩托车用噪声压电发电自供能的磁流变消音器，包括中空的筒体，沿筒体一端偏离轴线的位置设有进气管，沿筒体另一端轴线的位置设有出气管；筒体包括外壳和固定体，固定体上开有若干圆柱孔，圆柱孔内设有磁锥；磁锥由圆柱形永磁体和被磁化后覆盖在永磁体上的圆锥形磁流变液一组成；筒体内由左隔板和右隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，进气管与第一腔体相通，出气管与第三腔体相通；左隔板和右隔板通过螺钉固定在筒体上，左隔板和右隔板上均布地设有左流通孔和右流通孔；第二腔体内设有阻尼单元，阻尼单元包括带有内腔室的壳体、设置在内腔室的缸体座和缸体、设置在缸体内的磁流变液、固设在缸体端部的缸盖，壳体、缸体座、缸体固定为一体；所述壳体包括与筒体同轴的均为圆环形的左圆盘、右圆盘和设置在左圆盘与右圆盘之间中间盘，左圆盘和右圆盘通过螺钉分别与左隔板和右隔板固定连接，由左圆盘、右圆盘和中间盘围成内腔室，内腔室内设有圆环形的缸体座，缸体座上开有至少两个设置缸体的放置孔；左圆盘的圆心开有左通孔，右圆盘的圆心开有右通孔，右通孔为台阶孔，左隔板的圆心开有中心孔，中心孔和右通孔内均设有支撑曲轴的轴承；曲轴通过推杆与缸体的活塞相连，曲轴右侧设有顶住右圆盘内轴承内环的右凸台，右通孔的台阶顶住右圆盘内轴承外环；曲轴左侧设有顶住左隔板内轴承内环的左凸台，左隔板内轴承外环由轴承端盖定位；缸体的活塞上开有若干便于磁流变液流动的流液孔，活塞内设有使磁流变液状态改变的线圈，活塞上的流液孔内壁设有螺旋线槽，活塞的正面和背面均开有与流液孔相接喇叭状的导流部，每个导流部均和相邻的导流部相切；曲轴左端伸入到第一腔体内，曲轴的细轴上套设有风扇叶片，风扇叶片由圆环形的压电晶片和金属基板粘接而成；风扇叶片套设在细轴上，并与轴向成一定的倾斜角β风扇叶片倾斜角为β＝110°，风扇叶片为弯曲的彩虹型结构，压电晶片的曲率半径小于金属基板的曲率半径，压电晶片为0.15～0.3mm的PZT4，金属基板为铍青铜，金属基板与压电晶片的厚度之比为1～2.5，此时风扇叶片的吸音降噪能力较强。
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Date Code Title Description
PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Meng Guolian

Inventor after: Wang Hongyun

Inventor after: Bi Cheng

Inventor after: Zhao Shuang

Inventor after: Gao Chunfu

Inventor after: Hu Yongju

Inventor before: Wang Hongyun

Inventor before: Bi Cheng

Inventor before: Zhao Shuang

Inventor before: Meng Guolian

Inventor before: Gao Chunfu

Inventor before: Hu Yongju

GR01 Patent grant
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