CN1889791B - 被动式连续可变阻尼装置 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种被动式连续可变阻尼装置，可使机械设备的流体阻尼连续性的产生变化。本发明于机械设备的流体的流动路径上设有预定数目的长形开槽，使流体可于开槽流通，流体流动过程中，于开槽产生不同的流通量，使流体的阻尼随着流体的流动而连续的改变。利用此种结构设计，可消减机械设备的自然共振频率，或使机械设备的振幅产生变化。

Description

被动式连续可变阻尼装置

技术领域

本发明涉及机械设备运用流体产生阻尼的技术领域，详而言之，指一种使流体的阻尼连续性的产生变动的装置，令机械设备的阻尼可产生变动，而非固定不变。本发明可应用于以可压缩的流体与不可压缩的流体为阻尼介质的机械系统。

背景技术

在物理现象中，一个设备只要具有弹性及质量，即有自然频率。

以喇叭单体为例，其以可压缩的流体(即空气)为阻尼介质的机械结构，喇叭单体为一质量、弹性作用及阻尼的复合体，当喇叭单体发送音波时，即以其悬吊系统的弹性作用产生震动。将喇叭装设于音箱时，音箱中具有空气质量，当喇叭单体鼓动音箱中的空气时，该等空气呈压力波的状态于音箱中行进。在密闭式的音箱中，被喇叭单体所鼓动的空气以喇叭单体的悬吊系统为中心而扩散，当具有质量的空气于扩散与喇叭的自然频率相结合后，产生自然共振频率。

在开口式的音箱中，若音箱的开口处装设一管体，则该管体内形成另一个系统的空气质量。当压缩空气未行进至音箱的开口前，其效果如同密闭式的音箱同，会产生自然共振频率。当空气的压力波传递至音箱开口时，该压缩空气将推动该开口处的空气质量，该开口处的空气质量亦将使音箱生成另一自然共振频率，且空气流体于该开口中流通时将产生阻尼。由于该开口的截面积恒定，故空气的流动量系固定，其阻尼值亦为固定。

于传统开口式音箱中，空气的压力波及阻尼将使整个设备产生两个共振频率。图1显示传统的开口式音箱中装设一喇叭单体的测试图表，点X及点Y显示两个共振频率，点Y为喇叭装设于音箱后，音箱的自然共振频率，该频率高于喇叭单体本身的自然频率；而点X为开口式音箱设置开口所生成的另一自然共振频率，频率值较喇叭单体本身的自然频率低，以便于低音时获得较佳的音频响应。该点Y的自然共振频率与点X的自然共振频率在阻抗相位为零之处各产生一个阻抗峰值。

由于传统开口式音箱于开口的阻尼系恒定，并不会产生变化，故无法消减该点Y的自然共振频率。该点Y的共振频率的生成对于控制喇叭的稳定性有不良影响，将使喇叭单体的效能降低。

至于，流体具不可压缩性的机械设备，例如液压的避震器，当活塞压缩缸体内的流体时，流体的流动产生阻尼。于传统的避震器中，其阻尼固定或片段固定，不会随着避震器的压缩状态而连续变化，故于任何状况下，其阻尼特性为固定，无法变动其阻尼与振幅的强弱，故无法达到理想的使用状态。

发明内容

本发明旨于解决上揭诸缺失，其主要目的在于提供一种被动式连续可变阻尼装置，使用于以流体为阻尼的机械设备，而本发明使其阻尼可发生变动，以消减机械设备的自然共振频率，或使机械设备的振幅可随使用状态而改变。具体地，本发明一种被动式连续可变阻尼装置，用于以流体作为阻尼的机械设备，其流体的介质可压缩，其包含有：

一箱体，其内部具有至少一空间，该空间内形成一长形的路径，供设备所产生的压力流沿该路径流动；

若干长形开槽，沿该长形路径的方向设于该箱体周面，使该箱体的空间与外界相通；

从而，压力流于行进时，可沿该等开槽释放，使其压力及阻尼于行进时逐渐减少。

根据本发明原理，亦可应用于不可压缩介质的结构上，具体地，

一种被动式连续可变阻尼装置，用于以流体作为阻尼的机械设备，该流体的介质不可压缩，且其流体位于一密闭的环境中；其中：

该设备具有一长形外壳，该外壳内充填流体；一活塞，设于该外壳内，可压缩外壳内的流体，并将该外壳内部分隔成二压缩室，活塞位移时，压缩外壳内的流体；

该连续可变阻尼装置包含有：

若干长形开槽，沿该设备的外壳的纵向设于该外壳周面；

若干罩覆体，对应于该等开槽，以密封的方式固设于该外壳周面，将该等开槽与外界隔绝；该等罩覆体与该外壳间分别地形成一空间；各压缩室的流体可经各开槽流入各该空间，再流向另一压缩室；该活塞位于不同位置时，各开槽供各压缩室的流体流往各该空间的截面积产生改变，使流体的阻尼产生变化。

为使审查员能进一步了解本发明的目的、特征以及所达成的功效，以下兹举本发明若干较佳实施例，并配合图式详细说明于后，其中，图式的安排为。

附图说明

图1：公知的开口式音箱装设喇叭单体的测试图表。

图2：本发明一较佳实施例的立体图。

图3：本实施例与一喇叭单体相配合的示意图。

图4：将一喇叭单体装设本发明的箱体后的测试图表。

图5：图4的箱体中增设吸音材后的测试图表。

图6：将另一喇叭单体装设于本发明另一箱体的测试图表。

图7：本发明另一较佳实施例的侧视图。

图8：本发明再一较佳实施例的侧视图。

图9：本发明又一较佳实施例的剖面图及装设状态。

图10：本发明再一较佳实施例的剖面图及装设状态。

图11：本发明另一较佳实施例的纵向剖面图。

图12：图11的12-12剖线的剖面图。

图13、图14：显示图11的实施例于不同压力状态。

图15：本发明又一较佳实施例的横向剖面图。

具体实施方式

首先请参阅图2，本发明所提供的连续可变阻尼装置的一较佳实施例，本实施例使用于以可压缩的流体产生阻尼效果的机械设备，例如一喇叭单体。

该可变阻尼装置包括：一箱体10及预定数目的长形开槽15。该箱体10具有适当容积，可呈管状体、锥状体或具有至少五面的箱体，本实施例以管状体为例。该箱体10前端12呈开放状，而后端13封闭，且内部的空间14形成一长形路径，如图3标号S所示。至少一长形开槽15，设于该箱体10周面，使箱体的内部与外界相通。

请参阅图3，喇叭单体20装设于该箱体10前端，本发明的箱体即形成供喇叭单体装设的音箱，箱体内的长形路径S供单体20的音波行进。

请参阅图4，为发明人将一喇叭单体装设于本发明的箱体后所测得的频率、阻抗及相位图，曲线A为相位曲线，而曲线B为阻抗曲线。在相位为零之处，喇叭的自然共振频率为点c之处，另，于箱体10周面设置开口(即开槽15)所形成的自然共振频率为点b所示之处。

将图4的本实施例所形成的具有开口的音箱(通过开槽所形成的开口)的数值，与传统的开口式音箱的数值相较。如前所述，公知开口式音箱于装设喇叭后除了形成一自然共振频率(图1的点Y)之外，因音箱具有开口，故另形成一自然共振频率(图1的点X)，该X与Y均有高阻抗峰值。反观本发明，于音箱所形成的自然共振频率(点c)远低于喇叭因开口所形成的自点共振频率(点b)的阻抗值。两相比较可知，使用本发明后，可将音箱的自然共振幅度的阻抗大幅降低，该自 然共振频率(点c)的阻抗值的波幅被大幅消减。

究其原因为，于传统的音箱中，其开口处的阻尼恒定，音波的压力并无法适当宣泄，故压力波的能量使得音箱产生的自然共振频率提高，生成较高的阻尼及阻抗，影响单体的电能功率，使喇叭单体的反应随动度降低。

反观本发明，该连续可变阻尼装置设有与音波行进方向相同的开槽15，因此，请参阅图3，音波于离开喇叭单体时，例如处于s1的位置，此时，音波的压力于该s1处的开槽15流向外界，且开槽15于喇叭20后端至s1处间的距离x1具有一流通面积，故音波于s1处流经开槽时具有一流通量。音波到达s2的位置时，其压力亦经由开槽15向外释放，且开槽于s2处至单体20后端的距离x2间形成一另一个截面积，音波于x2长度内的截面积中具有另一流通量。因此，音波流动至s1、s2或s3等等不同距离时，于开槽内的流通面积及总流通量各不相同，故其阻尼值即产生变化。音波的压力在行进过程中逐渐自开槽而泄放至外界，音波行进的愈远，其剩余的压力即愈低、流通阻尼亦逐渐降低，其阻尼值随着音波的前进而连续性的变化(即阻尼逐渐灭小)。在音波的压力及阻尼降低的效果下，在开口处震动的空气质量所产生的自然共振频率即会降低，故使用本发明可降低音箱的自然共振频率与阻抗值，提高喇叭单体的电功率、反应时间，并减少噪音、震动的生成。

发明人于图4的箱体中更增设吸音材料时，测得图5的图表。经过适当的吸音作用后，于阻抗曲线C仅剩喇叭因开口所造成的自然共振频率：点d。至于音箱的共振频率几乎已完全消除。

图6为发明人以另一喇叭单体装设于本发明的另一箱体所测得的数值。同样的，阻抗曲线D仅有喇叭单体的自然共振频率的波形，即点e之处，于音箱几乎不再生成自然共振频率。

音波系一正弦波，本发明箱体10的长度约为可供该单体自然共振频率的音波行进的四分之一波形的长度即可。

图7是本发明的连续可变阻尼装置的另一较佳实施例，其中，箱体30一端32(例如前端)的直径较大，而另一端34(例如后端)的直径较小，内部形成一长形路径，并于周面并设有若干长形开槽36，使箱体30内部得与外界导通。开槽36沿长形路径的方向设置，各开槽36的宽度可由一端往另一端递减(或递增)，以便音波行进于不同距离时，其释放的压力有不同的释放量。

图8是本发明的可变阻尼装置的再一较佳实施例，其中，箱体40周面设有若干纵向开槽42，各开槽可为单一宽度，或使其宽度由一端往另一端递减。本实施例的开槽42具有不同长度。依本实施例所示，该等开槽42的前端位于相同位置，而后端则处于管体40的不同位置，藉此，音波于箱体40的前、后端时，具 有不同的压力释放量及阻尼值。

设于箱体内部的长形路径并不受限于箱体外形的最长方向，例如图9所示的连续可变阻尼装置，虽然箱体50的高度大于其纵深，于箱体内部可设至少一隔板52，藉由隔板52的设置使得箱体内部分隔成一如标号L所示，呈U形的长形路径；至少一长形开槽54，沿该路径L的方向设于箱体50周面。藉此，可使喇叭单体55的音波沿着该路径L行进，并自开槽54释放至外界。同样的，音波的压力及阻尼值将随着音波的行进而逐渐减少。

图10为本发明的另一较佳实施例，其中，箱体60内部设有三个个自独立的空间62、63、64，各空间内部具有一长形路径，各箱体并于各空间的周面设有至少一开槽65、65’、65”，藉此，可将三个喇叭单体66、66’、66”分别装设于该三空间之处，该三单体的音波可由该三开槽65、65’、65”释放。

图11本发明的连续可变阻尼装置的另一较佳实施例，本实施例应用于机械与流体具有相对运动的设备，例如避震器。该设备的压力流(例如液压油)的介质为不可压缩。

本较佳实施例以应用于避震器为说明，惟不以此为限。

避震器70包含有：一缸体72、一装设于缸体内的活塞74；一活塞杆76，一端连接于活塞74，而另一端则凸伸出缸体72外。避震器的缸体72可为具有内、外管的形式，或仅为单一管体的形式。本实施例的缸体以单管为例。

该缸体72内装填有流体，当活塞74作动时，使得流体沿着缸体的纵向流动。另，避震器可于缸体外或缸体内装设弹簧。避震器的作动方式非本发明的主要标的，容不赘述。

本实施例的连续可变阻尼装置包含有：

预定数目的长形开槽80，如图11、图12所示，系沿缸体72的纵向设于缸体周面，并与缸体内部连通。各开槽80可为均一宽度的开槽，或一端宽而另一端窄。

等数于该等开槽的罩覆体90，为长条体的片体，分别对应于该等开槽80并以密封的方式固设于缸体72外周面，，将该等开槽80与外界隔绝；缸体外周面与该等罩覆体90间分别形成一空间92，使缸体内的流体可流入该等空间92中。

避震器70一端装设于车体，而另一端则连接于轮子，随着路面的起伏，或车子转弯倾斜时，避震器将产生作动。于车子静止时，活塞74如图11所示，位于缸体72中央及开槽80中央，此时，缸体内的上压缩室77的流体被活塞74压缩时，可自标号M所示位置的开槽80的截面积流向该等空间92内，复自标号N所示位置的开槽80的截面积流往下压缩室78。反之，活塞74压缩下压缩室78时，该压缩室78内的流体将自标号N处的截面积流向空间92，复自标号M处的 截面积流往上压缩室77，于一般状态下，M与N的截面积约相等，使流体易于上、下压缩室间流通，且截面积大，使流体流动的阻尼小、活塞容易位移，避震器可产生较大的振幅，使人感受避震器柔软的弹动。

当车子转弯时，例如向左弯，受到离心力的作用，位于车子右侧的避震器，如图13所示，将受到负荷，活塞74下移并压缩下压缩室78，而位于车子左侧的避震器，如图14所示，未受负荷，活塞74将往上压缩室77位移。

当本实施例的避震器受到压缩时，如图13，N’处的可供流体流通的截面积小，故下压缩78的流体要流向空间92时将产生相当大的阻尼，此举，将使得活塞74及活塞杆76更不易下移，避震器的振幅变小，产生较”硬”的感觉，转弯中的车子即较不会发生倾斜。

相对的，另一侧的避震器，即图14，其M”处的截面积小、流体阻尼大，于车子转弯时，可防止未受负荷之侧的车体过度上倾；当车子转正时，N”处的截面积大，使流体的流量大、阻尼小，振幅大，故可使车体“柔软”的降回水平，并提供舒适感。

当活塞位移至不同位置时，开槽的截面积相应地改变，故流体的阻尼亦产生连续性地变化，藉此，本实施例使设备的阻尼可随著作动而自行调整、变化，达到较佳的使用性。

图15本发明另一较佳实施例的剖面图，同样本发明应用于一避震器的剖面。本实施例的构件概雷同于图11的实施例，故相同元件以相同标号表示。

本实施例与上一较佳实施例的差异处仅在于：本实施例仅具有一罩覆体100，呈筒状，以密封的方式固接于缸体72，并整个包覆于缸体的外周面，藉以使该等开槽80与外界隔绝。该罩覆体100与缸体周面之间形成一空间102，使缸体内的压力流可流往该空间102。

本实施例的作动方式与上一实施例相同。

通过本发明所提供的连续可变阻尼装置，可使以流体为阻尼介质的机械设备(例如喇叭单体或避震器或类似设备)的流体压力及阻尼依作动状态而连续的产生变化，不再一成不变，藉以降低设备的自然共振频率，或使设备的振幅于适当时机变大或变小。

本发明所揭的结构虽不复杂，但为此类物品所首创的结构，并合理、确实地减消流体设备的自然共振频率或改变其振幅，具功效的增进。

Claims (7)

1.一种被动式连续可变阻尼装置，用于以流体作为阻尼的机械设备，其流体的介质可压缩，其包含有：

一箱体，其内部具有至少一空间，该空间内形成一长形的路径，供设备所产生的压力流沿该路径流动；

若干数目的长形开槽，沿该长形路径的方向设于该箱体周面，使该箱体的空间与外界相通；从而，压力流于行进时，可沿该等开槽释放，使其压力及阻尼于行进时逐渐减少。

2.如权利要求1所述的被动式连续可变阻尼装置，其中：该箱体呈管状体。

3.如权利要求1所述的被动式连续可变阻尼装置，其中：该箱体一端的直径较大，而另一端的直径较小。

4.如权利要求1或2或3所述的被动式连续可变阻尼装置，其中：各该开槽为单一宽度的长槽。

5.如权利要求1或2或3所述的被动式连续可变阻尼装置，其中：各该开槽的宽度于一端较宽而另一端较窄。

6.如权利要求1或2或3所述的被动式连续可变阻尼装置，其中：开槽的数量为数个，该等开槽具有不同长度。

7.如权利要求1或2或3所述的被动式连续可变阻尼装置，其中：该箱体的空间内设有至少一隔板，该长形路径由该等隔板所分隔的隔间所形成。

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