CN114151496A - 电磁磁流变惯性质量阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电磁磁流变惯性质量阻尼器，涉及阻尼器。电磁磁流变惯性质量阻尼器通过惯性质量、磁流变、电磁来吸收能力，其包括缸体、端盖、拉环、滚珠丝杠机构、转动轴、惯性质量块、磁流变阻尼及电机。本申请的电磁磁流变惯性质量阻尼器在压缩及复原的过程中，其惯性质量块部分的阻尼力根据转动轴的旋转速度变化、磁流变阻尼力值大小通过控制电流来控制磁场的大小，进而改变磁流变阻尼力的大小。电机内部的电磁阻尼力也通过控制电流来控制内部电磁阻尼力值的变化。故本申请能够达到可调范围更大、响应时间更快、阻尼力更大且体积更小的优点。
Description
技术领域
本申请涉及一种阻尼器，特别是涉及一种电磁磁流变惯性质量阻尼器。
背景技术
惯性质量阻尼器、电磁阻尼器、磁流变阻尼器在抗震减振等方面具有广阔的市场前景。惯性质量阻尼器被广泛应用于建筑土木工程中。电磁阻尼器和磁流变阻尼器因其响应时间快等优点被广泛应用于汽车悬架、风力机叶片振动控制中。
现有的大多数组合式阻尼器的阻尼力大小都是通过控制外加电流来调节的，且阻尼力与体积比较小，可控性较差。而目前的工程实况对阻尼器的阻尼力/体积有很高的要求，同时对阻尼器的响应速度、调节范围也有很高的要求。
因此，亟需研制出一种能够实现可调范围更大、响应时间更快、阻尼力更大但体积更小的组合式阻尼器。
发明内容
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种电磁磁流变惯性质量阻尼器，包括：
缸体，配置成为所述阻尼器提供运动场所；
端盖、拉环，对应设置在所述缸体的两端处，其中一端盖为活动端盖、可相对所述缸体做直线运动，另一端盖为固定端盖、与所述缸体固定连接，每一拉环设置在对应的端盖外侧，并与对应的端盖固定连接；
滚珠丝杠机构，与所述缸体的活动端盖固定连接，配置成将直线运动转换为旋转运动，以为所述阻尼器提供旋转动力；
转动轴，与所述滚珠丝杠机构固定连接，配置成跟随所述滚珠丝杠机构转动，以传动；
惯性质量块，固定连接在所述转动轴与所述滚珠丝杠机构相连的一端，配置成跟随所述转动轴转动，以产生惯性力；
磁流变阻尼，固定连接所述转动轴中，位于与所述惯性质量块的后面，配置成跟随所述转动轴转动，以产生磁流变阻尼力；和
电机，与所述转动轴中未与所述滚珠丝杠机构相连的一端固定连接，配置成跟随所述转动轴转动，以产生电磁惯性力和阻尼力，同时将机械能转换为电能，为所述磁流变阻尼供电。
可选地，所述磁流变阻尼包括：
T型转子，与所述转动轴固定连接；
外壳，连接在所述缸体的内部，并位于所述T型转子的外侧，还与所述T型转子之间形成磁流变液通道；
磁流变液，注入所述磁流变液通道并可在其中循环流动；
磁铁，为环状，对应设置在所述外壳的两端处；
线圈，设置在每一磁铁的外围；
其中，所述转动轴带动所述T型转子转动，并且向所述线圈通电，所述磁流变阻尼在所述线圈中电流的作用下，在所述磁铁的作用下形成磁场，使得所述磁流变液随磁场的增加而黏度增大，产生磁流变阻尼力。
可选地，所述缸体的内部设有导槽，所述滚珠丝杠机构包括：
丝杠，设置在所述缸体内，丝杠的一端与所述转动轴相连；和
螺母，安装在所述丝杠上并与其啮合，并与所述活动端盖固定连接，螺母的外部设有导向块，导向块可相对所述导槽滑动；
其中，当所述阻尼器在结构振动的作用下产生相对位移，使得所述导向块在所述导槽内做直线运动，带动所述螺母与所述丝杠啮合，进而将直线运动转化为旋转运动。
可选地，所述丝杠靠近所述活动端盖的一侧设有限位螺母。
可选地，所述惯性质量块是圆筒式的惯性质量块，以保证使用过程中不偏心。
可选地，所述惯性质量块为两个相同的半圆筒型质量块。
可选地，所述转动轴两端通过对应的联轴器连接所述滚珠丝杠机构和所述电机的电机轴。
可选地，所述的阻尼器，还包括齿轮箱，设置在所述转动轴中连接所述滚珠丝杠机构的一端，以放大惯性质量块的惯性质量。
本申请的电磁磁流变惯性质量阻尼器在压缩及复原的过程中，其惯性质量块部分的阻尼力根据转动轴的旋转速度变化、磁流变阻尼力值大小通过控制电流来控制磁场的大小，进而改变磁流变阻尼力的大小。电机内部的电磁阻尼力也通过控制电流来控制内部电磁阻尼力值的变化。因此，本申请能够达到可调范围更大、响应时间更快、阻尼力更大且体积更小的优点。
进一步，本申请中惯性质量块采用轴对称圆筒式惯性质量块，磁流变内部采用T型转子拥有更多的接触面，因此可以获得更大的磁流变阻尼力。电机发电可为磁流变阻尼提供部分电力，实现半主动控制。
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1为本申请电磁磁流变惯性质量阻尼器的整体结构示意图；
图2为本申请电磁磁流变惯性质量阻尼器中的惯性质量块的结构示意图；
图3为本申请电磁磁流变惯性质量阻尼器中的磁流变阻尼的结构示意图。
图中各符号表示含义如下：
1第一拉环，2左端盖，3缸体，4丝杠，5螺母，6导槽，7第一轴承支座，8第一联轴器，9齿轮箱，10转动轴，11惯性质量块，12T型转子，13外壳，14磁流变液，15磁铁，16线圈，17第二轴承支座，18第二联轴器，19电机，20右端盖，21第二拉环，
A滚珠丝杠机构，B磁流变阻尼，
100电磁磁流变惯性质量阻尼器。
具体实施方式
图1为本申请电磁磁流变惯性质量阻尼器的整体结构示意图。图2为本申请电磁磁流变惯性质量阻尼器中的惯性质量块的结构示意图。图3为本申请电磁磁流变惯性质量阻尼器中的磁流变阻尼的结构示意图。
如图1所示，本实施例提供了一种电磁磁流变惯性质量阻尼器100，包括：缸体3、端盖、拉环、滚珠丝杠机构A、转动轴10、惯性质量块11、磁流变阻尼B及电机19。缸体3配置成为所述阻尼器100提供运动场所。端盖及拉环对应设置在所述缸体3的两端处。本实施例中，左端盖2与第一拉环1设置在缸体3的左端，左端盖2为活动端盖，可相对所述缸体3做直线运动。第一拉环1焊接在左端盖2外侧的中心位置处。右端盖20与第二拉环21设置在缸体3的右端，右端盖20为固定端盖，与所述缸体3固定连接。右端盖20的一端带有固定电机19尾部的卡槽，另一端的中心位置处焊接有第二拉环21。滚珠丝杠机构A与所述缸体3的活动端盖固定连接，配置成将直线运动转换为旋转运动，以为所述阻尼器100提供旋转动力。转动轴10与所述滚珠丝杠机构A固定连接，配置成跟随所述滚珠丝杠机构A转动，以进行传动。惯性质量块11固定连接在所述转动轴10中与所述滚珠丝杠机构A相连的一端，更具体地，惯性质量块11连接在转动轴10的前半部分，配置成跟随所述转动轴10转动，以产生惯性力。磁流变阻尼B固定连接所述转动轴10，位于与所述惯性质量块11的后面，更具体地，磁流变阻尼B安装在转动轴10的后半部分，配置成跟随所述转动轴10转动，以产生磁流变阻尼力。电机19与所述转动轴10中未与所述滚珠丝杠机构A相连的一端固定连接，配置成跟随所述转动轴10转动，以产生电磁惯性力和阻尼力，同时将机械能转换为电能，为所述磁流变阻尼B供电。
进一步，所述转动轴10通过联轴器带动转动轴10转动，与转动轴10固接的惯性质量块11、磁流变阻尼B通过旋转来吸收能量。电机19为标准件，可直接按照要求选取相应的电机19。通过联轴器连接转动轴10和电机轴，从而带动电机19发电，将能量转化为电能。
本申请的电磁磁流变惯性质量阻尼器100在压缩及复原的过程中，其惯性质量块11部分的阻尼力根据转动轴10的旋转速度变化、磁流变阻尼力值大小，通过控制电流来控制磁场的大小，进而改变磁流变阻尼力的大小。电机19内部的电磁阻尼力也通过控制电流来控制内部电磁阻尼力值的变化。可见，本申请电磁磁流变惯性质量阻尼器100主要通过惯性质量、电机电磁、磁流变液14三种阻尼来获得阻尼力。而电磁磁流变惯性质量阻尼器100应用到实际工程中时，受到线圈16电流上限和磁流变液14的磁饱和上限，即所述阻尼器100的可控性处于某一范围内，同时磁场的走向也是固定的。因此本申请解决了限定尺寸要求下，所需阻尼力变化范围大、调节速度快等需求，克服了被动减振装置阻尼器调节范围小、响应速度慢等问题。本申请能够达到可调范围更大、响应时间更快、阻尼力更大且体积更小的优点。
进一步地，电机19转动较慢时，电机19产生电磁阻尼力和较少的电能，机械能转化的电能为磁流变阻尼提供少量电能，此时需要从外界获取较多的电能，才能保证磁流变阻尼B有足够大的磁流变阻尼力。
进一步地，电机19转动较快时，电机19产生电磁阻尼力和较多的电能，机械能转化的电能为磁流变阻尼提供较大量电能，此时只需从外界获取较少的电能，就能够保证磁流变阻尼B有足够大的磁流变阻尼力。
进一步地，电机19发电可为磁流变阻尼B提供部分电力，实现半主动控制。
如图1所示，还可参见图3，本实施例中，所述磁流变阻尼B包括：T型转子12、外壳13、磁流变液14、磁铁15和线圈16。T型转子12与所述转动轴10固定连接。更具体地，T型转子12连接在转动轴10后半部分。外壳13连接在所述缸体3的内部，并位于所述T型转子12的外侧，还与所述T型转子12之间形成磁流变液通道。磁流变液14注入所述磁流变液通道并可在其中循环流动。磁铁15为环状，对应设置在所述外壳13的两端处。线圈16设置在每一磁铁15的外围。本实例中，所述转动轴10固接了惯性质量块11和T型转子12。外壳13固接在缸体3内部。当T型转子12随着转动轴10开始转动时，与磁流变外壳13跟随缸体3固定不动，T型转子12与磁流变外壳13发生相对转动。所述转动轴10带动所述T型转子12转动，并且向所述线圈16通电，所述磁流变阻尼B在所述线圈16中电流的作用下，在所述磁铁15的作用下形成磁场，使得所述磁流变液14随磁场的增加而黏度增大，产生磁流变阻尼力。由于T型转子12拥有更多的接触面，因此可以获得更大的磁流变阻尼力。
如图1所示，本实施例中，所述缸体3的内部设有导槽6。进一步，所述缸体3内部设置有两个170°的直线导槽，该导槽6为了限制所述滚珠丝杠机构A中螺母5的移动位移。所述滚珠丝杠机构A包括：丝杠4和螺母5。丝杠4设置在所述缸体3内，丝杠4的一端与所述转动轴10的左端相连。螺母5安装在所述丝杠4上并与其啮合，并与所述左端盖2固定连接，螺母5的外部设有导向块，导向块可相对所述导槽6滑动。其中，当所述阻尼器100在结构振动的作用下产生相对位移，使得所述导向块在所述导槽6内做直线运动，带动所述螺母5与所述丝杠4啮合，进而滚珠丝杠机构A将直线运动转化为旋转运动。
更具体地，丝杠4的右端与第一轴承支座7轴配合连接。所述第一轴承支座7固定在缸体3内部，保证丝杠4旋转过程中始终不偏心。
如图1所示，进一步地，所述丝杠4靠近所述左端盖2的一侧设有限位螺母5。
如图1所示，还可参见图2，本实施例中，所述惯性质量块11是圆筒式的惯性质量块，以保证使用过程中不偏心。更具体地，所述惯性质量块11为两个相同的半圆筒型质量块，因此可以获得更大的磁流变阻尼力。
如图1所示，本实施例中，所述转动轴10的左端通过第一联轴器8连接所述滚珠丝杠机构A中的丝杠4，用来传递丝杠4与螺母5将直线运动转化为旋转运动的动力。转动轴10的右端通过第二联轴器18连接所述电机19的电机轴，从而将动力传递到电机19上，保证电机19发电，并产生电磁阻尼力。
更具体地，本实施例中，转动轴10右端与第二轴承支座17轴配合，保证转动轴10具有良好的转动功能。
本发明的工作原理：当本申请阻尼器100在结构振动的作用下产生相对位移，滚珠丝杠机构A中的滚珠丝杠4和螺母5将直线运动转化为旋转运动，丝杠4通过第一联轴器8带动转动轴10转动，转动轴10通过第二联轴器18带动电机转轴转动，电机19开始发电。与转动轴10固接的质量块通过转动吸收能量，与转动轴10固接的磁流变阻尼B的T型转子12开始转动，并且向线圈16通电，磁流变液14具有相对应的粘性，产生磁流变阻尼力。
如图1所示，本实施例中，所述的阻尼器100还包括齿轮箱9，设置在所述转动轴10中连接所述滚珠丝杠机构A的一端，即齿轮箱9设置在转动轴10的左端，以放大惯性质量块11的惯性质量，提高转动轴10以右的转动速度。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.电磁磁流变惯性质量阻尼器，其特征在于，包括：
缸体，配置成为所述阻尼器提供运动场所；
端盖、拉环，对应设置在所述缸体的两端处，其中一端盖为活动端盖、可相对所述缸体做直线运动，另一端盖为固定端盖、与所述缸体固定连接，每一拉环设置在对应的端盖外侧，并与对应的端盖固定连接；
滚珠丝杠机构，与所述缸体的活动端盖固定连接，配置成将直线运动转换为旋转运动，以为所述阻尼器提供旋转动力；
转动轴，与所述滚珠丝杠机构固定连接，配置成跟随所述滚珠丝杠机构转动，以传动；
惯性质量块，固定连接在所述转动轴中与所述滚珠丝杠机构相连的一端，配置成跟随所述转动轴转动以产生惯性力；
磁流变阻尼，固定连接所述转动轴，位于与所述惯性质量块的后面，配置成跟随所述转动轴转动，以产生磁流变阻尼力；和
电机，与所述转动轴中未与所述滚珠丝杠机构相连的一端固定连接，配置成跟随所述转动轴转动，以产生电磁惯性力和阻尼力，同时以将机械能转换为电能，为所述磁流变阻尼供电。
2.根据权利要求1所述的电磁磁流变惯性质量阻尼器，其特征在于，所述磁流变阻尼包括：
T型转子，与所述转动轴固定连接；
外壳，连接在所述缸体的内部，并位于所述T型转子的外侧，还与所述T型转子之间形成磁流变液通道；
磁流变液，注入所述磁流变液通道并可在其中循环流动；
磁铁，为环状，对应设置在所述外壳的两端处；
线圈，设置在每一磁铁的外围；
其中，所述转动轴带动所述T型转子转动，并且向所述线圈通电，所述磁流变阻尼在所述线圈中电流的作用下，在所述磁铁的作用下形成磁场，使得所述磁流变液随磁场的增加而黏度增大，产生磁流变阻尼力。
3.根据权利要求1所述的电磁磁流变惯性质量阻尼器，其特征在于，所述缸体的内部设有导槽，所述滚珠丝杠机构包括：
丝杠，设置在所述缸体内，丝杠的一端与所述转动轴相连；和
螺母，安装在所述丝杠上并与其啮合，并与所述活动端盖固定连接，螺母的外部设有导向块，导向块可相对所述导槽滑动；
其中，当所述阻尼器在结构振动的作用下产生相对位移，使得所述导向块在所述导槽内做直线运动，带动所述螺母与所述丝杠啮合，进而将直线运动转化为旋转运动。
4.根据权利要求3所述的电磁磁流变惯性质量阻尼器，其特征在于，所述丝杠靠近所述活动端盖的一侧设有限位螺母。
5.根据权利要求1所述的电磁磁流变惯性质量阻尼器，其特征在于，所述惯性质量块是圆筒式的惯性质量块，以保证使用过程中不偏心。
6.根据权利要求5所述的电磁磁流变惯性质量阻尼器，所述惯性质量块为两个相同的半圆筒型质量块。
7.根据权利1要求所述的电磁磁流变惯性质量阻尼器，其特征在于，其特征在于，所述转动轴两端通过对应的联轴器连接所述滚珠丝杠机构和所述电机的电机轴。
8.根据权利1-7任一项权利要求所述的电磁磁流变惯性质量阻尼器，其特征在于，还包括齿轮箱，设置在所述转动轴中连接所述滚珠丝杠机构的一端，以放大惯性质量块的惯性质量。
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