CN202991993U

CN202991993U - 基于振动能量回收的自供电阻尼器

Info

Publication number: CN202991993U
Application number: CN 201220694073
Authority: CN
Inventors: 阚君武; 李洋; 王淑云; 曾平; 程光明
Original assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Current assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2022-12-13

Abstract

本实用新型涉及一种基于振动能量回收的自供电阻尼器，属于减振器。上下壳体连接后构成压缩缸和阻尼缸；端盖将俘能器和顶块压在上下壳俘能腔内；双杆活塞将压缩缸腔分隔成上下压缩腔，活塞杆压在顶块上；单杆活塞将阻尼缸腔隔成上下阻尼腔，上阻尼腔与蓄能器、上壳流体腔及上压缩腔连通，下阻尼腔与下压缩腔连通；活塞杆内的驱动器将阀芯和蝶形弹簧压在单杆活塞内；两阻尼腔通过单杆活塞的左右阀孔及阀芯环槽连通；左右阀孔及环槽构成阻尼阀孔。本实用新型优点是故纵向尺寸小，适于大行程及纵向安装空间受限的场合；俘能器非工作时不受流体作用，且可采用较长驱动器调节阻尼，发电能及调节能力强。

Description

基于振动能量回收的自供电阻尼器

技术领域

本实用新型属于振动控制技术领域应用的减振器，具体涉及一种基于振动能量回收的自供电阻尼器。

背景技术

液压阻尼器在交通工具、机械设备等的振动控制领域已有广泛应用。早期的被动式液压阻尼器结构简单、成本低、技术较成熟，但因阻尼不可调，其减振效果及环境的适应性较差，不适于某些要求振动控制效果较好的场合，如汽车发动机及车架悬置、大型精密仪器设备减振等。因此，人们提出了主动式、半主动式可调液压阻尼器，即利用电机驱动液压泵提供动力、并由电磁换向/溢流/减压阀进行控制的主动式可调阻尼器，如中国实用新型专利CN1367328A、CN101392809A等。比之于被动式不可调液压阻尼器，主动式可调液压阻尼器的控制效果好、振动环境的适应能力强，已在汽车主动悬置等方面获得成功应用；但现有的主动式液压阻尼调节技术也存在一些不足，如：①需要较大的泵站进行驱动、多个电磁阀进行联合控制，②需要传感器进行振动状态的检测，③需要持续的外部能量供应。因此，现有的主动式可调液压阻尼器的系统体积庞大、连接及控制较复杂、可靠性较低，在应用上存在一定的局限性。

鉴于现有压电及液压主动振动控制技术自身结构、控制能力以及依赖外界能量供应等问题，申请人曾提出一种基于压电叠堆换能器与流体耦合作用回收能量并进行阻尼调节的自供能可调阻尼器，即中国专利201110275849.6。为使该类压电液压阻尼器具有较好的能量回收和阻尼调节效果，整个系统必须施加足够的背压，以便提高系统内流体刚度及其响应特性。在这种工作模式下，压电叠堆在非工作时就已承受了较大的流体作用力，从而降低其工作时的发电能力及控制能力；此外，该类阻尼器因压电叠堆与液压缸串联配置，总的纵向尺度过大，不适于液压缸行程较大且纵向安装尺寸受限的应用场合。

发明内容

本实用新型提供一种基于振动能量回收的自供电阻尼器，以解决现有的主动式可调液压阻尼器的系统体积庞大、连接及控制较复杂、可靠性较低，在应用上存在一定的局限性的问题。

本实用新型采取的技术方案是：上壳体和下壳体通过螺钉连接并构成一组压缩缸和一个阻尼缸；两个端盖分别通过螺钉固定在上壳体及下壳体上，并依次将压电叠堆型俘能器和顶块压接在上壳俘能腔及下壳俘能腔内；双杆活塞置于压缩缸腔内并将其分隔成上压缩腔和下压缩腔，双杆活塞的上活塞杆和下活塞杆分别压在置于上壳俘能腔和下壳俘能腔内的顶块上，上活塞杆与上壳俘能腔底孔之间、以及下活塞杆与下壳俘能腔顶孔之间均设有密封圈；单杆活塞置于阻尼缸腔内并将其分隔成上阻尼腔和下阻尼腔；上阻尼腔通过管路与蓄能器连通、还通过下壳体内壁上的通孔一与上壳流体腔及上压缩腔连通；下阻尼腔通过下壳体上的通孔二与下压缩腔连通；单杆活塞下表面压接有弹簧、上表面通过螺钉与活塞杆端部法兰连接；活塞杆内腔中装有压电叠堆型驱动器，所述驱动器依次将阀芯和蝶形弹簧压接在单杆活塞内；上阻尼腔和下阻尼腔通过单杆活塞上的左阀孔和右阀孔、以及阀芯上的环槽相连通；所述左阀孔、右阀孔、及环槽共同构成阻尼阀孔；置于上壳俘能腔及下壳俘能腔内的俘能器、以及置于活塞杆内腔中的驱动器分别通过导线组一、导线组二及导线组三与电控单元连接。

本实用新型的一种实施方式是，上壳俘能腔及下壳俘能腔的数量均为1-20个；当所述上壳俘能腔及下壳俘能腔的数量为两个以上时，置于各上壳俘能腔和各下壳俘能腔内的俘能器分别采用并联方式连接，再分别与电控单元相连。

在非工作状态下，单杆活塞在弹簧、振动体及流体压力作用下处于平衡状态，相互连通的上压缩腔、下压缩腔、上阻尼腔及下阻尼腔内流体压力相等，均为蓄能器的预置压力，双杆活塞因上下表面所受流体作用力相等而处于平衡状态，又因双头活塞的上下活塞杆通过密封圈密封，此时俘能器不受外力作用、无电压生成；同时，驱动器无电压输入，阀芯处于自然状态、阻尼阀孔开度最大，即单杆活塞上的左阀孔和右阀孔与阀芯上的环槽之间的通流间隙最大、阻尼最小。进入稳态工作后，单杆活塞随振动体上下振动而运动，使系统内流体的压力分布状态以及双杆活塞的受力状态发生变化，从而使置于上壳俘能腔及下壳俘能腔内的俘能器伸长或缩短，并将流体的压力能转换成电能，此为发电过程；所生成电能经电控单元转换处理后输出给驱动器，驱动器通过伸长或缩短带动阀芯上下运动，从而改变阻尼阀孔的通流面积，此为阻尼调节过程。

与传统的可调式液压阻尼器相比，本实用新型的特色与优势在于：①无需外界供能、可靠性高，不会因能量不足而影响控制效果；②无需额外的传感器，环境适应性强、控制方法简单，根据振动情况即电压信号自动调整阻尼； ③结构简单、体积小、集成度高、密封性好，无需电机、泵、电磁阀等外围设备；④不产生/不受电磁干扰，更适用于强磁场、强辐射的环境。因此，本实用新型的压电叠堆式自供能可调液压阻尼器除了适用于大型的交通工具及机床设备外，也适于航空航天、智能结构等微小系统和远程控制系统。

与现有的压电叠堆式自供能可调液压阻尼器相比，本实用新型的特色与优势：①俘能器与活塞杆横向排列，可有效降低阻尼器的纵向尺寸，适于大行程及纵向安装空间受限的场合；②驱动器活塞杆内部，可采用较长的压电叠堆实现大范围的阻尼调节；③俘能器端部通过密封圈与液体隔绝，非工作状态时不受流体压力作用，发电能力及效率高。

附图说明

图1是本实用新型一个较佳实施例的结构剖面示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的I部放大图；

图4是本实用新型一个较佳实施例上壳体的结构剖示图；

图5是图4的俯视图；

图6是本实用新型一个较佳实施例下壳体的结构剖视图；

具体实施方式

上壳体1和下壳体2通过螺钉连接并构成一组压缩缸A和一个阻尼缸B；两个端盖3分别通过螺钉固定在上壳体1及下壳体2上，并依次将压电叠堆型俘能器4和顶块5压接在上壳俘能腔CH及下壳俘能腔CH’内；双杆活塞6置于压缩缸腔C2内并将其分隔成上压缩腔C21和下压缩腔C22，双杆活塞6的上活塞杆601和下活塞杆602分别压在置于上壳俘能腔CH 及下壳俘能腔CH’内的顶块5上，上活塞杆601与上壳俘能腔CH底孔102之间、以及下活塞杆602与下壳俘能腔CH’顶孔205之间均设有密封圈12；单杆活塞8置于阻尼缸腔C3内并将其分隔成上阻尼腔C31和下阻尼腔C32；上阻尼腔C31通过管路与蓄能器14连通、还通过下壳体2的内壁202上的通孔一204与上壳流体腔C1及上压缩腔C21连通；下阻尼腔C32通过下壳体2上的通孔二203与下压缩腔C22连通；单杆活塞8的下表面压接有弹簧7、上表面通过螺钉与活塞杆11的端部法兰1101连接；活塞杆11的内腔1102内装有压电叠堆型驱动器13，所述驱动器13依次将阀芯9和蝶形弹簧10压接在单杆活塞8内；上阻尼腔C31和下阻尼腔C32通过单杆活塞8上的左阀孔801和右阀孔802、以及阀芯9上的环槽901相连通；单杆活塞8上的左阀孔801和右阀孔802、以及阀芯9上的环槽901共同构成阻尼阀孔；置于上壳俘能腔CH及下壳俘能腔CH’内的俘能器4、以及置于活塞杆11内腔1102中的驱动器13分别通过导线组一17、导线组二15及导线组三16与电控单元18连接。

上壳俘能腔CH及下壳俘能腔CH’的数量均为1-20个；当上壳俘能腔CH及下壳俘能腔CH’的数量为两个以上时，置于各上壳俘能腔CH和各下壳俘能腔CH’内的俘能器4分别采用并联方式连接，再分别与电控单元18相连。

在非工作状态下，单杆活塞8在弹簧7、振动体M及流体压力作用下处于平衡状态，相互连通的上压缩腔C21、下压缩腔C22、上阻尼腔C31及下阻尼腔C32内流体压力相等，均为蓄能器14的预置压力，双杆活塞6因上下表面所受流体作用力相等而处于平衡状态，又因双头活塞6的上活塞杆601及下活塞杆602通过密封圈12密封，此时俘能器4不受外力作用、无电压生成；同时，驱动器13无电压输入，阀芯9处于自然状态、阻尼阀孔开度最大，即单杆活塞8上的左阀孔801和右阀孔802与阀芯9上的环槽901之间的通流间隙最大、阻尼最小。进入稳态工作后，单杆活塞8随振动体M上下振动而运动，使系统内流体的压力分布状态以及双杆活塞6的受力状态发生变化，从而使置于上壳俘能腔CH及下壳俘能腔CH’内的俘能器4伸长或缩短，并将流体的压力能转换成电能，此为发电过程；所生成电能经电控单元18转换处理后输出给驱动器13，驱动器13通过伸长或缩短带动阀芯9上下运动，从而改变阻尼阀孔的通流面积，此为阻尼调节过程。

在稳态工作、且单杆活塞8受振动体M作用向上运动时，上阻尼腔C31及与其连通的上压缩腔C21内流体压力增加，下阻尼腔C32及与其连通的下压缩腔C22内流体压力降低，双杆活塞6在流体压力作用下向下运动，上壳俘能腔CH内的俘能器4受双杆活塞6作用力减小、并在自身弹性力的作用下恢复伸长，下壳俘能腔CH’内的俘能器4因受双杆活塞6作用力增加而并被压缩；相反，当单杆活塞8受振动体M作用向下运动时，上阻尼腔C31及与其连通的上压缩腔C21内流体压力降低，下阻尼腔C32及与其连通的下压缩腔C22内流体压力增加，双杆活塞6在流体压力作用下向上运动，上壳俘能腔CH内的俘能器4因受双杆活塞6作用力增加而并被压缩，下壳俘能腔CH’内的俘能器4因受双杆活塞6作用力减小恢复伸长；置于上壳俘能腔CH及下壳俘能腔CH’内俘能器4的伸长和被压缩过程中均有电能的生成。

因俘能器4所生成电压的高低取决于双杆活塞6即振动体M的振动强度，故所述俘能器4还兼具振动体振动状态的检测功能。电控单元18根据俘能器4所产生电压信号控制驱动器13所被施加电压的大小及通断时间。通电或施加电压增加时，驱动器13伸长并带动阀芯9向下运动，从而减小阻尼阀孔的通流面积、增加阻尼；断电或施加电压降低时，驱动器13缩短，阀芯9在蝶形弹簧10的作用下向上运动，使阻尼阀孔的通流面积增加、阻尼降低；驱动器13在电压作用下的伸长或缩短带动了阀芯9的上下运动，从而起到了阻尼的调节功能。

Claims

1.基于振动能量回收的自供电阻尼器，其特征在于：上壳体和下壳体通过螺钉连接并构成一组压缩缸和一个阻尼缸；两个端盖分别通过螺钉固定在上壳体及下壳体上，并依次将压电叠堆型俘能器和顶块压接在上壳俘能腔及下壳俘能腔内；双杆活塞置于压缩缸腔内并将其分隔成上压缩腔和下压缩腔，双杆活塞的上活塞杆和下活塞杆分别压在置于上壳俘能腔和下壳俘能腔内的顶块上，上活塞杆与上壳俘能腔底孔之间、以及下活塞杆与下壳俘能腔顶孔之间均设有密封圈；单杆活塞置于阻尼缸腔内并将其分隔成上阻尼腔和下阻尼腔；上阻尼腔通过管路与蓄能器连通、还通过下壳体内壁上的通孔一与上壳流体腔及上压缩腔连通；下阻尼腔通过下壳体上的通孔二与下压缩腔连通；单杆活塞下表面压接有弹簧、上表面通过螺钉与活塞杆端部法兰连接；活塞杆内腔中装有压电叠堆型驱动器，所述驱动器依次将阀芯和蝶形弹簧压接在单杆活塞内；上阻尼腔和下阻尼腔通过单杆活塞上的左阀孔和右阀孔、以及阀芯上的环槽相连通；所述左阀孔、右阀孔、及环槽共同构成阻尼阀孔；置于上壳俘能腔及下壳俘能腔内的俘能器、以及置于活塞杆内腔中的驱动器分别通过导线组一、导线组二及导线组三与电控单元连接。

2.根据权利要求1所述的基于振动能量回收的自供电阻尼器，其特征在于，上壳俘能腔及下壳俘能腔的数量均为1-20个；当所述上壳俘能腔及下壳俘能腔的数量为两个以上时，置于各上壳俘能腔和各下壳俘能腔内的俘能器分别采用并联方式连接，再分别与电控单元相连。