CN111457052B - 一种自供能电磁减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自供能电磁减振装置，包括上端开口的底部支撑箱和顶板；支撑箱的底板和顶板的下表面分别固定有下压电部件和上压电部件，下压电部件上端和上压电部件下端分别对应固定有多个下电磁感应部件和上电磁感应部件，每个下电磁感应部件与上电磁感应部件之间对应设置有磁性件，下电磁感应部件与磁性件、上电磁感应部件与磁性件之间通过复位弹簧连接；支撑箱内装有粘性液体，磁性件淹没于粘性液体内；上压电部件和下压电部件的电输出端分别与对应储能部件相连，储能部件对对应的控制电路和逆变器供电。本发明实现了自供能和振动能量的消耗，减小了高铁列车高速运动过程中产生的振动能量，降低其噪声污染。

Description

一种自供能电磁减振装置

技术领域

本发明属于节能减振技术领域，尤其涉及一种自供能电磁减振装置。

背景技术

近年来，我国高铁技术的不断发展，在推动经济增长、方便人们的出行的同时，也给环境造成了不容小觑的影响。不同于一般铁路，高铁振动产生的噪声来源多、频域广、级别高，对建筑安全、居民健康、精密仪器等均有不利影响。高铁的运行过程将会带来土体水平和竖直方向的振动响应，从而影响建筑物稳定性、建筑内部精密仪器的可靠性。有研究表明，由高铁振动造成的噪声值高达92.8dB，超过城市噪声重度污染标准。因此，解决高铁减振降噪相关技术问题刻不容缓。而现有的电磁减振器响应速度较慢，工作条件较为苛刻，结构复杂不利于养护维修且大多需要外接电源，难以长期稳定工作。

发明内容

针对现有设计方法的不足，本发明的目的是提供一种自供能电磁减振装置。通过压电换能层、粘滞阻尼层和电磁消能层这三层耗能层的相互作用，实现了自供能的同时消耗振动能量，从而减小了高铁列车高速运动过程中产生的振动能量，进而降低其噪声污染。

一种自供能电磁减振装置，包括上端开口的底部支撑箱和顶板，所述支撑箱的上端与顶板之间具有一段压缩距离；所述支撑箱的内侧壁分别设置有竖直导轨，所述顶板下端设置有竖直滑条，所述竖直滑条沿竖直导轨上下移动；

所述支撑箱的底板和顶板的下表面分别固定有下压电部件和上压电部件，所述下压电部件上端和上压电部件下端分别对应固定有多个下电磁感应部件和上电磁感应部件，每个所述下电磁感应部件与上电磁感应部件之间对应设置有磁性件，所述下电磁感应部件与磁性件、上电磁感应部件与磁性件之间通过复位弹簧连接；所述支撑箱内装有粘性液体，所述磁性件淹没于粘性液体内；

所述上压电部件和下压电部件的电输出端分别与对应储能部件相连，所述储能部件对对应的逆变器和控制电路供电，所述控制电路控制流经下电磁感应部件或上电磁感应部件的电流。

进一步地，所述下压电部件和上压电部件分别为压电陶瓷。

进一步地，所述下电磁感应部件和上电磁感应部件分别由导杆和绕设于导杆上的螺线管组成，所述导杆的上端与上压电部件固定连接，所述螺线管通过导线与控制电路连接。

更进一步地，所述上电磁感应部件与所述下电磁感应部件内的螺线管上的电流方向相同。

更进一步地，多个上电磁感应部件之间通过螺旋状导线与对应储能部件串联。

进一步地，多个磁性件之间分别通过内连接板连接。

进一步地，靠近支撑箱侧壁的磁性件与支撑箱侧壁之间通过外连接板连接；所述外连接板的端部具有凸耳，所述支撑箱的内侧壁设置有竖直凹槽，所述凸耳沿竖直凹槽上下移动。

更进一步地，所述磁性件、内连接板和外连接板上分别开设有通孔。

进一步地，所述储能部件为储能电池或电容。

进一步地，所述竖直导轨和竖直凹槽错位布置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明通过上下对应设置的压电部件、电磁感应部件和磁性件，使支撑箱内形成压电换能层、粘滞阻尼层和电磁消能层；使得本发明装置能够实现自供能，同时，可以将振动产生的能量转换成电能，再通过电磁感应使磁性件与导杆间产生力的相互作用而消耗一部分能量，再通过粘性液体与磁性件的摩擦阻力消耗一部分能量，从而起到减振的作用。

(2)本发明装置的自供能式设计无需借助外力，主动减振，具有良好的适应性，利用压电陶瓷等装置的相互作用，无需外部供给，环保节能无污染。

附图说明

图1是本发明的一种自供能电磁减振装置的结构示意图；

图2是本发明一种实施例的自供能电路示意图。

以上图中，1支撑箱；101竖直导轨；102竖直滑条；2顶板；3下压电部件；4上压电部件；5下电磁感应部件；6上电磁感应部件；601导杆；602螺线管；7磁性件；8复位弹簧；9粘性液体；10储能部件；11控制电路；12逆变器；13内连接板；14外连接板；15通孔；16控制箱。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、操作流程、所实现目的和效果，给出以下实施例说明。

参考图1，一种自供能电磁减振装置，包括上端开口的底部支撑箱1和顶板2，所述支撑箱1的上端与顶板2之间具有一段压缩距离；所述支撑箱1的内侧壁分别设置有竖直导轨101，所述顶板2下端设置有竖直滑条102，所述竖直滑条102沿竖直导轨101上下移动；所述支撑箱1的底板和顶板2的下表面分别固定有下压电部件3和上压电部件4，所述下压电部件3上端和上压电部件4下端分别对应固定有多个下电磁感应部件5和上电磁感应部件6，每个所述下电磁感应部件5与上电磁感应部件6之间对应设置有磁性件7，所述下电磁感应部件5与磁性件7、上电磁感应部件6与磁性件7之间通过复位弹簧8连接；所述支撑箱1内装有粘性液体9，所述磁性件7淹没于粘性液体9内；

所述上压电部件4和下压电部件3的电输出端分别与对应储能部件10相连，所述储能部件10对对应的控制电路和逆变器12供电，所述控制电路控制流经下电磁感应部件5或上电磁感应部件6的电流。

以上实施例中，支撑箱1与上压电部件4、顶板2与下压电部件3通过钎焊、粘接或铆接的方式固定，支撑箱1和顶板2为钢材质；粘性液体9为粘滞性较大的非腐蚀性液体，如硅油、机油或液体石蜡等。支撑箱1的上端与顶板2之间具有一段压缩距离，使复位弹簧8有足够的空间进行伸长和压缩。将本发明装置安装于高铁轨道内，当有高铁列车在轨道附近经过时，产生强烈的高频振动，使本发明中的顶板2和支撑箱1发生变形，进而使上压电部件4和下压电部件3受到压力使上压电部件4或下压电部件3的上下表面产生相反电荷，该电荷移动至储能部件10内存储，即为其充电，相当于电源，如图2所示，在闭合回路中，电源放电时，通过控制电路控制通过螺线管602的电流大小，输出直流电，再通过逆变器12将直流电转变为交流电进入对应的多个上电磁感应部件6和下电磁感应部件5，使每个上电磁感应部件6和下电磁感应部件5附近均产生均匀磁场，而磁性件7(如永磁铁)在磁场力的作用下，在粘性液体9内上下往复运动，同时，粘性液体9在箱体内通过通孔15在磁性件7、内连接板13内流动，使动能转变为摩擦热能而消耗掉，也就是将最开始的振动能转变为热能加以消耗，实现了减振降噪的作用。

具体地，如图1所示，下电磁感应部件5和上电磁感应部件6分别由导杆601和绕设于导杆601上的螺线管602组成，所述导杆601的上端与上压电部件4固定连接，所述螺线管602通过导线与控制电路连接。上电磁感应部件6与下电磁感应部件5内的螺线管602上的电流方向均为逆时针方向，使得对应导杆601的上端为N极、下端为S极，而位于两个导杆601中间的磁性件7，上端为S极，下端为N极，再加上对应的控制电路对上电磁感应部件6和下电磁感应部件5的电流大小和供电时间点的控制，使下电磁感应部件5的磁场力强于上电磁感应部件6，以抵消上电磁部件、上压电部件4和顶板2的重力；而上电磁感应部件6与下电磁感应部件5的供电电流大小应为此消彼长的形式，即一方电流大时另一方电流小，以使磁性件7能够向受力大的方向移动。

如图1所示，本发明的储能部件10、控制电路、逆变器12可集成于一个控制箱16内，该控制箱16可安装于顶板2、支撑箱1或上压电部件4、下压电部件3上，通过导线实现控制箱16内、外电连接。

本发明装置初始状态时，复位弹簧8处于压缩状态，即在上电磁部件、上压电部件4和顶板2的重力作用下，竖直滑条102沿竖直导轨101向下移动使复位弹簧8压缩。

参考图1，根据本发明的一个实施例，本发明中的下压电部件3和上压电部件4分别为压电陶瓷，能够将微小的压力转变为电能，从而实现本发明的自供能，避免接入外界电源。

参考图1，根据本发明的一个实施例，多个上电磁感应部件6之间通过螺旋状导线与对应储能部件10串联。

以上实施例中，多个上电磁感应部件6之间通过螺旋状导线与对应储能部件10串联，螺旋状导线具有一定的伸缩性能，使得上电磁感应部件6上下移动过程中，避免出现导线的扯断现象，从而保证装置使用过程中电流传输的稳定性。

参考图1，根据本发明的一个实施例，多个磁性件7之间分别通过内连接板13连接，使多个磁性件7同步移动。

参考图1，根据本发明的一个实施例，靠近支撑箱1侧壁的磁性件7与支撑箱1侧壁之间通过外连接板14连接；所述外连接板14的端部具有凸耳，所述支撑箱1的内侧壁设置有竖直凹槽，所述凸耳沿竖直凹槽上下移动。

以上实施例中，外连接板14用于支撑磁性件7，使磁性件7在上下移动过程中更加稳定，不发生偏斜现象。外连接板14的前后两端分别有凸耳(类似于T形板)，凸耳插入竖直凹槽内，沿竖直凹槽上下移动，使磁性块只沿上下方向移动，使磁性块在频繁的上下移动过程中方向固定，且多个磁性件7之间不产生相互影响。

参考图1，根据本发明的一个实施例，所述磁性件7、内连接板13和外连接板14上分别开设有通孔15。

以上实施例中，磁性件7、内连接板13和外连接板14上分别开设有通孔15，能够增加粘性液体9与个部件的接触面积，从而提高耗能效率。

参考图2，根据本发明的一个实施例，所述储能部件10为储能电池或电容。

参考图1，根据本发明的一个实施例，所述竖直导轨101和竖直凹槽错位布置。

以上实施例中，竖直导轨101和竖直凹槽若设置于支撑箱1的同一侧壁时，需要将两者错位布设，避免相互干扰，例如，将竖直导轨101设置于侧壁的前后边缘，将竖直凹槽设于靠近中间位置。也可以将竖直导轨101和竖直凹槽设置于支撑箱1的不同侧壁。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种自供能电磁减振装置，其特征在于，包括上端开口的底部支撑箱和顶板，所述支撑箱的上端与顶板之间具有一段压缩距离；所述支撑箱的内侧壁分别设置有竖直导轨，所述顶板下端设置有竖直滑条，所述竖直滑条沿竖直导轨上下移动；

所述支撑箱的底板和顶板的下表面分别固定有下压电部件和上压电部件，所述下压电部件上端和上压电部件下端分别对应固定有多个下电磁感应部件和上电磁感应部件，每个所述下电磁感应部件与上电磁感应部件之间对应设置有磁性件，所述下电磁感应部件与磁性件、上电磁感应部件与磁性件之间通过复位弹簧连接；所述支撑箱内装有粘性液体，所述磁性件淹没于粘性液体内；

所述下电磁感应部件和上电磁感应部件分别由导杆和绕设于导杆上的螺线管组成，所述导杆的上端与上压电部件固定连接，所述螺线管通过导线与控制电路连接；

多个磁性件之间分别通过内连接板连接；靠近支撑箱侧壁的磁性件与支撑箱侧壁之间通过外连接板连接；所述外连接板的端部具有凸耳，所述支撑箱的内侧壁设置有竖直凹槽，所述凸耳沿竖直凹槽上下移动；

所述上压电部件和下压电部件的电输出端分别与对应储能部件相连，所述储能部件对对应的逆变器和控制电路供电，所述控制电路控制流经下电磁感应部件或上电磁感应部件的电流。

2.根据权利要求1所述的自供能电磁减振装置，其特征在于，所述下压电部件和上压电部件分别为压电陶瓷。

3.根据权利要求1所述的自供能电磁减振装置，其特征在于，所述上电磁感应部件与所述下电磁感应部件内的螺线管上的电流方向相同。

4.根据权利要求2所述的自供能电磁减振装置，其特征在于，多个上电磁感应部件之间通过螺旋状导线与对应储能部件串联。

5.根据权利要求1所述的自供能电磁减振装置，其特征在于，所述磁性件、内连接板和外连接板上分别开设有通孔。

6.根据权利要求1所述的自供能电磁减振装置，其特征在于，所述储能部件为储能电池或电容。

7.根据权利要求1所述的自供能电磁减振装置，其特征在于，所述竖直导轨和竖直凹槽错位布置。

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