CN207989107U - 一种用于大功率发动机的噪声压电发电磁流变消音器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及汽车消音技术，具体涉及一种用于大功率发动机的噪声压电发电磁流变消音器。筒体包括壳体和固定体，固定体上开有若干圆柱孔，圆柱孔内设有磁锥；磁锥由圆柱形永磁体和被磁化后覆盖在永磁体上的圆锥形磁流变液组成；筒体内由左隔板和右隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，第一腔体内曲轴上安装有风扇叶片，风扇叶片由圆环形的压电晶片和金属基板粘接而成；第二腔体内的曲轴上安装有发电单元，发电单元内活塞通过蝶形弹簧将压电叠堆压在缸体底面上，曲轴与活塞的活塞杆相连。优势与特色：利用压电效应将风能转换为电能发电，吸噪发电，节约能源；利用磁锥声阻抗的梯度变化主动吸声，吸声频带宽。

Description

一种用于大功率发动机的噪声压电发电磁流变消音器

技术领域

本实用新型涉及汽车消音技术，具体涉及一种用于大功率发动机的噪声压电发电磁流变消音器。

背景技术

随着人们对生活品质要求的提升，汽车对排气噪声的要求也相应的越来越高。在汽车发动机消音器的设计和制造时，吸声降噪是噪声控制中很重要的一个手段。如何实现良好吸声降噪，达到最佳的消音效果和最小的功率损失比，一直是发动机消音器设计和制造领域的研究课题。吸声材料和吸声结构的种类很多，一般可分为单层吸声材料和多层吸声材料，它们都是被动吸声；而有别于被动吸声的主动吸声方法是从噪声传播途径上和受声体进行控制，它的控制目标是使入射声波的反射系数很小或接近于零，形成“黑洞”现象，使得吸声系数达到最大，从而达到吸声降噪的目的。与传统的吸声降噪技术相比，主动吸声技术可使吸声系数根据外界噪声的变化而变化，实现噪声的主动控制。

主动吸声的智能材料主要有压电材料和磁流变液。压电材料主要利用压电效应，根据入射声波的频率，在压电材料表面形成电荷，将声能转化为电能，达到主动吸声的目的；磁流变液具有优异的可控性能，通过磁场的作用其粘度、场致微结构等易形成梯度变化，使声波能够无反射的进入吸声材料，而且由于材料本身的粘性和微结构，可导致声波多次反射，多次吸收，最终将声能转化为热能，使得声波在其中能够迅速衰减，因此，磁流变液场致微结构可实现梯度变化，易于形成梯度阻抗，给主动智能吸声提供了一个新的视角。

发明内容

针对现有汽车发动机消音器消音方面所存在的问题，本实用新型提出一种用于大功率发动机的噪声压电发电磁流变消音器，本实用新型采用的实施方案是：包括中空的筒体，沿筒体一端偏离轴线的位置设有进气管，沿筒体另一端轴线的位置设有出气管；筒体包括外壳和固定体，固定体上开有若干圆柱孔，圆柱孔内设有磁锥；磁锥由圆柱形永磁体和被磁化后覆盖在永磁体上的圆锥形磁流变液组成；筒体内由左隔板和右隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，进气管与第一腔体相通，出气管与第三腔体相通；左隔板和右隔板上均布地开有左流通孔和右流通孔；第二腔体内设有发电单元，发电单元包括带有内腔室的壳体、设置在内腔室的缸体座和缸体、设置在缸体内的压电叠堆和活塞、设置在活塞和压电叠堆之间的蝶形弹簧；所述壳体包括与筒体同轴的均为圆环形的左圆盘、右圆盘和设置在左圆盘与右圆盘之间中间盘，左隔板、左圆盘、中间盘、右圆盘和右隔板固定为一体；由左圆盘、右圆盘和中间盘围成内腔室，内腔室内设有固定在壳体上的圆环形的缸体座，缸体座上开有至少两个固设缸体的放置孔；活塞通过蝶形弹簧将压电叠堆压在缸体底面上，左圆盘的圆心开有左通孔，右圆盘的圆心开有右通孔，右通孔为台阶孔，左隔板的圆心开有中心孔，中心孔和右通孔内均设有支撑曲轴的轴承；曲轴与活塞的活塞杆相连，曲轴右侧设有顶住右圆盘内轴承内环的右凸台，右通孔的台阶顶住右圆盘内轴承外环；曲轴左侧设有顶住左隔板内轴承内环的左凸台，左隔板内轴承外环由轴承端盖定位；曲轴左端伸入到第一腔体内，曲轴的细轴上套设有风扇叶片，风扇叶片由圆环形的压电晶片和金属基板粘接而成。

本实用新型中，为提高风扇叶片的吸音降噪能力，风扇叶片套设在曲轴的细轴上，并与轴向成一定的倾斜角β(类似电风扇叶片倾斜角)，风扇叶片倾斜角为β＝110°，风扇叶片为弯曲的彩虹型结构，压电晶片的曲率半径小于金属基板的曲率半径，压电晶片厚度为0.15～0.3mm的PZT4，金属基板为铍青铜，金属基板与压电晶片的厚度之比为1～2.5，此时风扇叶片的吸音降噪能力较强。

气流进入第一腔体吹到风扇叶片时，气流中声波的振动使压电晶片所受的应力交替增加和减小的过程即将声能转换成电能；同时，气体动压力驱动风扇叶片旋转，带动曲轴旋转，曲轴转动将使活塞在缸体内产生周期性往复移动并挤压压电叠堆伸缩变形，从而将风能经机械能转换为电能；压电晶片和压电叠堆所生成的电能全部经导线传输到能量转换与存储电路。

磁锥是根据逐渐过渡原理，使磁流变液被永磁体磁化成圆锥形，利用声阻抗的逐渐变化，从磁锥的尖端到底部，声阻抗是从空气的特性阻抗逐步过渡到磁流变液的阻抗，从而实现了很好的阻抗匹配；同时由于磁流变液本身的场至微结构特性，导致声波多次反射，多次吸收，最终将声能转化为热能，从而使消音器内磁锥吸声系数达到最高。

优势与特色：1)利用压电效应将风能转换为电能发电，不仅吸收噪音，且能发电，节约能源；2)利用磁锥声阻抗的梯度变化主动吸声，吸声频带宽。

附图说明

图1为本实用新型一个较佳实施例中一种用于大功率发动机的噪声压电发电磁流变消音器的结构示意图；

图2为图1的阶梯A-A剖视图；

图3为本实用新型一个较佳实施例中风扇叶片与曲轴装配结构示意图；

图4为图1的F部局部放大图；

图5本实用新型一个较佳实施例中磁锥的吸声系数与频率关系曲线。

具体实施方式

一种用于大功率发动机的噪声压电发电磁流变消音器，包括中空的筒体V，沿筒体V一端偏离轴线的位置设有进气管a，沿筒体V另一端轴线的位置设有出气管p；筒体V包括外壳b和固定体c，固定体c上开有若干圆柱孔，圆柱孔内设有磁锥X；磁锥X由圆柱形永磁体d和被磁化后覆盖在永磁体d上的圆锥形磁流变液h组成；筒体V内由左隔板g和右隔板m沿垂直筒体V轴线方向将筒体V分隔为第一腔体A、第二腔体B和第三腔体C，进气管a与第一腔体A相通，出气管p与第三腔体C相通；左隔板g和右隔板m上均布地开有左流通孔g1和右流通孔m1；第二腔体B内设有发电单元Y，发电单元Y包括带有内腔室w的壳体、设置在内腔室w的缸体座f和缸体n、设置在缸体n内的压电叠堆j和活塞k、设置在活塞k和压电叠堆j之间的蝶形弹簧s；所述壳体包括与筒体V同轴的均为圆环形的左圆盘r、右圆盘q和设置在左圆盘r与右圆盘q之间中间盘i，左隔板g、左圆盘r、中间盘i、右圆盘q和右隔板m固定为一体；由左圆盘r、右圆盘q和中间盘i围成内腔室w，内腔室w内设有固定在壳体上的圆环形的缸体座f，缸体座f上开有至少两个固设缸体n的放置孔f1；活塞k通过蝶形弹簧s将压电叠堆j压在缸体n底面上，左圆盘r的圆心开有左通孔r1，右圆盘q的圆心开有右通孔q1，右通孔q1为台阶孔，左隔板g的圆心开有中心孔g2，中心孔g2和右通孔q1内均设有支撑曲轴t的轴承v；曲轴t与活塞k的活塞杆k1相连，曲轴t右侧设有顶住右圆盘q内轴承v内环的右凸台t3，右通孔q1的台阶顶住右圆盘q内轴承v外环；曲轴t左侧设有顶住左隔板g内轴承v内环的左凸台t2，左隔板g内轴承v外环由轴承端盖定位；曲轴t左端伸入到第一腔体A内，曲轴t的细轴t1上套设有风扇叶片E，风扇叶片E由圆环形的压电晶片e1和金属基板e2粘接而成。

本实用新型中，为提高风扇叶片E的吸音降噪能力，风扇叶片E套设在曲轴t的细轴t1上，并与轴向成一定的倾斜角β(类似电风扇叶片倾斜角)，风扇叶片E倾斜角为β＝110°，风扇叶片E为弯曲的彩虹型结构，压电晶片e1的曲率半径小于金属基板e2的曲率半径，压电晶片e1厚度为0.15～0.3mm的PZT4，金属基板e2为铍青铜，金属基板e2与压电晶片e1的厚度之比为1～2.5，此时风扇叶片的吸音降噪能力较强。

气流进入第一腔体吹到风扇叶片E时，气流中声波的振动使压电晶片e1所受的应力交替增加和减小的过程即将声能转换成电能；同时，气体动压力驱动风扇叶片E旋转，带动曲轴t旋转，曲轴t转动将使活塞k在缸体n内产生周期性往复移动并挤压压电叠堆j伸缩变形，从而将风能经机械能转换为电能；压电晶片e1和压电叠堆j所生成的电能全部经导线传输到能量转换与存储电路。

磁锥X是根据逐渐过渡原理，使磁流变液h被永磁体d磁化成圆锥形，利用声阻抗的逐渐变化，从磁锥X的尖端到底部，声阻抗是从空气的特性阻抗逐步过渡到磁流变液h的阻抗，从而实现了很好的阻抗匹配；同时由于磁流变液h本身的场至微结构特性，导致声波多次反射，多次吸收，最终将声能转化为热能，从而使消音器内磁锥吸声系数达到最高。

Claims (1)

1.一种用于大功率发动机的噪声压电发电磁流变消音器，其特征在于：包括中空的筒体，沿筒体一端偏离轴线的位置设有进气管，沿筒体另一端轴线的位置设有出气管；筒体包括外壳和固定体，固定体上开有若干圆柱孔，圆柱孔内设有磁锥；磁锥由圆柱形永磁体和被磁化后覆盖在永磁体上的圆锥形磁流变液组成；筒体内由左隔板和右隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，进气管与第一腔体相通，出气管与第三腔体相通；左隔板和右隔板上均布地开有左流通孔和右流通孔；第二腔体内设有发电单元，发电单元包括带有内腔室的壳体、设置在内腔室的缸体座和缸体、设置在缸体内的压电叠堆和活塞、设置在活塞和压电叠堆之间的蝶形弹簧；所述壳体包括与筒体同轴的均为圆环形的左圆盘、右圆盘和设置在左圆盘与右圆盘之间中间盘，左隔板、左圆盘、中间盘、右圆盘和右隔板固定为一体；由左圆盘、右圆盘和中间盘围成内腔室，内腔室内设有固定在壳体上的圆环形的缸体座，缸体座上开有至少两个固设缸体的放置孔；活塞通过蝶形弹簧将压电叠堆压在缸体底面上，左圆盘的圆心开有左通孔，右圆盘的圆心开有右通孔，右通孔为台阶孔，左隔板的圆心开有中心孔，中心孔和右通孔内均设有支撑曲轴的轴承；曲轴与活塞的活塞杆相连，曲轴右侧设有顶住右圆盘内轴承内环的右凸台，右通孔的台阶顶住右圆盘内轴承外环；曲轴左侧设有顶住左隔板内轴承内环的左凸台，左隔板内轴承外环由轴承端盖定位；曲轴左端伸入到第一腔体内，曲轴的细轴上套设有风扇叶片，风扇叶片由圆环形的压电晶片和金属基板粘接而成。