CN112377567A - 自供能组合式隔振装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种自供能组合式隔振装置，包括被动式隔振器、主动式隔振器、蓄电池、电能分析模块和至少一个压电体，压电体连接于被动式隔振器的弹性元件，以随弹性元件的形变而形变；压电体的电能输出端电连接于蓄电池的充电端和电能分析模块的输入端，蓄电池的供电端以及电能分析模块的输出端均电连接于主动式隔振器的控制器；电能分析模块用于获取输入的电能的电特性并输出相应的振动特性信号。该自供能组合式隔振装置具有主被动相结合的隔振效果，显著提高了振动的隔离效果，同时利用被动式隔振器的形变产生的电能作为主动式隔振器的能量来源，简化了主动式隔振器的供电系统。

Description

自供能组合式隔振装置

技术领域

本发明涉及隔振设备技术领域，尤其涉及一种自供能组合式隔振装置。

背景技术

船用动力系统包含大量的旋转机械设备，例如水泵、发电机、汽轮机、柴油机等，各旋转机械设备在运行过程中必然会出现明显振动，而机械振动是导致动力系统运行不稳定、影响舱室舒适性的重要问题。通常在旋转机械设备与基座之间安装隔振器，以减弱机械设备振动能量向船舶甲板上的传播。

现在常用的减振措施是采用橡胶或者弹簧等被动式隔振器。被动隔振是一种无外加能源的隔振技术，其优点是结构简单、易于实现、经济性好，不消耗附加能量，具有普遍适用性。但是被动隔振技术的抑制能力有限，缺乏跟踪和调节能力，其隔振效果难以满足高效减振要求。因而目前开发出主动式隔振器，主动隔振技术是一种“以动治动”的隔振技术，需要外接能源，通过调节主动隔振器的振动与设备振动相抵消，从而达到隔振的目的。与被动隔振技术相比，主动隔振技术具有更大的灵活性和适应性，减振效果更好，但是由于需要外接能源，考虑到实际船舶减振应用时需要使用数十甚至上百个主动隔振器，因而其供电系统、电线布设和控制系统都非常复杂，这也使得主动隔振器无法大规模使用。因此，如何提升被动式隔振器的减振效果，简化主动式隔振器的供能系统，将两者的优势相结合是目前船用减振领域的重要问题。

发明内容

本发明实施例提供一种自供能组合式隔振装置，用以解决现有技术中的被动式隔振器效果不佳、主动式隔振器供能系统复杂的问题，提高减振装置的整体减振效果。

本发明实施例提供一种自供能组合式隔振装置，包括被动式隔振器、主动式隔振器、蓄电池、电能分析模块和至少一个压电体，所述压电体连接于所述被动式隔振器的弹性元件，以随所述弹性元件的形变而形变；所述压电体的电能输出端电连接于所述蓄电池的充电端和所述电能分析模块的输入端，所述蓄电池的供电端以及所述电能分析模块的输出端均电连接于所述主动式隔振器的控制器；所述电能分析模块用于获取输入的电能的电特性并输出相应的振动特性信号。

根据本发明一个实施例的自供能组合式隔振装置，还包括电能聚集板，所述压电体的数量为多个，多个所述压电体的电能输出端电连接于所述电能聚集板的输入端，所述电能聚集板的输出端电连接于所述蓄电池的充电端和所述电能分析模块的输入端。

根据本发明一个实施例的自供能组合式隔振装置，所述压电体背离所述电能聚集板的一端还连接有韧性金属片，所述韧性金属片连接于所述弹性元件，以随所述弹性元件的形变而形变。

根据本发明一个实施例的自供能组合式隔振装置，所述韧性金属片的长度大于所述压电体的长度。

根据本发明一个实施例的自供能组合式隔振装置，所述弹性元件为实心的橡胶隔振本体，所述压电体、所述电能聚集板和所述韧性金属片均嵌设于所述橡胶隔振本体内。

根据本发明一个实施例的自供能组合式隔振装置，所述电能聚集板设置于所述橡胶隔振本体的中下部，多个所述压电体关于所述电能聚集板的中心呈X形分布。

根据本发明一个实施例的自供能组合式隔振装置，所述弹性元件为弹簧隔振本体，所述压电体和所述电能聚集板位于所述弹簧隔振本体的外侧，所述韧性金属片固接于所述弹簧隔振本体的螺旋圈。

根据本发明一个实施例的自供能组合式隔振装置，所述主动式隔振器还包括活动组件、弹簧和线圈绕组，所述活动组件的顶部用于连接振动设备，所述活动组件的底部连接于所述弹簧，所述线圈绕组绕设于所述活动组件的外周；所述线圈绕组电连接于所述控制器，以形成磁场驱动所述活动组件上下振动。

根据本发明一个实施例的自供能组合式隔振装置，所述被动式隔振器的顶部用于连接振动设备，所述被动式隔振器的底部连接于所述主动式隔振器的顶部。

根据本发明一个实施例的自供能组合式隔振装置，所述被动式隔振器和所述主动式隔振器并列设置，所述被动式隔振器的顶部和所述主动式隔振器的顶部均用于连接振动设备。

本发明实施例提供的自供能组合式隔振装置，将主动式隔振器和被动式隔振器集成起来，通过在被动式隔振器上设置压电体，由被动式隔振器振动带动压电体被压缩或拉伸，压电体在该形变过程中将产生电能，一方面，该电能可以供给蓄电池蓄存，以作为主动式隔振器的输入电能；另一方面，通过电能分析模块对该电能的电特性进行分析，可以获得振动设备的振动特性，再将该特性输出至主动式隔振器以产生主动控制信号，进一步提升减振效果。该自供能组合式隔振装置具有主被动相结合的隔振效果，显著提高了振动的隔离效果，同时利用被动式隔振器的形变产生的电能作为主动式隔振器的能量来源，简化了主动式隔振器的供电系统，并将电能信号作为主动式隔振器的输入信号，取代了易故障的加速度计，提升了系统的运行稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种自供能组合式隔振装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种自供能组合式隔振装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的又一种自供能组合式隔振装置的结构示意图。

附图标记：

1、被动式隔振器； 11、橡胶隔振本体；

12、被动式隔振器下安装板； 13、弹簧隔振本体；

2、主动式隔振器； 21、控制器； 22、活动组件；

23、弹簧； 24、线圈绕组；

25、主动式隔振器上安装板；

3、蓄电池； 4、电能分析模块； 5、压电体；

6、电能聚集板； 61、电线； 7、韧性金属片；

8、振动设备。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明实施例中的具体含义。

如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种自供能组合式隔振装置，包括被动式隔振器1、主动式隔振器2、蓄电池3、电能分析模块4和至少一个压电体5，压电体5连接于被动式隔振器1的弹性元件，以随弹性元件的形变而形变。压电体5的电能输出端电连接于蓄电池3的充电端和电能分析模块4的输入端，蓄电池3的供电端以及电能分析模块4的输出端均电连接于主动式隔振器2的控制器21。电能分析模块4用于获取输入的电能的电特性并输出相应的振动特性信号。

具体地，被动式隔振器1可以采用橡胶隔振器(如图1所示)、弹簧隔振器(如图2所示)或者其他类型的被动式隔振器。被动式隔振器1的顶部用于与泵、电机等振动设备8进行刚性连接，在振动设备8产生振动时，被动式隔振器1的弹性元件可以随之发生形变。压电体5连接于被动式隔振器1的弹性元件，因而可以随弹性元件的形变而形变，进而将振动设备8的振动机械能部分转化为电能。更具体地，压电体5可以采用压电材料制成，如压电陶瓷片、压电晶体、有机压电材料或者复合压电材料等，本实施例中主要以压电体5为压电陶瓷片为例进行说明。

伴随着振动设备8的周期性振动，被动式隔振器1的弹性元件受到周期性的下压和上拉，压电体5随之将周期性的机械振动转化为持续的交流电，该交流电电能被同时被引入蓄电池3的充电端和电能分析模块4的输入端。蓄电池3内部可以自带整流元件(如整流器等)，将该交流电能转化为直流电能蓄存下来，以在需要使用主动式隔振器2时及时供给稳定的电能。

电能分析模块4可以采用微处理器、单片机或者集成电路板等具备数据采集、分析和信号输出的控制元件，电能分析模块4内部预存有电能的电特性和振动设备8的振动特性相对应的数据库，该数据库可以通过使用前对待隔振的振动设备8的振动情况和电能的电特性(包括电能的电流和电压的频率和幅值)情况进行采集而建立，其中振动情况可以通过加速度计进行测量得到。因而使用时，通过对振动设备8实际产生的电能信号进行分析，进而从预存的数据库中调取出相应的振动特性信号，并将该振动特性信号以常规的模拟信号(如4-20mA电信号)输出至主动式隔振器2自带的控制器21中，主动式隔振器2可以直接采用市场上成熟的设备，例如电动式隔振器或者电磁式隔振器等等。通过将该振动特性作为主动式隔振器2的输入信号源，可以使主动式隔振器2输出与该振动特性相反的振动，以抵消振动设备8的机械振动向下游的传播。

本实施例提供的自供能组合式隔振装置，将主动式隔振器2和被动式隔振器1集成起来，通过在被动式隔振器1上设置压电体5，由被动式隔振器1振动带动压电体5被压缩或拉伸，压电体5在该形变过程中将产生电能，一方面，该电能可以供给蓄电池3蓄存，以作为主动式隔振器2的输入电能；另一方面，通过电能分析模块4对该电能的电特性进行分析，可以获得振动设备8的振动特性，再将该特性输出至主动式隔振器2以产生主动控制信号，进一步提升减振效果。该自供能组合式隔振装置具有主被动相结合的隔振效果，显著提高了振动的隔离效果，同时利用被动式隔振器1的形变产生的电能作为主动式隔振器2的能量来源，简化了主动式隔振器2的供电系统，并将电能信号作为主动式隔振器2的输入信号，取代了易故障的加速度计，提升了系统的运行稳定性。

进一步地，如图1和图2所示，还包括电能聚集板6，压电体5的数量为多个，多个压电体5的电能输出端电连接于电能聚集板6的输入端，电能聚集板6的输出端电连接于蓄电池3的充电端和电能分析模块4的输入端。具体地，电能聚集板6可以采用集成电路板，将多个压电体5的电能集中，提高对蓄电池3的供电能力。

更进一步地，如图1和图2所示，压电体5背离电能聚集板6的一端还连接有韧性金属片7，韧性金属片7连接于弹性元件，以随弹性元件的形变而形变。具体地，具体地，韧性金属片7具有一定的韧性，可以受力发生形变，同时在外力消失后恢复原状。当被动式隔振器1受到上部安装的振动设备8的振动负荷时，在机械振动的作用下，被动式隔振器1的弹性元件会出现明显的压缩和拉伸作用，带动韧性金属片7产生变形，韧性金属片7的底部连接有压电体5(如压电陶瓷片)，压电体5可与韧性金属片7维持同步的变形，即当韧性金属片7随着被动式隔振器1的振动发生位移和形状变化时，压电体5也会产生相应的位移和形状变化。由于压电体5在压力的作用下会发生形变产生电能，因此伴随着被动式隔振器1周期性的下压和上拉，与韧性金属片7对应的多组压电体5也会受到下压和上拉作用，在压电体5的电能输出端持续产生电能。若直接将压电陶瓷片设置过长，由于压电陶瓷片韧性较差，可能出现形变过大的断裂问题，因而通过韧性金属片7可以对压电陶瓷片的作用区间进行拓展。

更进一步地，如图1和图2所示，韧性金属片7的长度大于压电体5的长度。由于韧性金属片7比较长，而压电体5的尺寸较短，结合杠杆原理，可将韧性金属片7受到的压力放大后，再作用于压电体5上，使压电体5的压力增大，从而产生更多的电能。同时，压电体5产生的电能还将汇聚至电能聚集板6上，由引出的电线61导出。

更进一步地，如图1所示，弹性元件为实心的橡胶隔振本体11，压电体5、电能聚集板6和韧性金属片7均嵌设于橡胶隔振本体11内。更进一步地，电能聚集板6设置于橡胶隔振本体11的中下部，以避免受到来自上部机械振动的直接冲击。多个压电体5关于电能聚集板6的中心呈X形分布，同时韧性金属片7向橡胶隔振本体11的四周延伸，可以尽可能地将橡胶隔振本体11的形变转化为压电体5的电能输出。

更进一步地，如图2所示，弹性元件为弹簧隔振本体13，压电体5和电能聚集板6位于弹簧隔振本体13的外侧，韧性金属片7固接于弹簧隔振本体13的螺旋圈。具体地，多个压电体5和韧性金属片7平行间隔地排布，弹簧隔振本体13的每个螺旋圈均可对应连接一个韧性金属片7。

进一步地，如图1和图2所示，主动式隔振器2还包括活动组件22、弹簧23和线圈绕组24，活动组件22的顶部用于连接振动设备8，活动组件22的底部连接于弹簧23，线圈绕组24绕设于活动组件22的外周。线圈绕组24电连接于控制器21，以形成磁场驱动活动组件22上下振动。具体地，活动组件22可以采用电磁体等可以在交变磁场作用下上下移动的部件，线圈绕组24通过接收控制器21的输入的交变电流而产生交变磁场。为了限制活动组件22的活动范围，且方便复位，活动组件22通过弹簧23安装在主动式隔振器2的底部。当主动式隔振器2断电时，主动式隔振器2还可以作为弹簧隔振器对振动设备8进行隔离。

由于舰船运行的环境不同，振动设备8的振动情况也随着运行工况的变化有较大区别。通过电能分析模块4对电能信号的分析，可以获得振动的情况，并将该结果输入控制器21，控制器21根据振动情况来判断是否开启主动式隔振器2。当船舶受到的风浪影响较小，或者振动设备8振动相对较轻的时候，不需要开启主动式隔振器2。当主动式隔振器2处于不运行状态，振动设备8的振动都通过被动式隔振器1进行吸收和衰减，而主动式隔振器2断电时也可以作为弹簧减振器，对振动进行二次隔离。当船舶受到较大的风浪，或者振动设备8由于运行状态变化或故障导致振动增强时，通过电能分析模块4输出的信号，控制器21对振动强度进行自动判断后，可开启主动式隔振器2，将蓄电池3内的电能作为主动式隔振器2的能源，将电能分析模块4的输出信号作为控制器21的振动分析的输入信号。同时，由于振动载荷大或频率高时，压电体5产生的电能增加，则供应给蓄电池3的电能也随之增加，以满足主动式隔振器2持续运行的要求。

进一步地，如图1和图2所示，被动式隔振器1和主动式隔振器2可以进行上下串联连接，即被动式隔振器1的顶部用于连接振动设备8，被动式隔振器1的底部(即被动式隔振器下安装板12)连接于主动式隔振器2的顶部(即主动式隔振器上安装板25)。

或者，如图3所示，被动式隔振器1和主动式隔振器2可以进行左右并联连接，即被动式隔振器1和主动式隔振器2并列设置，被动式隔振器1的顶部和主动式隔振器2的顶部均用于连接振动设备8。

通过以上实施例可以看出，本发明提供的自供能组合式隔振装置，将主动式隔振器2和被动式隔振器1集成起来，通过在被动式隔振器1上设置压电体5，由被动式隔振器1振动带动压电体5被压缩或拉伸，压电体5在该形变过程中将产生电能，一方面，该电能可以供给蓄电池3蓄存，以作为主动式隔振器2的输入电能；另一方面，通过电能分析模块4对该电能的电特性进行分析，可以获得振动设备8的振动特性，再将该特性输出至主动式隔振器2以产生主动控制信号，进一步提升减振效果。该自供能组合式隔振装置具有主被动相结合的隔振效果，显著提高了振动的隔离效果，同时利用被动式隔振器1的形变产生的电能作为主动式隔振器2的能量来源，简化了主动式隔振器2的供电系统，并将电能信号作为主动式隔振器2的输入信号，取代了易故障的加速度计，提升了系统的运行稳定性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种自供能组合式隔振装置，其特征在于，包括被动式隔振器、主动式隔振器、蓄电池、电能分析模块和至少一个压电体，所述压电体连接于所述被动式隔振器的弹性元件，以随所述弹性元件的形变而形变；所述压电体的电能输出端电连接于所述蓄电池的充电端和所述电能分析模块的输入端，所述蓄电池的供电端以及所述电能分析模块的输出端均电连接于所述主动式隔振器的控制器；所述电能分析模块用于获取输入的电能的电特性并输出相应的振动特性信号。

2.根据权利要求1所述的自供能组合式隔振装置，其特征在于，还包括电能聚集板，所述压电体的数量为多个，多个所述压电体的电能输出端电连接于所述电能聚集板的输入端，所述电能聚集板的输出端电连接于所述蓄电池的充电端和所述电能分析模块的输入端。

3.根据权利要求2所述的自供能组合式隔振装置，其特征在于，所述压电体背离所述电能聚集板的一端还连接有韧性金属片，所述韧性金属片连接于所述弹性元件，以随所述弹性元件的形变而形变。

4.根据权利要求3所述的自供能组合式隔振装置，其特征在于，所述韧性金属片的长度大于所述压电体的长度。

5.根据权利要求3所述的自供能组合式隔振装置，其特征在于，所述弹性元件为实心的橡胶隔振本体，所述压电体、所述电能聚集板和所述韧性金属片均嵌设于所述橡胶隔振本体内。

6.根据权利要求5所述的自供能组合式隔振装置，其特征在于，所述电能聚集板设置于所述橡胶隔振本体的中下部，多个所述压电体关于所述电能聚集板的中心呈X形分布。

7.根据权利要求3所述的自供能组合式隔振装置，其特征在于，所述弹性元件为弹簧隔振本体，所述压电体和所述电能聚集板位于所述弹簧隔振本体的外侧，所述韧性金属片固接于所述弹簧隔振本体的螺旋圈。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的自供能组合式隔振装置，其特征在于，所述主动式隔振器还包括活动组件、弹簧和线圈绕组，所述活动组件的顶部用于连接振动设备，所述活动组件的底部连接于所述弹簧，所述线圈绕组绕设于所述活动组件的外周；所述线圈绕组电连接于所述控制器，以形成磁场驱动所述活动组件上下振动。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的自供能组合式隔振装置，其特征在于，所述被动式隔振器的顶部用于连接振动设备，所述被动式隔振器的底部连接于所述主动式隔振器的顶部。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的自供能组合式隔振装置，其特征在于，所述被动式隔振器和所述主动式隔振器并列设置，所述被动式隔振器的顶部和所述主动式隔振器的顶部均用于连接振动设备。

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