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CN108019452B - 一种半主动可控刚度非线性电磁隔振器 - Google Patents

一种半主动可控刚度非线性电磁隔振器 Download PDF

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CN108019452B CN201711474046.7A CN201711474046A CN108019452B CN 108019452 B CN108019452 B CN 108019452B CN 201711474046 A CN201711474046 A CN 201711474046A CN 108019452 B CN108019452 B CN 108019452B
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赵晨雪
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Abstract

本发明涉及机械振动控制领域。目的是提供一种电控的半主动式非线性电磁隔振器，其具有控制力大、非线性刚度可电控及阻尼可控的特点。技术方案是：一种半主动可控刚度非线性电磁隔振器，包括外部固定装置、内部振动装置和控制电路；其特征在于：所述外部固定装置包括由上到下依次对接的上端盖、铁磁体外罩、下端盖，还包括由上到下依次安装在铁磁体外罩内的第一环形永磁体、线圈缠绕轴、第二环形永磁体以及缠绕在线圈缠绕轴上的线圈；所述内部振动装置包括由上到下依次连接的第一柔性弹簧、双头螺柱、第二柔性弹簧，双头螺柱穿过第一环形永磁体、线圈缠绕轴、第二环形永磁体的内孔；还包括固定在双通螺柱中部的第三环形永磁体。

Description

一种半主动可控刚度非线性电磁隔振器
技术领域
本发明涉及机械振动控制领域，具体是一种半主动可控刚度非线性电磁隔振器。
背景技术
在机械工程、航天航空、船舶工程、人居工程及多种高精尖技术领域，结构的振动始终影响着主体对象的精度、可靠性、寿命及安全性。因此，有关结构振动控制的研究及相关减振装置的研发一直是该领域的研究热点问题。
非线性隔振器中的软弹簧可在一定程度上降低最大响应频率，从而在一定程度上拓宽隔振带宽，提高隔振效率，使得由弹簧间的相互组合构成的非线性隔振器受到广泛的关注。另一方面，永磁体间的作用力是一种强非线性力，并且可以在一定范围内受控可调。因此，合理的设计永磁体与软弹簧的组合结构形式，可以显著可提高隔振器的可控性、隔振带宽和隔振效果，极大提高非线性隔振器的应用环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种电控的半主动式非线性电磁隔振器，其具有控制力大、非线性刚度可电控及阻尼可控的特点。
本发明提供的技术方案是：
一种半主动可控刚度非线性电磁隔振器，包括外部固定装置、内部振动装置和控制电路；其特征在于：所述外部固定装置包括由上到下依次对接的上端盖、铁磁体外罩、下端盖，还包括由上到下依次安装在铁磁体外罩内的第一环形永磁体、线圈缠绕轴、第二环形永磁体以及缠绕在线圈缠绕轴上的线圈；所述内部振动装置包括由上到下依次连接的第一柔性弹簧、双头螺柱、第二柔性弹簧，双头螺柱穿过第一环形永磁体、线圈缠绕轴、第二环形永磁体的内孔；还包括固定在双头螺柱中部的第三环形永磁体。
所述外部固定装置中：所述上端盖通过螺钉与铁磁体外罩固定，上端盖的顶部均匀开设有若干凹槽；所述下端盖通过螺钉与铁磁体外罩固定，下端盖的底部均匀开设有若干凹槽；所述第一环形永磁体的上端抵在上端盖的底面，第一环形永磁体的下端抵在线圈缠绕轴的上端；所述第一环形永磁体内圈为S极，外圈为N极；所述第二环形永磁体的下端抵在下端盖的顶面，第二环形永磁体的上端抵在线圈缠绕轴的底端；所述第二环形永磁体厚度与第一环形永磁体厚度相同；所述第二环形永磁体内圈为S极，外圈为N极；所述第一环形永磁体、第二环形永磁体、线圈缠绕轴的内径相同，外径也相同，且外径均与铁磁体外罩的内径相适应；所述线圈沿一个方向缠绕；所述线圈的两端连接控制电路构成闭合回路。
所述内部振动装置中：所述第三环形永磁体的外径小于第一环形永磁体、第二环形永磁体、线圈缠绕轴的内径；第三环形永磁体外圈的磁性与第一环形永磁体、第二环形永磁体内圈的磁性相反；所述第一柔性弹簧具有多个向外均匀发散的分支，每个分支的外端固定在上端盖的凹槽处，通过螺钉固定，内端通过螺母与双头螺柱的上端固定；所述第二柔性弹簧具有多个向外均匀发散的分支，每个分支的外端固定在下端盖的凹槽处，通过螺钉固定，内端通过螺母与双头螺柱的下端固定；所述第三环形永磁体通过第一固定垫片和第二固定垫片固定；所述第一固定垫片和第二固定垫片外径大于第三环形永磁体的内径。
所述控制电路包括电阻R0、可变电阻RS,可变电感LS，运算放大器U1，电阻R1，电阻R2，运算放大器的正极通过电阻R0与线圈其中一端连接，负极通过电阻R2接地，线圈另一端也接地；可变电阻RS,可变电感LS串联后连接在运算放大器的正极与输出端之间，电阻R1连接在运算放大器的负极与输出端之间。
本发明的有益效果是：本发明通过改变电感的大小实现隔振器的刚度控制，通过改变电阻的大小，实现隔振器阻尼可调；本发明所提出的半主动可控刚度非线性电磁隔振器可用于超低频及变质量系统的振动控制，并且可以用于常规结构的隔振中，用以提高系统的阻尼，减小共振区域的能量，极大的降低系统的响应。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明外部固定装置的立体结构示意图。
图3是本发明外部固定装置的剖面示意图。
图4是本发明的内部振动装置结构示意图。
图5是本发明的剖面图。
图6是本发明的控制电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1-图6所示，一种新型的半主动可控刚度非线性电磁隔振器，包括外部固定装置1、内部振动装置2和控制电路3。
一、外部固定装置
如图3所示，所述外部固定装置包括上端盖1-1、铁磁体外罩1-2、下端盖1-3、第一环形永磁体1-4、第二环形永磁体1-5、线圈1-6、缠绕线圈的线圈缠绕轴1-7；
所述上端盖1-1通过螺钉与铁磁体外罩固定；上端盖的顶部均匀开设有若干凹槽；
所述下端盖1-3通过螺钉与铁磁体外罩固定；下端盖的底部均匀开设有若干凹槽；
所述第一环形永磁体1-4一端抵在上端盖上，另一端抵在线圈缠绕轴一端上；所述第一环形永磁体外径与铁磁体外罩内径相适应；所述第一环形永磁体厚度与第二环形永磁体厚度相同；所述第一环形永磁体内圈为S极，外圈为N极；
所述第二环形永磁体1-5一端抵在下端盖上，另一端抵在线圈缠绕轴另一段上；所述第二环形永磁体外径与铁磁体外罩内径相适应(为间隙配合)；所述第二环形永磁体内圈为S极，外圈为N极；
所述线圈缠绕轴1-7内径与第一环形永磁体、第二环形永磁体内径相同，外径与第一环形永磁体的外径相同；所述线圈沿一个方向缠绕；所述线圈外接控制电路构成闭合回路。
二、内部振动装置
如图4所示，所述内部振动装置包括第一柔性弹簧2-1、第二柔性弹簧2-2、双头螺柱2-3、固定在双头螺柱2-3上的第三环形永磁体2-5；所述内部振动装置可沿整个装置轴向振动；
所述第一柔性弹簧2-1具有多个向外均匀发散的分支，每个分支的外端固定在上端盖凹槽处，通过螺钉固定，内端通过螺母与双头螺柱2-3一端固定；
所述第二柔性弹簧2-2具有多个向外均匀发散的分支，每个分支的外端固定在下端盖凹槽处，通过螺钉固定，内端通过螺母与双头螺柱2-3另一端固定；
所述第三环形永磁体2-5位于双头螺柱2-3的中间处；所述第三环形永磁体通过第一固定垫片2-4和第二固定垫片2-6固定；
所述第一固定垫片2-4和第二固定垫片2-6外径大于第三环形永磁体2-5的内径。
三、控制电路
如图6所示，所述控制电路3包括电阻R0可变电阻RS,可变电感LS，运算放大器U1(不对外输出信号)，电阻R1，电阻R2，运算放大器的正极通过电阻R0与线圈其中一端连接，负极通过电阻R2接地，线圈另一端也接地；可变电阻RS,可变电感LS串联后连接在运算放大器的正极与输出端之间，电阻R1连接在运算放大器的负极与输出端之间。通过改变电感LS的大小实现隔振器的刚度控制，通过改变电阻RS的大小，实现隔振器阻尼可调。
本发明的工作步骤如下：
1)内部振动装置2受到轴向力沿轴向振动，与外部固定装置1产生相对位移，第一环形永磁体和第二环形永磁体对第三环形永磁体提供非线性电磁力；线圈切割第三环形永磁体产生的磁感线，线圈产生电流；振动的能量转化为电流能量，被电阻元件消耗；
2)调节电感LS的大小，改变隔振器的刚度；
3)调节电阻RS的大小，改变隔振器阻尼。
以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种半主动可控刚度非线性电磁隔振器，包括外部固定装置(1)、内部振动装置(2)和控制电路(3)；其特征在于：
所述外部固定装置(1)包括由上到下依次对接的上端盖(1-1)、铁磁体外罩(1-2)、下端盖(1-3)，还包括由上到下依次安装在铁磁体外罩(1-2)内的第一环形永磁体(1-4)、线圈缠绕轴(1-7)、第二环形永磁体(1-5)以及缠绕在线圈缠绕轴(1-7)上的线圈(1-6)；
所述内部振动装置(2)包括由上到下依次连接的第一柔性弹簧(2-1)、双头螺柱(2-3)、第二柔性弹簧(2-2)，双头螺柱(2-3)穿过第一环形永磁体(1-4)、线圈缠绕轴(1-7)、第二环形永磁体(1-5)的内孔；还包括固定在双头螺柱(2-3)中部的第三环形永磁体(2-5)；
所述控制电路(3)包括电阻R0、可变电阻RS,可变电感LS，运算放大器U1，电阻R1，电阻R2，运算放大器的正极通过电阻R0与线圈其中一端连接，负极通过电阻R2接地，线圈另一端也接地；可变电阻RS,可变电感LS串联后连接在运算放大器的正极与输出端之间，电阻R1连接在运算放大器的负极与输出端之间。
2.根据权利要求1所述的一种半主动可控刚度非线性电磁隔振器，其特征在于：所述外部固定装置(1)中：
所述上端盖(1-1)通过螺钉与铁磁体外罩(1-2)固定，上端盖的顶部均匀开设有若干凹槽；
所述下端盖(1-3)通过螺钉与铁磁体外罩(1-2)固定，下端盖的底部均匀开设有若干凹槽；
所述第一环形永磁体(1-4)的上端抵在上端盖的底面，第一环形永磁体(1-4)的下端抵在线圈缠绕轴的上端；所述第一环形永磁体内圈为S极，外圈为N极；
所述第二环形永磁体(1-5)的下端抵在下端盖的顶面，第二环形永磁体(1-5)的上端抵在线圈缠绕轴的底端；所述第二环形永磁体厚度与第一环形永磁体厚度相同；所述第二环形永磁体内圈为S极，外圈为N极；
所述第一环形永磁体(1-4)、第二环形永磁体(1-5)、线圈缠绕轴(1-7)的内径相同，外径也相同，且外径均与铁磁体外罩的内径相适应；
所述线圈沿一个方向缠绕；所述线圈的两端连接控制电路(3)构成闭合回路。
3.根据权利要求2所述的一种半主动可控刚度非线性电磁隔振器，其特征在于：所述内部振动装置(2)中：
所述第三环形永磁体(2-5)的外径小于第一环形永磁体(1-4)、第二环形永磁体(1-5)、线圈缠绕轴(1-7)的内径；第三环形永磁体外圈的磁性与第一环形永磁体、第二环形永磁体(1-5)内圈的磁性相反；
所述第一柔性弹簧(2-1)具有多个向外均匀发散的分支，每个分支的外端固定在上端盖的凹槽处，通过螺钉固定，内端通过螺母与双头螺柱(2-3)的上端固定；
所述第二柔性弹簧(2-2)具有多个向外均匀发散的分支，每个分支的外端固定在下端盖的凹槽处，通过螺钉固定，内端通过螺母与双头螺柱(2-3)的下端固定；
所述第三环形永磁体(2-5)通过第一固定垫片(2-4)和第二固定垫片(2-6)固定；
所述第一固定垫片(2-4)和第二固定垫片(2-6)外径大于第三环形永磁体(2-5)的内径。
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