CN1166875C - 使用磁路的减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种使用磁路的减振装置，与传统装置相比，其更加简单且造价更低。该装置包括一个运动件30，其被设置为相对于磁体20和21作离开和接近运动，并且由在运动件30和磁体20和21之间产生吸引力的磁性材料组成；一种在运动件靠近磁体20和21的方向上推动运动件30的作为弹性件的金属弹簧40和41；以及作为缓冲件的橡胶60和61，其安装在一预定位置上，以防止运动件30与磁体20和21发生接触。一个负弹簧常数通过使用一个形成在磁体20和21以及运动件30之间有吸引力的磁路产生，且具有正弹簧常数且数值大小等于负弹簧常数的金属弹簧40和41的弹力与之叠加，从而总弹簧常数在预定位移范围内能通过一非常简单的构造基本上设置到接近于0。
Description
技术领域
本发明涉及使用一种磁路减振装置，特别是涉及使用一种磁路的减振装置，其磁路能够被用作为车座、电动列车座、船座、发动机架，或者类似物缓冲机构内的一个部件。
背景技术
不同的减振材料、减振器以及控制技术通常被用来减少由机器或装置产生的振动和噪音，而机器或装置本身通常由弱阻尼材料构造，以确保其稳定性。
随着车速日益增长，振动对人体及其神经系统造成损伤已经变成一个严重的问题。这类损伤表现为许多症状，例如疲劳、头痛、肩僵硬、腰痛和弱视。一般来说，隔振通过带有合适的匹配弹簧，例如金属弹簧、气垫、减振材料，如橡胶和粘弹性材料、减振器的减振装置取得。然而，减振装置的动力放大倍数往往与其损耗系数相关。更特别的是，减少动力放大倍数以提高减振装置的低频特性往往减少损耗系数，从而导致减振装置太坚固，并且在高频下减振效率低。增加减振装置的损耗系数以提高高频特性导致动力放大倍数增加，结果减振装置太软，并且在低频下减振效率低。在先有技术领域，通过半活动控制或活动控制，或者通过使用一种含有动力振动减振器的被动减振器做过许多减振方面的尝试。
一种带有磁性弹簧设备的减振装置已经在最近被披露。另外，一种通过加入减振件，如金属弹簧以及缓冲件，如橡胶材料而使弹簧常数基本上接近于0的减振装置也已经被披露。然而，所披露的减振装置往往制造成本高，并且需要一个复杂的制造工序。因而，开发一种新颖的易于制造且在预定位移范围内弹簧常数基本上接近于0的减振装置成为一种强烈的愿望。这种装置将能简化结构和保养维修，并能减少缓冲机构、发动机架，或类似物的大小。
发明内容
本发明致力于克服前述现有技术的缺点，其目的是提供一种更易于制造且制造费用更低的使用磁路的减振装置。
为解决前述问题，本发明者已进行过调查，并且了解到：如果通过使用一个吸引力磁路产生一个负弹簧常数(弹性常数)，那么一个在预定位移范围内的总弹簧常数(弹性常数)能通过一非常简单的构造基本上设置到接近于0，该构造加入了一种具有正弹簧常数(弹性常数)且数值大小等于负弹簧常数的弹性件，进而完成本发明。
为达到前述目的，本发明提供一种使用磁路的减振装置。该使用磁路的减振装置包括：一个运动件，其被设置来相对于磁体作离开和接近运动，并且由在运动件和磁体之间产生吸引力的磁性材料组成；一种在运动件靠近磁体的方向上推动运动件的弹性件；以及一个缓冲件，其安装在一预定位置上，以防止运动件与磁体发生接触，其中总弹簧常数通过磁体和运动件之间的吸引力同弹性件的弹力的合力得到，并在预定位移范围内基本上设置到接近于0。
在本发明的一个优选实施例中，所述弹性件包括一金属弹簧。
在本发明的一个优选实施例中，所述缓冲件包括一橡胶。
本发明还提供，一种使用磁路的减振装置被提供。该使用磁路的减振装置包括：一个运动件，其被设置为相对于磁体作离开和接近运动，并且由在运动件和磁体之间产生吸引力的磁性材料组成；一个在运动件靠近磁体的方向上推动运动件的弹性件；以及一个缓冲件，其安装在一预定位置上，以防止运动件与磁体发生接触；以及一个操作件，其被连接到运动件并被设置来使得磁体被定位在操作件周围，且沿一方向运动，在该方向上，当所述运动件作靠近和离开运动时其切割在磁体内一空间磁通量，并且操作件由导电材料制成，其通过电磁感应作用产生阻尼力，其中总弹簧常数通过磁体和运动件之间的吸引力同弹性件的弹力的合力得到，并在预定位移范围内基本上设置到接近于0。
在本发明的一个优选实施例中，所述弹性件包括一金属弹簧。
在本发明的一个优选实施例中，所述缓冲件包括一橡胶。
附图说明
图1是一个示意截面图，表示根据本发明第一个实施例的一种减振装置；
图2是根据本发明第一个实施例的一种减振装置的分解透视图；
图3是根据本发明第一个实施例的一种减振装置的外部透视图；
图4是一个图表，表示根据本发明第一个实施例的一种减振装置的负载-位移特性；
图5是根据本发明第二个实施例的一种减振装置的外部透视图；
图6是一个示意截面图，表示根据第二个实施例的一种减振装置；
图7是一个示意截面图，表示根据本发明第三个实施例的一种减振装置；
图8是根据本发明第三个实施例的一种减振装置的分解透视图；
图9是一个透视图，用于解释应用在根据本发明第三个实施例的一种减振装置上的磁体结构；
图10A和图10B用于解释图9中磁体特性的简图。
具体实施方式
本发明的优选实施例将在下面结合附图作更加详细地描述。图1至图3分别表示根据本发明第一个实施例的一种减振装置，图1是一个示意截面图，图2是一个分解透视图，图3是一个外部视图。
该减振装置10包括一个底板11和一个顶板12。实际上，底板11和顶板12有不同的形状，其取决于这些板所依附的框架形状。例如，底板11被连接到车身骨架或类似物，以及顶板12被连接到支持一负载块或类似物的框架。
一个近似于盒子形状的外壳15包括4个护板13a至13d以及一个上板14，外壳15固定安装在底座11上。在外壳15内，金属弹簧(盘簧)40和41作为弹性件安装在底板11的上表面，且相互间有一预定空间，从而它们能在垂直方向上表现出弹力。
磁体20和21固定在外壳15上。在该实施例中，磁体20和21各自的磁化表面垂直设置在两个相对的护板13a和13b(如图1和图2)的内表面上，磁轭16和17被固定到磁体20和21的上表面，并且用螺钉把磁轭16和17连接到护板13a和13b以及上板14上。
磁体20和21都是永久磁体。设置磁体20和21是为了能吸引设置在金属弹簧40和41以及磁体20和21之间的运动件30。更特别的是，当运动件30由铁磁材料制成时，磁体20和21朝向运动件的每一个磁极可以是N极或S极，以及当运动件30包括一个永久磁体时，设置磁体20和21以及运动件30，使得它们相对的磁极极性相反。磁体20和21之间空间的大小足够容纳一个与运动件30相连并且即做垂直运动还又与磁体20和21不接触的操作件50，如图1。
运动件30位于磁体20和21以及上述金属弹簧40和41之间。运动件30的下表面永远与金属弹簧40和41相邻接。运动件30需用磁性材料制成，以致能够被磁体20和21吸引。对于磁性材料，任何铁磁材料如铁(Fe)或纯铁体，或者永久磁体都能够被使用。当铁磁材料或永久磁体被用作运动件30时，磁体20和21的磁极按照上面的描述设置。
板形操作件50下端表面用螺钉固定在运动件30的上表面中心附近。该操作件50经过壳体15的上板14上所钻的通孔14a向上伸出，并且与顶板12固定连接。如上所述，例如，顶板12被固定到，用于支持负载块的框架，底板11被固定到，车身骨架。因而，运动件30通过操作件50被顶板12支持，并且由金属弹簧40和41使操作件30靠近磁体20和21的方向上运动。磁体20和21通过壳体15由底板11支持。因此，运动件30随着振动或类似情况在靠近和远离磁体20和21的方向上作相对运动。
在图1至图3中，标号60和61表示作为缓冲件的橡胶。当运动件30向上相对运动并且接近磁体20和21时，橡胶60和61阻止了它们相互接触，从而也进一步阻止了它们发生碰撞，保护了磁体20和21。作为缓冲件的橡胶60和61可以起上述的功能。特别是，橡胶60和61仅仅是防止运动件同磁体20和21的进一步接近，例如，在它们直接贴合在一起之前运动件30同磁体20和21逐渐地接触，因此，它们的位置并不限于任何特殊的位置。在该实施例中，橡胶60和61被粘固在运动件30的上表面。
根据该实施例，一个负弹簧常数能通过磁体20和21同运动件30之间的吸引力被产生，同时运动件30在金属弹簧40和41的作用下朝向磁体20和21运动。相应地，金属弹簧40和41所具有的一个正弹簧常数同吸引力导致的负弹簧常数结合，结果，该结合的总弹簧常数在预定位移范围内基本上接近于0。即，能够获得与位移变化有关的负载局部稳定特性。图4是一个图表，表示根据第一个实施例的一种减振装置10的负载-位移特性，用以解释该观点。
在该试验中，当运动件30被相对地向下压时，也就是，当橡胶60和61远离开橡胶60和61与磁体20和21的接触位置并被压缩运动时，产生的负载与位移的关系被测量，方法是在顶板12上采用一预定的负载质量，换一句话说，负载是磁体20和21的吸引力以及金属弹簧40和41弹力的合力，并测量负载与位移的关系。铁(Fe)被用作运动件30，铜板被用作操作件50。在图4中，“0”mm的位移表示橡胶60和61与运动件30彼此分开时的瞬时位置。
在图4中，“磁体+弹簧+橡胶”用黑实线表示，示意根据第一个实施例的一种减振装置10的特性；“橡胶”用点划线表示，示意橡胶60和61自身的特性；“磁体+橡胶”用中黑实线表示，示意磁体20和21的吸引力以及金属弹簧40和41弹力的合力的特性，其中作为缓冲件的橡胶60和61的弹力未被考虑；“弹簧”用虚线表示，示意金属弹簧40和41自身的性质；以及“磁体”用细实线表示，示意磁体20和21以及运动件30之间吸引力单独的特性。
从图4看得很清楚，关于根据第一个实施例的一种减振装置10用实线表示的全部特性，因为橡胶60和61的弹力与磁体20和21和运动件30之间的吸引力，以及在位移范围接近于0时金属弹簧40和41弹力相叠加，一个倾斜地向右增加的正弹簧常数被显示。在位移从大约0mm到3mm的范围内，弹簧常数基本上为0且稍微倾斜。因而，弹簧常数非线性变化。这是因为用细实线表示的磁体20和21和运动件30之间的吸引力示意了一个向右倾斜降低的负弹簧常数，同时，金属弹簧40和41弹力示意了一个用虚线表示的向右倾斜增加的线性的正弹簧常数，结果在弹簧常数不仅有加和减符号的不同而且具有几乎相同的倾角，在这一范围内由弹簧常数叠加的总弹簧常数基本上为0。
当然，图1至图3所示的减振装置10只是一个例子。尽管在前述实施例中使用两个磁体20和21，但是，只要操作件50穿过的空间能保证，磁体可以以任何方式设置，也就是说，磁体围绕操作件50设置。例如，可使用一个圆柱形或矩形棱柱形磁体。在这种情况下，操作件50也为圆柱形或矩形棱柱形，从而使其能从圆柱形或矩形棱柱形磁体的中空部分穿过。
当操作件50由导电材料，例如铜、铝或者类似物组成时，作为磁体围绕操作件50位移的结果，操作件50通过磁体20和21之间的空间运动，并且切割该空间中的磁通量，因而感应电动势通过电磁感应效应产生了。相应地，在前述结构下，由电磁感应效应产生的感应电动势起阻尼力的作用，导致阻尼特性上升。
图5和图6分别表示根据本发明第二个实施例的一种减振装置10。应该被提及，与图1至图3中根据本发明第一个实施例的一种减振装置10具有相同标号和符号的组成部件具有相同功能。
也就是说，第二个实施例与第一个实施例的相同部分在于：减振装置10包括一个弹性件，其由安装在底板11上的金属弹簧40组成；磁体20和21固定在外壳15上，且磁体之间有一预定空间；操作件50，其可相对于磁体20和21在磁体20和21之间的空间做垂直运动；运动件30，其安装在操作件50的下端且位于磁体20和21与金属弹簧40之间，在金属弹簧40的作用下朝向磁体20和21的方向运动。
然而，第二个实施例与第一个实施例不同点如下：在第一个实施例中，作为缓冲件的橡胶60和61安装在运动件30上，且能与磁体20和21的下表面接触，但是在第二个实施例中，运动件30的大小满足其外周边位于磁体20和21之外，以及橡胶60和61安装在运动件30的外周边。因此，橡胶60和61的上表面能够穿过磁体20和21周围的部分而触及壳体15的上板14的内表面。
由上所述，作为缓冲件的橡胶60和61仅仅是用来防止运动件30和磁体20和21的接触，从而进一步防止它们之间的碰撞以保护磁体20和21，因而它们的位置并不限于任何特殊位置。第二个实施例在它们位置方面给出了一个不同的例子。顺便说一句，根据第二个实施例减振装置10同图4中给出的第一个实施例有相同的特性。特别是，该减振装置10的弹簧常数在预定的位移范围内基本上为0。
图7至图9给出的是根据本发明的第三个实施例的减振装置10。第三个实施例与前述实施例不同之处在于：壳体15为圆柱形，底板11、顶板12和运动件30都为圆盘形，并且整个装置为圆柱形，这意味着在实际应用当中减振装置可以根据安装空间制造成不同的形状。如图9所示，一个环形磁体作为磁体25，作为缓冲件的一个圆柱形橡胶62安装在磁体25的内周上。该实施例与前述实施例不同之处还在于：橡胶62不是安装在运动件30上，而是安装在磁轭16上，磁轭16被用来封闭壳体15的上端开口。不必要说橡胶62足够长以致能够从图7的磁体25的内周向下伸出，从而防止运动件30与磁体20和21接触，即使运动件30在作为弹性件的金属弹簧40的作用下向上运动。在这一点上，该实施例与前述实施例相同。
特别地，在本实施例中使用的磁体25由多极磁体组成，即大量的磁极设置成图9的圆环形。设置4个具有圆弧的大磁体块25a至25d，其相邻磁极两两不同，设置小磁体块25e至25h，其分别以相同的磁极与相邻的大磁体块25a至25d相邻。如图10B所示，如果环形磁体25的一个磁极表面被简单地分成4部分，从一极流向相邻的不同磁极的磁通量增加，对运动件30起吸引力作用的磁通，也就是说，离开运动件30的磁通量就减少。然而，如图10A所示，在该实施例中由于前述结构，磁通量，例如，从大磁体块25a或25c的N极到邻近大磁体块25b或25d的S极，沿着两大磁体块之间的小磁体块25e或25g的N极和S极之间产生的磁通量的外部流动，从而大磁体块25a至25d的磁场能朝向运动件30有效的工作。相应的，当使用多极磁体时，小磁体块与本实施例中的磁体25一样以相同的方式夹在大磁体块之间是合乎需要的。
本发明使用一种磁路的减振装置的特征在于：包括一个运动件，其设置为远离和靠近磁体作相对运动，并且由在运动件和磁体之间产生吸引力的磁性材料组成；一个弹性件，其在运动件接近磁体的方向上推动运动件；以及一个缓冲件，其安装在一个预定位置，以防止运动件与磁体接触，其中，通过磁体与运动件之间的吸引力同弹性件的弹力的合力获得的总弹簧系数在预定的位移范围内基本上被设置为0。更特别的是，通过吸引磁路产生一个负弹簧系数以及加入具有同负弹簧系数数值大小相同的正弹簧系数的弹性件，总弹簧系数在预定的位移范围内通过一个非常简单的构造能基本上被设置为接近于0。
相应地，本发明提供了一种减振装置，与传统使用磁路的减振装置相比，其更加简单且造价更低，该装置在缓冲机构、发动机架或类似物上的使用能简化其整体结构、缩小其体积，使其易于维护。
本发明的优选实施例结合附图的描述具有一定程度特殊性，显而易见的修改和变化根据上述的教导是可能得到的。本发明的范围由所附权利要求确定。
Claims (6)
1.一种使用一磁路的减振装置，包括：
一个运动件，其被设置来远离和靠近磁体作相对运动，并且由在所述运动件和磁体之间产生吸引力的磁性材料制成；
一个弹性件，其在所述运动件靠近磁体的方向上推动所述运动件；
以及一个缓冲件，其安装在一个预定位置，以防止所述运动件与磁体接触；
其中，通过磁体与所述运动件之间的吸引力同所述弹性件的弹力的合力获得的总弹簧系数在预定的位移范围内基本上被设置为0。
2.根据权利要求1的使用一磁路的减振装置，其中：所述弹性件包括一金属弹簧。
3.根据权利要求1的使用一磁路的减振装置，其中：所述缓冲件包括一橡胶。
4.一种使用一磁路的减振装置，包括：
一个运动件，其被设置来远离和靠近磁体作相对运动，并且由在所述运动件和磁体之间产生吸引力的磁性材料组成；
一个弹性件，其在所述运动件靠近磁体的方向上推动所述运动件；
一个缓冲件，其安装在一个预定位置，以防止所述运动件与磁体接触；以及
一个操作件，其被连接到所述运动件并被设置来使得磁体被定位在操作件周围，并且沿一方向运动，在该方向上，当所述运动件作靠近和离开运动时其切割在磁体内一空间磁通量，并且操作件由导电材料制成，其通过电磁感应作用产生阻尼力，其中总弹簧常数通过磁体和运动件之间的吸引力同弹性件的弹力的合力得到，并在预定位移范围内基本上设置到接近于0。
5.根据权利要求4的使用一磁路的减振装置，其中：所述弹性件包括一金属弹簧。
6.根据权利要求4的使用一磁路的减振装置，其中：所述缓冲件包括一橡胶。
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