CN114458729B - 一种混合励磁式隔振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隔振装置技术领域，具体涉及一种混合励磁式隔振装置，包括：定位磁体，设有一对，一对定位磁体平行设置；混合磁体，滑动安装在一对定位磁体之间，混合磁体内部磁感线方向与一对定位磁体的之间的磁感线方向相同，混合磁体与两侧的定位磁体之间均预留有缓冲空间；弹力件，与定位磁体同轴设置，且弹力件一端固定安装有传动件，传动件贯传定位磁体后与混合磁体固定连接，传动件与定位磁体沿弹力件的轴向滑动配合。引入弹力件正刚度与磁力负刚度的并联结构，能够使隔振装置具有较低动态刚度同时又不会削弱原有静态支撑能力，使隔振装置兼具低动态刚度和高静态支撑刚度，同时提升隔振装置的减振能力和对外部设备的支撑强度。
Description
技术领域
本发明涉及隔振装置技术领域，具体涉及一种混合励磁式隔振装置。
背景技术
传统被动式隔振器理论上只能对激励频率大于倍固有频率的振动起到衰减作用，低频隔振效果差，当为满足低频隔振需求将隔振器刚度设计的很小时，则导致静态支撑稳定性差，限制了其在大承载力低频隔振领域的工程应用。同时，大部分传统减隔振装置只能削弱被减振体上受到的部分振动强度，对于应用于精密设备装置隔振以及对振动控制要求较高的相关领域，则无法同时满足高静态刚度与低动态刚度要求。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中隔振装置无法同时满足高静态刚度和低动态刚度要求的缺陷，从而提供一种混合励磁式隔振装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种混合励磁式隔振装置，包括：
定位磁体，设有一对，一对定位磁体平行设置；
混合磁体，滑动安装在一对定位磁体之间，混合磁体内部磁感线方向与一对定位磁体的之间的磁感线方向相同，混合磁体与两侧的定位磁体之间均预留有缓冲空间；
弹力件，与定位磁体同轴设置，且弹力件一端固定安装有传动件，传动件贯传定位磁体后与混合磁体固定连接，传动件与定位磁体沿弹力件的轴向滑动配合。
可选地，混合磁体包括一对平行设置的励磁绕组，和安装在一对所述励磁绕组之间的中间磁体。
可选地，中间磁体平行设置有多个，相邻的中间磁体之间以及励磁绕组与中间磁体之间均安装有磁轭件。
可选地，定位磁体朝向混合磁体的一侧安装有辅助弹性件。
可选地，还包括导磁筒，定位磁体固定安装在导磁筒内腔中，混合磁体滑动安装在导磁筒内腔中。
可选地，导磁筒内同轴套设有导体筒，导体筒与导磁筒内侧壁贴合设置。
可选地，混合磁体与导体筒之间在周向上预留有气隙。
可选地，弹力件至少一端固定安装有端盖，传动件与端盖固定连接。
可选地，传动件为传动杆。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的混合励磁式隔振装置，包括：定位磁体，设有一对，一对定位磁体平行设置；混合磁体，滑动安装在一对定位磁体之间，混合磁体内部磁感线方向与一对定位磁体的之间的磁感线方向相同，混合磁体与两侧的定位磁体之间均预留有缓冲空间；弹力件，与定位磁体同轴设置，且弹力件一端固定安装有传动件，传动件贯传定位磁体后与混合磁体固定连接，传动件与定位磁体沿弹力件的轴向滑动配合。
由于混合磁体整体的内部磁感线方向与一对定位磁体之间的磁感线方向相同，故混合磁体与两个定位磁体分别相互吸引，当混合磁体位于两个定位磁体正中间位置时，混合磁体所受到的两个定位磁体的引力大小相同，在使用时，零负载下保证弹力件较低变形所受力与混合磁体自身重力相同，使得混合磁体能够克服自身重力稳定停留在两个定位磁体中间位置。同时，利用传动件将弹力件的一端与混合磁体连接，使得弹力件发生伸缩运动时混合磁体能够在两个定位磁体之间往复运动。使得弹力件正刚度与磁力负刚度并联，系统的总刚度降低，从而使系统的固有频率减小。负刚度机构有一对定位磁体和中间的混合磁体组成，与外部正刚度的弹力件并联。零负载时，由弹力件的支撑力进行支撑，此时混合磁体位于一对定位磁体中间位置，具有较高的静态支撑刚度。受到振动时，由混合磁体与一对定位磁体组成的系统失去稳定性，混合磁体受到竖直方向的合外力，混合磁体在隔振器静平衡位置上下往复运动，表现出竖直方向的负刚度特性，使得隔振器的动态刚度大幅度降低。通过引入弹力件正刚度与磁力负刚度的并联结构，能够使隔振装置具有较低动态刚度同时又不会削弱原有静态支撑能力，使得隔振装置兼具低动态刚度和高静态支撑刚度，能够同时提升隔振装置的减振能力和对外部设备的支撑强度。
2.本发明提供的混合励磁式隔振装置，混合磁体包括一对平行设置的励磁绕组，和安装在一对所述励磁绕组之间的中间磁体。在使用时可对励磁绕组通电，使得励磁绕组与定位磁体之间能够产生不同方向的磁力，同时可以根据弹簧位移程度调整电流大小，使得弹簧振动过程中装置整体始终处于准零刚度状态。
3.本发明提供的混合励磁式隔振装置，混合磁体与导体筒之间在周向上预留有气隙。通过预留气隙，使得混合磁体能够垂直于导体筒的轴线运动，使导体筒做切割混合磁体的磁感线运动，使得导体筒上产生感应电流，将振动的动能转化为电能，最终通过导体筒发热以热能的形式消散。把非磁性的导体放在时变磁场中或导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中的磁通量会发生变化，产生感应电动势，在导体内形成类似于旋涡的电流，因此称为电涡流。电涡流会形成一个与原磁场相反的电磁场，新的电磁场会形成阻尼力，从而阻碍导体切割磁感线，通过不断的往复循环，最终使动能转化为热能消耗以达到隔振装置阻尼耗能目的，增强隔振装置的隔振能力，装置在发生振动时能够快速稳定到静止状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的实施方式中提供的混合励磁式隔振装置的结构示意图。
图2为本发明的实施方式中提供的混合励磁式隔振装置的剖视图。
图3为本发明的实施方式中提供的混合磁体的结构示意图。
图4为本发明的实施方式中提供的混合励磁式隔振装置的工作原理图。
附图标记说明：1、端盖；2、连接块；3、柱状弹簧；4、导磁筒；5、定位磁体；6、橡胶阻尼垫；7、紧固螺栓；8、导体筒；9、定位螺栓；10、固定挡板；11、励磁绕组；12、磁轭件；13、中间磁体；14、气隙；15、传动杆。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1至图4所示为本实施例提供的一种混合励磁式隔振装置，包括：一对固定设置的定位磁体5，一组设置在一对定位磁体5之间的混合磁体和套设在定位磁体5和混合磁体外作为弹力件的柱状弹簧3。
一对定位磁体5平行设置且均固定安装在导磁筒4中，如图1所示，当导磁筒4的轴向竖直布置时，两个定位磁体5分别安装在导磁筒4的上下两端。
混合磁体滑动安装导磁筒4内，且设置在一对定位磁体5之间，混合磁体内部磁感线方向与一对定位磁体5的之间的磁感线方向相同，混合磁体与两侧的定位磁体5之间均预留有缓冲空间。
作为弹力件的柱状弹簧3与定位磁体5同轴设置，且弹力件一端固定安装有作为传动件的传动杆15，传动杆15依次贯穿上方的定位磁体5和混合磁体，延伸至下方的定位磁体5中间的缓冲孔中，传动杆15与导磁筒4的底部预留滑动空间，使得传动杆15能够上下运动，进而带动混合磁体在缓冲空间中上下运动。传动件与定位磁体5沿弹力件的轴向滑动配合。
混合磁体包括一对平行设置的励磁绕组11，一对励磁绕组11之间安装有中间磁体13，在两个励磁绕组11的上下两侧还安装有一对固定挡板10，以将励磁绕组11和中间磁体13固定在两个固定挡板10之间。中间磁体13平行设置有两个，中间磁体13相向的一侧磁极相反。具体地，两个中间磁体13均为N极朝上，S极朝下设置。相邻的中间磁体13之间以及励磁绕组11与中间磁体13之间均安装有磁轭件12。本实施例中定位磁体5和中间磁体13均为永磁体，励磁绕组11上连接导线，通过在励磁绕组11上通入不同方向的电流进而产生不同方向的磁力，以对装置负刚度进行实时调整。
两个定位磁体5朝向混合磁体的一侧均安装有一个作为辅助弹性件的橡胶阻尼垫6。当发生振动时，混合磁体上下运动会压缩橡胶阻尼垫6，橡胶阻尼垫6通过阻尼耗能生热能够抑制振动时混合磁体的往复运动。为了进一步对振动的动能进行消耗，以使设备由振动状态尽快恢复到静止状态。在导磁筒4内还同轴套设有导体筒8，导体筒8与导磁筒4内侧壁贴合设置，导体筒8与导磁筒4通过紧固螺栓7固定连接。混合磁体内的励磁绕组11和中间磁体13与导体筒8之间在周向上预留有气隙14。
柱状弹簧3上下两端均固定安装有端盖1，传动杆15通过连接块2与上侧的端盖1固定连接。导磁筒4与下方的端盖1通过定位螺栓9固定连接。端盖1与柱状弹簧3连接的一面设置有安装槽，为了防止柱状弹簧3在往复运动过程中轴向发生偏移，柱状弹簧3上下两端均固定连接在对应的端盖1上的安装槽内。
在隔振装置中，由柱状弹簧3提供正刚度，正刚度与隔振技术的静态支撑能力相关，柱状弹簧3上部位于上方端盖1的安装槽内，下部位于下方的端盖1的安装槽内，柱状弹簧3内部为导磁筒4。导磁筒4下端通过定位螺栓9与下方的端盖1固定连接。
在隔振装置中，由上侧的定位磁体，中间的混合磁体，和下侧的另一定位磁体组成的磁力负刚度机构提供负刚度，负刚度与隔振技术的动态刚度相关，上侧的定位磁体与下侧的另一定位磁体固定在导磁筒内，其中上侧的定位磁体通过紧固螺栓与导磁筒以及导体筒固定。中部的混合磁体固定于传动杆上，可随传动杆上下运动。当中部混合磁体位于一对定位磁体连线中点位置时，混合磁体同时受到上下侧定位磁体的引力，零负载时由弹簧较低的变形所受力与混合磁体自身的重力相同，使得混合磁体受力平衡。此时若混合磁体受到竖直方向上的外力扰动，该系统就会失稳，混合磁体将受到竖直方向上的合外力并沿着轴向运动时，三个磁体组成的磁力负刚度机构会表现出竖直方向上的负刚度特性。
在隔振装置中，在两个定位磁体朝向混合磁体的一侧均安装有橡胶阻尼垫，当两个定位磁体中间的混合磁体上下运动时可反复挤压两个橡胶阻尼垫，橡胶阻尼垫来吸收产生的振动的能量。同时橡胶阻尼垫不具备隔磁效应，不会对磁力负刚度机构的磁场产生影响。
在隔振装置中，混合磁体固定于传动杆上，其中连接件块穿过上侧的端盖与传动杆连接。混合磁体中的两个中间磁体相向的一面磁极同极相斥排列，磁轭件可构成磁路并固定磁极，约束漏磁向外扩散，提高磁场的利用率。中间磁体、励磁绕组与导体筒之间存在狭小的气隙，使得中间磁体和励磁绕组均能垂直于轴线方向运动。混合磁体和传动杆为动子，导体筒和导磁筒为定子，当动子相对导体筒运动时，相当于导体筒在做切割磁感线运动，在导体筒内感应出电涡流，感应涡流产生与混合磁体磁场方向相反的磁场，两个磁场相互作用产生与运动方向相反的阻尼力阻碍动子运动。同时，由于导体筒的电阻特性，电涡流转化为焦耳热释放，起到通过耗能消减振动的作用。
如图3所示，当上侧的端盖受到振动时，首先判断静载荷m是否达到要求，若静载荷达到要求，则进入永磁体单独工作模式。若静载荷m未达到要求，则需要进入永磁场与电磁场的组合磁场工作模式。
然后判断上方的端盖位移是否小于x，若小于x，则进一步判断等效刚度是否小于k，若等效刚度不小于k，则进入组合磁场工作模式二，该模式上侧的励磁绕组通正向电流，下侧的励磁绕组通正向电流，二者大电流调节；若等效刚度小于k，则需要判断阻尼系数是否小于c1，若阻尼系数小于c1，则进入永磁场单独工作模式，若阻尼系数不小于c1则进入组合磁场工作模式一，该模式上侧的励磁绕组通正向电流，下侧的励磁绕组通反向电流，二者大电流调节。
若上方的端盖位移不小于x，仍需要进一步判断等效刚度是否小于k，若等效刚度不小于k，则进入组合磁场工作模式四，该模式其中上侧的励磁绕组通正向电流，下侧的励磁绕组通正向电流，二者小电流调节；若等效刚度小于k，则判断阻尼系数是否小于c2，若阻尼系数不小于c2，则进入永磁场单独工作；若阻尼系数小于c2，则进入组合磁场工作模式三，该模式上侧励磁绕组通正向电流，下侧励磁绕组通反向电流，二者小电流调节。通过隔振在线控制方法的合理应用，可有效实现刚度、阻尼耗能调控，更好的实现大承载能力、静态稳定性、高效阻尼耗能要求。
本实施例提供的隔振装置采用弹簧正刚度与磁力负刚度的并联结构，能够使该隔振装置具有较低动态刚度同时又不会削弱原有静态支撑能力。正刚度与静态支撑能力相关，传统被动式隔振系统若要提高低频隔振性能，隔振器的刚度需设计得很小以使隔振系统固有频率足够低，但此时却会造成弹簧过软，进而导致静态支撑稳定性变差。本实施例中提供的减振隔振装置同时具有高静态刚度与低动态刚度，在满足大承载能力和静态稳定性的前提下，其动态刚度很小，固有频率更低，从而使得隔振频带得到大大拓宽，可很好的用于解决低频振动隔离问题。
本实施例提供的隔振装置同时具备电涡流阻尼结构，当导体材料在磁场中相对运动时，在导体内会产生电涡流会形成一个与原磁场相反的电磁场，新的电磁场会形成阻尼力，通过不断的往复循环，最终使动能转化为热能消耗以达到减振目的。该电涡流阻尼装置动子包括中部的混合磁体和传动杆，当动子相对导体筒运动时，在导体筒内感应出电涡流，感应涡流产生了与动子磁场方向相反的磁场，两个磁场相互作用产生了与运动方向相反的阻尼力阻碍动子运动。同时，由于导体筒的电阻特性，电涡流转化为焦耳热释放，将振动的动能最终转化为热能消散掉。
本实施例提供的隔振装置还可以通过改变励磁绕组的电流来改变磁场，从而调节磁力负刚度结构的负刚度大小，在此基础上，可分别调节上励磁绕组和下励磁绕组的电流方向与大小，实现磁负刚度的合理控制，以适应低频隔振的需求，从而达到抑制振动的目的；同时，上励磁绕组和下励磁绕组的工作过程中会获得电涡流阻尼力，电涡流阻尼力与励磁绕组的电流大小密切相关，通过分别调节上励磁绕组和下励磁绕组的电流大小可获得与之匹配的阻尼耗能作用。通过隔振在线控制方法的合理应用，可有效实现刚度、阻尼耗能调控，更好的实现大承载能力、静态稳定性、高效阻尼耗能要求。
作为替代的实施方式，定位磁体和中间磁体可根据使用需求设置为电磁铁，根据现场需求调整电磁铁内的电流方向和大小，以使隔振装置能够适用于不同的工作环境。
作为替代的实施方式，混合磁体内平行设置有四个、或六个、或八个等任意双数个中间磁体13。
作为替代的实施方式，混合磁体内平行设置有一个中间磁体13。
作为替代的实施方式，混合磁体内平行设置有三个、五个、七个等任意单数个中间磁体13，三个中间磁体13之间相向的一侧磁极相同。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种混合励磁式隔振装置的控制方法，其特征在于，混合励磁式隔振装置包括：定位磁体（5），设有一对，一对所述定位磁体（5）平行设置；
混合磁体，滑动安装在一对所述定位磁体（5）之间，所述混合磁体内部磁感线方向与一对所述定位磁体（5）的之间的磁感线方向相同，所述混合磁体与两侧的所述定位磁体（5）之间均预留有缓冲空间；
弹力件，与所述定位磁体（5）同轴设置，且所述弹力件一端固定安装有传动件，所述传动件贯传所述定位磁体（5）后与所述混合磁体固定连接，所述传动件与所述定位磁体（5）沿所述弹力件的轴向滑动配合，所述弹力件至少一端固定安装有端盖（1），所述传动件与所述端盖（1）固定连接；
所述混合磁体包括一对平行设置的励磁绕组（11），和安装在一对所述励磁绕组（11）之间的中间磁体（13），所述中间磁体（13）平行设置有多个，相邻的所述中间磁体（13）之间以及所述励磁绕组（11）与所述中间磁体（13）之间均安装有磁轭件（12），所述定位磁体（5）和所述中间磁体（13）均为永磁体；
所述控制方法包括：当上侧的端盖（1）受到振动时，首先判断静载荷是否达到要求，若静载荷达到要求，则进入永磁体单独工作模式；若静载荷未达到要求，则需要进入永磁场与电磁场的组合磁场工作模式；
然后判断上方的端盖位移是否小于预设位移值，若小于预设位移值，则进一步判断等效刚度是否小于预设刚度值，若等效刚度不小于预设刚度值，则进入组合磁场工作模式二，该模式上侧的励磁绕组（11）通正向电流，下侧的励磁绕组（11）通正向电流，二者大电流调节；若等效刚度小于预设刚度值，则需要判断阻尼系数是否小于第一预设阻尼系数值，若阻尼系数小于第一预设阻尼系数值，则进入永磁场单独工作模式，若阻尼系数不小于第一预设阻尼系数值则进入组合磁场工作模式一，该模式上侧的励磁绕组（11）通正向电流，下侧的励磁绕组（11）通反向电流，二者大电流调节；
若上方的端盖（1）位移不小于预设位移值，仍需要进一步判断等效刚度是否小于预设刚度值，若等效刚度不小于预设刚度值，则进入组合磁场工作模式四，该模式其中上侧的励磁绕组（11）通正向电流，下侧的励磁绕组（11）通正向电流，二者小电流调节；若等效刚度小于预设刚度值，则判断阻尼系数是否小于第二预设阻尼系数值，若阻尼系数不小于第二预设阻尼系数值，则进入永磁场单独工作；若阻尼系数小于第二预设阻尼系数值，则进入组合磁场工作模式三，该模式上侧励磁绕组（11）通正向电流，下侧励磁绕组（11）通反向电流，二者小电流调节。
2.根据权利要求1所述的混合励磁式隔振装置的控制方法，其特征在于，所述定位磁体（5）朝向所述混合磁体的一侧安装有辅助弹性件。
3.根据权利要求1所述的混合励磁式隔振装置的控制方法，其特征在于，还包括导磁筒（4），所述定位磁体（5）固定安装在所述导磁筒（4）内腔中，所述混合磁体滑动安装在所述导磁筒（4）内腔中。
4.根据权利要求3所述的混合励磁式隔振装置的控制方法，其特征在于，所述导磁筒（4）内同轴套设有导体筒（8），所述导体筒（8）与所述导磁筒（4）内侧壁贴合设置。
5.根据权利要求4所述的混合励磁式隔振装置的控制方法，其特征在于，所述混合磁体与所述导体筒（8）之间在周向上预留有气隙（14）。
6.根据权利要求1所述的混合励磁式隔振装置的控制方法，其特征在于，所述传动件为传动杆（15）。
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