本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)備的振動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集電磁作動器與被動隔振器于一身的電磁式主被動一體化隔振器。

背景技術(shù)：

機(jī)械設(shè)備的振動不僅會影響設(shè)備自身的工作性能，而且會產(chǎn)生噪聲污染，嚴(yán)重影響設(shè)備周邊人員的聽力及健康。此外，對于軍用艦船，其動力設(shè)備的振動會產(chǎn)生船體輻射噪聲，極大的影響艦船的聲隱身性，增加被敵方發(fā)現(xiàn)和攻擊的可能性。因此，有效的控制機(jī)械設(shè)備的振動有著十分重要的意義。

目前，機(jī)械設(shè)備的振動控制技術(shù)，依據(jù)是否需要外界能量輸入可以分為被動式與主動式兩大類。被動式振動控制技術(shù)不需要由外界提供能量，一般通過被動隔振元件實現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備振動的有效隔離，或者通過被動式動力吸振器來抑制機(jī)械設(shè)備的振動。主動式振動控制技術(shù)需要從外界獲取能量來驅(qū)動作動器，通過作動器及相應(yīng)的振動控制算法來實現(xiàn)對振動的有效控制。被動式隔振器雖然結(jié)構(gòu)簡單，可靠性較好，能耗低，但是其低頻隔離效果不佳。如果要大幅提升被動隔振系統(tǒng)的隔振效果，需要盡可能的降低隔振器的剛度。但是過低的剛度會導(dǎo)致隔振系統(tǒng)承載能力以及穩(wěn)定性的下降。被動式動力吸振器只能針對單一振動頻率工作，如果振動頻率發(fā)生變化，則原有的動力吸振器工作效果會大打折扣。主動式動力吸振器雖然可以同時對多個振動頻譜進(jìn)行抑制，但是其更適合對局部振動的抑制，如果用于對大型設(shè)備或多臺設(shè)備的振動控制，則其數(shù)量需大幅增加，從而將占用更多的空間。相比之下，在被動隔振器的基礎(chǔ)上，引入主動隔振技術(shù)，進(jìn)行主被動一體化隔振將是一種更好的振動控制解決方案。高頻振動將由被動隔振元件進(jìn)行隔離，低頻振動將由作動器進(jìn)行抑制。

主被動一體化隔振技術(shù)中，被動隔振器與作動器的復(fù)合形式主要有串聯(lián)式與并聯(lián)式兩種。中國專利公開《一種電磁式主被動復(fù)合隔振器》(專利申請?zhí)枺?01520488759.9)提出了一種電磁作動器與被動隔振器在高度方向串聯(lián)的主被動復(fù)合隔振器。但是其主被動器件集成度較低，在高度方向空間占用較大。相比之下，并聯(lián)式一體化隔振器更節(jié)省空間。中國專利公開《主被動混合隔振器》(專利申請?zhí)枺?01210198889.X)提出了一種將電磁作動器與氣囊隔振器并聯(lián)的主被動一體化隔振器。但是由于電磁作動器位于氣囊隔振器的內(nèi)部，其尺寸大小受到氣囊隔振器內(nèi)徑的限制，進(jìn)而制約了其所能輸出的最大電磁力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為：針對現(xiàn)有的減隔振元器件存在以下的問題：被動式隔振器低頻隔振效果不佳；被動式動力吸振器難以實現(xiàn)寬頻振動控制，魯棒性差；主動式動力吸振器在大型設(shè)備振動控制應(yīng)用中，空間利用率不高；串聯(lián)式主被動一體化隔振器在高度方向占用空間較大；已有的并聯(lián)式主被動一體化隔振器，電磁作動器位于被動隔振器內(nèi)部，于是作動器輸出力受限；提供一種電磁式主被動一體化隔振器，本發(fā)明將電磁作動器置于被動隔振器的外側(cè)，進(jìn)行并聯(lián)式主被動一體化隔振，由于電磁作動器位于被動隔振器的外側(cè)，其尺寸及磁極面積可以被設(shè)計的更大，從而可以輸出更大的電磁力。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

電磁式主被動一體化隔振器，包括被動隔振器、電磁作動器、安全檔蓋、作動器底座、設(shè)備連接件，所述的電磁作動器由作動器定子、作動器動子組成，其特征在于：作動器動子安裝在作動器定子內(nèi)部且同軸，作動器定子由線圈、定子骨架、定子下端蓋、定子上端蓋組成，線圈、定子骨架、定子下端蓋、定子上端蓋通過AB膠粘接成為一個整體，作動器動子由永磁鐵和動子磁軛組成，永磁鐵通過AB膠與動子磁軛粘接成為一個整體；被動隔振器、電磁作動器的定子骨架固定在作動器底座上，動子磁軛與被動隔振器固定在一起，且被動隔振器位于動子磁軛內(nèi)部；設(shè)備連接件和安全擋蓋與動子磁軛固定在一起，且設(shè)備連接件高出安全擋蓋。

本發(fā)明還包括橡膠墊，橡膠墊安裝在定子骨架的外緣，且位于安全擋蓋與定子骨架之間。

所述的永磁鐵為由12片等尺寸的徑向充磁的瓦片型永磁鐵拼接而成實現(xiàn)圓筒形輻射充磁永磁鐵效果。

所述的設(shè)備連接件中部有螺紋孔，用于主被動一體化隔振器與被隔振設(shè)備之間的連接。

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點：

1、電磁作動器與被動隔振器在結(jié)構(gòu)上屬并聯(lián)關(guān)系，且被動隔振器位于電磁作動器內(nèi)部。更具體一些來說，被動隔振器位于作動器動子磁軛內(nèi)部，且與動子磁軛固定在一起，共同運動。

2、在電磁作動器的結(jié)構(gòu)中，永磁鐵與動子磁軛粘接在一起構(gòu)成作動器動子；線圈與定子磁軛粘接在一起構(gòu)成作動器的定子，作動器動子位于定子內(nèi)部，且與定子同軸。作動器動子與作動器定子在磁路結(jié)構(gòu)上均為軸對稱結(jié)構(gòu)。動子磁軛內(nèi)部中空，用于安裝被動隔振器。

3、作動器的定子骨架外緣裝有一圈橡膠墊，動子磁軛與設(shè)備連接件之間裝有安全擋蓋。

本發(fā)明的有益效果：

1、與單獨只有被動隔振器相比，本發(fā)明由于在被動隔振的基礎(chǔ)上加入了主動隔振，可以實現(xiàn)更理想的低頻隔振效果；

2、與被動式動力吸振器相比，本發(fā)明可以實現(xiàn)寬頻振動控制，可靠性及魯棒性更好；

3、與主動式動力吸振器及串聯(lián)式主被動一體化隔振器相比，本發(fā)明的空間利用率更高；

4、與已有的并聯(lián)式主被動一體化隔振器相比，本發(fā)明中作動器位于被動隔振器外部，具備輸出更大電磁力的能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1-作動器底座，2-定子下端蓋，3-線圈，4-定子骨架，5-定子上端蓋，6-橡膠墊，7-永磁鐵，8-動子磁軛，9-被動隔振器，10-安全檔蓋，11-設(shè)備連接件。

圖2為本發(fā)明的主被動一體化隔振器三維立體外形結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為電磁作動器磁路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的應(yīng)用示意圖。

具體實施方式

結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明包括被動隔振器9、電磁作動器、安全檔蓋10、橡膠墊6、作動器底座1、設(shè)備連接件11，所述的電磁作動器由作動器定子、作動器動子組成，作動器動子安裝在作動器定子內(nèi)部且同軸，作動器定子由線圈3、定子骨架4、定子下端蓋2、定子上端蓋5組成，線圈3、定子骨架4、定子下端蓋2、定子上端蓋5通過AB膠粘接成為一個整體，作動器動子由永磁鐵7和動子磁軛8組成，由于輻射充磁的圓筒形永磁鐵不易制造，本發(fā)明采用12片等尺寸的徑向充磁的瓦片型永磁鐵拼接而成實現(xiàn)圓筒形永磁鐵的輻射充磁效果，永磁鐵7由12片等尺寸的徑向充磁的瓦片型永磁鐵拼接實現(xiàn)，永磁鐵7通過AB膠與動子磁軛8粘接成為一個整體；為了保證電磁作動器的軸對稱結(jié)構(gòu)，在作動器動子與作動器定子的安裝過程中要使作動器動子與作動器定子同軸；被動隔振器9、電磁作動器的定子骨架4固定在作動器底座1上，動子磁軛8與被動隔振器9通過螺釘固定在一起，且被動隔振器9位于動子磁軛8內(nèi)部；設(shè)備連接件11和安全擋蓋10通過螺釘與動子磁軛8固定在一起，且設(shè)備連接件11高出安全擋蓋10，橡膠墊6安裝在定子骨架4的外緣，且位于安全擋蓋10與定子骨架4之間。

被動隔振器9可以根據(jù)具體隔振需求選擇相應(yīng)型號的被動隔振器或者定制滿足需求的隔振器。可以選用或定制的隔振器類型有：BE型橡膠隔振器，JQ型剪切式橡膠隔振器，以及GJ型橡膠隔振器等(不局限于所列舉的被動隔振器類型)。

作動器底座1用于固定被動隔振器9與電磁作動器，同時方便主被動一體化隔振器與基座間的安裝。被動隔振器9與定子骨架4均通過螺釘固定在作動器底座1上。

所述的設(shè)備連接件11中部有螺紋孔，用于主被動一體化隔振器與被隔振設(shè)備之間的連接。當(dāng)設(shè)備發(fā)生傾斜進(jìn)而導(dǎo)致作動器動子傾斜，將要與作動器定子發(fā)生碰撞時，安全擋蓋10將會先于動子與安裝在定子外的橡膠墊6接觸，從而防止動子與定子間的碰撞。此外，當(dāng)設(shè)備振動劇烈以至于動子磁軛8即將在豎直方向與作動器底座1發(fā)生碰撞時，安全擋蓋10將會先與橡膠墊6發(fā)生接觸，從而防止動子磁軛8與作動器底座1之間碰撞的發(fā)生。

工作原理：

電磁作動器工作原理：

電磁作動器磁路結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。如果永磁鐵7的磁化方向以及線圈3的電流方向與圖3中示意方向一致，那么根據(jù)安培定則，定子磁軛中的磁場方向?qū)⑷鐖D3中箭頭方向所示。于是，定子可以被視為一個電磁鐵，定子下端蓋2靠近動子一側(cè)為該電磁鐵的N極，定子上端蓋5靠近動子一側(cè)為該電磁鐵的S極。由于磁鐵之間同極相斥，異極相吸，于是電磁作動器的動子將受到一個豎直向上的電磁力(由于軸對稱結(jié)構(gòu)，徑向電磁力分量相互抵消)。如果線圈3中的電流方向與圖3中示意方向相反，那么作動器動子所受到的電磁力方向?qū)⒆優(yōu)樨Q直向下。電磁作動器的電磁力輸出與線圈3中的電流大小成正比例關(guān)系。當(dāng)增大線圈3中的電流時，作動器的電磁力輸出也將增大。

主被動一體化隔振器工作原理：

圖4所示為本發(fā)明的主被動一體化隔振器在機(jī)械設(shè)備振動控制應(yīng)用中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。主被動一體化隔振的具體工作過程如下：首先，根據(jù)機(jī)械設(shè)備的重量、尺寸大小以及安裝方式的不同，確定主被動一體化隔振器的尺寸型號及數(shù)量。一體化隔振器將被安裝在設(shè)備與基座之間。在設(shè)備及基座與隔振器連接處附近各安裝有一個加速度計，用于測量設(shè)備的振動以及傳遞至基座的振動大小。之后，測得的加速度信號將被傳遞至控制器，經(jīng)過相應(yīng)的振動控制算法處理后，控制器將輸出一個控制信號給功率放大器，由功率放大器輸出相應(yīng)的控制電流以驅(qū)動一體化隔振器中的電磁作動器工作。電磁作動器根據(jù)輸入電流的大小在作動器動子與作動器定子之間產(chǎn)生相應(yīng)的等大反向的電磁力。作用在作動器定子上的電磁力將通過作動器底座1傳遞至基座。來自設(shè)備的擾動以及作用在動子上的電磁力經(jīng)過被動隔振器9隔振后也將通過作動器底座1傳遞至基座。于是，通過控制作用在定子上的電磁力的大小，可以補(bǔ)償?shù)艚?jīng)被動隔振器9隔振后傳遞至基座的那部分殘余振動。

在主被動一體化隔振過程中，被動隔振器9承受設(shè)備的靜態(tài)載荷，并主要對高頻振動進(jìn)行隔離。電磁作動器主要負(fù)責(zé)對設(shè)備低頻振動經(jīng)過被動隔振后傳至基座的殘余部分進(jìn)行補(bǔ)償，從而進(jìn)一步提升隔振效果。