CN110332276B - 变惯容变阻尼减振器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变惯容变阻尼减振器，包括变惯容组件和变阻尼组件；变惯容组件包括转动轴、设置于转动轴端部的惯容套筒、垂直于转动轴轴向方向并设置于惯容套筒内的惯容活塞杆以及与惯容活塞杆轴向垂直并设置于惯容活塞杆端部的惯容支杆；惯容支杆端部连接设置有惯容质量块，变惯容组件还包括用于调节惯容支杆与转动轴之间角度大小的角度调节装置；变阻尼组件包括外缸筒、左端盖、右端盖、设置于安装腔体内的左侧盘和右侧盘、设置于安装腔体内的阻尼励磁线圈以及灌装于腔体内的磁流变液；本技术方案的变惯容变阻尼减振器结合半主动磁流变液技术和主动控制技术，实现无级变惯容和变阻尼的调节，提升减振效果。

Description

变惯容变阻尼减振器
技术领域
本发明涉及减振器领域，具体涉及一种变惯容变阻尼减振器。
背景技术
随着技术的进步，惯容装置已逐步应用到了减/隔振领域，如车辆悬架、座椅悬架、火车悬架、建筑物隔振及动力系统等。但传统的被动式惯容装置不能满足不同工况的需求，有必要研究变惯容装置。但理想惯容装置自身并不耗能，为了保证能量及时耗散，变惯容装置有必要设置有阻尼单元，而不同工况对惯容和阻尼的匹配需求不同，需要设置有变阻尼单元。考虑到磁流变液器件的低耗能性、快速响应特性以及较高的屈服应力，采用磁流变液技术可以降低主动变阻尼的能耗，因此研究基于磁流变技术的变惯容变阻尼减振器对改善不同工况的减/隔振效果十分重要，但这方面的研究尚少，提出新型的变惯容变阻尼减振器显得十分重要。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种变惯容变阻尼减振器，通过驱动电机调节惯容质量块的在减振器中的位置，调节减振器旋转元件的质心位置，改变减振器的转动惯量来调节惯容系数，并通过控制驱动电机和惯容励磁线圈上的电流，调节惯容活塞杆所受扭矩来保持惯容质量块在工作时的位置；通过导磁环和非导磁环的布局使得磁场在变阻尼组件上合理分布，提高磁场利用率，增加有效工作面积。
一种变惯容变阻尼减振器，包括变惯容组件和变阻尼组件；所述变惯容组件包括转动轴、设置于转动轴端部的惯容套筒、垂直于转动轴轴向方向并设于惯容套筒内的惯容活塞杆以及与惯容活塞杆轴向垂直并设置于惯容活塞杆端部的惯容支杆；所述惯容支杆端部连接设置有惯容质量块，所述变惯容组件还包括用于调节惯容支杆与转动轴之间角度大小的角度调节装置；所述变阻尼组件包括外缸筒、设置于外缸筒左端的左端盖、设置于外缸筒右端并与左端盖和外缸筒形成安装腔体的右端盖、设置于安装腔体内的左侧盘和右侧盘、设置于安装腔体内的阻尼励磁线圈以及灌装于腔体内的磁流变液。
进一步，所述角度调节装置包括设置于惯容活塞杆端部用于驱动惯容活塞杆转动的驱动电机、设置于惯容套筒和惯容活塞杆之间的磁流变液以及设置于惯容套筒内的惯容励磁线圈。
进一步，所述惯容活塞杆与惯容套筒转动连接设置，所述惯容套筒内壁设置有用于安装惯容励磁线圈的安装槽。
进一步，所述转动轴穿过左、右端盖圆心处并与两个端盖同轴设置，所述左侧盘和右侧盘均与转动轴固定连接设置且左、右侧盘与外缸筒内壁之间形成有间隙，所述间隙充满磁流变液。
进一步，所述外缸筒沿安装腔体径向方向向内凸起形成有圆盘状的阻尼励磁线圈安装盘，所述阻尼励磁线圈安装盘内设置有用于安装阻尼励磁线圈的线圈容纳腔。
进一步，所述左侧盘与右侧盘为一组相对于阻尼励磁线圈安装盘对称布置的侧盘组，所述侧盘组至少为一组。
进一步，所述侧盘和端盖均由多个与转动轴同轴设置的导磁环和隔磁环连接组成。
进一步，所述转动轴与端盖间、惯容活塞杆与惯容套筒之间均设置有密封装置；所述转动轴与右端盖之间设置有导电滑环。
进一步，所述外缸筒上设置有导线孔，所述阻尼励磁线圈连接第一导线组且第一导线组通过导线孔与外部电源电连接；所述驱动电机连接第二导线组且第二导线组通过导电滑环引出与外部电源电连接，所述第二导线组还与惯容励磁线圈连接。
本发明的有益效果是：本发明提供一种变惯容变阻尼减振器，通过驱动电机调节惯容质量块的在减振器中的位置，调节减振器旋转元件的质心位置，改变减振器的转动惯量来调节惯容系数，并通过控制驱动电机和惯容励磁线圈上的电流，调节惯容活塞杆所受扭矩来保持惯容质量块在工作时的位置；通过导磁环和非导磁环的合理布局优化磁路走向，可以使得磁场在变阻尼组件上合理分布，增加有效工作面积，提高磁场利用率。通过控制施加到阻尼励磁线圈上的电流的大小，实现变阻尼组件的扭矩可控变化，通过变惯容以及变阻尼的同时配合，实现减振器的调节功能，以满足减/隔振场合不同工况的需求。若应用于扭转或旋转式减/隔振场合，则将外缸筒固定，转动轴转动；若应用于直线式减/隔振场合，则转动轴需要通过运动转换装置与设备中运动件连接，运动转换装置根据情况选择滚珠丝杠副、齿轮齿条副等。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明变惯容组件的右视图；
图3为本发明磁感线示意图。
附图标记
左端盖1；左侧盘2；外缸筒3；第一导线组4；右端盖5；右侧盘6；阻尼励磁线圈7；惯容套筒8；惯容活塞杆9；惯容支杆10；惯容质量块11；磁流变液通道12；隔磁环13；密封环14；转动轴15；驱动电机16；惯容励磁线圈17；环形容纳槽18；导电滑环19；第二导线组20；阻尼励磁线圈安装盘21。
具体实施方式
图1为本发明整体结构示意图，图2为本发明变惯容组件的右视图(即图1为正视图，图2为未画出变阻尼组件的右视图)，图3为本发明磁感线示意图，如图所示，一种变惯容变阻尼减振器，包括变惯容组件和变阻尼组件；所述变惯容组件包括转动轴15、设置于转动轴15端部的惯容套筒8(优选的转动轴15与惯容套筒8相互垂直设置，方便与其余部件的安装)、垂直于传动轴15轴向方向并设穿设于惯容套筒内的惯容活塞杆9以及与惯容活塞杆9轴向垂直并设置于惯容活塞杆9端部的惯容支杆10；所述惯容支杆10端部连接设置有惯容质量块11，所述变惯容组件还包括用于调节惯容支杆10与转动轴15之间角度大小的角度调节装置；所述变阻尼组件包括外缸筒3、设置于外缸筒3左端的左端盖1、设置于外缸筒右端并与左端盖1和外缸筒3形成安装腔体的右端盖5、设置于安装腔体内的左侧盘2和右侧盘6、设置于安装腔体内的阻尼励磁线圈7以及设置于安装腔体内的磁流变液；本技术方案中，改变减振器的转动惯量来调节惯容系数；通过导磁环和非导磁环的合理布局优化磁路走向，可以使得磁场在变阻尼组件上合理分布，增加有效工作面积，提高磁场利用率。通过驱动电机16(驱动电机即市面上普通的小型电机)调节惯容质量块11的在减振器中的位置，调节减振器旋转元件的质心位置，改变减振器的转动惯量来调节惯容系数，并通过控制驱动电机16和惯容励磁线圈17，调节惯容活塞杆9所受扭矩来保持惯容质量块11在工作时的位置；通过控制阻尼励磁线圈7电流的大小，实现变阻尼组件的扭矩可控变化，通过变惯容以及变阻尼的同时配合，实现减振器的调节功能，以满足减/隔振场合不同工况的需求。若应用于扭转或旋转式减/隔振场合，则将外缸筒固定，转动轴15转动；若应用于直线式减/隔振场合，则转动轴15需要通过运动转换装置与设备中运动件连接，运动转换装置根据情况选择滚珠丝杠副、齿轮齿条副等。
本实施例中，所述角度调节装置包括设置于惯容活塞杆9端部驱动惯容活塞杆9转动的驱动电机16、设置于惯容套筒8和惯容活塞杆9之间的磁流变液以及设置于惯容套筒8内的惯容励磁线圈17；驱动电机16的输出端与惯容活塞杆9同轴连接设置，驱动电机16驱动活塞杆9转动，活塞杆9与惯容支杆10固定连接，惯容支杆10端部与惯容质量块11固定连接，通过驱动电机16调节惯容质量块11在减振器中的位置，使得惯容支杆10与转动轴15之间的夹角得到调节，调节减振器旋转元件的质心位置，进而改变减振器的转动惯量达到调节惯容系数。
本实施例中，所述惯容活塞杆9与惯容套筒8转动配合设置，所述惯容套筒8内壁设置有用于安装惯容励磁线圈17的安装槽；为了避免电机频繁制动对电机造成损坏，提高可靠性，当驱动电机16将惯容质量块11调节到所需位置后，电机轴处于自由状态，同时施加相应电流给惯容励磁线圈17，调节惯容活塞8和惯容套筒间隙中的磁流变液特性，使惯容套筒8和惯容活塞杆9保持同步运动，从而通过半主动与主动结合的方式，保证在运动过程中，惯容调节质量块保持在所需位置，采用磁流变液的调节方式，使得整个调节过程反应速度，调节控制精准。
本实施例中，所述转动轴15穿过左、右端盖圆心处并与两个端盖同轴设置，所述左侧盘2和右侧盘6均与转动轴15固定连接设置且左、右侧盘与外缸筒内壁之间形成有间隙，所述间隙充满磁流变液；转动轴15转动带动左侧盘2和右侧盘6进行转动。
本实施例中，所述外缸筒3沿安装腔体径向方向向内凸起形成有圆盘状的阻尼励磁线圈安装盘21，所述阻尼励磁线圈安装盘21内设置有用于安装阻尼励磁线圈7的线圈容纳腔，阻尼励磁线圈安装盘21与外缸筒3固定连接设置(可通过螺钉连接并在连接处设置密封圈或者其他连接方式均可)，外缸筒3上设置有用于安装第一导线4的孔，通过外缸筒上的孔使得阻尼励磁线圈7与外部进行电连接。
本实施例中，所述左侧盘2与右侧盘6为一组相对于阻尼励磁线圈安装盘21对称布置的侧盘组，所述侧盘组至少为一组，当然可以根据实际使用需求相对于阻尼励磁线圈安装盘21多设置几组对称布置的侧盘，延伸磁流变液通道12，增加工作面积，提高扭矩输出。
本实施例中，所述侧盘和端盖均由多个与转动轴15同轴设置的导磁环和隔磁环13连接组成，即如图1中所示，盘状结构的侧盘和端盖分别由环状结构的导磁环和隔磁环13连接组成一个整体，通过隔磁环13的设置，改善磁路走向，增加有效工作面积，提高磁场利用率，导磁环和隔磁环13分别由软磁材料和非导磁材料加工而成，外缸筒3采用非导磁材料制成，软磁材料有较大的磁导率并允许磁感线穿过导磁环，如电磁纯铁等；非导磁材料不能被磁化，会阻碍磁感线穿过隔磁环，如304不锈钢及聚四氟乙烯等。
本实施例中，所述转动轴15与两个端盖间、惯容活塞杆9与惯容套筒之间均设置有密封装置如密封环14，所述转动轴15与右端盖5之间设置有导电滑环19，当然转动件之间还设置有配合使用的轴承结构(图纸中未画出)，采用密封环或者油封结构对间隙进行密封，确保内部的磁流变液不会溢出，提升设备的密封性能以及使用寿命。
本实施例中，所述外缸筒3上设置有导线孔，所述阻尼励磁线圈7连接第一导线组4且第一导线组4通过导线孔与外部电源电连接，第一导线组4与阻尼励磁线圈7的接线头连接且第一导线组4与外部电源接通；所述驱动电机16连接第二导线组20且第二导线组20通过导电滑环19引出与外部电源电连接，第二导线组20内还与惯容励磁线圈17连接，惯容励磁线圈17也通过第二导线组20经导电滑环19引出与外部电源连接。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种变惯容变阻尼减振器，其特征在于：包括变惯容组件和变阻尼组件；所述变惯容组件包括转动轴、设置于转动轴端部的惯容套筒、垂直于转动轴轴向方向并设于惯容套筒内的惯容活塞杆以及与惯容活塞杆轴向垂直并设置于惯容活塞杆端部的惯容支杆；所述惯容支杆端部连接设置有惯容质量块，所述变惯容组件还包括用于调节惯容支杆与转动轴之间角度大小的角度调节装置；所述变阻尼组件包括外缸筒、设置于外缸筒左端的左端盖、设置于外缸筒右端并与左端盖和外缸筒形成安装腔体的右端盖、设置于安装腔体内的左侧盘和右侧盘、设置于安装腔体内的阻尼励磁线圈以及灌装于腔体内的磁流变液；所述角度调节装置包括设置于惯容活塞杆端部用于驱动惯容活塞杆转动的驱动电机、设置于惯容套筒和惯容活塞杆之间的磁流变液以及设置于惯容套筒内的惯容励磁线圈；所述惯容活塞杆与惯容套筒转动连接设置，所述惯容套筒内壁设置有用于安装惯容励磁线圈的安装槽；所述转动轴穿过左、右端盖圆心处并与两个端盖同轴设置，所述左侧盘和右侧盘均与转动轴固定连接设置且左、右侧盘与外缸筒内壁之间形成有间隙，所述间隙充满磁流变液；所述侧盘和端盖均由多个与转动轴同轴设置的导磁环和隔磁环连接组成。
2.根据权利要求1所述的变惯容变阻尼减振器，其特征在于：所述外缸筒沿安装腔体径向方向向内凸起形成有圆盘状的阻尼励磁线圈安装盘，所述阻尼励磁线圈安装盘内设置有用于安装阻尼励磁线圈的线圈容纳腔。
3.根据权利要求2所述的变惯容变阻尼减振器，其特征在于：所述左侧盘与右侧盘为一组相对于阻尼励磁线圈安装盘对称布置的侧盘组，所述侧盘组至少为一组。
4.根据权利要求3所述的变惯容变阻尼减振器，其特征在于：所述转动轴与端盖间、惯容活塞杆与惯容套筒之间均设置有密封装置；所述转动轴与右端盖之间设置有导电滑环。
5.根据权利要求4所述的变惯容变阻尼减振器，其特征在于：所述外缸筒上设置有导线孔，所述阻尼励磁线圈连接第一导线组且第一导线组通过导线孔与外部电源电连接；所述驱动电机连接第二导线组且第二导线组通过导电滑环引出与外部电源电连接，所述第二导线组还与惯容励磁线圈连接。
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