CN216447350U - 用于低频吸振和能量收集的两用准零刚度装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于低频吸振和能量收集的两用准零刚度装置，该装置包括准零刚度构件、铜制线圈、缓冲座、基座，所述准零刚度构件包括磁力弹簧、正刚度平面螺旋弹簧、安装座，其中正刚度平面螺旋弹簧安装座上，磁力弹簧固定在正刚度平面螺旋弹簧上，所述安装座位于缓冲座上，该缓冲座位于基座上，铜制线圈安装在基座中。本实用新型吸振器一体化成型，结构简单，易于加工，便于安装。

Description

用于低频吸振和能量收集的两用准零刚度装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于低频吸振和能量收集的两用准零刚度装置。

背景技术

振动是生产和生活中的一种常见现象，随着运行速度不断提高、机械设备的振动受到越来越多的人们的关注。振动不仅容易引起结构的疲劳损伤，还会影响设备寿命，还会降低仪器仪表的测量精度，导致继电器等电器部件和自控系统工作失灵，同时振动还不可避免的产生噪声，影响操作人员的正常工作甚至危害健康。为了抑制有害的振动，长期以来人们开展了大量的研究，提出了缓冲吸振、阻尼减振、动力吸振器等多种控制技术，这些技术已经在工程实践中广泛应用，并随着需求的提高和技术的进步不断发展，形成了一个充满活力的研究领域。

动力吸振器又称为质量阻尼器，其基本原理是：通过目标振动系统（即主振系）上附加一个子结构（即吸振器），适当选择子结构的结构形式、动力参数以及主振系的耦合关系，改变主振系的振动状态，从而在预期的频段上减少主振系的振动状态，从而在预期的频段上减少主振系的强迫振动响应，由于其结构简单，易于实施，能有效抑制频率变化比较小的设备振动，因此广泛用于交通运输、工业机械、桥梁建筑等各行各业的各种机械设备上，已成为振动控制最常用的重要手段。

低频吸振仍是振动工程领域一大研究热点和难点。吸振的方式主要有被动吸振和主动吸振之分，由于主动吸振结构复杂，成本高，目前应用较少，譬如主动悬架主要应用于高档汽车，所以被动吸振是常见的吸振方法。因此，固有频率越低，起始吸振频率越小。但是由于固有频率低，系统刚度会减少，从而导致较大静位移，所以一般被动吸振会遇到静位移大和固有频率低的矛盾。

因此线性吸振系统通常无法满足低频或超低频的吸振需求，为实现从低频到高频的全频段吸振，非线性吸振装置的概念得到广泛关注，并已经有很多在应用于工程吸振领域。

准零刚度吸振装置由于具有高静低动刚度特性得到了广泛的关注，准零刚度吸振装置的高静刚度使其具有较大的承载能力，而低动刚度特性使其对于低频及超低频具有较好的吸振效果。但是如何同时控制和收集宿主结构的振动能量是目前尚未解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种既能低频吸振又能够收集能量的用于低频吸振和能量收集的两用准零刚度装置。

本实用新型提供的这种用于低频吸振和能量收集的两用准零刚度装置，该装置包括准零刚度构件、铜制线圈、缓冲座、基座，所述准零刚度构件包括磁力弹簧、正刚度平面螺旋弹簧、安装座，其中正刚度平面螺旋弹簧安装座上，磁力弹簧固定在正刚度平面螺旋弹簧上，所述安装座位于缓冲座上，该缓冲座位于基座上，铜制线圈安装在基座中。

为了防止较大冲量造成磁力弹簧和平面螺旋弹簧破坏失效。所述缓冲座为橡胶支座。

为了减少磁力弹簧的磁通损耗，所述安装座为PLA树脂座。

为了防止铜制线圈与底部导电，减少电量损耗所述基座为玻璃基座。

为了使制作快捷简单，正刚度平面螺旋弹簧粘接在安装座上，磁力弹簧粘接在正刚度平面螺旋弹簧上。

使用时将本实用新型装置放置在有低频隔振需求得振动物上。当外部振动，通过磁力弹簧的负刚度与线圈弹簧的正刚度并联从而实现准零刚度特性，并且通过磁力弹簧中间永磁铁上下切割磁感线从而进行能量收集。

本实用新型与传统的吸振装置相比，可以通过增加负刚度机构总而能够实现较低频的能量收集；与传统的线性吸振装置相比，本实用新型可以有效地降低共振幅值。与常规的准零刚度吸振器相比，本实用新型吸振器一体化成型，结构简单，易于加工，便于安装。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是针对图1的剖视图。

图3是磁力弹簧的内磁块和外磁环示意图。

图4是安装座的结构示意图。

图5是正刚度平面螺旋弹簧的结构示意图。

图6基座的结构示意图。

附图标记：

准零刚度构件1、磁力弹簧11、磁力弹簧外磁环111、磁力弹簧内磁块112、正刚度平面螺旋弹簧12、安装座13、定位槽131；

缓冲座2、铜制线圈3、基座4。

具体实施方式

从图1可以看出本实用新型具有准零刚度构件1、缓冲座2、铜制线圈3、基座4，其中、铜制线圈3在基座4中，缓冲座2在基座4上，准零刚度构件1在缓冲座2上，各部件之间可以采用粘接的方式固定。

从图2可以看出准零刚度构件1的详细结构。准零刚度构件1具有磁力弹簧11、正刚度平面螺旋弹簧12、安装座13；其中磁力弹簧11由磁力弹簧外磁环111和磁力弹簧内磁块112构成，磁力弹簧外磁环111固定在安装座13上，正刚度平面螺旋弹簧12也固定安装座13上，磁力弹簧内磁块112固定在正刚度平面螺旋弹簧12上，固定方式均可以采用粘接。

结合图3可以看出磁力弹簧的内磁块和外磁环的结构，安装时应注意内磁块应在外磁环的中心位置，尽量使二者中心重合。

结合图4可以看出是安装座13的结构，在该安装座上有定位槽131，正刚度平面螺旋弹簧12和外磁环111靠定位槽131位定位并安装在其中。外磁环111粘贴在正刚度平面螺旋弹簧12上。安装座13采用PLA制成。

结合图5可以看出正刚度平面螺旋弹簧的结构。图1示出的缓冲座2采用橡胶制成，对正刚度平面螺旋弹簧12和磁力弹簧11进行部分缓冲，防止较大冲量造成磁力弹簧和正刚度平面螺旋弹簧破坏失效。

结合图6可以看出基座4的结构，这是一块由玻璃制成的基座，放置铜制线圈3，防止铜制线圈与底部导电，减少电量损耗。

安装时正刚度平面螺旋弹簧12和磁力弹簧的外磁环111通过粘连固定在安装座13上，磁力弹簧的内磁环112固定在正刚度平面螺旋弹簧12的中间位置，形成准零刚度构件1。将该准零刚度构件安装在橡胶的缓冲座2上面，将铜制线圈3固定在玻璃的基座4上，并将基座4固定于缓冲座2的下面。上此时本实用新型装置组装完成，将该装置放置在有低频隔振需求得振动物上。当外部振动，可以有效的使用次级弹簧质量系统来减少受激初级系统的振动。该吸振器的主要部件是磁力弹簧，和平面线圈弹簧，通过磁力弹簧的负刚度与线圈弹簧的正刚度并联从而实现准零刚度特性，并且通过磁力弹簧中间永磁铁上下切割磁感线从而进行能量收集。

本实用新型与传统的线性吸振器相比可以进一步拓宽吸振带宽，降低共振频率，实现一种超低频吸振效果。本实用新型加工简单，能够一体化成型，减小了装配误差。本实用新型在吸振的同时可以有效地吸收主结构的能量，将收集到的能量提供给无限传感器或者其他低功耗设备供电。

Claims (7)

1.一种用于低频吸振和能量收集的两用准零刚度装置，其特征在于该装置包括准零刚度构件、铜制线圈、缓冲座、基座，所述准零刚度构件包括磁力弹簧、正刚度平面螺旋弹簧、安装座，其中正刚度平面螺旋弹簧和磁力弹簧外磁环固定在安装座上，磁力弹簧固定在正刚度平面螺旋弹簧上，所述安装座位于缓冲座上，该缓冲座位于基座上，铜制线圈安装在基座中。

2.根据权利要求1所述用于低频吸振和能量收集的两用准零刚度装置，其特征在于所述缓冲座为橡胶支座。

3.根据权利要求1或2所述用于低频吸振和能量收集的两用准零刚度装置，其特征在于所述安装座为PLA树脂座。

4.根据权利要求1或2所述用于低频吸振和能量收集的两用准零刚度装置，其特征在于所述基座为玻璃基座。

5.根据权利要求3所述用于低频吸振和能量收集的两用准零刚度装置，其特征在于所述基座为玻璃基座。

6.根据权利要求1所述用于低频吸振和能量收集的两用准零刚度装置，其特征在于安装座上有定位槽，正刚度平面螺旋弹簧和磁力弹簧外磁环靠该定位槽定位。

7.根据权利要求6所述用于低频吸振和能量收集的两用准零刚度装置，其特征在于正刚度平面螺旋弹簧粘接在安装座上，磁力弹簧粘接在正刚度平面螺旋弹簧上。

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